感應設備的製作方法

2023-10-25 02:53:57

專利名稱：感應設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種將與高於IkV的高壓輸電系統相關聯地使用的感應設備。本發明特別適合於用在電力系統中的並聯電抗器，其被調用來提供大約幾十MVA的功率，以便例如補償通常為高壓電力線或擴展電纜系統的長電力傳輸線的電容性電抗。
背景技術：
並聯電抗器的功能通常是為了提供對於高壓輸電線或電纜系統中的電力線電壓控制和穩定性所必需的必要電感補償。並聯電抗器的主要必需條件是保持並管理高電壓， 以及在操作感應範圍內提供恆定的電感。與此同時，並聯電抗器應當具有低型面尺寸和重量、低損耗、低振動和噪聲以及良好的結構強度。並聯電抗器通常包括由一個或更多個磁芯柱(其也被稱為磁芯柱體)構成的磁芯，所述磁芯柱通過磁軛相連，這些磁軛一起形成一個或更多磁芯框。此外，並聯電抗器被製作成使得線圈環繞所述磁芯柱。此外還公知的是，並聯電抗器的構造方式類似於磁芯式電力變壓器，即二者在磁芯的磁軛部分中都使用高磁導率、低損耗晶粒取向電鋼片。但是二者的顯著不同之處在於，並聯電抗器被設計成在操作感應範圍內提供恆定的電感。在傳統的高壓並聯電抗器中，這是通過在磁芯的磁芯柱部分中使用一定數目的大氣隙而實現的。 所述磁芯柱是由磁性材料(比如電工鋼片條)的磁芯段(其也被稱作磁芯包)製成的。所述磁芯段由高質量的徑向層壓鋼片製成，所述鋼片被分層並粘合以形成大的磁芯元件。此外，所述磁芯段被層疊並且用環氧樹脂粘合，從而形成具有高彈性模量的磁芯柱。所述磁芯柱是通過將磁芯段與陶瓷間隔物交替以提供所需氣隙而構造的。所述磁芯段通過至少其中一個所述磁芯間隙彼此分開，並且所述間隔物通過環氧樹脂粘合到所述磁芯段上，從而形成圓柱形磁芯元件。此外，所述間隔物通常由諸如滑石的陶瓷材料製成，其是一種具有高機械強度、良好電屬性以及小損耗因數的材料。所述磁芯被容納在箱中，所述箱包括箱基板和箱壁以及支撐所述儲箱的底座。此外還公知的是，諸如並聯電抗器的感應設備被浸入到諸如油、矽酮、氮或者碳氟化合物的冷卻介質中。眾所周知的問題是磁芯是諸如變壓器和電抗器的電感應設備中的噪聲源，從電抗器發出的這種噪聲(其也被稱作交流聲(hum))必須受到限制，以免幹擾周圍區域。電流流經圍繞磁芯的電繞組，從而生成磁場。因此將會發生磁芯的交變磁化，從而所述磁芯段會發生周期性膨脹及收縮，這是由於如下事實經受磁場的鐵磁性材料在被電抗器繞組中流動的電流磁化及去磁化時改變其形狀(這也被稱作磁致伸縮現象)。因此所述磁芯將充當 IOOHz或者電抗器振動的操作頻率及其諧波的兩倍的源。隨著通過磁芯的磁場發生交變，所述磁芯段將反覆膨脹及收縮，從而導致振動。通過向電抗器施加電壓的磁化動作在磁芯中產生磁通量或磁力線。磁通量的程度將決定磁致伸縮的量，從而將決定噪聲水平。所述振動產生聲波，該聲波產生電抗器的顯著交流聲。此外，磁通量將從其穿過的前面提到的填充有間隔物的磁芯間隙是導致噪聲的振動源。這是由於當所述磁通量發生交變時，其趨於對所述陶瓷間隔物進行壓縮/減壓，從而導致磁芯中的振動。動態的電磁芯間隙力將導致作為主要噪聲源的磁芯振動。現在基本上有兩種方式來減小由所述磁芯間隙力導致的振動的幅度，例如通過減小磁芯間隙力或者通過增大磁芯間隙硬度。由於磁芯間隙力的幅度與所述感應設備的額定功率有很強相關性， 因此最為高效的減小噪聲的方式是增大磁芯間隙的硬度。在美國，幹線電壓每秒鐘交變60次(60Hz)，因此所述磁芯段每秒鐘膨脹及收縮 120次，從而產生在120Hz及其諧波的音調。在歐洲，幹線供電是50Hz，因此所述交流聲更接近IOOHz及其諧波。由磁芯連同所述磁芯和磁芯組件的重量生成的振動可能會迫使電抗器外殼下方的剛性基底結構發生振動。所述外殼側壁可能剛性地連接到所述基底結構，從而可能被堅硬的基底部件驅動而發生振動並且傳播噪聲。在本發明所涉及的浸入油中的感應設備中，所述磁芯被放置在箱內，並且振動通過箱基底和油傳播到箱壁從而導致噪聲。

發明內容
本發明試圖提供一種改進的感應設備，其可以減小電抗器磁芯柱中的振動，從而降低從電抗器發出的噪聲水平。本發明的目的可以通過如權利要求1所限定的感應設備來實現。所述設備的特徵在於，所述感應設備包括設置在磁芯間隙其中一個內的至少一個壓電元件以及連接到所述壓電元件的控制單元，所述控制單元被設置成提供用於感生所述壓電元件的振動的電信號，其相位與作用在所述磁芯間隙中的電磁吸引力相反。其想法是藉助於影響所述壓電元件的電場來對抗並停止由電磁力在磁芯柱中導致的振動。當受到電場影響時，所述壓電元件的尺寸將由於反壓電效應而改變，從而所述磁芯間隙的填充度將提高。相應地，由於壓電效應是可逆的這一事實，因此所述磁芯柱將在所施加的電場減小時解壓，從而所述壓電元件的尺寸將減小。當把電場(100-120V)饋送到所述壓電元件時，所述磁芯柱將在縱向上膨脹，從而導致所述元件在縱向上膨脹，因此所述磁芯柱中的振動將減小。所述壓電元件的膨脹將對抗發生在磁芯柱中的壓縮，以便保持所述磁芯柱的長度。因此，從磁芯柱傳遞到磁芯框的振動更少，從感應設備發出的噪聲也更少。根據本發明的一個實施例，所述多個磁芯間隙包括間隔物，並且所述壓電元件被設置在所述間隔物與磁芯段之間或者被設置在所述間隔物與磁芯框之間。因此有可能令磁芯柱符合使得從所述磁芯柱傳遞到磁芯框的振動最小的情況。根據本發明的另一個實施例，所述多個磁芯間隙包括多個間隔物，並且所述壓電元件被設置在所述間隔物與磁芯段之間以及被設置在所述間隔物與磁芯框之間。因此，壓電元件將在磁芯柱中以及在所述磁芯柱與磁芯框之間的附著點中起到減小振動的作用，從而減小振動並且防止振動傳遞到磁芯柱中。根據本發明的一個實施例，設置至少一個傳感器來測量磁芯柱中的振動。所述傳感器被配置成向控制單元發送測量值，所述控制單元被配置成基於所述測量值生成電信號。這樣將會平滑且高效地消除在磁芯柱中生成的振動，並且將有可能減小從所述感應設備發出的噪聲。
根據本發明的另一個實施例，所述傳感器被配置成測量從感應設備發出的聲音。 因此將有可能把所述傳感器設置在感應設備外部。根據另一個實施例，所述感應設備是並聯電抗器。下面將在根據本發明的感應設備的一個優選實施例的詳細描述中給出本發明的其他特徵和優點。


通過下面結合附圖所做的詳細描述，本發明的其他特徵和優點對於本領域技術人員來說將變得顯而易見。圖1是通過根據本發明的一個實施例的感應設備的縱向截面圖。圖2是通過圖1中所示的感應設備的磁芯柱的截面圖A-A。圖3是根據本發明的上端面附著有壓電元件的間隔物的縱向截面圖。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的一個實施例的感應設備1。感應設備1被設置成與高壓輸電系統相關聯地使用。感應設備1被用於補償通常為高壓電力線或擴展電纜系統的長電力傳輸線的電容性電抗。感應設備1可以永久性地投入運行以穩定電力傳輸，或者只在輕負載條件下被切換用於電壓控制。感應設備1包括磁芯框3、繞組2以及被設置在磁芯框3中的磁芯柱6。磁芯柱6 包括多個由磁性材料製成的磁芯段lla-llg。磁芯段Ila-Ilg通常由高質量的徑向層壓鋼片製成，所述鋼片被分層並粘合以形成大的磁芯元件，並且所述磁芯段Ila-Ilg具有圓形截面，其具有如沿著磁芯柱6的縱向所見的上端面和下端面。此外，磁芯段Ila-Ilg被堆疊並且用環氧樹脂粘合，從而形成具有高彈性模量的磁芯柱。磁芯段Ila-Ilg的每個被設置成在沿著磁芯柱6的縱向上彼此相距預定的距離。如前所述的預定距離構成多個磁芯間隙 9a_9h。在每一個磁芯間隙9a_9h中設置多個具有上端面和下端面的間隔物(為了簡單起見把所有間隔物都標記為數字7)，以便保持磁芯段Ila-Ilg之間的預定距離。沿著磁芯柱6 的縱向看去，所述上端面和下端面的間隔物截面外觀的形狀例如是多邊形、圓形或橢圓形。在其中一個或更多個磁芯間隙9a_9h中設置壓電元件如_5」，其中沿著磁芯柱6的縱向看去，每一個壓電元件具有上端面和下端面，所述壓電元件如_5」處在間隔物7的端面與磁芯段Ila-Ilg的端面之間。所述壓電元件的上、下端面的形狀對應於如前所述的間隔物的端面形狀。磁芯柱6被設置成建立特定磁電阻(磁阻)，所述磁電阻又設定設備1的電感。磁通量的主要部分以交變磁屬性穿過磁芯柱6，從而導致吸引力作用在磁芯間隙9a-9h 中。因此所述吸引力將壓縮磁芯柱6。間隔物7通常由諸如滑石的陶瓷材料製成。壓電元件如-5」由諸如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇或鈦酸鉛的材料製成。此外還可以使用諸如石英和電氣石的材料(其是具有壓電屬性的自然形成的晶體材料)以及人工產生的壓電晶體，比如Rochelle鹽、磷酸二氫銨和硫酸鋰。所述壓電元件被設置成優選地沿著磁芯柱6的縱向 (y)膨脹或縮小。傳感器15被設置成感測及測量磁芯柱中的振動，並且連接到控制單元13。傳感器 15可以被設置在感應設備1內部的任何位置處或者被設置在感應設備1外部並且與之鄰
5近，以便測量在磁芯柱6中生成的振動，或者測量從磁芯柱6生成到感應設備1的箱壁的結構或基底結構的振動。另一種替換方案是把傳感器15設置在感應設備1內部的任何位置處，或者被設置在感應設備1外部並且與之鄰近，以便測量從感應設備1發出的噪聲。另一種替換方案是設置多於一個傳感器15以用于振動或聲音測量。可以通過在感應設備1內部或感應設備1外部設置多於一個傳感器15來實現關于振動或聲音的測量的提高的精度。 或者可以在感應設備1內部和感應設備1外部二者處設置傳感器15。傳感器15連接到控制單元13，所述控制單元13又連接到壓電元件fe_5j。控制單元13包括存儲器單元、處理設備、硬體以及軟體。基於由傳感器15測量的磁芯柱6中的振動，將所述軟體配置成計算用於在壓電元件如_5」中感生出振動的可變電信號的強度並且提供所述可變電信號。所述可變電信號將抵抗作用在磁芯間隙9a-9h中的電磁吸引力。穿過磁芯框3和磁芯柱6垂直設置一個中心孔(未示出)以便能夠抬起及運送感應設備1。傳感器15是被設置成用於測量振動或聲音的任何設備，比如加速度計、麥克風、全方向移動傳感器、振動傳感器、傾斜傳感器或震動傳感器。可以通過磁芯間隙9a_9h中的許多不同配置來把壓電元件5a_5j設置在磁芯柱6中。從圖1中可以看出，在間隔物7的上端面與磁芯框3之間的磁芯間隙9a中設置一個或更多壓電元件5a。此外還可以在間隔物7的下端面與磁芯段Ila的上端面之間設置一個或更多壓電元件恥。在磁芯間隙9h中，可以在間隔物7的下端面與磁芯框3之間設置一個或更多壓電元件5j。此外還可以在間隔物7的上端面與磁芯段Ilg的下端面之間設置一個或更多壓電元件5i。在磁芯間隙9b、9c、9d、9e、9f中，可以在間隔物7的下端面與磁芯段llb、llc、lld、 IleUlf的上端面之間設置一個或更多壓電元件5c、5dje、5f、5g、5h。關於磁芯間隙9b、9c、9d、9e、9f的另一種可能性是在間隔物7的上端面與磁芯段 llb、llc、lld、lle、llf的下端面之間設置一個或更多壓電元件5c、5d、5e、5f、5g、5h。一種可能的設置是在有限數目的磁芯間隙9b、9c、9d、9e、9f中設置壓電元件5c、 5d、5e、5f、5g、5h。關於磁芯間隙9b、9c、9d、9e、9f的另一種可能性是不在所述間隔物的端面與磁芯段lib、11c、lid、lie、Ilf的端面之間設置任何壓電元件。因此，將僅在磁芯間隙9a、9h中設置一個或更多壓電元件fe、5b、5i、5j。另一種可能性是在間隔物7的端面的上側與磁芯段lla-llf的端面的下側之間以及在間隔物7的端面的下側與磁芯段Ilb-Ilg的端面的上側之間設置一個或更多壓電元件。從而每一個磁芯間隙9b-9g將包括設置在間隔物7上端面和間隔物7下端面二者上的壓電元件。間隔物7的(縱向)長度可以根據壓電元件5a_5i是否附著到其端面上而不同。圖2示出了通過圖1中所示設備截面A-A中的磁芯間隙。間隔物21被設置在磁芯段22的上端面上，壓電元件20被設置到間隔物21的上端面。中心孔M被設置成以縱向穿過磁芯段22。磁場(未示出)作用在穿過壓電元件的縱向上。每一個壓電元件20通過連接裝置26J8連接到控制單元(未示出)。但是為了簡單起見僅示出其中一個具有連接裝置的壓電元件。 圖3示出了間隔物30，其中壓電元件32附著到其上端面。壓電元件32通過所示出的連接裝置34、36連接到控制單元(未示出)。此外還示出了作用在穿過壓電元件32的縱向上的磁場38。連接裝置34、36可以被設置成通過使用所述中心孔或者通過使用磁芯框與磁芯柱之間的空間而連接到壓電元件32。
權利要求
1.一種將與高壓輸電系統相關聯地使用的感應設備，其具有-至少一個繞組；-至少一個磁芯框；以及-設置在所述磁芯框中的至少一個磁芯柱，其包括-多個磁芯間隙；以及-通過所述磁芯間隙分開的多個磁性材料的磁芯段，其中-所述繞組使得電磁力作用在所述磁芯間隙中，其特徵在於，所述感應設備還包括-設置在所述磁芯間隙其中一個中的至少一個壓電元件；以及-連接到所述壓電元件的控制單元，其被設置成提供用於感生出所述壓電元件的振動的電信號，所述振動抵抗作用在所述磁芯間隙中的所述電磁吸引力。
2.根據權利要求1的感應設備，其特徵在於，所述多個磁芯間隙包括多個間隔物，所述壓電元件被設置在所述間隔物與所述磁芯段之間或者被設置在所述間隔物與所述磁芯框之間。
3.根據權利要求1的感應設備，其特徵在於，所述多個磁芯間隙包括多個間隔物，所述壓電元件被設置在所述間隔物與所述磁芯段之間以及被設置在所述間隔物與所述磁芯框之間。
4.根據權利要求1-3的設備，其特徵在於，所述設備包括被設置成測量所述磁芯柱中的振動並且向所述控制單元發送測量值的至少一個傳感器，所述控制單元被配置成基於所述測量值生成所述電信號。
5.根據權利要求3的感應設備，其特徵在於，所述傳感器是加速度計。
6.根據權利要求3的感應設備，其特徵在於，所述傳感器被適配成測量聲音。
7.根據權利要求1的感應設備，其特徵在於，所述感應設備是並聯電抗器。
全文摘要
本發明涉及一種將與高壓輸電系統相關聯地使用的感應設備，其具有至少一個繞組、至少一個磁芯框以及設置在所述磁芯框中的至少一個磁芯柱。所述磁芯框包括多個磁芯間隙(其中包括多個間隔物)以及多個磁性材料的磁芯段。所述磁芯段通過至少其中一個所述磁芯間隙分開，並且所述繞組使得電磁吸引力作用在所述磁芯間隙中。所述感應設備還包括設置在所述磁芯間隙其中一個中的至少一個壓電元件以及連接到所述壓電元件的控制單元。所述控制單元被設置成提供用於感生出所述壓電元件的振動的電信號，所述振動抵抗作用在所述磁芯間隙中的所述電磁吸引力。
文檔編號H01F37/00GK102227787SQ200880132132
公開日2011年10月26日 申請日期2008年12月4日 優先權日2008年12月4日
發明者A·B·埃裡克森, J·哈傑克, J·安格, J·弗斯林 申請人:Abb技術有限公司