專利名稱：一種可控飽和電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)送變電領(lǐng)域，特別涉及一種可控飽和電抗器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，發(fā)電容量的不斷上升，電力系統(tǒng)發(fā)生短路引起的短路電流很大。電力系統(tǒng)發(fā)生短路引起的短路電流對電力系統(tǒng)的危害是很大的。因此，減小短路電流，可減小電力設(shè)備在短路時的損害程度，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近年來研究限制短路電流的方法與裝置(也稱電流限制器)成為熱門課題。利用飽和電抗器鐵芯的飽和特性可構(gòu)成電流限制器。在飽和電抗器鐵芯上增加一組直流線圈，電力系統(tǒng)正常運行時，直流電源給直流線圈提供直流電流，使飽和電抗器的鐵芯深度飽和。飽和電抗器的鐵芯深度飽和時，飽和電抗器呈現(xiàn)小電抗；串聯(lián)在輸電線路中的電流限制器對正常輸電沒有影響。當電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，控制模塊切斷直流線圈的直流電流，飽和電抗器的鐵芯脫離飽和；飽和電抗器呈現(xiàn)很大電抗。串聯(lián)在輸電線路中的飽和電抗器對短路電流起限制作用，減小短路電流。飽和電抗器是飽和電抗型電流限制器的核心設(shè)備，也是最貴重的設(shè)備。一般采用雙口字形飽和電抗器。一種磁飽和電抗器(專利號2010105840411)，一種飽和電抗器主體 (專利號2011100207304)，一種飽和電抗器(專利號2011100409541)，一種低噪音飽和電抗器(專利號2011100409556)，分別提出了各種各具特色的飽和電抗器。在滿足性能要求條件下如何進一步減小飽和電抗器的體積與重量，減小飽和電抗型電流限制器的價格是研究方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種通過適當降低飽和電抗電流限制器的限制電流效果，但較大幅度減小可控飽和電抗器體積與重量，較大幅度減小飽和電抗電流限制器價格，限制電流效果與可控飽和電抗器價格的性價比較優(yōu)的一種可控飽和電抗
ο為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種可控飽和電抗器，它包括一個可控飽和電抗器鐵芯；可控飽和電抗器鐵芯為日字型結(jié)構(gòu)，以中間鐵芯中線為軸，兩側(cè)對稱；兩側(cè)鐵芯的截面積相等，兩側(cè)鐵芯構(gòu)成截面積相等的封閉磁通環(huán)路；其中一側(cè)的鐵芯上分別安裝電抗線圈Li、直流線圈L2 ；另一側(cè)鐵芯上分別安裝對應(yīng)的電抗線圈 L3、直流線圈L4 ；電抗線圈Ll與電抗線圈L3結(jié)構(gòu)、匝數(shù)相同；直流線圈L2與直流線圈L4 結(jié)構(gòu)、匝數(shù)相同；直流線圈流過直流電流時，直流磁通在兩側(cè)鐵芯形成的磁通閉環(huán)流動，直流磁通不會流到中間鐵芯；電抗線圈流過交流電流時，交流磁通在電抗線圈所在側(cè)鐵芯與中間鐵芯之間形成磁通環(huán)路，中間鐵芯是交流磁路的一段，交流磁路其他路段鐵芯與直流磁通共用；中間鐵芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻。所述中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加的電壓較小時，中間鐵芯與兩側(cè)鐵芯都不飽和；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加額定電壓時，中間鐵芯飽和，但兩側(cè)鐵芯不飽和。所述中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和，且中間鐵芯一部分路段的截面積由大逐漸變小后又逐漸增大；電抗線圈施加的電壓由小增大時，中間鐵芯截面積較小的路段先飽和，中間鐵芯截面積較大的路段后飽和；直流線圈的直流電流等于零，電抗線圈施加的電壓增大至額定電壓時，中間鐵芯全部飽和，但兩側(cè)鐵芯不飽和。所述中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和，且中間鐵芯路段的一部分是氣隙；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加的電壓較小時，中間鐵芯與兩側(cè)鐵芯都不飽和；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加額定電壓時，中間鐵芯飽和，但兩側(cè)鐵芯不飽和。本發(fā)明的有益效果是當可控飽和電抗器串聯(lián)于電力系統(tǒng)作為串聯(lián)型可控飽和電抗器應(yīng)用，可較大幅度減小可控飽和電抗器體積與重量，較大幅度減小飽和電抗電流限制器價格，限制電流效果與可控飽和電抗器價格的性價比較優(yōu)。當可控飽和電抗器并聯(lián)于電力系統(tǒng)作為并聯(lián)型可控飽和電抗器應(yīng)用，電壓與電流波形畸變較小。


圖1表示一種可控飽和電抗器結(jié)構(gòu)及連接方式；圖2表示可控飽和電抗器第2種結(jié)構(gòu)及連接方式；圖3表示可控飽和電抗器第3種結(jié)構(gòu)；圖4表示可控飽和電抗器第3種結(jié)構(gòu)的另一種形式；圖5表示可控飽和電抗器第4種結(jié)構(gòu)；其中，1.交流端子I，2.交流端子II，3.直流端子I，4.直流端子II，5.可控飽和電抗器鐵芯。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。實施例1 可控飽和電抗器結(jié)構(gòu)及連接方式如圖1所示。它有一個日字形的可控飽和電抗器鐵芯5，交流端子Il與交流端子112串連接入交流輸電回路(電抗線圈Ll和電抗線圈L2 組成)；裝置直流端子13與直流端子114串連接入直流供電回路(直流線圈L2和直流線圈L4組成)。由于電抗線圈Ll的同名端與電抗線圈L3的同名端連接，為可控飽和電抗器交流回路的其中一個交流端子II，電抗線圈Ll的異名端與電抗線圈L3的異名端連接，為可控飽和電抗器交流回路的另一個交流端子Π2 ；又由于電抗線圈Ll與電抗線圈L3結(jié)構(gòu)、匝數(shù)相同；所以，在電抗線圈Ll流過的交流電流在鐵芯中產(chǎn)生的磁通Φ1與電抗線圈L2流過的交流電流在鐵芯中產(chǎn)生的磁通Φ2，大小相等，方向都向上，交流磁通分別在日型結(jié)構(gòu)兩側(cè)鐵芯向上，都經(jīng)過日字型結(jié)構(gòu)的中間鐵芯形成閉合回路。
直流線圈L2的異名端與直流線圈L4的異名端連接，直流線圈L2的同名端為可控飽和電抗器直流回路的其中一個直流端子13，直流線圈L4的同名端為可控飽和電抗器直流回路的直流端子114。電抗線圈Ll在可控飽和電抗器鐵芯中產(chǎn)生工頻磁通，該工頻磁通在直流線圈L2產(chǎn)生感生電動勢；電抗線圈L3在可控飽和電抗器鐵芯中產(chǎn)生工頻磁通，該工頻磁通在直流線圈L4產(chǎn)生感生電動勢；由于直流線圈L2與直流線圈L4結(jié)構(gòu)、匝數(shù)相同，直流線圈L2的工頻感生電動勢與直流線圈L4的工頻感生電動勢相減為零，電抗線圈Li、電抗線圈L3的交流電流對直流回路不產(chǎn)生影響。直流線圈L3、直流線圈L4中流過直流電流時，直流線圈L3、直流線圈L4產(chǎn)生的磁通一個向上，一個向下，直流磁通在兩側(cè)鐵芯形成磁通閉環(huán)；直流磁通使所在鐵芯飽和時，交流線圈所在的鐵芯柱也同時是飽和的。所述兩直流線圈流過直流電流時，直流磁通在兩側(cè)鐵芯形成的磁通閉環(huán)流動，直流磁通不會流到中間鐵芯；所述兩電抗線圈流過交流電流時，交流磁通在電抗線圈所在側(cè)鐵芯與中間鐵芯之間形成磁通環(huán)路，中間鐵芯是交流磁路的一段，交流磁路其他路段鐵芯與直流磁通共用；由于中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和，中間鐵芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻。如果可控飽和電抗器的直流線圈L2、直流線圈L4直流電流為零，交流端子Il與交流端子112之間所加的電壓不足以使日字型結(jié)構(gòu)的中間鐵芯飽和時，可控飽和電抗器鐵芯脫離飽和狀態(tài)，串聯(lián)在輸電回路中的電抗線圈Li、電抗線圈L3的電抗很大。如果可控飽和電抗器的直流線圈L2、直流線圈L4直流電流為零；交流端子Il與交流端子112之間所加的電壓使日字型結(jié)構(gòu)的中間鐵芯飽和，但日字型結(jié)構(gòu)的兩鐵芯不飽和時，可控飽和電抗器串聯(lián)在輸電回路中的電抗線圈Li、電抗線圈L3的電抗減小，但仍然較大。設(shè)計直流線圈L2、 直流線圈L4直流電流等于零的條件下，交流端子Il與交流端子112之間施加額定電壓時， 日字型結(jié)構(gòu)的兩側(cè)鐵芯處于臨界飽和狀態(tài)，可控飽和電抗器可獲得一定的限制短路電流效果，且有較小的可控飽和電抗器的鐵芯體積和重量。當可控飽和電抗器的直流線圈L2、直流線圈L4直流電流較大，可控飽和電抗器兩側(cè)鐵芯處于深度飽和狀態(tài)，串聯(lián)在輸電回路中的電抗線圈Li、電抗線圈L3的電抗很小。由于較小的可控飽和電抗器的鐵芯體積和重量，同等直流磁通可使可控飽和電抗器兩側(cè)鐵芯更加飽和，可控飽和電抗器的電抗值更低。電抗線圈Ll與電抗線圈L3是并聯(lián)的，高次諧波電流可在電抗線圈Ll與電抗線圈 L3中形成流通回路，使可控飽和電抗器的電壓波形較好。鐵芯產(chǎn)生高頻振動較小，可控飽和電抗器產(chǎn)生的噪音較小。電抗線圈Ll與直流線圈L2同柱，電抗線圈L3與直流線圈L4同柱，如果直流端子 13與直流端子114之間有干擾交流電壓，就會在電抗線圈Ll與電抗線圈L3之間形成環(huán)流， 強制直流端子13與直流端子114之間的干擾交流電壓下降。減小了干擾電壓對直流電路的危害。當可控飽和電抗器的直流線圈L2、直流線圈L4有直流電流，可控飽和電抗器兩側(cè)鐵芯已經(jīng)飽和，但是沒有深度飽和；電抗線圈Ll與電抗線圈L3的交流電流瞬時值較小時， 兩側(cè)鐵芯飽和，中間鐵芯不飽和；電抗線圈Ll與電抗線圈L3的交流電流瞬時值較大時，兩側(cè)鐵芯中的一側(cè)鐵芯進入不飽和狀態(tài)，中間鐵芯進入飽和狀態(tài)；電抗線圈Ll與電抗線圈L3 的交流電流瞬時值從較小變化到較大，電抗值線性度較好，電壓與電流波形畸變較小。特別是，當可控飽和電抗器并聯(lián)于電力系統(tǒng)作為并聯(lián)型可控飽和電抗器應(yīng)用，電壓與電流波形畸變較小，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波較小，有重要意義。實施例2:圖2表示可控飽和電抗器第2種結(jié)構(gòu)及連接方式；電抗線圈Ll的同名端為可控飽和電抗器交流回路的其中一個交流端子II，電抗線圈Ll的異名端與電抗線圈L3的同名端連接，電抗線圈L3的異名端為可控飽和電抗器交流回路的另一個交流端子112。直流線圈 L2的同名端作為直流端子13，直流線圈L2的異名端與直流線圈L4的異名端連接，直流線圈L4的同名端作為直流端子114。為了限制直流回路過電壓和減小高次諧波，圖2表示的結(jié)構(gòu)及連接方式中還可以在兩個側(cè)柱分別增加兩個短路線圈，如專利號2011100409541 “一種飽和電抗器”所采用的措施。圖2表示的可控飽和電抗器結(jié)構(gòu)及連接方式也可獲得實施例1的效果。實施例3 圖3與圖4表示可控飽和電抗器第3種結(jié)構(gòu)及連接方式；所述可控飽和電抗器中間鐵芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻，中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和，且中間鐵芯一部分路段的截面積由大逐漸變小后又逐漸增大；電抗線圈施加的電壓由小增大時，中間鐵芯截面積較小的路段先飽和，中間鐵芯截面積較大的路段后飽和；由于中間鐵芯截面積的飽和是逐漸變化的，電流和電壓波形畸變較小，產(chǎn)生的諧波較小。直流線圈的直流電流等于零，電抗線圈施加的電壓增大至額定電壓時，中間鐵芯全部飽和，但兩側(cè)鐵芯不飽和。圖3表示中間鐵芯一部分路段的截面積由大逐漸變小后又逐漸增大，由中間鐵芯外部尺寸逐漸變細實現(xiàn)；圖4表示中間鐵芯一部分路段的截面積由大逐漸變小后又逐漸增大，由中間鐵芯內(nèi)部空洞尺寸逐漸變大實現(xiàn)。圖4表示的方法，當鐵芯截面積較小的路段先飽和時，漏磁在鐵芯內(nèi)部空間分布，漏磁空間分布特性較好，可控飽和電抗器特性較好。圖3與圖4表示的可控飽和電抗器結(jié)構(gòu)及各線圈的連接方式與實施例1相同，不再贅述。實施例4 圖5表示可控飽和電抗器第4種結(jié)構(gòu)及連接方式；所述可控飽和電抗器中間鐵芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻，中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和，且中間鐵芯路段的一部分是氣隙；飽和電抗器的特性更接近直線，電流和電壓波形畸變較小，產(chǎn)生的諧波較小。直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加的電壓較小時，中間鐵芯與兩側(cè)鐵芯都不飽和；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加額定電壓時，中間鐵芯飽和，但兩側(cè)鐵芯不飽和。圖5表示的可控飽和電抗器結(jié)構(gòu)及各線圈連接方式與實施例1相同，不再贅述。本發(fā)明的可控飽和電抗器可用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計制造，完全可以實現(xiàn)。有廣闊應(yīng)用前
旦
ο
權(quán)利要求
1.一種可控飽和電抗器，其特征是，它包括一個可控飽和電抗器鐵芯；可控飽和電抗器鐵芯為日字型結(jié)構(gòu)，以中間鐵芯中線為軸， 兩側(cè)對稱；兩側(cè)鐵芯的截面積相等，兩側(cè)鐵芯構(gòu)成截面積相等的封閉磁通環(huán)路；其中一側(cè)的鐵芯上分別安裝電抗線圈Li、直流線圈L2 ；另一側(cè)鐵芯上分別安裝對應(yīng)的電抗線圈L3、 直流線圈L4 ；電抗線圈Ll與電抗線圈L3結(jié)構(gòu)、匝數(shù)相同；直流線圈L2與直流線圈L4結(jié)構(gòu)、 匝數(shù)相同；直流線圈流過直流電流時，直流磁通在兩側(cè)鐵芯形成的磁通閉環(huán)流動，直流磁通不會流到中間鐵芯；電抗線圈流過交流電流時，交流磁通在電抗線圈所在側(cè)鐵芯與中間鐵芯之間形成磁通環(huán)路，中間鐵芯是交流磁路的一段，交流磁路其他路段鐵芯與直流磁通共用；中間鐵芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻。
2.如權(quán)利要求1所述的可控飽和電抗器，其特征是，所述中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加的電壓較小時，中間鐵芯與兩側(cè)鐵芯都不飽和；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加額定電壓時，中間鐵芯飽和，但兩側(cè)鐵芯不飽和。
3.如權(quán)利要求1所述的可控飽和電抗器，其特征是，所述中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和，且中間鐵芯一部分路段的截面積由大逐漸變小后又逐漸增大；電抗線圈施加的電壓由小增大時，中間鐵芯截面積較小的路段先飽和，中間鐵芯截面積較大的路段后飽和；直流線圈的直流電流等于零，電抗線圈施加的電壓增大至額定電壓時，中間鐵芯全部飽和，但兩側(cè)鐵芯不飽和。
4.如權(quán)利要求1所述的可控飽和電抗器，其特征是，所述中間鐵芯的截面積小于兩側(cè)鐵芯的截面積之和，且中間鐵芯路段的一部分是氣隙；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加的電壓較小時，中間鐵芯與兩側(cè)鐵芯都不飽和；直流線圈的直流電流等于零，且電抗線圈施加額定電壓時，中間鐵芯飽和，但兩側(cè)鐵芯不飽和。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)送變電領(lǐng)域，特別涉及一種可控飽和電抗器。它包括一個可控飽和電抗器鐵芯；可控飽和電抗器鐵芯為日字型結(jié)構(gòu)，以中間鐵芯中線為軸，兩側(cè)對稱；兩側(cè)鐵芯的截面積相等，兩側(cè)鐵芯構(gòu)成截面積相等的封閉磁通環(huán)路；其中一側(cè)的鐵芯上分別安裝電抗線圈L1、直流線圈L2；另一側(cè)鐵芯上分別安裝對應(yīng)的電抗線圈L3、直流線圈L4；電抗線圈L1與電抗線圈L3結(jié)構(gòu)、匝數(shù)相同；直流線圈L2與直流線圈L4結(jié)構(gòu)、匝數(shù)相同；直流線圈流過直流電流時，直流磁通在兩側(cè)鐵芯形成的磁通閉環(huán)流動，直流磁通不會流到中間鐵芯；電抗線圈流過交流電流時，交流磁通在電抗線圈所在側(cè)鐵芯與中間鐵芯之間形成磁通環(huán)路，中間鐵芯是交流磁路的一段，交流磁路其他路段鐵芯與直流磁通共用；中間鐵芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻。
文檔編號H01F27/24GK102290200SQ201110103058
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者李曉明 申請人:山東大學