本發(fā)明涉及電力電子，尤其涉及一種集成濾波電感及交錯(cuò)并聯(lián)變流器。

背景技術(shù)：

1、受限于器件通流及發(fā)熱，ac-dc或dc-ac變流器一般采用器件并聯(lián)或者兩路并聯(lián)的方式滿(mǎn)足大功率傳輸?shù)男枨螅骷⒙?lián)存在器件均流的問(wèn)題，實(shí)際工程中應(yīng)用較少；兩路交錯(cuò)并聯(lián)是增加單相或三相ac-dc或dc-ac變流器裝置功率輸出能力、分散損耗分布及減小總電流紋波的有效途徑，在工程上已得到廣泛的應(yīng)用。然而交錯(cuò)并聯(lián)會(huì)導(dǎo)致兩橋臂中點(diǎn)電位不一致，進(jìn)而在橋臂之間形成環(huán)流帶來(lái)額外損耗。為減小橋臂環(huán)流，實(shí)際工程中常采用差模電感串聯(lián)緊耦合反向耦合電感的形式作為電網(wǎng)與變流器之間的濾波電感。其中差模電感的作用與常規(guī)濾波電感一致，用于衰減并網(wǎng)電流中的高頻成分；緊耦合反向耦合電感可以在環(huán)流通路中形成較大的等效電感，主要用來(lái)抑制橋臂間由于開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)不一致形成的環(huán)流，是交錯(cuò)并聯(lián)ac-dc變流器必不可少的重要元件。差模電感與耦合電感兩個(gè)電感會(huì)帶來(lái)較大的占板面積，導(dǎo)致變流器裝置整體功率密度降低。

2、磁耦合電感既可用于交錯(cuò)并聯(lián)ac-dc或dc-ac變流器，也可用于交錯(cuò)并聯(lián)dc-dc變流器，目前研究較多的是針對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)dc-dc變流器場(chǎng)景的磁耦合電感。一種現(xiàn)有方案中提出了一種不同磁材、不同磁導(dǎo)率、不同尺寸磁芯相互搭配的耦合電感磁芯組合方案，其適用場(chǎng)景為兩路或者多路dc-dc變流器交錯(cuò)并聯(lián)；但該種結(jié)構(gòu)只有耦合電感，缺少了差模電感，無(wú)法滿(mǎn)足交錯(cuò)并聯(lián)ac-dc變流器的濾波需求。針對(duì)耦合電感在交錯(cuò)并聯(lián)ac-dc或dc-ac變流器中的應(yīng)用，另外一個(gè)方案提出了兩個(gè)或兩個(gè)以上耦合電感串聯(lián)的方案。通過(guò)改變每個(gè)磁芯上兩個(gè)電感繞組的比例到達(dá)控制繞組之間的耦合系數(shù)的目的，帶來(lái)了磁芯數(shù)量增多的問(wèn)題，使占板面積增大，也增加了加工復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種集成濾波電感及交錯(cuò)并聯(lián)變流器，用于減少交錯(cuò)并聯(lián)變流器裝置中磁元件的數(shù)量，提升交錯(cuò)并聯(lián)裝置的功率密度。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種集成濾波電感，包括：磁芯、第一繞組、第二繞組和第三繞組；

3、所述磁芯包括：上軛、下軛、中間芯柱、以及對(duì)稱(chēng)于所述中間芯柱設(shè)置的左側(cè)芯柱和右側(cè)芯柱；

4、所述上軛和所述下軛對(duì)稱(chēng)設(shè)置；所述中間芯柱、左側(cè)芯柱和右側(cè)芯柱均與所述上軛和所述下軛垂直設(shè)置；

5、所述第一繞組繞設(shè)在所述中間芯柱上，所述第二繞組繞設(shè)在所述左側(cè)芯柱上，所述第三繞組繞設(shè)在所述右側(cè)芯柱上；所述第一繞組與所述第二繞組正向耦合，所述第一繞組與所述第三繞組正向耦合，所述第二繞組與所述第三繞組反向耦合；

6、所述第一繞組的輸入端連接電網(wǎng)的一相，輸出端分別連接所述左側(cè)繞組的輸入端以及所述右側(cè)繞組的輸入端；所述左側(cè)繞組的輸出端與所述右側(cè)繞組的輸出端分別與交錯(cuò)并聯(lián)變流器同相的兩個(gè)橋臂電路電連接。

7、可選的，所述第二繞組在所述左側(cè)芯柱繞設(shè)的線圈匝數(shù)與所述第三繞組在所述右側(cè)芯柱繞設(shè)的線圈匝數(shù)相同；所述第二繞組在所述左側(cè)芯柱繞設(shè)的方向與所述第三繞組在所述右側(cè)芯柱繞設(shè)的方向相同。

8、所述上軛的左半部分、所述下軛的左半部分、所述左側(cè)芯柱和所述中間芯柱之間形成第一閉合磁路；

9、所述上軛的右半部分、所述下軛的右半部分、所述右側(cè)芯柱和所述中間芯柱之間形成第二閉合磁路。

10、所述上軛、所述下軛、所述左側(cè)芯柱和所述右側(cè)芯柱之間形成第三閉合磁路。

11、可選的，所述第一閉合磁路與所述第二閉合磁路關(guān)于所述中間芯柱對(duì)稱(chēng)。

12、可選的，所述左側(cè)芯柱和所述右側(cè)芯柱使用材質(zhì)相同的磁性材料；

13、所述上軛和所述下軛使用材質(zhì)相同的磁性材料；

14、所述上軛和所述下軛的材質(zhì)，與所述左側(cè)芯柱和所述右側(cè)芯柱的材質(zhì)不同。

15、可選的，所述上軛、所述下軛、所述左側(cè)芯柱和所述右側(cè)芯柱均為磁性相同的磁性材料；

16、所述中間芯柱采用與所述上軛、所述下軛、所述左側(cè)芯柱和所述右側(cè)芯柱不同的磁性材料。

17、可選的，所述中間芯柱的橫截面為圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形、圓角矩形和圓角三角形中的一種；

18、所述左側(cè)芯柱和所述右側(cè)芯柱的截面形狀相同，為圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形、圓角矩形和圓角三角形中的一種。

19、可選的，所述第一繞組、所述第二繞組和所述第三繞組均為扁銅線繞組、利茲線繞組、pcb繞組、漆包線繞組中的一種。

20、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種交錯(cuò)并聯(lián)變流器，包括集成濾波電感、電網(wǎng)電源側(cè)以及交錯(cuò)并聯(lián)的橋臂電路；

21、所述集成濾波電感的輸入端與所述電網(wǎng)電源側(cè)電連接；所述集成濾波電感的輸出端與交錯(cuò)并聯(lián)的所述橋臂電路電連接。

22、可選的，所述電網(wǎng)電源側(cè)的一相電源電連接所述集成濾波電感的輸入端，所述集成濾波電感的兩個(gè)輸出端分別與交錯(cuò)并聯(lián)的兩個(gè)所述橋臂電路的中點(diǎn)電連接。

23、本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)將差模電感與耦合電感集成在一個(gè)磁芯上，減少了交錯(cuò)并聯(lián)變流器裝置中磁元件的數(shù)量，進(jìn)而可以提升交錯(cuò)并聯(lián)變流器裝置的功率密度；其中，第一繞組的輸入端連接電網(wǎng)的一相，輸出端分別連接左側(cè)繞組的輸入端以及右側(cè)繞組的輸入端；左側(cè)繞組的輸出端與右側(cè)繞組的輸出端用于與交錯(cuò)并聯(lián)變流器同相的兩橋臂電路連接，當(dāng)?shù)诙?、第三繞組之間的耦合系數(shù)不為1時(shí)，第二繞組的自感與第二、三繞組間的互感之差和第三繞組的自感與第三、二繞組間的互感之差二者并聯(lián)可形成一部分等效差模電感。通過(guò)第一繞組與第二繞組的正向耦合及第一繞組與第三繞組的正向耦合，使得第一繞組交鏈了第二、三繞組產(chǎn)生的部分磁通，這一部分磁通亦可以產(chǎn)生一部分差模電感，進(jìn)而能夠在第一繞組自感較小的情況下獲得較大的等效差模電感，這樣可以減少第一繞組的線圈匝數(shù)，進(jìn)而減少銅損。通過(guò)第二繞組與第三繞組反向耦合，?使得環(huán)流通路上的等效電感為第二繞組的自感、第三繞組的自感、第二繞組與第三繞組的互感及第三繞組與第二繞組間的互感四者之和，增大了環(huán)流等效電感，進(jìn)而抑制交錯(cuò)并聯(lián)變流器中同相橋臂間由于開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)不一致形成的環(huán)流的幅值，有利于降低損耗。該集成濾波電感的輸入端可以與電網(wǎng)的一相電連接，集成濾波電感的兩個(gè)輸出端可以分別與兩個(gè)交錯(cuò)并聯(lián)的橋臂電路連接。對(duì)于三相電源，則可以將每一相電源分別與三個(gè)集成濾波電感的輸入端進(jìn)行電連接，每個(gè)集成濾波電感的兩個(gè)輸出端則可以分別與該相兩個(gè)交錯(cuò)并聯(lián)的橋臂電路連接。

24、應(yīng)當(dāng)理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的實(shí)施例的關(guān)鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過(guò)以下的說(shuō)明書(shū)而變得容易理解。

技術(shù)特征：

1.一種集成濾波電感，其特征在于，包括磁芯、第一繞組、第二繞組和第三繞組；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波電感，其特征在于，所述第二繞組在所述左側(cè)芯柱繞設(shè)的線圈匝數(shù)與所述第三繞組在所述右側(cè)芯柱繞設(shè)的線圈匝數(shù)相同；所述第二繞組在所述左側(cè)芯柱繞設(shè)的方向與所述第三繞組在所述右側(cè)芯柱繞設(shè)的方向相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波電感，其特征在于，所述上軛的左半部分、所述下軛的左半部分、所述左側(cè)芯柱和所述中間芯柱之間形成第一閉合磁路；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成濾波電感，其特征在于，所述第一閉合磁路與所述第二閉合磁路關(guān)于所述中間芯柱對(duì)稱(chēng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波電感，其特征在于，所述左側(cè)芯柱和所述右側(cè)芯柱使用材質(zhì)相同的磁性材料；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波電感，其特征在于，所述上軛、所述下軛、所述左側(cè)芯柱和所述右側(cè)芯柱均為磁性相同的磁性材料；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波電感，其特征在于，所述中間芯柱的橫截面為圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形、圓角矩形和圓角三角形中的一種；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成濾波電感，其特征在于，所述第一繞組、所述第二繞組和所述第三繞組均為扁銅線繞組、利茲線繞組、pcb繞組、漆包線繞組中的一種。

9.一種交錯(cuò)并聯(lián)變流器，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的集成濾波電感，還包括電網(wǎng)電源側(cè)以及交錯(cuò)并聯(lián)的橋臂電路；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種交錯(cuò)并聯(lián)變流器，其特征在于，所述電網(wǎng)電源側(cè)的一相電源電連接所述集成濾波電感的輸入端，所述集成濾波電感的兩個(gè)輸出端分別與交錯(cuò)并聯(lián)的兩個(gè)所述橋臂電路的中點(diǎn)電連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種集成濾波電感及交錯(cuò)并聯(lián)變流器，包括磁芯、第一繞組、第二繞組和第三繞組；磁芯包括：上軛、下軛、中間芯柱以及對(duì)稱(chēng)于中間芯柱設(shè)置的左側(cè)芯柱和右側(cè)芯柱；中間芯柱、左側(cè)芯柱和右側(cè)芯柱均與上軛和下軛垂直設(shè)置；第一繞組繞設(shè)在中間芯柱上，第二繞組繞設(shè)在左側(cè)芯柱上，第三繞組繞設(shè)在右側(cè)芯柱上；第一繞組分別與第二繞組、第三繞組正向耦合，第二繞組與第三繞組反向耦合；第一繞組的輸入端連接電網(wǎng)的一相，輸出端分別連接左側(cè)繞組以及右側(cè)繞組的輸入端；左側(cè)繞組的輸出端與右側(cè)繞組的輸出端分別與交錯(cuò)并聯(lián)變流器同相的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)電連接，本發(fā)明能夠減少交錯(cuò)并聯(lián)變流器中磁元件的數(shù)量，提升交錯(cuò)并聯(lián)裝置的功率密度。

技術(shù)研發(fā)人員：王開(kāi)國(guó),宮金武,潘尚智,姚順俁,黃子聰,李煒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23