一種齒形磁楔快速可調電抗器

魏新勞+王夢嬌+官瑞楊

摘要：針對一般磁楔電抗器無法快速改變電抗值的問題，提出了一種新型可調的齒形磁楔式電力電抗器，與一般磁楔電抗器相比，這種電抗器可以通過成倍地減小調節距離來成倍地提高調節速度，以一臺設計制作的220 V、8 kVar齒形磁楔電抗器樣機為研究對象，應用ANSYS有限元分析軟件，建立了該電抗器的三維磁場模型，計算磁楔在兩個極限位置時的電抗器磁場分布，應用ANSYS的LMATRIX宏命令計算該電抗器的電感調節特性。研究結果表明：該電抗器與一般磁楔電抗器相比，不僅可以提供相同的電感調節特性，而且具有數倍的電感調節速度。

0引言

在電力系統中，電抗器是一種重要的電氣裝置，廣泛的應用于限制工頻過電壓、消除發電機自勵磁、限制操作過電壓、線路容性充電功率、潛供電流抑制、限制短路電流和平波等。電抗器按特性分為固定電抗器和可調電抗器。固定電抗器在工作過程中電抗值保持不變，而可調電抗器在工作過程中可以根據實際需要改變電抗值。

隨著電力系統的不斷發展和對電抗器性能要求的提高，實際中希望電抗器的電抗值可實時調節或控制，如用于配電網中自動消弧線圈的電抗器、用于故障限流的可控串聯電抗器、用于超（特）高壓輸電線路限制容升和無功補償的并聯高壓電抗器等。這些可調電抗器作為特殊的電抗器，可根據運行工況實時調節自身容量，穩定系統電壓和控制無功功率，提高系統穩定性并改善電能質量。可調電抗器分為：氣隙調節式可調電抗器、晶閘管控制電抗器、磁控電抗器、PWM控制電抗器和超導可調電抗器。與其他類型可調電抗器相比，傳統的氣隙調節式可調電抗器結構簡單，容易控制，不產生諧波。作者研究的可調電抗器是一種新型的調氣隙式可調電抗器。

傳統的氣隙調節式可調電抗器動鐵心與固定鐵心豎直相對，通過改變動鐵心與固定鐵心的豎直距離，改變氣隙大小，從而改變電抗器的電感值。傳統結構雖然可以實現電感值的連續無級可調，但是在調節過程中，由于動鐵心移動方向與主磁通流通方向重合，動鐵心會受到較大的電磁吸力，加上其自身重力也很大，因此電感的調節速度非常慢，甚至導致電感量與氣隙距離關系重復性差。此外，動鐵心受到很大的交變電磁力作用，其使用過程中振動、噪聲較大。

為了解決傳統的氣隙調節式可調電抗器存在的問題，本文部分作者曾發明了一種新的氣隙調節式可調電抗器——磁楔調節式可調電抗器，并且取得了專利授權。本文把這種電抗器稱為一般型磁楔調節式可調電抗器。通過磁楔的抽出和插入就可以改變磁路的磁阻，從而改變電抗器的電感量。因為磁楔的厚度僅僅等于最大氣隙的寬度，因而，與傳統的氣隙調節式可調電抗器相比，可動部分的體積和重量大大減低，因而可以獲得更快的調節速度。另外，與傳統的氣隙調節式可調電抗器相比，在調節過程中所需要的機械調節力很小。由此帶來了比較小的噪聲和重復性好的電感一間隙調節特性。

雖然這種電抗器已經具備了比傳統的氣隙調節式可調電抗器更快的調節速度，但是，仍然有可以進一步改進的地方。這正是本文所要研究的主要內容。

1齒形磁楔快速可調新原理的提出

對于一般型磁楔調節式可調電抗器，只有當磁楔完全被抽出后，磁路的磁阻才能達到最大，只有當磁楔完全插入后，磁路的磁阻才能達到最小。雖然該種電抗器的可動部分的體積和重量都遠小于傳統氣隙調節式可調電抗器，但其可動部分的實際調節行程在許多情形下可能比傳統氣隙調節式可調電抗器的調節行程長，從而降低了該種電抗器的電感量調節速度。

為解決這一問題，作者進一步提出了一種新型磁楔可調電抗器——齒形磁楔可調電抗器。其原理如圖1所示。

圖1中，磁楔被設計成齒形結構，且齒的寬度小于槽的寬度，該結構的優勢在于：磁楔的實際行程只需要達到單個齒和單個槽寬度和的一半，即可使磁路的磁阻從最大值（最小值）變化到最小值（最大值）。圖2中給出了齒形磁楔的兩個極限位置。