一種濾波電路和逆變電路的製作方法
2023-04-25 04:11:26
一種濾波電路和逆變電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種濾波電路和逆變電路，用以提供一種能夠滿足大功率逆變拓撲濾波需求的濾波電路，以濾除大功率逆變拓撲輸出電流中的諧波電流。該濾波電路，包括具有兩個繞組的耦合電抗器和兩個電抗器，所述耦合電抗器的耦合方式為負耦合；所述耦合電抗器的兩個繞組中的每個繞組的一端分別連接一個不同的逆變拓撲的輸出端，所述兩個繞組連接的兩個逆變拓撲共用直流母線，所述兩個繞組連接的逆變拓撲中具有相同連接關係的開關器件的驅動信號的相位差為180度；所述耦合電抗器的兩個繞組中的每個繞組的另一端分別連接一個不同的電抗器，兩個電抗器中未與所述兩個繞組相連的一端連接在一起，並作為所述濾波電路的輸出端。
【專利說明】一種濾波電路和逆變電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力電子【技術領域】，尤其涉及一種濾波電路和逆變電路。
【背景技術】
[0002]在光伏發電系統中，光伏併網逆變器起著把光伏組件輸出的直流電變換為交流電的作用。光伏併網逆變器是光伏發電系統中的重要組成部分。
[0003]光伏併網逆變器內的功率器件和輸出濾波電抗器的損耗限制了光伏併網逆變器效率的提高。同時市場競爭的日劇激烈，給光伏併網逆變器廠家帶來了很大的成本壓力。目前由於受功率器件性能的限制，功率器件和濾波電抗器的損耗已經很難降低。此外，濾波電抗器體積大，成本高。因此研製高性能低成本的光伏併網逆變器成為各個光伏併網逆變器廠家的目標。
[0004]目前的一種採用耦合電抗器的單相和三相逆變器，從理論上講能夠通過耦合電抗器降低逆變器中濾波電抗器的成本和損耗，提高逆變器的效率，其核心是耦合電抗器，為了保證濾波效果，耦合電抗器必須有合適的耦合係數，但是實踐證明，目前在DC/DC變換器中採用的三磁柱耦合電抗器，其結構如圖1所示，包括磁芯21、線包(繞組)22，其中磁芯21中還具有氣隙23。圖1所示的耦合電抗器並不適合在大功率逆變器中應用，主要是因為如果要保證較高的耦合係數，三磁柱耦合電抗器的中心磁柱必須開很大的氣隙(氣隙23)，導致中心磁柱漏磁很大，中心磁柱的漏磁在耦合電抗器的兩個繞組中產生的渦流損耗很大，因此，三磁柱耦合電抗器的耦合係數很難提高。這導致在DC/DC變換器中廣泛應用的三磁柱耦合電抗器在大功率逆變器中並不適用。
[0005]綜上所述，在DC/DC變換器中廣泛應用的三磁柱耦合電抗器，由於其中心磁柱的漏磁導致其耦合係數很難提高，這使得該耦合電抗器對大功率逆變拓撲輸出電流中的諧波電流的濾波效果難以滿足要求，從而導致該耦合電抗器很難應用於大功率逆變拓撲中。
實用新型內容
[0006]本實用新型實施例提供了一種濾波電路和逆變電路，用以提供一種能夠滿足大功率逆變拓撲濾波需求的濾波電路，以濾除大功率逆變拓撲輸出電流中的諧波電流。
[0007]基於上述問題，本實用新型實施例提供的一種濾波電路，包括具有兩個繞組的耦合電抗器和兩個電抗器，所述親合電抗器的親合方式為負親合；
[0008]所述耦合電抗器的兩個繞組中的每個繞組的一端分別連接一個不同的逆變拓撲的輸出端，所述兩個繞組連接的兩個逆變拓撲共用直流母線，所述兩個繞組連接的逆變拓撲中具有相同連接關係的開關器件的驅動信號的相位差為I80度；
[0009]所述耦合電抗器的兩個繞組中的每個繞組的另一端分別連接一個不同的電抗器，兩個電抗器中未與所述兩個繞組相連的一端連接在一起，並作為所述濾波電路的輸出端。
[0010]本實用新型實施例提供的一種逆變電路，包括兩個逆變拓撲和本實用新型實施例提供的濾波電路。
[0011]本實用新型實施例的有益效果包括:
[0012]本實用新型實施例提供的一種濾波電路和逆變電路，由於濾波電路中的耦合電抗器的耦合方式是負耦合，該耦合電抗器的兩個繞組中的每個繞組的一端連接一個不同的逆變拓撲的輸出端，並且與這兩個繞組連接的兩個逆變拓撲中具有相同連接關係的開關器件的驅動信號的相位差為180度。因此，兩個逆變拓撲輸出電流中的諧波電流在耦合電抗器的磁芯中產生的磁場相互疊加，耦合電抗器對諧波電流的等效感抗遠大於耦合電抗器的漏感，逆變拓撲輸出電流中的諧波電流會被耦合電抗器衰減很多，而兩個逆變拓撲輸出電流中的工頻電流在耦合電抗器磁芯中產生的磁場相互抵消，耦合電抗器對工頻電流的感抗很低，因此，逆變拓撲輸出電流中的工頻電流幾乎不會被耦合電抗器衰減。逆變拓撲輸出電流經過耦合電抗器濾波後，再由與耦合電抗器相連的兩個電抗器再次濾波，從而進一步降低逆變拓撲輸出電流中的諧波電流。由於本實用新型採用耦合電抗器和電抗器組合濾波的方式，從而克服了三磁柱耦合電抗器中耦合係數與中心磁柱漏磁之間的矛盾，使得逆變拓撲輸出電流中的諧波含量滿足技術要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為現有技術中的三磁柱耦合電抗器的結構示意圖；
[0014]圖2為本實用新型實施例提供的濾波電路的結構示意圖；
[0015]圖3為本實用新型實施例提供的耦合電抗器的磁芯的結構示意圖之一；
[0016]圖4為本實用新型實施例提供的耦合電抗器的磁芯的結構示意圖之二 ；
[0017]圖5為本實用新型實施例提供的單相逆變電路的結構示意圖；
[0018]圖6為本實用新型實施例提供的二相逆變電路的結構不意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合說明書附圖，對本實用新型實施例提供的一種濾波電路和逆變電路的【具體實施方式】進行說明。
[0020]本實用新型實施例提供的一種濾波電路，如圖2所示，包括具有兩個繞組的耦合電抗器LI和兩個電抗器，即電抗器L2和電抗器L3，耦合電抗器LI的耦合方式為負耦合；
[0021]在圖2中，耦合電抗器LI的一個繞組的一端與逆變拓撲A的輸出端相連接，耦合電抗器LI的另一個繞組的一端與逆變拓撲B的輸出端相連接，逆變拓撲A和逆變拓撲B共用直流母線，逆變拓撲A中和逆變拓撲B中具有相同連接關係的開關器件的驅動信號的相位差為180度；
[0022]耦合電抗器LI的兩個繞組的另一端分別連接電抗器L2和電抗器L3，電抗器L2中未與親合電抗器LI相連的一端和電抗器L3中未與親合電抗器LI相連的一端相連，並作為所述濾波電路的輸出端OUT。
[0023]由於採用了耦合電抗器和電抗器組合濾波的方式，耦合電抗器對逆變拓撲輸出電流中的諧波電流的等效感抗很大，而對逆變拓撲輸出電流中工頻電流的等效感抗很小，因此，可以在大幅度衰減逆變拓撲輸出電流中的諧波電流的同時，保證逆變拓撲輸出電流中的工頻電流的衰減幅度很小；而逆變拓撲輸出的電流經過耦合電抗器濾波後再經過電抗器進一步濾去其中的諧波電流，從而進一步降低逆變拓撲輸出電流中的諧波電流，進而滿足大功率逆變拓撲的濾波要求。同時，耦合電抗器和電抗器組合濾波的濾波電路還降低了濾波電路的體積和成本，提高了使用該濾波電路的逆變器的效率。
[0024]耦合電抗器LI和電抗器L2、電抗器L3的磁芯材料可以選用矽鋼片，鐵氧體，鐵矽磁粉芯等材料，如果逆變拓撲中的開關器件的開關頻率不高，就可以選用矽鋼片材料，降低耦合電抗器的成本和體積，如果逆變拓撲中的開關器件的開關頻率較高，就要選用鐵矽磁粉芯或鐵氧體材料。
[0025]較佳地，本實用新型實施例提供的濾波電路中的耦合電抗器的磁芯的形狀如圖3所示，為口字型。
[0026]本實用新型實施例提供的濾波電路中的耦合電抗器可以採用口字型磁芯或環形磁芯，採用口字形磁芯的耦合電抗器的耦合係數和採用環形磁芯的耦合電抗器的耦合係數都可以做的很高，耦合係數做高后，耦合電抗器的漏磁也就很小，但是耦合係數卻不能做低，因為耦合係數做低後，耦合電抗器就會有很大的漏磁，引起電磁兼容問題，還會對耦合電抗器周圍的金屬結構件產生加熱效應。採用口字型磁芯的耦合電抗器或環形磁芯的耦合電抗器由於耦合係數可以做的很高，漏感不足，因此濾波效果就有可能不滿足濾波要求，因此就需要在耦合電抗器兩個繞組後面再串聯兩個電抗器，即電抗器L2和電抗器L3，增強濾波效果。
[0027]較佳地，本實用新型實施例提供的濾波電路中的耦合電抗器的磁芯形狀如圖4所示，為環形。
[0028]本實用新型實施例提供的一種逆變電路，包括逆變拓撲和本實用新型實施例提供的濾波電路。
[0029]本實用新型實施例提供的逆變電路中的逆變拓撲可以採用T型三電平逆變拓撲，也可以採用I型三電平逆變拓撲，還可以採用兩電平逆變拓撲，還可以採用其他的逆變拓撲。
[0030]當逆變電路為單相逆變電路時，逆變電路中包括兩個逆變拓撲和一個濾波電路。當這兩個逆變拓撲採用T型三電平逆變拓撲時，本實用新型實施例提供的逆變電路的結構如圖5所示。
[0031]圖5中包括逆變拓撲A和逆變拓撲B ;逆變拓撲A中包括開關器件Qla、開關器件Q2a、開關器件Q3a和開關器件Q4a ;逆變拓撲B中包括開關器件Qlb、開關器件Q2b、開關器件Q3b和開關器件Q4b ;圖5中還包括由電抗器L4和電容C3構成的濾波電路，逆變拓撲A的輸出電流和逆變拓撲B的輸出電流經過耦合電抗器L1、電抗器L2和電抗器L3構成的濾波電路濾波後，再經過電容C3和電抗器L4構成的濾波電路再次濾波後併入電網。圖5所示的逆變電路中還包括母線電容Cla、母線電容C2a、母線電容Clb和母線電容C2b。
[0032]其中，逆變拓撲A中的開關器件Qla和逆變拓撲B中的開關器件Qlb具有相同連接關係，逆變拓撲A中的開關器件Q2a和逆變拓撲B中的開關器件Q2b具有相同連接關係，逆變拓撲A中的開關器件Q3a和逆變拓撲B中的開關器件Q3b具有相同連接關係，逆變拓撲A中的開關器件Q4a和逆變拓撲B中的開關器件Q4b具有相同連接關係。
[0033]當逆變電路為三相逆變電路時，所述逆變電路中包括兩個三相逆變拓撲和三個濾波電路海個濾波電路，用於對所述兩個三相逆變拓撲輸出的相同相的電流進行濾波，且不同的濾波電路對所述兩個三相逆變拓撲輸出的不同相的電流進行濾波。當這兩個三相逆變拓撲採用三相T型三電平逆變拓撲時，本實用新型實施例提供的逆變電路的結構如圖6所不O
[0034]圖6所示的三相逆變電路中的一個三相T型三電平逆變拓撲中A相逆變拓撲包括開關器件Qla、開關器件Q2a、開關器件Q3a和開關器件Q4a ;圖6所示的三相逆變電路中的另一個三相T型三電平逆變拓撲中A相逆變拓撲包括開關器件Qlb、開關器件Q2b、開關器件Q3b和開關器件Q4b。
[0035]圖6所示的三相逆變電路中的一個三相T型三電平逆變拓撲中B相逆變拓撲包括開關器件Qlc、開關器件Q2c、開關器件Q3c和開關器件Q4c ;圖6所示的三相逆變電路中的另一個三相T型三電平逆變拓撲中B相逆變拓撲包括開關器件Qld、開關器件Q2d、開關器件Q3d和開關器件Q4d。
[0036]圖6所示的三相逆變電路中的一個三相T型三電平逆變拓撲中C相逆變拓撲包括開關器件Qle、開關器件Q2e、開關器件Q3e和開關器件Q4e ;圖6所示的三相逆變電路中的另一個三相T型三電平逆變拓撲中C相逆變拓撲包括開關器件Qlf、開關器件Q2f、開關器件Q3f和開關器件Q4f。
[0037]圖6所示的逆變電路中還包括母線電容Cl、母線電容C2、母線電容C3和母線電容C4o
[0038]從圖5和圖6中可以看出，濾波電路中的兩個電抗器(例如圖5中L2和L3，或圖6中的L4和L5，或圖6中的L6和L7，或圖6中的L8和L9)的一端連接在一起再和電容(例如圖5中的C3，或圖6中的C5，或圖6中的C6，或圖6中的C7)連接，電容的後面還連接有電抗器(圖5中的電抗器L4，圖6中的電抗器L10、電抗器L11、電抗器L12)。在某些情況下，如光伏併網逆變器和併網變壓器連接，變壓器的漏感能代替圖5中的電抗器L4，和圖6中的電抗器L10、電抗器L11、電抗器L12，這時就不需要圖5中的電抗器L4，和圖6中的電抗器L10、電抗器L11、電抗器L12。
[0039]上述的T型三電平逆變拓撲中間輔助橋臂的2個開關器件可以採用共集電極連接，或者共發射極連接。圖5和圖6中採用的是共集電極連接，也可以採用一個逆阻IGBT，以降低輔助橋臂的損耗，提高逆變拓撲的效率，上述開關器件可以是IGBT，MOSFET, GTO等開關器件。
[0040]本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程並不一定是實施本實用新型所必須的。
[0041 ] 本領域技術人員可以理解實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述進行分布於實施例的裝置中，也可以進行相應變化位於不同於本實施例的一個或多個裝置中。上述實施例的模塊可以合併為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。
[0042]上述本實用新型實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0043]顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種濾波電路，其特徵在於，包括具有兩個繞組的耦合電抗器和兩個電抗器，所述耦合電抗器的親合方式為負親合； 所述耦合電抗器的兩個繞組中的每個繞組的一端分別連接一個不同的逆變拓撲的輸出端，所述兩個繞組連接的兩個逆變拓撲共用直流母線，所述兩個繞組連接的逆變拓撲中具有相同連接關係的開關器件的驅動信號的相位差為180度； 所述耦合電抗器的兩個繞組中的每個繞組的另一端分別連接一個不同的電抗器，兩個電抗器中未與所述兩個繞組相連的一端連接在一起，並作為所述濾波電路的輸出端。
2.如權利要求1所述的濾波電路，其特徵在於，所述耦合電抗器的磁芯形狀為口字型。
3.如權利要求1所述的濾波電路，其特徵在於，所述耦合電抗器的磁芯形狀為環形。
4.一種逆變電路，其特徵在於，包括兩個逆變拓撲和如權利要求1?3任一所述的濾波電路。
5.如權利要求4所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變電路為單相逆變電路，所述逆變電路中包括兩個單相逆變拓撲和一個濾波電路。
6.如權利要求4所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變電路為三相逆變電路，所述逆變電路中包括兩個三相逆變拓撲和三個濾波電路； 每個濾波電路，用於對所述兩個三相逆變拓撲輸出的相同相的電流進行濾波，且不同的濾波電路對所述兩個三相逆變拓撲輸出的不同相的電流進行濾波。
7.如權利要求4所述的逆變電路，其特徵在於，所述逆變拓撲採用T型三電平逆變拓撲、I型三電平逆變拓撲，或者兩電平逆變拓撲。
【文檔編號】H02M7/00GK204168126SQ201420677744
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】張普雷, 馬志軍, 靳廣超, 魏卓, 段凱迪 申請人:艾默生網絡能源有限公司