一种滤波电抗器铁芯损耗设计方法与流程

本发明涉及电抗器
技术领域：
，尤其涉及一种用于有源滤波器APF及静态无功补偿装置SVG的滤波电抗器铁芯损耗设计方法。
背景技术：
：有源滤波器(APF，Activepowerfilter)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。静态无功补偿装置(SVG，StaticVarGenerator)是典型的电力电子设备，由三个基本功能模块构成：检测模块、控制运算模块及补偿输出模块。其工作原理为由外部CT检测系统的电流信息，然后经由控制芯片分析出当前的电流信息、如PF、S、Q等；然后由控制器给出补偿的驱动信号，最后由电力电子逆变电路组成的逆变回路发出补偿电流。现有用于APF及SVG的滤波电抗器铁芯损耗设计首先给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试，直至打样出合格的产品。而且，如果磁通密度取太低，则会导致增加材料用量，成本高。技术实现要素：针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种通过得出APF及SVG的许用磁通密度及铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格产品的滤波电抗器铁芯损耗设计方法，避免了现有技术给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种滤波电抗器铁芯损耗设计方法，该方法包括：通过纹波电流系数α与额定电流IN的关系，得到滤波电抗器电感量L与额定电流IN的关系，进而得到滤波电抗器压降ΔU与额定电流IN的关系；根据电磁感应公式计算正弦波对应滤波电抗器的磁通密度Bm，并针对电流畸变波形，对Bm进行修正；通过计算主波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1与纹波电流所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2，得到铁芯单位公斤总损耗PFe；再结合温升计算，一次性打样出合格的产品。所述纹波电流系数α≤20％。所述纹波电流系数α与额定电流IN的关系为：α＝UDC/8/fs/L/IN，则滤波电抗器电感量L＝UDC/(20％IN)/8/fs，其中，UDC为直流母线额定电压；fs为载波频率；L为滤波电抗器电感量。所述滤波电抗器压降ΔU＝2πf1LIN。所述正弦波对应滤波电抗器的磁通密度Bm＝ΔU/4.44/f1/As/N，其中，f1为电压频率，通常为50Hz，As为滤波电抗器铁芯横截面积，N为电抗器线圈绕制圈数，4.44为正弦波波形系数。所述主波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1＝af1bBmc，其中，f1为主波频率，Bm为主波最大磁通密度；所述纹波电流所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2＝afsbΔBmc，其中fs为载波频率，ΔBm为纹波电流带来的最大磁通密度摆幅，a：0.00071-0.00086；b：1.460-1.510，c：1.92-2.05。所述铁芯单位公斤总损耗PFe＝(PFe1+PFe2)*MFe，其中MFe为滤波电抗器铁重。若铁芯单位公斤总损耗值超过温升允许值，则通过增加铁芯截面面积或增加绕制圈数以降低主波对应Bm值。所述滤波电抗器采用硅钢片。与现有技术相比，本发明通过精准设计，做到最高性价比，得出APF及SVG装置的许用磁通密度及铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品，避免了给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1：本发明滤波电抗器铁芯损耗设计方法流程图；图2：本发明有源滤波器APF及静态无功补偿装置SVG电路示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。如图1所示，本发明提供的一种滤波电抗器铁芯损耗设计方法，该方法包括：S1，通过纹波电流系数α与额定电流IN的关系，得到滤波电抗器电感量L与额定电流IN的关系，进而得到滤波电抗器压降ΔU与额定电流IN的关系；S2，根据电磁感应公式计算正弦波对应滤波电抗器的磁通密度Bm，并针对电流畸变波形，对Bm进行修正；S3，通过计算主波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1与纹波电流所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2，得到铁芯单位公斤总损耗PFe；S4，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品。具体实施中，滤波电抗器铁芯最大磁通密度Bm的设计如下：在上述S1中，所述纹波电流系数α一般要求≤20％。所述纹波电流系数α与额定电流IN的关系为：α＝UDC/8/fs/L/IN，则滤波电抗器电感量L＝UDC/(20％IN)/8/fs，其中，UDC为直流母线额定电压；fs为载波频率；L为滤波电抗器电感量。所述滤波电抗器压降ΔU＝2πf1LIN。根据上述S2，所述正弦波对应滤波电抗器的磁通密度Bm＝ΔU/4.44/f1/As/N，其中，f1为电压频率，通常为50Hz，As为滤波电抗器铁芯横截面积，N为电抗器线圈绕制圈数，4.44为正弦波波形系数。在上述S2中，针对电流畸变波形，对Bm进行修正，得到Bm1与Bm2，其中Bm1是SVG滤波电抗器的磁通密度；Bm2是APF滤波电抗器的磁通密度。如图2所示，有源滤波器APF及静态无功补偿装置SVG与滤波电抗器并联形成一电路回路。优选的，APF及SVG极端使用场合对应最大电流峰值系数CF及电流主要频率f1如下表所示：名称CFf1(Hz)APF3250SVG2.1550根据磁场理论，磁通密度的最大值，对应磁场强度的最大值及电流峰值，而此时电流峰值系数CF已不再是正弦波的1.414，将CF＝2.15与3分别代入Bm可得：SVG滤波电抗器Bm1＝2.15/1.414*ΔU/4.44/f/As/N≈1.5ΔU/4.44/f1/As/N；APF滤波电抗器Bm2＝3/1.414*ΔU/4.44/f/As/N≈2.15ΔU/4.44/f1/As/N。本发明所述滤波电抗器采用硅钢片。实施中，本发明SVG及APF滤波电抗器用不同硅钢片最大磁通密度选值。SVG滤波电抗器(考虑体积因数一般选用取向硅钢片)取向硅钢片：饱和磁通密度约为1.95T；由上述各式可得许用[Bm1’]＝1.95/1.5＝1.3T；APF滤波电抗器(考虑体积因数一般选用取向硅钢片)取向硅钢片：饱和磁通密度约为1.95T；由上述各式可得许用[Bm2’]＝1.95/2.15＝0.9T。实施中，APF及SVG滤波电抗器铁芯损耗计算方法如下：滤波电抗器磁通密度摆幅ΔBm＝α*Bm；滤波电抗器铁芯损耗计算如下：所述主波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1＝af1bBmc，且Bm≤1.3T(针对SVG)或0.9T(针对APF)，其中，f1为主波频率，Bm为主波最大磁通密度；所述纹波电流所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2＝afsbΔBmc，其中fs为APF/SVG载波频率，ΔBm为纹波电流带来的最大磁通密度摆幅。上述公式中，a、b、c为常数，a：0.00071-0.00086；b：1.460-1.510，c：1.92-2.05。所述铁芯单位公斤总损耗PFe＝(PFe1+PFe2)*MFe，其中MFe为滤波电抗器铁重。实施中，若铁芯单位公斤总损耗值超过温升允许值，则通过增加铁芯截面面积或增加绕制圈数以降低主波对应Bm值，重新计算直至合格。本发明通过精准设计，做到最高性价比，得出APF及SVG装置的许用磁通密度及铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品，避免了给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页1 2 3