[发明专利]使用半非磁性线轴的谐波滤波器

说明书

公开了一种用在芯电抗器中的半非磁性线轴以及包括半非磁性线轴的芯电抗器。半非磁性线轴由非金属材料制成并且提供能耐受高温并同时避免涡流效应的芯电抗器。所公开的半非金属导磁性线轴也没有不利地影响电力质量并节省电力，并且可用于捕获谐波电流。当被适当设计和布置时，可以用来提供利用从电力系统输入的谐波电流作为热工作源的电磁感应加热器并且提供零成本加热过程。

技术领域

本公开涉及芯电抗器中使用的半非磁性线轴以及包括半非磁性线轴的芯电抗器。更具体地，本公开涉及能耐受高温并同时避免涡流效应的芯电抗器中使用的半非磁性线轴。这些属性源自使用没有对电力质量产生不利影响并节省电力的半非金属导磁性线轴。

背景技术

配电系统向线性和非线性负载供应电力。非线性负载产生使配电系统饱和的电流谐波频率。举例来说，产生电流谐波的典型机器是电子开关模式电源、电池充电器、可调速电机驱动器(ASD)、电力整流器、不间断电源(UPS)、具有电子镇流器的高效荧光灯以及加热、通风和空气调节(HVAC)系统，还有其他。

电流谐波频率在配电系统中产生许多问题，问题包括：系统中的电流增加、电压总谐波失真水平增加、功率因数减小、功率损耗增加、配电设备的可靠性降低以及负载之间的电磁兼容性降低。电流谐波频率也在诸如遭遇主要由涡流引起的磁滞损耗的电机这样的不同电气设备中产生问题。这些磁滞损耗导致电机芯的升温增加，这使电机的寿命缩短并且导致振动增加以及噪音水平增加。因电流谐波频率产生并与之相关的其他问题是本领域的技术人员公知的。

以上问题是公认的并且是诸如IEEE标准519-1992即电力系统谐波控制的推荐实践和要求(Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control inElectrical Power Systems)这样的标准中可见的谐波控制职责分工的基础。具体地，以上标准建议：(1)控制注入系统中的谐波电流量在最终用途应用时代替；以及(2)在假定谐波电流注入在合理限制内的情况下，由控制系统阻抗的实体实施电压失真控制，实体通常是公用设施。

在本领域中已开发出用于消除谐波电流及其效应的多个系统、其部件和装置。这些系统、部件和装置的示例包括：电力系统线路电抗器(包括空气芯电抗器、铁芯电抗器)、谐振LC滤波器、串联、线路AC扼流圈、有源滤波器、混合滤波器、并联无源滤波器、串联无源滤波器、Z字形变压器和变压器负载分接开关，还有其他。

电力系统电抗器经常与电阻器和电容器结合进行使用，以形成无源谐波滤波器。这些频率电力系统电抗器通常是铁芯或空气芯。无源谐波滤波器通常被设计为包括设置在电源线和电气地之间的多个并联连接的串联谐振电路。每个无源谐波滤波器被调谐成期望被抑制的特定不需要的谐波电流频率，由此不允许不需要的谐波频率传播到公用电网。为了滤除高次谐波频率，通常使用高通滤波器。

由于使得难以适当进行谐波电流滤波的那些经协调无源谐波滤波器的设计的低谐波阻抗，导致诸如图1中示出的现有技术的经调谐无源谐波滤波器会因来自连接到同一网络的公用电网和/或其他非线性负载的谐波电流而容易过载。通过变速器机构的实现方式部分解决这个问题，但是这些机构曾经存在并且仍然存在重大问题。例如，变速器经常变热，因为它们的设计尚未被适当实现以便应对电网的输入谐波。现有技术已广泛地描述了经调谐无源谐波滤波器的改进设计和使用。在例如美国专利3,555,291的图1、美国专利5,444,609的图3和图5中示出了该现有技术的示例。这些图例示了现有技术的经调谐和经串联调谐的高通谐波滤波器。滤波器元件中的每个被调谐至期望被消除的特定谐波频率。这些现有技术机构中的大多数还被专门设计成避免从配电系统输入的谐波，该配电系统通过添加与配电系统电力相位能量线串联的诸如本公开的图2中所示的功率去耦电抗器而具有将本地设施电气系统与公用电网隔离的效果。