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