他励式和自励式磁控电抗器的制作方法

1.本设计涉及一种属于电气控制技术领域的他励式和自励式磁控电抗器。
技术背景
2.现有的以直流电流调整铁芯饱和度对电抗值进行调节的磁控电抗器可以分为二种，一种是磁控电抗器csr，另一种是磁阀电抗器mcr。磁控电抗器csr铁芯上分别设置交流工作绕组和直流控制绕组，通过外接直流电源控制直流绕组电流改变铁芯导磁率而调控交流工作绕组的电抗值。存在这样的不足：由于直流控制绕组的安匝数(iknk)与交流工作绕组的安匝数(i
sc
ng)相等，直流控制绕组需要额外耗用一定的电能而造成浪费。反应时间长，交流绕组串联接法的为1/10秒，并联接法则更长。不但输出波形中三次谐波明显增大，不适应对波形有要求的场所或负载需要，而且对电网、周边环境与设备构成电磁污染与干扰。三相的需要六个铁芯柱，不但铁芯用量大，成本高，铁损也必然大。磁阀电抗器mcr不但输出波形中也有三次谐波，而且电磁噪声和铁芯发热等方面超过前者，三相的同样是六个铁芯柱。
3.一种公告号为：215731244u和申请号为：202110304746.1的技术方案上、下轭采用的是六边形卷绕铁芯，其不足之处是磁路相对较长，关键是加工、成形困难、工艺复杂，使成品率下降、成本升高。
4.基于此，本设计试图提供一种加工、制作工艺成熟、因而促使成品率升高、成本进一步降低的他励式和自励式三相三柱型磁控电抗器。
5.为了实现这一目的，采用这样的技术方案：
6.

技术实现要素：
一
7.一种他励式磁控电抗器，包括：三相三柱铁芯、交流工作绕组和直流控制绕组，其特征是：所述他励式磁控电抗器是由绕在三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成。
8.所述三相三柱对称铁芯的上轭和下轭分别是由环形卷绕铁芯组成，由弧形硅钢片叠成的三个铁芯柱固定在上轭与下轭之间。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在铁芯柱之间的上、下轭上的各个绕组组成。所述直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与外接直流控制电源连接。通过外接直流控制电源的调控，使交流工作电流发生无级变化。
9.在本实用新型的又一种型式中，所述他励式磁控电抗器是由绕在立体三角形铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成。所述立体三角形铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，由弧形硅钢片叠成的三个铁芯柱分别固定在上轭的三个角与下轭的三个角之间。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个边、下轭的三个边上的各个绕组组成。
10.在本实用新型的又一种型式中，所述三个铁芯柱是由非弧形的一字硅钢片叠成，并且分别固定在上轭的三个边与下轭的三个边之间。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个角、下轭的三个角上的
各个绕组组成。
11.实用新型内容二
12.一种自励式电调磁控电抗器，包括：三相三柱铁芯、交流工作绕组、直流控制绕组和三相直流控制电源，其特征是：所述自励式三相三柱型电调磁控电抗器是由绕在三相三柱对称铁芯上的、通过三相直流控制电源互相连接的交流工作绕组和直流控制绕组组成。
13.所述三相三柱对称铁芯的上轭和下轭分别是由环形卷绕铁芯组成，由弧形硅钢片叠成的三个铁芯柱固定在上轭与下轭之间。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在铁芯柱之间的上、下轭上的各个绕组组成。所述三相直流控制电源是由晶闸管和具有中间抽头的三相线性电抗器串按成tcr后与三相整流桥的交流输入端相连接而组成。所述隔离绕组的一端互相连接，另一端与所述三相直流控制电源的交流输入端连接。所述直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与所述三相直流控制电源的正、负端连接。通过三相直流控制电源的调控，使电、磁混合调控产生的交流工作电流发生无级变化。
14.在本实用新型的又一种型式中，所述自励式磁控电抗器是由绕在立体三角形铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成。所述立体三角形铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，由弧形硅钢片叠成的三个铁芯柱分别固定在上轭的三个角与下轭的三个角之间。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个边、下轭的三个边上的各个绕组组成。
15.在本实用新型的又一种型式中，所述三个铁芯柱是由非弧形的一字硅钢片叠成，并且分别固定在上轭的三个边与下轭的三个边之间。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个角、下轭的三个角上的各个绕组组成。
16.本实用新型的特点是：由于上、下轭采用环形卷绕铁芯，不但加工、制做工艺成熟简单而保证了成品率，而且磁路缩短，因而使体积减小、重量减轻，进一步降低了材料和加工成本。
附图说明
17.图1是他励式磁控电抗器铁芯的形状、结构与绕组设置图。
18.图2是他励式磁控电抗器的星形接线图。
19.图3是自励式电调磁控电抗器铁芯的形状、结构与绕组设置图。
20.图4是自励式电调磁控电抗器的星形接线图。
21.图5是他励式、自励式磁控电抗器铁芯的另一种形状、结构与绕组设置图。
22.具体实施方式一
23.下面结合附图对实用新型一作进一步说明.
24.图1、2所示的他励式磁控电抗器是由绕在三相三柱对称铁芯上的绕组制做成，包括：上、下轭铁芯1、铁芯柱2、交流工作绕组3和直流控制绕组4。铁芯的上、下轭1由环形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱2由弧形的硅钢片叠成，并且以立体三角形的方式固定在上轭与下轭之间。交流工作绕组3分别绕在三个铁芯柱2上，直流控制绕组4分别绕在铁芯柱2之间的上轭和下轭上。上轭的直流控制绕组之间、下轭的直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相接
的方式串联后并联，其两端与外接直流控制电源的正、负连接。
25.本他励式磁控电抗器是这样工作的：
26.当外接直流控制电源的调控电流增大时，直流控制绕组4的电流立刻增大，上、下轭铁芯1的导磁率随之开始下降，交流工作绕组3电抗值减小，工作电流开始增大。外接直流控制电源的调控电流减小时，直流控制绕组的调控电流小时，铁芯1的导磁率随之开始回升，交流工作绕组3的电流减小。由环形卷绕铁芯构成的上、下轭既形成了闭合的公共磁路，又使每个铁芯柱两侧的磁路都是对称的。绕在公共磁路、互相串联的直流控制绕组构成了公共电路，使三相交流工作绕组的三次谐波电流在公共电路产生的互感电压的瞬时值任意时刻都大小相等但相位相反而互相抵消为零。由于三次谐波是由其他奇次(5、7
…
)谐波叠加而成，故其他各奇次谐波也为零。因而，既节省了铁芯材料、又构成了廉价的交流消谐电路。
27.外接直流控制电源的调控电流如此增大、减小，交流工作绕组3的工作电流随之增大、减小。
28.具体实施方式二
29.下面结合附图对实用新型二作进一步说明.
30.图3、4所示的自励式电调磁控电抗器是由绕在三相三柱对称铁芯上绕组制制成，包括：上、下轭铁芯1、铁芯柱2、交流工作主绕组3、隔离绕组4、直流控制绕组5和三相直流控制电源6。铁芯的上、下轭1由环形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱2由弧形硅钢片叠成，并且以立体三角形的方式固定在上轭与下轭之间。交流工作主绕组3和隔离绕组4绕在三个铁芯柱2上，直流控制绕组5绕在铁芯柱2之间的上轭和下轭上。三相直流控制电源6是由双向晶闸管g和具有中间抽头的三相线性电抗器l串接成tcr后与由二极管d1～d6搭成的三相整流桥相连接而组成。晶闸管g的一端为三相直流控制电源6的交流输入端，另一端与三相线性电抗器各相绕组的一端连接，各相绕组的中间抽头进行星形或三角形连接而形成交流回路，绕组的另一端与三相整流桥的交流臂连接而形成直流回路，三相整流桥的直流臂为正、负输出端。三个隔离绕组4的一端互相连接，另一端与三相直流控制电源6的交流输入端连接。上轭的直流控制绕组之间、下轭的直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相接的方式串联后并联，其两端与三相直流控制电源6的正、负端连接。
31.本自励式电调磁控电抗器是这样工作的：
32.电路调控的工作过程与状态.
33.当三相直流控制电源6中晶闸管g的导通角从零开始增大时，直流回路和交流回路立刻分别产生电流。其中直流电流注入直流控制绕组5成为直流调控电流，交流工作主绕组3随即产生一定的工作电流。交流回路由于抽头绕组l值较小而产生较大的电流，交流工作主绕组3随即产生较大的工作电流。这时的磁控电抗器状态实质就是变压器，隔离绕组4成为三相直流控制电源6的交流电源，交、直流回路电流成为其负载电流，交流工作主绕组3的电流随晶闸管g导通角的增大而立刻增大。随着晶闸管g导通角的增大，交流工作主绕组3、隔离绕组4的电流同时增大。由于是晶闸管g在电路直接调控，交流工作主绕组3产生电流的起始时间与晶闸管g开通的时间几乎同步，因而，交流工作主绕组3产生交流电流的时间、既磁控电抗器的反应时间提前了近1/10秒。晶闸管g的导通角减小时，交流工作主绕组3的电流、隔离绕组4的电流同时减小，磁控电抗器电流减小的反应时间同样提前了近1/10秒。显
然，采用隔离绕组4作为三相直流控制电源6的交流电源，以交、直流两个回路作为负载电的方案，一方面，缩短了磁控电抗器产生工作电流的反应时间。另一方面，实现了自励、既交流工作主绕组3的部分电流通过三相直流控制电源6调压整流后成为直流控制绕组5的励磁电流。因而，不再额外耗用直流调控功率，从而实现了节电。
34.磁路调控的工作过程与状态.
35.当晶闸管g的导通角增大时，交流工作主绕组3电流增大的同时直流控制绕组5的调控电流同步增大，铁芯上、下轭的导磁率随之开始下降，交流工作主绕组3的电抗值开始减小。在电路直接调控产生的电流基础上、交流工作主绕组3中因铁芯导磁率减小、电抗值下降而产生的磁控电流开始增大，并与电路直接调控形成的电流相叠加而产生继续增大的工作电流。晶闸管g的导通角线性减小时，直流控制绕组5的调控电流随之同步减小，铁芯上、下轭的导磁率随之开始上升，交流工作主绕组3的磁控电流随铁芯导磁率的回升而减小，由电调与磁控共同调控而产生的工作电流随之减小。
36.由环形卷绕铁芯构成的上、下轭不但形成了公共磁路，而且三个铁芯柱两侧的磁路都是对称的。绕在公共磁路的、互相串联的直流控制绕组5则组成了对称的公共电路，使无论是由磁控、还是由晶闸管g直接电调产生的三次谐波在对称的公共电路产生的互感电压的矢量合都为零、既任意时刻三相交流工作主绕组3的三次谐波在三相对称的公共电路产生的互感电压都大小相等但相位相反而互相抵消。因而，既节省了铁芯材料，又构成了廉价的交流消谐电路。
37.采用有抽头的线性电抗器和晶闸管串接成的tcr在电路直接调控与在磁路调控相结合的混调模式后，不但交流工作主绕组3的电流是由晶闸管g电路直接调控形成的电调电流和铁芯导磁率变化产生的磁控电流共同组成，而且增大了电调电流在交流工作电流中的占比。同时，无论电流增大还是减小，每次电流发生变化都是电调电流变量在前、磁控电流变量在后，既晶闸管g电路直接调控产生电流变量的时间节点总是在磁控电流未产生变量之前的电抗器反映时间内。因而，既减小了时间常数，又节省了直流励磁功率，兼有tcr的反应时间短、调整速度快、不额外消耗励磁功率和csr、mcr的容量大、工作电压高的共同优点。
38.晶闸管g的导通角如此增大、减小，使电、磁混合调控产生的交流工作电流无级变化。

技术特征：
1.一种他励式磁控电抗器，包括：三相三柱铁芯、交流工作绕组和直流控制绕组，其特征是：所述他励式磁控电抗器是由绕在三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成；所述三相三柱对称铁芯的上轭和下轭分别是由环形卷绕铁芯组成，由弧形的或非弧形的一字硅钢片叠成的三个铁芯柱固定在上轭与下轭之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在铁芯柱之间的上、下轭上的各个绕组组成；所述直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与外接直流控制电源连接；通过外接直流控制电源的调控，使交流工作电流发生无级变化。2.一种他励式磁控电抗器，包括：三相三柱铁芯、交流工作绕组和直流控制绕组，其特征是：所述他励式磁控电抗器是由绕在立体三角形三相对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成；所述立体三角形三相对称铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，由弧形的或非弧形的一字硅钢片叠成的三个铁芯柱分别固定在上轭的三个角与下轭的三个角之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个边、下轭的三个边上的各个绕组组成；所述直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与外接直流控制电源连接；通过外接直流控制电源的调控，使交流工作电流发生无级变化。3.一种他励式磁控电抗器，包括：三相三柱铁芯、交流工作绕组和直流控制绕组，其特征是：所述他励式磁控电抗器是由绕在立体三角形三相对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成；所述立体三角形三相对称铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，由非弧形的一字硅钢片叠成的三个铁芯柱分别固定在上轭的三个边与下轭的三个边之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个角、下轭的三个角上的各个绕组组成；所述直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与外接直流控制电源连接；通过外接直流控制电源的调控，使交流工作电流发生无级变化。4.一种自励式磁控电抗器，包括：三相三柱铁芯、交流工作绕组、直流控制绕组和三相直流控制电源，其特征是：所述自励式磁控电抗器是由绕在三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成；所述三相三柱对称铁芯的上轭和下轭分别是由环形卷绕铁芯组成，由弧形的或非弧形的一字硅钢片叠成的三个铁芯柱固定在上轭与下轭之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在铁芯柱之间的上、下轭上的各个绕组组成；所述三相直流控制电源是由晶闸管和具有中间抽头的三相线性电抗器串接成tcr后与三相整流桥的交流输入端相连接而组成；所述隔离绕组的一端互相连接，另一端与所述三相直流控制电源的交流输入端连接；所述直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与所述三相直流控制电源的正、负端连接；通过三相直流控制电源的调控，使电、磁混合调控产生的交流工作电流发生无级变化。5.一种自励式磁控电抗器，包括：三相三柱铁芯、交流工作绕组、直流控制绕组和三相直流控制电源，其特征是：所述自励式磁控电抗器是由绕在立体三角形三相对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成；所述立体三角形三相对称铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，由弧形的或非弧形的一字硅钢片叠成的三个铁芯柱分别固定在上轭
的三个角与下轭的三个角之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个边、下轭的三个边上的各个绕组组成；所述三相直流控制电源是由晶闸管和具有中间抽头的三相线性电抗器串接成tcr后与三相整流桥的交流输入端相连接而组成；所述隔离绕组的一端互相连接，另一端与所述三相直流控制电源的交流输入端连接；所述直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与所述三相直流控制电源的正、负端连接；通过三相直流控制电源的调控，使电、磁混合调控产生的交流工作电流发生无级变化。6.一种自励式磁控电抗器，包括：三相三柱铁芯、交流工作绕组、直流控制绕组和三相直流控制电源，其特征是：所述自励式磁控电抗器是由绕在立体三角形三相对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组组成；所述立体三角形三相对称铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，由非弧形的一字硅钢片叠成的三个铁芯柱分别固定在上轭的三个边与下轭的三个边之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个角、下轭的三个角上的各个绕组组成；所述三相直流控制电源是由晶闸管和具有中间抽头的三相线性电抗器串接成tcr后与三相整流桥的交流输入端相连接而组成；所述隔离绕组的一端互相连接，另一端与所述三相直流控制电源的交流输入端连接；所述直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与所述三相直流控制电源的正、负端连接；通过三相直流控制电源的调控，使电、磁混合调控产生的交流工作电流发生无级变化。

技术总结
本实用新型公开了一种属于电气控制技术领域的他励式和自励式磁控电抗器。为了提高性能和降低成本，采用环形三相三柱对称铁芯，交流工作绕组绕于三个铁芯柱，直流控制绕组分别绕于由环形卷绕铁芯构成的上、下轭。直流控制绕组互相串联后并联，其两端与直流控制电源的直流输出端连接。通过直流控制电源调控，上、下轭铁芯的导磁率发生改变，从而实现对输出电流的无级调控。具有反应时间短、调整速度快、体积小、重量轻、成本低、损耗少、无谐波的特点。既可以对电压、电流进行调控，也可以进行无功补偿。也可以进行无功补偿。也可以进行无功补偿。


技术研发人员：赵忠臣
受保护的技术使用者：赵忠臣
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/9/19