[实用新型]一种紧凑型集成式船舶及海洋工程用线性电抗器

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种电抗器,特别是一种紧凑型集成式船舶及海洋工程用线性电抗器。 

背景技术

 船舶及海洋工程电力系统广泛采用电力电子装置，其中的变流装置是船舶及海洋工程电力系统谐波的主要来源，为保证供电系统的电能质量，必须对谐波进行治理，而治理谐波时，必然需要电抗器。由于船舶及海洋工程空间受到限制，如果使用空心电抗器，则不仅占据空间大，而且电磁发散容易影响船舶设备运行，因而船舶及海洋工程用滤波电抗器通常采用铁芯电抗器。它的最大优点是体积小，但主要缺点是：非线性、交流电阻大而影响滤波效果，且振动噪音大。为了克服空心电抗器和铁芯电抗器在船舶及海洋工程上应用的不足，有必要研制一种新型的电抗器，这种电抗器需具备集成性、紧凑性、独立性和线性度较好等特点。

根据电磁场理论，磁场由电流产生，导体中通以电流，则在其周围的空间产生相应的磁场。实际中常把载流导体绕制成线圈（绕组）的形式，载流线圈之间由各自的磁场相互联系的物理现象称为磁耦合。受变压器绕组漏电感的启发，一种集成化的方法就是将电抗器绕组集成于变压器内，然而这种新型电抗器的最大难点在于其解耦方式的实现。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种紧凑型集成式船舶及海洋工程用线性电抗器，有效克服空心电抗器和铁芯电抗器的缺点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种紧凑型集成式船舶及海洋工程用线性电抗器，包括多个电抗器绕组，所述多个电抗器绕组均绕制在同一个变压器铁芯的不同位置上，每个电抗器绕组包括两段匝数相等、绕向相反的串联绕组段。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型的集成式电抗器具有集成性、紧凑性、独立性和线性度较好的特点，可以有效克服空心电抗器和铁芯电抗器的缺点，能够应用于船舶及海洋工程等对空间大小要求有限制的场合。本实用新型可实现电抗器与变压器的集成化设计，形成独立的线性电抗器，由于其集成性和紧凑性，因而能有效地减小装备体积、提高制造材料利用率、降低制造成本。

附图说明

图1为集成在变压器中的集成式电抗器原理图；

图2为集成式电抗绕组磁通在变压器铁芯中流通示意图；

图3为应用于船舶及海洋工程的集成电抗绕组漏电感计算示意图。

具体实施方式

如图1所示，由于集成电抗器绕组2制造成匝数相等、绕向相反的两段绕组3和4相互串联的形式，正常工作时，供电绕组1在空间产生磁场，并通过铁芯与电抗器绕组2形成磁交链，那么后者中串联的每段线圈均会产生感应电势；但整体上绕组2中的感应电势是各段线圈感应电势之和，由于两段绕组3和4是匝数相等、绕向相反的，则它们的感应电势是等值反向的，故整体上绕组2的总感应电势为零。即便绕组2外接负荷形成闭环，也不会产生感应电流，从而不会产生功率耦合。反之，由于两端绕组3和4是绕向相反的排列，在绕组1中产生两个相反的感应电势，且其代数和为零，因而绕组2同样对绕组1不会产生功率耦合影响。根据变压器理论，各绕组正常工作时，单个绕组的自感磁通链包括铁芯中流通的主磁通链和与空气交链的漏磁通链。如图2所示，绕组1与绕组3和4分别存在磁交链，即主磁通链，然而由于绕组3和4是匝数相等、绕向相反且相互串联的，那么它们产生的磁动势是等值反向的，因而由磁动势产生的磁通是可以相互抵消的。从整体上看，绕组2内部由其本身产生的主磁通基本为零，仅有漏磁通存在，从而形成了漏电感。因为漏磁场在空气中不易饱和，另外集成电抗器绕组之间通过相互距离来保证各自漏磁场的独立，从而使得其线性度较好。对于电抗器绕组2和5，由与上述类似的分析可知，从整体上看，它们之间、它们各自与变压器绕组之间都能实现解耦，并且分别形成了独立的集成式电抗器。

在图3中，已知真空磁导率为                                               ，假设绕组3和4的匝数均为N，则该集成式电抗器的电感值可由下式给出：

式中，

；；；。

其中，a为绕组3和4的间距，取值范围15~30mm；b为每段绕组轴向长度，取值范围50~100mm；c为绕组辐向长度，取值范围15~30mm；d为绕组到铁芯的辐向距离，取值范围10~70mm；e为绕组的缠绕平均半径，取值范围10~80mm。