专利名称：滤波器以及结合变频器并包括滤波器的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种滤波器并涉及一种结合滤波器的装置。
背景技术：
典型的三相正弦供电网在正常运行的情况下是对称的。所以三相电压对地的矢量 和是零。当使用设有直流(DC)中间电路的典型的三相逆变单元(INU)时，每相被连接到 DC中间电路的正电势或负电势其中之一的电势。在这种情况下，这些相的电压之和以及电 压平均值偏离零点。相电压的平均值称作共模电压。共模电压的急剧变化通过电路的分 布式电容引起共模电流。在电机、供电变压器以及变频器中，在供电和电机线中有分布式电 容。此外，如果供电单元并非二极管供电单元，而是有源供电单元，即绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)供电单元(ISU)，则有源供电单元和逆变单元的同步开关切换(turn)提高共模电压 和共模电流的变化率。在电机中，共模电流和共模电压造成轴电流并对电机的相电压和地 面之间的绝缘体造成电压应力。另外，供电侧的共模电压干扰在供电侧连接到同一供电网 的其它装置，而共模电流可以以电感的方式或通过共用接地线路连接到其它装置。通常，在供电侧，在相电压和地面之间连接的滤波电容器(Y电容器)以及与这些 滤波电容器串联的差模和共模电感用于共模滤波。滤波可以包括多个连续的阶段。然而，将滤波器仅安装在供电侧有可能劣化电机侧的情况。如果滤波器扼流器饱 和，则电机侧的共模电流增加，这是因为供电侧的共模阻抗因抵靠滤波器的地面连接的电 容器而较低。在具有串联连接的大量电线并因具有相对于地面的电容的高功率变频器中， 如果不滤波，则共模电流的峰值可能为数百安培，即使滤波，该峰值也可能为数十安培。针 对这种电流而确定共模扼流器的饱和度大小会显著增加扼流器的尺寸和成本，所以倾向于 将扼流器的大小确定为使得这些扼流器在实际环境中至少偶然地饱和。此外，如果滤波器 仅使用电感作为串联阻抗，则有可能虽然衰减了共模电流和电压的高频频率分量(例如超 过100kHz)，但在电路的谐振频率(例如10-20kHz)上有高幅值分量，并且共模电流的有效 值高于没有滤波器的情况。
实用新型内容因此，本实用新型的目的在于提供这样一种滤波器，通过该滤波器能够解决上述 问题。本实用新型的目的通过如下所述的滤波器来实现。并且，本实用新型还限定有优选 实施方式。所述滤波器包括芯结构，其中，所述滤波器包括次级线圈，阻抗连接到所述次级 线圈。优选地，所述滤波器的芯结构设置成容纳主电路的导体。优选地，连接到所述滤波器 的次级线圈的所述阻抗本质上是电阻性的。优选地，所述芯结构由铁粉或纳米晶磁材料形 成。优选地，所述芯结构呈环形。本实用新型基于通过利用带有次级电路的滤波器结构而对共模电流和/或电压 滤波。借助连接到次级电路的阻抗，在共模电路中产生损耗。可以结合诸如变频器的电子 设备而分布式设置根据本实用新型的滤波器，以控制共模电流。[0007]根据本实用新型的滤波器的优点在于，与现有技术相比，改进了共模电流的容差。 根据本实用新型的滤波器使得能够改进对电机侧的共模电流的控制，并避免在串联电感中 的谐振频率处产生共模电流的不利增益。由于以上优点，可以将滤波器制造得尺寸更小，从 而较现有技术具有较低的制造成本。小尺寸还直接影响其中设置有滤波器的电子设备本身 的尺寸。本实用新型还涉及一种结合变频器的装置，其中通过使用根据本实用新型的滤波 器而实施滤波。通过使用根据本实用新型的装置，能够以简单的结构实现滤波器的优点。优 选地，所述滤波器以这样一种方式设置在所述变频器的供电侧和电机侧即，使得所述装置 包括位于所述变频器的供电侧的第一芯结构和第二芯结构、连接到所述第一芯结构和第二 芯结构的第一次级电路和第二次级电路、第一芯结构和第一次级电路这二者与第二芯结 构和第二次级电路这二者之间的一个/多个滤波电容器CF、以及位于所述变频器的电机侧 的第三芯结构和第四芯结构，其中第三次级电路连接到所述第三芯结构。优选地，所述装置 中的所述滤波器的所述第一、第二、第三和第四芯结构由同一种材料制成。
以下将参照附图、结合优选实施方式更加详细地描述本实用新型，在附图中图1示出了根据本实用新型的滤波器，以及图2示出了结合变频器并包括根据本实用新型的滤波器的装置。
具体实施方式
在根据本实用新型的方案中，借助包括次级电路的滤波器而在共模电路中产生损 耗。阻抗被连接到滤波器的次级电路，以衰减共模电压以及电流的有效值。图1示出了滤 波器1的结构。设置芯结构2以便以这样的方式容纳主电路的导体3，即，使得导体的共模 电流在芯结构中产生磁通量。由此这些导体形成滤波器中的初级电路3。可以通过使主电 路的导体穿过滤波器的芯结构而形成该初级电路3。由将芯结构2缠绕给定匝数得到的绕 组来形成滤波器的次级电路4。滤波器的次级电路的衰减阻抗5本质上基本是电阻性的，并且可以通过在次级线 圈的电极之间连接电阻器而实现。还可以将电容或电感与电阻器并联连接或串联连接，以 实现滤波器的优选的频率特性。芯结构2的饱和度还可能受到次级电路4的阻抗5的影响， 因为芯2的总磁通量因次级电流造成的磁通量而减少。次级电路4的阻抗的大小以这样的 方式确定，即，使得在实际运行环境下，即使芯结构2偶然饱和，也能够由次级线圈4获得最 大允许功率损耗。滤波器的芯结构可以由例如铁粉或纳米晶磁材料形成。纳米晶磁材料作为滤波器 1的芯结构2的材料使得滤波器1中的磁通量能够大于现有技术中的磁通量，从而使得仅 在共模电流较大时芯结构1发生饱和。纳米晶材料的实例是能够以商标VITR0PERM获得的 材料。图2示出了简化的等效图，作为结合变频器的根据本实用新型的装置的示例。图 2示出了供电网的共模阻抗Z网、电机线的共模阻抗Z线以及电机的共模阻抗Z电机。变 频器包括逆变器单元INU以及有源供电单元ISU。图中在逆变器单元INU和有源供电单元ISU之间还标明了变频器的相对于地面的分布式电容。根据本实用新型的实施方式的装置 包括芯结构Tl及其次级电路Zl、芯结构T2及其次级电路Z2、芯结构T3及其次级电路Z3、 扼流器L4及滤波电容器CF。根据本实用新型的装置的一些滤波器被定位在变频器的电机侧，以使得既能够对 通过变频器的分布式电容的电流进行滤波，又能够有效衰减电机的轴电流。由于连接到芯 结构Tl至T3的基本呈电阻性的次级电路Zl至Z3降低了高频处的滤波器阻抗，所以扼流 器L4未连接有次级线圈。扼流器L4的目的是为了对较高频进行滤波。扼流器L4还可以 具有对应于芯结构Tl至T3的材料的磁性材料，但没有次级电路。图2示出了结合变频器的浮动供电网(IT网)的示例。滤波器还可以被设计成用 于接地网络(TN-S)，但这时要选择不同的部件。对于本领域技术人员而言很显然的是，随着技术进步，能够以多种方式实施本实 用新型的基本思想。因此，本实用新型及其实施方式并非局限于以上示例，而是能够在权利 要求的范围内变化。
权利要求一种滤波器，包括芯结构，其特征在于，所述滤波器包括次级线圈(4)，阻抗(5)连接到所述次级线圈。
2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器的芯结构(2)设置成容纳主电 路的导体⑶。
3.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于，连接到所述滤波器的次级线圈(4)的 所述阻抗(5)本质上是电阻性的。
4.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于，所述芯结构(2)由铁粉或纳米晶磁材 料形成。
5.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于，所述芯结构(2)呈环形。
6.一种结合变频器的装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1至5中任一项所述 的滤波器。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波器以这样一种方式设置在所述 变频器的供电侧和电机侧即，使得所述装置包括位于所述变频器的供电侧的第一芯结构 (Tl)和第二芯结构(T2)、连接到所述第一芯结构和第二芯结构的第一次级电路(Zl)和第 二次级电路(Z2)、第一芯结构(Tl)和第一次级电路(Zl)这二者与第二芯结构(T2)和第二 次级电路(Z2)这二者之间的一个/多个滤波电容器CF、以及位于所述变频器的电机侧的第 三芯结构(T3)和第四芯结构(L4)，其中第三次级电路(Z3)连接到所述第三芯结构(T3)。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置中的所述滤波器的所述第一、 第二、第三和第四芯结构(T1、T2、T3、L4)由同一种材料制成。
专利摘要本实用新型公开了一种滤波器以及结合变频器并包括滤波器的装置。所述滤波器包括芯结构和次级线圈，阻抗连接到所述次级线圈。所述装置包括所述滤波器。
文档编号H02M1/32GK201656920SQ20092027331
公开日2010年11月24日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年9月29日
发明者西蒙·珀于赫宁 申请人:Abb公司