专利名称：“零纹波”电抗器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于平波(滤波)的“零纹波”电抗器。
目前，在高频开关变流领域中，广泛采用电抗器平波以及各种(无源或有源)滤波器滤波。而在高性能滤波器中往往含有电感元件。对于一个电感(或电容)来说，只要其量值是有限的，则必然有一定的纹波电流(或电压)，所以高频开关变流装置的电流(或电压)纹波指标是根据实际要求而设计的，若要提高这个指标，按以往的方法只有增加电感量(或电容量)或增加滤波环节，这会使电路复杂、体积增大、成本增加。
本发明的目的是，克服上述现有技术的不足，提供一种“零纹波”的电抗器，在电感值为有限的情况下，使(电源)输入电流和/或(负载)输出电流达到“零纹波”效果。
本发明的实现根据下述原理。
电感器滤波的物理实质是一个吸收和放出无功电能的过程。只要其电感量不是无穷大，若想吸收和放出无功，必须要有电感电流的增大和减小的变化，这个变化的分量就是所谓的纹波电流。那么能否利用两个互相耦合的绕组，使其中一个绕组流过电流的纹波分量，而另一个绕组流过非纹波分量呢？方法找到了。
电感(L1--L2)有两个互相耦合的绕组L1、L2，其匝数分别为N1、N2，互感量为Lm，设加在两个绕组两端的电压分别为V1、V2，且V1＝λV2，λ为比例系数，那么纹波电压也满足Ve1=λVe2。电感(L1--L2)的电流纹波等效电路如
图1所示，T型去耦等效电路如图2所示。Lp、Ls分别为初级、次级的漏电感，折算关系为Lp＝L1-LmLs＝L2-Lm。则有Ve1=(Lp+Lm)·di1dt+Lm·di2dt]]>(1)Ve2=Lm·di1dt+(Ls+Lm)·di2dt]]>di1dt=Ve1Lep=Ve1L1·1-K21-Knλ]]>di2dt=Ve2Les=Ve2L2·1-K21-K/nλ---(2)]]>式中，Lep、Les分别称为等效原边电感和等效副变电感；K=LmL1L2]]>，称为耦合系数；n=L1L2=N1N2,]]>称为电感匝比。
当K＝nλ＜1时，Lep＝L1Les→∞。
(3)结果流过L1的纹波电流不变，流过L2的纹波电流为零。(即纹波电流只从L1流过)当K=1nλ<1]]>时，Lep→∞Les＝L2。
(4)结果流过L1的纹波电流为零，流过L2的纹波电流不变。(即纹波电流只从L2流过)实际中，往往使λ＝1，即加在两个绕组上的电压波形一样。
根据上述原理，“零纹波”电抗器有单相和三相两种。
单相“零纹波”电抗器如图3所示，由一个电感(La--Lb)和一个电容(C)构成。电感(La--Lb)有两个互相耦合的绕组(La、Lb)，耦合系数为K，并且满足下列关系La＞Lb0.95LbLa≤K≤1.05LbLa---(5)]]>其连接关系为电感(La--Lb)的两个绕组(La、Lb)的一组同名端相连作为一个输入/输出端子(1)；电感量较大的绕组(La)的另一端作为一个输入/输出端子(2)；电感量较小的绕组(Lb)的另一端连接电容(C)的一端，电容(C)的另一端作为公共端子(3)。这样，连接端子(1)、端子(3)的回路电流有纹波(来自Lb支路)，连接端子(2)、端子(3)的回路电流“零纹波”，并且电容(C)的电压等于端子(2)与端子(3)间的电压，即电容(C)和绕组(Lb)起着储放无功电能的作用。实践证明，当K略微大于 时，很小容量的电容(C)，就可以使绕组(La)达到很高的“零纹波”效果，并且允许电流在较大范围内变化。
三相“零纹波”电抗器如图4所示，由三个电感(L1a--L1b、L2a--L2b、L3a--L3b)和三个容量相等的电容(C1、C2、C3)组成。每个电感有两个互相耦合的绕组，分别为(L1a、L1b)、(L2a、L2b)、(L3a、L3b)，耦合系数分别为K1、K2、K3，并且满足下列关系L1a＞L1b0.95L1bL1a≤K1≤1.05L1bL1a---(6)]]>L1a＝L2a＝L3aL1b＝L2b＝L3bK1＝K2＝K3连接关系为每个电感的两个互相耦合绕组的一组同名端相连接作为一相输入/输出端子，共三相(a、b、c)；电感量较大的绕组(L1a、L2a、L3a)的另一端作为输出/输入端子，共三相(a′、b′、c′)。三个电容(C1、C2、C3)的一端并联，另一端作为三个支点(即Y形连接)，或三个电容(C1、C2、C3)循环串联产生三个节点(即△形连接)；三个支点或三个节点分别连接电感量较小的绕组(L1b、L2b、L3b)的另一端。实践证明，当K1略微大于 时，很小容量的三个电容(C1、C2、C3)，就可以达到很高的“零纹波”效果，即连接三相端子(a、b、c)的回路电流有纹波(分别来自L1b、L2b、L3b支路)，连接三相端子(a′、b′、c′)的回路电流“零纹波”，并且允许电流在较大范围内变化。
本发明与现有技术相比具有如下优越性该“零纹波”电抗器利用电感的两个绕组之间的适当耦合与匝数配比，有限的电感量和很小的电容量就实现了“零纹波”效果。体积小、重量轻、成本低。
下面结合附图以最佳实施例详述本发明。
图1为电感(L1--L2)的电流纹波等效电路；图2为电感(L1--L2)的电流纹波T型去耦等效电路；图3为单相“零纹波”电抗器电路图；图4为三相“零纹波”电抗器电路图。
如图3所示，单相“零纹波”电抗器由一个电感(La--Lb)和一个电容(C)构成。电感(La--Lb)有两个互相耦合的绕组(La、Lb)，耦合系数为K，并且La＞Lb，K≈1.02LbLa]]>。其连接关系为电感(La--Lb)的两个绕组(La、Lb)的一组同名端相连作为一个输入/输出端子(1)；电感量较大的绕组(La)的另一端作为一个输入/输出端子(2)；电感量较小的绕组(Lb)的另一端连接电容(C)的一端，电容(C)的另一端作为公共端子(3)。
很小容量的电容(C)，就可以使绕组(La)达到很高的“零纹波”效果，即若输入电压从端子(1)、端子(3)接入，输出电压从端子(2)、端子(3)送出，则输入电流有纹波(来自Lb支路)，输出电流“零纹波”；若输入电压从端子(2)、端子(3)接入，输出电压从端子(1)、端子(3)送出，则输入电流“零纹波”，输出电流有纹波(来自Lb支路)；并且允许输入输出电流在较大范围内变化。
如图4所示，三相“零纹波”电抗器由三个电感(L1a--L1b、L2a--L2b、L3a--L3b)和三个容量相等的电容(C1、C2、C3)组成。每个电感有两个互相耦合的绕组，分别为(L1a、L1b)、(L2a、L2b)、(L3a、L3b)，耦合系数分别为K1、K2、K3，并且满足下列关系L1a＞L1bK1≈1.02L1bL1a]]>L1a＝L2a＝L3aL1b＝L2b＝L3bK1＝K2＝K3连接关系为每个电感的两个互相耦合绕组的一组同名端相连接作为一相输入/输出端子，共三相(a、b、c)；电感量较大的绕组(L1a、L2a、L3a)的另一端作为输出/输入端子，共三相(a′、b′、c′)。三个电容(C1、C2、C3)的一端并联，另一端作为三个支点(即Y形连接)，三个支点分别连接电感量较小的绕组(L1b、L2b、L3b)的另一端。
很小容量的三个电容(C1、C2、C3)，就可以达到很高的“零纹波”效果，即若三相输入电压连接三相端子(a、b、c)，三相输出电压从三相端子(a′、b′、c′)送出，则三相输入电流有纹波(分别来自L1b、L2b、L3b支路)，三相输出电流“零纹波”；若三相输入电压连接三相端子(a′、b′、c′)，三相输出电压从三相端子(a、b、c)送出，则三相输入电流“零纹波”，三相输出电流有纹波(分别来自L1b、L2b、L3b支路)；并且允许输入输出电流在较大范围内变化。
权利要求
1.一种单相“零纹波”电抗器，由一个电感(La--Lb)和一个电容(C)构成，其特征是电感(La--Lb)有两个互相耦合的绕组(La、Lb)，耦合系数为K，并且满足La＞Lb0.95LbLa≤K≤1.05LbLa;]]>连接关系为电感(La--Lb)的两个绕组(La、Lb)的一组同名端相连作为一个输入/输出端子(1)，电感量较大的绕组(La)的另一端作为一个输入/输出端子(2)，电感量较小的绕组(Lb)的另一端连接电容(C)的一端，电容(C)的另一端作为公共端子(3)。
2.一种三相“零纹波”电抗器，由三个电感(L1a--L1b、L2a--L2b、L3a--L3b)和三个容量相等的电容(C1、C2、C3)组成，其特征是每个电感有两个互相耦合的绕组，分别为(L1a、L1b)、(L2a、L2b)、(L3a、L3b)，耦合系数分别为K1、K2、K3，并且满足L1a＞L1b0.95L1bL1a≤K1≤1.05L1bL1a;]]>L1a＝L2a＝L3aL1b＝L2b＝L3bK1＝K2＝K3连接关系为每个电感的两个互相耦合绕组的一组同名端相连接作为一相输入/输出端子，共三相(a、b、c)；电感量较大的绕组(L1a、L2a、L3a)的另一端作为输出/输入端子，共三相(a′、b′、c′)；三个电容(C1、C2、C3)的一端并联，另一端作为三个支点，即Y形连接，或三个电容(C1、C2、C3)循环串联产生三个节点，即△形连接；三个支点或三个节点分别连接电感量较小的绕组(L1b、L2b、L3b)的另一端。
全文摘要
本发明涉及单相和三相“零纹波”电抗器。单相“零纹波”电抗器由一个电感和一个电容构成，三相“零纹波”电抗器由三个相同的电感和三个容量相等的电容构成；每个电感均有两个互相耦合的绕组，通过适当的耦合系数与匝数配比，使有限的电感量和很小的电容量实现了“零纹波”效果。该“零纹波”电抗器体积小、重量轻、成本低，广泛应用于高频开关变流领域。
文档编号H02M1/12GK1437309SQ0210481
公开日2003年8月20日 申请日期2002年2月8日 优先权日2002年2月8日
发明者张朝辉 申请人:张法曾