一种利用变压器漏感作为lcl滤波的pwm整流器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PffM 整流器系统。
【背景技术】
[0002] 电动汽车电池更换模式又称地面充电系统，即电池组快速更换系统，也称机械充 电。通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大，更换电 池的专业化要求较强，需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。 利用电池更换充电模式，电动汽车用户可租用充满电的蓄电池，更换已经耗尽的蓄电池，有 利于提高车辆使用效率，也提高了用户使用的方便性和快捷性；对更换下来的蓄电池可以 利用低谷时段进行充电，降低了充电成本，提高了车辆运行经济性。
[0003] 电动汽车电池充电系统中需要先将交流电整流整成直流，因而要采用PffM整流 器。然而并网逆变器一般采用高频PWM调制，导致大量的高次谐波电流进入电网，这样会对 电网中其他EMI (Electron-Magnetic Interference)敏感设备产生干扰。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提出一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PffM 整流器，本发明相比传统的L型滤波器，在相同电感值的情况下，LCL滤波整流器对高频谐 波抑制效果更为理想，并逐渐应用于大功率、低开关频率的并网变换器设备。
[0005] 本发明的技术方案为，一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PffM整流器，包括变压 器和LCL滤波整流器，LCL滤波整流器包括LCL滤波器和PffM整流器，变压器从IOkV电网 接入，变压后为AC400V，采用LCL滤波器滤除高次谐波，然后再经PffM整流器后，供给直流充 电机，以供电池充电，LCL滤波整流器包括储能电感L2和滤波电容C，LCL滤波整流器利用 变压器的漏感作为滤波电感L1，储能电感L2和滤波电容C对电流含有的高频开关纹波进 行阻抗分流，滤波电容C为高频成分提供低阻通路，这样有效减少了输出电流的高频含量； LCL滤波整流器三相电压型矢量为： 以U，E，I分别为LCL滤波整流器交流侧相电压基波、相电网电压基波、相电流基波的有 效值。队是电感两端电压，Φ为系统功率因素，要实现LCL滤波整流器的四象限运行，需满 足下列关系：
式中，LT=L+Lf为滤波器的等效电感；Emp是电网相电压峰值；Imp是电网相电流峰值； Ump是整流器输入相电压基波峰值； 最后可以得到滤波器的谐振频率：
LCL参数LU L2和C的选择方法，LCL滤波整流器模型中，纹波的大小取决于电路中谐 波电流，电感L1/L2越大，纹波电流越小，而较大的L1/L2,又会使L1+L2增大，1/C减小会导 致Ll中的电流纹波增加，当LI / L2大于5且小于10,同时<1/C〈5时，可以使纹波和滤波 电感的体积达到折中值，其中C满足：
式中：^为基波频率，波为输出功率。
[0006] 本发明的有益效果 1)本发明将前端变压器本身的漏感作为后端滤波电感，替代LCL中Ll，节省了成本，降 低了后续整流部分的功耗； 2 )本发明的储能电感L2和滤波电容C对电流含有的高频开关纹波进行阻抗分流，滤波 电容C为高频成分提供低阻通路，这样有效减少了输出电流的高频含量； 3)本发明以变压器漏感可被利用来替代滤波电感Ll满足滤波效果，这样既能节省LCL 电路的硬件成本，还可以减少整流部分的体积，另外，LCL滤波整流器所需的总电感值比L 滤波器小，因此更适于在大功率、开关频率较低的电流控制型并网设备上应用。
[0007]
【附图说明】
[0008] 图1本发明LCL滤波整流器原理图； 图2本发明LCL滤波整流器三相电压型矢量图； 图3本发明LCL滤波整流器的结构图。
【具体实施方式】
[0009] 参见图1、图2和图3所示，本发明体积的大小主要由滤波电感的磁芯决定。在选 择电感参数及磁芯时要多方面衡量。利用谐振频率作为中间参数，计算电流谐波的衰减比 例为变量的二次方程，通过对方程的求解，可以很方便地求出滤波器的其它参数。
[0010] LCL滤波整流器结构原理如图1，图2表示了三相电压型整流器的相电压矢量关 系。其中U，E，I分别为LCL滤波整流器交流侧相电压基波、相电网电压基波、相电流基波的 有效值。队是电感两端电压。设系统功率因素为Φ，要实现LCL滤波整流器的四象限运行， 需满足下列关系：
式中，LT=L+Lf为滤波器的等效电感；Emp是电网相电压峰值；Imp是电网相电流峰值； Ump是整流器输入相电压基波峰值；最后可以得到滤波器的谐振频率：
是首先需要设定衰减比例系数、滤波电容以及总电感值判断方程是否有正解，如果没 有正解则需要改变以上3个参数值，直到方程有正解。
[0011] 设计LCL滤波电路用于PffM整流关键在于选择合理的LCL参数，以使结构和功能 最优化。设计了如图3所示的LCL滤波整流器模型。在开关变换器中，纹波的大小取决于 电路中谐波电流。电感L1/L2越大，纹波电流越小，而较大的L1/L2,又会使L1+L2增大，1/ C减小会导致Ll中的电流纹波增加。
式中：为基波频率，#为输出功率 在选择参数时，要根据实际需要进行取舍。当5〈L1 / L2〈I0且2〈1/C〈5时，可以使纹 波和滤波电感的体积达到折中值。因此在进行滤波器参数设计时使相关参数满足此条件。 在一定的交流输出电压条件下，L越大，则输出电流的纹波越小，但L中电流变化率也会变 小，导致电流的跟踪能力减弱，同时使成本增加。选择L首先要考虑基波在电感上的压降， 一般为输出额定电压的3%~5% ;其次，要使谐波电流的有效值约为整流电流容量10%~ 20%.否则整流器可能由于谐波电流过大而进入保护状态：最后，考虑待滤除的干扰谐波频 率的衰减倍数指标.可由滤波器的传递函数求得。根据下式计算L的大小：
，式中：:?为直流侧电压v#:为开关管频率；%为纹波电流。
[0013] 所述系统中，采用变压器的漏感，可以先根据变压器的漏感值，作为滤波电感L1， 然后按照理论公式计算相匹配的储能电感和滤波电容值，最终构成合适的LCL滤波整流 器。本发明优点为： 1)由变压器单独供电的PWM整流单元，利用变压器本身的漏感替代滤波电感。
[0014] 2)利用了变压器的漏感可以减少PffM整流器本身的能耗。
[0015] 3)利用了变压器的漏感可以减少PffM整流器本身的体积和重量。
[0016] 4)可以降低PffM整流的散热量，便于冷却，减少冷却的能耗。
【主权项】
1. 一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，其特征在于：包括变压器和LCL滤 波整流器，1XL滤波整流器包括1XL滤波器和PWM整流器，变压器从lOkV电网接入，变压后 为AC400V，采用LCL滤波器滤除高次谐波，然后再经PWM整流器后，供给直流充电机，W供电 池充电，1XL滤波整流器包括储能电感L2和滤波电容C，1XL滤波整流器利用变压器的漏 感作为滤波电感L1，储能电感L2和滤波电容C对电流含有的高频开关纹波进行阻抗分流， 滤波电容C为高频成分提供低阻通路，运样有效减少了输出电流的高频含量。2. 根据权利要求1所述的利用变压器漏感作为1XL滤波的PWM整流器，其特征是： 1XL滤波整流器Ξ相电压型矢量关系为：WU，E，I分别为1XL滤波整流器交流侧相电 压基波、相电网电压基波、相电流基波的有效值， 化是电感两端电压，Φ为系统功率因素，要实现1XL滤波整流器的四象限运行，需满足 下列关系：式中，LT=L+Lf为滤波器的等效电感；Emp是电网相电压峰值；Imp是电网相电流峰值；Ump是整流器输入相电压基波峰值； 最后可W得到滤波器的谐振频率：1XL参数L1、L2和C的选择方法，1XL滤波整流器模型中，纹波的大小取决于电路中谐 波电流，电感L1/L2越大，纹波电流越小，而较大的L1/L2,又会使L1+L2增大，1/C减小会导 致L1中的电流纹波增加，当L1 /L2大于5且小于10,同时<1/(X5时，可W使纹波和滤波 电感的体积达到折中值，其中C满足：，式中：沪为基波频率，單为输出功率。3. 根据权利要求1所述的利用变压器漏感作为1XL滤波的PWM整流器，其特征是：利 用了变压器的漏感减少PWM整流器本身的能耗。4. 根据权利要求1所述的利用变压器漏感作为1XL滤波的PWM整流器，其特征是：利 用了变压器的漏感可W减少PWM整流器本身的体积和重量。5. 根据权利要求1所述的利用变压器漏感作为1XL滤波的PWM整流器，其特征是：降 低PWM整流的散热量，便于冷却，减少冷却的能耗。
【专利摘要】本发明涉及了一种利用变压器漏感作为LCL滤波的PWM整流器，包括变压器和LCL滤波整流器，LCL滤波整流器包括LCL滤波器和PWM整流器，变压器从10kV电网接入，变压后为AC400V，采用LCL滤波器滤除高次谐波，然后再经PWM整流器后，供给直流充电机，以供电池充电，LCL滤波整流器包括储能电感L2和滤波电容C，LCL滤波整流器利用变压器的漏感作为滤波电感L1，常规PWM整流器，采用LCL组成滤波及储能电路。LCL滤波整流器所需的总电感值比L滤波器小，因此更适于在大功率、开关频率较低的电流控制型并网设备上应用。
【IPC分类】H02J7/02, H02M1/12
【公开号】CN105245092
【申请号】CN201510643652
【发明人】张文武, 窦明武
【申请人】青岛派克能源有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月8日