具有分布气隙的电感装置制造方法及图纸

一种用于电力系统中的电感装置的分布气隙材料，用来减小铁芯中边缘效应损耗、机械损耗、振动和噪声的。该分布气隙材料占据该铁芯的选定部分并由电介材料母体的细分磁线材料形成。该气隙材料有一过渡区，在该过渡区中，该气隙材料中的磁导率值变动。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及电感装置，特别涉及发电、用电中使用的、其铁心中形成有一个或多个分布气隙的较大电感装置。一般该分布气隙为电介材料母体的磁粒材料形成，该电介材料可包括气体、液体、固体、半固态材料或其组合。电感装置如电抗器在电力系统中用来补偿造成开路高压的远距架空电力线或延伸电缆系统或轻载电力线中的Ferranti效应。有时需用电抗器提供远距电力线系统的稳定性。在轻载条件下它们还可用来控制电压和接入接出系统。同样，电力系统中使用变压器把电压升压和降压到使用电压。这类装置用相似元件制成。一般来说，一个或多个线圈套在一叠片铁心形成绕组，绕组可按需要的方式与电力线或负载连接和接入接出电路。一静电电感装置的相当磁路包括与该铁心的磁阻串联的磁动势源，磁动势为绕组匝数的函数，铁心可包括铁和一气隙，如使用气隙的话。尽管气隙严格说并非必需，但没有气隙的电抗器和变压器在高磁场密度下会饱和。从而控制的精度降低，漏电会造成灾难性故障。图13所示的局部形式的铁心可看成一具有一闭合磁路、例如一对腿和互连磁轭的支架。把两腿之一可切通以形成气隙。铁心可支撑绕组，绕组通电时在铁心中生成延伸过气隙的磁场。在大电流密度下，磁场强度大。尽管有用和需要，但气隙在铁心结构中表示弱的耦合。铁心会以输入交流电的两倍频率振动。这就是在这类装置中的振动噪声和应力源。与气隙有关的另一个问题是磁场Φ发生边缘效应、向外散开、限制较少。因此，磁力线趋向进入和离开铁心，非零分量与铁心叠片横交，在铁心中造成不利涡流的集中和发热点。通过在设计以稳定结构、从而减小振动的气隙中使用一个或多个插入物，使这些问题有所减缓。此外，该结构或插入物由设计来减小气隙中边缘效应的材料形成。但是，这些装置很难制造，成本高。北卡罗莱那州立大学Arthur W.Kelly和F.Peter Symonds的一篇题为“塑铁粉分布气隙磁性材料”的文章讨论分离和分布气隙电感器铁心技术以及在制作特殊形状部件如气隙磁性材料以及在制作雷达吸收材料时使用金属细粉。在Kelly文章中，在所公开的各种应用中，磁导率是固定且具体的。本专利技术涉及一具有过渡区的气隙插入物，该过渡区的磁导率取小于铁心自身的磁导率、大于气隙材料磁导率的某一中间值。Kelly文章给出的解决方案只适用于处理高频、小电流信号的处理，在大功率、低频电子装置领域未必管用。具有气隙的大功率、低频电感器的使用会产生各种与越过气隙的强烈的机械力和电子装置的噪声和振动有关的问题。这类装置由于磁通边缘效应还容易在邻接铁心上发生能量损耗和过热。大功率、低频装置的这些问题部分是由于这些装置的物理结构过大引起的，而这在Kelly讨论的电力电子装置中是不存在的。因此，这些问题的解决需用于满足电力电子的较小装置的不同解决方案。一典型插入物包括一布置成楔形型式的径向分层铁心钢板的圆柱段。这些分层段在环氧树脂中模制成一固体件或模件。模件表面上有陶瓷垫片与铁心间隔，或者，当使用多个模件时，与邻接模件间隔。在后一种情况下，模件和陶瓷垫片精确相叠后粘结在一起以制成该装置的固体铁心腿。铁心中的磁场在所有气隙上产生脉动力，在用于电力系统中的装置中，该脉动力可高达成百千牛顿(kN)。铁心必须是刚性的，以足以消除这些不利振动。模件中的径向叠片减小了进入铁心钢的平坦表面的边缘磁通，从而使电流过热和发热点减小。这些结构很难制作，需要精确对准许多专门设计的楔形叠片，以形成圆形模件。机加工必需精确，陶瓷垫片的尺寸和位置也很难精确。因此，这些装置相对昂贵。从而，希望生产成本比现有装置较便宜的一体化结构的气隙垫片。专利技术概述本专利技术基于下述发现可为电力系统中的电感器提供分布气隙插入物或区域，其中，该插入物包括以电介材料为母体的磁性粒子，这些磁性粒子的大小和体积百分比足以生成边缘效应减小的气隙。该电介材料可为气体、液体、固体、半固体或它们的组合。在一形式中，分布气隙包括使其形状与气隙尺寸相符的一整体。在另一实施例中，磁性材料形成在一有机聚合物母体中。可选地，磁性粒子也可涂有电介材料。在另一实施例中，分布气隙包括一电介容器，其填充有电介材料母体的磁性粒子。该容器可呈柔性。在另一形式中，铁心由一圈或多圈磁线或磁带形成或为用粉末冶金技术形成的体部。在本专利技术的另一实施例中，将气隙描述为有磁导率的过渡区。整个或部分铁心可以是分布气隙形式。此外，形成分布气隙的粒子的密度，可通过在其上加力来改变，以调节该装置的磁阻。在一示例性实施例中，粒子材料的粒子大小约为1nm-1mm、最好约为0.1μm-200μm，粒子材料的体积百分比约为60％。电力材料的磁导率约为1-20。通过改变作用在柔性容器上的可变各向同性压力，即可把该磁导率调节成约2-4倍。 附图说明下面结合附图说明本专利技术，附图中图1示出按照本专利技术的具有分布气隙的电力变压器或电抗器的电感装置的绕组周围的电场分布；图2为电缆的局部透视图，其可用在按照本专利技术的示例性实施例的电力系统大功率静电电感装置绕组中；图3为图2所示电缆的剖面视图；图4为大功率电感装置的示意透视图，其具有按照本专利技术的实施例的分布气隙；图5为本专利技术的分布气隙的实施例的局部剖视图；图6A为本专利技术的另一实施例的侧视剖视图，使用其内填充有电介材料母体的磁性粒子的电介容器；图6B为图6A的分布气隙的可选实施例的局部透视图，在其端部，使用成段磁线；图7为由粉末冶金框架和分布气隙形成的电感器的示意图； 图8为用于分布气隙的粉末粒子的示意图；图9A为由一圈或多圈电介管形成的铁心的局部剖视图，电介管含有电介材料母体的磁性粒子；图9B为本专利技术的实施例的局部详视图，使用其内充填有电介母体的磁性粒子的管子；图9C-9E为具有本专利技术的分布气隙的铁心的示意图；图9F为形成电感器的分布气隙的铁心部分的剖视图；图10为形成分布气隙的一圈示例性铁心的示意图；图11A和11B为铁之类导磁粒子的各种体积百分比的磁滞和功率损耗的示例性曲线图；图12为磁路的局部剖视图，该磁路有一过渡区，该过渡区具有不止一个磁导率值；图13为一现有气隙的局部视图。专利技术说明下面结合附图详细说明本专利技术。图1简示出包括一个或多个绕组2和一铁心3的电感装置如电力变压器或电抗器1的绕组周围的电场分布。等电位线E示出电场强度相同的部位。假设绕组底部为接地电位。铁心3具有本专利技术的一分布气隙4和一窗口5。铁心可由硅钢之类导磁材料的叠片形成，或也可由磁线、磁带或粉末冶金材料形成。磁通Φ的方向如箭头所示。一般来说，限制在铁心3之内或大部分限制在铁心3中的磁通Φ是连续的，如图所示。电位分布决定着绝缘系统的组成，在大功率系统中更是如此，因为绕组的邻接匝之间和每一匝与地线之间必需足够绝缘。在图1中，绕组的顶部受到最大电介应力。因此绕组相对于铁心3的设计和位置基本由铁心窗口5中的电场分布确定。绕组Z可由如图所示的普通多匝绝缘线形成，或也可是如下所述大功率输电电缆形式。在前一种情况下，该装置可工作在一般用于公知发电系统中的这类装置的功率水平上。在后一种情况下，该装置可工作在对这类装置非典型的功率高得多的功率水平上。图2和3例示出用来制造在本专利技术实施例的高电压、强电流、大功率电感装置中使用的绕组Z的电缆6。这种电缆6包括至少一导体7，该导体7可包括许多股线8，并带有环绕该导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有铁心和分布气隙的电感装置，其包括： 一在所述气隙中提供磁阻的气隙插入物； 所述气隙插入物为一电介容器；以及 所述电感装置有一过渡区，该过渡区有多个磁导率值。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘敏，黎明，刘荣生，M达尔格伦，P霍姆贝里，G鲁斯贝里，C萨泽，S舍德霍姆，M莱永，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]