CN102594107A - 一种采用集成电感的lcl滤波器 - Google Patents

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潘冬华
阮新波
王学华
鲍陈磊
李巍巍
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Abstract

本发明公开了一种采用集成电感的LCL滤波器，该LCL滤波器可应用于单相或三相并网逆变器中，能有效减小磁芯体积，提高并网逆变器的功率密度。LCL滤波器由逆变器侧电感L 1、滤波电容C和网侧电感L 2组成，电感L 1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L 1的输出端与电容C和电感L 2的输入端相连接，电感L 2的输出端与电网相连接。电感L 1和L 2的绕组分别绕在两个独立的磁芯上，两个磁芯之间置有一条无气隙的公共磁柱，电感L 1和L 2的绕组交链的磁通在公共磁柱上相抵消，降低了公共磁柱的磁通量，从而使得公共磁柱的体积得以减小。同时，由于电感L 1和L 2之间不存在耦合，集成后的LCL滤波器具有与分立情况下相同的特性。

Description

一种采用集成电感的LCL滤波器
技术领域
本发明属于电力电子装置设计领域，更具体地，涉及的是一种采用集成电感的LCL滤波器，该LCL滤波器可应用于单相或三相并网逆变器中，能有效减小磁芯体积，提高并网逆变器的功率密度。
背景技术
图1为单相LCL型并网逆变器的主电路。LCL型并网逆变器包括直流源1、单相逆变桥2、单相LCL滤波器3和单相电网4。其中，单相逆变桥2由开关管S1～S4和续流二极管D1～D4组成，单相LCL滤波器3由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与单相电网4相连接。对于电感L1和L2，一般采用单独的磁芯来绕制，如图2所示，电感L1采用一副UI型磁芯51，UI型磁芯51由U型磁芯61和I型磁芯71组成，电感L1的绕组N18绕在U型磁芯61上。在图3中，电感L2采用另一副UI型磁芯52，UI型磁芯52由U型磁芯62和I型磁芯72组成，电感L2的绕组N29绕在U型磁芯62上。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，ФL1为绕组N18交链的磁通，ФL2为绕组N29交链的磁通。
图4为三相LCL型并网逆变器的主电路。LCL型并网逆变器包括直流源1、三相逆变桥11、三相LCL滤波器12和三相电网13。其中，三相逆变桥11由开关管S1～S6和续流二极管D1～D6组成，三相LCL滤波器12由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与三相电网13相连接。在三相三线制系统中，三相电感可以绕制在一副磁芯上，如图5所示，电感L1采用一副三相EI型磁芯141，三相EI型磁芯141由三相E型磁芯151和I型磁芯73组成，电感L1的三个绕组N18分别绕在三相E型磁芯151的三个磁柱上。在图6中，电感L2采用另一副三相EI型磁芯142，三相EI型磁芯142由三相E型磁芯152和I型磁芯74组成，电感L2的三个绕组N29分别绕在三相E型磁芯152的三个磁柱上。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，Φ1a、Φ1b和Φ1c分别为三个绕组N18交链的磁通，Φ2a、Φ2b和Φ2c分别为三个绕组N29交链的磁通。
电感L1和L2分别使用分立磁芯时，需要的磁芯数量较多，体积较大。这导致并网逆变器的成本较高，功率密度低。
发明内容
为了克服分立电感体积大的缺点，本发明提供一种采用集成电感的LCL滤波器，采用集成电感可以有效减小磁芯体积，提高并网逆变器的功率密度。
本发明提供了一种采用集成电感的LCL滤波器，应用于单相或三相并网逆变器中，其中，LCL滤波器由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与电网相连接。电感L1和L2的绕组分别绕在两个独立的磁芯L，两个磁芯之间置有一条无气隙的公共磁柱，电感L1和L2的绕组交链的磁通在公共磁柱上相抵消。
本发明利用降低了公共磁柱的磁通量，从而使得公共磁柱的体积得以减小。同时，由于电感L1和L2之间不存在耦合，集成后的LCL滤波器具有与分立情况下相同的特性。本发明可以在不改变LCL滤波器特性的同时，通过磁集成，有效减小磁芯体积，提高并网逆变器的功率密度。
附图说明
图1是单相LCL型并网逆变器的主电路图。
图2是采用UI型磁芯的电感L1的示意图。
图3是采用UI型磁芯的电感L2的示意图。
图4是三相LCL型并网逆变器的主电路图。
图5是采用三相EI型磁芯的电感L1的示意图。
图6是采用三相EI型磁芯的电感L2的示意图。
图7是基于UI型磁芯的集成电感的示意图。
图8是基于EI型磁芯的集成电感的示意图。
图9是基于EE型磁芯的集成电感的示意图。
图10是基于三相EI型磁芯的集成电感的示意图。
图11是基于三相EE型磁芯的集成电感的示意图。
图中1.直流源，2.单相逆变桥，3.单相LCL滤波器，4.单相电网，51～52.UI型磁芯，61～62.U型磁芯，71～77.I型磁芯，8.绕组N1，9.绕组N2，10.气隙，11.三相逆变桥，12.三相LCL滤波器，13.三相电网，141～142.三相EI型磁芯，151～153.三相E型磁芯，16.EI型磁芯，171～173.E型磁芯，18.EE型磁芯，19.三相EE型磁芯。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对单相LCL滤波器3，本发明给出以下三种具体实施方式。在图7中，电感L1的绕组N18绕在一副U型磁芯61上，电感L2的绕组N29绕在另一副U型磁芯62上，两副磁芯的开口相对放置，并在它们之间插入一条I型磁芯75作为公共磁柱。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，绕组N18交链的磁通ФL1和绕组N29交链的磁通ФL2在公共磁柱上相抵消，降低了公共磁柱的磁通量，从而使得公共磁柱的体积得以减小。同时，公共磁柱的磁阻远小于气隙磁阻，可以忽略不计，则电感L1和L2之间不存在耦合，因此，集成后的LCL滤波器具有与分立情况下相同的特性。在图8中，基于EI型磁芯16，EI型磁芯16由E型磁芯171和I型磁芯77组成，电感L1的绕组N18绕在E型磁芯171的中柱上，电感L2的绕组N29绕在另一副E型磁芯172的中柱上，两副磁芯的开口相对放置，并在它们之间插入一条I型磁芯77作为公共磁柱。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向。在图9中，基于EE型磁芯18，EE型磁芯18由两副E型磁芯173组成，电感L1的绕组N18绕在EE型磁芯18的中柱上，电感L2的绕组N29绕在E型磁芯172的中柱上，EE型磁芯18叠在E型磁芯172上，以EE型磁芯18的端部作为公共磁柱。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向。
针对三相LCL滤波器12，本发明给出以下两种具体实施方式。在图10中，电感L1的三个绕组N18分别绕在一副三相E型磁芯151的三个磁柱上，电感L2的三个绕组N29分别绕在另一副三相E型磁芯152的三个磁柱上，两副磁芯的开口相对放置，I型磁芯76作为公共磁柱，被布置在两者之间。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，Φ1a、Φ1b和Φ1c分别为三个绕组N18交链的磁通，Φ2a、Φ2b和Φ2c分别为三个绕组N29交链的磁通。在图11中，基于三相EE型磁芯19，三相EE型磁芯19由两副三相E型磁芯153组成，电感L1的三个绕组N18分别绕在三相EE型磁芯19的三个磁柱上，电感L2的三个绕组N29分别绕在三相E型磁芯152的三个磁柱上，三相EE型磁芯19叠在三相E型磁芯152上，以三相EE型磁芯19的端部作为公共磁柱。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，Φ1a、Φ1b和Φ1c分别为三个绕组N18交链的磁通，Φ2a、Φ2b和Φ2c分别为三个绕组N29交链的磁通。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种实施方式，例如，采用不同类型的磁芯。因此，凡是基于本发明的设计思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种采用集成电感的LCL滤波器，应用于单相或三相并网逆变器中，其中，LCL滤波器由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与电网相连接，其特征是：电感L1和L2的绕组分别绕在两个独立的磁芯上，两个磁芯之间置有一条无气隙的公共磁柱，电感L1和L2的绕组交链的磁通在公共磁柱上相抵消。
2.根据权利要求1所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是：在单相LCL型并网逆变器中，基于UI型磁芯，电感L1和L2的绕组分别绕在两副U型磁芯上，两副U型磁芯的开口相对放置，以I型磁芯作为公共磁柱。
3.根据权利要求1所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是：在单相LCL型并网逆变器中，基于EI型磁芯，电感L1和L2的绕组分别绕在两副E型磁芯的中柱上，两副E型磁芯的开口相对放置，以I型磁芯作为公共磁柱。
4.根据权利要求1所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是：在单相LCL型并网逆变器中，基于EE型磁芯，电感L1的绕组绕在EE型磁芯的中柱上，电感L2的绕组绕在E型磁芯的中柱上，EE型磁芯叠在E型磁芯上，以EE型磁芯的端部作为公共磁柱。
5.根据权利要求1所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是：在三相LCL型并网逆变器中，基于三相EI型磁芯，电感L1和L2的三个绕组分别绕在两副三相E型磁芯的三个磁柱上，两副三相E型磁芯的开口相对放置，以I型磁芯作为公共磁柱。
6.根据权利要求1所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是：在三相LCL型并网逆变器中，基于三相EE型磁芯，电感L1的三个绕组分别绕在三相EE型磁芯的三个磁柱上，电感L2的三个绕组分别绕在三相E型磁芯的三个磁柱上，三相EE型磁芯叠在三相E型磁芯上，以三相EE型磁芯的端部作为公共磁柱。
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