CN112366071B - 变频器、三相电抗器以及三相电抗器的绕线方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变频器、三相电抗器以及三相电抗器的绕线方法；其中，三相电抗器包括N根绕线柱、第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组，每一相绕组具有N个绕线段，每一绕线段绕设至一所述绕线柱上；每一相绕组的入线端在N根所述绕线柱上交错设置，且每一相绕组在绕设至其入线端所在的绕线柱的绕制方向与绕设至其它绕线柱的绕线方向相反。本发明解决了磁材因直流偏置导致的三相感量随工频瞬时电流变化而变化，并最终导致无法三相磁集成的问题，实现了将铁硅、铁硅铝等适用于高频的磁芯应用于三相集成式电抗器。

Description

变频器、三相电抗器以及三相电抗器的绕线方法

技术领域

本发明涉及电抗器技术领域，特别涉及一种变频器、三相电抗器以及三相电抗器的绕线方法。

背景技术

现有三相系统电源在采用能适用于高频但直流偏置明显的磁材做电抗器时，例如铁硅做电抗器时，多采用三颗单相电抗器设计，但这种结构造成三相系统电源的体积增大，磁材成本增高。或是采用三相硅钢片设计的集成式电抗器，但硅钢片电抗器在高频下损耗很高，目前缺乏一种能适用于高频，且体积小的三相电抗器。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种三相电抗器，旨在解决现有三相电抗器不能同时满足适应高频和小型化的问题。

为实现上述目的，本发明提出的三相电抗器包括：

N根绕线柱；

第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组，均具有N个绕线段，每一绕线段绕设至一所述绕线柱上；

其中，所述N大于等于3，每一所述相绕组的入线端在N根所述绕线柱上交错设置，且每一所述相绕组在绕设至其入线端所在的所述绕线柱的绕制方向与绕设至其它所述绕线柱的绕线方向相反。

可选地，每一所述绕线柱具有为第一区域、第二区域以及第三区域；所述第一相绕组绕制于每一所述绕线柱的第一区域；所述第二相绕组绕制于每一所述绕线柱的第二区域；所述第三相绕组绕制于每一所述绕线柱的第三区域。

可选地，每一所述绕线柱包括串联设置的第一子绕线柱、第二子绕线柱以及第三子绕线柱；所述第一相绕组绕制于每一所述绕线柱的第一子绕线柱；所述第二相绕组绕制于每一所述绕线柱的第二子绕线柱；所述第三相绕组绕制于每一所述绕线柱的第三子绕线柱。

可选地，每一所述子绕线柱之间设置有气隙。

可选地，所述第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组层叠绕设至N根所述绕线柱上，所述第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组为内层、中层及外层。

可选地，在所述绕线柱的数量为3根时，3根所述绕线柱之间的距离相等。

可选地，所述三相电抗器还包括：

第一底板和第二底板，所述第一底板和所述第二底板平行设置。

可选地，第一底板的截面积大于每一所述绕线柱的截面积；

和或，第二底板的截面积大于每一所述绕线柱的截面积。

本发明还提出一种三相电抗器的绕线方法，应用于上述的三相电抗器中，所述三相电抗器包括三相绕组及N根绕线柱，所述三相绕组均具有N个绕线段，该三相电抗器的绕线方法包括以下步骤：

将每一所述相绕组的N个所述绕线段分别绕制于对应的所述绕线柱上；

每一所述相绕组在绕设至其入线端所在的绕线柱的绕制方向与绕设至其它绕线柱的绕线方向相反。

本发明还提出一种变频器，包括上述的三相电抗器，或者使用了上述的三相电抗器的绕线方法。

本发明的技术方案通过将每一相绕组上的N个绕线段分别绕制一绕线柱上；每一相绕组的入线端在N根所述绕线柱上交错设置，且每一相绕组在绕设至其入线端所在的绕线柱的绕制方向与绕设至其它绕线柱的绕线方向相反。利用磁场强度的相互抵消和叠加，以及磁场在绕线柱上均匀分布，使得任意时刻，每相绕组经过N根磁柱后的总感量始终保持一致，使三相的感量同步变化，从而解决了磁材因直流偏置导致的感量随工频瞬时电流直接变化，三相感量各自变化，并最终导致无法三相磁集成的问题，本发明实现了将铁硅、铁硅铝等适用于高频的磁芯应用于三相集成电抗器，实现了低成本、小体积且适用于高频的三相集成式电抗器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明三相电抗器一实施例的结构示意图；

图2为本发明三相电抗器另一实施例的结构示意图；

图3为本发明三相电抗器再一实施例的结构示意图；

图4为本发明三相电抗器图3的一工况分析的示意图；

图5为本发明三相电抗器另一工况分析的示意图；

图6为本发明三相电抗器图4的工况分析图对应的磁路示意图；

图7为本发明三相电抗器一工况对应的磁路示意图；

图8为本发明三相电抗器另一工况对应的磁路示意图；

图9为本发明三相电抗器图5工况分析图对应的磁路示意图；

图10为本发明三相电抗器再一工况对应的磁路示意图；

图11为本发明三相电抗器又一工况对应的磁路示意图；

图12为本发明三相电抗器一工况对应的磁路示意图；

图13为本发明三相电抗器的铁芯尺寸示意图。

图14为单相电抗器的铁芯尺寸示意图。

图15为图13的三相电抗器以及图14的单相电抗器的感量波形图；

图16为本发明三相电抗器的绕线方法一实施例的流程图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种三相电抗器，可用于变频器、逆变器等各类使用电抗器的产品，可以实现该产品的高频化，小型化。

参照图1及图2，本发明一实施例中，该三相电抗器包括：

N根绕线柱；

第一相绕组40、第二相绕组50以及第三相绕组60，均具有N个绕线段，每一绕线段绕设至一所述绕线柱上；

其中，所述N大于等于3，每一相绕组的入线端在N根所述绕线柱上交错设置，且每一相绕组在绕设至其入线端所在的绕线柱的绕制方向与绕设至其它绕线柱的绕线方向相反。

其中，所述绕线柱可以是一根整的绕线柱，也可以是包括多根首尾连接的子绕线柱，绕线柱可以是硅钢磁芯、铁硅磁芯或者铁硅铝磁芯等可以适用于高频的磁芯；本实施例可选为铁硅磁芯或者铁硅铝磁芯。绕线柱可以是圆柱体或者多棱柱体等；本实施例可选为圆柱体，利用圆柱体的横向截面积为圆，在同等面积的情况下，圆的周长最小，从而在满足磁路要求的同时，节省相绕组线材。

N大于等于3，N可取任意大于等于3的正整数，具体根据实际需求进行设置，本实施例中，N可选为3。

3根绕线柱可以是相互平行设置，每一绕线柱的第一端(圆柱体的一底面)与第一底板70连接，每一绕线柱的第二端(圆柱体的另一底面)与第二底板80连接。具体地，3根绕线柱之间可以是在同一平面上(3根绕线柱在第一底板70和第二底板80的投影呈直线排列)，也可以是不在同一平面上(3根绕线柱在第一底板70和第二底板80的投影呈多边形)，具体根据实际需求进行设置，本实施例可选为3根绕线柱不在同一平面上(3根绕线柱在第一底板70和第二底板80的投影呈等边三角形)。

其中，图1或者图2中的IN1和OUT1分别为第一相绕组40的入线端和出线端，IN2和OUT2分别为第二相绕组50的入线端和出线端，IN3和OUT3分别为第三相绕组60的入线端和出线端。IN11与OUT11连接，IN12与OUT12连接，IN21与OUT21连接，IN22与OUT22连接，IN31与OUT31连接，IN32与OUT32连接。

需要说明的是，在现有的电子电力产品中的三相电抗器主要分两类，一类是采用三相硅钢片设计的集成电抗器，此类三相电抗器在工作于高频时，硅钢片磁芯损耗很高，所以无法适用于高频电子电力产品；另一类是采用铁硅或者铁硅铝等高频损耗低的磁芯，但是由于这类磁芯都存在直流偏置的问题，三相感量各自变化，导致这类磁芯不能设计成三相集成电抗器，只能使用三个独立的单相电抗器充当三相电抗器；虽然每个独立的单相电抗器都可以适用于高频，但是三个独立电抗器会造成使用电子电路产品的体积增大，不利于小型化。也就是说现有的三相电抗器只能在高频化和小型化中选择其一。

为了解决上述问题，本发明通过设置第一相绕组40、第二相绕组50以及第三相绕组60，其中，每一相绕组包括第一绕线段、第二绕线段以及第三绕线段(此处绕线柱数量N等于3，如果N为其它取值，绕线段数量做相应改变)，每一绕线段绕设至一所述绕线柱上；每一绕线段的匝数可以相同也可以不同，依据实际需求进行设置，本实施例可选为每一绕线段的匝数相同，从而有利于实际生产操作。三相绕组的入线端在3根所述绕线柱(3根绕线柱为第一绕线柱10，第二绕线柱20以及第三绕线柱30)上交错设置；例如，第一相绕组40在第一绕线柱10入线，则第二相绕组50可以在第二绕线柱20或者第三绕线柱30入线，本实施例可选为第二相绕组50在第二绕线柱20入线，则第三相绕组60可以在第三绕线柱30入线。其中，三相绕组入线端所在绕线柱为对应相绕组的相绕线柱，每相绕组入线端所在的绕线柱直接体现该相的瞬态工况。每一相绕组的绕线段在绕设至其相绕线柱的绕制方向与绕设至其它绕线柱的绕线方向相反；以满足该相绕组在其相绕线柱上产生的磁通与在其它绕线柱上产生的磁通构成叠加关系，形成磁路。

例如，第一相绕组的第一绕线段41正向绕制于第一绕线柱10(此时，第一绕线柱为第一相绕组40的相绕线柱)，第一相绕组的第二绕线段42反向绕制于第二绕线柱20，第一相绕组的第三绕线段43反向绕制于第三绕线柱30；

第二相绕组的第一绕线段51正向绕制于第二绕线柱20(此时，第二绕线柱20为第二相绕组50的相绕线柱)，第二相绕组的第二绕线段52反向绕制于第三绕线柱30，第二相绕组的第三绕线段53反向绕制于第一绕线柱10。

第三相绕组的第一绕线段61正向绕制于第三绕线柱30(此时，第三绕线柱30为第三相绕组60的相绕线柱)，第三相绕组的第二绕线段62反向绕制于第一绕线柱10，第三相绕组的第三绕线段63反向绕制于第二绕线柱20。

其中，其中对于非相绕线柱的绕线顺序可以调节前后关系，绕制方向与相绕线柱的绕线段相反，也就是说，在本实施中，每一相绕组的第二绕线段和第三绕线段可以互换位置，例如，第一相绕组的第二绕线段42可以绕制于第三绕线柱30，第一相绕组的第三绕线段43可以绕制于第二绕线柱20，此处不做限定，只需要满足上述的叠加关系即可。可以理解的是，上述的正向绕制可以是顺时针绕制，则反向绕制相应的为逆时针绕制，上述的正向绕制也可以是逆时针绕制，则反向绕制相应为顺时针绕制，本实施例可选为正向绕制为顺时针绕制，反向绕制为逆时针绕制。

本实施例中，当三相电流分别从三相绕组流入本发明的三相电抗器时，由于在同一绕线柱上产生的磁通在该绕线柱上均匀分布，因此该绕线柱上的三个绕线段的磁通相同，也即在同一时刻，第一相绕组40的三个绕线段的磁通之和、第二相绕组50的三个绕线段的磁通之和以及第三相绕组60的三个绕线段的磁通之和相等，从而使得三相绕组的总感量在同一时刻相等，使三相的感量同步变化，解决了磁材因直流偏置导致的感量随工频瞬时电流直接变化，三相感量各自变化，最终导致无法设计成三相集成电抗器的问题；此外，本实施例中，三相绕组的磁场强度相互叠加和抵消，使得三相绕组的感量幅值波动降低。

本发明的技术方案通过将每一相绕组上的N个绕线段分别绕制于一绕线柱上；每一相绕组的入线端在N根所述绕线柱上交错设置，且每一相绕组在绕设至其入线端所在的绕线柱的绕制方向与绕设至其它绕线柱的绕线方向相反。利用磁场强度的相互抵消和叠加，以及磁场在绕线柱上均匀分布，使得任意时刻，每相绕组经过N根磁柱后的总感量始终保持一致，使三相的感量同步变化，从而解决了磁材因直流偏置导致的感量随工频瞬时电流直接变化，三相感量各自变化，最终导致无法三相磁集成的问题，本发明实现了将铁硅、铁硅铝等适用于高频的磁芯应用于三相集成电抗器，实现了低成本、小体积且适用于高频的三相集成式电抗器。

参照图1，在一实施例中，每一所述绕线柱具有第一区域、第二区域以及第三区域；第一相绕组40绕制于每一绕线柱的第一区域；第二相绕组50绕制于每一绕线柱的第二区域；第三相绕组60绕制于每一绕线柱的第三区域。

其中，第一区域可以为每一绕线柱的上部，第二区域可以为每一绕线柱的中部，第三区域可以为每一绕线柱的下部，也就是说本实施例中，第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组分成上中下三层设置；从而使得三相绕组之间不会出现交叉，解决了三相电抗器的三个相绕组之间的线材相互碰触导致相间打火问题。此外，由于每一相绕组的三个绕线段都在同一高度，各个相互连接的绕线段之间的距离缩短，从而节省每一相绕组所需线材，降低成本。

参照图2，在一实施例中，每一所述绕线柱包括串联设置的第一子绕线柱、第二子绕线柱以及第三子绕线柱；第一相绕组40绕制于每一绕线柱的第一子绕线柱；第二相绕组50绕制于每一绕线柱的第二子绕线柱；第三相绕组60绕制于每一绕线柱的第三子绕线柱。

进一步地，每一子绕线柱之间位置设置有气隙；可以理解的是，每一子绕线柱之间具有气隙，本实施例通过设置气隙并通过控制气隙的大小以及气隙的填充材料，可以调节绕线柱的磁导率。

具体地，可以是第一相绕组的第一绕线段41绕制于第一绕线柱的第一子绕线柱11，第一相绕组的第二绕线段42绕制于第二绕线柱的第一子绕线柱21，第一相绕组的第三绕线段43绕制于第三绕线柱的第一子绕线柱31。

第二相绕组的第一绕线段51绕制于第二绕线柱的第二子绕线柱22，第二相绕组的第二绕线段52绕制于第三绕线柱的第二子绕线柱32，第二相绕组的第三绕线段53绕制于第一绕线柱的第二子绕线柱12。

第三相绕组的第一绕线段61绕制于第三绕线柱的第三子绕线柱33，第三相绕组的第二绕线段62第一绕线柱的第三子绕线柱13，第三相绕组的第三绕线段63绕制于第二绕线柱的第三子绕线柱23。

所述气隙可以填充非导磁材料，例如环氧树脂板等，或者填充磁导率小于绕线柱所用的磁材的相对磁导率的导磁材料。

本实施例通过气隙的设置，可以在磁芯面积一定的情况下，使得绕线柱具有抗饱和特性，此外通过多个气隙的设置，可以使得电抗器的散热性能更加好。

在一实施例中，所述第一相绕组40、第二相绕组50以及第三相绕组60层叠绕设至N根所述绕线柱上，所述第一相绕组40、第二相绕组50以及第三相绕组60为内层、中层及外层。

具体地，可以是将第一相绕组40绕制分别于N根所述绕线柱上，将第二相绕组50绕制在第一相绕组40的外层，最后将第三相绕组60绕制在第二相绕组50的外层，实现三相绕组的层叠绕制。

在本实施例将通过将三相绕组层叠绕制，一方面可以使得每一绕线柱的高度可以减少(在同样匝数的情况下)，从而大幅减少磁材成本，另一方面，由于每一绕线柱的高度减少了，相应的磁路也大幅地缩短。

参照图3，在一实施例中，在所述绕线柱的数量为3根时，3根所述绕线柱之间的距离相等。

也就说，3根所述绕线柱在第一底板70或者第二底板80上的投影的连线是等边三角形；例如，当绕线柱为圆柱体时，3根圆柱体在第一底板70或者第二底板80的投影的三个圆的圆心连线是等边三角形，从而使得磁通从其中一根绕线柱流入第一底板70(或者第二底板80)时，无论从第一底板70(或者第二底板80)流入其它任意一根绕线柱，磁路的长度是一致的，从而使得每两根绕线柱之间的磁路长度一致，进一步使得本实施例的三相电抗器的磁平衡。

在一实施例中，所述第一底板70的截面积大于每一所述绕线柱的截面积；

和或，所述第二底板80的截面积大于每一所述绕线柱的截面积。

也就是说，第一底板70的截面积大于每一所述绕线柱的截面积，或者所述第二底板80的截面积大于每一所述绕线柱的截面积，或者第一底板70和第二底板80的截面积均大于每一所述绕线柱的截面积。

本实施例中，第一底板70和第二底板80的截面积指的是：将3根绕线柱在第一底板70或者第二底板80上的投影做一直线(例如上述的圆心连线)，再做一与所述直线垂直的面，用这个面去截第一底板70或者第二底板80，所得到的截面积。

绕线柱的截面积可以是绕线柱在第一底板70或者第二底板80的投影的面积。

通过设置第一底板70和第二底板80的截面积大于绕线柱的截面积，从而保证绕线柱流入第一底板70或者第二底板80的磁通能完整地流出第一底板70或者第二底板80。

结合上述实施例，参照图4-15，对本发明的三相电抗器的工况进行分析，下述的瞬时电流可以是工频瞬时电流，仅用于分析，在其他应用场景中，瞬时电流可以是三相电抗器的输入电流。其它工况可以是以下工况的过渡(中间情况)。其中，第一相绕组电流91、第二相绕组电流92以及第三相绕组电流93。

设第一绕线柱10、第二绕线柱20以及第三绕线柱30的有效截面积相同；任意两根绕线柱构成的磁路长度为L；每一绕线段的匝数为m，则每相绕线段的匝数为3×m，相绕组的瞬时电流I；则磁场强度可由以下公式获得：

由上式可知，磁场强度与相绕组的瞬时电流呈正比例关系。则在t时刻，三相的瞬时电流分别为：

为了直观的体现电抗器的工况，设定上式中的工频f＝50Hz；三相工频电流I_in＝72A，单相峰值电流I_max＝102A；

需要理解的是，上述设定值用于分析，在实际应用中的取值在不同的场景可以不同。

通过上式可以求得三相绕组的瞬时电流，易于理解的是，控制其他参数不变，磁场强度与相绕组的瞬时电流呈正比例关系，为了方便描述，以下分析可以瞬时电流值表示磁场强度。

参照图2和图4，图4为三相电抗器一工况的分析示意图，其中IN1和OUT1分别为第一相绕组40的入线端和出线端，IN2和OUT2分别为第二相绕组50的入线端和出线端，IN3和OUT3分别为第三相绕组60的入线端和出线端。IN11与OUT11连接，IN12与OUT12连接，IN21与OUT21连接，IN22与OUT22连接，IN31与OUT31连接，IN32与OUT32连接。三相电抗器在该工况中：三相绕组中的某一相绕组电流为过零点时刻，例如，在t＝0ms时刻、t＝3.3ms时刻、t＝6.67ms时刻、t＝10ms时刻、t＝13.3ms时刻、t＝16.7ms时刻t＝20ms时刻等，取t等于0ms时刻进行分析，其它时刻的分析原理类似。

在t＝0ms时刻：此时第一相绕组过零点

第一绕线柱10上的三个绕线段(分别是第一相绕组的第一绕线段41，第二相绕组的第三绕线段53以及第三相绕组的第二绕线段62)产生的磁场：

第一相绕组的第一绕线段41不产生磁场，第二相绕线柱的第三绕线段53产生的磁场与第三相绕线柱的第二绕线段62的磁场抵消，因此第一绕线柱10上的三个绕线段不产生磁场。

第二绕线柱20上的三个绕线段(第一相绕组的第二绕线段42，第二相绕组的第一绕线段51以及第三相绕组的第三绕线段63)产生的磁场：第一相绕组的第二绕线段42不产生磁场，第二相绕线柱的第一绕线段51产生磁场强度为88.2的磁场(由第二底板80至第一底板70)，及第三相绕组的第三绕线段63产生磁场强度为88.2的磁场(由第二底板80至第一底板70)因此，第二绕线柱20上的三个绕线段产生的磁场强度为176.4(由第二底板80至第一底板70)。

第三绕线柱30上的三个绕线段(第一相绕组的第三绕线段43、第二相绕组的第二绕线段52以及第三相绕组的第一绕线段61)产生的磁场：第一相绕组的第三绕线段43不产生磁场，第二相绕组的第二绕线段52产生磁场强度为88.2的磁场(由第一底板70至第二底板80)，第三相绕组的第一绕线段61产生磁场强度为88.2的磁场(由第一底板70至第二底板80)；因此第三绕线柱30上的三个绕线段产生的磁场强度为176.4(由第一底板70至第二底板80)。

综上所述，参照图4及图6，对于第一绕线柱10，其上的三个绕线段不产生磁场且第二绕线柱20和第三绕线柱30上的绕线段分配至第一绕线柱10的磁场强度相互抵消，因此第一绕线柱10没有磁通，也即磁路不从第一绕线柱10流过。

对于第二绕线柱20，其上的三个绕线段产生磁场强度为176.4的磁场(由第二底板80至第一底板70)，第三绕线柱30叠加磁场强度为176.4的磁场(由第二底板80至第一底板70)；第一绕线柱10没有磁通；因此第二绕线柱20上的磁场的磁场强度为352.8(由第二底板80至第一底板70)；

对于第三绕线柱30，其上的三个绕线段产生磁场强度为176.4的磁场(由第一底板70至第二底板80)，第二绕线柱20叠加磁场强度为176.4的磁场(由第一底板70至第二底板80)；第一绕线柱10没有磁通；因此第三绕线柱30上的磁场的磁场强度为352.8(由第一底板70至第二底板80)。

综上所述，参照图6，图6为图4的工况分析图对应的磁路示意图，也即0ms时刻对应的磁路示意图，在t＝0ms时刻，第一绕线柱10上的绕线段均没有磁通；磁路在第一底板70、第二底板80、第二绕线柱20以及第三绕线柱30形成磁路，磁场强度为352.8。

参照图2和图5，图5为三相电抗器另一工况分析的示意图，其中IN1和OUT1分别为第一相绕组40的入线端和出线端，IN2和OUT2分别为第二相绕组50的入线端和出线端，IN3和OUT3分别为第三相绕组60的入线端和出线端。IN11与OUT11连接，IN12与OUT12连接，IN21与OUT21连接，IN22与OUT22连接，IN31与OUT31连接，IN32与OUT32连接。三相电抗器在该工况时：三相绕组中的某一相绕组电流为峰值点时，例如，在t＝1.67ms时刻、t＝5ms时刻、t＝8.33ms时刻、t＝11.67ms时刻、t＝15ms时刻以及t＝18.33ms时刻等，取t等于5ms时刻进行分析，其它时刻的分析原理类似。

在t＝5ms时刻；此时第一相绕组40电流为峰值，第二相绕组50和第三相绕组60的电流相同，方向相反。

第一绕线柱10上的三个绕线段(分别是第一相绕组的第一绕线段41，第二相绕组的第三绕线段53以及第三相绕组的第二绕线段62)产生的磁场：第一相绕组的第一绕线段41产生磁场强度为102的磁场(由第二底板80至第一底板70)，第二相绕线柱的第三绕线段产生磁场强度为51的磁场(由第二底板80至第一底板70)，第三相绕线柱的第二绕线段产生磁场强度为51的磁场(由第二底板80至第一底板70)，因此第一绕线柱10上的三个绕线段产生磁场强度为204的磁场(由第二底板80至第一底板70)。

第二绕线柱20上的三个绕线段(第一相绕组的第二绕线段42，第二相绕组的第一绕线段51以及第三相绕组的第三绕线段63)产生的磁场：第一相绕组的第二绕线段42产生磁场强度为102的磁场(由第一底板70至第二底板80)，第二相绕线柱的第一绕线段产生的磁场与第三相绕组的第三绕线段63产生磁场相互抵消，因此，第二绕线柱20上的三个绕线段产生的磁场强度为102(由第一底板70至第二底板80)。

第三绕线柱30上的三个绕线段(第一相绕组的第三绕线段43、第二相绕组的第二绕线段52以及第三相绕组的第一绕线段61)产生的磁场：第一相绕组的第三绕线段43产生磁场强度为102的磁场(由第一底板70至第二底板80)，第二相绕组的第二绕线段52产生磁场与第三相绕组的第一绕线段61产生磁场相互抵消；因此第三绕线柱30上的三个绕线段产生的磁场强度为102(由第一底板70至第二底板80)。

综上所述，如图9所示，图9为图5的工况分析图对应的磁路示意图，对于第一绕线柱10，其上的三个绕线段产生磁场强度为204的磁场(由第二底板80至第一底板70)，且第二绕线柱20和第三绕线柱30分别叠加磁场强度为102的磁场(由第二底板80至第一底板70)，因此第一绕线柱10上的磁场的磁场强度为408(由第二底板80至第一底板70)。

对于第二绕线柱20和第三绕线柱30；第二绕线柱20上的三个绕线段产生的磁场强度与第三绕线柱30上的磁场强度相互抵消；第一绕线柱10分配磁场强度为204的磁场(由第一底板70至第二底板80)至第二绕线柱20，因此第二绕线柱20的磁场强度为204(由第一底板70至第二底板80)，第一绕线柱10分配磁场强度为204的磁场(由第一底板70至第二底板80)至第三绕线柱30，因此第二绕线柱20的磁场强度为204(由第一底板70至第二底板80)。

因此，在t＝5ms时刻，磁路在第一底板70、第二底板80、第一绕线柱10第二绕线柱20以及第三绕线柱30形成磁路，磁路由第二绕线柱20和第三绕线柱30汇入第一绕线柱10，磁场强度为408。

参照图7，同理可得，在t＝1.67ms时刻；在第一底板70、第二底板80、第一绕线柱10第二绕线柱20以及第三绕线柱30形成磁路，磁路由第一绕线柱10和第二绕线柱20汇入第三绕线柱30，磁场强度为408。

参照图8，同理可得，在t＝3.3ms时刻；在第一底板70、第二底板80、第一绕线柱10以及第三绕线柱30形成磁路，磁场强度为352.8；第二绕线柱20上的绕线段均没有磁通。

参照图10，同理可得，在t＝6.67ms时刻；在第一底板70、第二底板80、第一绕线柱10以及第二绕线柱20形成磁路，磁场强度为352.8；第三绕线柱30上的绕线段均没有磁通。

参照图11，同理可得，在t＝8.33ms时刻；磁路在第一底板70、第二底板80、第一绕线柱10第二绕线柱20以及第三绕线柱30形成磁路，磁路由第一绕线柱10和第三绕线柱30汇入第二绕线柱20，磁场强度为408。

参照图12，同理可得，在t＝10ms时刻；磁路在第一底板70、第二底板80、第二绕线柱20以及第三绕线柱30形成磁路，磁场强度为352.8；第一绕线柱10上的绕线段均没有磁通。

综合上述工况分析(其它工况可以为上述工况的中间情况)，由于同一时刻，各相绕组产生的磁场相互叠加和抵消，使得本实施例的三相电抗器的三相感量波动降低，在本实施例中，具体地，以瞬时电流值表示磁场强度，本发明的三相电抗器的感量变化为408-352.8＝55.2，相比较单相电抗器的感量变化为102-0＝102，显而易见地，本发明的三相电抗器的三相感量的波动值大大降低。同时，各相绕组产生的磁场强度相互抵消和叠加，各相绕组上的磁场强度不会随着对应相电流的变化而直接变化，而是由三相电流共同决定，参照上述工况分析，本发明的三相电抗器的感量以6倍工频周期性变化，且由于绕线柱上的磁场强度均匀分布，故三相感量同步变化；也就是说三相感量以6倍工频进行周期性同步变化。

如下表所示，在一实施例中，给出一种三相电抗器的参数及测试数据，参照图13，图13为本实施例的三相电抗器的铁芯尺寸示意图。

为了进一步对比，给出一种单相独立电抗器的参数及测试数据，参照图14，图14为下表的电抗器的铁芯尺寸示意图。

参照图13-14、上述两个表格以及上述的工况分析，得出三相电抗器的感量变化曲线图。如图15所示，显而易见的是，三相电流流过单相电抗器时，单相电抗器流过第一相电流的感量201，单相电抗器流过第二相电流的感量202，单相电抗器流过第三相电流的感量203三者有各自的变化时序，变化不同步，各自的变化周期为2倍工频。

三相电抗器的第一相感量101、第二相感量102以及第三相感量103同步变化，且变化周期为6倍工频，三相电抗器的感量不随着某一相的工频瞬时电流的变化而直接变化，而是由三相电流共同决定，此外，本实施例中，三相电抗器的感量的波动值为：

403.938μH-183.656μH＝220.282μH

单相电抗器的感量波动值为：

544.156μH-163.247μH＝380.909μH

相比较单相电抗器的感量波动，本发明的三相电抗器的感量波动值降低百分之四十以上。

参照图16，本发明还提出一种三相电抗器的绕线方法，应用于上述的三相电抗器中，所述三相电抗器包括三相绕组及N根绕线柱，三相绕组均具有N个绕线段，该三相电抗器的绕线方法包括以下步骤：

S100、将每相绕组的N个绕线段分别绕制于对应的所述绕线柱上；

S200、每一相绕组在绕设至其入线端所在的绕线柱的绕制方向与绕设至其它绕线柱的绕线方向相反。

具体地，以N等于3为例进行详细解释：每一绕线段在绕线柱上可绕制的匝数为m；

N等于3，则第一相绕组40、第二相绕组50以及第三相绕组60均包括第一绕线段、第二绕线段以及第三绕线段；

将第一相绕组的第一绕线段41正向绕制于第一绕线柱10，第一相绕组的第二绕线段42反向绕制于第二绕线柱20，第一相绕组的第三绕线段43反向绕制于第三绕线柱30。其中第二绕线段与第三绕线段分别与第一绕线段构成环形磁路，例如，当第一相绕组40电流由IN1端流向OUT1端时(第一相绕组40的电流流向有两种，当第一相绕组40电流为正时)，第一绕线段产生由第二底板80流向第一底板70的磁力线，第二绕线段产生由第一底板70流向第二底板80的磁力线，第三绕线段产生由第一底板70流向第二底板80的磁力线。

将第二相绕组的第一绕线段51正向绕制于第二绕线柱20，第二相绕组的第二绕线段52反向绕制于第三绕线柱30，第二相绕组的第三绕线段53反向绕制于第一绕线柱10。

将第三相绕组的第一绕线段61正向绕制于第三绕线柱30，第三相绕组的第二绕线段反向绕制于第一绕线柱10，第三相绕组的第三绕线段反向绕制于第二绕线柱20。

其中，每一相绕组的第二绕线段和第三绕线段可以互换位置，例如，第一相绕组的第二绕线段42可以绕制于第三绕线柱30，第一相绕组的第三绕线段43可以绕制于第二绕线柱20，此处不做限定。可以理解的是上述的正向绕制可以是顺时针绕制，则反向绕制相应的为逆时针绕制，上述的正向绕制也可以是逆时针绕制，则反向绕制相应为顺时针绕制，本实施例可选为正向绕制为顺时针绕制，反向绕制为逆时针绕制。

根据上述绕制方法，由于同一绕线柱上的磁通均匀分布，当三相电流分别从三相绕组流入时；第一相绕组的第一绕线段41产生的磁场方向与第一相绕组的第二绕线段42、第三绕线段43产生的磁场方向相反；第二相绕组的第一绕线段51产生的磁场方向与第二相绕组的第二绕线段52、第三绕线段产生的磁场方向相反；第三相绕组的第一绕线段61产生的磁场方向与第三相绕组的第二绕线段62、第三绕线段产生的磁场方向相反。从而形成磁场的叠加与抵消。三相绕组的磁场强度相互叠加和抵消，使得三相绕组的感量幅值波动降低。

通过本实施例的绕制方法，在同一时刻，第一绕组的三个绕线段的磁通之和、第二绕组的三个绕线段的磁通之和以及第二绕组的三个绕线段的磁通之和相等，从而三相绕组的感量在同一时刻相等，从而解决了磁材因直流偏置导致的感量随工频瞬时电流直接变化的问题，使三相的感量同步变化，解决了三相感量各自变化，最终导致无法设计成三相磁集成电抗器的问题。

本发明还提出一种变频器，包括上述的三相电抗器，或者使用了上述的三相电抗器的绕线方法。该三相电抗器的具体结构参照上述实施例，三相电抗器的绕线方法参照上述实施例，由于本变频器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种三相电抗器，其特征在于，包括：

N根绕线柱，所述绕线柱为铁硅磁芯或者铁硅铝磁芯；

第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组，均具有N个绕线段，每一绕线段绕设至一所述绕线柱上；

第一底板和第二底板，所述第一底板和所述第二底板平行设置，N根所述绕线柱设置于所述第一底板和所述第二底板之间；

其中，所述N大于等于3，每一所述相绕组的入线端在N根所述绕线柱上交错设置，且每一所述相绕组在绕设至其入线端所在的所述绕线柱的绕制方向与绕设至其它所述绕线柱的绕线方向相反，以使得所述三相电抗器工作时，所述第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组的感量同步变化。

2.如权利要求1所述的三相电抗器，其特征在于，每一所述绕线柱具有为第一区域、第二区域以及第三区域；所述第一相绕组绕制于每一所述绕线柱的第一区域；所述第二相绕组绕制于每一所述绕线柱的第二区域；所述第三相绕组绕制于每一所述绕线柱的第三区域。

3.如权利要求1所述的三相电抗器，其特征在于，每一所述绕线柱包括串联设置的第一子绕线柱、第二子绕线柱以及第三子绕线柱；所述第一相绕组绕制于每一所述绕线柱的第一子绕线柱；所述第二相绕组绕制于每一所述绕线柱的第二子绕线柱；所述第三相绕组绕制于每一所述绕线柱的第三子绕线柱。

4.如权利要求3所述的三相电抗器，其特征在于，每一所述子绕线柱之间设置有气隙。

5.如权利要求1所述的三相电抗器，其特征在于，所述第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组层叠绕设至N根所述绕线柱上，所述第一相绕组、第二相绕组以及第三相绕组为内层、中层及外层。

6.如权利要求1所述的三相电抗器，其特征在于，在所述绕线柱的数量为3根时，3根所述绕线柱之间的距离相等。

7.如权利要求1所述的三相电抗器，其特征在于，所述三相电抗器还包括：

第一底板和第二底板，所述第一底板和所述第二底板平行设置。

8.如权利要求7所述的三相电抗器，其特征在于，所述第一底板的截面积大于每一所述绕线柱的截面积；

和或，所述第二底板的截面积大于每一所述绕线柱的截面积。

9.一种三相电抗器的绕线方法，应用于如权利要求1-8任意一项所述的三相电抗器中，所述三相电抗器包括三相绕组及N根绕线柱，所述三相绕组均具有N个绕线段，其特征在于，包括以下步骤：

将每一所述相绕组的N个所述绕线段分别绕制于对应的所述绕线柱上；

每一所述相绕组在绕设至其入线端所在的绕线柱的绕制方向与绕设至其它绕线柱的绕线方向相反。

10.一种变频器，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的三相电抗器，或者使用了如权利要求9所述的三相电抗器的绕线方法。

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