準飽和開關電抗器的製作方法

2023-07-11 21:26:31 1

專利名稱：準飽和開關電抗器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉電抗器技術領域，尤其是一種適用於電氣工程中需要使用可調電感量設備的準飽和開關電抗器。
背景技術：
近年來人們常使用單純的可控矽(SCR)調壓控制或單純的磁控電抗器來調壓穩壓。單純的可控矽調壓，在高電壓迴路中要求可控矽耐壓較高，多個可控矽串聯又存在均壓困難的問題，而單純的磁控電抗器又存在電磁飽和限制的缺陷，使得出現調節範圍窄及調節迴路時間常數大的問題，影響了電抗器的使用範圍。從結構上講，準飽和開關電抗器是在本專利人實用新型專利200920079062.0《開關電抗器》數據設計基礎上進行改進。原專利開關電抗器用於交流電路時，流過電抗器的電流設計上是可以從0 100%地進行調節。而交流電路中電抗器投入時，電路中的電流常常沒必要從0 100%地進行調節。這主要是從生產成本上考慮的。在實用中我們發現，開關電抗器的重量要佔到整個裝置的65%以上，大大增加了生產成本。

實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種價格較低，使用範圍廣，可連續調節和控制主迴路中交流電流或電感量的準飽和開關電抗器。本實用新型通過下述技術方案來實現本實用新型包括鐵芯、電感線圈繞組和與電感線圈繞線組全部或部分並聯的可控矽功率開關，其特徵在於電感線圈繞組外並聯有互為反並聯可控矽功率開關，鐵芯電感線圈在工作初始就處於準飽和狀態，流過準飽和開關電抗器的電流是大於工作迴路額定電流 50%的準飽和電流。所說的互為反並聯可控矽可以為分段串聯後，再與電感線圈分段並聯，所說的互為反並聯可控矽也可以只與準飽和開關電抗器的某一段繞組相併聯。準飽和開關電抗器的概念是電抗器在投入交流電路時，允許有一定的電流流過電抗器。按照準飽和理論「準飽和」是飽和電抗器所具有的一種特性，它可以使電抗器在外部控制狀態為零的條件下，流過一定的交流電流(這一交流電流被稱為準飽和電流)，在技術參數的設計上，使得電抗器投入電路初時，就處於準飽和狀態。本申請「準飽和開關電抗器」的設計理論之一，就是按照這一概念設計的，也是對準飽和開關電抗器取名的第一個依據。因此凡是具有本「準飽和開關電抗器」的設計結構的電抗器，且電抗器投入初時在外部控制狀態為零的條件下，流過大於工作迴路額定電流 50%的交流電流，均屬於本申請保護範疇。本實用新型在對電抗器電抗值的控制方面，主要是通過對與電抗器並聯的可控矽功率開關導通角的大小進行有效的控制，使得與可控矽並聯的電抗器總的等效電抗發生改變。利用這一特點，達到控制和調節電抗器的等效電抗。[0010] 當可控矽SCR完全導通時，準飽和電抗器等效電抗為零。 當可控矽SCR不導通時，此時電感線圈的等效電抗為準飽和電抗，電感線圈中流過是電感線圈所限制的準飽和工作電流，此電流的大小與電源電壓及相串聯運行設備的端電壓的大小有關，由設備運行要求所決定。由於不是按變壓器設計的，所以準飽和電抗器所加運行電壓是相應交流電路中的分壓。本實用新型按其電路應用的需要接在電路中的相應位置，由相應用途的功能控制電路，根據自己的不同用途，產生對可控矽整流橋的相應控制觸發信號，控制可控矽整流橋按電流調節要求控制可控矽的觸發角，以控制電抗器繞組中的交流電流，使綜合電感值發生連續變化，達到連續調節準飽和開關電抗器電抗值的目的。實驗證明，本實用新型準飽和開關電抗器可較好地平滑調節運行迴路的綜合電抗值。從上述情況可知，本實用新型準飽和開關電抗器平滑調節運行迴路綜合電抗值的目的是可以實現的。本實用新型特別適用於交流電動機的軟起動器，為避免交流電動機在直接啟動過程中，因大的啟動電流造成供電系統電壓大幅波動，對交流電動機在啟動過程中用準飽和開關電抗器進行限壓、限流的啟動。本實用新型也適用於各種濾波器中作為「可調電感」。在無源濾波器中用於控制電感與電容器之間的諧振頻率，以準確控制濾波器的諧振點，用於調整濾波器的濾波效果。本實用新型還適用於各種電源中用「可調電感」來限流、穩壓或濾波，或其它使用 「可調電感線圈」、「可調電抗器」的領域。本實用新型可設計成兩種類型結構產品，A結構產品(參見圖1)。是將正反並聯的SCR(可控矽)分段與開關電抗器&相併聯。在運行中，當並聯SCR全關斷時，電抗器對電路呈現的電抗值為準飽和值，即電抗器自身的固有阻抗值。此時負荷電流全部流過電抗器，而SCR所承受的電壓不會大於所在電抗段電壓降的峰值。當並聯SCR全導通時，負荷電流被SCR旁路，電抗器對電路呈現阻抗最小值，此時電抗器對電路產生的電壓降最小，為各組SCR導通壓降總和，對電路來講這一電壓可視為零。由於電抗器被SCR功率開關「整體短路」，故電抗器內僅流過很小的旁路電流，對電抗器的運行不會造成影響。這種結構的電抗器，優點是特別適用於6kv及IOkv電壓等級。以往的SCR串聯需要並聯分壓電阻和防浪湧吸收，由於浪湧保護的易損性，導致不少設備在運行中出現故障。 而本實用新型A結構開關電抗器，則不必使用這些很繁雜且運行中易損的器件。因為在電路運行中，當SCR全關斷時，各組SCR所獲得的最大端電壓，不會超過所在電抗段的電壓降的峰值；此時，由於SCR所在段的電抗繞組中有連續負荷電流通過，限制了過電壓的產生。 故這一結構方案，不會有威脅SCR的過電壓，SCR的安全性得到很大提高，電壓等級可以按所在段的分段電壓的最大值設計。由於SCR兩端電壓受電抗器各分段電壓的限制，有很好的「自然」電壓均衡作用， 故SCR兩端不必並聯分壓電阻。本實用新型另一類型B結構產品(參見圖2)。把電抗器繞組分為兩段(W1及W2, 且設有 的一端為同名端)。這種結構在實際使用中是最實用的，因為它只是在開關電抗器的某一段上並聯SCR(並非多段並聯)，這樣做同樣能達到第一種方案的效果。因為這一結構的原理是借用了變壓器的原理(非自偶變壓器原理)，因此其電路結構等效電路與變壓器是一致的。為了分析更為方便，參見圖3近似變壓器原理的一種結構圖畫法。其中Φω是電抗器運行時的主磁通，Φ 1。、Φ 2。分別是繞組W1與W2的漏磁通，它們僅交聯自身的繞組，對應的是各自繞組的漏電抗；If是流過電抗器的負荷電流。由圖3和圖4可以清楚地看出這一電路與變壓器電路的相似性，故其等效電路與變壓器的等效電路也是相同的，只是在應用中略有差異，如圖5所示。因圖3、4中電抗器的繞組被一分為二，即W1與W2。故在圖5中R1J1是繞組W1的直流電阻及漏電抗，和為阻抗4 ;R2>X2是繞組W2的直流電阻及漏電抗，和為阻抗4 ；且巧與 W2之間存在下式關係
W 2K =-
W 1Rffl, Xffl是電抗器的勵磁電阻及電抗，和為勵磁阻抗Zm。因電抗器的漏阻抗\、Z2均很小，所以運行中電抗器的限流作用主要是靠準飽和勵磁阻抗Zm。至於SCR是與W1並聯還是與W2並聯是無關緊要的，結果不變。這就是本申請「準飽和電抗器」的設計理論之二。

圖1為準飽和開關電抗器A結構示意圖；圖2為準飽和開關電抗器B結構示意圖；圖3為準飽和開關電抗器運行結構圖；圖4為準飽和開關電抗器B結構的變壓器畫法圖；圖5為準飽和開關電抗器的等效電路示意圖；圖6為準飽和開關電抗器用於軟起動示意圖；圖7為準飽和開關電抗器A結構用於三相電路示意圖；圖8為準飽和開關電抗器B結構用於三相電路示意圖。
具體實施方式
如圖1、2、3、4所示，本實用新型包括鐵芯!^e、電感線圈繞組W以及與電感線圈相併聯的可控矽功率開關。其特徵在於電感線圈繞組以外並聯有互為反並聯可控矽SCR，所說的互為反並聯可控矽可以分段串聯後，再與準飽和開關電抗器分段並聯。如圖1所示的A結構示意圖，電感線圈的分段可是均勻分段也可以是不均勻分段， 這應根據實際要求而定，本實施例選用均勻分段並聯。當然所說的互為反並聯可控矽也可為連續串聯後，再與電感線圈並聯。如圖2所示的B結構示意圖，可控矽也可以只與準飽和開關電抗器的某一段繞組相併聯。如圖7、8所示，當主電源為三相交流電時，即A、B、C則需三個電抗器即DKA、DKB、 DKC。如圖6所示，使用時，本實用新型與可控矽功率整流器ZL相連，可控矽整流器與可控矽觸發控制器CFKZ相連，觸發控制器與可編程控制器PLC相連，可編程控制器與主電路電流檢測裝置相連，其輸入端與電力系統F相連並通過導線CT與主電路電流檢測裝置C相連，輸出端與電器M相連。本實用新型，在運行中為了使準飽和開關電抗器的綜合電抗值跟隨系統運行參數，可控矽觸發器的前端配上不同用途的功能控制電路，如作為可調電抗器用於交流電動機軟起動器電路中，軟起動控制部分是使用PLC控制系統或計算機控制系統。採用自動電流跟蹤控制技術，連續地跟蹤電動機啟動電路中主電流的大小。依據檢測到的主電流使控制器輸出相應的觸發控制脈衝，控制相應的可控矽按一定的導通角工作，從而改變電感線圈的綜合電抗值。達到對啟動主迴路中的電流進行閉環控制。用於電力濾波器或靜態無功功率補償裝置中，可以對諧振電路中電感電容的串聯、並聯電路或串並聯混聯電路中電感量進行控制和調節，以控制電路的諧振參數，提高電路中的濾波效果或調整參數使諧振頻率準確控制在諧振點。用於穩壓裝置中的穩壓控制電路。在交流穩壓電路中在負載變動或電源電壓波動時，用這種開關電抗器可以控制交流電路中負載側交流電壓的穩定度或電流的穩定度。
權利要求1.一種準飽和開關電抗器包括鐵芯Fe、電感線圈繞組W和與電感線圈繞組W全部並聯或部分並聯的可控矽SCR功率開關。其特徵在於電感線圈繞組以外並聯有互為反並聯可控矽SCR功率開關，鐵芯電感線圈在工作初始就處於準飽和狀態，流過準飽和開關電抗器的電流是大於工作迴路額定電流50%的準飽和電流。
2.根據權利要求1所述的一種準飽和開關電抗器，其特徵在於所說的互為反並聯可控矽為分段串聯，再與電感線圈分段並聯。
3.根據權利要求1所述的一種準飽和開關電抗器，其特徵在於所說的互為反並聯可控矽只與某一段電感線圈並聯。
專利摘要本實用新型公開了一種準飽和開關電抗器包括鐵芯Fe、電感線圈繞組W和與電感線圈繞組W全部並聯或部分並聯的可控矽SCR功率開關，其特徵在於電感線圈繞組以外並聯有互為反並聯可控矽SCR功率開關。本實用新型可較好地平滑調節運行迴路的綜合電抗值，特別是分段移相觸發或是對某段單獨並聯的可控矽移相觸發，其綜合電抗值調節的平滑性很好，使用範圍廣泛。
文檔編號H02P13/00GK202034937SQ20112013848
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者張帆 申請人:張帆