專利名稱：超導(dǎo)電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)電工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低損耗、高可靠性的鐵芯式超導(dǎo)電抗器。
背景技術(shù)：
目前的高溫超導(dǎo)線圈主要通過Bi系高溫超導(dǎo)帶材Bi-2223來繞制，此外，也有用Bi系高溫超導(dǎo)帶材Bi-2212、Y系高溫超導(dǎo)帶材YBCO以及其它高溫超導(dǎo)帶材作為高溫超導(dǎo)線圈的載流導(dǎo)體。由于這些高溫超導(dǎo)帶材有較高的臨界溫度，可以運(yùn)行在液氮溫區(qū)(77K)下而通過較高的電流密度，因此，使用高溫超導(dǎo)帶材繞制的高溫超導(dǎo)線圈裝置正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。
目前廣泛應(yīng)用于高溫超導(dǎo)變壓器、限流器、儲(chǔ)能線圈等繞組的材料為Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材，其在外磁場中表現(xiàn)為很強(qiáng)的各向異性在溫度等其它條件不變的情況下，帶材的載流能力會(huì)隨著背景磁場的增強(qiáng)而削弱；當(dāng)外磁場方向?yàn)槠叫杏趲娣较驎r(shí)，這種載流能力隨磁場削弱的趨勢較為緩和，尤其是當(dāng)平行場小于100mT時(shí)這種趨勢不被表現(xiàn)；而當(dāng)外磁場為垂直于帶面方向時(shí)，這種載流能力隨磁場消弱的趨勢會(huì)顯著增強(qiáng)，垂直場在100mT時(shí)，超導(dǎo)帶材的臨界電流(載流能力)僅為零場下臨界電流的50％。這種載流能力的下降將會(huì)大大增加繞組的損耗，使繞組局部發(fā)熱失超從而燒毀整個(gè)繞組。因而如何有效的降低Bi系高溫超導(dǎo)繞組各點(diǎn)的垂直磁場分量成為該種繞組設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。
超導(dǎo)電抗器和常規(guī)電抗器一樣，按照結(jié)構(gòu)主要分為鐵芯式和空心式兩種。鐵芯式超導(dǎo)電抗器可以在少用導(dǎo)線的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)較大的電感，但需要耗費(fèi)鐵芯材料而且其電抗值為非線性。空心式超導(dǎo)電抗器的磁路為空氣，因此電抗始終為線性，但是其導(dǎo)線消耗量較鐵芯式電抗器大許多，為此，許多超導(dǎo)空心式電抗器均工作在低于液氮溫度下，這樣可以提高超導(dǎo)線的載流能力，從而節(jié)省導(dǎo)線的用量，但是低溫系統(tǒng)較直接液氮浸泡復(fù)雜和昂貴的多。因此目前來考慮，限流用超導(dǎo)電抗器使用鐵芯式超導(dǎo)電抗器較為優(yōu)越一些。
鐵芯式超導(dǎo)電抗器主要由杜瓦、繞組、帶氣隙的閉合鐵芯、引線、高壓終端等組成。杜瓦有室溫孔，這樣可以保證鐵芯溫度為環(huán)境溫度；繞組可以為螺旋式和餅式，餅式繞組由雙餅式線圈串聯(lián)或并聯(lián)組成；鐵芯為帶氣隙的鐵芯。設(shè)計(jì)鐵芯式電抗器的時(shí)候，其中一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問題是如何降低超導(dǎo)繞組所處位置的漏磁場，尤其是繞組端部的橫向漏磁場，從而增大超導(dǎo)線的載流能力。
在專利SE 92024553“超導(dǎo)變壓器、電抗器的繞組支撐結(jié)構(gòu)”中描述了一種降低繞組端部垂直漏磁場并減小繞組交流損耗的方法。高溫超導(dǎo)帶材繞制在刻有環(huán)形斜槽的管狀骨架上，在鐵芯柱和繞組骨架之間有低溫容器壁。繞組骨架上斜槽的寬度略大于帶材的寬度，而傾斜方向?yàn)樵撎庪姶艌龅姆较?。該專利的缺點(diǎn)在于1、繞組骨架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易加工；2、制作這種結(jié)構(gòu)的前提是在電磁場精確計(jì)算的前提上，而實(shí)際情況端部的漏磁場方向受許多因數(shù)影響，很難精確計(jì)算；3、由于將導(dǎo)線繞制在傾斜的骨架上，因此沿帶材寬度方向半徑不同，是的繞組繞制不緊湊且容易損壞導(dǎo)線。
在美國專利5659277中介紹了另外一種降低繞組端部橫向漏磁場的方法，為磁屏蔽的方法。不論是交流還是直流磁體，采用該方法均可在一定程度上降低繞組端部橫向漏磁場的分量，但是該方法結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且只是在一定程度上起到作用。在專利CN 2146772中介紹了一種“一種全方位磁屏蔽電抗器”，主要是通過器身磁屏蔽和油箱磁屏蔽使漏磁場沿磁路閉合，從而消除夾件和油箱上的渦流損耗。該結(jié)構(gòu)可以有效的消除結(jié)構(gòu)件以及油箱上的雜散損耗并防止其局部過熱，同時(shí)能夠減小漏磁場在繞組端部的發(fā)散。但是對(duì)于超導(dǎo)電抗器，一來由于沒有外殼，另外由于杜瓦的存在因此這樣的漏磁路徑不易形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種超導(dǎo)電抗器。
解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該超導(dǎo)電抗器包括鐵芯、繞組、杜瓦、磁屏蔽，超導(dǎo)電抗器的鐵芯上套裝有杜瓦，繞組由串連的完全相同的兩部分組成，分別繞制或套裝在兩個(gè)不同鐵芯的杜瓦的兩個(gè)內(nèi)筒上，繞組的上下兩端各置有磁屏蔽。
本發(fā)明專利的超導(dǎo)電抗器的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在其可有效減小超導(dǎo)繞組漏磁場，尤其是端部橫向漏磁場，尤其是端部橫向漏磁場，減小超導(dǎo)繞組交流損耗并提高電抗器運(yùn)行安全可靠性。


圖1平行場、垂直場示意圖；圖2各向異性示意圖；圖3瑞典專利SE92024553示意圖；圖4美國專利5659277示意圖；圖5專利CN 2146772示意圖；圖6超導(dǎo)電抗器實(shí)施例正視圖；圖7超導(dǎo)電抗器實(shí)施例俯視圖；
圖8磁屏蔽1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9該發(fā)明用杜瓦的正面刨示圖；圖10該發(fā)明用杜瓦的俯視圖；圖11加裝磁屏蔽的繞組端部漏磁場示意圖。
附圖標(biāo)注1—磁屏蔽，2—杜瓦，3—鐵芯氣隙，4—油箱磁屏蔽，5—繞組，6—鐵芯，7—外殼，8—繞組壓板，9—外磁屏蔽，10—內(nèi)磁屏蔽，11—杜瓦壁，12—真空夾層，13—鐵芯室溫孔，14—杜瓦內(nèi)筒，15—杜瓦外筒。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖6、圖7為本發(fā)明專利具體實(shí)施例的示意圖。為了降低繞組的漏磁場，超導(dǎo)繞組5分裂為兩部分串連，每個(gè)分裂繞組的匝數(shù)為中匝數(shù)的一半，并為了保持磁場的對(duì)稱性，兩個(gè)分裂繞組的結(jié)構(gòu)完全相同。為了保持超導(dǎo)繞組的正常工作溫度，將繞制好的兩個(gè)分裂繞組套裝在杜瓦2的兩個(gè)內(nèi)筒14上。鐵芯6的兩個(gè)中柱上開有氣隙3，鐵芯6的兩個(gè)中柱穿過杜瓦2的鐵芯室溫孔13為兩個(gè)分裂繞組提供磁路。在超導(dǎo)繞組的上、下兩端置有磁屏蔽1，磁屏蔽1將兩個(gè)分裂繞組的漏磁場連接起來形成閉合的路徑，這樣降低了繞組端部磁場的發(fā)散，從而降低了繞組端部超導(dǎo)線的橫向漏磁，增大了端部繞組的利用效率，降低了損耗，提高了運(yùn)行的安全可靠性。
繞組磁屏蔽1可由四部分組成，為兩個(gè)外磁屏蔽9和兩個(gè)磁屏蔽10的上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過磁屏蔽9和磁屏蔽10將兩個(gè)繞組的漏磁場沿磁場方向連接起來形成通路。磁屏蔽由垂直與繞組端面的硅鋼片疊積而成，并用不導(dǎo)磁材料將其間隔成數(shù)組，這樣使每組硅鋼片流通的漏磁通不能流到其相鄰的硅鋼片組內(nèi)，阻止了漏磁通的發(fā)散，并減小了磁屏蔽1自身的渦流損耗；用粘合劑將構(gòu)成磁屏蔽的硅鋼片和不導(dǎo)磁材料粘合在一起或者用環(huán)氧樹脂真空澆鑄，還可以在磁屏蔽1的上面和下面用無磁鋼板與硅鋼片焊接在一起，以加強(qiáng)磁屏蔽的整體機(jī)械強(qiáng)度，提高磁屏蔽1的抗震能力，如圖8所示。
圖9、圖10為該發(fā)明專利用杜瓦2的結(jié)構(gòu)示意圖。該杜瓦基本組成部分為杜瓦內(nèi)筒14和杜瓦外筒15。杜瓦內(nèi)筒14和杜瓦外筒15的基本組成部分為杜瓦壁11和真空夾層12，在真空夾層中有絕熱材料降低杜瓦的漏熱。杜瓦內(nèi)筒中為鐵芯室溫孔13，杜瓦內(nèi)筒14與杜瓦外筒之間為液氮容器。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)電抗器，包括鐵芯(6)、繞組(5)、杜瓦(2)、磁屏蔽(1)，其特征在于超導(dǎo)電抗器的鐵芯(6)上套裝有杜瓦(2)，繞組(5)由串連的完全相同的兩部分組成，分別繞制或套裝在兩個(gè)不同鐵芯(6)的杜瓦(2)的兩個(gè)內(nèi)筒(14)上，繞組(5)的上下兩端各置有磁屏蔽(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電抗器，其特征在于所述鐵芯(6)的兩個(gè)中柱上開有氣隙(3)，杜瓦內(nèi)筒中有鐵芯室溫孔(13)，鐵芯(6)的兩個(gè)中柱穿過杜瓦(2)的鐵芯室溫孔(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電抗器，其特征在于所述的磁屏蔽(1)由四部分組成，為兩個(gè)外磁屏蔽(9)和兩個(gè)磁屏蔽(10)的上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其是由垂直于繞組端面的硅鋼片疊積而成，并有不導(dǎo)磁材料的絕緣材料將其間隔開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)電抗器，其特征在于所述的磁屏蔽(1)用粘合劑將構(gòu)成磁屏蔽的硅鋼片和不導(dǎo)磁材料粘合在一起或者用環(huán)氧樹脂真空澆鑄，還可以是磁屏蔽1的上面和下面用無磁鋼板與硅鋼片焊接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電抗器，其特征在于所述的杜瓦(2)由兩部分組成，即杜瓦內(nèi)筒(14)和杜瓦外筒(15)，杜瓦內(nèi)筒(14)和杜瓦外筒(15)的基本組成部分為杜瓦壁(11)和真空夾層(12)，真空夾層(12)中有用來降低杜瓦漏熱的絕熱材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)電抗器，其特征在于杜瓦內(nèi)筒(14)與杜瓦外筒(15)之間為液氮容器，其內(nèi)部裝有液氮。
全文摘要
本發(fā)明屬于超導(dǎo)電工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低損耗、高可靠性的鐵芯式超導(dǎo)電抗器；該超導(dǎo)電抗器包括鐵芯、繞組、杜瓦、磁屏蔽，超導(dǎo)電抗器的鐵芯上套裝有杜瓦，繞組由串連的完全相同的兩部分組成，分別繞制或套裝在兩個(gè)不同鐵芯的杜瓦的兩個(gè)內(nèi)筒上，繞組的上下兩端各置有磁屏蔽；本發(fā)明專利的超導(dǎo)電抗器的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在其可有效減小超導(dǎo)繞組漏磁場，尤其是減小端部橫向漏磁場提高電抗器運(yùn)行安全可靠性。
文檔編號(hào)H01F6/00GK1753112SQ20041004679
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者趙祥 申請(qǐng)人:特變電工股份有限公司