專利名稱：一種可控電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁學(xué)和電力電子領(lǐng)域，特別涉及一種可控電抗器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上來講，可控電抗器的分類一般按調(diào)節(jié)方式來劃分，主要分為傳統(tǒng)機(jī)械式可控電抗器、晶閘管控制電抗器、PWM控制電抗器和磁控電抗器。機(jī)械式可控電抗器包括調(diào)匝式和調(diào)氣隙式。調(diào)匝式是通過調(diào)節(jié)繞組線圈匝數(shù)或調(diào)節(jié)鐵心氣隙的長度而改變電抗器磁路磁導(dǎo)，從而改變電抗器的電抗值。調(diào)匝式可控電抗器較易實現(xiàn)，但是電抗值不能做到無極可調(diào)。調(diào)氣隙式可控電抗器由于機(jī)械慣性和電機(jī)的控制精度問題而在工程上較難實現(xiàn)，且傳動機(jī)構(gòu)也容易發(fā)生故障。
晶閘管控制電抗器采用線性電抗器與反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)的接線方式，通過控制晶閘管的觸發(fā)角可以控制電抗器的等效電抗值。它控制靈活，響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是在調(diào)節(jié)時會產(chǎn)生大量的諧波，需要加裝專門的濾波裝置。PWM控制電抗器是新近幾年發(fā)展起來的一種基于脈寬調(diào)制技術(shù)的可控電抗器。它使用兩個雙向開關(guān)和一個電抗器構(gòu)成整個可控電抗器，兩個雙向開關(guān)互補(bǔ)開關(guān)操作，從而達(dá)到調(diào)整電抗值的目的。控制電抗器是基于高頻斬波的控制，因此具有響應(yīng)速度快、諧波含量低、電抗量可平滑調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。但由于電力電子器件的耐壓條件約束，使控制電抗器的應(yīng)用領(lǐng)域受到了相當(dāng)大的限制。磁控電抗器是通過改變鐵心的磁阻來實現(xiàn)電感值可調(diào)，是目前應(yīng)用較多的一種可控電抗器。改變電抗器磁阻的方法一般有兩種，一種是外加直流助磁來改變磁路的飽和程度，另一種是在控制繞組外加交流電流調(diào)節(jié)電抗器鐵心中的磁通來實現(xiàn)電抗值可調(diào)的目的。直流磁控式響應(yīng)速度快，但損耗、噪聲和諧波較大。交流磁控式克服了直流磁控式的缺點(diǎn)，但采用分級短路調(diào)阻抗形式不能實現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，而采用雙向晶閘管實現(xiàn)阻抗調(diào)節(jié)也會產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波。磁通控制式可控電抗器通過在帶氣隙的變壓器的二次側(cè)采用有源的方式注入一個與一次側(cè)電流成比例的電流，改變二次側(cè)注入電流的大小和相位即可實現(xiàn)變壓器一次側(cè)等效阻抗的連續(xù)可調(diào)。它從原理上來講不產(chǎn)生諧波，可以實現(xiàn)電抗值的無極可調(diào)。但它的控制器要實時檢測電抗器一次側(cè)電流頻率、相位和大小，對于工頻應(yīng)用場合而言還能勝任，而在壓電作動器這類高頻且頻率變化的場合，對控制器的要求就非常高。此外，這種控制方式需要在電抗器副邊以有源方式注入電流，需要額外的能量，這也增加了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，降低了效率?；谝陨戏治觯景l(fā)明人對現(xiàn)有的可控電抗器結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，并經(jīng)多次改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種可控電抗器，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠，特別適用于壓電作動器等高頻、變頻領(lǐng)域。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種可控電抗器，包括電抗器本體、至少一個負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、控制器和相位檢測電路，其中，所述各負(fù)載網(wǎng)絡(luò)均包括數(shù)控電位器；所述相位檢測電路的輸入端連接壓電驅(qū)動器，輸出端連接控制器，檢測壓電驅(qū)動器的輸出相位或內(nèi)部感興趣點(diǎn)的相位，并將檢測結(jié)果送入控制器；所述控制器根據(jù)相位檢測電路的檢測結(jié)果，控制所有負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中數(shù)控電位器的阻值；所述電抗器本體包含數(shù)量與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)量對應(yīng)的二次側(cè)繞組，各二次側(cè)繞組與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)--對應(yīng)連接，而電抗器本體的一次側(cè)繞組用于接入工作電路。上述負(fù)載網(wǎng)絡(luò)還包括電感或電容，或電感和電容的組合，各元器件之間的連接為串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)。采用上述方案后，與目前實現(xiàn)類似功能的裝置相比，本發(fā)明屬無源控制，結(jié)構(gòu)簡單、可靠，不會引入諧波干擾；另外，由于數(shù)控電位器位數(shù)很高，因此調(diào)節(jié)過程可認(rèn)為是無極調(diào)節(jié)，特別適用于壓電作動器等高頻、變頻領(lǐng)域。


圖I是本發(fā)明的原理圖；圖2是本發(fā)明用于壓電作動器的驅(qū)動中的示意圖；圖3是本發(fā)明的等效電路圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2所述，本發(fā)明提供一種可控電抗器，包括電抗器本體T、負(fù)載網(wǎng)絡(luò)N、控制器U和相位檢測電路G，其中，所述電抗器本體T的一次側(cè)繞組為工作繞組，用來串入或并入工作電路，輸出可調(diào)控的電抗值；電抗器本體T的二次側(cè)繞組與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)N連接。配合圖I所示，所述負(fù)載網(wǎng)絡(luò)N包括數(shù)控電位器R，還可根據(jù)情況連接電感L或電容C，或同時連接電感L和電容C，各元器件之間的連接可為串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)。所述相位檢測電路G的輸入端連接壓電驅(qū)動器，輸出端連接控制器U，檢測壓電驅(qū)動器的輸出相位或內(nèi)部感興趣點(diǎn)的相位，并將檢測結(jié)果送入控制器U。所述控制器U控制數(shù)控電位器R的阻值大小，改變負(fù)載網(wǎng)絡(luò)阻抗大小，進(jìn)而改變可控電抗器的一次側(cè)端等效阻抗。需要說明的是，本發(fā)明實施例僅給出了電抗器本體的一個二次側(cè)繞組對應(yīng)連接一個負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的情況，但在實際實施中，當(dāng)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)有多個時，電抗器本體可設(shè)置與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)量相同的二次側(cè)繞組，所述負(fù)載網(wǎng)絡(luò)與二次側(cè)繞組一一對應(yīng)連接，而控制器可對各負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)控電位器進(jìn)行獨(dú)立控制。圖3是本發(fā)明可控電抗器的等效電路圖。圖中Z1是電抗器本體一次側(cè)等效漏阻抗，Zffl是電抗器勵磁回路等效阻抗，Z2是電抗器本體二次側(cè)折算到一次側(cè)的等效漏阻抗，Zl是負(fù)載網(wǎng)絡(luò)折算到一次側(cè)的等效阻抗，它隨負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中數(shù)控電位器阻值的改變而變化。由圖3可知，該等效電抗器從一次側(cè)看進(jìn)去的等效阻抗為Z=ZJZ111// (Z2+Zl)隨著\從O到c 的改變，總等效阻抗Z呈單調(diào)變化。而\隨著數(shù)控電位器R的改變而變化，因此改變R的大小即可改變等效阻抗Z。需要重點(diǎn)指出的是，本發(fā)明屬無源控制，且無需檢測一次側(cè)電流的頻率、大小和相位，因此系統(tǒng)簡單、可靠、效率高，不會引入諧波干擾。數(shù)控電位器的位數(shù)一般都較高(普遍達(dá)到10位)，因此可認(rèn)為電抗器的調(diào)節(jié)是無極調(diào)節(jié)。再結(jié)合圖2，說明本發(fā)明用于壓電作動器的驅(qū)動中。電抗器本體T的磁芯選用非硅鋼片材料制作，可用于高頻領(lǐng)域。電抗器本體T的一次側(cè)與壓電作動器并聯(lián)，輸出可調(diào)控的電感值；相位檢測電路G的一端與壓電驅(qū)動器相連，另一端與控制器U相連；相位檢測電路G可檢測壓電驅(qū)動器的輸出相位，也可檢測壓電驅(qū)動器內(nèi)部感興趣點(diǎn)的相位，控制器U據(jù)此改變負(fù)載網(wǎng)絡(luò)N中數(shù)控電位器R的阻值，從而改變電抗器等效感抗大小，以實現(xiàn)壓電驅(qū)動器的負(fù)載匹配。以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可控電抗器，其特征在于包括電抗器本體、至少一個負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、控制器和相位檢測電路，其中，所述各負(fù)載網(wǎng)絡(luò)均包括數(shù)控電位器；所述相位檢測電路的輸入端連接壓電驅(qū)動器，輸出端連接控制器，檢測壓電驅(qū)動器的輸出相位或內(nèi)部感興趣點(diǎn)的相位，并將檢測結(jié)果送入控制器；所述控制器根據(jù)相位檢測電路的檢測結(jié)果，控制所有負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中數(shù)控電位器的阻值；所述電抗器本體包含數(shù)量與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)量對應(yīng)的二次側(cè)繞組，各二次側(cè)繞組與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)—對應(yīng)連接，而電抗器本體的一次側(cè)繞組用于接入工作電路。
2.如權(quán)利要求I所述的一種可控電抗器，其特征在于所述負(fù)載網(wǎng)絡(luò)還包括電感或電容，或電感和電容的組合，各元器件之間的連接為串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可控電抗器，包括電抗器本體、至少一個負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、控制器和相位檢測電路，其中，所述各負(fù)載網(wǎng)絡(luò)均包括數(shù)控電位器；所述相位檢測電路的輸入端連接壓電驅(qū)動器，輸出端連接控制器，檢測壓電驅(qū)動器的輸出相位或內(nèi)部感興趣點(diǎn)的相位，并將檢測結(jié)果送入控制器；所述控制器根據(jù)相位檢測電路的檢測結(jié)果，控制所有負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中數(shù)控電位器的阻值；所述電抗器本體包含數(shù)量與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)量對應(yīng)的二次側(cè)繞組，各二次側(cè)繞組與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)一一對應(yīng)連接，而電抗器本體的一次側(cè)繞組用于接入工作電路。此種電抗器結(jié)構(gòu)簡單、可靠，特別適用于壓電作動器等高頻、變頻領(lǐng)域。
文檔編號H02P13/00GK102810383SQ20121024970
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者李華峰, 胡俊輝 申請人:南京航空航天大學(xué)