故障电流限制器

摘要

提供一种故障电流限制器，包括能磁性饱和的芯。第一芯包括：第一支腿；第二支腿，在第二支腿上卷绕有第一AC线圈；第三支腿，在第三支腿上卷绕有第二AC线圈，第一和第二AC线圈串联卷绕并且连接至第一相AC源；以及第四支腿。第一磁性偏压单元布置成在第一支腿和第二支腿中产生具有第一通量方向的第一闭合磁路，并且第二线圈布置成在第四支腿和第三支腿中产生具有第二通量方向的第二闭合磁路，其中第一通量方向与第二通量方向相反。第一和第二AC线圈布置成在第二和第三支腿中产生在AC通量方向上的第一闭合AC磁路，该AC通量方向随着每个AC半周期交替。

权利要求

1.一种故障电流限制器，包括能磁性饱和的第一芯，所述第一芯包括：

第一支腿；

第二支腿，在所述第二支腿上卷绕有第一AC线圈；

第三支腿，在所述第三支腿上卷绕有第二AC线圈，所述第一AC线圈和所述第二AC线圈串联卷绕并且连接至第一相AC源；

第四支腿；

其中所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿依序布置，其中所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿的第一端部通过第一轭状件结合，并且所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿的第二端部通过第二轭状件结合；

第一磁性偏压单元，布置成在所述第一支腿和所述第二支腿中产生具有第一通量方向的第一闭合磁路；并且第二磁性偏压单元，布置成在所述第四支腿和所述第三支腿中产生具有第二通量方向的第二闭合磁路，其中，所述第一通量方向与所述第二通量方向相反；

其中所述第一AC线圈和所述第二AC线圈布置成在所述第二支腿和所述第三支腿中产生第一闭合AC磁路，所述第一闭合AC磁路沿随着每个AC半周期交替的AC通量方向。

2.根据权利要求1所述的故障电流限制器，其中，所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿在相同的方向上定向。

3.根据权利要求2所述的故障电流限制器，其中，所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿竖直地布置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的故障电流限制器，其中，所述第一轭状件和所述第二轭状件在相同的方向上定向。

5.根据权利要求4所述的故障电流限制器，其中，所述第一轭状件和所述第二轭状件水平地布置。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的故障电流限制器，其中，所述第一磁性偏压单元包括卷绕在所述第一支腿上的第一DC线圈，并且所述第二磁性偏压单元包括卷绕在所述第四支腿上的第二DC线圈。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的故障电流限制器，其中，所述故障电流限制器还包括卷绕在所述第二支腿上的第三AC线圈以及卷绕在所述第三支腿上的第四AC线圈，所述第三AC线圈和所述第四AC线圈串联卷绕并且连接至第二相AC源，其中所述第三AC线圈和所述第四AC线圈布置成在所述第二支腿和所述第三支腿中产生第二闭合AC磁路，所述第二闭合AC磁路沿随着每个AC半周期交替的AC通量方向。

8.根据权利要求7所述的故障电流限制器，其中，所述故障电流限制器还包括卷绕在所述第二支腿上的第五AC线圈以及卷绕在所述第三支腿上的第六AC线圈，所述第五AC线圈和所述第六AC线圈串联卷绕并且连接至第三相AC源，其中所述第五AC线圈和所述第六AC线圈设置成在所述第二支腿和第三支腿中产生第三闭合AC磁路，所述第三闭合AC磁路沿随着每个AC半周期交替的AC通量方向。

9.根据权利要求8所述的故障电流限制器，其中，所述第一AC线圈、所述第三AC线圈、所述第五AC线圈依序布置在所述第二支腿上，并且所述第二AC线圈、所述第四AC线圈、所述第六AC线圈依相反的顺序布置在所述第三支腿上。

10.根据权利要求8或9所述的故障电流限制器，其中，用于每个相AC源的所述AC线圈成对地构造，使得所述AC线圈的对中的至少一对相对于用于每个相的AC线圈对中的其余AC线圈对表现出不平衡磁阻。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的故障电流限制器，其中，所述第二支腿具有比所述第一支腿和所述第四支腿更小的截面，并且所述第三支腿具有比所述第一支腿和所述第四支腿更小的截面。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的故障电流限制器，还包括布置成容纳所述第一芯的罐，所述罐部分或全部地填充有介电流体。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的故障电流限制器，还包括能磁性饱和的第二芯以及能磁性饱和的第三芯，所述第二芯和所述第三芯均包括：第一支腿；

第二支腿，在所述第二支腿上卷绕有第一AC线圈；

第三支腿，在所述第三支腿上卷绕有第二AC线圈，所述第一AC线圈和所述第二AC线圈串联卷绕；

第四支腿，其中所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿依序布置，其中所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿的第一端部通过第一轭状件结合，并且所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿的第二端部通过第二轭状件结合；

第一磁性偏压单元，布置成在所述第一支腿和第二支腿中产生具有第一通量方向的第一闭合磁路；以及第二磁性偏压单元，布置成在所述第四支腿和第三支腿中产生具有第二通量方向的第二闭合磁路，其中，所述第一通量方向与所述第二通量方向相反，其中所述第一AC线圈和所述第二AC线圈布置成在所述第二支腿和所述第三支腿中产生第一闭合AC磁路，所述第一闭合AC磁路沿随着每个AC半周期交替的AC通量方向，其中所述第二芯的所述第一AC线圈和所述第二AC线圈连接至第二相AC源，并且所述第三芯的所述第一AC线圈和所述第二AC线圈连接至第三相AC源。

14.根据权利要求13所述的故障电流限制器，其中，所述第二芯和所述第三芯的所述第二支腿具有比所述第二芯和所述第三芯的所述第一支腿和所述第四支腿更小的截面，并且所述第二芯和所述第三芯的所述第三支腿具有比所述第二芯和所述第三芯的所述第一支腿和所述第四支腿更小的截面。

15.根据权利要求13所述的故障电流限制器，其中，所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯布置在相同的罐中，所述相同的罐部分或全部地填充有介电流体。

16.根据权利要求13所述的故障电流限制器，其中，所述第二芯和所述第三芯的所述第一磁性偏压单元分别包括卷绕在相应的所述第一支腿上的第一DC线圈，并且所述第二芯和所述第三芯的所述第二磁性偏压单元分别包括卷绕在相应的所述第四支腿上的第二DC线圈。

17.根据权利要求13所述的故障电流限制器，其中，第一共用DC线圈卷绕在所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯上，以提供所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯的所述第一磁性偏压单元，并且第二共用DC线圈卷绕在所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯上，以提供所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯的所述第二磁性偏压单元。

18.根据权利要求15所述的故障电流限制器，其中，所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯是分离的。

19.根据权利要求18所述的故障电流限制器，其中，所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯竖直地或水平地布置在所述相同的罐中。

20.根据权利要求18所述的故障电流限制器，其中，所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯布置在单独的罐中，每个罐部分或全部地填充有介电流体。

说明书

故障电流限制器

[0001] 本发明涉及一种故障电流限制器（fault current limiter，FCL）。

[0002] 电力系统中的故障是不可避免的。从电源流至故障位置的故障电流导致在设备（例如，架空线路、缆线、变压器和开关设备）上产生的高动态热应力。

[0003] 传统断路器技术不能提供对与这种故障相关的电流进行选择性阻断的完整的解决方案。发电量和耗电量的增长以及网络间增加的互连导致故障电流电平（level，等级）的增大。特别地，发电量的持续增长具有这样的结果，即网络到达或甚至超过就其短路承受能力而言的极限。因此，存在对于能够限制故障电流的装置的需要。

[0004] 由于输送和配送网络扩张以解决增大能量需求和发电电源同间歇性电源连接，短路电流升高。这些可能导致电力中断，设备损坏以及大规模中断，据估计这些每年耗费数十亿美元。为了限制故障电流的影响，公用工程操作工传统上需要借助网络分段以及安装昂贵且有损耗的保护装置，诸如串联扼流圈、电容器、高速断路器和高阻抗变压器。这样的解决方案以能量效率和网络稳定性的总体降低为代价。

[0005] 故障电流限制器（FCL）的使用允许使得即使预期故障电流超过其额定峰值和短时耐受电流时设备仍保持工作。因此，设备（包括断路器）的替换可被避免或者推迟到以后。

[0006] 可以各种形式提供故障电流限制器（FCL）。一种类型的故障电流限制器包括完全磁化（饱和）的铁芯。这样的故障电流限制器通常具有卷绕在铁芯上的一个或多个AC线圈，其中通过处于正常工作状态下的DC偏压线圈使铁芯保持在饱和状态。AC线圈连接至栅格（grid），并且线圈在正常工作状态下被保持为饱和，使得在正常运行过程中FCL对于栅格而言是几乎通透的（transparent）。

[0007] 在故障状态（例如短路）下，电流的激增将增加AC线圈上的电流，导致铁芯的去饱和。由于铁芯的去饱和，阻抗将升高，从而起到限制AC线圈上电流的作用。饱和芯和AC、DC线圈的各种布置是可能的。在WO2007/029224中描述了现有技术的饱和芯FCL的实例。

[0008] 本发明旨在提供一种与传统布置相比具有改进的性能的FCL。

[0009] 根据本发明的第一方面，提供了一种故障电流限制器，包括第一能磁性饱和的芯，该第一芯包括：第一支腿；第二支腿，在第二支腿上卷绕有第一AC线圈；第三支腿，在第三支腿上卷绕有第二AC线圈，第一和第二AC线圈串联卷绕并且连接至第一相AC源；第四支腿；其中第一、第二、第三、第四支腿依序布置，其中第一、第二、第三、第四支腿的第一端部通过第一轭状件结合，并且第一、第二、第三、第四支腿的第二端部通过第二轭状件结合；第一磁性偏压单元布置成在第一支腿和第二支腿中产生具有第一通量方向的第一闭合磁路；第二磁性偏压单元布置成在第四支腿和第三支腿中产生具有第二通量方向的第二闭合磁路，其中，第一通量方向与第二通量方向相反；其中第一和第二AC线圈布置成在第二和第三支腿中产生沿AC通量方向的第一闭合AC磁路，该AC通量方向随着每个AC半周期交替。

[0010] 第一磁性偏压单元可包括卷绕在第一支腿上的第一DC线圈，第二磁性偏压单元可包括卷绕在第四支腿上的第二DC线圈。在这样的布置中，在一个AC半周期中，第二支腿中的AC通量对抗第二支腿中的DC通量并且第三支腿中的AC通量支持第三支腿中的DC通量，并且在下一个半周期中，第三支腿中的AC通量对抗第三支腿中的DC通量并且第二支腿内的AC通量支持第二支腿内的DC通量。然而，其他实施例可使用用于第一和第二磁性偏压单元的可替换的布置，其中由第一磁性和第二单元在第一和第二闭合磁路上产生的AC通量的对抗/支持作用是相同的。

[0011] 在正常状态下，第一芯的第二和第三支腿是饱和的，并且因此FCL的阻抗是低的。因此，在正常状态下，第二和第三支腿中的AC通量使得第二和第三支腿保持深度的饱和。

[0012] 在故障状态下，AC电流将升高，使得在一个半周期内，AC通量将使得第二支腿脱离饱和并且使得第三支腿较深地进入饱和。使第二支腿脱离饱和的效果是使阻抗升高，这用作限制故障。在下一个半周期中，AC通量使得第三支腿脱离饱和并且使得第二支腿较深地进入饱和，再次用作限制故障。

[0013] 由于闭合AC磁路，该实施例具有改进的故障与正常状态阻抗比。这保证仅通过芯饱和来控制从正常到短路状态的阻抗增大，而不是通过一些传统结构中的组合的芯-空气磁通路来控制。这提供了短路状态下的阻抗的可控制的增大，并且可实现高的阻抗比例（通常远大于5）而引起AC安培匝数的大量增加。

[0014] 换言之，就实现更低阻抗的方面而言，具有闭合AC结构是有益的，具有比传统设计（例如在开路AC设计中使用组合空气/芯磁路的设计）更高的阻抗。此外，由于减少了DC安培匝数和降低了FCL外的DC通量，具有DC磁路的闭合通路也是有益的。

[0015] 芯的第一、第二、第三、第四支腿可在相同的方向上定向。例如，第一、第二、第三、第四支腿可竖直地布置。从制造的角度，将支腿竖直地布置具有这样的优势，即，与使用围绕水平支腿卷绕的传统FCL相比更易于对芯与线圈进行组装。例如，传统FCL中水平布设的DC线圈必须支撑在空中，并且芯层压件必须穿过线圈，一次穿过较少的层压件。在制造过程中这是慢的并且相对不安全。

[0016] 此外，在具有布置在罐（tank）中的水平线圈的FCL中，DC线圈中水平管道内的油运动缺乏在DC线圈内产生热点温度（hot spot temperature）的液压流动。通过竖直支腿可避免该问题，因为热油（较轻的）上升至绕组的顶部，从而由于重力而建立虹吸效应。该油压头驱使油穿过绕组以降低导体温度。换言之，使用竖直定向的绕组提供自然的虹吸效应并且提供用于使油流过绕组的较高的热压头。防止了传统结构的水平定向绕组中油的停滞，降低了绕组温度并且使热点最少。

[0017] 第一和第二轭状件可在相同方向上定向。例如，第一和第二轭状件水平地布置。

[0018] FCL可包括卷绕在第二支腿上的第三AC线圈和卷绕在第三支腿上的第四DC线圈，第三和第四AC线圈串联卷绕并且连接至第二相AC源。第三和第四线圈可布置成在第二和第三支腿中产生沿AC通量方向的第二闭合AC磁路，该AC通量方向随着每个AC半周期交替。此外，FCL还可包括卷绕在第二支腿上的第五AC线圈和卷绕在第三支腿上的第六AC线圈，其中第五和第六AC线圈串联卷绕并且连接至第三相AC源，其中第五和第六线圈布置成在第二和第三支腿中产生沿AC通量方向的第三闭合AC磁路，该AC通量方向随着每个AC半周期交替。

[0019] 在这样的布置中，FCL可用于三相AC电源，其中每个AC相连接至一对或串联连接的AC线圈。第一、第三、第五AC线圈可依序布置在第二支腿上，并且第二、第四、第六AC线圈可依相反的顺序布置在第三支腿上。在一些实施例中，用于每个相AC源的AC线圈可成对构造，使得AC线圈的对中的至少一对相对于用于每个相的AC线圈对中的其余AC线圈表现出不平衡磁阻。在一些实施例中，每个相的AC线圈可卷绕不同的匝数以实现非对称磁阻。在其他实施例中，每个相的AC线圈可布置在内部支腿的不同部分上以实现非对称磁阻。此外，每个相的AC线圈可具有不同的线圈形状以实现非对称磁阻。

[0020] 在一些实施例中，第二和第三支腿可具有比第一和第四支腿更小的截面。

[0021] 在一些实施例中，FCL可进一步包括布置成容纳第一芯的罐，罐可部分或全部地填充有介电流体。

[0022] 在一些小FCL的实施例中，可使用干型绝缘体并且罐/包覆物可以不包括介电流体。

[0023] 在一些实施例中，FCL还可包括第二磁性饱和芯，以及第三磁性饱和芯，第二和第三磁性饱和芯分别包括：第一支腿；第二支腿，在第二支腿上卷绕有第一AC线圈；第三支腿，在第三支腿上卷绕有第二AC线圈，第一和第二AC线圈串联卷绕；第四支腿；其中第一、第二、第三、第四支腿依序布置，其中第一、第二、第三、第四支腿的第一端部通过第一轭状件结合，第一、第二、第三、第四支腿的第二端部通过第二轭状件结合；第一磁性偏压单元布置成在第一支腿和第二支腿中产生具有第一通量方向的第一闭合磁路；并且

[0024] 第二磁性偏压单元布置成在第四支腿和第三支腿中产生具有第二通量方向的第二闭合磁路，其中，第一通量方向与第二通量方向相反；其中第一和第二AC线圈布置成在第二和第三支腿中产生在AC通量方向上的第一闭合AC磁路，该AC通量方向随着每个AC半周期交替。在这样的布置中，第二芯的第一和第二AC线圈可连接至第二相AC源，第三芯的第一和第二AC线圈连接至第三相AC源。因此，这样的布置可提供三相FCL，其中三相中的每个具有一个四支腿的芯。

[0025] 第二和第三芯的第二和第三支腿可具有比第二和第三芯的第一和第四支腿更小的截面。

[0026] 第一、第二、第三芯可布置在相同的罐中，罐部分或全部地填充有电介质。

[0027] 第二和第三芯的第一磁性偏压单元可分别包括卷绕在相应第一支腿上的第一DC线圈，并且第二和第三芯的第二磁性偏压单元可分别包括卷绕在相应第四支腿上的第二DC线圈。

[0028] 在一些实施例中，第一共用DC线圈可卷绕在第一、第二、第三芯上，以提供第一、第二、第三芯的第一磁性偏压单元，并且第二共用DC线圈可卷绕在第一、第二、第三芯的第二支腿上，以提供第一、第二、第三芯的第二磁性偏压单元。

[0029] 在采用三个四支腿的芯的一些实施例中，第一、第二、第三芯可为分离的。第一、第二、第三芯可水平地或竖直地布置在相同的罐中。可替换地，第一、第二、第三芯布置在单独的罐中。罐可部分或全部地填充有介电流体。

[0030] 现将通过实例的方式并参照附图对本发明的实施例进行描述，附图中：

[0031] 图1a和图1b示出了根据本发明的第一实施例的FCL；

[0032] 图2示出了在根据本发明的第一实施例的FCL中产生的磁路的示意图；

[0033] 图3是本发明的第一实施例的AC电流相对时间的曲线图；

[0034] 图4a和图4b示出了本发明第一实施例的初始状态的通量密度（B）的模型和安培匝数/m（H）的模型；

[0035] 图5a和图5b示出了本发明第一实施例的正常工作状态的通量密度（B）的模型和安培匝数/m（H）的模型；

[0036] 图6a和图6b示出了本发明第一实施例的故障状态的通量密度（B）的模型和安培匝数/m（H）的模型；

[0037] 图7a和图7b示出了根据本发明的第二实施例的FCL；

[0038] 图8是本发明的第二实施例的AC电流相对时间的曲线图；

[0039] 图9a和图9b示出了本发明第二实施例初始状态时的通量密度（B）的模型和安培匝数/m（H）的模型；

[0040] 图10a和图10b示出了本发明第二实施例正常工作状态的通量密度（B）的模型和安培匝数/m（H）的模型；

[0041] 图11a和图11b示出了本发明第二实施例的故障状态的开始时的通量密度（B）的模型和安培匝数/m（H）的模型；

[0042] 图12a至图15a和图12b至图15b示出了对于在本发明第二实施例故障状态过程中的各种时段的通量密度（B）的模型和安培匝数/m（H）的模型；

[0043] 图16a和图16b示出了根据本发明的第三实施例的FCL的截面图；

[0044] 图17a和图17b示出了根据本发明的第四实施例的FCL的截面图；

[0045] 图18示出了根据本发明的第五实施例的FCL的截面图；

[0046] 图19示出了根据本发明的第六实施例的FCL的截面图。

[0047] 图1a和图1b示出了本发明的第一实施例。在该实施例中，FCL1具有单个芯，并且FCL1布置成限制单相AC电源的故障电流。图1a示出了侧视图，而图1b示出了端视图。

[0048] 如图1a所示，FCL1具有单个芯，该单个芯包括在相同方向上对准（aligned）的四个支腿10a、20a、20b以及10b。四个支腿在一端通过第一轭状件（yoke）30a连接并且在另一端通过第二轭状件30b连接。在该实施例中，四个支腿10a、20a、20b以及10b竖直地对准，其中两个轭状件30a、30b水平地对准。

[0049] 第一DC线圈11a卷绕在第一支腿10a上，第二DC线圈11b卷绕在第四支腿10b上。因此，DC线圈卷绕在两个外部支腿10a、10b中的每一个上。

[0050] 第一AC线圈21a卷绕在第二支腿20a上，第二AC线圈21b卷绕在第三支腿20b上。AC线圈21a、21b串联连接，并且连接至栅格。因此，两个AC线圈21a、21b以串联的方式卷绕在内部支腿上。

[0051] DC线圈11a、11b卷绕成使得由DC线圈在外部两个支腿中产生的通量具有相反的极性。AC线圈卷绕成使得由AC线圈在内部两个支腿中产生的通量支持一个AC支腿中的DC通量并且对抗另一个AC支腿中的DC通量。因此，图1中的布置具有用于DC通量的闭合磁环和用于AC通量的闭合磁环。这在图2中示出，图2示意性示出了由DC和AC线圈产生的磁路。为了易于说明，线圈自身并未在图2中示出。

[0052] 如图2中所示，第一DC线圈11a在绕第一支腿10a和第二支腿20a的闭合组中产生第一DC磁路12a。第二DC线圈在绕第四支腿10b和第三支腿20b的闭合环中产生第二DC磁路12b。如图2中所示，第一DC磁路12a具有第一DC通量方向（图2中的顺时针方向），第二DC磁路
12b具有第二DC通量方向（图2中的逆时针方向）。

[0053] AC线圈21a和21b卷绕成使得存在闭合AC磁路22。闭合AC磁路22的方向使得内部支腿的一个中的AC通量将对抗该支腿中的DC通量，而另一个支腿中的AC通量将支持该支腿内的DC通量。这种情形在AC电路的下一个半周期中将变得相反。

[0054] 因此，图2示出了第二支腿20a中的AC通量对抗第二支腿20a中的DC通量方向而第三支腿20b中的AC通量支持第三支腿20b中的DC通量的实时快照（snapshot）。在下一个半周期中，AC磁路的方向将变得相反（即，它将从顺时针转变成逆时针），并且第二支腿20a中的AC通量将支持第二支腿20a中的DC通量方向相同且第三支腿20b中的AC通量将对抗第三支腿20b中的DC通量。

[0055] 在该实施例中，支腿和轭状件具有交错的、斜接的、阶梯重叠的（step-lapped）结合部。然而，其他实施例可采用使用非斜接、对接重叠的更简单的布置。芯由晶粒取向的钢板层压件构成，尽管如此，其他实施例可使用可替换的芯结构。

[0056] 在该实施例中，线圈（AC和DC）由电解铜制成。然而，其他实施例可使用用于线圈的可替换材料。

[0057] 第一实施例的FCL1可进一步包括布置成容纳芯的罐（未示出）。该罐可部分或完全地填充有介电流体。可使用任何合适的介电流体，例如，矿物油或植物油（已发现其适于作为用于高达300kV及以上的电压的电介质）。

[0058] 在呈现额定10kVA的FCL的图1a的实施例中，外部DC支腿（第一支腿10a和第四支腿10b）、顶部轭状件30a和底部轭状件30b中的每一者均为60mm宽和32mm深。内部AC支腿（第二支腿20a和第三支腿20b）中的每一者均为40mm宽和32mm深。介于AC支腿之间的支腿中心（leg centre）为103mm，介于AC与DC支腿之间的支腿中心为149mm。如将在下文更详细解释的，AC与DC之间较长的距离减小了在短路过程中在DC线圈中引起的AC电压。

[0059] 在示出的实施例中，每个DC线圈11a、11b具有60匝和50Arms标准电流。每个AC线圈20a、20b具有48匝和14.5Arms标准电流。当然，应当理解的是，上述FCL的实例性数值和尺寸仅仅是用于说明的目的。例如，根据本发明的FCL可具有更高的电流额定值并且尺寸上可为更大的。

[0060] 现在将解释图1a中所示的故障电流限制器1在正常和故障状态下的运行。用3D瞬态电磁模型模拟单相结构，并且在图3至图6中示出结果，所述结果将用于说明在图1a中所示的故障电流限制器1在正常和故障状态下的运行。

[0061] 图3示出了图1a所示的串联AC线圈21a和21b的电流相对时间的曲线图。较深的线示出了FCL1运行中的电流，较浅的线示出了在电路中不存在FCL1的情况下系统的预期短路电流。在该实例中，预期短路电流被模拟为143.5Arm。

[0062] 直到30.5毫秒的时间，FCL1处于正常状态。因此，直到30.5毫秒的时间，AC电流是正弦曲线形的。较浅的线示出了在短路时电路中不存在FCL1的情况下将流过的AC电流。较深的线了由FCL1的故障电流限制导致的有限的短路电流。

[0063] 图4a和图4b示出了本发明第一实施例的初始状态（t=0毫秒）的通量密度（B）的模型和安培匝数/m（H）的模型。

[0064] 初始（瞬态）状态（t=0毫秒）用于建立瞬态分析。在该点，AC电流为0A，并且每个DC线圈中的DC电流为50A。如图4a中的通量图示（plot）所示，由DC线圈11a、11b的每一个产生的通量通靠过最近的AC支腿返回。

[0065] 因此，第一DC线圈11a产生绕第一支腿10a和第二支腿20a流动的第一DC磁路12a。第二DC线圈11b产生绕第四支腿10b和第三支腿20b流动的第二DC磁路12b。第一DC磁路12a在与第二DC磁路12b不同的方向上流动。在AC线圈上不存在电流，并且因此不存在由AC线圈产生的通量。

[0066] 因此，在示出的实施例中，第一DC磁路12a在顺时针方向上流动，并且第二DC磁路12b在逆时针方向上流动。

[0067] 如饱和图示4b所示，由于通量的该布置，第一11a、第二20a、第三20b以及第四10b支腿中的每一者均处于饱和（图4b中的浅颜色）。如图4b所示，在该实施例中，由于AC支腿20a、20b具有较小的截面，所述AC支腿比DC支腿更深地处于饱和（颜色更浅）。

[0068] 如图4b中所示，FCL1的四个有支腿的结构使得保持第一10a、第二20a、第三20b以及第四10b支腿处于饱和，同时使得轭状件30a和30b的区域不处于饱和。如图4b所示，轭状件的转角区域31a、31b、31c以及31d不处于饱和中，正如两个内部支腿（第二支腿20a和第三支腿20b）之间的区域32a和32b。

[0069] 因此，如图4b所示，每个DC线圈耦接至其最靠近的AC线圈，其中通量集中在四个支腿上，其中最大饱和在两个内部支腿上。

[0070] 图5A和图5B示出了在标准电流状态（t=5毫秒）下的实时快照的通量密度（B）和安培匝数/m（H）的图示。如图3中所示，5毫秒的时间示出了标准电流状态下的峰值AC电流。

[0071] 图5A示出了FCL1的中的净磁通量（即，将AC和DC磁路的通量贡献相加）。在5毫秒的时间发生的AC电流峰值下，通过AC线圈21a和21b的闭合AC磁路22的通量在该半周期中是逆时针的。因此，通过AC线圈21a在第二支腿20a中产生的通量支持通过第一DC线圈11a在第二支腿20a中产生的DC通量，而通过第二AC线圈21b在第三支腿20b中产生的AC通量对抗通过第二DC磁路12b在第三支腿20b中产生的DC通量。

[0072] 因此，如图5b所示，当与图4B中在瞬态状态下第二支腿20a的等效图示相比时，第二支腿20a更深地处于饱和中（颜色更浅），而当与图4B中的第三支腿20b相比时，第三支腿20b更不饱和（颜色更深）。

[0073] 支持/对抗DC磁路的AC磁路的布置在下一个半周期中将变得相反，其中与瞬态状态下相比，第三支腿20b变得更加饱和并且第二支腿20a变得更不饱和。

[0074] 在正常状态下，第二和第三支腿保持在饱和状态下（其中一个支腿比另一个更加饱和）。因此，在正常状态下，支腿20a和20b的饱和线圈具有非常低的阻抗，并且因此FCL1对于连接至FCL1的栅格几乎是通透的。

[0075] 在上述的实施例中，AC支腿具有比DC支腿更小的截面。这具有的优势在于AC支腿比DC支腿更易于饱和，这有助于保证正常状态下的低阻抗。

[0076] 如图3所示，在30.5毫秒的时间处，模拟短路状态。图6A和图6B示出了在该短路状态（t=63.5毫秒）下的实时快照处的通量和饱和图示。63.5毫秒的时间代表接近短路后的第四AC电流峰的区域。

[0077] 在图6a和图6b中，除了由于短路状态下较高的AC电流导致AC通量的量级增大之外，DC和AC磁路的布置与图5a和图5b中在正常状态下的DC和AC磁路的布置相同。因此，在短路状态下，AC磁路的支持一个支腿中的DC通量并且对抗另一个内部支腿中的DC通量的作用被放大。

[0078] 如图6B所示，AC磁路支持/对抗DC磁路的放大具有这样的效果，即，使得第二支腿20a进入非常高的饱和状态，而使得第三支腿20b进入非饱和的状态（在该半周期内）。图6B中第三支腿20b处于非饱和状态的效果将是右边支腿的阻抗将增大，从而用于限制故障电流。

[0079] 该情况在下一个AC半周期中将变得相反，其中使得第二支腿20a脱离饱和（并且因此其阻抗将升高），其中第三支腿20b更加饱和。因此，在故障状态过程中，在每个半周期中，第二或第三支腿（即，内部支腿）中的一者将脱离饱和，从而保证高阻抗状态。

[0080] 内部支腿中的一个的阻抗升高的交替持续，直到故障消除为止。

[0081] 表1示出了对于正常状态以及对于模拟短路之后五个半周期的计算的AC阻抗。

[0082] 表1

[0083]t,毫秒 Irms,A Urms,V Xrms,欧姆 SC/正常阻抗的比
30 14.21 1.296 0.091  

[0084]40 39.96 21.49 0.538 5.9
50 46.42 46.94 1.011 11.1
60 43.12 48.97 1.356 12.5
70 45.05 38.4 0.853 9.4
80 43.46 49.73 1.144 12.6

[0085] 从图1可看出，对于短路后五个连续半周期而言，短路与正常阻抗的比从5.9到12.6变化。

[0086] 第一实施例的FCL1具有多个优势。例证性10kVA四支腿的设计在短路状态下提供高的阻抗。与传统结构相比，所述的模拟设计可具有减小的AC和DC安培匝数和减少的质量，而实现了短路与正常阻抗比值大于5的性能。

[0087] 闭合AC设计中的全芯磁路提供低磁阻，其中相对于传统设计（例如在开放AC设计中使用组合的空气/芯磁路的设计）而言的高阻抗。因此，短路与正常阻抗的比值比传统FCL更高。

[0088] 此外，本发明的实施例具有制造优势。在图1的实施例中，四个支腿是竖直布置的，并且因此所有的线圈（DC和AC）卷绕在竖直支腿上。由于多种原因，相比于卷绕在水平支腿上的线圈，卷绕在竖直支腿上的线圈是优选的。一个原因是当布置在含有电介质（诸如油）的罐中时的性能。在卷绕在竖直支腿上的线圈中，热油（较轻的）升高至绕组的顶部，由于重力而建立热虹吸效应。该油压头（oil head）驱使油通过绕组以降低导体温度。在水平布置中，油不能竖直运动，并且在绕组中将是停滞的并产生较高的温度。为了补偿，需要更大截面的导体或提供更多冷却管以冷却绕组，产生额外的成本。

[0089] 通过有效的油运动，竖直定向的DC和AC线圈提供对于导体温度的良好控制。

[0090] 此外，在本发明的使用竖直布置的支腿的实施例的制造过程中，可将底部轭状件和支腿首先在水平台面上制成。接着使该组件倒置并且两个DC和两个AC线圈可在支腿上降下。接着将顶部轭状件插入以结合支腿。这是安全并且相对快的构建过程。相反，水平绕组不能在支腿上降下。它们必须悬挂/支撑在空中，同时芯层压件穿过绕组内部插入。这减慢了制造过程。此外，在水平线圈放置在顶部轭状件中的情况下，在插入层压件时线圈支撑件可造成对在线圈下工作的人员的安全隐患。

[0091] 此外，能够通过芯式支脚-底部框架-底部块体（core feet-bottom frame-bottom block）从罐底部刚性支撑所有绕组。芯-线圈组件在运送过程中被很好地支撑并且在短路力下更为稳定。传统布置中水平悬挂（sling）的DC线圈（除了芯-线圈装配过程中的安全隐患外）在组装、运行和短路过程中不能被很好地支撑。

[0092] 如讨论的，从实现更低磁阻的方面而言，具有闭合AC布置是有益的，其具有相比于传统设计（例如在开路AC设计中使用组合的空气/芯磁路的设计）更高的阻抗。此外，由于降低了FCL外侧的DC通量，具有DC的闭合磁路也是有益的。

[0093] 具有两个DC偏压线圈使得本发明的一些实施例将能够以这样的方式构造，即，使DC电源的参数可选择成使得在一个DC电源失效的情况下第二个DC电源可提供FCL的可接受的参数。因此，可实现FCL的高可靠性。

[0094] DC线圈提供了铁磁芯的可控的饱和水平，并且沿平行于AC通量的方向安装在其中穿过DC线圈的净AC通量最小的芯段上。根据一些实施例，通过使用芯的具有较大截面和/或较大饱和感应的DC分支件（limb），可实现FCL的饱和铁磁芯的AC分支件饱和的改进。通过这样的手段，可使用较小的DC线圈安培-匝数来实现AC支腿件中较低量的增量磁导率。

[0095] 在上述实施例中，卷绕在第一支腿上的第一DC线圈和卷绕在第四支腿上的第二DC线圈中的每一者均通过所述的方式产生闭合磁路。因此，第一DC线圈是第一磁性偏压单元的实例，该第一磁性偏压单元布置成在第一支腿和第二支腿中产生具有第一通量方向的第一闭合DC磁路，并且第二DC线圈是第二磁性偏压单元的实例，该第二磁性偏压单元设置成在第四支腿和第三支腿中产生具有与第一通量方向相反的第二通量方向的第二闭合磁路。因此，在该实施例中，第一磁性偏压单元包括卷绕在第一支腿上的第一DC线圈，并且第二磁性偏压单元包括卷绕在第四支腿上的第二DC线圈。

[0096] 在其他实施例中，第一磁性偏压单元（布置成在第一支腿和第二支腿中产生具有第一通量方向的第一闭合DC磁路）和第二磁性偏压单元（布置成在第四支腿和第三支腿中产生具有与第一通量方向相反的第二通量方向的第二闭合磁路）可采用其他形式。例如，第一磁性偏压单元可采用构成第一支腿全部或部分的一个或多个永磁体的形式。相似的，第二磁性偏压单元可采用构成第四支腿全部或部分的一个或多个永磁体的形式。可替换地，第一和/或第二磁性偏压单元可包括另一磁性源，诸如由高温超导源得到的磁性源。

[0097] 换言之，尽管上述实施例讨论了将第一和第二DC线圈用作第一和第二磁性偏压单元，但本发明的实施例不局限于这种方式。

[0098] 图7a和图7b示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，FCL100具有单个芯，并且FCL布置成限制三相AC电源的每个相的故障电流。图7a示出了侧视图，而图7b示出了端视图。

[0099] 在图7a中所示的实施例中，存在具有在相同方向上对准的四个支腿110a、120a、120b以及110b的单个芯，其中第一轭状件130a结合四个支腿的一端，而第二轭状件130b结合四个支腿的另一端。在该实施例中，四个支腿110a、120a、120b以及110b竖直地对准，两个轭状件130a、130b水平地对准。

[0100] DC线圈111a卷绕在第一支腿110a上，第二DC线圈111b卷绕在第四支腿110b上（即在两个外部支腿上）。对于AC电源的三相中的每一个均存在两个串联AC线圈。

[0101] 如图7a所示，第一AC线圈121Ra和第二AC线圈121Rb串联连接至三相电源的第一（R）相。第一AC线圈12R1a卷绕在第二支腿120a上，第二AC线圈121Rb卷绕在第三支腿120b上。

[0102] 第三AC线圈121Sa串联连接至第四AC线圈121Sb，并且第三和第四AC线圈121Sa和121Sb连接至三相电源的第二（S）相。第三AC线圈121Sa卷绕在第二支腿120a上，第四AC线圈
121Sb卷绕在第三支腿120b上。

[0103] 第五AC线圈121Ta串联连接至第六AC线圈121Tb，并且第五和第六AC线圈121Ta和121Tb连接至三相电源的第三（T）相。第五AC线圈121Ta卷绕在第二支腿120a上，第六AC线圈
121Tb卷绕在第三支腿120b上。

[0104] 第二支腿120a上的AC线圈从顶部到底部分别放置成第一121Ra、第三121Sa和第五121Ta。换言之，第一121Ra、第三121Sa和第五121TaAC线圈按顺序布置在第二支腿120a上。

[0105] 第三支腿120b上的AC线圈从顶部到底部分别放置成第六121Tb、第四121Sb和第二121Rb。换言之，当与第二支腿120a相比时，第三120b支腿上的AC线圈以与R、S、T相相反的顺序布置。在其他实施例中可在AC支腿上使用R、S和T相的其他顺序布置。

[0106] 用于三相中的每一相的AC线圈以与图1a中的AC线圈21a和21b相似的方式卷绕。换言之，它们卷绕成使得每一个在两个内部支腿件（第二支腿120a和第三支腿120b）内产生对抗一个支腿内的DC通量并支持另一个支腿内的DC通量的AC磁路，其中该情形在下一个半周期变得相反。

[0107] 在该实施例中，支腿和轭状件具有交错的、斜接的、阶梯重叠的结合部，同第一实施例一样。然而，其他实施例可采用不同的布置。芯由晶粒取向的片式钢层压件构建，尽管如此，其他实施例可使用可替换的芯结构。

[0108] 在该实施例中，线圈（AC和DC）由电解铜制成。然而，其他实施例可使用用于线圈的其他材料，诸如铝。此外，在一些实施例中，AC和DC线圈可卷绕在圆形、椭圆形或矩形的成型器上。

[0109] 现将解释图7中所示的故障电流限制器100在正常和故障状态下的运行。如对于第一实施例一样的，将第二实施例模拟成3D瞬态电磁模型，并且结果在图9至图15中示出，这些结果将用于解释图7a中所示的故障电流限制器100在正常和故障状态下的运行。

[0110] 图8示出了在图7a中所示的三相结构的电流相对时间的图示。如图8所示，在大约10.5毫秒发生短路。较深的线示出了FCL100运行中的电流，较浅的线示出了在电路中不存在FCL100的情况下系统的预期短路电流。在该实例中，以143.5Arms模拟预期短路电流。

[0111] 图9a和图9b示出了在t=0的时间的初始状态，此时AC电流为0A，并且每个DC线圈中的DC电流为50A。如图9a可见，第一和第二DC线圈111a和111b产生第一和第二闭合磁路，使得一个DC磁路是顺时针的，并且另一个DC磁路是逆时针的。

[0112] 由每个DC线圈111a、111b产生的通量通过最靠近的AC支腿返回。AC线圈上不存在电流，并且因此AC线圈不产生通量。

[0113] 如图9b所示，DC通量的效果是使得四个支腿中的每一个均饱和，具有与结合图4b所描述的相似的介于转角与两个内部支腿之间的区段的不饱和区域的图案。如图9b所示，在该实施例中，由于AC支腿具有较小的截面，AC支腿120a和120b比DC支腿较深地处于饱和中（颜色较浅）。

[0114] 因此，如图9b所示，每个DC线圈耦接至其最靠近的AC线圈，其中通量集中在四个支腿上，其中最大饱和在两个内部支腿上。

[0115] 图10a和10b示出了在标准电流状态下（t=5毫秒）的实时快照。在t=5毫秒时，三相AC电流的R相处于峰值，并且S和T相处于相反的半周期中。

[0116] 因此，第一和第二AC线圈121Ra、121Rb将用作在一个方向上产生AC通量回路，而用于其他两相的其他两组AC线圈（121Ta/121Tb，121Sa/121Sb）将用作在其他方向上产生AC通量循环（但具有较小的量值）。通过与结合图5b所描述的相似的方式，用于每个相支持/对抗DC磁路的AC磁路布置将随着每个半周期而变得相反。

[0117] 因此，在正常状态下并且如图10b所示，在两个内部支腿（第二和第三支腿120a和120b）中存在较深地处于饱和的区域，以及较浅地处于饱和的区域。饱和较深/较浅的区域依据三组AC线圈的每一个中的随时间变化的电流量值而改变。

[0118] 如图10b中所示，这样的效果是保持两个内部支腿均在饱和状态下，使得内部支腿的阻抗非常低，从而使得FCL100对于栅格是通透的。

[0119] 如图8所示，在10.5毫秒的时间，模拟短路状态。图11a和图11b示出了短路状态开始时的通量和饱和图示。如将理解的，三相故障中短路状态的效果是使得三组AC线圈中的每一个AC电流均将增大。因此，上述的支持/对抗效果将被放大，并且在每个支腿中将存在每个支腿的较深地处于饱和的区域和不饱和的区域。饱和/去饱和的图案将随着时间根据每个相线圈的AC电流的变化而改变。

[0120] 图12a和图12b示出了在10.5毫秒的时间的通量密度（B）和安培匝数/m（H）的图示，其呈现了短路后的第一峰值，该峰值是第二（S）AC相的。

[0121] 将图12b（t=5毫秒）与图11b（t=10.5毫秒）中的短路开始相比，可看到的是，第三和第四AC线圈121Sa和121Sb上的升高的AC电流使得第二支腿120a的一部分更深地进入饱和（颜色较浅）并且第三支腿120b的一部分脱离饱和（颜色较深）。这可通过考虑到由三组AC线圈产生的三个AC磁路的效果来解释，其中每个AC磁路在一个内部支腿中对抗DC通量并且在另一个内部支腿中支持通量。

[0122] 图13a和图13b示出了15.5毫秒的时间的通量密度（B）和安培匝数/m（H）图示，其呈现了短路后的第二个峰值，该峰值是第一（R）AC相的。与图12b相比，由于第一和第二AC线圈121Ra、121Rb上升高的电流以及其他相的其他AC线圈上对应的变化，可看到的是图13b中的较深/较浅饱和的图案已改变。

[0123] 图14a和图14b示出了19.5毫秒的时间的通量密度（B）和安培匝数/m（H）图示，其呈现了短路后的第三个峰值，该峰值是第三（T）AC相的。与图13b相比，可看到两个内部支腿内的较深/较浅饱和区域的图案再次改变（这次是由于T相的峰值导致的），使得第五和第六AC线圈121Ta和121Tb上的电流升高。

[0124] 图15a和图15b示出了30.5毫秒的时间的通量密度（B）和安培匝数/m（H）图示，其呈现了图14a和图14b所示的峰值之后第三（T）AC相的下一个峰值。因此，图15a和图15b示出了与图14a和图14b相反的半周期内的通量和饱和图示。如可看到的，当与图14a相比时，图15b中的两个内部支腿的较深/较浅饱和区域中的图案变得相反。

[0125] 图8-图15与三相故障有关，但FCL100的运行将等效地用作限制一相或两相故障中的故障。在一相或两相故障的情况下，AC线圈组中一组中的电流的任何升高均将具有这样的效果，即，使得一个内部支腿的区域更深地进入饱和，并且使得另一个内部支腿的区域脱离饱和。因此，图7中所示的结构可限制故障状态的宽度范围。

[0126] 第二实施例中的FCL100还可包括布置成容纳芯的罐（未示出）。所述罐可部分或完全地填充有介电流体。可使用任何合适的电介质，例如，矿物油。

[0127] 在第二实施例中的FCL100中，第一121Ra、第三121Sa和第五121TaAC线圈按顺序从顶部到底部布置在第二支腿120a上，第六121Tb、第四121Sb和第二121Rb AC线圈按顺序从顶部到底部布置在第三支腿120b上。然而，在其他实施例中，每个支腿上的R、S、T线圈可布置成不同的图案。例如，在一些实施例中，第一121Ra、第三121Sa和第五121Ta AC线圈可依序布置在第二支腿120a上，并且第六121Tb、第四121Sb和第二121RbAC线圈按相同的顺序布置在第三支腿120b上。

[0128] 在单个芯上使用三个AC线圈（每个相一个）的一些实施例中，每个相的AC线圈可构造成使得每个相的AC线圈中的至少一个线圈相对于每个相的其余AC线圈表现出非平衡磁阻（在本文中，术语“非对称”和“非平衡”意思等同）。

[0129] 换言之，在每个三元组（triplet）中，两个AC线圈可具有相同的磁阻而第三个不同，或者可替换地，每个三元组中的所有三个线圈可具有不同的磁阻。还应当注意的是，不平衡还可能是由于三个AC线圈的不同的固有阻抗或由于其不同的互感阻抗导致的。在一些实施例中，每个相的AC线圈可卷绕有不同匝数以便实现非对称磁阻。在其他实施例中，每个相的AC线圈可设置在内部支腿的不同部分上，以便实现非对称磁阻。此外，每个相的AC线圈可具有不同的线圈几何形状，以便实现非对称磁阻。

[0130] 结合第二实施例的所述的FCL具有与第一实施例所具有的优点相同的优点。其具有这样的优点，即其对单个芯上的紧凑设计的三个相提供保护。

[0131] 在其中每个相存在一个芯的实施例中，不存在AC通量的相间耦合，与传统结构相比，这进一步增大了故障与正常状态阻抗比例。比每相使用一个芯相比，由于来自单个芯上的相的耦合，在单个芯上使用三相AC线圈的实施例提供较低的阻抗比。因此，在指定较低的阻抗比例的情况下可采用该实施例。然而，在单个芯上使用三相AC线圈提供更紧凑的设计。

[0132] 如对于第一实施例一样，第二实施例采用卷绕在第一支腿上的第一DC线圈以提供第一磁性偏压单元，该第一磁性偏压单元在第一支腿中产生第一闭合DC磁路，并且第二实施例采用卷绕在第四支腿上的第二DC线圈以提供第二磁性偏压单元，该第二磁性偏压单元在第四支腿和第三支腿中产生第二闭合磁路，该第二闭合磁路具有与第一闭合磁路的通量方向相反的通量方向。然而，第一和/或第二磁性偏压单元可包括任何其他合适的磁性源，例如构成相应支腿的全部或部分的永磁体。

[0133] 图16a和图16b示出了本发明的另一实施例，其中三个四支腿的芯201、202、203（例如图1中所示的类型）布置在共用罐205中，以提供三相FCL。图16a示出了端视图，而图16b示出了前视图。

[0134] 图16a和图16b示出了图1中所示类型的三个四支腿芯，以竖直堆叠的布置被布置在共用罐205中，其中四支腿芯201、202、203中的每一个的AC线圈连接至三AC相R、S、T中的一个。罐205部分或全部地填充有电介质。

[0135] 图17a和图17b示出了图16a和图16b的变型，其中三个芯301、302、303（每个具有四个支腿）以水平堆叠被布置在共用罐305中，四支腿的芯301、302、303中的每一个的AC线圈连接至三AC相R、S、T中的一个。罐305部分或全部地填充有电介质。图17a示出了带有圆形线圈的布置，图17b示出了带有方形线圈的布置。其他实施例（并且这适用于本发明的所有实施例）可使用其他截面。

[0136] 图18示出了三相FCL的另一实施例，其中存在布置在不同罐405、406、407中的一堆独立的芯401、402、403（每个都带有四个支腿），每个芯用于三AC相R、S、T中的一个。换言之，图18示出了图1（或其他）所示类型的三个FCL如何布置在不同的罐中以便提供用于三相A电源的故障电流限制器。

[0137] 图19示出了另一实施例，其中三个芯501、502、503（每个均具有四个支腿）并排布置，其中三个芯501、502、503中的每一个共享两个共用的DC线圈510a、510b。

[0138] 每个芯（第一501、第二502、第三503）均以与以上讨论的芯相似的方式具有两个外部支腿（第一和第四支腿）和两个内部支腿（第二和第三支腿）。每个芯501、502、503均具有卷绕在其内部两个支腿（第二和第三支腿）中的每一个上的AC线圈，其中每组AC线圈串联卷绕并且连接至三相电源中的一相。三个芯中的每一个的外部支腿（第一和第四支腿）共享共用的DC线圈510a、510b。

[0139] 如图19中可看到的，第一共用DC线圈510a卷绕在第一支腿上，以便为第一、第二、第三芯501、502、503提供第一DC线圈。此外，第二共用DC线圈510b卷绕在第二支腿上，以便为第一、第二、第三芯501、502、503提供第二DC线圈。

[0140] 因此，在图19中的布置中，第一和第二共用DC线圈510a、510b在三个芯的内部支腿（第二和第三支腿）中提供DC磁路。因此，每个芯501、502、503的运行与结合图1所述的运行相似，其中由第一和第二共用DC线圈提供DC通量。

[0141] 除了上述实施例，本发明的实施例可具有不同的布置。例如，在第一实施例中，存在用于单AC相FCL的一组串联连接的AC线圈，并且第二实施例采用用于三AC相FCL的三组串联连接的AC线圈。然而，应当理解的是，本发明的其他实施例可具有n组串联连接的AC线圈，每组串联连接的AC线圈用于n AC相中的一相。例如，芯可具有两组AC线圈，一组AC线圈对应于两相中的一相。

[0142] 在本发明的实施例中，AC绕组导体可为任何合适的材料（诸如铝或铜的）。此外，AC、DC绕组导体可为任何合适的材料，例如，铝、铜或高温超导体。

[0143] 一些实施例采用围绕绕组的流体，诸如矿物油、植物油或低温流体。

[0144] 一些实施例（例如，对于小FCL）通过罐/壳体（enclosure）在绕组周围采用干型固态绝缘体和空气。

[0145] AC和DC绕组可具有各种形状，诸如圆形、矩形、椭圆形或跑道形。此外，芯支腿和轭状件可具有圆形（十字形）、椭圆或矩形截面。AC和DC线圈可卷绕在圆形、椭圆或矩形成形件上。

[0146] 本发明的所有前述实施例均采用具有在相同方向上（例如，竖直地）定向的四个支腿的芯。然而，应当认识到的是，本发明不限于此，并且四个支腿的可替换布置是可能的。例如，四个支腿可以其他方式布置，该方式实现在第一支腿和第二支腿中具有第一DC通量方向的第一闭合DC磁路，并且实现具有与第一闭合DC磁路相反的DC通量方向的第二闭合DC磁路，其中第二和第三支腿中的第一闭合AC磁路为沿随着每AC半个周期交替的AC通量方向。例如，支腿可为倾斜的。

[0147] 在上述实施例中，AC支腿（即，内部的两个支腿）具有比DC支腿（即，外部的两个支腿）和轭状件更低的截面。然而，在其他实施例中，两个AC支腿之间的轭状件部分可具有比轭状件的其余部分更低或更高的截面。

[0148] 在本发明的上述实施例中，存在每一个均具有四个支腿的一个或多个芯。附图中所示的四个支腿布置在相同的平面中。然而，本发明的实施例不限于此。尽管将四个支腿成排布置在相同平面中使得制造更加简单（因为所有的支腿是容易接近的），应当理解的是，四个支腿可以不同的方式布置同时保持DC和AC闭合磁路的相同布置。例如，四个支腿可为交错的布置或其他形状。

[0149] 对于本领域技术人员来说，在参照前述实施例之后，多种其他变型和修改是显而易见的，前述实施例仅通过实例的方式给出并且不旨在局限由所附权利要求限定的本发明的范围。