专利名称：全范围快速可调电抗器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电抗器，特别是一种全范围快速调节电抗器，该电抗器依具体用途可称作消弧线圈、补偿线圈、调谐电抗等，属于高压供配电设备技术领域。
背景技术：
目前，适用于电力设施的可控电抗器有如下几种(1)调匝式。用有载调压设备对电抗器的匝数进行机械式调节，从而改变电抗值。这种调匝式电抗器的缺点是需要有载调压机构；调节速度慢、调一档需数十秒，响应慢；调节范围窄且不能连续调节；电抗器伏安特性的线性度不易保证。
(2)调气隙式。将电抗器的铁芯做成含有气隙的，通过调节气隙的长度来调节电抗值。这种调气隙式电抗器的缺点是铁芯结构复杂；调气隙要通过机械机构进行，因此调节速度慢，响应慢；噪声很大；调节范围窄，可靠性差。
(3)直流偏磁式。利用直流系统改变电抗器铁芯的饱和程度，从而改变电抗值。这种直流偏磁式电抗器的缺点是伏安特性的线性度不易保证，由于采用磁饱和技术，有谐波，存在暂态响应，调节范围窄。
(4)磁阀式。利用可控硅将一部分交流电流整流成直流，在铁芯中形成磁阀，从而改变铁芯的饱和度，实现电抗值的改变。这种磁阀式电抗器的缺点是铁芯和线圈结构都较复杂，造价高，且电抗器伏安特性的线性度不易保证。
(5)调电容式。在变压器的二次侧接入多组电容，用投切电容器组来改变变压器容性负载，从而改变一次侧的电抗值。这种调电容式电抗器的缺点是不能连续调节电抗值；电抗器伏安特性的线性度不易保证，投切电容存在暂态过电流。
实用新型内容本实用新型需要解决的技术问题，即本实用新型的目的，是为了提供一种全范围可快速调节电抗器。
本实用新型的技术问题可以采用如下技术方案解决全范围快速调节电抗器，其结构特点是包括变压器、可控感性电流发生回路和控制电路，变压器包括至少一个二次绕组；变压器的一次绕组接入电网主回路、一个二次绕组连接可控感性电流发生器，可控感性电流发生器由n组可控电感负载支路并联而成，每一组可控电感负载支路由电抗器Xm、可控开关Km串联而成，其中n为常数、其数值范围为1～200，m＝1～n；可控开关Kn由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空开关构成；控制电路的输出端连接可控感性电流发生回路的控制输入端，控制电路通过调节可控开关Kn的导通角调节电抗器的电抗。
本实用新型的技术问题还可通过采取如下措施解决所述各支路电抗器Xm的数值可按等比、等值分配或采取其他分配型式。
所述变压器1的另一个二次绕组跨有接谐波抑制回路3，谐波抑制回路由n组LC滤波支路并联而成，每一组LC滤波支路由电感Lm、电容Cm串联而成，其中n为常数、其数值范围为1～100，m＝1～n。
所述变压器的一次绕组中设有电流检测单元，该电流检测单元的信号输出端连接控制电路的信号输入端、将可调感性电流输出Io送到控制电路的输入端，为控制电路精确控制输出感性电流提供依据，电流检测单元4为市场常用电流检测产品。
所述控制电路为电力电子开关导通控制输出回路，其输出端通过光电耦合与电力电子开关控制极相连，或通过脉冲变压器耦合型式进行电气隔离、由脉冲变压器输出端与电力电子开关控制极相连。
所述变压器采用高短路阻抗变压器即高漏抗变压器TRAN，所述变压器TRAN的二次绕组的两端并接一可控硅组合，该可控硅组合由至少二个可控硅T1、T2反向并联而成。
通过控制电路的控制，可以连续、快速和宽范围的调节感性电流发生器的输出电流I1，再通过变压器的电磁耦合感生出一次感性电流Io＝I1*N2/N1；谐波抑制回路3用于抑制感性电流发生器所产生的谐波，而电流检测单元则用于检测变压器的一次绕组电流Io。
采用本实用新型带来的有益效果是本实用新型本方案所形成的全范围快速可调电抗器，具有如下显著特点
1、调节范围宽，通过适当设计滤波器电感和滤波电容器参数，可使得该型电抗器一次电流可从容性电流连续调至额定感性电流，调节时无级差，可均匀线性调节。
2、调节速度快，调节精度高，且调节时无噪音，使用寿命长。
3、该种可控电抗器可用于消弧线圈自动跟踪调节装置、无功补偿设备、高压试验设备等多种电气设备。
4、变压器采用常规单相变压器，结构简单，成本低。
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的感性电流发生器的电气原理图。
图3是本实用新型的谐波抑制电路电气原理图。
图4是本实用新型的电力电子开关导通控制输出回路原理图。
图5是本实用新型实施例1的电路原理图。
图6是本实用新型实施例2的电路原理图。
图7是本实用新型实施例3的电路原理图。
具体实施方式
三、以最大输出感性电流6kV/100A为例，说明其实现方法(U1＝6kV，U2＝500V)1、实施例1采用带3条支路的感性电流发生器，省去谐波抑制回路实例1.
图2为本发明中感性电流发生器2的具体实现原理，由N组可控电感负载支路组成，每一组可控电感负载支路由电抗器Xm(m＝1，2，….N)及可控开关Km(m＝1，2，….N)构成，各支路电抗器Xm(m＝1，2，….N)的数值可按等比、等值分配或采取其他分配型式。可控开关Km可由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空开关等构成。对每一支路而言，当改变电抗器所串接的开关的导通状态，便可改变该支路的电流输出，如采用可控电力电子开关，则该支路电流可在0至u1/Xm(m＝1，2，….n)之间任意快速调节，由于每支路电流均可连续快速调节，因此总电流I1＝(I’1+I’2+…+I’n)便可根据所需的变压器一次感性电流通过适当控制各开关的导通状态来实现。一般的控制方式可以是根据所需一次电流完全导通部分开关，而保持其中的一个处于导通角度可调节状态，这样可减少一次回路的谐波含量。更为简单的是当图1中变压器1采用高短路阻抗变压器时(如阻抗电压接近100％)，则可将图2中的支路数减少至1个支路，并可省去电抗器而直接将可控开关联结至绕组头(a1，x1)，这样控制回路就较为简单。
图1中电流检测单元4为市场常用电流检测产品，它帮助控制电路5检测可调感性电流输出Io，为控制电路精确控制输出感性电流提供依据。
图1中控制电路5为常用电路组成的电力电子开关导通控制回路，其输出通过采用光电耦合与电力电子开关控制极相连并进行控制，或是采用更为常用的脉冲变压器耦合型式进行电气隔离，脉冲变压器输出与电力电子开关控制极相连进行开关控制，见图4。
在图5中，通过适当设计电抗器X1、X2及X3的电抗值，可使得X1回路、X2回路、X3回路在当开关K1、K2、K3全开通时最大电流I’1＝I’2＝I’3＝33.3A×6000/500＝399.6A。即可选电抗值X1＝X2＝X3＝500/399.6＝1.251欧姆。当变压器一次所需感性电流Io≤33.3安培时，可只调节K1、K2及K3中的任一个如K1的导通角度，而保持其余两个开关如K2、K3处于断开状态；当所需一次感性电流33.3A＜Io≤66.6A时，可完全导通三个开关中的任一个如K1，然后调节其中一个如K2的导通角可输出所需电流，剩下一个K3则维持断开状态。当所需66.6＜Io≤100A时，可维持其中两个如K1、K2在完全导通状态，而仅调节K3的导通角度，使之输出所需电流。这种情况下，根据一次最大输出电流(100A)，适当增加感性电流发生器的支路数而减少可控硅电流调节范围，可显著降低谐波含量从而省去谐波抑制器，因此变压器可只需一个二次绕组联结感性电流发生器即可。
2、实施例2 减少支路数，增加谐波抑制器实施例1中支路数的增加，虽然可省去谐波抑制器，但也带来了控制的复杂性，本例可减少控制的复杂性，但为减少输出电流中的谐波含量，变压器增加一个二次绕组用于联结谐波抑制器。该实施例中感性电流发生器各支路开关导通和调节方式与实施例1中相同。由于可控硅调节范围增大(K1、K2开关各调节相应于一次50A的电流)，谐波较高，因此变压器二次增加一个绕组联结用于滤除3次谐波和5次谐波电流的抑制器。如图6所示。
3、实施例3实施例2中需要采用变压器及感性电流发生器中电抗器相组合的型式。为降低装置体积，可进一步采用图7的型式。
图7中变压器TR采用高短路(漏抗)变压器，可控开关K1直接接在二次绕组(a1，x1)两端，另一个二次绕组(a2，x2)联结相应3次、5次谐波抑制器。本实施例可以看成是实施例2的(图6)变形。即感性电流发生支路为1的情况，且把与可控开关相串联的电感用高短路阻抗变压器漏抗取代，即在设计时将变压器与感性发生器支路的电感合二为一。这时可控开干K1电流调节范围为0～100A，所产生的3次、5次谐波由谐波抑制器滤除。
权利要求1.新型全范围快速调节电抗器，其特征是包括变压器(1)、可控感性电流发生回路(2)和控制电路(5)，变压器(1)包括至少一个二次绕组；变压器(1)的一次绕组接入电网主回路、一个二次绕组连接可控感性电流发生器(2)，可控感性电流发生器(2)由n组可控电感负载支路并联而成，每一组可控电感负载支路由电抗器Xm、可控开关Km串联而成，其中n为常数、其数值范围为1～200，m＝1～n；可控开关Kn由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空开关构成；控制电路(5)的输出端连接可控感性电流发生回路(2)的控制输入端，控制电路(5)通过调节可控开关Kn的导通角调节电抗器的电抗。
2.根据权利要求1所述的新型全范围快速调节电抗器，其特征是所述感性电流发生器各支路电抗器Xm的数值按等比或等值分配形式；或者，其中的一条支路Xm为零值。
3.根据权利要求1所述的新型全范围快速调节电抗器，其特征是所述变压器(1)的另一个二次绕组跨有接谐波抑制回路(3)，谐波抑制回路(3)由n组LC滤波支路并联而成，每一组LC滤波支路由电感Lm、电容Cm串联而成，其中n为常数、其数值范围为2～100，m＝1～n。
4.根据权利要求1所述的新型全范围快速调节电抗器，其特征是所述变压器(1)的一次绕组中设有电流检测单元(4)，该电流检测单元(4)的信号输出端连接控制电路(5)的信号输入端。
5.根据权利要求1所述的新型全范围快速调节电抗器，其特征是所述控制电路(5)为电力电子开关导通控制输出回路，其输出端通过光电耦合与电力电子开关控制极相连，或通过脉冲变压器耦合型式进行电气隔离、由脉冲变压器输出端与电力电子开关控制极相连。
6.根据权利要求1所述的新型全范围快速调节电抗器，其特征是所述变压器(1)采用高短路阻抗变压器即高漏抗变压器，所述变压器的二次绕组的两端并接一可控硅组合，该可控硅组合由至少二个可控硅反向并联而成。
专利摘要本实用新型涉及全范围快速可调电抗器，其特征是包括变压器(1)、可控感性电流发生回路(2)和控制电路(5)，变压器(1)包括至少一个二次绕组；变压器(1)的一次绕组接入电网主回路、一个二次绕组连接可控感性电流发生器(2)，可控感性电流发生器(2)由n组可控电感负载支路并联而成，每一组可控电感负载支路由电抗器Xm、可控开关Km串联而成，其中n为常数、其数值范围为1～200，m＝1～n；可控开关Kn由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空开关构成；控制电路(5)的输出端连接可控感性电流发生回路(2)的控制输入端，控制电路(5)通过调节可控开关Kn的导通角调节电抗器的电抗。本实用新型调节范围宽，调节速度快，调节精度高，使用寿命长。
文档编号H02P13/00GK2724166SQ20042004539
公开日2005年9月7日 申请日期2004年4月30日 优先权日2004年4月30日
发明者陆国庆, 姜新宇 申请人:广州智光电气有限公司