專利名稱：感應(yīng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將與高于IkV的高壓輸電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)地使用的感應(yīng)設(shè)備。本發(fā)明特別適合于用在電力系統(tǒng)中的并聯(lián)電抗器，其被調(diào)用來提供大約幾十MVA的功率，以便例如補(bǔ)償通常為高壓電力線或擴(kuò)展電纜系統(tǒng)的長電力傳輸線的電容性電抗。
背景技術(shù)：
并聯(lián)電抗器的功能通常是為了提供對于高壓輸電線或電纜系統(tǒng)中的電力線電壓控制和穩(wěn)定性所必需的必要電感補(bǔ)償。并聯(lián)電抗器的主要必需條件是保持并管理高電壓， 以及在操作感應(yīng)范圍內(nèi)提供恒定的電感。與此同時，并聯(lián)電抗器應(yīng)當(dāng)具有低型面尺寸和重量、低損耗、低振動和噪聲以及良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。并聯(lián)電抗器通常包括由一個或更多個磁芯柱(其也被稱為磁芯柱體)構(gòu)成的磁芯，所述磁芯柱通過磁軛相連，這些磁軛一起形成一個或更多磁芯框。此外，并聯(lián)電抗器被制作成使得線圈環(huán)繞所述磁芯柱。此外還公知的是，并聯(lián)電抗器的構(gòu)造方式類似于磁芯式電力變壓器，即二者在磁芯的磁軛部分中都使用高磁導(dǎo)率、低損耗晶粒取向電鋼片。但是二者的顯著不同之處在于，并聯(lián)電抗器被設(shè)計成在操作感應(yīng)范圍內(nèi)提供恒定的電感。在傳統(tǒng)的高壓并聯(lián)電抗器中，這是通過在磁芯的磁芯柱部分中使用一定數(shù)目的大氣隙而實現(xiàn)的。 所述磁芯柱是由磁性材料(比如電工鋼片條)的磁芯段(其也被稱作磁芯包)制成的。所述磁芯段由高質(zhì)量的徑向?qū)訅轰撈瞥?，所述鋼片被分層并粘合以形成大的磁芯元件。此外，所述磁芯段被層疊并且用環(huán)氧樹脂粘合，從而形成具有高彈性模量的磁芯柱。所述磁芯柱是通過將磁芯段與陶瓷間隔物交替以提供所需氣隙而構(gòu)造的。所述磁芯段通過至少其中一個所述磁芯間隙彼此分開，并且所述間隔物通過環(huán)氧樹脂粘合到所述磁芯段上，從而形成圓柱形磁芯元件。此外，所述間隔物通常由諸如滑石的陶瓷材料制成，其是一種具有高機(jī)械強(qiáng)度、良好電屬性以及小損耗因數(shù)的材料。所述磁芯被容納在箱中，所述箱包括箱基板和箱壁以及支撐所述儲箱的底座。此外還公知的是，諸如并聯(lián)電抗器的感應(yīng)設(shè)備被浸入到諸如油、硅酮、氮或者碳氟化合物的冷卻介質(zhì)中。眾所周知的問題是磁芯是諸如變壓器和電抗器的電感應(yīng)設(shè)備中的噪聲源，從電抗器發(fā)出的這種噪聲(其也被稱作交流聲(hum))必須受到限制，以免干擾周圍區(qū)域。電流流經(jīng)圍繞磁芯的電繞組，從而生成磁場。因此將會發(fā)生磁芯的交變磁化，從而所述磁芯段會發(fā)生周期性膨脹及收縮，這是由于如下事實經(jīng)受磁場的鐵磁性材料在被電抗器繞組中流動的電流磁化及去磁化時改變其形狀(這也被稱作磁致伸縮現(xiàn)象)。因此所述磁芯將充當(dāng) IOOHz或者電抗器振動的操作頻率及其諧波的兩倍的源。隨著通過磁芯的磁場發(fā)生交變，所述磁芯段將反復(fù)膨脹及收縮，從而導(dǎo)致振動。通過向電抗器施加電壓的磁化動作在磁芯中產(chǎn)生磁通量或磁力線。磁通量的程度將決定磁致伸縮的量，從而將決定噪聲水平。所述振動產(chǎn)生聲波，該聲波產(chǎn)生電抗器的顯著交流聲。此外，磁通量將從其穿過的前面提到的填充有間隔物的磁芯間隙是導(dǎo)致噪聲的振動源。這是由于當(dāng)所述磁通量發(fā)生交變時，其趨于對所述陶瓷間隔物進(jìn)行壓縮/減壓，從而導(dǎo)致磁芯中的振動。動態(tài)的電磁芯間隙力將導(dǎo)致作為主要噪聲源的磁芯振動?，F(xiàn)在基本上有兩種方式來減小由所述磁芯間隙力導(dǎo)致的振動的幅度，例如通過減小磁芯間隙力或者通過增大磁芯間隙硬度。由于磁芯間隙力的幅度與所述感應(yīng)設(shè)備的額定功率有很強(qiáng)相關(guān)性， 因此最為高效的減小噪聲的方式是增大磁芯間隙的硬度。在美國，干線電壓每秒鐘交變60次(60Hz)，因此所述磁芯段每秒鐘膨脹及收縮 120次，從而產(chǎn)生在120Hz及其諧波的音調(diào)。在歐洲，干線供電是50Hz，因此所述交流聲更接近IOOHz及其諧波。由磁芯連同所述磁芯和磁芯組件的重量生成的振動可能會迫使電抗器外殼下方的剛性基底結(jié)構(gòu)發(fā)生振動。所述外殼側(cè)壁可能剛性地連接到所述基底結(jié)構(gòu)，從而可能被堅硬的基底部件驅(qū)動而發(fā)生振動并且傳播噪聲。在本發(fā)明所涉及的浸入油中的感應(yīng)設(shè)備中，所述磁芯被放置在箱內(nèi)，并且振動通過箱基底和油傳播到箱壁從而導(dǎo)致噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖提供一種改進(jìn)的感應(yīng)設(shè)備，其可以減小電抗器磁芯柱中的振動，從而降低從電抗器發(fā)出的噪聲水平。本發(fā)明的目的可以通過如權(quán)利要求1所限定的感應(yīng)設(shè)備來實現(xiàn)。所述設(shè)備的特征在于，所述感應(yīng)設(shè)備包括設(shè)置在磁芯間隙其中一個內(nèi)的至少一個壓電元件以及連接到所述壓電元件的控制單元，所述控制單元被設(shè)置成提供用于感生所述壓電元件的振動的電信號，其相位與作用在所述磁芯間隙中的電磁吸引力相反。其想法是借助于影響所述壓電元件的電場來對抗并停止由電磁力在磁芯柱中導(dǎo)致的振動。當(dāng)受到電場影響時，所述壓電元件的尺寸將由于反壓電效應(yīng)而改變，從而所述磁芯間隙的填充度將提高。相應(yīng)地，由于壓電效應(yīng)是可逆的這一事實，因此所述磁芯柱將在所施加的電場減小時解壓，從而所述壓電元件的尺寸將減小。當(dāng)把電場(100-120V)饋送到所述壓電元件時，所述磁芯柱將在縱向上膨脹，從而導(dǎo)致所述元件在縱向上膨脹，因此所述磁芯柱中的振動將減小。所述壓電元件的膨脹將對抗發(fā)生在磁芯柱中的壓縮，以便保持所述磁芯柱的長度。因此，從磁芯柱傳遞到磁芯框的振動更少，從感應(yīng)設(shè)備發(fā)出的噪聲也更少。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述多個磁芯間隙包括間隔物，并且所述壓電元件被設(shè)置在所述間隔物與磁芯段之間或者被設(shè)置在所述間隔物與磁芯框之間。因此有可能令磁芯柱符合使得從所述磁芯柱傳遞到磁芯框的振動最小的情況。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述多個磁芯間隙包括多個間隔物，并且所述壓電元件被設(shè)置在所述間隔物與磁芯段之間以及被設(shè)置在所述間隔物與磁芯框之間。因此，壓電元件將在磁芯柱中以及在所述磁芯柱與磁芯框之間的附著點(diǎn)中起到減小振動的作用，從而減小振動并且防止振動傳遞到磁芯柱中。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，設(shè)置至少一個傳感器來測量磁芯柱中的振動。所述傳感器被配置成向控制單元發(fā)送測量值，所述控制單元被配置成基于所述測量值生成電信號。這樣將會平滑且高效地消除在磁芯柱中生成的振動，并且將有可能減小從所述感應(yīng)設(shè)備發(fā)出的噪聲。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述傳感器被配置成測量從感應(yīng)設(shè)備發(fā)出的聲音。 因此將有可能把所述傳感器設(shè)置在感應(yīng)設(shè)備外部。根據(jù)另一個實施例，所述感應(yīng)設(shè)備是并聯(lián)電抗器。下面將在根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)設(shè)備的一個優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述中給出本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


通過下面結(jié)合附圖所做的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。圖1是通過根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的感應(yīng)設(shè)備的縱向截面圖。圖2是通過圖1中所示的感應(yīng)設(shè)備的磁芯柱的截面圖A-A。圖3是根據(jù)本發(fā)明的上端面附著有壓電元件的間隔物的縱向截面圖。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的感應(yīng)設(shè)備1。感應(yīng)設(shè)備1被設(shè)置成與高壓輸電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)地使用。感應(yīng)設(shè)備1被用于補(bǔ)償通常為高壓電力線或擴(kuò)展電纜系統(tǒng)的長電力傳輸線的電容性電抗。感應(yīng)設(shè)備1可以永久性地投入運(yùn)行以穩(wěn)定電力傳輸，或者只在輕負(fù)載條件下被切換用于電壓控制。感應(yīng)設(shè)備1包括磁芯框3、繞組2以及被設(shè)置在磁芯框3中的磁芯柱6。磁芯柱6 包括多個由磁性材料制成的磁芯段lla-llg。磁芯段Ila-Ilg通常由高質(zhì)量的徑向?qū)訅轰撈瞥?，所述鋼片被分層并粘合以形成大的磁芯元件，并且所述磁芯段Ila-Ilg具有圓形截面，其具有如沿著磁芯柱6的縱向所見的上端面和下端面。此外，磁芯段Ila-Ilg被堆疊并且用環(huán)氧樹脂粘合，從而形成具有高彈性模量的磁芯柱。磁芯段Ila-Ilg的每個被設(shè)置成在沿著磁芯柱6的縱向上彼此相距預(yù)定的距離。如前所述的預(yù)定距離構(gòu)成多個磁芯間隙 9a_9h。在每一個磁芯間隙9a_9h中設(shè)置多個具有上端面和下端面的間隔物(為了簡單起見把所有間隔物都標(biāo)記為數(shù)字7)，以便保持磁芯段Ila-Ilg之間的預(yù)定距離。沿著磁芯柱6 的縱向看去，所述上端面和下端面的間隔物截面外觀的形狀例如是多邊形、圓形或橢圓形。在其中一個或更多個磁芯間隙9a_9h中設(shè)置壓電元件如_5」，其中沿著磁芯柱6的縱向看去，每一個壓電元件具有上端面和下端面，所述壓電元件如_5」處在間隔物7的端面與磁芯段Ila-Ilg的端面之間。所述壓電元件的上、下端面的形狀對應(yīng)于如前所述的間隔物的端面形狀。磁芯柱6被設(shè)置成建立特定磁電阻(磁阻)，所述磁電阻又設(shè)定設(shè)備1的電感。磁通量的主要部分以交變磁屬性穿過磁芯柱6，從而導(dǎo)致吸引力作用在磁芯間隙9a-9h 中。因此所述吸引力將壓縮磁芯柱6。間隔物7通常由諸如滑石的陶瓷材料制成。壓電元件如-5」由諸如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇或鈦酸鉛的材料制成。此外還可以使用諸如石英和電氣石的材料(其是具有壓電屬性的自然形成的晶體材料)以及人工產(chǎn)生的壓電晶體，比如Rochelle鹽、磷酸二氫銨和硫酸鋰。所述壓電元件被設(shè)置成優(yōu)選地沿著磁芯柱6的縱向 (y)膨脹或縮小。傳感器15被設(shè)置成感測及測量磁芯柱中的振動，并且連接到控制單元13。傳感器 15可以被設(shè)置在感應(yīng)設(shè)備1內(nèi)部的任何位置處或者被設(shè)置在感應(yīng)設(shè)備1外部并且與之鄰
5近，以便測量在磁芯柱6中生成的振動，或者測量從磁芯柱6生成到感應(yīng)設(shè)備1的箱壁的結(jié)構(gòu)或基底結(jié)構(gòu)的振動。另一種替換方案是把傳感器15設(shè)置在感應(yīng)設(shè)備1內(nèi)部的任何位置處，或者被設(shè)置在感應(yīng)設(shè)備1外部并且與之鄰近，以便測量從感應(yīng)設(shè)備1發(fā)出的噪聲。另一種替換方案是設(shè)置多于一個傳感器15以用于振動或聲音測量?？梢酝ㄟ^在感應(yīng)設(shè)備1內(nèi)部或感應(yīng)設(shè)備1外部設(shè)置多于一個傳感器15來實現(xiàn)關(guān)于振動或聲音的測量的提高的精度。 或者可以在感應(yīng)設(shè)備1內(nèi)部和感應(yīng)設(shè)備1外部二者處設(shè)置傳感器15。傳感器15連接到控制單元13，所述控制單元13又連接到壓電元件fe_5j?？刂茊卧?3包括存儲器單元、處理設(shè)備、硬件以及軟件?；谟蓚鞲衅?5測量的磁芯柱6中的振動，將所述軟件配置成計算用于在壓電元件如_5」中感生出振動的可變電信號的強(qiáng)度并且提供所述可變電信號。所述可變電信號將抵抗作用在磁芯間隙9a-9h中的電磁吸引力。穿過磁芯框3和磁芯柱6垂直設(shè)置一個中心孔(未示出)以便能夠抬起及運(yùn)送感應(yīng)設(shè)備1。傳感器15是被設(shè)置成用于測量振動或聲音的任何設(shè)備，比如加速度計、麥克風(fēng)、全方向移動傳感器、振動傳感器、傾斜傳感器或震動傳感器。可以通過磁芯間隙9a_9h中的許多不同配置來把壓電元件5a_5j設(shè)置在磁芯柱6中。從圖1中可以看出，在間隔物7的上端面與磁芯框3之間的磁芯間隙9a中設(shè)置一個或更多壓電元件5a。此外還可以在間隔物7的下端面與磁芯段Ila的上端面之間設(shè)置一個或更多壓電元件恥。在磁芯間隙9h中，可以在間隔物7的下端面與磁芯框3之間設(shè)置一個或更多壓電元件5j。此外還可以在間隔物7的上端面與磁芯段Ilg的下端面之間設(shè)置一個或更多壓電元件5i。在磁芯間隙9b、9c、9d、9e、9f中，可以在間隔物7的下端面與磁芯段llb、llc、lld、 IleUlf的上端面之間設(shè)置一個或更多壓電元件5c、5dje、5f、5g、5h。關(guān)于磁芯間隙9b、9c、9d、9e、9f的另一種可能性是在間隔物7的上端面與磁芯段 llb、llc、lld、lle、llf的下端面之間設(shè)置一個或更多壓電元件5c、5d、5e、5f、5g、5h。一種可能的設(shè)置是在有限數(shù)目的磁芯間隙9b、9c、9d、9e、9f中設(shè)置壓電元件5c、 5d、5e、5f、5g、5h。關(guān)于磁芯間隙9b、9c、9d、9e、9f的另一種可能性是不在所述間隔物的端面與磁芯段lib、11c、lid、lie、Ilf的端面之間設(shè)置任何壓電元件。因此，將僅在磁芯間隙9a、9h中設(shè)置一個或更多壓電元件fe、5b、5i、5j。另一種可能性是在間隔物7的端面的上側(cè)與磁芯段lla-llf的端面的下側(cè)之間以及在間隔物7的端面的下側(cè)與磁芯段Ilb-Ilg的端面的上側(cè)之間設(shè)置一個或更多壓電元件。從而每一個磁芯間隙9b-9g將包括設(shè)置在間隔物7上端面和間隔物7下端面二者上的壓電元件。間隔物7的(縱向)長度可以根據(jù)壓電元件5a_5i是否附著到其端面上而不同。圖2示出了通過圖1中所示設(shè)備截面A-A中的磁芯間隙。間隔物21被設(shè)置在磁芯段22的上端面上，壓電元件20被設(shè)置到間隔物21的上端面。中心孔M被設(shè)置成以縱向穿過磁芯段22。磁場(未示出)作用在穿過壓電元件的縱向上。每一個壓電元件20通過連接裝置26J8連接到控制單元(未示出)。但是為了簡單起見僅示出其中一個具有連接裝置的壓電元件。 圖3示出了間隔物30，其中壓電元件32附著到其上端面。壓電元件32通過所示出的連接裝置34、36連接到控制單元(未示出)。此外還示出了作用在穿過壓電元件32的縱向上的磁場38。連接裝置34、36可以被設(shè)置成通過使用所述中心孔或者通過使用磁芯框與磁芯柱之間的空間而連接到壓電元件32。
權(quán)利要求
1.一種將與高壓輸電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)地使用的感應(yīng)設(shè)備，其具有-至少一個繞組；-至少一個磁芯框；以及-設(shè)置在所述磁芯框中的至少一個磁芯柱，其包括-多個磁芯間隙；以及-通過所述磁芯間隙分開的多個磁性材料的磁芯段，其中-所述繞組使得電磁力作用在所述磁芯間隙中，其特征在于，所述感應(yīng)設(shè)備還包括-設(shè)置在所述磁芯間隙其中一個中的至少一個壓電元件；以及-連接到所述壓電元件的控制單元，其被設(shè)置成提供用于感生出所述壓電元件的振動的電信號，所述振動抵抗作用在所述磁芯間隙中的所述電磁吸引力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述多個磁芯間隙包括多個間隔物，所述壓電元件被設(shè)置在所述間隔物與所述磁芯段之間或者被設(shè)置在所述間隔物與所述磁芯框之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述多個磁芯間隙包括多個間隔物，所述壓電元件被設(shè)置在所述間隔物與所述磁芯段之間以及被設(shè)置在所述間隔物與所述磁芯框之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括被設(shè)置成測量所述磁芯柱中的振動并且向所述控制單元發(fā)送測量值的至少一個傳感器，所述控制單元被配置成基于所述測量值生成所述電信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的感應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述傳感器是加速度計。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的感應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述傳感器被適配成測量聲音。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的感應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述感應(yīng)設(shè)備是并聯(lián)電抗器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將與高壓輸電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)地使用的感應(yīng)設(shè)備，其具有至少一個繞組、至少一個磁芯框以及設(shè)置在所述磁芯框中的至少一個磁芯柱。所述磁芯框包括多個磁芯間隙(其中包括多個間隔物)以及多個磁性材料的磁芯段。所述磁芯段通過至少其中一個所述磁芯間隙分開，并且所述繞組使得電磁吸引力作用在所述磁芯間隙中。所述感應(yīng)設(shè)備還包括設(shè)置在所述磁芯間隙其中一個中的至少一個壓電元件以及連接到所述壓電元件的控制單元。所述控制單元被設(shè)置成提供用于感生出所述壓電元件的振動的電信號，所述振動抵抗作用在所述磁芯間隙中的所述電磁吸引力。
文檔編號H01F37/00GK102227787SQ200880132132
公開日2011年10月26日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者A·B·埃里克森, J·哈杰克, J·安格, J·弗斯林 申請人:Abb技術(shù)有限公司