一种电容量可调节的心子单元结构及调节方法与流程

1.本发明属于高压电容器技术领域，具体涉及一种电容量可调节的心子单元结构及调节方法。


背景技术：

2.高压电容器是电容式电压互感器的主要部件，电容式电压互感器是电力系统中的主要设备，主要用于电压测量、无功补偿、滤波、载波通信等方面。由于高压电容器的电容量随温度的变化而变化，当电容量变化过大时，会造成精度超差，保护误动作等情况发生。对于套管类电容器产品，电容量随温度的升高而变化，有些产品随温度升高电容量会降低，有些产品随温度升高电容量增加，这些增加或降低的幅度随着产品结构、材料等的不同也会有不少的差异。因此需要寻找一种根据温度的不同能连续调节产品的电容量实现动态平衡。目前，有利用扩张器的变化粗略调整电容量的方法，该方法不能精确补偿电容量，并且其结构复杂，不便于应用于不同种类产品上。
3.其中，实用新型专利cn110763357a公开了一种电容式温度传感器及使用方法，该温度传感器由感温包、毛细管、波纹管、底座、感温工质、电容器左极板和电容器右极板构成，该专利是利用温度的影响来改变电容量，与本技术设计思路不同。专利cn112635196a公开了一种降低电容器温度系数的装置及方法，该专利通过扩张器改变电容器心子高度尺寸(即心子压紧系数)来压缩或放大其内部各个电容元件的极板间距，从而实现心子电容量的调节，进而实现自动降低电容器温度系数。该专利是利用温度改变时电容器本身的体积的改变和波纹管体积的变化，是一种无反馈的控制。专利cn213070843u公开了一种带有绝缘油保护装置的电容式电压互感器，通过设置金属波纹管，确保散热效果好，对壳体内充氮气或二氧化碳等气体，进行惰性气体保护，避免空气中氧气氧化绝缘油。该专利虽然在电容器的顶部设置有波纹管，但该波纹管的作用在于确保散热效果，而没有涉及通过波纹管来控制电容器的高度，进而影响电容器的电容量。针对上述现有技术存在的问题，因此有必要提出改进。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题：提供一种电容量可调节的心子单元结构及调节方法，本发明采用丝杠旋转补偿由于温度变化而造成电容量的变化，是一种根据环境温度通过机械传动系统主动调整电容量的结构，能够实现高精度动态调节控制产品电容量，消除温度带来的影响，实现负反馈控制，确保控制精度。
5.本发明采用的技术方案：一种电容量可调节的心子单元结构，包括外套管，所述外套管下部固定连接有下盖，所述外套管内部装有心子，所述心子上部通过固定在外套管内腔上部的固定夹板限位，所述心子下部固定连接有法兰盘，所述法兰盘下部设有波纹管，所述波纹管上端套在法兰盘上，所述波纹管下端固定在下盖上；所述下盖下部固定有丝杠伺服电机，所述丝杠伺服电机的丝杠穿入下盖并穿过波纹管与法兰盘固定连接。
6.对上述技术方案的进一步限定，所述心子是由多个电容元件通过串联和并联的方式连接组成。
7.对上述技术方案的进一步限定，所述波纹管是采用不锈钢板冲压成的波纹状结构。
8.对上述技术方案的进一步限定，所述心子两侧通过竖直固定在套管内的竖限位撑条限位；所述心子两侧均竖直设有竖限位撑条，所述竖限位撑条下端固定在下盖上，所述竖限位撑条上端与固定夹板固定连接；所述固定夹板和竖限位撑条均采用塑料板材制成。
9.对上述技术方案的进一步限定，所述外套管下端与下连接法兰内孔通过浇筑结构连接，所述下连接法兰与下盖之间通过螺钉固定连接。
10.对上述技术方案的进一步限定，所述下盖上设有用于丝杠伺服电机的丝杠间隙穿过的孔。
11.对上述技术方案的进一步限定，所述丝杠伺服电机具备自锁结构，所述丝杠伺服电机具备根据驱动信号脉冲量的大小控制转动角度。
12.一种电容量可调节的心子单元结构的调节方法，包括以下步骤：
13.1)确定心子电容量与丝杠伺服电机转动角度即脉冲信号的关系，具体通过以下公式确定：
14.c'＝c
×
(((n
×h×
k)/(2
×
nc
×
nq) bk)/bk)
15.其中，c'—为电容量的变化量
16.c—电机复位时的基准电容量
17.h—单个脉冲信号对应丝杠的移动量
18.n—触发的总脉冲信号
19.bk
‑‑
产品在私服电机初始条件下的极板间的初始距离，单位mm
20.nc—电容元件串联的元件个数
21.nq—元件的圈数
22.k—考虑到心子除了元件外，还有衬垫、引线部件，增加的修正系数，取0.85～0.9；
23.2)不同结构的电容器有不同的温度系数，当温度变化某一值时，心子电容量也将变化一定的数值，其中心子电容量与电容温度之间的关系通过以下公式确定，
24.c'＝t'
×a25.其中：c'—-电容量的变化量
26.t’—温度的变化量
27.a
‑‑
电容器的温度系数，通过试验测定；
28.3)通过在电容器上设置温度传感器采集电容器温度变化量；根据温度变化量通过步骤2)计算出心子电容量变化；通过步骤1)计算出电容量的变化量和丝杠伺服电机的调节量的关系；然后丝杠伺服电机根据计算的调节量利用脉冲信号转换为电机旋转，使得丝杠通过螺纹将旋转运动转为为高度方向的直线运动，使得心子在高度方向伸长或压缩，使心子的电容量改变一定值，实现电容量的补偿调节，使电容量的补偿量抵消了由于温度而产生的改变；同时，所述波纹管随着丝杠的移动其高度也做相应的改变。
29.上述调节方法适用于电容温度系数是正或者是负的高压电容器；
30.对于正电容温度系数的高压电容器，温度升高，根据温度变换量，通过步骤2)和步
骤1)计算出电容量的变化量和丝杠伺服电机的调节量的关系，然后丝杠伺服电机顺时针转动使心子伸长对应长度而实现电容量的调节；
31.对于负电容温度系数的高压电容器，温度升高，根据温度变换量，通过步骤2)和步骤1)计算出电容量的变化量和丝杠伺服电机的调节量的关系，然后丝杠伺服电机逆时针转动使心子缩短对应长度而实现电容量的调节。
32.上述调节方法也适用于心子中的电容元件既有并联又有串联的结构，或者心子全为并联的结构。
33.本发明与现有技术相比的优点：
34.本方案采用丝杠旋转方式补偿由于温度变化而造成电容量的变化，是一种根据环境温度通过机械传动系统主动调整电容量的结构，能够实现高精度动态调节控制产品电容量，消除温度带来的影响，可实现负反馈控制，确保控制精度。
附图说明
35.图1为本发明的立体结构示意图；
36.图2为本发明内部结构主视图；
37.图3为本发明内部结构左视图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
40.请参阅图1-3，详述本发明的实施例。
41.一种电容量可调节的心子单元结构，包括外套管1，所述外套管1下部固定连接有下盖5，所述外套管1下部通过下连接法兰4与下盖5固定连接，所述下连接法兰4与下盖5之间通过螺钉固定连接，所述外套管1下端与下连接法兰4内孔通过浇筑结构连接。所述外套管1内部装有心子2，所述心子2是由多个电容元件通过串联和并联的方式连接组成。
42.所述心子2上部通过固定在外套管1内腔上部的固定夹板3限位。所述心子2两侧通过竖直固定在套管1内的竖限位撑条6限位，具体的，所述心子2两侧均竖直设有竖限位撑条6，所述竖限位撑条6下端固定在下盖5上，所述竖限位撑条6上端与固定夹板3固定连接。所述固定夹板3和竖限位撑条6均采用塑料板材制成。
43.所述心子2下部固定连接有法兰盘7，所述法兰盘7下部设有波纹管8，优选的，所述波纹管8是采用不锈钢板冲压成的波纹状结构，具备伸缩和密封特性。所述波纹管8上端套在法兰盘7上，所述波纹管8下端固定在下盖5上。所述下盖5下部固定有丝杠伺服电机9，所
述丝杠伺服电机9的丝杠穿过下盖5并穿入波纹管8顶到法兰盘7上。所述下盖5上设有用于丝杠伺服电机9的丝杠穿入的孔。丝杠伺服电机9中的丝杠在没有输入信号时可以实现自锁能力。所述丝杠伺服电机9具备根据驱动信号脉冲量的大小控制转动角度。
44.一种电容量可调节的心子单元结构的调节方法，包括以下步骤：
45.1)确定心子2电容量与丝杠伺服电机9转动角度即脉冲信号的关系，具体通过以下公式确定：
46.c'＝c
×
(((n
×h×
k)/(2
×
nc
×
nq) bk)/bk)
47.其中，c'—为电容量的变化量
48.c—电机复位时的基准电容量
49.h—单个脉冲信号对应丝杠的移动量
50.n—触发的总脉冲信号
51.bk
‑‑
产品在私服电机初始条件下的极板间的初始距离，单位mm
52.nc—电容元件串联的元件个数
53.nq—元件的圈数
54.k—考虑到心子除了元件外，还有衬垫，引线等部件而增加的修正系数，取0.85～0.9；
55.2)不同结构的电容器有不同的温度系数，当温度变化某一值时，心子2电容量也将变化一定的数值，其中心子2电容量与电容温度之间的关系通过以下公式确定，
56.c'＝t'
×a57.其中：c'—-电容量的变化量
58.t’—温度的变化量
59.a
‑‑
电容器的温度系数，通过试验测定；
60.3)通过在电容器上设置温度传感器采集电容器温度变化量；根据温度变化量通过步骤2)计算出心子2电容量变化；通过步骤1)计算出电容量的变化量和丝杠伺服电机9的调节量的关系；然后丝杠伺服电机9根据计算的调节量利用脉冲信号转换为电机旋转，使得丝杠通过螺纹将旋转运动转为为高度方向的直线运动，使得心子2在高度方向伸长或压缩，使心子2的电容量改变一定值，实现电容量的补偿调节，使电容量的补偿量抵消了由于温度而产生的改变；同时，所述波纹管8随着丝杠的移动其高度也做相应的改变。
61.该调节方法适用于电容温度系数是正或者是负的高压电容器。
62.由于高压电容器的绝缘介质由聚丙烯薄膜和电容器纸组成，他们不同组合对应的电容温度系数是不同的。如果电容温度系数为正时，当温度升高时，电容量也增加，此时应该通过外部机械结构动作降低对应的电容量。反之亦然。
63.对于正电容温度系数的高压电容器，温度升高，根据温度变换量，通过步骤2)和步骤1)计算出电容量的变化量和丝杠伺服电机9的调节量的关系，然后丝杠伺服电机9顺时针转动使心子2伸长对应长度而实现电容量的调节；
64.对于负电容温度系数的高压电容器，温度升高，根据温度变换量，通过步骤2)和步骤1)计算出电容量的变化量和丝杠伺服电机9的调节量的关系，然后丝杠伺服电机9逆时针转动使心子2缩短对应长度而实现电容量的调节。
65.该调节方法也适用于心子2中的电容元件既有并联又有串联的结构，或者心子2全
为并联的结构。有时，根据用户对电容量的不同要求，心子中的元件需要并联后再串联，或者全部串联，或者全部并联。如对于某个心子元件为100个，结构是2并50串，其心子电容量的调节就可以按照步骤1)和步骤2中的公式计算。其与全串联结构的差异在于系数k的取值不同。
66.使用前，可根据不同结构产品，统计不同温度下，产品心子高度需要调节的量或者私服电机需要转动的角度。后期使用时根据测试的产品温度直接进行调节。
67.其中调节方式有以下几种：
68.一种控制方式为，可以通过在电容器上设置传感器采集温度，工作人员根据温度变化计算出温度变化量和伺服电机的调节量的关系。然后丝杠伺服电机9通过计算数据转动，使得丝杠在高度方向移动，波纹管8随着丝杠的移动，其高度也做相应的改变，最终使得心子2在高度方向伸长或压缩，使心子的电容量将改变一定值(相当于改变了平板电容器之间的距离)，最终实现产品电容量的补偿，从而使得电容量的补偿量抵消了由于温度而产生的改变。
69.另一种控制方式，也可在本发明的基础上增加自动控制系统，丝杠伺服电机9根据控制系统检测的产品温度和电容量确定转动幅度。控制系统由驱动电机的模块、温度检测以及控制器组成。具体操作方式：控制器上有温度测试模块和电容记录模块(可扩展电容量在线测试模块)，首先记录电容器在不同温度下保持电容量不变的调节量。将记录多个点的数据传送到控制器中，并对数据进行分析，根据拟合结果生成控制数据。在产品运行时，利用温度传感器测试产品的温度，控制器根据已有的数据计算出合适的调节量，向丝杠伺服电机9发送脉冲信号，丝杠伺服电机9转动若干角度，此时由于转动使得丝杠在高度方向移动，波纹管8随着丝杠的移动，其高度也做相应的改变，最终使得心子在高度方向伸长或压缩，心子的电容量将改变了一定值，最终实现产品电容量的补偿，从而使得电容量的补偿量抵消了由于温度而产生的改变。
70.在日常检修时，可以通过再次测试电容量对该温度下的丝杠位移进行修正，从而保证产品电容量控制在一个很精确的范围内。
71.总之，本发明采用丝杠旋转补偿由于温度变化而造成电容量的变化，是一种根据环境温度通过机械传动系统主动调整电容量的结构，能够实现高精度动态调节控制产品电容量，消除温度带来的影响，实现负反馈控制，确保控制精度。
72.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
73.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。