CN107210669A - 电磁兼容性滤波器 - Google Patents

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CN107210669A CN201580056873.7A CN201580056873A CN107210669A CN 107210669 A CN107210669 A CN 107210669A CN 201580056873 A CN201580056873 A CN 201580056873A CN 107210669 A CN107210669 A CN 107210669A
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Abstract

变速传动系统被布置以接收在固定输入电压量值和频率下的输入电力，且提供在可变电压和可变频率下的电力。变速传动(104)包括转换器(201、206)，其连接到AC源(102)以将输入电压转换到升压的DC电压。连接到所述转换器(201、206)的DC链路滤波来自转换器级的所述DC电压。反相器(206)将所述DC链路电压转换成可变电压和可变频率AC电力。电磁兼容性(EMC)滤波器(50)包括用于所述转换器的每一输入相位的来自相位到地面电路的串联RC电路(51)。所述RC电路包括在所述转换器相位与地面(22)之间与电容器(52)串联连接的电阻器(54)。所述EMC滤波器(50)连接到所述转换器(201、206)的线路侧。电感器(16)连接于输入源(102)与所述EMC滤波器(50)之间。

Description

电磁兼容性滤波器
背景技术
本申请大体涉及一种电磁兼容性(EMC)滤波器。本申请更具体地涉及一种用于在变速传动(VSD)中使用的电磁兼容性滤波器。
用于加热、通风、空调和制冷(HVAC&R)应用的变速传动(VSD)通常包括整流器或转换器、DC链路和反相器。与常规VSD相比，并有有源转换器技术以提供功率因数校正和减少的输入电流谐波的VSD还产生到电动机定子绕组的显著更高电平的共同模式RMS和峰到峰电压。
VSD产生关于地面的共同模式噪声，这可造成对无线电设备和传输的干扰。为了减少或消除由VSD产生的噪声，有必要通过给予其在VSD内的循环路径来抑制共同模式噪声。此滤波器通过减少干扰在那里创造用于共同模式噪声的小回路区域。
通常，EMC滤波器与VSD一起使用以减少电磁噪声在VSD与电力网供电之间的传送。EMC滤波器包括与VSD输入端串联连接的大电感器。此类EMC滤波器降低VSD的总效率(归因于磁性损失)，且进一步增大VSD的成本和大小。
将从本说明书使其他特征和优势显而易见。公开的教示扩展到属于权利要求书的范围的那些实施例，不管其是否实现前述需求中的一或多个。
发明内容
一个实施例涉及一种用于变速传动的新实施的电磁发射滤波器。此滤波器可在无源前端VSD或有源前端VSD上使用。所述变速传动系统被布置以接收在固定AC输入电压量值和频率下的输入AC电力，且提供在可变电压和可变频率下的输出AC电力，所述变速传动包括：转换器级，其连接到提供输入AC电压的AC电源，所述转换器级被配置以将输入AC电压转换到升压的DC电压；DC链路，其连接到转换器级，所述DC链路被配置以滤波且存储来自转换器级的升压的DC电压；反相器级，其连接到DC链路，所述反相器级被配置以将来自DC链路的升压的DC电压转换成具有可变电压和可变频率的输出AC电力；和电磁兼容性(EMC)滤波器；所述EMC滤波器包括用于转换器段的每一输入相位的来自相位到地面电路的串联RC电路，每一RC电路包括在转换器段的每一相位与地面之间与电容器串联连接的电阻器；所述EMC滤波器，其在转换器的线路侧上连接到转换器；和线路侧电感器，其连接于输入AC源与EMC滤波器之间。
另一实施例涉及一种用于VSD的EMC滤波器。所述EMC滤波器包括用于转换器段的每一输入相位的来自相位到地面电路的串联RC电路，每一串联RC电路包括在转换器段的每一相位与地面之间与电容器串联连接的电阻器。所述EMC滤波器在转换器的线路侧上连接到转换器；和连接于输入AC源与EMC滤波器之间线路侧电感器。
通常，EMC滤波器形成必须与VSD输入端串联连接的庞大电感器，由此增大了VSD的成本和大小。公开的滤波器连接于电力电子装置输入端与地面之间。这创造用于产生的噪声的非常小的回路区域。所述滤波器还利用电路寄生和现有滤波电感器制造滤波器。其允许滤波器小且成本非常低。
一个优势为减小与作为VSD的操作的结果而在AC电源处存在的传导的电磁干扰和射频干扰相关联的共同模式和差分模式电流。
替代示例性实施例涉及如可能大体在权利要求书中叙述的其他特征和特征的组合。
附图说明
图1A和图1B说明示例性系统配置。
图2A和图2B说明VSD的不同实施例。
图3大体说明使用图1A和图2A的系统配置和VSD的制冷或冷冻器系统的一个实施例。
图4为输入滤波器的元件的示意图。
图5为具有输出滤波器(具有EMC滤波器)和共同模式/差分模式输入滤波器电路的变速传动的实施例。
图6为包括无源转换器的VSD的示例性实施例。
图7为包括EMC滤波器的共同模式等效电路。
图8为展示具有和无EMC滤波器的VSD的共同模式阻抗的曲线图。
图9展示具有安装于VSD中的EMC滤波器的VSD的电压响应的曲线图。
具体实施方式
在转向详细说明示例性实施例的图前，应理解，本申请不限于在以下描述中阐述或在图中说明的细节或方法。还应理解，本文中使用的用语和术语只是为了描述的目的，且不应被视为限制性。
图1A和图1B大体说明系统配置。AC电源102供应变速传动(VSD)104，其对电动机106(见图1A)或多个电动机106(见图1B)供电。电动机106优选地用以驱动制造或冷冻器系统(大体见图3)的对应的压缩机。AC电源102将单相或多相(例如，三相)固定电压和固定频率AC电力从存在于某场所的AC电网或配电系统提供到VSD 104。取决于对应的AC电网，AC电源102优选地可在50Hz或60Hz的线路频率下将200V、230V、380V、460V或600V的AC电压或线路电压供应到VSD 104。
VSD 104从AC电源102接收具有特定固定线路电压和固定线路频率的AC电力，且在所要的电压和所要的频率下将AC电力提供到电动机106，可变化所要的电压和所要的频率两者以满足特定要求。优选地，VSD 104可将具有比电动机106的额定电压和频率高的电压和频率以及低的电压和频率的AC电力提供到电动机106。在另一实施例中，VSD 104可再次提供比电动机106的额定电压和频率高和低的频率，但只提供相同或较低的电压。电动机106优选地为感应电动机，但可包括能够在可变速度下操作的任一类型的电动机。感应电动机可具有包括两个极、四个极或六个极的任一合适的极布置。
图2A和图2B说明VSD 104的不同实施例。VSD 104可具有三个级：转换器级202、DC链路级204和具有一个反相器206(见图2A)或多个反相器206(见图2B)的输出级。转换器级202将来自AC电源102的固定线路频率、固定线路电压AC电力转换成DC电力。DC链路204滤波来自转换器202的DC电力，且提供能量存储组件。DC链路204可由为展现高可靠率和极低故障率的无源装置的电容器、电感器或其组合构成。最后，在图2A的实施例中，反相器206将来自DC链路204的DC电力转换成用于电动机106的可变频率、可变电压AC电力，且在图2B的实施例中，反相器206在DC链路204上并联连接，且每一反相器206将来自DC链路204的DC电力转换成用于对应的电动机106的可变频率、可变电压AC电力。反相器206可为可包括通过电线结合技术互连的功率晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)电力开关和反相二极管的电力模块。此外，应理解，VSD 104的DC链路204和反相器206可并有与以上论述的组件不同的组件，只要VSD 104的DC链路204和反相器206可给电动机106提供适当的输出电压和频率。
关于图1B和图2B，反相器206由控制系统联合地控制，使得每一反相器206基于提供到反相器206中的每一个的共同控制信号或共同指令将在相同所要的电压和频率下的AC电力提供到对应的电动机。在另一实施例中，反相器206由控制系统个别地控制，以准许每一反相器206基于提供到每一反相器206的单独的控制信号或控制指令将在不同所要的电压和频率下的AC电力提供到对应的电动机106。这能力准许VSD 104的反相器206更有效地独立于连接到其他反相器206的其他电动机106和系统的要求来满足电动机106和系统需求和负荷。举例来说，一个反相器206可正将全部电力提供到电动机106，而另一反相器206正将一半的电力提供到另一电动机106。在任一实施例中，反相器206的控制可由控制面板或其他合适的控制装置进行。
对于待由VSD 104供电的每一电动机106，在VSD 104的输出级中存在对应的反相器206。可由VSD 104供电的电动机106的数目独立于并入到VSD 104内的反相器206的数目。在一个实施例中，可存在并入于VSD 104中的与DC链路204并联连接且用于对对应的电动机106供电的2个或3个反相器206。虽然VSD 104可具有在2与3个之间的反相器206，但应理解，可使用多于3个反相器206，只要DC链路204可提供且维持到反相器206中的每一个的适当DC电压。
图3大体说明使用图1A和图2A的系统配置和VSD 104的制冷或冷冻器系统的一个实施例。如图3中所展示，HVAC、制冷或液体冷冻器系统300包括压缩机302、冷凝器布置304、液体冷冻器或蒸发器布置306和控制面板308。压缩机302由通过VSD 104供电的电动机106驱动。VSD 104从AC电源102接收具有特定固定线路电压和固定线路频率的AC电力，且在所要的电压和所要的频率下将AC电力提供到电动机106，可变化所要的电压和所要的频率两者以满足特定要求。控制面板308可包括多种不同组件(例如，模数(A/D)转换器、微处理器、非易失性存储器和接口板)来控制制冷系统300的操作。控制面板308也可用以控制VSD 104和电动机106的操作。
压缩机302压缩制冷剂蒸气，且通过排放管线将蒸气传递到冷凝器304。压缩机302可为任一合适类型的压缩机，例如，螺旋式压缩机、离心式压缩机、往复式压缩机、涡旋式压缩机等。由压缩机302传递到冷凝器304的制冷剂蒸气进入与流体(例如，空气或水)的热交换关系，且作为与流体的热交换关系的结果，经历制冷剂液体的相位改变。来自冷凝器304的冷凝的液体制冷剂流过膨胀装置(未展示)到蒸发器306。
蒸发器306可包括用于冷却负荷的供应管线和返回管线的连接。第二液体(例如，水、乙烯、氯化钙卤水或氯化钠卤水)经由返回管线行进到蒸发器306内，且经由供应管线退出蒸发器306。蒸发器306中的液体制冷剂进入与第二液体的热交换关系，以降低第二液体的温度。作为与第二液体的热交换关系的结果，蒸发器306中的制冷剂液体经历制冷剂蒸气的相位改变。蒸发器306中的蒸气制冷剂退出蒸发器306，且通过吸入管线返回到压缩机302以完成循环。应理解，冷凝器304和蒸发器306的任一合适配置可用于系统300中，假设获得冷凝器304和蒸发器306中的制冷剂的适当相位改变。
HVAC、制冷或液体冷冻器系统300可包括图3中未展示的许多其他特征。这些特征已被故意地省略以为了易于说明而简化图式。此外，虽然图3将HVAC、制冷或液体冷冻器系统300说明为具有在单个制冷剂电路中连接的一个压缩机，但应理解，系统300可具有由如图1B和图2B中展示的单个VSD或连接到一或多个制冷剂电路中的每一个内的多个VSD(大体见图1A和图2A中展示的实施例)供电的多个压缩机。
接下来参看图4，展示输入滤波器10的元件的示意图。通过在每个相位将三相AC输入电感器16分裂成线路侧电感器26和负荷侧电感器28，在转换器202前，滤波由有源转换器202产生的EMI/RFI源。线路侧电感器26与负荷侧电感器28由电感器分接头部分18连接。电容性三相滤波器元件20Y形连接于电感器分接头部分18之间。任选接地线22可连接到Y形连接的滤波器元件20的共同点21。接地线22可替代地包括接地电容器23。相应的线路和负荷侧电感器26和28以及电容性滤波器元件20被设计有电感和电容值以提供EMI/RFI源(即，由转换器202传导的输入电流的高频开关组件)的衰减。输入滤波器经由电感26和28的差分模式感应组件提供高阻抗，且经由三相Y形连接的电容20提供低阻抗，到EMI/RFI源，同时使强电流(例如，60Hz)的基本分量穿过具有最小阻抗的网络。通过利用四或五分支(4/5)的输入电感器16，共同模式感应组件经由电感26和28且与任选接地线22或接地电容器23一起形成，滤波器10的容量的增大用以防止由转换器202产生的共同模式电流流入到电源102内。输入滤波器10的Y形连接点21可直接接地或交替地通过单独的电容器23接地，以提供高频电流到地的较大分流。在一个实施例中，可对电感器16提供低的绕组间电容。
线路侧电感器26在Y形连接的电容器20与AC电源102之间提供在VSD 104的预定开关频率下的阻抗。线路侧电感器26的阻抗被设计以允许Y形连接的电容器20比在输入AC电源102与VSD 104之间无显著阻抗的系统有效。电感器26还在相反方向上提供高频阻抗，以限制来自转换器202的高频电流到AC电源102的流动。因此，电感器26限制或限定高频发射反射回到AC电源102。
电感器28在电容器20与到VSD 104的输入端之间提供阻抗。电感器28在AC电源102与VSD 104的有源转换器202部分之间提供高阻抗。替代地，如果VSD 104为具有无源整流器转换器的常规VSD，那么电感器28的阻抗将VSD 104与输入AC电源102隔离，且减少来自VSD104的传导到电源102的高频发射。
Y形连接的电容器组20针对VSD 104的至少一个开关频率在相位导体A、B与C之间提供低阻抗，且针对差分模式电流提供低阻抗。Y形连接的电容器组20还提供低阻抗路径，用于至少一个开关频率流动到接地线22(假定提供接地线)，以用于减小共同模式电流。
接下来参看图5，说明具有输出滤波器(具有EMC滤波器)和任选的共同模式/差分模式输入滤波器电路的变速传动的实施例。如以上关于图4描述的EMI/RFI输入滤波器连接于转换器202的输入端处，且执行与以上所描述相同的滤波功能。在到VSD 104的输入端处具有电感器16的输入滤波器的添加在AC电源102与VSD 104之间有效地提供高阻抗电路。为了提供用于共同模式电流的低阻抗路径，包括三个共同模式电容器32的三相Y形连接的电容器组30连接于VSD的电动机连接端子38与接地22之间。电容器组30等效于在高频率下的短路(即，低阻抗)，从而有效地将存在于三个VSD输出端子34上的破坏性高频AC组件接地且使破坏性AC组件避开到达连接到VSD的电动机或其他类型的负荷，因此滤出从共同模式电压产生的电流。电容器组30允许高频AC组件绕过电动机的寄生电容接地元件，且消除由共同模式电压和电流造成的承受损伤。
EMC滤波器50包括用于有源转换器段202的每一输入相位A、B和C的来自相位到地面电路的串联RC电路。在一个实施例中，EMC滤波器50在每一相位A、B和C与地面22之间包括三个RC滤波器51，其包括与电容器54串联连接的电阻器52。
接下来参看图6，在另一示例性实施例中，VSD 104包括无源转换器201，代替图5中展示的有效转换器。如上关于图5所描述，转换器201将来自AC电源102的线路电压AC电力转换成DC电力。DC链路204滤波来自转换器202的DC电力，且提供能量存储组件。反相器206将来自DC链路204的DC电力转换成可变频率、可变电压AC电力。在实施例中，与电容器54串联连接的电阻器52可具有减小在VSD可产生并联谐振(从而造成峰噪声传送)的频率下的增益的电阻值。对于电阻器52和电容器54，RC滤波器可具有不同值，以调整可在150kHz到30000kHz的范围中的峰噪声频率的方差。
EMC滤波器50包括用于无源转换器段201的每一输入相位A、B和C的来自相位到地面电路的串联RC电路。在一个实施例中，EMC滤波器50在每一相位A、B和C与地面22之间包括三个RC滤波器51，其包括与电容器54串联连接的电阻器52。EMC滤波器在分接头18处在转换器201的线路侧上连接到无源转换器201。线路侧电感器26连接于输入AC源102与EMC滤波器50之间。
参看图7，展示包括EMC滤波器50的共同模式等效电路。Lrectifier/3是VSD 104的整流器侧电感，Ccommon_mode是VSD的共同模式电容，Rdamp是输入滤波器的阻尼电阻，Cparasitic是来自DC链路204和转换器202/反相器206AC端子到地面的寄生电容，且Lground_strap是接地线22的寄生电感。Rf是电阻器52，且Cf是电容器54。电阻器52使通过电容器54和有源转换器段202的峰电流最小化，且电容器54减少在靠近基本输入频率(例如，50/60kHz)下的电阻器52中的功率损失。可选择电阻器52的值，使得在并联谐振频率下获得增益的充分减小。如可分别在图8和图9中的峰802和902处看出，转换器产生的噪声衰减。
应理解，本申请不限于在以下描述中阐述或在图中说明的细节或方法。还应理解，本文中使用的用语和术语只是为了描述的目的，且不应被视为限制性。
虽然图中说明和本文中描述的示例性实施例为目前优选的，但应理解，这些实施例只是通过实例来提供。因此，本申请不限于特定实施例，而是扩展到仍然属于随附权利要求书的范围的各种修改。根据替代性实施例，可变化或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。

Claims (11)

1.一种变速传动系统(104)，所述变速传动系统(104)被配置以接收在固定AC输入电压量值和频率下的AC电力作为输入，且提供在可变电压和可变频率下的输出AC电力，所述变速传动(104)包括：
转换器(202)，所述转换器(202)适于耦合到提供所述输入AC电压的AC电源(102)，所述转换器(202)被配置以将所述输入AC电压转换到DC电压；
连接到所述转换器(202)的DC链路(204)，所述DC链路(204)被配置以滤波所述DC电压且存储来自所述转换器(202)的能量；
连接到所述DC链路(204)的反相器(206)，所述反相器(206)被配置以将来自所述DC链路(204)的所述DC电压转换成具有所述可变电压和所述可变频率的所述输出AC电力；
输入滤波器(10)，所述输入滤波器(10)包括具有三个绕组的三相电感器(16)，每一绕组具有适于耦合到所述输入AC电力的相位的第一端，和耦合到所述反相器(206)的第二端；以及
电磁兼容滤波器(50)，所述电磁兼容滤波器(50)在所述输入滤波器绕组的所述第二端中的至少一个与接地点之间具有电阻器-电容器电路，其中不需要所述电磁兼容滤波器(50)载运所述变速传动系统(104)的所有电流，且其中所述电磁兼容滤波器(50)被配置以实质上减小在所述转换器(202)通过并联谐振产生噪声的频率范围上的噪声的增益，由此防止来自所述并联谐振的所述噪声穿过所述输入滤波器(10)到所述输入AC电力的源。
2.根据权利要求1所述的变速传动系统(104)，所述电磁兼容滤波器(50)进一步包括连接到所述输入滤波器绕组的相应第二端的第一滤波器端，和连接到共同接地点的第二滤波器端。
3.根据权利要求2所述的变速传动系统(104)，所述电磁兼容滤波器(50)进一步包括电阻器-电容器滤波器组，所述第一滤波器端连接到形成Y形配置的所述输入滤波器绕组的所述相应第二端。
4.根据权利要求1所述的变速传动系统(104)，进一步包括为所述转换器(202)上的接地点的所述共同接地点。
5.根据权利要求1所述的变速传动系统(104)，进一步包括具有无源前端的转换器(202)。
6.根据权利要求1所述的变速传动系统(104)，进一步包括具有将每一绕组分成一对电感器段(26、28)的中心分接头的所述三相电感器(16)的每一绕组。
7.根据权利要求6所述的变速传动系统(104)，进一步包括具有有源前端的转换器(202)。
8.一种操作变速传动系统(104)的方法，所述方法包括：
接收在固定AC输入电压量值和频率下的输入AC电力；
在转换器(202)中将所述输入AC电压转换到DC电压；
滤波所述DC电压且将来自所述转换器(202)的能量存储于DC链路(204)中；
将来自所述DC链路(204)的所述DC电压反相成AC电力；
提供在可变电压和可变频率下的输出AC电力；以及
衰减由所述转换器(202)中的并联谐振造成的噪声的增益，由此防止所述噪声穿过所述输入滤波器(10)到所述输入AC电力的源。
9.根据权利要求8所述的方法，其中衰减由所述转换器(202)中的并联谐振造成的噪声的所述增益的步骤由电磁兼容滤波器(50)达成。
10.一种用于与变速传动(104)一起使用的电磁兼容滤波器(50)，所述变速传动(104)包括适于耦合到输入AC电源(102)的输入端、耦合于所述输入端与转换器(202)之间的输入滤波器(10)，所述电磁兼容滤波器(50)耦合于到所述输入滤波器(10)与所述转换器(202)的接面的第一端处，和到地面的第二端处，所述电磁兼容滤波器(50)能够衰减由所述转换器(202)中的并联谐振造成的噪声的增益，由此防止所述噪声穿过所述输入滤波器(10)到所述AC电源(102)。
11.根据权利要求10所述的电磁兼容滤波器(50)，进一步包括所述第二端耦合到的所述地面为所述转换器(202)上的接地点。
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