專利名稱：帶磁屏蔽的磁控式可控電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是電網(wǎng)中提供無(wú)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(wú)功補(bǔ)償時(shí)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，無(wú)功功率的控制精度比較低，并且投切電容還產(chǎn)生很大的涌流，大大影響了其可靠性。目前采用的無(wú)功容量可以連續(xù)調(diào)節(jié)的裝置是靜止無(wú)功補(bǔ)償器，它的控制器的電壓等級(jí)與電抗器的電壓等級(jí)是相同的，造價(jià)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(lái)濾除諧波，總之是占地很大，控制很復(fù)雜，價(jià)格更是昂貴，從而影響了它的廣泛使用，電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償中多數(shù)采用的還是電容投切的方式。
現(xiàn)在電力系統(tǒng)中高壓電容的投切一般為兩級(jí)或四級(jí)，且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切比較困難，這是因?yàn)橥肚挟a(chǎn)生太大的沖擊涌流，對(duì)投切開關(guān)及電容的損害都比較大，一天多次投切，開關(guān)的壽命有限，采用國(guó)外進(jìn)口的專用開關(guān)，價(jià)格又十分昂貴，同樣也存在壽命問(wèn)題，一般都不自動(dòng)投切，而是采用人工投切的方式?，F(xiàn)在無(wú)人值守的變電站越來(lái)越多，無(wú)功補(bǔ)償電容的投切是他們面臨的一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。采用兩級(jí)或四級(jí)投切，其無(wú)功容量的控制精度比較低，這些當(dāng)然都會(huì)增加網(wǎng)損、降低電網(wǎng)運(yùn)行的質(zhì)量。
可控電抗器是在磁放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。隨著高磁感應(yīng)強(qiáng)度及低損耗的晶粒取向鋼帶和高磁導(dǎo)率、高矩形系數(shù)的坡莫合金材料的出現(xiàn)，磁放大器以及飽和電抗器的理論及應(yīng)用達(dá)到一個(gè)新水平，并且已引入到電力系統(tǒng)。普通磁飽和電抗器的主要缺點(diǎn)是控制直流的改變會(huì)導(dǎo)致結(jié)成三角形線圈內(nèi)部電流的變化，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間取決于三角形線圈時(shí)間常數(shù)，其數(shù)值較大，使響應(yīng)時(shí)間變慢，無(wú)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(diǎn)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(shí)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(jì)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(diǎn)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(shì)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(guò)全磁路的飽和來(lái)達(dá)到電抗器容量可控的目的，基本上克服了以上的缺點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)由于電磁場(chǎng)飽和使得電抗器對(duì)控制器的影響很明顯，把控制部分與電抗器本體放在一起時(shí)控制器器無(wú)法正常工作，并且以更高的要求來(lái)看，原有的方式還存在著躁聲稍大、損耗稍大、工藝稍復(fù)雜的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型就是針對(duì)上述情況，將功率驅(qū)動(dòng)電路與電抗器本體分離開來(lái)，電抗器本體由鐵芯和線圈構(gòu)成，在它們中間加上足夠厚的屏蔽層，以保證驅(qū)動(dòng)電路可靠地工作，另外采用卷鐵芯工藝，使磁控式可控電抗器達(dá)到更低的諧波噪音、更低的成本、更低的損耗的目標(biāo)。
本實(shí)用新型由電抗器本體和驅(qū)動(dòng)控制電路兩大部分組成。由于電抗器工作在飽和狀態(tài)，因此它所產(chǎn)生的漏磁通比較大，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的影響也比較大，若將驅(qū)動(dòng)電路與電抗器本體直接放在一起，則驅(qū)動(dòng)電路難以正常工作。驅(qū)動(dòng)電路中的二極管、可控硅與電抗器本體是等電位的，它們也不能離開太遠(yuǎn)，為了驅(qū)動(dòng)電路正常工作，就需要在電抗器本體與驅(qū)動(dòng)電路之間加屏蔽層。電抗器本體采用的是對(duì)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(duì)稱的，可以消除由磁路不對(duì)稱所造成的損耗增加、噪音增加的不良影響；電抗器是單相電抗器，為三柱式或四柱式卷鐵芯結(jié)構(gòu)，三柱式結(jié)構(gòu)其中兩邊的鐵芯柱上安裝有線圈，中間的鐵芯柱上沒(méi)有線圈，僅用于導(dǎo)磁，但比兩邊的截面積要大50％以上。四柱式結(jié)構(gòu)線圈安裝在兩邊的柱上，也可以安裝在中間的兩個(gè)柱上，四個(gè)鐵芯截面積相等。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(guò)于集中，在大容量時(shí)制造起來(lái)有一定的難度；本電抗器采用四個(gè)鐵芯柱，則鐵芯柱與軛部的截面積完全相同，可以采用卷鐵芯的制造工藝來(lái)完成；為節(jié)省材料，也可以采用三鐵芯的結(jié)構(gòu)，也采用卷鐵芯的工藝，但中間的鐵芯柱留有一定的空隙再增加一些硅鋼片以保證中間比兩邊的鐵芯柱截面積大50％以上，這相當(dāng)于把四鐵芯電抗器中間兩個(gè)鐵芯合成一個(gè)鐵芯，面積自然要大一倍，而這部分鐵芯柱中只有交流磁場(chǎng)，從節(jié)省材料的角度又不需要一定比兩邊鐵芯柱截面積大一倍，大50％以上就可以滿足需要了。兩種結(jié)構(gòu)磁場(chǎng)飽和接近在全磁路都發(fā)生，接近全磁路的每個(gè)部分都對(duì)電抗器的容量做貢獻(xiàn)，而采用卷鐵芯的工藝后，它本身就可以降低噪音、降低損耗、適合大批量生產(chǎn)。
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(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)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(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H要大于200安培/米(A/m)。
本實(shí)用新型在原來(lái)磁控式電抗器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，其最顯著的特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路與電抗器鐵芯和線圈之間加屏蔽層后驅(qū)動(dòng)電路的工作更可靠了。采用卷鐵芯的工藝可以降低振動(dòng)和噪音，同時(shí)降低了損耗。由于卷鐵芯可控電抗器的特殊結(jié)構(gòu)，使它具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、寬廣的調(diào)節(jié)范圍、較小的噪音、較小的損耗等特點(diǎn)。


附圖1為帶屏蔽磁控式可控電抗器的結(jié)構(gòu)示意圖附圖2為三鐵芯磁控式可控電抗器的結(jié)構(gòu)示意圖附圖3為卷鐵芯一個(gè)小圈的示意圖附圖4為三鐵芯卷鐵芯合成整個(gè)鐵芯示意圖附圖5為四鐵芯卷鐵芯合成整個(gè)鐵芯示意圖附圖6為卷鐵芯每個(gè)圈的截面示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本實(shí)用新型由電抗器本體和驅(qū)動(dòng)控制電路兩大部分組成。圖1中，4為電抗器箱體，5為電抗器本體，6為上出油孔，7為驅(qū)動(dòng)電路，8為驅(qū)動(dòng)電路與電抗器本體之間的隔離層，9為驅(qū)動(dòng)電路與電抗器本體的連接線，10為下進(jìn)油孔，11為驅(qū)動(dòng)電路的密閉箱體，為提高磁屏蔽的效果它也是采用導(dǎo)磁材料組成。由于電抗器工作在飽和狀態(tài)，因此它所產(chǎn)生的漏磁通比較大，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路7的影響也比較大，若將驅(qū)動(dòng)電路7與電抗器本體5直接放在一起，則驅(qū)動(dòng)電路7難以正常工作。驅(qū)動(dòng)電路7中的二極管、可控硅與電抗器本體5是等電位的，它們也不能離開太遠(yuǎn)，為了驅(qū)動(dòng)電路7正常工作，就需要在電抗器本體5與驅(qū)動(dòng)電路7之間加屏蔽層8。如圖2所示，電抗器本體采用的是對(duì)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(duì)稱的，可以消除由磁路不對(duì)稱所造成的損耗增加、噪音增加的不良影響。
卷鐵芯電抗器的工藝是先卷兩個(gè)截面為半圓的圓圈，每個(gè)圓圈如圖3所示，截面如圖6所示，然后將兩個(gè)圓圈中間夾一定厚度的硅鋼片后固定緊，再在外面卷一個(gè)更大的截面為半圓的圓圈，最后形成三個(gè)鐵芯柱的鐵芯骨架，如圖4所示，在兩邊的鐵芯柱上都裝有兩個(gè)帶中間抽頭的繞組，四個(gè)繞組分別稱為左上、左下、右上、右下繞組，如圖1所示。四鐵芯柱則卷三個(gè)如圖3所示的圓圈，三個(gè)圓圈固定緊后再在外面卷一個(gè)更大的圓圈，最后形成四鐵芯柱的鐵芯骨架，如圖5所示，這樣的結(jié)構(gòu)更符合卷鐵芯的工藝，繞組可以安裝在兩邊鐵芯柱或中間兩個(gè)鐵芯柱。電抗器的每個(gè)繞組的三個(gè)出線編號(hào)為1、2、3，1為上出線，3為下出線，2為中間抽頭，總共有12個(gè)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1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；右上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(guò)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。
本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能優(yōu)異等特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種帶磁屏蔽的磁控式可控電抗器，由對(duì)稱的鐵芯柱、軛部、繞組、功率驅(qū)動(dòng)電路和控制電路所構(gòu)成，其中鐵芯和線圈構(gòu)成電抗器本體，其特征在于所述的電抗器本體與功率驅(qū)動(dòng)電路之間安裝有屏蔽層，屏蔽層由導(dǎo)磁材料組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶磁屏蔽的磁控式可控電抗器，其特征在于所述的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(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H大于200安培/米(A/m)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶磁屏蔽的磁控式可控電抗器，其特征在于所述的電抗器為卷鐵芯結(jié)構(gòu)，可以為三個(gè)鐵芯柱或四個(gè)鐵芯柱的結(jié)構(gòu)
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶磁屏蔽的磁控式可控電抗器，其特征在于所述的電抗器為三個(gè)鐵芯柱的卷鐵芯結(jié)構(gòu)時(shí)，則線圈安裝在兩邊的鐵芯柱上，中間的鐵芯柱的截面積比兩邊的大50％以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶磁屏蔽的磁控式可控電抗器，其特征在于所述的電抗器為四個(gè)鐵芯柱的卷鐵芯結(jié)構(gòu)時(shí)，則線圈安裝在兩邊的鐵芯柱上，也可以安裝在中間的兩個(gè)鐵芯柱上，四個(gè)鐵芯柱的截面積相近。
專利摘要本實(shí)用新型名稱為帶磁屏蔽的磁控式可控電抗器，涉及電網(wǎng)中提供無(wú)功功率的一種新型電氣設(shè)備。電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償所采用的方式基本上都不是容量連續(xù)可調(diào)的，本實(shí)用新型采用的是一種新型的帶磁屏蔽的磁控式可控電抗器，可以產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的無(wú)功功率。本裝置由電抗器本體5與驅(qū)動(dòng)控制電路組成，電抗器本體5與驅(qū)動(dòng)電路7之間有屏蔽層8進(jìn)行電磁屏蔽。小容量時(shí)電抗器的鐵芯可采用卷鐵芯工藝制成，三個(gè)鐵芯柱結(jié)構(gòu)中間鐵芯柱比兩邊的截面積要大50％以上，四鐵芯柱結(jié)構(gòu)四個(gè)鐵芯截面積相同；電抗器通過(guò)通過(guò)控制磁路的飽和程度達(dá)到控制電抗器容量的效果。比其他可控電抗器噪音要低、損耗要小，是現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償裝置升級(jí)換代的產(chǎn)品。
文檔編號(hào)H01F37/00GK2738367SQ20042000479
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者劉有斌 申請(qǐng)人:劉有斌