一種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感，包括磁罐、線圈、絕緣端圈、引線、灌封料。磁罐為分段式磁罐，由具備高儲能、低損耗特性的特殊鐵合金粉末冶金的磁粉芯制成；線圈采用耐高溫漆包銅扁線繞制而成，其結(jié)構(gòu)為一體卷繞多層圓筒式線圈，且層數(shù)為偶數(shù)。線圈的首末端出頭引線相鄰引出；絕緣端圈采用耐高溫工程塑料制成；灌封料采用耐高溫、兼具彈性的聚氨酯灌封膠。本發(fā)明具有無電磁干擾、低噪音、低損耗、低溫升、電感量非線性、體積小等電氣機械特性，有助于提高高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的效率及可靠性。
【專利說明】—種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于特種變壓器領(lǐng)域，涉及一種濾波電感(亦稱濾波電抗器)的特殊設(shè)計，具體地說是一種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感。
【背景技術(shù)】
[0002]電力機車輔助系統(tǒng)是電力機車的重要組成部分，主要包括輔助電源、輔助電機以及相應(yīng)的控制電路等部分。輔助電源系統(tǒng)是機車的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著除機車牽引系統(tǒng)主電路以外各種裝置的供電任務(wù)，是提供風(fēng)源的空氣壓縮機、空調(diào)、通風(fēng)機等輔助電動機的三相交流電源，電熱器、冰箱、信息顯示裝置的電源等。
[0003]當(dāng)前以龐巴迪公司為代表的主流的輔助電源變流器系統(tǒng)采用單相橋式四象限整流+兩電平三相橋式逆變的主電路形式。從機車牽引變壓器輔助繞組獲取單相交流電壓，經(jīng)四象限整流器轉(zhuǎn)換為恒定直流電源，并通過支撐電容進(jìn)行能量儲存，然后由逆變器將恒定直流電源轉(zhuǎn)換為三相PWM交流電，再通過LC濾波器為機車輔助負(fù)載提供三相正弦交流電壓。在輸入端、支撐電容端及輸出端配置電壓傳感器，實現(xiàn)對輸入電壓、中間直流電壓及三相輸出電壓的監(jiān)視及保護(hù)；輸入端及逆變器模塊輸出端配置電流傳感器，實現(xiàn)對輸入電流及輸出電流的監(jiān)視及保護(hù)。
[0004]PWM (脈寬調(diào)制)是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動態(tài)性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)大大改善。利用PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波。加上使用自關(guān)斷器件，開關(guān)頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。因此，PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)在高鐵電源變流器、光伏逆變器、風(fēng)電變流器等領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。
[0005]由于PWM交流電波形不可避免地含有諸多高頻諧波分量，為減小高頻諧波對輔助電動機的不利影響，在逆變器的輸出端加濾波裝置一LC濾波器必不可少。LC濾波器由濾波電容和濾波電感(亦稱:濾波電抗器)組成。
[0006]在光伏逆變器、風(fēng)電變流器等領(lǐng)域中，用于濾除高頻諧波的濾波電感通常采用干式鐵芯電抗器，如當(dāng)今普遍應(yīng)用于500kW光伏逆變器的濾波電感均如此。
[0007]但在高鐵機車輔助電源的變流器系統(tǒng)，鐵芯電抗器作為濾波電感存在固有的缺陷。
[0008]其一，鐵芯電抗器采用帶氣隙的鐵芯結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)氣隙長度來獲得需要的電感量；這種結(jié)構(gòu)由于鐵芯被氣隙隔斷，在氣隙處將產(chǎn)生相應(yīng)的漏磁場；另外，敞開式的線圈必然也將產(chǎn)生漏磁場；這兩個漏磁場將必然對周遭的電磁環(huán)境產(chǎn)生影響，從而影響到機車的控制系統(tǒng)與通信系統(tǒng)。這就是干式鐵芯電抗器作為濾波電感應(yīng)用于高鐵機車電源系統(tǒng)時所無法解決的電磁干擾(俗稱EMI:Electro Magnetic Interference)問題。
[0009]其二，鐵芯電抗器的噪音由于氣隙的存在是比較大的，根據(jù)容量大小，通常在70分貝左右。
[0010]其三，鐵芯電抗器在高頻諧波的作用下，鐵芯損耗與頻率的平方成正比，高頻諧波在硅鋼片中造成的鐵芯損耗將達(dá)到基波鐵芯損耗的數(shù)倍，是一個不可忽略的數(shù)值，這將顯著降低電源系統(tǒng)的效率。
[0011]其四，鐵芯電抗器的電感量在不同的電流下，其電感量幾乎保持恒定不變，這對于高鐵機車輔助變流器對于濾波電感的非線性要求不吻合。
[0012]其五,鐵芯電抗器的溫升較高，通常鐵芯和線圈相對于環(huán)境的溫升在80-100K之間，這不利于周圍的其他電氣元件，尤其在相對散熱條件較差的機車內(nèi)部。
[0013]其六，鐵芯電抗器的體積較大，這對于安裝于機車下部而空間有限的輔助電源系統(tǒng)是不利的。
[0014]其七，干式鐵芯電抗器系敞開式結(jié)構(gòu)，鐵芯和線圈均暴露在環(huán)境中，且其鐵芯的緊固依賴于拉緊螺桿，而長期處于戶外運行、環(huán)境惡劣、震動不已的機車運行環(huán)境對于電抗器的電氣和機械穩(wěn)定性是嚴(yán)峻的考驗。
[0015]綜合上述因素，干式鐵芯電抗器作為濾波電感應(yīng)用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)是不合適的。因此，有必要研發(fā)一種能夠有效彌補上述缺陷的新型濾波電感，它應(yīng)當(dāng)具有無電磁干擾、低噪音、低損耗、低溫升、電感量非線性、體積小等電氣機械特性，從而完全適用于高鐵機車輔助電源的變流器系統(tǒng)。這對于保障高鐵機車電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有著不可忽略的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是提供一種具有無電磁干擾、低噪音、低損耗、低溫升、電感量非線性、體積小等電氣機械特性的高頻濾波電感。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感，包括磁罐、線圈、絕緣端圈、引線、灌封料，其改進(jìn)點在于:所述磁罐為分段式磁罐，由具備高儲能、低損耗特性的特殊鐵合金粉末冶金的磁粉芯制成；根據(jù)電感容量大小分為三段式結(jié)構(gòu)或兩段式結(jié)構(gòu)，其中三段式結(jié)構(gòu)分為上段、中段和下段，兩段式結(jié)構(gòu)分為上段和下段。上段和下段磁罐分別開有方形出線槽口。
[0018]所述線圈采用耐高溫漆包銅扁線繞制而成，其結(jié)構(gòu)為一體卷繞多層圓筒式線圈，且層數(shù)為偶數(shù)。
[0019]所述線圈的首端出頭引線與末端出頭引線相鄰引出。
[0020]所述絕緣端圈采用耐高溫工程塑料制成。
[0021]所述灌封料采用耐高溫、兼具彈性的聚氨酯灌封膠。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]采用分段磁罐作為電感的磁通路(取代傳統(tǒng)的由電工硅鋼片疊積而成的鐵芯)，線圈套裝入磁罐的空腔后，將分段磁罐粘結(jié)后整體灌封，分段磁罐之間沒有氣隙，且線圈的漏磁場被封閉在磁罐內(nèi)，妥善地解決了帶氣隙的常規(guī)鐵芯電抗器所固有的電磁干擾問題；
[0024]采用高儲能、低損耗的特殊鐵合金粉末冶金制成的磁粉芯磁罐，可有效減小電感成品體積；尤其鐵合金磁粉在高頻下的單位損耗遠(yuǎn)低于普通電工硅鋼片，則在基波及高頻諧波電流綜合作用下的電感鐵芯損耗極大降低，顯著降低了溫升；而且由于磁粉的磁致伸縮接近于零，將使電感基本實現(xiàn)靜音。
[0025]利用特殊鐵合金磁粉芯磁罐的飽和磁特性，實現(xiàn)了電感量的非線性化。
[0026]采用一體卷繞多層(偶數(shù)層)圓筒式線圈結(jié)構(gòu)，線圈的首末端出頭引線相鄰引出，由于電流方向相反，其產(chǎn)生的磁場接近于相互抵消，最大程度地實現(xiàn)無電磁干擾。
[0027]采用導(dǎo)熱性良好、帶有彈性的聚氨酯灌封料，在將磁罐及線圈凝聚成整體的同時，可將封閉于內(nèi)部的線圈所散發(fā)的熱量及時傳導(dǎo)到磁罐殼體表面散熱，且能為線圈的熱膨脹提供一定的形變空間，可靠地保障電感的機械穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明所述的用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明所述的用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感的線圈結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下對照附圖，通過【具體實施方式】的描述，對本發(fā)明作出進(jìn)一步說明。
[0031]如圖1所示，一種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感，包括磁罐1、線圈2、絕緣端圈3、引線4、灌封料5.[0032]所述磁罐I采用高儲能、低損耗的特殊鐵合金粉末冶金的磁粉芯制成；根據(jù)電感容量大小分為三段式結(jié)構(gòu)或兩段式結(jié)構(gòu)，其中三段式結(jié)構(gòu)分為上段、中段和下段，兩段式結(jié)構(gòu)分為上段和下段。上段和下段磁罐分別開有方形出線槽口 ；圖1所示為三段式結(jié)構(gòu)，如圖所示,磁罐I由外殼罐體和中柱磁芯構(gòu)成,兩者構(gòu)成電感的磁通路。
[0033]所述線圈2采用耐高溫的漆包銅扁線繞制而成，其結(jié)構(gòu)為一體卷繞多層圓筒式線圈，且層數(shù)為偶數(shù)，如圖2所示。具體層數(shù)可根據(jù)電感的容量大小、線圈的匝數(shù)、磁罐內(nèi)腔容積計算決定。線圈的外徑應(yīng)設(shè)計成小于磁罐內(nèi)徑數(shù)毫米，以便絕緣隔離和灌封料填充。圖2所示的一個實施示例為4層。
[0034]所述絕緣端圈3采用耐高溫工程塑料制成，套裝在磁罐的中柱磁芯上，起到有效隔離線圈與磁罐的絕緣作用。出于線圈裝配的工藝需要，絕緣端圈通常也分割制成上下兩部分。
[0035]所述引線4，由線圈的首端出頭引線4-1和末端出頭引線4-2組成；由于線圈2的層數(shù)為偶數(shù)，則線圈的首端出頭引線4-1和末端出頭引線4-2在同一側(cè)出線，將其絕緣包扎后相鄰并排引出。
[0036]所述灌封料5，采用導(dǎo)熱性良好、帶有彈性的聚氨酯灌封料。
[0037]本發(fā)明實施過程如下:
[0038]先將絕緣端圈3套裝在磁罐I的中柱磁芯上，接著安裝線圈2，安裝時需將引線4對準(zhǔn)磁罐I的方形出線槽口，然后蓋上磁罐I的未安裝段；再以適當(dāng)?shù)膴A具夾緊磁罐，即可由磁罐I的不含出頭引線的另一段所帶的槽口將灌封料5注入實施灌封。灌封完畢后烘燥冷卻即可得本發(fā)明所述高頻濾波電感。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感，包括磁罐(I)、線圈(2)、絕緣端圈(3)、引線(4)以及灌封料(5)，其特征在于:所述磁罐(I)為分段式磁罐，由具備高儲能、低損耗特性的特殊鐵合金粉末冶金的磁粉芯制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感，其特征在于:所述線圈(2)采用耐高溫漆包銅扁線繞制而成，其結(jié)構(gòu)為一體卷繞多層圓筒式線圈，且層數(shù)為偶數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感，其特征在于:線圈(2)的首端出頭引線(4-1)與末端出頭引線(4-2)相鄰引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感，其特征在于:灌封料(5)采用耐高溫、兼具彈性的聚氨酯灌封膠。
【文檔編號】H01F27/28GK103794332SQ201210433429
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月29日
【發(fā)明者】張中 申請人:江蘇正強電氣有限公司