用於工作在磁飽和區的不等截面鐵心結構的製作方法
2023-05-20 21:27:16
專利名稱：用於工作在磁飽和區的不等截面鐵心結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種特殊的鐵心結構，特別是用於工作在磁飽和區的 不等截面鐵心結構，尤其適用於鐵心存在偏磁或者鐵心工作在深度飽 和區的電磁設備，如飽和鐵心型超導故障限流器和飽和電抗器等。
背景技術：
飽和鐵心型超導故障限流器和飽和電抗器都是由鐵心、工作繞組 和勵磁繞組共同組成的電磁設備，工作原理基本相同，即通過改變勵 磁繞組內的勵磁電流來調節鐵心的飽和程度，進而改變鐵心柱上纏繞 的工作繞組的感抗值，實現其調控或限流功能。如圖l一l和圖l一2 所示，其中工作繞組21和勵磁繞組11有兩種耦合方式，緊耦合是勵 磁繞組11和工作繞組21位於同一鐵心柱上，耦合係數較高，但對高 電壓等級來說，此結構使絕緣變得困難。因此對於高電壓等級一般採 用鬆耦合形式，即勵磁繞組11和工作繞組21位於同一鐵心窗口的不 同鐵心柱上。現在將纏繞有勵磁繞組11的鐵心部分稱為勵磁段l'，纏 繞有工作繞組21的鐵心部分稱為工作段2'，連接此兩段的其他部分稱 為導磁段3'。如圖l一l所示為鐵心的傳統鬆耦合結構，其中四邊形結 構即為通常所說口字形鐵心結構。
由於鐵心某一時段或者全部時段工作在鐵心材料的B H磁化特 性曲線的非線性段，即處在飽和段甚至是深度飽和段，因此在鬆耦合 的結構中總是存在漏磁的問題，尤其是進入飽和之後，漏磁問題會更 加嚴重。如圖l一l和圖l一2所示，分別為現有技術口字形鐵心勵磁 示意圖和現有技術環形鐵心勵磁示意圖；其中勵磁段l'上纏繞有勵磁 繞組11對鐵心勵磁，勵磁繞組11內的勵磁電流較小時，鐵心內磁場 較弱，鐵心處於非飽和態，漏磁通會較小，工作段2'和勵磁段l'內的磁通基本相同。如果增大勵磁電流，漏磁會隨著增大，由於漏磁的增
大，勵磁段r上的磁勢佔繞組產生的總磁勢的比率也會隨著增大，因 此工作段2'上的磁勢相對勵磁段r減小，它要達到一定的飽和度時需 要增加勵磁電流，甚至增加勵磁電流也很難達到。
不論是飽和電抗器或是飽和鐵心型超導故障限流器，由於漏磁的
存在，工作段2'達不到設計所要求的飽和深度或者根本就進入不到飽
和態，這對於飽和電抗器來說，就減小了它的工作區間，降低了靈活
性；對於飽和鐵心型超導限流器來說，增大了限流器的穩態阻抗，會
增加電網中的無功功率和降低限流器後面負荷上的壓降，對電網的正 常運行造成一定影響。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足與缺陷，提出一種用於工 作在磁飽和區的不等截面鐵心結構，通過改變鐵心的結構形狀和尺寸， 減小漏磁對鐵心的影響，使鐵心上的磁勢重新分布，在勵磁磁勢保持 不變或者減小的情況下，能夠使鐵心達到所設計的飽和度。
為達上述目的，本發明提供一種用於工作在磁飽和區的不等截面 鐵心結構，該鐵心為封閉形鐵心，包括勵磁段、工作段和導磁段。其
特徵在於，勵磁段鐵心的截面積工作段鐵心的截面積=1.01~10，勵 磁段鐵心的截面積導磁段鐵心的截面積=1~10。
其中，所述的封閉形鐵心可以為環形或多邊形。
其中，所述的多邊形鐵心的邊數可以為4 20。
其中，所述的勵磁段纏繞勵磁繞組，工作段纏繞工作繞組，導磁 段連接勵磁段和工作段。其中，所述的導磁段鐵心的截面積大於工作段鐵心的截面積，且 小於或等於勵磁段鐵心的截面積。
本發明的有益效果在於，本發明的用於工作在磁飽和區的不等截 面鐵心結構，通過改變鐵心的結構形狀和尺寸，消除因為鐵心進入飽 和態產生的漏磁所帶來的不利影響，大大減小漏磁對鐵心的影響，使 鐵心上的磁勢重新分布，在勵磁磁勢保持不變或者減小的情況下，能 夠使鐵心達到設計所要求的飽和度。
圖l一l為現有技術口字形鐵心勵磁示意圖； 圖l一2為現有技術環形鐵心勵磁示意圖2—l(a) (b) (c)為本發明用於工作在磁飽和區的口字形不 等截面鐵心結構且工作繞組分別纏繞在不同位置示意圖2 — 2為本發明用於工作在磁飽和區的環形不等截面鐵心結構 示意圖2 — 3為本發明用於工作在磁飽和區的八邊形不等截面鐵心結 構示意圖3為本發明應用於六個口字形鐵心組成的三相限流器實施例的 俯視圖4 (a)為本發明應用於兩個口字形鐵心組成的限流器實施例的 俯視圖4 (b)為本發明應用於三個個口字形鐵心組成的限流器實施例 的俯視圖4 (c)為本發明應用於四個口字形鐵心組成的限流器實施例的 俯視圖。
圖中符號說明 (現有技術) 1' 勵磁段2' 工作段
3' 導磁段 (本發明)
1 勵磁段 11 勵磁繞組
2 工作段 21 工作繞組
3 導磁段
具體實施例方式
下面結合
本發明的具體實施方式
。
圖2—1 (a)為本發明用於工作在磁飽和區的口字形不等截面鐵心 結構且工作繞組21纏繞在與導磁繞組11相對位置上的一個實施例的 示意圖，其提供一種用於工作在磁飽和區的不等截面鐵心結構，該鐵 心為封閉形鐵心，包括勵磁段l、工作段2和導磁段3，其中，勵磁段 1鐵心的截面積工作段2鐵心的截面積=1.01~10，該比例的較佳值 範圍為1.2 3，勵磁段1鐵心的截面積導磁段3鐵心的截面積=1~10， 該比例的較佳值為1 3，且導磁段3鐵心的截面積大於工作段2鐵心 的截面積，小於或等於勵磁段1鐵心的截面積。圖中所示，本實施例 中導磁段3鐵心的截面積小於勵磁段1鐵心的截面積。並且勵磁段1 上纏繞勵磁繞組ll，工作段2上纏繞工作繞組21,導磁段3連接勵磁 段1和工作段2。
圖2—1 (b)和(c)為本發明用於工作在磁飽和區的口字形不等 截面鐵心結構且工作繞組21纏繞在與導磁繞組11相鄰位置上的兩個 實施例的示意圖，其提供一種用於工作在磁飽和區的不等截面鐵心結 構，該鐵心為封閉形鐵心，包括勵磁段l、工作段2和導磁段3，其中， 勵磁段1鐵心的截面積工作段2鐵心的截面積=1.01 10，該比例的 較佳值範圍為1.2 3，勵磁段1鐵心的截面積導磁段3鐵心的截面積=1 10，該比例的較佳值為1 3，且導磁段3鐵心的截面積大於工 作段2鐵心的截面積，小於或等於勵磁段1鐵心的截面積。圖中所示， 本實施例中導磁段3鐵心的截面積小於勵磁段1鐵心的截面積。並且 仍然是勵磁段1上纏繞勵磁繞組11，工作段2上纏繞工作繞組21，導 磁段3連接勵磁段1和工作段2。
本發明的封閉形鐵心可以為環形，如圖2 — 2所示，為本發明用於 工作在磁飽和區的環形不等截面鐵心結構實施例的示意圖，圖中該鐵 心為封閉形鐵心，包括勵磁段l、工作段2和導磁段3，其中，勵磁段 1鐵心的截面積工作段2鐵心的截面積=1.01~10，該比例的較佳值 範圍為1.2 3，本實施例為3，勵磁段1鐵心的截面積導磁段3鐵心 的截面積=1~10，該比例的較佳值為1 3，本實施例為2，且導磁段3 鐵心的截面積大於工作段2鐵心的截面積，小於或等於勵磁段1鐵心 的截面積。圖中所示，本實施例中導磁段3鐵心的截面積小於勵磁段1 鐵心的截面積。
本發明的封閉形鐵心也可以為多邊形，如圖2 — 3所示，為本發明 用於工作在磁飽和區的八邊形不等截面鐵心結構實施例的示意圖，圖 中該鐵心為不等邊八邊形封閉形鐵心，包括勵磁段l、工作段2和導磁 段3，其中，勵磁段1鐵心的截面積工作段2鐵心的截面積=1.01~10， 該比例的較佳值範圍為1.2 3，本實施例為2.5，勵磁段l鐵心的截面 積導磁段3鐵心的截面積=1 10，該比例的較佳值為1 3，本實施 例為2，且導磁段3鐵心的截面積大於工作段2鐵心的截面積，小於或 等於勵磁段1鐵心的截面積。圖中所示，本實施例中導磁段3鐵心的 截面積小於勵磁段1鐵心的截面積。當然，封閉形鐵心的多邊形鐵心 的邊數可以為4 20，本實施例僅以八邊形為例加以說明，並不以此為 限。
如圖3所示，為本發明應用於六個口字形鐵心組成的三相限流器 實施例的俯視圖，圖中六個鐵心均為口字形(四邊形)或者類似形狀鐵心，包括勵磁段l、工作段2和導磁段3，其中，勵磁段l鐵心的截
面積工作段2鐵心的截面積二1.01 10，該比例的較佳值範圍為1.2 3，本實施例約為2，勵磁段1鐵心的截面積導磁段3鐵心的截面積 =1~10，該比例的較佳值為1 3，本實施例為1，且導磁段3鐵心的 截面積大於工作段2鐵心的截面積，小於或等於勵磁段1鐵心的截面 積。圖中所示，本實施例中導磁段3鐵心的截面積等於勵磁段1鐵心 的截面積。
本實施例的具體參數如下 限流器額定電壓380V，額定電流20A; 電網系統短路電流IOOOA，限流器限制電流300A; 工作段2鐵心的截面積7.06 cm2， 勵磁段1鐵心的截面積15.52 cm2; 鐵芯窗寬140mm; 鐵芯窗高270mm。
經過實驗驗證，此種結構的鐵心在飽和鐵心型超導故障限流器的 應用中，能夠很容易地使工作鐵心2達到設計所要求的飽和度，而且 勵磁繞組11所提供的偏置磁勢也比現有技術小很多。
本發明在其他方面的應用可以是如下所述的兩個、三個、四個不 等截面鐵心結構的組合方式。
如圖4 (a)所示，為本發明應用於兩個口字形不等截面鐵心組成 的限流器實施例的俯視圖，圖中兩個鐵心均為口字形或者類似形狀鐵 心，包括勵磁段l、工作段2和導磁段3，其中，勵磁段l鐵心的截面 積工作段2鐵心的截面積二1.01 10，該比例的較佳值範圍為1.2 3， 本實施例約為2，勵磁段1鐵心的截面積導磁段3鐵心的截面積= 1~10，該比例的較佳值為1 3，本實施例為1，且導磁段3鐵心的截 面積大於工作段2鐵心的截面積，小於或等於勵磁段1鐵心的截面積。圖中所示，本實施例中導磁段3鐵心的截面積等於勵磁段1鐵心的截 面積。
如圖4 (b)所示，為本發明應用於三個口字形不等截面鐵心組成 的限流器實施例的俯視圖，圖中三個鐵心均為口字形或者類似形狀鐵 心，同樣地，如圖4 (c)所示，為本發明應用於四個口字形不等截面 鐵心組成的限流器實施例的俯視圖，圖中四個鐵心均為口字形或者類 似形狀鐵心，包括勵磁段l、工作段2和導磁段3，其中，勵磁段l鐵 心的截面積工作段2鐵心的截面積二 1.01~10，該比例的較佳值範圍 為1.2 3，本實施例約為2，勵磁段1鐵心的截面積導磁段3鐵心的 截面積=1~10，該比例的較佳值為1 3，本實施例為1，且導磁段3 鐵心的截面積大於工作段2鐵心的截面積，小於或等於勵磁段1鐵心 的截面積。圖中所示，本實施例中導磁段3鐵心的截面積等於勵磁段1 鐵心的截面積。
以上所述僅為本發明的各種較佳可行實施例，非因此即局限本發 明的保護範圍，凡是運用本發明說明書及附圖內容所作出的等效結構 變化，均包含於本發明的權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種用於工作在磁飽和區的不等截面鐵心結構，該鐵心為封閉形鐵心，包括勵磁段、工作段和導磁段，其特徵在於勵磁段鐵心的截面積工作段鐵心的截面積＝1.01～10，勵磁段鐵心的截面積導磁段鐵心的截面積＝1～10。
2. 如權利要求i所述的不等截面鐵心結構，其特徵在於，所述的 封閉形鐵心可以為環形或多邊形。
3. 如權利要求i或2所述的不等截面鐵心結構，其特徵在於，所述的多邊形鐵心的邊數可以為4 20。
4. 如權利要求l所述的不等截面鐵心結構，其特徵在於，所述的 勵磁段纏繞勵磁繞組，工作段纏繞工作繞組，導磁段連接勵磁段和工 作段。
5. 如權利要求l所述的不等截面鐵心結構，其特徵在於，所述的 導磁段鐵心的截面積大於工作段鐵心的截面積，且小於或等於勵磁段 鐵心的截面積。
全文摘要
本發明涉及一種用於工作在磁飽和區的不等截面鐵心結構，該鐵心為封閉形鐵心，包括勵磁段、工作段和導磁段，其特徵在於，勵磁段鐵心的截面積工作段鐵心的截面積＝1.01～10，勵磁段鐵心的截面積導磁段鐵心的截面積＝1～10，且導磁段鐵心的截面積大於工作段鐵心的截面積，小於或等於勵磁段鐵心的截面積。本發明通過改變鐵心的結構形狀和尺寸，減小漏磁對鐵心的影響，使鐵心上的磁勢重新分布，在勵磁磁勢保持不變或者減小的情況下，能夠使鐵心達到所設計的飽和度，尤其適用於鐵心存在偏磁或者鐵心工作在深度飽和區的電磁設備，如飽和鐵心型超導故障限流器和飽和電抗器等。
文檔編號H01F27/24GK101290828SQ200710097088
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月17日 優先權日2007年4月17日
發明者任安林, 贏 信, 孫樹英, 張敬因, 曹正建, 牛瀟曄, 高永全, 龔偉志 申請人:北京雲電英納超導電纜有限公司;天津市機電工業控股集團公司