一種機械旋轉式可調電抗器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機械旋轉式可調電抗器，屬于電工【技術領域】。本發(fā)明包括電抗器本體、超越離合器、外部驅動電機及其控制器，所述電抗器本體包括變壓器和旋轉鐵芯，變壓器和旋轉鐵芯均采用各向異性鐵磁材料制作，旋轉鐵芯呈圓柱體并從變壓器鐵心的鐵扼中穿過、兩端則利用法蘭固定并通過超越離合器與外部驅動電機相連，外部驅動電機用于在其控制器的控制下驅動旋轉鐵芯在變壓器鐵心中旋轉，旋轉時旋轉鐵芯與變壓器鐵心之間的氣隙大小保持不變。本發(fā)明設備結構簡單，易于工程化，可兼顧性能調節(jié)、實時性、線性度以及噪聲、振動等相關機械指標。
【專利說明】—種機械旋轉式可調電抗器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電工【技術領域】，更準確地說本發(fā)明涉及一種適用于電力系統(tǒng)的機械旋轉式可調電抗器。
【背景技術】
[0002]隨著電網建設的快速推進，配電網中非線性負載、無功負載的大量接入，電網中無功缺失、電壓波動、接地故障等問題頻生，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。用于治理上述電網中存在問題的電力設備在電網中得到廣泛應用，如抑制線路單相接地時潛供電流的自動消弧線圈、提供無功功率補償的并聯電抗器、在線路中用于抑制諧波和短路電流的串聯電抗器，以及大型電機軟啟動的啟動電抗器。
[0003]上述電力設備無一例外地需要電抗器作為其關鍵部分，電抗器電感值的實時調節(jié)成為諸多配電網電力設備的必要功能，如消弧線圈需根據單線接地故障電流大小，調節(jié)串接電抗器的電感值；無功補償裝置需根據無功功率目標值，調節(jié)補償電抗器的電抗值。電抗器電抗值的調節(jié)性能，已成為研制諸多電力設備的關鍵因素。
[0004]可調電抗器主要分為有機械式、磁控式、電力開關式、變壓器式等。現有機械式可調電抗器的技術路線一般包括調匝式和調氣隙式，即通過改變線圈匝數或鐵芯的氣隙長度來等效改變電抗值:調匝式不能連續(xù)調節(jié)，自動化水平低，換檔需停機或需要增加有載開關；調氣隙式的線性度低，調節(jié)范圍有限，且噪聲大。
[0005]中國專利文件CN159171IA和CN203397855U分別公開了兩種旋轉鐵芯式可調電抗器的技術方案。這兩種旋轉鐵芯式可調電抗器都屬于機械旋轉式可調電抗器，都采用了旋轉動鐵芯調節(jié)氣隙的方式以替代原先技術中通過動鐵芯和靜鐵芯平移調節(jié)氣隙的方式，在一定程度上改變了電抗器的調節(jié)方式。但是這兩種旋轉鐵芯式可調電抗器仍然屬于調氣隙式電抗器，調氣隙式電抗器所具有的線性度低、調節(jié)范圍有限且噪聲大的缺點仍然無法完全克服。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是:為了克服現有技術中機械式可調電抗器的缺陷，在現有機械式電抗器調節(jié)技術的基礎上，提供一種易于工程化的用于配電網的機械旋轉式可調電抗器，以適應配電網對可調電抗器這種關鍵設備的需求，實現在電網應用中電抗值的靈活實時調節(jié)。
[0007]相比于常規(guī)機械式可調電抗器在噪聲、振動、調節(jié)精度、線性度和調節(jié)實時性等性能指標難以兼顧，本發(fā)明依據具備各向異性的鐵磁材料在不同磁場方向下的不同的磁阻特性，提出利用改變旋轉鐵芯與磁場角度的方法實現電抗值的連續(xù)調節(jié)。本發(fā)明的機械旋轉式可調電抗器設備結構簡單，易于工程化，可兼顧性能調節(jié)、實時性、線性度以及噪聲、振動等相關機械指標。
[0008]具體地說，本發(fā)明采用以下的技術方案來實現的，包括電抗器本體、超越離合器、外部驅動電機及其控制器，所述電抗器本體包括變壓器和旋轉鐵芯，變壓器和旋轉鐵芯均采用各向異性鐵磁材料制作，旋轉鐵芯呈圓柱體并從變壓器鐵芯的鐵扼中穿過、兩端則利用法蘭固定并通過超越離合器與外部驅動電機相連，外部驅動電機用于在其控制器的控制下驅動旋轉鐵芯在變壓器鐵心中旋轉，旋轉時旋轉鐵芯與鐵軛之間的氣隙大小保持不變。
[0009]由以上技術方案可知，由于采用了各向異性鐵磁材料的變壓器結構研制可調電抗器，并在其中間安置旋轉鐵芯，因此可以利用改變旋轉鐵芯相對主磁場角度的方法實現電抗值的連續(xù)調節(jié)。這種設計設備結構簡單，易于工程化，可兼顧調節(jié)性能、實時性以及噪聲、振動相關機械指標。由于是旋轉結構，電抗值可以連續(xù)調節(jié)，并且由于在旋轉調節(jié)過程中旋轉鐵芯與變壓器鐵心之間的氣隙大小是固定的，基本上只有旋轉鐵芯內磁通量在變化，因此調節(jié)精度高，噪音及振動低。通過超越離合器與外部驅動電機相連，不需要外部額外施力，便可保持旋轉鐵芯在完成調節(jié)后固定的角度位置，以維持輸出電抗值的穩(wěn)定。
[0010]上述技術方案的進一步特征在于:外部驅動電機控制器中預存有經過線性化處理的電感值-旋轉角度數據表。這樣做的好處是可以通過查表確定旋轉鐵芯的旋轉角度目標值，從而提高調節(jié)時的響應速度和調節(jié)精度高，得到更好的輸出電抗值的線性度。
[0011]上述技術方案的進一步特征在于:所述旋轉鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部或下部穿過。
[0012]上述技術方案的進一步特征在于:所述旋轉鐵芯可以在變壓器鐵心的鐵扼的上部的中間側向穿過、或者在變壓器鐵心的鐵扼的下部的中間側向穿過。這樣做的好處是易于驅動電機對旋轉鐵芯的調節(jié)控制。
[0013]上述技術方案的進一步特征在于:所述旋轉鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部的邊角側向穿過、或者在變壓器鐵芯的鐵扼的下部的邊角側向穿過。這樣做的好處是易于加工設計、調節(jié)精度高。
[0014]上述技術方案的進一步特征在于:所述旋轉鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部沿上下方向穿過、或者在變壓器鐵芯的下鐵扼沿上下方向穿過。這樣做的好處是易于旋轉鐵芯的安裝固定。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明能夠克服現有機械式可調電抗器的固有弊端，實現各項性能指標的均衡兼顧。與調匝式相比，本發(fā)明的機械旋轉式可調電抗器可連續(xù)調節(jié)，線性度好，自動化水平高；與調氣隙式相比，本發(fā)明的機械旋轉式可調電抗器的氣隙值固定，調節(jié)精度高，附生噪聲振動等指標可控，且調節(jié)范圍大。與現有通用的磁閥式可調電抗器相比，本發(fā)明的機械旋轉式可調電抗器在調節(jié)時不產生諧波，可省去有載開關等設備，生產成本低，具有優(yōu)異的經濟技術性。與變壓器式可調電抗器相比，本發(fā)明的機械旋轉式可調電抗器的本體結構簡單，占地面積小，制造維護成本低，且具有高精度的調節(jié)精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為旋轉鐵芯角度為0°時本發(fā)明第一種實施例的電抗器本體主視圖。
[0017]圖2為旋轉鐵芯角度為0°時本發(fā)明第一種實施例的電抗器本體立體視圖。
[0018]圖3為旋轉鐵芯角度為90°時本發(fā)明第一種實施例的電抗器本體主視圖。
[0019]圖4為旋轉鐵芯角度為90°時本發(fā)明第一種實施例的電抗器本體立體視圖。
[0020]圖5為本發(fā)明第一種實施例的機械旋轉式可調電抗器主視圖。[0021]圖6為本發(fā)明第一種實施例的機械旋轉式可調電抗器俯視圖。
[0022]圖7為本發(fā)明第一種實施例的機械旋轉式可調電抗器立體視圖。
[0023]圖8為本發(fā)明機械旋轉式可調電抗器的電感隨角度變化示意圖。
[0024]圖9為本發(fā)明機械旋轉式可調電抗器的控制系統(tǒng)功能結構圖。
[0025]圖10為本發(fā)明機械旋轉式可調電抗器的控制過程示意圖。
[0026]圖11為旋轉鐵芯角度為順磁方向時本發(fā)明第二種實施例的電抗器本體主視圖。
[0027]圖12為旋轉鐵芯角度為順磁方向時本發(fā)明第二種實施例的電抗器本體立體視圖。
[0028]圖13為旋轉鐵芯角度為逆磁方向時本發(fā)明第二種實施例的電抗器本體主視圖。
[0029]圖14為旋轉鐵芯角度為逆磁方向時本發(fā)明第二種實施例的電抗器本體立體視圖。
[0030]圖15為本發(fā)明第三種實施例的電抗器本體主視圖。
[0031]圖16為旋轉鐵芯角度為90°時本發(fā)明第三種實施例的電抗器本體俯視圖。
[0032]圖17為本發(fā)明第四種實施例的電抗器本體主視圖。
[0033]圖18為旋轉鐵芯角度為0°時本發(fā)明第四種實施例的電抗器本體底視圖。
【具體實施方式】
[0034]下面參照附圖并結合實例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0035]實施例一:
[0036]圖1至圖7給出了本發(fā)明一個實施例，其中圖1至圖4是該實施例的電抗器本體在不同旋轉角度時的情況，圖4至圖7是該實施例的機械旋轉式可調電抗器的整體情況。
[0037]如圖4至圖7所示，該實施例的機械旋轉式可調電抗器的電抗器本體由變壓器和旋轉鐵芯組成。旋轉鐵芯采用各向異性鐵磁材料疊壓而成，為圓柱體結構，可保持主磁路均勻，易于驅動控制其旋轉鐵芯。變壓器為一臺采用各向異性鐵磁材料的變壓器，在其鐵心的鐵軛上部的中間位置側向開孔，以便放置旋轉鐵芯。旋轉鐵芯兩端利用法蘭固定，保持與變壓器鐵軛的相對位置。同時旋轉鐵芯通過超越離合器與外部驅動電機相連，另一端連接軸承，確保旋轉鐵芯在完成調節(jié)后固定其角度，以維持輸出目標電抗值不變。超越離合器通過支撐件與底板連接，以實現本體的固定，并降低運行震動、噪聲。
[0038]旋轉鐵芯的旋轉控制采用步進電機驅動，采用步進電機細分驅動技術，最大細分數為每圓周3200步，旋轉時旋轉鐵芯與變壓器鐵心之間的氣隙大小保持不變。變壓器夾件、固定件等采用非磁性材料，以減少導磁產生的渦流損耗及發(fā)熱等問題。
[0039]控制旋轉鐵芯的驅動電機由控制器進行控制，控制器包含采樣單元、驅動單元、通訊單元、信號調理單元、運算單元，系統(tǒng)根據設定電抗值歸算為旋轉鐵芯的角度，進而輸出控制信號驅動電機旋轉。
[0040]該實施例的工作原理為:由于旋轉鐵芯由各向異性鐵磁材料組成，在不同旋轉角度下，旋轉鐵芯的導磁特性存在差異。由于磁通優(yōu)先從磁阻最小通道形成磁路，電抗器的等效磁阻亦在旋轉角度的變化時同步發(fā)生變化。
[0041]具體而言，在磁路均勻情況下，磁阻Z的表達式為:
【權利要求】
1.一種機械旋轉式可調電抗器，包括電抗器本體，其特征在于，還包括超越離合器、夕卜部驅動電機及其控制器，所述電抗器本體包括變壓器和旋轉鐵芯，變壓器和旋轉鐵芯均采用各向異性鐵磁材料制作，旋轉鐵芯呈圓柱體并從變壓器鐵心的鐵扼中穿過、兩端則利用法蘭固定并通過超越離合器與外部驅動電機相連，外部驅動電機用于在其控制器的控制下驅動旋轉鐵芯在變壓器鐵心中旋轉，旋轉時旋轉鐵芯與鐵軛之間的氣隙大小保持不變。
2.根據權利要求1所述的機械旋轉式可調電抗器，其特征在于，外部驅動電機控制器中預存有經過線性化處理的電感值-旋轉角度數據表。
3.根據權利要求1或2所述的機械旋轉式可調電抗器，其特征在于，所述旋轉鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部或下部穿過。
4.根據權利要求3所述的機械旋轉式可調電抗器，其特征在于，所述旋轉鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部的中間側向穿過、或者在變壓器鐵心的鐵扼的下部的中間側向穿過。
5.根據權利要求3所述的機械旋轉式可調電抗器，其特征在于，所述旋轉鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部的邊角側向穿過、或者在變壓器鐵心的鐵扼的下部的邊角側向穿過。
6.根據權利要求3所述的機械旋轉式可調電抗器，其特征在于，所述旋轉鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部沿上下方向穿過、或者在變壓器鐵心的鐵扼的下部沿上下方向穿過。
【文檔編號】H02P13/10GK103956258SQ201410197044
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月10日 優(yōu)先權日:2014年5月10日
【發(fā)明者】吳維寧, 侯凱, 李惠宇, 呂宏水, 鄒劍, 武迪, 楊銳 申請人:南京南瑞集團公司, 國網電力科學研究院