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提高變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置中高壓電抗器散熱效率的新型結(jié)構(gòu)

1、實(shí)施背景
  變頻串聯(lián)諧振耐壓裝置又叫串聯(lián)諧振,由變頻電源、勵(lì)磁變壓器、電抗器和電容分壓器組成。被試品的電容與電抗器構(gòu)成串聯(lián)諧振連接方式;分壓器并聯(lián)在被試品上,用于測量被試品上的諧振電壓,并作過壓保護(hù)信號。
  在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路內(nèi),當(dāng)容抗XC與感抗XL相等時(shí),即XC=XL,電路中的電壓U與電流I的相位相同,電路呈現(xiàn)純電阻性,這種現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。
  我們已知,在回路頻率時(shí),回路產(chǎn)生諧振,此時(shí)試品上的電壓是勵(lì)磁變高壓端輸出電壓的Q倍。Q為系統(tǒng)品質(zhì)因素,即電壓諧振倍數(shù),一般為幾十到一百以上。先通過調(diào)節(jié)變頻電源的輸出頻率使回路發(fā)生串聯(lián)諧振,再在回路諧振的條件下調(diào)節(jié)變頻電源輸出電壓使試品電壓達(dá)到試驗(yàn)值。由于回路的諧振,變頻電源較小的輸出電壓就可在試品CX上產(chǎn)生較高的試驗(yàn)電壓。
  串聯(lián)諧振優(yōu)點(diǎn):
  1. 所需電源容量大大減小。系列串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置是利用諧振電抗器和被試品電容產(chǎn)生諧振,從而得到所需高電壓的,在整個(gè)系統(tǒng)中,電源只需要提供系統(tǒng)中有功消耗的部分,因此,試驗(yàn)所需的電源功率只有試驗(yàn)容量的1/Q倍(Q為品質(zhì)因素)。
  2. 設(shè)備的重量和體積大大減小。串聯(lián)諧振裝置中,不但省去了笨重的大功率調(diào)壓裝置和普通的大功率工頻試驗(yàn)變壓器,而且,諧振激磁電源只需試驗(yàn)容量的1/Q,使得系統(tǒng)重量和體積大大減小,一般為普通試驗(yàn)裝置的1/5~1/10。
  3. 不會出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓。被試品發(fā)生擊穿閃絡(luò)時(shí),因失去諧振條件,高電壓也立即消失,電弧立刻熄滅,裝置的保護(hù)回路動(dòng)作,切斷輸出。
  串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置在試驗(yàn)過程中滿功率輸出情況下,需要連續(xù)工作時(shí)間60分鐘,電抗器連續(xù)在高電壓及大電流的工況下工作,容易造成過負(fù)荷燒毀。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,設(shè)計(jì)一種具有散熱結(jié)構(gòu)能適用于高溫環(huán)境的新型電抗器。
  2、設(shè)計(jì)方案
  由于電抗器需要在試驗(yàn)現(xiàn)場使用,就需要設(shè)計(jì)緊湊結(jié)構(gòu),在滿足試驗(yàn)容量的前提下盡量減小體積,便于運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝。環(huán)氧澆注電抗器容易造成散熱慢,熱傳遞效率低,在長時(shí)間工作時(shí)線圈發(fā)熱量大,線圈容易燒毀,造成電抗器損壞。
  為了保證電抗器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量不影響電抗器的正常工作,就需在電抗器上增加冷卻系統(tǒng)。目前電抗器較為通用的冷卻方式之一即采用油浸式結(jié)構(gòu),缺點(diǎn)是體積大重量重,不利于在現(xiàn)場使用。 為了解決此類缺陷,我們分析環(huán)氧澆注電抗器的結(jié)構(gòu)及發(fā)熱原因,提出一些改進(jìn)的方法。開發(fā)了一種具有散熱結(jié)構(gòu)的散熱能力良好的能適用于高溫環(huán)境的新型電抗器,以提高電抗器的性能及使用壽命。
  主要結(jié)構(gòu)包括電抗器線圈、第一冷卻通道、中空的結(jié)構(gòu)骨架、第二冷卻通道及鐵芯,電抗器線圈環(huán)繞在結(jié)構(gòu)骨架的外部,鐵芯設(shè)置在結(jié)構(gòu)骨架的內(nèi)部,線圈內(nèi)置有第一冷卻通道,鐵芯內(nèi)沒有第二冷確通道。本創(chuàng)新項(xiàng)目的冷卻通道,可有效地把線圈、鐵芯中產(chǎn)生的熱量快速導(dǎo)出,降低線圈、鐵芯的溫度,提高電抗器工作的穩(wěn)定性,以及使用壽命。
  3、實(shí)施步驟
  為了闡明本項(xiàng)目的技術(shù)方案及技術(shù)目的,下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施步驟對本創(chuàng)新項(xiàng)目做進(jìn)一步的介紹。
  結(jié)構(gòu)如圖1及圖2所示。
  1、線圈1、
  2、第一冷卻通道2、
  3、結(jié)構(gòu)骨架3、
  4、第二冷卻通道6、
  5、屏蔽板4及鐵芯5。
  結(jié)構(gòu)骨架3為中空的筒狀,為圓形。線圈1環(huán)繞在結(jié)構(gòu)骨架3的外部,鐵芯5設(shè)置在結(jié)構(gòu)骨架3的內(nèi)部,線圈1內(nèi)置有一個(gè)或多個(gè)第一冷卻通道2,鐵芯5內(nèi)沒有一個(gè)或多個(gè)第二冷卻通道6。屏蔽板4分別固定在結(jié)構(gòu)骨架3的兩端部,用于限位鐵芯5,防止其在結(jié)構(gòu)骨架3內(nèi)上下滑動(dòng)。線圈1的最內(nèi)層為貼合在結(jié)構(gòu)骨架3外表面的線圈層,線圈1的最外層為線圈層;冷卻冷確通道層由多個(gè)第一冷卻通道2構(gòu)成,多個(gè)第一冷卻通道2沿圓周分布。第一冷卻通道2沿著結(jié)構(gòu)骨架3軸心線方向設(shè)置,即第一冷卻通道2的軸心線和結(jié)構(gòu)骨架3的軸心線之間夾角0度,方便加工制造。所述第二冷卻通道6為兩端開口的中空管狀,第二冷卻通道6沿著鐵心5軸心線方向設(shè)置,即第二冷卻通道6的軸心線和鐵芯5的軸心線之間夾角0度,方便加工制造。第一冷卻通道2、第二冷卻通道6的內(nèi)部分別設(shè)有分布在該冷卻通道內(nèi)的用于增強(qiáng)散熱的柵板,柵板由導(dǎo)熱性能優(yōu)越的不導(dǎo)磁的不銹鋼制成。
  如圖3、圖4所示,線圈1部和線圈2部之間設(shè)有向內(nèi)凹的環(huán)狀的非線圈區(qū),有利于提高耐壓爬距,節(jié)省材料,降低成本。
  在應(yīng)用中,本創(chuàng)新項(xiàng)目的第一冷卻通道、第二冷冷卻通道可以把線圈、鐵心中產(chǎn)生的熱量快速導(dǎo)出,降低線圈、鐵心的溫度,提高電抗器工作的穩(wěn)定性,以及使用壽命。
  制作完成樣品后,按照GBT/501-2006《電力變壓器試驗(yàn)導(dǎo)則》進(jìn)行溫升試驗(yàn)。
  溫升試驗(yàn)是一個(gè)重要而費(fèi)時(shí)的型式試驗(yàn)項(xiàng)目,超過規(guī)定的限值將會影響電抗器的使用壽命和可靠性。為了提高產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo), 電抗器的溫升裕度一般不宜取得過大,但電抗器的電磁參數(shù)、材料性能、通風(fēng)結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量等都會直接或間接影響電抗器的損耗和散熱冷卻。電抗器電磁設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),溫升計(jì)算的準(zhǔn)確度不高。因而,電抗器的溫升指標(biāo)必須通過試驗(yàn)考核確定。
  溫升試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)如下:
  電抗器繞組溫升試驗(yàn)
  通過對比試驗(yàn),電抗器的溫升減少一倍左右,停止工作后冷卻時(shí)間短,可以有效地節(jié)約下次工作時(shí)的等待時(shí)間。在同等電壓電流的工況下,可以有效地將試驗(yàn)時(shí)間提高一倍。
  4、結(jié)論
  新型結(jié)構(gòu)電抗器具有如下技術(shù)進(jìn)步性:
  1)增強(qiáng)穩(wěn)定性,提高使用壽命,通過設(shè)置在線圈、鐵心中的冷卻通道,把線圈、鐵芯中產(chǎn)生的熱量快速導(dǎo)出,降低線圈、鐵芯的溫度,提高電抗器工作的穩(wěn)定性,以及使用壽命。
  2)通過將線圈分為兩部分,在兩部分線圈之間設(shè)置的向內(nèi)凹的環(huán)狀的非線圈區(qū),增加爬距,提高耐壓水平。節(jié)省材料,降低成本。 
  3)節(jié)約時(shí)間成本,提高工作效率。
  4)減少電抗器重量,便于現(xiàn)場便攜使用。 織夢好,好織夢
 
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