[發明專利]一種振蕩波系統用空心電抗器設計方法

有效

• 申請號: 201810959109.6
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109239544B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 郭飛飛;王彤;李朋;姚雀;閆金勝
• 申請（專利權）人: 珠海華網科技有限責任公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R31/08
• 代理公司: 南寧深之意專利代理事務所(特殊普通合伙) 45123
• 代理人: 徐國華

1.一種振蕩波系統用空心電抗器設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，獲取電抗器的導線參數和電感參數；所述的導線參數包括導線直徑d、漆包厚度r₁、線材密度η、電阻率γ和介質磁導率μ；所述的電感參數包括繞線層間距r₂、骨架半徑r、繞線層數N、每層匝數M和精確度ζ；

步驟二，計算電抗器中每匝線圈的自感和各匝線圈間的互感；

每匝線圈的自感和各匝線圈間的互感的計算步驟具體為：

(1)首先引入第一類完全橢圓積分K和第二類完全橢圓積分E，其具體表示為：

其中：為在角度積分變量，k為模數；

(2)引入參數a_x、b_x和c_x，并且設定其初值分別為a₀＝1，c₀＝a₀²-b₀²；

(3)對于循環變量x＝1，2，…，P，依次按下式進行迭代計算：

(4)當c_P小于ζ時，可按下式直接計算K和E的值：

由于K和E只與模數k相關，所以K和E可以表示成：

(5)第i層j匝線圈和第n層m匝線圈的細導線圓環共軸，且互相平行，當n＝i，同時m＝j時，兩匝線圈為同一匝線圈，線圈半徑為R_ij，

其中i＝1，2，……，N；j＝1，2，……，M；

以第i層j匝線圈的細導線圓環為坐標系原點，建立柱坐標系，當流經線圈的電流值為I時，空間中存在一點P(ρ_P，φ_P，z_P)，考慮到環形載流線圈的對稱性，環形載流線圈在P點產生的向量磁位與角度φ_P無關，以下在ρOz平面對P點進行討論，整個環形載流線圈在P點產生的向量磁位為：

其中μ₀為真空磁導率，α為對環形載流線圈積分的極角；為第i層j匝線圈在P點產生的向量磁位的單位向量，其方向與向量磁位方向相同；

為了將上式化成橢圓積分，作如下的變量代換，令α＝π+2θ，dα＝2dθ，cosα＝2sin²θ-1，模數k為：

由于半徑為R_ij的線圈具有導線半徑為該環形線圈中的電流可以看成集中于其軸線上的電流I，同理，按計算向量磁位表達式方式得出電流在線圈半徑為內側邊線l₀上的向量磁位

為向量磁位的單位向量，其方向與向量磁位方向相同；

由于，在半徑為內側邊線l₀上，此處z＝0，模數k₁為：

穿過閉合邊線l₀所圍面積中的磁通Φ為：

為角向量的積分變量；

第i層j匝線圈的外自感為：

第i層j匝線圈的內自感為：

則單個線圈的自感Q_ij為：

對應第i層j匝線圈繞線長度L_ij為：

L_ij＝2πR_ij；

(6)第i層j匝線圈和第n層m匝線圈的細導線圓環共軸，且互相平行，并且n和i、以及m和j不同時相等時，第i層j匝線圈的半徑為R_ij，

其中i＝1，2，……，N；j＝1，2，……，M；

第n層m匝線圈的半徑為R_nm，

其中n＝1，2，……，N；m＝1，2，……，M；

環平面相距h_{ij_nm}，

當第i層j匝線圈有電流I_a時，參照計算向量磁位表達式方式得出第n層m匝線圈上任一點處的向量磁位為

為向量磁位的單位向量，其方向與向量磁位方向相同；

模數k₂為：

由I_a產生與第n層m匝線圈所交鏈的磁通Φ_a為：

為角向量的積分變量；

同理，對于第n層m匝線圈存在電流I_b，由I_b產生與第i層j匝線圈所交鏈的磁通Φ_b為：

則第i層j匝線圈和第n層m匝線圈之間的互感H_{ij_nm}為：

步驟三，計算電抗器的總電感值W，總電感值W包括線圈的自感總和與互感總和，即

步驟四，計算電抗器中線圈的總繞線長度L、總繞線重量G和總電阻值R，即

步驟五，從計算總電感值W、總繞線長度L、總繞線重量G和總電阻值R的關系式可知，總電感值W的大小與骨架半徑r、漆包厚度r₁、繞線層間距r₂、繞線層數N、每層匝數M、導線直徑d相關，通過調整骨架半徑r、漆包厚度r₁、繞線層間距r₂、繞線層數N、每層匝數M和導線直徑d的大小可以設定出給定具有特定總電感值的電抗器；

總繞線長度L的大小與骨架半徑r、漆包厚度r₁、繞線層間距r₂、繞線層數N、每層匝數M、導線直徑d相關，通過調整骨架半徑r、漆包厚度r₁、繞線層間距r₂、繞線層數N、每層匝數M和導線直徑d的大小可以設定出給定具有特定總繞線長度的電抗器；

總繞線重量G的大小與骨架半徑r、漆包厚度r₁、繞線層間距r₂、繞線層數N、每層匝數M、導線直徑d、線材密度η相關，通過調整骨架半徑r、漆包厚度r₁、繞線層間距r₂、繞線層數N、每層匝數M、導線直徑d和線材密度η的大小可以設定出給定具有特定總繞線重量的電抗器；

總電阻值R的大小與骨架半徑r、漆包厚度r₁、繞線層間距r₂、繞線層數N、每層匝數M、導線直徑d、電阻率γ相關，通過調整骨架半徑r、漆包厚度r₁、繞線層間距r₂、繞線層數N、每層匝數M、導線直徑d和電阻率γ的大小可以設定出給定具有特定總電阻值的電抗器。