磁控電抗器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁控電抗器，所述磁控電抗器包括：電抗器繞組，所述電抗器繞組包括鐵芯和繞在所述鐵芯周圍的線圈，利用所述線圈的電流強度來改變所述鐵芯的磁通；電源電路，用于產(chǎn)生工作的電流并輸出給所述線圈；退磁電路，所述退磁電路連接于所述電源電路的輸出端與所述電抗器繞組的線圈之間，用于斷開所述電源電路輸出給所述線圈的電流，從而使得所述線圈的電流迅速減小，加速所述鐵芯退磁。本發(fā)明的磁控電抗器可以實現(xiàn)快速退磁，且無需提高抽頭電壓和額外的勵磁繞組。
【專利說明】磁控電抗器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無功補償?shù)碾娍蛊餮b置，尤其涉及一種磁控電抗器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁控電抗器(Magnetically Controlled Reactor, MCR),作為靜止式無功補償裝置的一種類型，起源于磁放大器和飽和電抗器，但在結(jié)構(gòu)和性能上與飽和電抗器有本質(zhì)區(qū)另O。磁控電抗器的技術(shù)是在前蘇聯(lián)得到突破，并于上個世紀末被引入國內(nèi)，具有可靠性高、損耗低、占地少以及諧波污染小，控制容易等優(yōu)點，被廣泛應用于礦山、冶金及電力等行業(yè)中，已成為替代晶閘管控制電抗器的主要選擇。
[0003]磁控電抗器的基本工作原理是通過控制電抗器繞組中的直流電流可以改變鐵芯上的磁通,通過改變電抗器鐵芯上通過的磁通從而改變鐵芯的飽和度,從而改變電抗器的感值，以便實現(xiàn)輸出無功功率的變化。為了以較小的電流實現(xiàn)較大的飽和度，磁控電抗器采用局部飽和技術(shù)，在整個勵磁中有一段鐵芯的截面積被減小，從而很容易達到磁飽和，而其他部分都處于線性區(qū)。這種方式大幅改善了電抗器的功耗、噪聲和諧波性能指標。MCR的制造工藝和變壓器基本一致，其成本、可制造性及可靠性均接近于變壓器，維護簡便，非常適合應用于電力系統(tǒng)等環(huán)境適應性要求高的場合。磁控電抗器除了可用于電力系統(tǒng)以改善電網(wǎng)的輸電能力、改善電網(wǎng)電壓質(zhì) 量等，還可用于工業(yè)廠礦的無功補償、電機軟啟動等，具有很大的推廣應用價值。
[0004]目前MCR已經(jīng)廣泛應用于電力、礦山、冶金等行業(yè)，同時隨著新能源行業(yè)的不斷發(fā)展，在新能源電站中MCR型無功補償裝置也得到了廣泛的應用。但隨著電網(wǎng)對新能源行業(yè)并網(wǎng)要求的不斷提高，無功補償裝置的響應時間指標要求越來越嚴格。而傳統(tǒng)的MCR型無功補償裝置的勵磁響應時間較長，越來越無法滿足嚴格的并網(wǎng)要求。另外，隨著應用范圍的擴展，在面對快速波動負荷的現(xiàn)場，響應速度成為制約MCR發(fā)展的關(guān)鍵因素。
[0005]目前提高MCR響應速度的一種方式是提高本體抽頭電壓，但這種方式一方面只能提高快速勵磁速度，而對快速退磁毫無作用，而且這種方式提高了對可控器件的耐壓要求，削弱了 MCR的優(yōu)勢，降低了在超高壓場合應用的優(yōu)勢。另一種方式則是通過額外增加一套繞組的方式來提高響應速度，然而這種方式增加了設(shè)備的成本以及制造復雜度，也不是較為理想的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種磁控電抗器，可以實現(xiàn)快速退磁，且無需提高抽頭電壓和額外的勵磁繞組。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種磁控電抗器，所述磁控電抗器包括:
[0008]電抗器繞組，所述電抗器繞組包括鐵芯和繞在所述鐵芯周圍的線圈，利用所述線圈的電流強度來改變所述鐵芯的磁通；
[0009]電源電路，用于產(chǎn)生工作的電流并輸出給所述線圈；[0010]退磁電路，所述退磁電路連接于所述電源電路的輸出端與所述電抗器繞組的線圈之間，用于斷開所述電源電路輸出給所述線圈的電流，從而使得所述線圈的電流迅速減小，加速所述鐵芯退磁。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的磁控電抗器可以實現(xiàn)快速退磁，而不需要提高抽頭電壓和增加額外的勵磁繞組。經(jīng)過實際驗證，本發(fā)明的磁控電抗器的響應時間比現(xiàn)有的磁控電抗器的響應時間縮短了 3-10倍，整體響應時間可以縮短到30ms以內(nèi)，能夠滿足新能源電站對響應速度的要求，適用于各種需要快速無功補償響應的工業(yè)應用場合，例如，超高壓電網(wǎng)、超高壓現(xiàn)場及需要快速響應的現(xiàn)場等場合，可替代傳統(tǒng)的TCR(晶閘管控制電抗器)型靜止式無功補償裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例一提供的磁控電抗器的電路原理圖；
[0013]圖2為本發(fā)明實施例一提供的一種退磁電路的電路原理圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實施例一提供的一種橋式半控整流橋的電路原理圖；
[0015]圖4為本發(fā)明實施例一提供的一種橋式全控整流橋的電路原理圖；
[0016]圖5為本發(fā)明實施例二提供的磁控電抗器的電路原理圖；
[0017]圖6為本發(fā)明實施例三提供的磁控電抗器的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0018]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0019]本發(fā)明提供的磁控電抗器是強迫有源勵磁控制的單勵磁繞組MCR型磁控電抗器，其強迫勵磁控制的工作原理是:使用強迫勵磁控制單元對電抗器繞組本體的直流電流進行直接控制，可以根據(jù)需要迅速降低勵磁強度，從而實現(xiàn)快速退磁。其中，強迫勵磁控制單元通過退磁電路和/或整流橋?qū)崿F(xiàn)，通過在退磁電路或整流橋中設(shè)置可控器件，并通過應用場景的控制系統(tǒng)的控制信號控制該些可控器件在不同狀態(tài)下的通斷狀態(tài)，可快速關(guān)斷電抗器繞組的直流電，實現(xiàn)快速退磁。
[0020]實施例一
[0021]圖1是本實施例提供的磁控電抗器的電路原理圖，如圖1所示，本發(fā)明的磁控電抗器包括:電抗器繞組、電源電路和退磁電路HS，退磁電路HS連接于電源電路的輸出端與電抗器繞組的線圈之間。
[0022]電抗器繞組包括兩個鐵芯，每個所述鐵芯上繞有兩組線圈，在一個鐵芯上有線圈LA、線圈LD，在另外一個鐵芯上有線圈LB、線圈LC。線圈LA出線端和線圈LB的進線端相連，線圈LC的出線端與線圈LD的進線端相連，四組線圈為交叉并聯(lián)結(jié)構(gòu)。每個所述鐵芯上有一組線圈上設(shè)有第一抽頭，在線圈LA的出線端引出第一抽頭5，線圈LC的出線端引出第一抽頭6,第一抽頭5與電源電路輸出的一端相連,第一抽頭6與電源電路輸出的另一端相連，構(gòu)成回路。電抗器繞組利用通過線圈的電流強度來改變鐵芯的磁通。
[0023]電源電路包括第一整流橋RBl和第二整流橋RB2。第一整流橋RBl和第二整流橋RB2的輸出端并聯(lián)，連接于輸出端7和輸出端8，輸出端7和輸出端8分別與電抗器繞組的第一抽頭5和第一抽頭6相連接。[0024]第一整流橋RBl用于產(chǎn)生工作電流并提供給所述線圈，為所述電抗器繞組提供正常工作時的直流電。
[0025]第二整流橋RB2用于產(chǎn)生正向高壓并加載在所述線圈上，從而使得所述鐵芯快速勵磁，進而快速增加所述鐵芯的磁通的容量。
[0026]退磁電路HS用于在快速退磁時斷開所述電源電路輸出的電流，使得通過所述線圈的電流迅速減小，對所述鐵芯迅速退磁。
[0027]圖2是本實施例提供的一種退磁電路HS的電路原理圖，如圖2所示，退磁電路HS包括可控器件HS1、可控器件HS2、隔離變壓器T3和緩沖元件HC2。
[0028]隔離變壓器T3與二極管HDl和電阻HR相串聯(lián)，隔離變壓器T3副邊繞組的一端連接二極管HDl的陽極，另一端連接電容HCl的一端，二極管HDl的陰極通過電阻HR與電容HCl的另一端相連接，電容HCl與可控器件HS2的陽極相連接，電容HCl的另一端與可控器件HSl的陽極相連接，并與所述電源電路的輸出端7相連接，可控器件HSl和可控器件HS2的陰極相連接作為退磁電路HS的輸出端5，可與線圈的第一抽頭5相連接。所述電源電路的輸出端8直接與退磁電路HS的輸出端6相連接,輸出端6與線圈的第一抽頭6相連接。為避免退磁過程中的較高的反壓，通過緩沖元件對高壓進行吸收和緩沖。緩沖元件HC2的一端與二極管HD2的陽極相連接，二極管HD2的陰極與輸出端5相連接，緩沖元件HC2的另一端與輸出端6相連接。
[0029]可控器件可以但不限于采用可控硅、GTO/IGBT、IGCT或IEGT等開關(guān)器件。各個可控器件的控制極也與應用場景的控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)通過給定的控制信號控制各個可控器件不同的通斷狀態(tài)。
[0030]緩沖元件HC2可以但不限于采用電容、電阻、避雷器或其他過壓保護器，用以吸收和緩沖在退磁過程中產(chǎn)生的較高的反壓。
[0031]當系統(tǒng)處于正常工作或快速勵磁時，可控器件HSl處于導通狀態(tài)，可控器件HS2處于關(guān)閉狀態(tài)，相當于電源電路與電抗器繞組的第一抽頭5和第一抽頭6相連接。
[0032]當系統(tǒng)需要快速退磁時，可控器件HS2開始導通狀態(tài)，使得隔離變壓器T3在并聯(lián)的可控器件HSl上施加很高反向電壓，從而將可控器件HSl上流過的電流迅速減小到需要的值，此時再關(guān)閉可控器件HS1，完成快速退磁。一般而言，隔離變壓器T3的電壓介于隔離變壓器Tl的電壓與隔離變壓器T2的電壓之間。
[0033]其中，第一整流橋RBl可以是橋式半控整流橋，也可以是橋式全控整流橋。第二整流橋RB2具體為橋式全控整流橋。
[0034]圖3是本實施例提供的一種橋式半控整流橋的電路原理圖，如圖3所示，橋式半控整流橋包括隔離變壓器Tl、可控器件S1、可控器件S2和兩個非可控器件的二極管D3、二極管D4，其中可控器件SI和二極管D3串聯(lián)，可控器件S2和二極管D4串聯(lián)，并構(gòu)成橋式整流結(jié)構(gòu)。隔離變壓器Tl副邊繞組的兩端分別接于可控器件SI和二極管D3串聯(lián)的中間連接點、可控器件S2和二極管D4串聯(lián)的中間連接點?？煽仄骷I和二極管D3串聯(lián)的兩端與可控器件S2和二極管D4串聯(lián)的兩端相連接，并與二極管Dl的兩端相連，作為整流橋的輸出端7和輸出端8。其中，二極管Dl起保護作用，當然也可以在每一個可控器件上并聯(lián)一個二極管。
[0035]圖4是本實施例提供的一種橋式全控整流橋的電路原理圖，如圖4所示，橋式全控整流橋包括隔離變壓器T2、可控器件S3、可控器件S4、可控器件S5、可控器件S6及二極管D2?？煽仄骷3、可控器件S4、可控器件S5、可控器件S6兩兩串聯(lián)，構(gòu)成橋式整流結(jié)構(gòu)。隔離變壓器T2副邊繞組的兩端分別接于可控器件S3與可控器件S5的中間連接點、可控器件S4與可控器件S6的中間連接點；可控器件S3與可控器件S5串聯(lián)的兩端與可控器件S4與可控器件S6串聯(lián)的兩端相連接，并與二極管D2的兩端相連，作為整流橋的輸出端7和輸出端8。其中，二極管D2起保護作用，當然也可以在每一個可控器件上并聯(lián)一個二極管。
[0036]可控器件可以但不限于采用可控硅、GTO (門極可關(guān)斷晶閘管)/IGBT (絕緣雙極型晶體管)、IGCT (集成門極換流晶閘管)或IEGT (電子注入增強柵晶體管)等開關(guān)器件。
[0037]各個可控器件的控制極與應用場景的控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)通過給定的控制信號控制各個可控器件不同的通斷狀態(tài)。
[0038]在正常工作時，系統(tǒng)需要第一整流橋RBl提供直流的工作電流。此時，第一整流橋RBl上的可控器件需要導通，使得隔離變壓器Tl能夠連接至第一抽頭5和第一抽頭6，此時第二整流橋RB2不工作，其可控器件處于關(guān)閉狀態(tài)。隔離變壓器Tl為一個正常工作的電源，為磁控電抗器提供正常工作時的電壓，以提供電抗器繞組的直流電。
[0039]如果第一整流橋RBl采用橋式全控整流橋，控制系統(tǒng)控制第一整流橋RBl中對角關(guān)系的可控器件的導通狀態(tài)相同，即如果可控器件S4為導通狀態(tài)，可控器件S5也為導通狀態(tài)，反之亦然。控制系統(tǒng)通過控制第二整流橋RB2的可控器件的通斷狀態(tài)以輸出直流電流。如果第一整流橋RBl采用橋式半控整流橋，可控器件SI和可控器件S2的通斷狀態(tài)相反。
[0040]當系統(tǒng)需要快速勵磁時，第二整流橋RB2提供一個正向高壓。此時，第二整流橋RB2上正向的可控器件需要導通，使得隔離變壓器T2能夠連接至第一抽頭5和第一抽頭6，此時，第一整流橋RBl不工作，其可控器件處于關(guān)閉狀態(tài)。隔離變壓器T2為一個高壓電源，當整流橋正向?qū)〞r，為磁控電抗器提供正向高壓，促使電抗器的容量迅速上升，實現(xiàn)快速勵磁。
[0041]如果第二整流橋RB2采用橋式全控整流橋，第二整流橋RB2中對角關(guān)系的可控器件的導通狀態(tài)相同，即如果可控器件S4為導通狀態(tài)，可控器件S5也為導通狀態(tài)，反之亦然?？刂葡到y(tǒng)選擇其中正向的那組可控器件導通，另一組為關(guān)閉狀態(tài)，以控制第二整流橋RB2輸出正向高壓，使得輸出的電流迅速增加，對電抗器本體的鐵芯增加勵磁，使得小截面鐵芯迅速進入飽和，促使電抗器的容量迅速上升，實現(xiàn)快速勵磁的作用。當控制系統(tǒng)檢測到本體輸入容量達到預期目標，第二整流橋RB2停止工作，第一整流橋RBl提供需要維持的勵磁電流，完成快速勵磁。
[0042]值得說明的是，在磁控電抗器停止工作(需要快速退磁)時，第二整流橋RB2還可以產(chǎn)生反向高壓并加載在所述線圈上，從而使得所述線圈的電流迅速減小，用以配合對所述鐵芯快速退磁。當然，第二整流橋RB2也可以處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0043]實施例二
[0044]圖5是本實施例提供的磁控電抗器的電路原理圖，如圖5所示，本發(fā)明的磁控電抗器包括:電抗器繞組、退磁電路HS和電源電路。與實施例一的差別僅在于，本實施例所采用的電抗器繞組為非快速的普通的電抗器繞組本體，本發(fā)明對電抗器繞組所采用的具體形式并不作限制。
[0045]與實施例一相比，本實施例的電抗器繞組在線圈LA的中間還引出第二抽頭1，線圈LD的中間引出第二抽頭3，第二抽頭I和第二抽頭3之間接有可控器件MSl，在線圈LC的中間引出第二抽頭2，在線圈LB中間引出第二抽頭4，第二抽頭2和第二抽頭4之間接有可控器件MS2,且可控器件MSl和可控器件MS2的導通方向相反。在第一抽頭5和第二抽頭6之間還設(shè)有一個續(xù)流二極管MD。
[0046]可控器件可以但不限于采用可控硅、GTO/IGBT、IGCT或IEGT等開關(guān)器件。各個可控器件的控制極也與應用場景的控制系統(tǒng)相連接，在正常工作時，控制系統(tǒng)通過控制信號控制各個可控器件不同的通斷狀態(tài)。
[0047]當系統(tǒng)處于快速勵磁或快速退磁時，兩個可控器件及續(xù)流二極管處于失效狀態(tài)，此時，具體的工作原理與實施例一相同，于此不再贅述。
[0048]實施例三
[0049]圖6是本實施例提供的磁控電抗器的電路原理圖，如圖6所示，本發(fā)明的磁控電抗器包括:電抗器繞組、退磁電路HS和電源電路。與實施例一相比，本實施例采用的電源電路僅包括第一整流橋RBl。
[0050]此時，第一整流橋RBl作為可控整流橋，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，通過改變可控器件的導通角來控制輸出電壓。當隔離變壓器Tl給第一整流橋RBl提供一個較高電源電壓時，由于導通角的不同，可以使第一整流橋RBl輸出較低的電壓，從而維持較低的輸出電流，使得電抗器工作在正常調(diào)節(jié)狀態(tài)。當需要快速勵磁時，改變導通角，可以使第一整流橋RBl輸出較高電壓，從而迅速輸出大電流，使得電抗器輸出容量迅速變化。當需要快速退磁時，利用退磁電路HS使得電流迅速減小到需要的值，或者，改變可控器件的導通角，可以使第一整流橋RBl輸出較高的反向電壓，從而迅速減小輸出電流，使得電抗器迅速退磁。因而，在本實施例中，退磁電路HS也可以省略。
[0051]需要說明的是，為了提高磁控電抗器的安全性和穩(wěn)定性，當采用一個整流橋作為可控整流橋時，可以通過增加電抗器繞組本體的外部絕緣措施來提高整個系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
[0052]本發(fā)明提供的磁控電抗器，是可應用于無功補償、高壓軟起動器及其它應用磁控電抗器裝置，可以實現(xiàn)快速退磁，而不需要提高抽頭電壓和增加額外的勵磁繞組。經(jīng)過計算和實際驗證，本發(fā)明的磁控電抗器的響應時間比現(xiàn)有的磁控電抗器的響應時間縮短了 3-10倍，整體響應時間可以縮短到30ms以內(nèi)，能夠滿足新能源電站對響應速度的要求，適用于各種需要快速無功補償響應的工業(yè)應用場合，例如，超高壓電網(wǎng)、超高壓現(xiàn)場及需要快速響應的現(xiàn)場等場合，可替代傳統(tǒng)的TCR (晶閘管控制電抗器)型靜止式無功補償裝置。
[0053]以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁控電抗器，其特征在于，所述磁控電抗器包括: 電抗器繞組，所述電抗器繞組包括鐵芯和繞在所述鐵芯周圍的線圈，利用所述線圈的電流強度來改變所述鐵芯的磁通； 電源電路，用于產(chǎn)生工作電流并輸出給所述線圈； 退磁電路，所述退磁電路連接于所述電源電路的輸出端與所述電抗器繞組的線圈之間，用于斷開所述電源電路輸出給所述線圈的電流，從而使得所述線圈的電流迅速減小，加速所述鐵芯退磁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控電抗器，其特征在于:所述退磁電路包括第一可控器件、第二可控器件、隔離變壓器和緩沖元件； 所述第一可控器件連接于所述電源電路的一個輸出端與所述線圈的一個輸入端之間； 所述第二可控器件與電容串聯(lián)，并與所述第一可控器件并聯(lián)連接； 所述隔離變壓器的副邊繞組經(jīng)過第一二極管和電阻與所述電容相并聯(lián)； 所述緩沖元件經(jīng)過第二二極管與所述線圈的兩個輸入端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控電抗器，其特征在于:所述第一可控器件或第二可控器件具體為可控硅、門極可關(guān)斷晶閘管、絕緣雙極型晶體管、集成門極換流晶閘管或電子注入增強柵晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控電抗器，其特征在于:所述的緩沖器件具體為電容、電阻或過壓保護器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁控電抗器，其特征在于:所述過壓保護器具體為避雷器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控電抗器，其特征在于:所述電源電路包括并聯(lián)的第一整流橋和第二整流橋； 所述第一整流橋，用于產(chǎn)生工作電流并提供給所述線圈； 所述第二整流橋，用于產(chǎn)生正向高壓并加載在所述線圈上，從而使得所述鐵芯快速勵磁，進而快速增加所述鐵芯的磁通的容量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁控電抗器，其特征在于:所述第二整流橋還用于產(chǎn)生反向高壓并加載在所述線圈上，從而使得所述線圈的電流迅速減小，加速所述鐵芯退磁。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的磁控電抗器，其特征在于:所述第一整流橋具體為橋式半控整流橋或橋式全控整流橋； 所述第二整流橋具體為橋式全控整流橋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控電抗器，其特征在于:所述電抗器繞組包括兩個鐵芯，每個所述鐵芯上繞有兩組線圈，四組線圈交叉并聯(lián)，并與所述電源電路的兩個輸出端相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁控電抗器，其特征在于:每個所述鐵芯的兩組所述線圈之間還連接有可控器件，且兩個所述可控器件的導通方向相反。
【文檔編號】H01F27/40GK103684163SQ201210364532
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月26日
【發(fā)明者】王志泳 申請人:北京三得普華科技有限責任公司, 江蘇三得普華智能電力技術(shù)有限公司