复合励磁触发、双励磁绕组MCR型磁控电抗器

摘要

本发明涉及一种复合励磁触发、双励磁绕组MCR型磁控电抗器，包括两个铁芯，在每个铁芯上分别绕有两组线圈，四组线圈为交叉并联结构；在每个铁芯上有一组线圈从中间引出抽头，该抽头与绕在该铁芯的另一组线圈之间接有可控器件，其特征在于，在每个铁芯上再复合一组线圈，该两组线圈反向串联连接，并与两个反向并联连接的可控器件组成的整流桥电路构成回路。本发明的有益效果是：可实现快速励磁及快速退磁，且不需要提高抽头电压。本装置使柔性输配电用超高压快速动态无功补偿装置成为现实，使MCR型磁控电抗器装置可以应用到超高压快速波动现场，可替代传统的TCR型静止式补偿装置；可在电力系统中使快速响应的消弧线圈得以应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种MCR型磁控电抗器，可应用于无功补偿、高压软启动器及其它应用磁控电抗器装置的领域。

背景技术

磁控电抗器(Magneticaiiy Controlled Reactor)，作为静止式无功补偿装置的一种类型，于上世纪末被引进中国。其由于占地少，可靠性高，损耗低，波形失真小，控制容易等优点，被广泛使用于矿山，冶金，电力等行业中。现已成为一种替代晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled Reactor)的很好的选择。

对于磁控电抗器而言，其基本工作原理是利用直流控制电流控制铁芯的饱和度来平滑连续调节电抗器容量的。MCR型磁控电抗器(以下简称MCR)与传统磁饱和电抗器的显著差别在于电抗器铁芯采用了局部饱和技术，在整个容量调节范围内，整个铁芯磁回路只有一小段变小了面积的磁路饱和，其余大部分铁芯均处于轻度饱和的线性状态，通过改变小截面段磁路的饱和程度来改变电抗器的容量，这种结构使得磁控电抗器的损耗、谐波、噪声三个指标得到大幅度改善。MCR制造工艺与变压器相当，成本较低，运行维护方便，应用于动态无功补偿装置中，对于提高电网的输电能力、调整电网电压、补偿无功功率以及限制过电压都有非常大的应用潜力。

现在，MCR型磁控电抗器已经广泛的使用在冶金，电力，矿山，化工等行业中。但由于其采用磁控方式调节，其励磁时间就成了不可避免的问题。由于其改变励磁需要几个周波的时间，其响应速度必然大打折扣。在普通现场中，这一缺点没有明显的显现，但在高快速波动的现场中(例如熔炼型电弧炉，交流焊机等现场)，其还是不能替代晶闸管控制电抗器(TCR)在现场中使用。这大大降低了MCR型磁控电抗器的推广及应用脚步。

在国外，主要的设计制造厂商倾向于使用提高本体抽头电压的方式来调高响应速度，但仔细分析后不难发现，此种方式在本体需要退磁时无法完全起到作用。且抽头电压的提高也大大阻碍了其在超高压现场的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合励磁触发、双励磁绕组MCR型磁控电抗器，可实现快速励磁及快速退磁，且不需要提高抽头电压。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

复合励磁触发、双励磁绕组MCR型磁控电抗器，包括两个铁芯，在每个铁芯上分别绕有两组线圈，四组线圈为交叉并联结构；在每个铁芯上有一组线圈从中间引出抽头，该抽头与绕在该铁芯的另一组线圈之间接有可控器件，其特征在于，在每个铁芯上再复合一组线圈，该两组线圈反向串联连接，并与两个反向并联连接的可控器件组成的整流桥电路构成回路。

所述的整流桥电路包括隔离变压器、四个可控器件两两串联，每个可控器件并联一个二极管，四个可控器件与二极管构成桥式整流结构，隔离变压器的副边绕组的两端分别接于两个串联可控器件的中间连接点；两组串联可控器件的两端相连接，为整流桥电路的输出端。

所述的可控器件为IGBT、IGCT、IEGT开关器件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本装置可实现快速励磁及快速退磁，且不需要提高抽头电压。可广泛应用于超高压现场及快速波动现场。经过计算，复合励磁控制磁控电抗器装置比老式磁控电抗器装置的响应时间减小了3-10倍，老式磁控电抗器装置的响应时间为100ms-300ms，本发明复合励磁控制磁控电抗器装置的整体响应时间为30ms左右。

2)本装置使柔性输配电用超高压快速动态无功补偿装置成为现实。

3)本装置使MCR型磁控电抗器装置可以应用到超高压快速波动现场。

4)本装置可替代传统的TCR型静止式补偿装置。

5)本装置可在电力系统中使快速响应的消弧线圈得以应用。

附图说明

图1是复合励磁触发、双励磁绕组MCR型磁控电抗器的原理图；

图2是整流桥电路KP3的结构图；

图3是整流桥电路KP4的结构图。

具体实施方式

复合励磁触发的原理是：在本体制造时，结合低压外励磁方式，在本体装置中加入外部励磁线圈进行复合触发控制，此线圈通过励磁控制单元进行正反向触发控制，不但可以加强励磁强度，亦可以减弱励磁强度。进而解决快速励磁及退磁的问题。

见图1，复合励磁触发、双励磁绕组MCR型磁控电抗器，包括两个铁芯，在一个铁芯上绕有线圈L1、线圈L2、线圈L5，在另一个铁芯上绕有线圈L3、线圈L4、线圈L6，线圈L1的出线端与线圈L4的进线端连接，线圈L3的出线端与线圈L2的进线端连接，线圈L1、线圈L2、线圈L3、线圈L4四组线圈构成交叉并联结构。在线圈L1中间引出抽头K1，该抽头K1与线圈L2进线端之间接有可控器件KP1，在线圈L4中间引出抽头K2，该抽头K2与线圈L3出线端之间接有可控器件KP2，可控器件KP1与可控器件KP2的导通方向相反。在线圈L1的出线端与线圈L3的出线端之间设有续流二极管D。

在两个铁芯上分别复合一组线圈L5、线圈L6，线圈L5、L6反相串联，并与两个反向并联连接的IGBT整流桥KP3、KP4构成回路，整流桥由IGBT开关器件组成，通过对IGBT的控制，两个整流桥可分别实现快速励磁及快速退磁的作用。

见图2，整流桥电路KP3包括隔离变压器T1、可控器件V1、V2、V3、V4及二极管D1、D2、D3、D4，每个可控器件均并联一个二极管，四个可控器件与二极管构成桥式整流结构，隔离变压器T1的副边绕组的两端分别接于可控器件V1、V2的中间连接点、及可控器件V3、V3的中间连接点；可控器件V1、V2串联的两端与可控器件V3、V4串联的两端相连接，为整流桥电路KP3的输出端。

见图3，整流桥电路KP4包括隔离变压器T2、可控器件V5、V6、V7、V8及二极管D5、D6、D7、D8，每个可控器件均并联一个二极管，四个可控器件与二极管构成桥式整流结构，隔离变压器T2的副边绕组的两端分别接于可控器件V5、V6的中间连接点、及可控器件V7、V8的中间连接点；可控器件V5、V6串联的两端与可控器件V7、V8串联的两端相连接，为整流桥电路KP4的输出端。

当系统需要快速励磁时，快速励磁单元通过磁控电抗器本体内增加的励磁线圈对自身铁心增加励磁，同时整流单元KP3中可控器件(本实施例中，可控器件为IGBT)通过内部励磁回路向本体线圈内注入同向磁通，使小截面铁心迅速进入饱和，促使电抗器的容量迅速上升，使电抗器达到快速励磁的作用。当控制系统检测到本体的输出电流达到预期目标时，快速励磁单元停止工作，辅助励磁线圈停止工作，快速励磁完成。

当磁控电抗器需要快速较小输出量时，快速退磁单元通过磁控电抗器本体内增加的励磁线圈对自身铁心加反向励磁，同时整流单元KP4中IGBT的触发角减小，使小截面饱和区迅速退出饱和，促使电抗器的容量迅速下降，使电抗器达到快速退磁的作用。当系统检测到本体的输出电流达到预期目标时，退磁单元迅速关断，辅助励磁线圈停止工作，快速退磁完成。