[发明专利]一种含楔形槽的正交铁芯式可控电抗器及其在直流偏磁下等效磁路长度的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于可控电抗器设计技术领域，具体涉及一种含楔形槽的正交铁芯式可控电抗器及其在直流偏磁下等效磁路长度的计算方法。

背景技术

当前，正交铁芯式可控电抗器作为一种新型的电抗值连续可调电抗器，设计抑制其谐波含量的新型结构是可调电抗器发展的必然要求。由于特殊的正交结构，与其他电抗器相比，正交铁芯式可控电抗器磁通耦合更加复杂，等效磁路长度计算十分困难。因此，如何设计出独特结构的谐波含量小的可控电抗器，并且运用工程电磁场分析方法找到合理的确定交流等效磁路的计算方法成为快捷设计新型高性能可控电抗器的关键。

一般的铁芯电抗器多采用变压器型的铁芯结构，在工程上一般将这种电抗器的几何中心线作为等效磁路的中心线，因此，就容易计算此类电抗器等效磁路长度。但是对于正交铁芯式可控电抗器的特殊结构，由于内部材料磁化的不均一性，难以采用传统方法来计算等效的磁路长度。

发明内容

针对上述技术需求，本发明提供了一种含楔形槽的正交铁芯式可控电抗器及其在直流偏磁下等效磁路长度的计算方法，能够减少其输出电流的谐波含量，通过合理的算法等效处理，计算出正交铁芯式可控电抗器的等效磁路长度。

一种含楔形槽的正交铁芯式可控电抗器，包括U型结构的控制铁芯和工作铁芯，所述控制铁芯及工作铁芯的U型侧宽度与铁臂侧宽度相同，控制铁芯端部与工作铁芯端部采用正交形式接合；所述的控制铁芯端部的U型侧边沿带有楔形缺口。

上述正交铁芯式可控电抗器在直流偏磁下等效磁路长度的计算方法，包括如下步骤：

(1)针对所述正交铁芯式可控电抗器的结构，建立对应的三维仿真模型；根据三维仿真模型尺寸直接计算出工作铁芯交流等效磁路的长度L2；

(2)将所述的三维仿真模型划分成多个有限元后，对该三维仿真模型进行仿真分析，得到各有限元节点的磁位，进而确定出有限元内任一点的磁感应强度；

(3)使控制铁芯的铁臂侧与水平方向平行，截取控制铁芯上铁臂中心线所在的水平面α，导出该水平面α的磁场分布数据；

(4)将水平面α上位于控制铁芯部分的截面放入直角坐标系中，使该截面控制铁芯端部的边沿线作为坐标系的x轴，该截面中心线对应坐标系中x＝0所在直线；

(5)根据截面上的磁场分布数据，在x＝0所在直线上均匀取若干个点，计算这些点的平均磁感应强度值；进而在该直线上寻找磁感应强度大小与该平均磁感应强度最接近的点，记录该点的坐标值并将该点作为控制铁芯交流等效磁路经过的等效坐标点；

(6)以一定长度间隔为步长对x＝0所在直线向左右两侧逐步平移，以工作铁芯交流等效磁路所在位置为边界，根据步骤(5)确定这些平移后直线上对应的等效坐标点；

(7)对步骤(6)中确定出的一系列等效坐标点进行拟合，得到控制铁芯的交流等效磁路并计算出该交流等效磁路的长度L1，使L1与L2相加即得到所述正交铁芯式可控电抗器交流等效磁路的总长度。

所述的步骤(1)中，针对正交铁芯式可控电抗器的结构，在ANSOFT(有限元仿真分析软件)环境中建立对应的三维仿真模型。

所述的步骤(1)中，当建立三维仿真模型后，设置仿真初始条件即设定可控电抗器的交流电压和直流电流。

所述的有限元为四面体结构。

所述的步骤(7)中，确定出的一系列等效坐标点后利用Matlab进行线性 拟合，以得到对应的函数曲线及其函数表达式；该函数曲线即为控制铁芯的交流等效磁路，进而通过积分运算以求得该交流等效磁路的长度L1。

当工作绕组两端的交流工作电压维持一定的幅值时，改变控制绕组两端的直流控制电流能改变正交铁芯式可控电抗器中铁芯的磁饱和程度，由于磁化曲线的非线性特性，正交铁芯式可控电抗器的电抗值也能得到相应调节。本发明在控制铁芯上开楔形槽能有效减少其输出谐波含量，克服了传统电抗器谐波含量高的缺陷，改善了电抗器的工作性能。同时，本发明交流等效磁路长度的计算采用电磁场专用仿真软件(ANSOFT)，导出正交铁芯式可控电抗器中特定截面上的磁感应强度数据，通过合理的算法对数据进行处理，进而计算出等效磁路长度的大小，从而获得在不同直流偏磁下的正交铁芯式可控电抗器的磁化曲线。该方法减小了传统方法由于内部铁芯磁化情况不明而给等效磁路长度计算带来的误差，使电抗器的交流磁化曲线更具科学性，为研究正交铁芯式可控电抗器的铁耗及其它特性提供了保障，也为正交铁芯式可控电抗器的工程设计提供了便利。

附图说明

图1为本发明正交铁芯式可控电抗器的结构示意图。