專利名稱：帶氣隙的可控電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是電網(wǎng)中提供無功功率的一種新型電氣設(shè)備。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償時所采用的最主要方式是進(jìn)行電容器的 投切，其投切的容量不是連續(xù)可調(diào)的，尤其是在高電壓領(lǐng)域，因為造 價高昂，電容分級投切的級數(shù)很少，無功功率的控制精度幾乎沒有， 并且投切電容還產(chǎn)生很大的涌流，給它的實際應(yīng)用帶來很大的不便。
目前采用的無功容量可以連續(xù)調(diào)節(jié)的裝置是靜止無功補(bǔ)償器(svc)，
它的控制器的電壓等級與電抗器的電壓等級是相同的，造價昂貴，且 采用可控硅產(chǎn)生很大的諧波，需要另外增加一套濾波器來濾除諧波， 總之是占地很大，控制很復(fù)雜，價格更是昂貴，從而影響了它的廣泛 使用，電網(wǎng)無功補(bǔ)償中多數(shù)采用的還是電容投切的方式。
采用可控電抗器的無功補(bǔ)償是svc的一種，成本比普通的svc
要低得多?？煽仉娍蛊魇窃诖欧糯笃鞯幕A(chǔ)上發(fā)展起來的，磁飽和電
抗器的主要缺點是控制直流的改變會導(dǎo)致結(jié)成三角形線圈內(nèi)部電流
的變化，過渡過程時間取決于三角形線圈時間常數(shù)，其數(shù)值較大，使
響應(yīng)時間變慢，無法滿足快速調(diào)節(jié)的需要；另外就是有效材料消耗 (3.0kg/kVA)和有功損耗(1.0%)較大， 一般不可控的鐵芯電抗器 的有效材料消耗及有功損耗分別只有0.8kg/kVA和0.5%。由于這些缺 點使傳統(tǒng)的可控電抗器的推廣應(yīng)用受到了限制。俄羅斯曾提出可控電抗器"磁閥"的概念，并隨后實現(xiàn)了繞組(工作繞組、控制繞組、補(bǔ) 償繞組)布置的全新結(jié)構(gòu)設(shè)計與樣品研制，使可控電抗器的發(fā)展有了 一定的進(jìn)展。但這種電抗器的致命弱點是為保證只有較小截面的磁 閥段始終處于飽和，而其余部分不飽和，勢必要增加其余部分鐵芯截 面的面積，使電抗器的有效材料用量增多，成本較高,且損耗增加、
噪音增大。在此基礎(chǔ)上，專利01229191.9提出了一種磁控式可控電 抗器的概念，通過全磁路的飽和來達(dá)到電抗器容量可控的目的，基本 上克服了以上的缺點。
上述可控電抗器的工作原理其實都是利用了電抗器鐵芯飽和時 磁阻增大的現(xiàn)象，鐵芯飽和所造成的最大的問題一是飽和是非線性 的，因而它在使用中就存在很大的諧波，對系統(tǒng)有污染，再是飽和必 然造成損耗的增加。
電力系統(tǒng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償時所采用的最主要方式是用電容器提供 無功功率，同時還與電容器串聯(lián)一組電抗器，該電抗器的主要目的一 是起到限流的作用，電容器的電壓不能突變，當(dāng)它接到系統(tǒng)中時就會 有非常大的過流發(fā)生，過流倍數(shù)會達(dá)到電容器額定電流的一百倍還 多，這樣投切次數(shù)多了就容易燒毀開關(guān)或電容器，而電抗器流過的電 流是不能突變的，利用這原理將電抗器與電容器相串聯(lián)，就可以抑制 電容器的過流，可以將過流倍數(shù)降低到二十五倍以下；該電抗器的另 一個作用就是濾波，電容器與電抗器串聯(lián)會有一個調(diào)諧頻率點，若該 頻率點與電力系統(tǒng)的某次諧波頻率相吻合，則該串聯(lián)回路就對該次諧
波產(chǎn)生陷波作用，即該次諧波全被短路了，不再影響到更高級的電力 網(wǎng)。目前電力系統(tǒng)中正是這樣利用的串聯(lián)電抗器，但電抗器的容量是 固定不變的，這樣在進(jìn)行濾波時，就會受到比較大的影響，因為容量固定，則它只能濾除某一次的諧波，而對其他次的諧波沒有濾波效果 或濾波效果不明顯；再是系統(tǒng)電壓的變化、電容器使用的老化等等都 會影響電容器與電抗器的調(diào)諧頻率點，這樣就對某次諧波因為工作點 的改變也會降低濾波效果。若串聯(lián)電抗器的容量是可調(diào)的，則其與電 容器的工作點就可以根據(jù)最佳的濾波效果而調(diào)整，既可以變換要濾除 的諧波次數(shù)也可以適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)的變化，就可以大大提高濾波的效 果。而磁閥式或磁控式可控電抗器因為本身存在有諧波，雖然容量可 調(diào)，也不能用在濾波場合

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對上述兩種情況，在可控電抗器的鐵芯回路中增加 了一組或多組氣隙層，氣隙層采用非導(dǎo)磁材料組成，使可控電抗器的 電流中基本不再有諧波存在，達(dá)到極小的諧波、更低的損耗的目標(biāo)。
電抗器的容量和其磁路的磁阻是密切相關(guān)的，而空氣隙能提供最 大的磁阻，當(dāng)然不能將空氣隙用于電抗器，那樣在工藝上不能保證， 而是采用非導(dǎo)磁材料組成氣隙。氣隙中的磁通密度B和磁場強(qiáng)度H 是線性關(guān)系，這樣電抗器的電流就是一個理想的波形了，不再有諧波 存在，鐵芯中磁場的飽和程度也可以做到?jīng)]有或較小，飽和損耗也減 輕了。當(dāng)用于串聯(lián)電抗器時，采用氣隙層可以保證在電容器和電抗器 串聯(lián)上電的初期，電抗器就有一定的容量來完成限流的作用，即在上 電初期還沒有對電抗器進(jìn)行控制時，該可控電抗器與普通的串聯(lián)電抗 器一樣有一個固定的初始容量，以完成限流的功能。在上電以后串聯(lián)
電抗器的容量就通過調(diào)整直流磁通來進(jìn)行調(diào)整了 。
本發(fā)明分為電抗器本體和控制驅(qū)動電路兩部分。電抗器的本體采 用的是對稱的結(jié)構(gòu)，其目的是保證在任何情況下磁路都是完全對稱
5的，可以消除由磁路不對稱所造成的損耗增加、噪音增加的不良影響； 電抗器是單相時為三柱式結(jié)構(gòu)，其中有兩個分裂的鐵芯柱，三柱式結(jié) 構(gòu)分裂鐵芯柱在兩邊，中間為導(dǎo)磁用的鐵芯柱。在分裂鐵芯柱上設(shè)計 有一組或多組氣隙層，以保證有足夠的磁阻且氣隙中的磁場是線性 的。在各類可控電抗器中，磁閥式的其分裂鐵芯柱上有一段或多段凹 進(jìn)去的部分，磁飽和主要集中于這部分，由于飽和過于集中，在大容 量時制造起來有一定的難度；磁控式的則沒有凹進(jìn)去的部分，分裂鐵 芯柱上下的截面積是相同的，即飽和在整個分裂鐵芯柱上都發(fā)生，鐵 芯截面積可以是完全相同的，在這里主要采用的是磁控式的結(jié)構(gòu)。
帶氣隙的可控電抗器三相時為六柱式結(jié)構(gòu)，分為縱鐵軛和橫鐵 軛，使交流磁路和直流磁路分開，比三個單相電抗組成三相電抗，結(jié) 構(gòu)緊湊的多。
對三柱式或六柱式結(jié)構(gòu)，軛部一般設(shè)計工作在非飽和狀態(tài)以降低 損耗，有時為降低成本或達(dá)到所需的容量，也可以設(shè)計工作在比較低 的飽和狀態(tài)，鐵芯柱一般設(shè)計成磁飽和的，再加上氣隙就可以產(chǎn)生所 需要的電抗容量了。
磁控式電抗器的鐵芯所用的材料也有要求，希望所用材料的磁化 曲線上在相同的磁通密度B的點-所對應(yīng)的磁場強(qiáng)度H應(yīng)該更大些， 其目的是為了同容量的情況下可適當(dāng)減小電抗器的體積，因此電抗器 鐵芯的全部或部分所用材料，該材料磁化曲線上在磁通密度B為1.5 特斯拉(T)的點的磁場強(qiáng)度H要大于100安培/米(A/m)。
本發(fā)明徹底解決了困擾可控電抗器應(yīng)用的一個難題，即電流存在 比較大的諧波，同時也降低了可控電抗器的損耗。還可以應(yīng)用于串聯(lián) 電抗器，為實現(xiàn)電力系統(tǒng)在線濾波提供了一個有利的手段。


圖1為三柱式帶氣隙的單相可控電抗器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為六柱式帶氣隙的三相可控電抗器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1、 2、 3為高壓繞組的三個出線端，4為氣隙，5為高壓線
圈所在的鐵芯柱，6為縱鐵軛，7為高壓繞組，8為橫鐵軛，9為構(gòu)成
交流導(dǎo)磁回路的鐵芯柱，上面沒有繞組。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
帶氣隙的可控電抗器的每個分裂鐵芯柱上都有一組或多組氣隙 層4，該氣隙層的結(jié)構(gòu)和工藝與普通固定容量的帶鐵芯的電抗器一樣。 每個分裂柱上還都裝有兩個帶中間抽頭的繞組，四個繞組分別稱為左 上、左下、右上、右下繞組，每個繞組的三個出線編號為1、 2、 3， l為上出線，3為下出線，2為中間抽頭，總共有12個出線端。其中 ,左上1和右上1相連，左下3和右下3相連，分別接到單相交流電源 的兩端。左上3和右下1相連，并接到續(xù)流二極管的正極。右上3和 左下l相連并接到續(xù)流二極管的負(fù)極。左上2接正向可控硅的正極， 左下2接正向可控硅的負(fù)極；布上2接反向可控硅的負(fù)極，右下2接 反向可控硅的正極。其中的可控硅、續(xù)流二極管及觸發(fā)控制電路構(gòu)成 了可控電抗器的控制部分，通過控制可控硅的導(dǎo)通角就可以控制電抗 器本身的直流磁通，從而就可以控制電抗器的容量連續(xù)可調(diào)。
單相電抗為三柱式結(jié)構(gòu)，而三相電抗采用六柱結(jié)構(gòu)時，就可以節(jié) '省三個導(dǎo)磁鐵芯柱9，采用縱鐵軛和橫鐵軛分開的方式，使交流磁路 和直流磁路分開來，從而大大節(jié)省了材料，結(jié)構(gòu)變的更緊湊。
本發(fā)明具有基本沒有諧波、損耗較小等特點。
權(quán)利要求
1、一種用于電網(wǎng)中提供無功功率的帶氣隙的可控電抗器，由對稱的鐵芯柱(5)、(9)、軛部(6)、(8)、高壓繞組(7)、功率驅(qū)動電路和控制電路所構(gòu)成，該可控電抗器有兩個分裂的鐵芯柱，每個分裂鐵芯柱上裝有兩個帶中間抽頭的繞組，帶抽頭的繞組與可控硅及二極管相連；其特征在于所述的可控電抗器鐵芯柱(5)上設(shè)計有一組或多組氣隙層(4)，氣隙層(4)由非導(dǎo)磁材料組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶氣隙的可控電抗器，其特征在于 所述的可控電抗器鐵芯的全部或部分所用的材料，該材料磁化曲線上 在磁通密度B為1.5特斯拉(T)的點的磁場強(qiáng)度H大于100安培/ 米(A/m)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2所述的帶氣隙的可控電抗器，其特征在于 所述的可控電抗器單相時為三柱式結(jié)構(gòu)，中間鐵芯柱的截面積與兩邊 鐵芯柱截面積之比大于1.5倍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2所述的帶氣隙的可控電抗器，其特征在于: 所述的可控電抗器三相時為六柱式結(jié)構(gòu)，分別有兩組縱鐵軛(6)橫 鐵軛(8)。
全文摘要
電網(wǎng)所提供無功的功率其容量基本不是連續(xù)可調(diào)的，或連續(xù)可調(diào)但存在比較大的諧波，本發(fā)明采用的是一種新型的帶氣隙的可控電抗器，其電抗器容量連續(xù)可調(diào)但基本不存在諧波。本裝置由電抗器本體與驅(qū)動控制電路組成，電抗器鐵芯上有不導(dǎo)磁的氣隙層，氣隙磁場中磁通密度B和磁場強(qiáng)度H是線性關(guān)系，因而使帶氣隙的可控電抗器的電流基本上不存在諧波。單相時為三鐵芯柱結(jié)構(gòu)，三相時為六鐵芯柱結(jié)構(gòu)。既可用于并聯(lián)電抗，也可用于串聯(lián)電抗。當(dāng)其應(yīng)用于串聯(lián)電抗器時，通過調(diào)整電抗器與串聯(lián)的電容器的調(diào)諧頻率點就可以在線改變?yōu)V波的頻率，使在線自動濾波成為可能。
文檔編號H01F29/02GK101661832SQ20091016959
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者劉有斌 申請人:劉有斌