CN102136346A

CN102136346A - 一种饱和电抗器主体

Info

Publication number: CN102136346A
Application number: CN 201110020730
Authority: CN
Inventors: 李晓明
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2011-07-27

Abstract

本发明公开了电力系统送变电技术领域的一种饱和电抗器主体。它包括：一个饱和电抗器铁芯；饱和电抗器铁芯为日字型结构；饱和电抗器铁芯两侧分别对称安装至少两个直流线圈；再饱和电抗器铁芯的中间安装至少一个交流电抗器线圈；其中，交流电抗器的两端作为饱和电抗器主体对外的交流电抗线圈输入端子和输出端子；所述各在饱和电抗器铁芯两侧对称位置的直流线圈，分别以同名端、异名端自相连的方式对应连接；其中两个对称的直流线圈的同名端相连后，它们的异名端作为饱和电抗器主体对外的直流线圈输入端子和输出端子不再相连。本发明提供了一种并联应用的饱和电抗器，具有交流电流正负半波遇到的磁阻相等，有较好输出波形，交流线圈少，铁芯体积小，重量较轻的优点。

Description

一种饱和电抗器主体

技术领域

本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种饱和电抗器主体。

背景技术

随着电力系统的不断发展，对电力系统安全运行要求越来越高，电能质量的要求也越来越高。串联电抗器可限制短路电流；并联电抗器可限制过电压；电抗器与电容联合可构成滤波电路；电抗器在电力系统的应用是非常广泛的。在一部分应用领域，电抗器的电抗值可以是固定的；在许多应用领域，需要电抗值能随着电力系统运行方式的改变而改变。近年来电抗值可以连续调节的可控电抗器的研究与应用成为热门课题。可控饱和电抗器是可控电抗器的一种重要方式。

可控饱和电抗器是利用饱和电抗器铁芯的饱和特性来改变电抗器的电抗值。已经有许多可控饱和电抗器被提出来，发明专利号为：2006100476121的“自馈式可控电抗器”，发明专利号为：200810011902X的“一种自身取能的快速响应可控电抗器”，发明专利号为：2011100048327的“一种自励式可控饱和电抗器及其控制方法”，提出了三种可控饱和电抗器。中国水利水电出版社2008年出版蔡宣三，高越农著《可控饱和电抗器原理、设计与应用》一书也对可控饱和电抗器作了总结。提出的各种可控饱和电抗器各具特色，但是，这些可控饱和电抗器主体的交流电流正负半波遇到的磁阻不相等，输出波形较差，铁芯体积大，重量大。

发明专利号为：2010105840411的“一种饱和电抗器”所表述的饱和电抗器，提供一种在满足性能要求条件下能减小饱和电抗器的体积与重量；在磁饱和状态下，能降低饱和电抗器的电抗值的一种饱和电抗器。这是一种满足电流限制器要求而发明的饱和电抗器，即饱和电抗器串联于输电回路应用；当饱和电抗器作为并联电抗器应用时，在磁饱和状态下，饱和电抗器的电抗值太低反而有害。当饱和电抗器作为并联电抗器应用时，对交流电压、电流输出波形有较高的要求。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，当饱和电抗器作为并联电抗器应用时，提供一种交流电流正负半波遇到的磁阻相等，有较好输出波形，交流线圈少，铁芯体积小，重量较轻的饱和电抗器主体。

为实现上述目的，本发明采用如下结构：

一种饱和电抗器主体，它包括：一个饱和电抗器铁芯；饱和电抗器铁芯为日字型结构；饱和电抗器铁芯两侧分别对称安装至少两个直流线圈；再饱和电抗器铁芯的中间安装至少一个交流电抗器线圈；其中，交流电抗器的两端作为饱和电抗器主体对外的交流电抗线圈输入端子和输出端子；所述各在饱和电抗器铁芯两侧对称位置的直流线圈，分别以同名端、异名端自相连的方式对应连接；其中两个对称的直流线圈的同名端相连后，它们的异名端作为饱和电抗器主体对外的直流线圈输入端子和输出端子不再相连。

所述饱和电抗器铁芯日字型结构以中间铁芯中线为轴，两侧对称；中间铁芯与其中一侧铁芯形成磁通闭环，中间铁芯与另一侧铁芯形成另一个磁通闭环；两侧铁芯形成第三个磁通闭环；两侧铁芯的截面积相等；中间铁芯的截面积等于两侧铁芯的截面积之和。

所述饱和电抗器铁芯两侧各对称位置的直流线圈结构和匝数相同。

所述交流电抗线圈输入端子和输出端子加额定工作电压，在直流线圈电流等于零条件下，铁芯不饱和。本发明提供了一种并联应用的饱和电抗器，具有交流电流正负半波遇到的磁阻相等，有较好输出波形，交流线圈少，铁芯体积小，重量较轻的优点。

本发明的有益效果是：直流线圈有直流电流情况下，铁芯两侧对交流电流正半波或负半波的磁阻尽管各不相同，但是铁芯两侧对交流电流正半波或负半波的综合磁阻相同；交流电流正半波的波形与负半波的波形相同；在有较好输出波形的条件下，饱和电抗器主体交流线圈少，铁芯体积小，重量较轻。

附图说明

图1表示饱和电抗器主体结构及连接方式；

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.饱和电抗器铁芯。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

饱和电抗器主体结构及连接方式如图1所示。装置交流端子I1与交流端子II2接交流电力系统；装置直流端子I3与直流端子II4串连接入直流控制回路。

电抗线圈L1的同名端为饱和电抗器交流回路的交流端子I1，电抗线圈L1流入的交流电流在饱和电抗器日字型结构中间铁芯中产生的磁通φ1方向向上，分别经日字型结构两侧铁芯形成闭环，两侧铁芯流通的磁通相等，为φ1的一半。饱和电抗器日字型结构中间铁芯截面积较大，相同励磁电流条件下，饱和电抗器的体积和电抗线圈较少。

如果饱和电抗器的直流线圈L2、直流线圈L3直流电流为零；饱和电抗器铁芯脱离饱和状态，串联在输电回路中的电抗线圈L1的电抗很大，为饱和电抗器的励磁阻抗。

直流线圈L2的同名端与直流线圈L3的同名端连接，直流线圈L2的异名端为饱和电抗器直流回路的其中一个直流端子I3，直流线圈L3的异名端为饱和电抗器直流回路的直流端子II4。电抗线圈L1在饱和电抗器铁芯中产生工频磁通，该工频磁通在直流线圈L2与直流线圈L3中产生感生电动势；由于直流线圈L2与直流线圈L3结构、匝数的工艺要求相同，直流线圈L2的工频感生电动势与直流线圈L3的工频感生电动势相减为零，电抗线圈L1的交流电流对直流回路不产生影响。

直流线圈L4的同名端与直流线圈L5的同名端连接，直流线圈L4的异名端与直流线圈L5的异名端连接。电抗线圈L1在饱和电抗器铁芯中产生工频磁通，该工频磁通在直流线圈L4与直流线圈L5中产生感生电动势；由于直流线圈L4与直流线圈L5结构、匝数的工艺要求相同，直流线圈L4的工频感生电动势与直流线圈L5的工频感生电动势相减为零，直流线圈L4与直流线圈L5中没有电流流动。

直流线圈L2与L3中流过直流电流时，日字型结构两侧铁芯形成直流磁通闭环；直流磁通不会流入饱和电抗器日字型结构中间铁芯。当直流线圈L2与L3中流过直流电流较大时，直流磁通使所在铁芯饱和，交流磁通在中间铁芯不饱和，但是，交流磁通在铁芯的其他路径都处于饱和状态，电抗线圈L1的电抗减小。

当调节直流线圈L2与L3中流过直流电流的大小时，直流磁通使所在铁芯饱和程度随直流电流的大小而变化，交流磁通这些路程的铁芯的饱和状态随直流电流的大小而变化，电抗线圈L1的电抗值随直流电流的大小而连续变化。

交流电流在饱和电抗器日字型结构中间铁芯中产生磁通φ1。φ1正半波磁通一部分流过直流线圈L2所在的铁芯，剩余部分流过直流线圈L3所在的铁芯，如果φ1正半波的方向与直流线圈L2在铁芯中产生的磁通φ2的方向相同，φ1正半波剩余部分的磁通方向与直流线圈L3在铁芯中产生的磁通φ3的方向相反；φ1在直流线圈L2铁芯中的磁阻大，在直流线圈L3铁芯中的磁阻小。φ1负半波磁通的情况正好相反，φ1在直流线圈L2铁芯中的磁阻小，在直流线圈L3铁芯中的磁阻大。直流线圈L2的铁芯与直流线圈L3的铁芯对称，所以，直流线圈有直流电流情况下，铁芯两侧对交流电流正半波或负半波的磁阻尽管各不相同，但是铁芯两侧对交流电流正半波或负半波的综合磁阻相同；交流电流正半波的波形与负半波的波形相同。

由于交流电流在饱和电抗器日字型结构中间铁芯中产生磁通φ1，在直流线圈L2与L3中有直流电流条件下，磁通φ1不会平均分别流入两侧铁芯；这将造成直流线圈L2与直流线圈L3中产生的感生电动势不相等，电抗线圈L1的交流电流将对直流回路产生影响。为减小这种不利影响，增加直流线圈L4与直流线圈L5；交流电流造成的直流线圈L2与直流线圈L3中的感生电动势不相等，同样也成比例地造成直流线圈L4与直流线圈L5中的感生电动势不相等，直流线圈L4与直流线圈L5中的感生电动势不相等将使直流线圈L4与直流线圈L5中产生环流，该环流会减小直流线圈L2与直流线圈L3中的感生电动势的不相等；减小交流电流对直流控制电路的影响。直流线圈L4与直流线圈L5中的高次谐波感生电动势将使直流线圈L4与直流线圈L5中产生环流，减小电抗线圈L1中交流电流的高次谐波分量，使交流电流的波形更接近正弦波。

所述一种饱和电抗器主体结构及连接方式的各部件可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。

Claims

1.一种饱和电抗器主体，其特征是，它包括：一个饱和电抗器铁芯；饱和电抗器铁芯为日字型结构；饱和电抗器铁芯两侧分别对称安装至少两个直流线圈；再饱和电抗器铁芯的中间安装至少一个交流电抗器线圈；其中，交流电抗器的两端作为饱和电抗器主体对外的交流电抗线圈输入端子和输出端子；所述各在饱和电抗器铁芯两侧对称位置的直流线圈，分别以同名端、异名端自相连的方式对应连接；其中两个对称的直流线圈的同名端相连后，它们的异名端作为饱和电抗器主体对外的直流线圈输入端子和输出端子不再相连。

2.如权利要求1所述的一种饱和电抗器主体，其特征是，所述饱和电抗器铁芯日字型结构以中间铁芯中线为轴，两侧对称；中间铁芯与其中一侧铁芯形成磁通闭环，中间铁芯与另一侧铁芯形成另一个磁通闭环；两侧铁芯形成第三个磁通闭环；两侧铁芯的截面积相等；中间铁芯的截面积等于两侧铁芯的截面积之和。

3.如权利要求1所述的一种饱和电抗器主体，其特征是，所述饱和电抗器铁芯两侧各对称位置的直流线圈结构和匝数相同。

4.如权利要求1所述的一种饱和电抗器主体，其特征是，所述交流电抗线圈输入端子和输出端子加额定工作电压，在直流线圈电流等于零条件下，铁芯不饱和。