使用半非磁性线轴的谐波滤波器制造技术

公开了一种用在芯电抗器中的半非磁性线轴以及包括半非磁性线轴的芯电抗器。半非磁性线轴由非金属材料制成并且提供能耐受高温并同时避免涡流效应的芯电抗器。所公开的半非金属导磁性线轴也没有不利地影响电力质量并节省电力，并且可用于捕获谐波电流。当被适当设计和布置时，可以用来提供利用从电力系统输入的谐波电流作为热工作源的电磁感应加热器并且提供零成本加热过程。

Harmonic filter using semi nonmagnetic spool

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用半非磁性线轴的谐波滤波器
本公开涉及芯电抗器中使用的半非磁性线轴以及包括半非磁性线轴的芯电抗器。更具体地，本公开涉及能耐受高温并同时避免涡流效应的芯电抗器中使用的半非磁性线轴。这些属性源自使用没有对电力质量产生不利影响并节省电力的半非金属导磁性线轴。
技术介绍
配电系统向线性和非线性负载供应电力。非线性负载产生使配电系统饱和的电流谐波频率。举例来说，产生电流谐波的典型机器是电子开关模式电源、电池充电器、可调速电机驱动器(ASD)、电力整流器、不间断电源(UPS)、具有电子镇流器的高效荧光灯以及加热、通风和空气调节(HVAC)系统，还有其他。电流谐波频率在配电系统中产生许多问题，问题包括：系统中的电流增加、电压总谐波失真水平增加、功率因数减小、功率损耗增加、配电设备的可靠性降低以及负载之间的电磁兼容性降低。电流谐波频率也在诸如遭遇主要由涡流引起的磁滞损耗的电机这样的不同电气设备中产生问题。这些磁滞损耗导致电机芯的升温增加，这使电机的寿命缩短并且导致振动增加以及噪音水平增加。因电流谐波频率产生并与之相关的其他问题是本领域的技术人员公知的。以上问题是公认的并且是诸如IEEE标准519-1992即电力系统谐波控制的推荐实践和要求(RecommendedPracticesandRequirementsforHarmonicControlinElectricalPowerSystems)这样的标准中可见的谐波控制职责分工的基础。具体地，以上标准建议：(1)控制注入系统中的谐波电流量在最终用途应用时代替；以及(2)在假定谐波电流注入在合理限制内的情况下，由控制系统阻抗的实体实施电压失真控制，实体通常是公用设施。在本领域中已开发出用于消除谐波电流及其效应的多个系统、其部件和装置。这些系统、部件和装置的示例包括：电力系统线路电抗器(包括空气芯电抗器、铁芯电抗器)、谐振LC滤波器、串联、线路AC扼流圈、有源滤波器、混合滤波器、并联无源滤波器、串联无源滤波器、Z字形变压器和变压器负载分接开关，还有其他。电力系统电抗器经常与电阻器和电容器结合进行使用，以形成无源谐波滤波器。这些频率电力系统电抗器通常是铁芯或空气芯。无源谐波滤波器通常被设计为包括设置在电源线和电气地之间的多个并联连接的串联谐振电路。每个无源谐波滤波器被调谐成期望被抑制的特定不需要的谐波电流频率，由此不允许不需要的谐波频率传播到公用电网。为了滤除高次谐波频率，通常使用高通滤波器。由于使得难以适当进行谐波电流滤波的那些经协调无源谐波滤波器的设计的低谐波阻抗，导致诸如图1中示出的现有技术的经调谐无源谐波滤波器会因来自连接到同一网络的公用电网和/或其他非线性负载的谐波电流而容易过载。通过变速器机构的实现方式部分解决这个问题，但是这些机构曾经存在并且仍然存在重大问题。例如，变速器经常变热，因为它们的设计尚未被适当实现以便应对电网的输入谐波。现有技术已广泛地描述了经调谐无源谐波滤波器的改进设计和使用。在例如美国专利3,555,291的图1、美国专利5,444,609的图3和图5中示出了该现有技术的示例。这些图例示了现有技术的经调谐和经串联调谐的高通谐波滤波器。滤波器元件中的每个被调谐至期望被消除的特定谐波频率。这些现有技术机构中的大多数还被专门设计成避免从配电系统输入的谐波，该配电系统通过添加与配电系统电力相位能量线串联的诸如本公开的图2中所示的功率去耦电抗器而具有将本地设施电气系统与公用电网隔离的效果。其他现有技术的机构被设计成从用于专门为非地的线性电负载供电的配电系统输入谐波。在美国专利公开2012/0313728的图1A、图1B、图2、图3、图4、图5和图6中例示了该现有技术的示例。在这些实施方式中，线性电负载是经调谐无源谐波滤波器系统的一部分并且据称捕获谐波，并且还据称，线性负载的非限制性示例可以是将扭矩施加到恒定(时间不变量)机械负载和电阻式照明和加热元件的AC感应电机。该系统的主要缺点是，如果从电力公司输入的总谐波电流值不断变化，则被供电的线性电负载必须能够接受谐波电流的极大的最大峰值，因为这是使用并驱动输入的总谐波电流的唯一电气路径。所公开系统的另一个缺点是，该供电系统的有效使用限于几个线性负载，而大多数现代工业设施的特征在于非线性负载的广泛应用。另外，另一个缺点是，线性电负载的阻抗必须保持恒定，因为阻抗的任何变化都将使无源谐波滤波器失谐，使得它们在输入它们被设计用于的特定谐波电流时不可用。尽管现有技术中存在许多电力系统电抗器和无源谐波滤波器的设计，但是它们存在许多缺点。诸如图2中所示的经调谐无源谐波滤波器系统被专门设计用于避免从配电系统输入谐波，因此通过添加与配电能量线串联的极大的高功率电抗器(图2中的元件210)将本地设施电气系统与公用电网隔离。因为大多数时候传统的无源谐波滤波器将要处理大电流，所以如图2中所示，通常选择空气芯电抗器110作为要使用的选择。然而，空气芯电抗器是由大线圈制成的极大单元。空气芯电抗器也必须在户外被放置在大型铝结构上(钢结构会影响单元的磁性能，所以它们是不可用的)。空气芯电抗器也非常贵，并且维护、检查和维修变复杂。如果用铁芯电抗器110制造诸如图2中所示的无源谐波滤波器，则若太多的谐波电流流过电抗器，电抗器会容易地变得过载和饱和。对于高频电流尤其如此，并且这导致电抗减小；因此，在磁性芯达到饱和之前，可以在磁性材料中产生大量的磁通量，并且线圈返回空气芯。另外，由于因沿着芯的涡流流动引起铁芯过热，所以铁芯电抗器容易受损并不罕见。因此，诸如图2中所示的传统经调谐无源谐波滤波器没有输入在公用电网中流动的谐波电流，结果，错过了利用这种能量而有利于终端客户的机会。因此，在本领域中需要提供不是极大单元的谐波滤波器。本领域中还需要提供不需要在室外放置在大型结构上的谐波滤波器。本领域中还需要提供不太贵的谐波滤波器，同时提供更容易的维护、检查和维修是复杂的。此外，需要提供没有由于因涡流沿着芯流动引起诸如伴随铁芯电抗器这样的芯过热而容易受损的谐波滤波器。另外，需要提供输入在公用电网中流动的谐波电流的谐波滤波器芯电抗器，结果提供了利用该能量的机会。此外，需要提供在从公用电网输入的过多谐波电流流过电抗器时不容易变得过载和饱和的谐波滤波器。本公开的谐波滤波器满足这些需要和其他需要。本公开的谐波滤波器提供诸如比空气芯电抗器小的许多优点，因为半非磁性芯具有比空气高的磁导率。更紧凑的尺寸改善了空间的使用，从而实现了方便和清洁的安装。本公开的谐波滤波器还消除了铁磁性芯的非期望特性(涡流损耗、滞后、饱和等)。半非磁性芯电抗器周围的任何钢结构几乎不影响线圈的电感值。半非磁性芯的磁通未饱和，因此电抗值没有变化。半非磁性芯可以被安装在室内设施中。本公开的谐波滤波器由于其尺寸和重量而为高压、超高压和/或大电流应用提供了极好的选择。本公开的谐波滤波器还降低了导线的增大载流量(导线承载电流的能力)的要求，并且由于缺少涡流沿着芯的流动而在内部冷却方面更好。另外，与空气芯和铁芯抵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用在芯电抗器中的半非磁性线轴，该半非磁性线轴包括：/n非金属中心部分，该中心部分具有长度和两个端部，其中，所述中心部分包括中空芯并且具有设置在每个端部处以便能触及所述中空芯的开口；以及/n非金属凸缘，该凸缘设置在每个端部处，其中，每个凸缘都具有被确定尺寸并被配置成与每个端部处的所述开口重合以便触及所述中空芯的开口，其中，每个凸缘都具有远离所述中心部分设置的部分，并且其中，至少一个凸缘具有设置在远离所述中心部分设置的所述部分中的至少一个穿通孔。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20161221 US 15/386,7971.一种用在芯电抗器中的半非磁性线轴，该半非磁性线轴包括：
非金属中心部分，该中心部分具有长度和两个端部，其中，所述中心部分包括中空芯并且具有设置在每个端部处以便能触及所述中空芯的开口；以及
非金属凸缘，该凸缘设置在每个端部处，其中，每个凸缘都具有被确定尺寸并被配置成与每个端部处的所述开口重合以便触及所述中空芯的开口，其中，每个凸缘都具有远离所述中心部分设置的部分，并且其中，至少一个凸缘具有设置在远离所述中心部分设置的所述部分中的至少一个穿通孔。


2.根据权利要求1所述的半非磁性线轴，其中，所述中心部分的形状为大体圆柱形。


3.根据权利要求1所述的半非磁性线轴，其中，所述中心部分被设计和配置成接受围绕所述中心部分的由线形成的绕组。


4.根据权利要求1所述的半非磁性线轴，其中，所述中心部分的所述中空芯被设计和配置成接受贯穿所述中心部分的所述中空芯的管、电缆或被包住的多条线。


5.根据权利要求1所述的半非磁性线轴，其中，每个凸缘都具有大体圆形板状配置。


6.根据权利要求1所述的半非磁性线轴，其中，每个凸缘被设计和配置成充当止动件以将所述绕组限于所述中心部分的所述长度。


7.根据权利要求1所述的半非磁性线轴，其中，每个凸缘的所述开口被设计和配置成接受贯穿每个凸缘的所述开口的管、电缆或被包住的多条线。


8.根据权利要求1所述的半非磁性线轴，其中，所述至少一个穿通孔优选地被设计和配置成为围绕所述中心部分的由线形成的绕组提供入口点和/或出口点。


9...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·内格雷特·赫尔南德兹，
申请(专利权)人：J·E·内格雷特·赫尔南德兹，
类型：发明
国别省市：墨西哥;MX