磁控无功变压器的制作方法

专利名称：磁控无功变压器的制作方法
专利说明本实用新型属于电器设备，主要用于电力系统提高功率因数的无功补偿设备，具 体说是一种可以通过直流偏磁调节励磁电流而且二次绕组专门接电容器的无功变压器。
背景技术：
动态无功补偿一直是电力系统无功补偿领域的高端技术，在电力系统中实现动态 无功平衡，是输配电网络节能降损的最佳方式。一般来说，补偿负荷无功最经济的方式是在 最接近负荷侧安装并联电容器，负荷的感性无功由电容器就地提供，输电线不输送或只输 送很小的无功功率，从而使输电网络在输送同等的有功功率时电流最小，线损最低。但是电 容器产生的无功是固定不变的，其只与施加在电容器两端的电压有关，而负荷的无功是动 态变化的，所以并联电容器补偿只能在某一负荷点实现无功平衡。现有的动态无功补偿主要有以下几种方式(1)将电容器分成若干组，通过自动控制器选择投入电容器的数量，这种方式只能 实现离散的有级动态跟踪，且由于使用机械开关投切，所以跟踪速度较慢，当使用高压可控 硅投切时，虽然速度上去了，但是对于较高电压系统，每一组电容器的每一相都需要一串可 控硅，这会造成成本的的大幅度提升。(2)在并联电容器旁并联一台可动态调节感性无功的并联电抗器，使电抗器的感 性无功和电容器的容性无功叠加后总的有效补偿无功可动态调节，这种方式(也称为SVC) 可快速动态的平衡负荷无功。根据调节电抗器感性无功的方式不同，这种动态无功补偿技 术又分为两种方式，一种是空心电抗器串联可控硅的相控电抗器(TCR)型，另一种是直流 偏磁改变铁心磁导率的磁控电抗器(MCR)型。这两种方式的局限性在于对低于200V的低 压大电流系统及高于35kV的高电压系统电容器装置的制造难度及成本大大升高。(3)通过电力电子技术直接产生无功与负荷实现动态平衡(这种方式也称为 SVG)，理论上SVG型无功补偿是最先进的动态补偿方式，但SVG在经济性方面还没有达到普 及的程度，同样对低于200V的低压系统及高于35kV的高电压系统，SVG成本更高。
发明内容本实用新型的目的是要克服现有技术在很高的电压或很大的电流下电力无功补 偿在技术经济方面的局限性，提供一种通过变压器降压或升压再接入电容器，同时变压器 本身能调节无功电流的磁控无功变压器，使在高电压或大电流领域的动态无功补偿实现经 济、安全、可靠的目标。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现一种磁控无功变压器，包括电源，铁心，环绕在铁心上连接所述电源的电源绕组以 及电容器绕组，其特征在于所述电容器绕组由四个交叉串联后再并联的线圈组成，所述串 联线圈之间各连接有可控硅，所述可控硅的控制端连所述微处理器的输出端，所述微处理 器的两输入端分别通过电流互感器与电压互感器连所述电源。所述微处理器采样测量所需无功，再控制可控硅使无功变压器输出的无功与测量所需无功平衡。进一步地，本实用新型还具有如下技术特征所述铁心为双口字形，包括四个铁心 柱，每个铁心柱上装一个电源线圈及一个电容器线圈。进一步地，本实用新型还具有如下技术特征所述铁心为带有旁轭的四柱铁心，所 述四柱铁心中间两柱铁心柱上分别缠绕两个电源线圈及两个电容器线圈。进一步地，本实用新型还具有如下技术特征所述铁心中部分区域的截面积小于 铁心主体的截面积。进一步地，本实用新型还具有如下技术特征所述铁心上开有若干缺口。进一步地，本实用新型还具有如下技术特征所述电源绕组由四个先串联后再并 联的线圈组成。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果如下1、将可调电抗器和变压器合为一体，变压器本身可以连续的调节感性无功电流， 通过变压器接入电容器后，使得无功变压器可以双向调节无功。2、设计变压器的变比可以任意选择电容器的工作电压，当系统电压太高时，可以 降低电压后再接入电容器；相反当系统电压太小造成工作电流太大时可以升高电压再接入 电容器。3、无功变压器可以在+100% -100%范围内双向连续调节无功输出，即从容性 到感性无级可调。4、无功变压器一、二次绕组间一般都有6%左右的短路阻抗，电容器装置可以节省 串联电抗器。

图1为双口字形铁心器身结构图；图2为带有旁轭的四柱铁心器身结构图；图3为电源绕组原理图；图4为电容器绕组原理图；图5为带有旁轭的四柱铁心局部饱和示意图；图6为本实用新型磁控无功变压器原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。参考图1至图4，图1为双口字形铁心器身结构图，图2为带有旁轭的四柱铁心器 身结构图，图3为电源绕组原理图，图4为电容器绕组原理图。本实用新型磁控无功变压器，包括电源，铁心1，环绕在铁心上1连接所述电源的 电源绕组以及电容器绕组，所述电源绕组如图3所示，由四个先串联后再并联的线圈L5、 L6、L7、L8组成。所述电容器绕组如图4所示，包括四个交叉串联后再并联的线圈Li、L2、 L3、L4组成，所述串联线圈Ll与L2之间连接有可控硅T2，串联线圈L3与L4之间连接有可 控硅Tl，所述可控硅Tl与T2的控制端连微处理器的输出端，所述微处理器通过电流互感器 与电压互感器连电源，所述并联的两组线圈交叉点之间接一续流二极管D。
4[0029]本实施例铁心可如图1所示，为双口字形，包括四个铁心柱，每个铁心柱上装一个 电源线圈2及一个电容器线圈3 ；也可如图2所示，为带有旁轭的四柱铁心，所述四柱铁心 中间两柱铁心柱上分别缠绕两个电源线圈2及两个电容器线圈3。所述铁心中部分区域的 截面积小于铁心主体的截面积，具体地说，所述铁心上开有若干缺口。电压互感器V及电流互感器L测量电源供电母线的总无功输出给微处理器，微处 理器计算出需补偿的无功，发出脉冲信号调节图中可控硅Tl及T2的导通角(导通角越大 直流励磁电流越小，导通角越小直流励磁电流越大)，就可以改变铁心的直流励磁电流，从 而改变电源绕组的交流电流，达到调节无功的目的。可控硅不导通时，无功变压器就是一个 普通变压器，输出的无功为电容器的有效容性无功，当可控硅全导通时，变压器产生两倍电 容器无功的感性功率，抵消电容器无功后，实际输出与电容器容量相等的感性无功，可控硅 在0 180°之间导通时，输出的无功从+100% 100%之间变化。图中的二极管的作用为 在一个电源周波内两只可控硅都不导通时，二极管起续流作用。微处理器输入的是负荷的 电流、电压信号，输出的是触发脉冲信号，触发信号通过光纤接到可控硅，以解决高电位隔 离，电容器绕组同时流过电容器电流和直流电流。图5为图1所述带有旁轭的四柱铁心磁路原理图，直流磁通Φ2及交流磁通Φ 1 如图所示，在本实用新型中特别使用了局部磁饱和技术，大大降低了磁控电抗器的损耗、噪 声及谐波含量，即保证铁心中有若干小段区域的铁心截面积小于铁心主体的截面积，在交 直流电流(即图5中虚线框中的交流偏磁区4)共同作用下，只有小截面区域的铁心产生饱 和即局部饱和区5，产生类似普通铁心电抗器的“气隙”作用，调节直流励磁安匝数的不同， 该“气隙”的大小也不同，从而使电抗值可以方便调节，其关系如下交流电流越大，安匝数 越大，需要的等效气隙长度越长，电抗值越小，当整个铁心都工作在高磁感强度下饱和时， 由于磁感大，磁控电抗器的损耗、噪声及谐波含量也较大。为实现铁心中有若干小段区域的铁心截面积小于铁心主体的截面积，本实施例在 铁心上对称开有若干缺口 1-1。当然也可通过对铁心局部冲孔，或选铁心时一边连续另一边 有若干处不相连实现。进一步地，为了降低噪音，铁心与所述线圈之间浇注有环氧树脂。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式 的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同 变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实 质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保 护范围。
权利要求一种磁控无功变压器，包括微处理器、电源，铁心，环绕在铁心上连接所述电源的电源绕组以及电容器绕组，其特征在于所述电容器绕组由四个交叉串联后再并联的线圈组成，所述并联的两组线圈交叉点之间接一续流二极管；所述串联线圈之间各连接有可控硅，所述可控硅的控制端连所述微处理器的输出端，所述微处理器的两输入端分别通过电流互感器与电压互感器连所述电源。
2.根据权利要求1所述的磁控无功变压器，其特征在于所述铁心为双口字形，包括四 个铁心柱，每个铁心柱上装一个电源线圈及一个电容器线圈。
3.根据权利要求1所述的磁控无功变压器，其特征在于所述铁心为带有旁轭的四柱 铁心，所述四柱铁心中间两柱铁心柱上分别缠绕两个电源线圈及两个电容器线圈。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磁控无功变压器，其特征在于所述铁心中部分区 域的截面积小于铁心主体的截面积。
5.根据权利要求4所述的磁控无功变压器，其特征在于所述铁心上开有若干缺口。
6.根据权利要求5所述的磁控无功变压器，其特征在于所述电源绕组由四个先串联 后再并联的线圈组成。
专利摘要本实用新型提供一种通过变压器降压或升压再接入电容器，同时变压器本身能调节无功电流的磁控无功变压器，包括电源，铁心，环绕在铁心上连接所述电源的电源绕组以及电容器绕组，其中，所述电容器绕组由四个交叉串联后再并联的线圈组成，所述串联线圈之间各连接有可控硅，所述可控硅的控制端连所述微处理器的输出端，所述微处理器的两输入端分别通过电流互感器与电压互感器连所述电源。所述微处理器采样测量所需无功，再控制可控硅使无功变压器输出的无功与测量所需无功平衡，将可调电抗器和变压器合为一体，变压器本身可以连续的调节感性无功电流，通过变压器接入电容器后，使得无功变压器可以双向调节无功。
文档编号H02J3/18GK201733104SQ20102027891
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者李绍全 申请人:青岛菲特电器科技有限公司