一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，屬于電工【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括電抗器本體、超越離合器、外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器，所述電抗器本體包括變壓器和旋轉(zhuǎn)鐵芯，變壓器和旋轉(zhuǎn)鐵芯均采用各向異性鐵磁材料制作，旋轉(zhuǎn)鐵芯呈圓柱體并從變壓器鐵心的鐵扼中穿過、兩端則利用法蘭固定并通過超越離合器與外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于在其控制器的控制下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心中旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)鐵芯與變壓器鐵心之間的氣隙大小保持不變。本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于工程化，可兼顧性能調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)性、線性度以及噪聲、振動(dòng)等相關(guān)機(jī)械指標(biāo)。
【專利說明】—種機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電工【技術(shù)領(lǐng)域】，更準(zhǔn)確地說本發(fā)明涉及一種適用于電力系統(tǒng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速推進(jìn)，配電網(wǎng)中非線性負(fù)載、無功負(fù)載的大量接入，電網(wǎng)中無功缺失、電壓波動(dòng)、接地故障等問題頻生，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。用于治理上述電網(wǎng)中存在問題的電力設(shè)備在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，如抑制線路單相接地時(shí)潛供電流的自動(dòng)消弧線圈、提供無功功率補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電抗器、在線路中用于抑制諧波和短路電流的串聯(lián)電抗器，以及大型電機(jī)軟啟動(dòng)的啟動(dòng)電抗器。
[0003]上述電力設(shè)備無一例外地需要電抗器作為其關(guān)鍵部分，電抗器電感值的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)成為諸多配電網(wǎng)電力設(shè)備的必要功能，如消弧線圈需根據(jù)單線接地故障電流大小，調(diào)節(jié)串接電抗器的電感值；無功補(bǔ)償裝置需根據(jù)無功功率目標(biāo)值，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電抗器的電抗值。電抗器電抗值的調(diào)節(jié)性能，已成為研制諸多電力設(shè)備的關(guān)鍵因素。
[0004]可調(diào)電抗器主要分為有機(jī)械式、磁控式、電力開關(guān)式、變壓器式等?，F(xiàn)有機(jī)械式可調(diào)電抗器的技術(shù)路線一般包括調(diào)匝式和調(diào)氣隙式，即通過改變線圈匝數(shù)或鐵芯的氣隙長(zhǎng)度來等效改變電抗值:調(diào)匝式不能連續(xù)調(diào)節(jié)，自動(dòng)化水平低，換檔需停機(jī)或需要增加有載開關(guān)；調(diào)氣隙式的線性度低，調(diào)節(jié)范圍有限，且噪聲大。
[0005]中國(guó)專利文件CN159171IA和CN203397855U分別公開了兩種旋轉(zhuǎn)鐵芯式可調(diào)電抗器的技術(shù)方案。這兩種旋轉(zhuǎn)鐵芯式可調(diào)電抗器都屬于機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，都采用了旋轉(zhuǎn)動(dòng)鐵芯調(diào)節(jié)氣隙的方式以替代原先技術(shù)中通過動(dòng)鐵芯和靜鐵芯平移調(diào)節(jié)氣隙的方式，在一定程度上改變了電抗器的調(diào)節(jié)方式。但是這兩種旋轉(zhuǎn)鐵芯式可調(diào)電抗器仍然屬于調(diào)氣隙式電抗器，調(diào)氣隙式電抗器所具有的線性度低、調(diào)節(jié)范圍有限且噪聲大的缺點(diǎn)仍然無法完全克服。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械式可調(diào)電抗器的缺陷，在現(xiàn)有機(jī)械式電抗器調(diào)節(jié)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供一種易于工程化的用于配電網(wǎng)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，以適應(yīng)配電網(wǎng)對(duì)可調(diào)電抗器這種關(guān)鍵設(shè)備的需求，實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)應(yīng)用中電抗值的靈活實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。
[0007]相比于常規(guī)機(jī)械式可調(diào)電抗器在噪聲、振動(dòng)、調(diào)節(jié)精度、線性度和調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)性等性能指標(biāo)難以兼顧，本發(fā)明依據(jù)具備各向異性的鐵磁材料在不同磁場(chǎng)方向下的不同的磁阻特性，提出利用改變旋轉(zhuǎn)鐵芯與磁場(chǎng)角度的方法實(shí)現(xiàn)電抗值的連續(xù)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于工程化，可兼顧性能調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)性、線性度以及噪聲、振動(dòng)等相關(guān)機(jī)械指標(biāo)。
[0008]具體地說，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，包括電抗器本體、超越離合器、外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器，所述電抗器本體包括變壓器和旋轉(zhuǎn)鐵芯，變壓器和旋轉(zhuǎn)鐵芯均采用各向異性鐵磁材料制作，旋轉(zhuǎn)鐵芯呈圓柱體并從變壓器鐵芯的鐵扼中穿過、兩端則利用法蘭固定并通過超越離合器與外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于在其控制器的控制下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心中旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)鐵芯與鐵軛之間的氣隙大小保持不變。
[0009]由以上技術(shù)方案可知，由于采用了各向異性鐵磁材料的變壓器結(jié)構(gòu)研制可調(diào)電抗器，并在其中間安置旋轉(zhuǎn)鐵芯，因此可以利用改變旋轉(zhuǎn)鐵芯相對(duì)主磁場(chǎng)角度的方法實(shí)現(xiàn)電抗值的連續(xù)調(diào)節(jié)。這種設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于工程化，可兼顧調(diào)節(jié)性能、實(shí)時(shí)性以及噪聲、振動(dòng)相關(guān)機(jī)械指標(biāo)。由于是旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，電抗值可以連續(xù)調(diào)節(jié)，并且由于在旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)過程中旋轉(zhuǎn)鐵芯與變壓器鐵心之間的氣隙大小是固定的，基本上只有旋轉(zhuǎn)鐵芯內(nèi)磁通量在變化，因此調(diào)節(jié)精度高，噪音及振動(dòng)低。通過超越離合器與外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，不需要外部額外施力，便可保持旋轉(zhuǎn)鐵芯在完成調(diào)節(jié)后固定的角度位置，以維持輸出電抗值的穩(wěn)定。
[0010]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于:外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器中預(yù)存有經(jīng)過線性化處理的電感值-旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)表。這樣做的好處是可以通過查表確定旋轉(zhuǎn)鐵芯的旋轉(zhuǎn)角度目標(biāo)值，從而提高調(diào)節(jié)時(shí)的響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度高，得到更好的輸出電抗值的線性度。
[0011]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于:所述旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部或下部穿過。
[0012]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于:所述旋轉(zhuǎn)鐵芯可以在變壓器鐵心的鐵扼的上部的中間側(cè)向穿過、或者在變壓器鐵心的鐵扼的下部的中間側(cè)向穿過。這樣做的好處是易于驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)鐵芯的調(diào)節(jié)控制。
[0013]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于:所述旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部的邊角側(cè)向穿過、或者在變壓器鐵芯的鐵扼的下部的邊角側(cè)向穿過。這樣做的好處是易于加工設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)精度高。
[0014]上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于:所述旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部沿上下方向穿過、或者在變壓器鐵芯的下鐵扼沿上下方向穿過。這樣做的好處是易于旋轉(zhuǎn)鐵芯的安裝固定。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有機(jī)械式可調(diào)電抗器的固有弊端，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)性能指標(biāo)的均衡兼顧。與調(diào)匝式相比，本發(fā)明的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器可連續(xù)調(diào)節(jié)，線性度好，自動(dòng)化水平高；與調(diào)氣隙式相比，本發(fā)明的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器的氣隙值固定，調(diào)節(jié)精度高，附生噪聲振動(dòng)等指標(biāo)可控，且調(diào)節(jié)范圍大。與現(xiàn)有通用的磁閥式可調(diào)電抗器相比，本發(fā)明的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器在調(diào)節(jié)時(shí)不產(chǎn)生諧波，可省去有載開關(guān)等設(shè)備，生產(chǎn)成本低，具有優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性。與變壓器式可調(diào)電抗器相比，本發(fā)明的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器的本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，制造維護(hù)成本低，且具有高精度的調(diào)節(jié)精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為0°時(shí)本發(fā)明第一種實(shí)施例的電抗器本體主視圖。
[0017]圖2為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為0°時(shí)本發(fā)明第一種實(shí)施例的電抗器本體立體視圖。
[0018]圖3為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為90°時(shí)本發(fā)明第一種實(shí)施例的電抗器本體主視圖。
[0019]圖4為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為90°時(shí)本發(fā)明第一種實(shí)施例的電抗器本體立體視圖。
[0020]圖5為本發(fā)明第一種實(shí)施例的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器主視圖。[0021]圖6為本發(fā)明第一種實(shí)施例的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器俯視圖。
[0022]圖7為本發(fā)明第一種實(shí)施例的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器立體視圖。
[0023]圖8為本發(fā)明機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器的電感隨角度變化示意圖。
[0024]圖9為本發(fā)明機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器的控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖10為本發(fā)明機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器的控制過程示意圖。
[0026]圖11為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為順磁方向時(shí)本發(fā)明第二種實(shí)施例的電抗器本體主視圖。
[0027]圖12為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為順磁方向時(shí)本發(fā)明第二種實(shí)施例的電抗器本體立體視圖。
[0028]圖13為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為逆磁方向時(shí)本發(fā)明第二種實(shí)施例的電抗器本體主視圖。
[0029]圖14為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為逆磁方向時(shí)本發(fā)明第二種實(shí)施例的電抗器本體立體視圖。
[0030]圖15為本發(fā)明第三種實(shí)施例的電抗器本體主視圖。
[0031]圖16為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為90°時(shí)本發(fā)明第三種實(shí)施例的電抗器本體俯視圖。
[0032]圖17為本發(fā)明第四種實(shí)施例的電抗器本體主視圖。
[0033]圖18為旋轉(zhuǎn)鐵芯角度為0°時(shí)本發(fā)明第四種實(shí)施例的電抗器本體底視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0035]實(shí)施例一:
[0036]圖1至圖7給出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，其中圖1至圖4是該實(shí)施例的電抗器本體在不同旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的情況，圖4至圖7是該實(shí)施例的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器的整體情況。
[0037]如圖4至圖7所示，該實(shí)施例的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器的電抗器本體由變壓器和旋轉(zhuǎn)鐵芯組成。旋轉(zhuǎn)鐵芯采用各向異性鐵磁材料疊壓而成，為圓柱體結(jié)構(gòu)，可保持主磁路均勻，易于驅(qū)動(dòng)控制其旋轉(zhuǎn)鐵芯。變壓器為一臺(tái)采用各向異性鐵磁材料的變壓器，在其鐵心的鐵軛上部的中間位置側(cè)向開孔，以便放置旋轉(zhuǎn)鐵芯。旋轉(zhuǎn)鐵芯兩端利用法蘭固定，保持與變壓器鐵軛的相對(duì)位置。同時(shí)旋轉(zhuǎn)鐵芯通過超越離合器與外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，另一端連接軸承，確保旋轉(zhuǎn)鐵芯在完成調(diào)節(jié)后固定其角度，以維持輸出目標(biāo)電抗值不變。超越離合器通過支撐件與底板連接，以實(shí)現(xiàn)本體的固定，并降低運(yùn)行震動(dòng)、噪聲。
[0038]旋轉(zhuǎn)鐵芯的旋轉(zhuǎn)控制采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，最大細(xì)分?jǐn)?shù)為每圓周3200步，旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)鐵芯與變壓器鐵心之間的氣隙大小保持不變。變壓器夾件、固定件等采用非磁性材料，以減少導(dǎo)磁產(chǎn)生的渦流損耗及發(fā)熱等問題。
[0039]控制旋轉(zhuǎn)鐵芯的驅(qū)動(dòng)電機(jī)由控制器進(jìn)行控制，控制器包含采樣單元、驅(qū)動(dòng)單元、通訊單元、信號(hào)調(diào)理單元、運(yùn)算單元，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定電抗值歸算為旋轉(zhuǎn)鐵芯的角度，進(jìn)而輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。
[0040]該實(shí)施例的工作原理為:由于旋轉(zhuǎn)鐵芯由各向異性鐵磁材料組成，在不同旋轉(zhuǎn)角度下，旋轉(zhuǎn)鐵芯的導(dǎo)磁特性存在差異。由于磁通優(yōu)先從磁阻最小通道形成磁路，電抗器的等效磁阻亦在旋轉(zhuǎn)角度的變化時(shí)同步發(fā)生變化。
[0041]具體而言，在磁路均勻情況下，磁阻Z的表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，包括電抗器本體，其特征在于，還包括超越離合器、夕卜部驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器，所述電抗器本體包括變壓器和旋轉(zhuǎn)鐵芯，變壓器和旋轉(zhuǎn)鐵芯均采用各向異性鐵磁材料制作，旋轉(zhuǎn)鐵芯呈圓柱體并從變壓器鐵心的鐵扼中穿過、兩端則利用法蘭固定并通過超越離合器與外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于在其控制器的控制下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心中旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)鐵芯與鐵軛之間的氣隙大小保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，其特征在于，外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器中預(yù)存有經(jīng)過線性化處理的電感值-旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)表。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部或下部穿過。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部的中間側(cè)向穿過、或者在變壓器鐵心的鐵扼的下部的中間側(cè)向穿過。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部的邊角側(cè)向穿過、或者在變壓器鐵心的鐵扼的下部的邊角側(cè)向穿過。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式可調(diào)電抗器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)鐵芯在變壓器鐵心的鐵扼的上部沿上下方向穿過、或者在變壓器鐵心的鐵扼的下部沿上下方向穿過。
【文檔編號(hào)】H02P13/10GK103956258SQ201410197044
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月10日
【發(fā)明者】吳維寧, 侯凱, 李惠宇, 呂宏水, 鄒劍, 武迪, 楊銳 申請(qǐng)人:南京南瑞集團(tuán)公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院