专利名称：一种采用集成电感的lcl滤波器的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子装置设计领域，更具体地，涉及的是一种采用集成电感的LCL 滤波器，该LCL滤波器可应用于单相或三相并网逆变器中，能有效减小磁芯体积，提高并网逆变器的功率密度。
背景技术：
图I为单相LCL型并网逆变器的主电路。LCL型并网逆变器包括直流源I、单相逆变桥2、单相LCL滤波器3和单相电网4。其中，单相逆变桥2由开关管S1 S4和续流二极管D1 D4组成，单相LCL滤波器3由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与单相电网4相连接。对于电感L1和L2，一般采用单独的磁芯来绕制，如图2所示，电感L1采用一副UI型磁芯S1，UI型磁芯S1由U型磁芯S1和I型磁芯Y1 组成，电感L1的绕组N1S绕在U型磁芯上。在图3中，电感L2采用另一副UI型磁芯52， UI型磁芯52由U型磁芯62和I型磁芯72组成，电感L2的绕组N29绕在U型磁芯62上。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，为绕组N1S交链的磁通，0\2为绕组 Ν29交链的磁通。图4为三相LCL型并网逆变器的主电路。LCL型并网逆变器包括直流源I、三相逆变桥11、三相LCL滤波器12和三相电网13。其中，三相逆变桥11由开关管S1 S6和续流二极管D1 D6组成，三相LCL滤波器12由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与三相电网13相连接。在三相三线制系统中，三相电感可以绕制在一副磁芯上，如图5所示，电感L1采用一副三相EI型磁芯H1，三相EI型磁芯H1由三相E型磁芯M1和I型磁芯73组成，电感L1的三个绕组N1S分别绕在三相E型磁芯M1的三个磁柱上。在图6中，电感L2采用另一副三相EI型磁芯142，三相EI型磁芯142由三相 E型磁芯152和I型磁芯74组成，电感L2的三个绕组N29分别绕在三相E型磁芯152的三个磁柱上。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，Φ& Φ1)3和O1。分别为三个绕组N1S交链的磁通，Φ23> Φ2 和Φ2。分别为三个绕组Ν29交链的磁通。电感L1和L2分别使用分立磁芯时，需要的磁芯数量较多，体积较大。这导致并网逆变器的成本较高，功率密度低。
发明内容
为了克服分立电感体积大的缺点，本发明提供一种采用集成电感的LCL滤波器， 采用集成电感可以有效减小磁芯体积，提高并网逆变器的功率密度。本发明提供了一种采用集成电感的LCL滤波器，应用于单相或三相并网逆变器中，其中，LCL滤波器由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与电网相连接。电感L1和L2的绕组分别绕在两个独立的磁芯L，两个磁芯之间置有一条无气隙的公共磁柱，电感L1和L2的绕组交链的磁通在公共磁柱上相抵消。本发明利用降低了公共磁柱的磁通量，从而使得公共磁柱的体积得以减小。同时， 由于电感L1和L2之间不存在耦合，集成后的LCL滤波器具有与分立情况下相同的特性。本发明可以在不改变LCL滤波器特性的同时，通过磁集成，有效减小磁芯体积，提高并网逆变器的功率密度。
图I是单相LCL型并网逆变器的主电路图。图2是采用UI型磁芯的电感L1的示意图。图3是采用Π型磁芯的电感L2的示意图。图4是三相LCL型并网逆变器的主电路图。图5是米用二相EI型磁芯的电感L1的不意图。图6是采用三相EI型磁芯的电感L2的示意图。图7是基于UI型磁芯的集成电感的不意图。图8是基于EI型磁芯的集成电感的不意图。图9是基于EE型磁芯的集成电感的不意图。图10是基于三相EI型磁芯的集成电感的示意图。图11是基于三相EE型磁芯的集成电感的示意图。图中I.直流源，2.单相逆变桥，3.单相LCL滤波器，4.单相电网，S1 52. Π型磁芯，S1 62.U型磁芯，T1 77. I型磁芯，8.绕组N1,9.绕组N2,10.气隙，11.三相逆变桥， 12.三相LCL滤波器，13.三相电网，H1 142.三相EI型磁芯，IS1 153.三相E型磁芯， 16. EI型磁芯，17, 17,. E型磁芯，18. EE型磁芯，19.三相EE型磁芯。
具体实施例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方式
仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。针对单相LCL滤波器3，本发明给出以下三种具体实施方式
。在图7中，电感L1的绕组N1S绕在一副U型磁芯上，电感L2的绕组N29绕在另一副U型磁芯62上，两副磁芯的开口相对放置，并在它们之间插入一条I型磁芯75作为公共磁柱。图中斜线部分表不气隙10，虚线标明了磁通的流向，绕组N1S交链的磁通和绕组N29交链的磁通在公共磁柱上相抵消，降低了公共磁柱的磁通量，从而使得公共磁柱的体积得以减小。同时，公共磁柱的磁阻远小于气隙磁阻，可以忽略不计，则电感L1和L2之间不存在耦合，因此，集成后的LCL滤波器具有与分立情况下相同的特性。在图8中，基于EI型磁芯16，EI型磁芯16 由E型磁芯H1和I型磁芯77组成，电感L1的绕组N1S绕在E型磁芯H1的中柱上，电感L2 的绕组N29绕在另一副E型磁芯172的中柱上，两副磁芯的开口相对放置，并在它们之间插入一条I型磁芯77作为公共磁柱。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向。在图9中，基于EE型磁芯18，EE型磁芯18由两副E型磁芯173组成，电感L1的绕组N1S绕在EE型磁芯18的中柱上，电感L2的绕组N29绕在E型磁芯172的中柱上，EE型磁芯18叠在 E型磁芯172上，以EE型磁芯18的端部作为公共磁柱。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向。针对三相LCL滤波器12，本发明给出以下两种具体实施方式
。在图10中，电感L1 的三个绕组N1S分别绕在一副三相E型磁芯M1的三个磁柱上，电感L2的三个绕组N29分别绕在另一副三相E型磁芯152的三个磁柱上，两副磁芯的开口相对放置，I型磁芯76作为公共磁柱，被布置在两者之间。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，Φ&Φ1)3 和Ole分别为三个绕组N1S交链的磁通，Φ23, Φ2 和Φ2。分别为三个绕组Ν29交链的磁通。 在图11中，基于三相EE型磁芯19，三相EE型磁芯19由两副三相E型磁芯153组成，电感 L1的三个绕组N1S分别绕在三相EE型磁芯19的三个磁柱上，电感L2的三个绕组Ν29分别绕在三相E型磁芯152的三个磁柱上，三相EE型磁芯19叠在三相E型磁芯152上，以三相EE 型磁芯19的端部作为公共磁柱。图中斜线部分表示气隙10，虚线标明了磁通的流向，Φ13, Φ lb和Φ ic分别为三个绕组N1S交链的磁通，Φ23>Φ2 和Φ2。分别为三个绕组Ν29交链的磁通。本发明不局限于上述具体实施方式
，本领域的一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种实施方式，例如，采用不同类型的磁芯。因此，凡是基于本发明的设计思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种采用集成电感的LCL滤波器，应用于单相或三相并网逆变器中，其中，LCL滤波器由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与电网相连接，其特征是电感L1和L2的绕组分别绕在两个独立的磁芯上，两个磁芯之间置有一条无气隙的公共磁柱，电感L1和L2的绕组交链的磁通在公共磁柱上相抵消。
2.根据权利要求I所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是在单相LCL型并网逆变器中，基于UI型磁芯，电感L1和L2的绕组分别绕在两副U型磁芯上，两副U型磁芯的开口相对放置，以I型磁芯作为公共磁柱。
3.根据权利要求I所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是在单相LCL型并网逆变器中，基于EI型磁芯，电感L1和L2的绕组分别绕在两副E型磁芯的中柱上，两副E型磁芯的开口相对放置，以I型磁芯作为公共磁柱。
4.根据权利要求I所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是在单相LCL型并网逆变器中，基于EE型磁芯，电感L1的绕组绕在EE型磁芯的中柱上，电感L2的绕组绕在E型磁芯的中柱上，EE型磁芯叠在E型磁芯上，以EE型磁芯的端部作为公共磁柱。
5.根据权利要求I所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是在三相LCL型并网逆变器中，基于三相EI型磁芯，电感L1和L2的三个绕组分别绕在两副三相E型磁芯的三个磁柱上,两副三相E型磁芯的开口相对放置，以I型磁芯作为公共磁柱。
6.根据权利要求I所述的采用集成电感的LCL滤波器，其特征是在三相LCL型并网逆变器中，基于三相EE型磁芯，电感L1的三个绕组分别绕在三相EE型磁芯的三个磁柱上， 电感L2的三个绕组分别绕在三相E型磁芯的三个磁柱上，三相EE型磁芯叠在三相E型磁芯上，以三相EE型磁芯的端部作为公共磁柱。
全文摘要
本发明公开了一种采用集成电感的LCL滤波器，该LCL滤波器可应用于单相或三相并网逆变器中，能有效减小磁芯体积，提高并网逆变器的功率密度。LCL滤波器由逆变器侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成，电感L1的输入端与逆变器桥臂中点相连接，电感L1的输出端与电容C和电感L2的输入端相连接，电感L2的输出端与电网相连接。电感L1和L2的绕组分别绕在两个独立的磁芯上，两个磁芯之间置有一条无气隙的公共磁柱，电感L1和L2的绕组交链的磁通在公共磁柱上相抵消，降低了公共磁柱的磁通量，从而使得公共磁柱的体积得以减小。同时，由于电感L1和L2之间不存在耦合，集成后的LCL滤波器具有与分立情况下相同的特性。
文档编号H02M1/12GK102594107SQ20121006782
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者李巍巍, 潘冬华, 王学华, 阮新波, 鲍陈磊 申请人:华中科技大学