CN104078195B - 三相耦合电抗器及变流器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三相耦合电抗器及变流器，该三相耦合电抗器包括铁芯及六个绕组，所述铁芯包括上铁轭、下铁轭、以及分别位于所述上铁轭和下铁轭之间的至少一根无气隙的第一铁芯柱和三根有气隙的第二铁芯柱；每一所述第二铁芯柱上分别绕设有两个绕组，且同一第二铁芯柱上的两个绕组的一组异名端短接。本发明通过绕组间的耦合增加变流器***的零序环流阻抗，从而有效解决由于零序环流导致并联功率模块不均流的问题。
Description
技术领域
本发明涉及变流器领域，更具体地说，涉及一种用于抑制变流器中零序环流的三相耦合电抗器。
背景技术
随着电力电子技术和产品的发展，大容量变流器逐步得到广泛应用。在大容量变流器中，一般通过IGBT、MOSFET等模块的并联来提高开关器件的载流能力。但是，并联的功率模块的输出特性、转移特性、门极驱动信号延时等因素往往存在差异，这些差异将导致并联的功率模块之间产生零序环流，使得并联的功率模块在静态和动态时无法达到理想的均流状态，从而限制了并联后的开关器件的使用效果。
为抑制另零序环流，通常在并联的两个功率模块的交流输出端增加隔离变压器或采用适当的软件方案，解决并联功率模块间不均流的问题。然而，在上述方案中，增加的隔离变压器将使变流器***的体积、重量、成本、损耗大大增加；而零序环流控制软件的使用则会增加控制***的复杂性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述具有两个功率模块的变流器中抑制零序环流成本高、相对复杂的问题，提供一种三相耦合电抗器及变流器。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种三相耦合电抗器，用于串接到两个并联的功率模块的输出端，该三相耦合电抗器包括铁芯及六个绕组，所述铁芯包括上铁轭、下铁轭、以及分别位于所述上铁轭和下铁轭之间的至少一根无气隙的第一铁芯柱和三根有气隙的第二铁芯柱；每一所述第二铁芯柱上分别绕设有两个绕组，且同一第二铁芯柱上的两个绕组的一组异名端短接；所述第二铁芯柱上的一个绕组的单独的接线端用于连接一个功率模块的输出端，另一个绕组的单独的接线端用于连接另一个功率模块的输出端，两个绕组的异名连接端用于连接负载。
在本发明所述的三相耦合电抗器中，每一所述第二铁芯柱包括相接的上部和下部，且所述上部和下部分别具有气隙；该第二铁芯柱上的两个绕组分别绕设在上部和下部。
在本发明所述的三相耦合电抗器中，同一第二铁芯柱上的两个绕组并排绕设在该第二铁芯柱的同一段上。
在本发明所述的三相耦合电抗器中，所述铁芯包括两根无气隙的第一铁芯柱，所述第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置且所述三根第二铁芯柱位于两根无气隙的第一铁芯柱之间。
在本发明所述的三相耦合电抗器中，所述第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置，且所述三根第二铁芯柱位于第一铁芯柱的同一侧。
本发明还提供一种变流器，包括至少两个并联的功率模块，该变流器还包括串接到所述功率模块的输出端的三相耦合电抗器；所述三相耦合电抗器包括铁芯及六个绕组，所述铁芯包括上铁轭、下铁轭、以及分别位于所述上铁轭和下铁轭之间的至少一根无气隙的第一铁芯柱和三根有气隙的第二铁芯柱；每一所述第二铁芯柱上分别绕设有两个绕组，且同一第二铁芯柱上的两个绕组的一组异名端短接；同一第二铁芯柱上的两个绕组的短接的异名端作为变流器的输出端、每一绕组的独立的异名端分别连接到一个功率模块的输出端。
在本发明所述的变流器中，每一所述第二铁芯柱包括相接的上部和下部，且所述上部和下部分别具有气隙；该第二铁芯柱上的两个绕组分别绕设在上部和下部。
在本发明所述的变流器中，同一第二铁芯柱上的第一绕组和第二绕组并排绕制在该第二铁芯柱的同一段上。
在本发明所述的变流器中，所述铁芯包括两根无气隙的第一铁芯柱，所述第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置且所述三根第二铁芯柱位于两根无气隙的第一铁芯柱之间。
在本发明所述的变流器中，所述第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置，且所述三根第二铁芯柱位于第一铁芯柱的同一侧。
本发明的三相耦合电抗器及变流器，通过绕组间的耦合增加变流器***的零序环流阻抗，从而有效解决由于零序环流导致并联功率模块不均流的问题。本发明还通过无气隙铁芯柱给共模电流产生的磁通提供低磁阻回路，抑制变流器运行时产生的共模电流，可大大降低变流器***的体积、成本。
附图说明
图1是本发明三相耦合电抗器第一实施例的示意图。
图2是本发明三相耦合电抗器第二实施例的示意图。
图3是本发明三相耦合电抗器第三实施例的示意图。
图4是本发明三相耦合电抗器第四实施例的示意图。
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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的三相耦合电抗器应用于具有两个并联的功率模块的变流器，可抑制并联的功率模块因输出特性、转移特性、门极驱动信号延时等差异而产生的零序环流。该三相耦合电抗器包括铁芯及六个绕组，上述铁芯包括上铁轭、下铁轭、以及分别位于上铁轭和下铁轭之间的至少一根无气隙的第一铁芯柱和三根有气隙的第二铁芯柱；每一第二铁芯柱上分别绕设有两个绕组，且同一第二铁芯柱上的两个绕组的一组异名端短接。
由于同一第二铁芯柱上的两个绕组存在互感，当三相耦合电抗器串接到变流器中并联的功率模块的输出端时，将使***的零序环流阻抗较使用普通电抗器时明显增加，抑制零序环流的效果更为明显，从而提高并联的功率模块的均流效果。
如图1所示，是本发明三相耦合电抗器第一实施例的示意图。本实施例中的三相耦合电抗器包括铁芯及六个绕组L1_A、L1_B、L1_C、L2_A、L2_B、L2_C，且上述铁芯包括上铁轭、下铁轭(上铁轭、下铁轭皆为导磁材料)、以及分别位于上铁轭和下铁轭之间的两根无气隙的第一铁芯柱11和三根有气隙的第二铁芯柱12。三根第二铁芯柱12与两根第一铁芯柱11平行设置，且三根第二铁芯柱12都位于两根第一铁芯柱11之间。在具体实现时，上述上铁轭、下铁轭第一铁芯柱11和第二铁芯柱12可为一体结构。
上述每一第二铁芯柱12包括相接的上部和下部，且上部和下部分别具有气隙。六个绕组L1_A、L1_B、L1_C、L2_A、L2_B、L2_C分别绕设在三根第二铁芯柱12上，且同一第二铁芯柱12上的两个绕组L1_A和L2_A、L1_B和L2_B、L1_C和L2_C分别绕设到第二铁芯柱12的上部和下部。同一第二铁芯柱12上的绕组L1_A和L2_A、L1_B和L2_B、L1_C和L2_C的一组异名端短接。
当上述三相耦合电抗器串接到并联的功率模块输出端(即三个绕组L1_A、L1_B、L1_C的单独的接线端连接到一个功率模块的输出端，另外三个绕组L2_A、L2_B、L2_C的单独的接线端连接到另一功率模块的输出端，两个绕组的异名连接端X_A、X_B、X_C连接到负载)时，由于绕组L1_A和L2_A、L1_B和L2_B、L1_C和L2_C分别存在互感M，可使***的零序环流阻抗较使用普通电抗器时增加，抑制零序环流的效果更为明显，使并联功率模块的均流效果更好。并且当绕组L1_A、L1_B、L1_C、L2_A、L2_B、L2_C中有共模电流流过时，共模电流产生的磁通将经由高磁导率的第一铁芯柱11形成回路，实现对共模电流的抑制。
如图2所示，在本发明的三相耦合电抗器的第二实施例中，铁芯由上铁轭、下铁轭、三根第二铁芯柱22以及一根第一铁芯柱21构成，其中第二铁芯柱22以及第一铁芯柱21都接于上铁轭和下铁轭之间，且第一铁芯柱21上无气隙，每一第二铁芯柱22上具有气隙。上述第二铁芯柱22和第一铁芯柱21平行设置，且三根第二铁芯柱22位于第一铁芯柱21的同一侧。
同样地，每一第二铁芯柱22包括相接的上部和下部，且上部和下部分别具有气隙。六个绕组L1_A、L1_B、L1_C、L2_A、L2_B、L2_C分别绕设在三根第二铁芯柱22上，且同一第二铁芯柱22上的两个绕组L1_A和L2_A、L1_B和L2_B、L1_C和L2_C分别绕设到第二铁芯柱22的上部和下部。同一第二铁芯柱22上的绕组L1_A和L2_A、L1_B和L2_B、L1_C和L2_C的一组异名端短接。
本实施例中的三相耦合电抗器同样可实现并联的功率模块的零序环流抑制，与图1中的实施例相比，由于少了一根第一铁芯柱21，该三相耦合电抗器的温升会相对较高。
如图3所示，是本发明的三相耦合电抗器的第三实施例的示意图。本实施例中的三相耦合电抗器同样包括铁芯及六个绕组L1_A、L1_B、L1_C、L2_A、L2_B、L2_C，且上述铁芯包括上铁轭、下铁轭(上铁轭、下铁轭皆为导磁材料)、以及分别位于上铁轭和下铁轭之间的两根无气隙的第一铁芯柱31和三根有气隙的第二铁芯柱32。三根第二铁芯柱32与两根第一铁芯柱31平行设置，且三根第二铁芯柱32都位于两根第一铁芯柱31之间。
本实施例中的六个绕组L1_A、L1_B、L1_C、L2_A、L2_B、L2_C分别绕设在三根第二铁芯柱32上(每一第二铁芯柱32绕设有两个绕组)，且同一第二铁芯柱32上的两个绕组L1_A和L2_A、L1_B和L2_B、L1_C和L2_C采用并绕方式绕设到第二铁芯柱32的同一段。同一第二铁芯柱32上的绕组L1_A和L2_A、L1_B和L2_B、L1_C和L2_C的一组异名端短接。
本实施例中的三相耦合电抗器同样可实现并联的功率模块的零序环流抑制，与图1、2中的实施例相比，其体积可大大缩小。
如图4所示，在本发明的三相耦合电抗器的第四实施例中，铁芯由上铁轭、下铁轭、三根第二铁芯柱42以及一根第一铁芯柱41构成，其中第二铁芯柱42以及第一铁芯柱41都接于上铁轭和下铁轭之间，且第一铁芯柱41上无气隙，每一第二铁芯柱42上具有气隙。上述第二铁芯柱42和第一铁芯柱41平行设置，且三根第二铁芯柱42位于第一铁芯柱41的同一侧。
本实施例中的每一第二铁芯柱42同样采用并绕方式绕设有两个绕组，且该两个绕组的一组异名端短接。
本实施例中的三相耦合电抗器同样可实现并联的功率模块的零序环流抑制，与图3中的实施例相比，由于少了一根第一铁芯柱31，该三相耦合电抗器的温升会相对较高。
上述三相耦合电抗器可直接应用于包括至少两个并联的功率模块的变流器。此时，该变流器还包括串接到功率模块的输出端的三相耦合电抗器，且该三相耦合电抗器包括铁芯及六个绕组，其中铁芯包括上铁轭、下铁轭、以及分别位于所述上铁轭和下铁轭之间的至少一根无气隙的第一铁芯柱和三根有气隙的第二铁芯柱；每一所述第二铁芯柱上分别绕设有两个绕组，且同一第二铁芯柱上的两个绕组的一组异名端短接；同一第二铁芯柱上的两个绕组的短接的异名端作为变流器的输出端、每一绕组的独立的异名端分别连接到一个功率模块的输出端。
在上述的变流器中，每一第二铁芯柱包括相接的上部和下部，且上部和下部分别具有气隙；该第二铁芯柱上的两个绕组分别绕设在上部和下部。此外，每一第二铁芯柱上的第一绕组和第二绕组也可并排绕制在该第二铁芯柱的同一段上。
上述铁芯可包括两根无气隙的第一铁芯柱，第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置且三根第二铁芯柱位于两根无气隙的第一铁芯柱之间。此外，铁芯也可仅包括一根第一铁芯柱，且第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置，三根第二铁芯柱位于第一铁芯柱的同一侧。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种三相耦合电抗器，其特征在于：用于串接到两个并联的功率模块的输出端，该三相耦合电抗器包括铁芯及六个绕组，所述铁芯包括上铁轭、下铁轭、以及分别位于所述上铁轭和下铁轭之间的至少一根无气隙的第一铁芯柱和三根有气隙的第二铁芯柱；每一所述第二铁芯柱上分别绕设有两个绕组，且同一第二铁芯柱上的两个绕组的一组异名端短接；所述第二铁芯柱上的一个绕组的单独的接线端用于连接一个功率模块的输出端，另一个绕组的单独的接线端用于连接另一个功率模块的输出端，两个绕组的异名连接端用于连接负载。
2.根据权利要求1所述的三相耦合电抗器，其特征在于：每一所述第二铁芯柱包括相接的上部和下部，且所述上部和下部分别具有气隙；该第二铁芯柱上的两个绕组分别绕设在上部和下部。
3.根据权利要求1所述的三相耦合电抗器，其特征在于：同一第二铁芯柱上的两个绕组并排绕设在该第二铁芯柱的同一段上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的三相耦合电抗器，其特征在于：所述铁芯包括两根无气隙的第一铁芯柱，所述第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置且所述三根第二铁芯柱位于两根无气隙的第一铁芯柱之间。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的三相耦合电抗器，其特征在于：所述第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置，且所述三根第二铁芯柱位于第一铁芯柱的同一侧。
6.一种变流器，包括至少两个并联的功率模块，其特征在于：该变流器还包括串接到所述功率模块的输出端的三相耦合电抗器；所述三相耦合电抗器包括铁芯及六个绕组，所述铁芯包括上铁轭、下铁轭、以及分别位于所述上铁轭和下铁轭之间的至少一根无气隙的第一铁芯柱和三根有气隙的第二铁芯柱；每一所述第二铁芯柱上分别绕设有两个绕组，且同一第二铁芯柱上的两个绕组的一组异名端短接；同一第二铁芯柱上的两个绕组的短接的异名端作为变流器的输出端、每一绕组的独立的异名端分别连接到一个功率模块的输出端。
7.根据权利要求6所述的变流器，其特征在于：每一所述第二铁芯柱包括相接的上部和下部，且所述上部和下部分别具有气隙；该第二铁芯柱上的两个绕组分别绕设在上部和下部。
8.根据权利要求6所述的变流器，其特征在于：同一第二铁芯柱上的第一绕组和第二绕组并排绕制在该第二铁芯柱的同一段上。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的变流器，其特征在于：所述铁芯包括两根无气隙的第一铁芯柱，所述第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置且所述三根第二铁芯柱位于两根无气隙的第一铁芯柱之间。
10.根据权利要求6-8中任一项所述的变流器，其特征在于：所述第一铁芯柱和第二铁芯柱平行设置，且所述三根第二铁芯柱位于第一铁芯柱的同一侧。
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