专利名称：滤波电抗级及应用该滤波电抗级的变频驱动系统的制作方法
滤波电抗级及应用该滤波电抗级的变频驱动系统技术领域
本发明关于一种滤波电抗级，且特别关于一种应用于变频驱动系统中的滤波电抗级。
背景技术：
在电动机械或感应马达的控制当中，马达的速度调节是一个重要的课题，现有的电动机械中采用的传统直流调速技术，因硬件体积大且故障率高而使其应用受限。
变频器(Variable-frequency Drive, VFD),应用变频技术与电子主动元件技术，通过改变传自输入端的工作电源的频率和振幅的方式，以控制交流电动机的输出。
变频器的作用是改变供予感应马达的交流电源的频率和振幅，进一步改变其运动磁场的周期，达到平滑控制感应马达转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器配合交流式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，使得电路系统得以缩小体积并降低维修率。
现有的一种变频器通常包括整流器以及逆变器，在其间的信号传递时可能存在电流涟波噪声，常见的作法是在单边的直流臂上设置一电感，以滤除电流涟波噪声。然而，变频器运作时在两直流臂上将产生共模电流由整流器流向逆变器，共模电流将对于实际操作时将产生不必要的电磁干扰(Electromagnetic interference, EMI)。传统的共模电流解决方法，是在两直流臂上皆分别设置电感器来降低共模电流，进而抑制电磁干扰。然而，传统做法中的电感器对共模电流的抑制效果有限。发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种滤波电抗级及应用该滤波电抗级的变频驱动系统，其中，该滤波电抗级可产生足够的共模电感以抑制共模电流并形成可调整的差模电感，以降低滤波电抗的能量损耗。
本发明的一较佳实施例中的滤波电抗级具有三组绕线组，其中两组绕线组耦接于变频驱动系统的一直流臂上且分别缠绕于磁芯模块的两侧边柱，另一组绕线组耦接于变频驱动系统的另一直流臂上且缠绕于磁芯模块的中柱上。于共模状态下，三绕线组的磁通量相互累加；于差模状态下，边柱上的两绕线组与中柱上绕线组的磁通量相互抵消。由此，三绕线组可提供足够的共模电感以抑制共模电流，并形成较小差模电感，以降低滤波电抗的能量损耗。
于一较佳实施例中，本发明提供一种变频驱动系统，其与一三相电网耦接，该变频驱动系统包括整流输入级、逆变输出级以及滤波电抗级。整流输入级与该三相电网耦接。滤波电抗级耦接于该整流输入级与该逆变输出级之间，该滤波电抗级包括磁芯模块、第一绕线组、第二绕线组以及第三绕线组。磁芯模块包括中柱、第一边柱以及第二边柱。该第一绕线组缠绕于该第一边柱上，该第二绕线组缠绕于该第二边柱上，且该第一绕线组与该第二绕线组串接于该整流输入级与该逆变输出级间的第一直流臂。第三绕线组缠绕于该中柱，且该第三绕线组的两端串接于该整流输入级与该逆变输出级间的一第二直流臂上。
于一较佳实施例中，该整流输入级用以将传自该三相电网的具有固定工作频率的一交流输入电压转换为一直流电压，该逆变输出级用以将该直流电压转换为具有可变频率的一交流输出电压，该交流输出电压用以驱动一外部负载。
于一较佳实施例中，该磁芯模块中该中柱、该第一边柱以及该第二边柱大致平行，且该第一边柱以及该第二边柱位于该中柱的两侧。
于一较佳实施例中，于一差模状态下该第一绕线组与该第二绕线组所产生的磁通量同向，且与该第三绕线组所产生的磁通量反向抵消。于此实施例中，差模状态下该第一直流臂与该第二直流臂上的差模电流方向相反。
于一较佳实施例中，于一共模状态下该第一绕线组、该第二绕线组以及该第三绕线组所产生的磁通量同向。于此实施例中，共模状态下该第一直流臂与该第二直流臂上的共模电流方向相同，且由该整流输入级流向该逆变输出级。
于一较佳实施例中，该磁芯模块为EI组合型磁芯、EE组合型磁芯中的任一者。
于一较佳实施例中，本发明还提供一种滤波电抗级，耦接一整流输入级与一逆变输出级之间，该滤波电抗级包括磁芯模块、第一绕线组、第二绕线组以及第三绕线组。磁芯模块包括一中柱、一第一边柱以及一第二边柱。该第一绕线组缠绕于该第一边柱，该第二绕线组缠绕于该第二边柱，且该第一绕线组与该第二绕线组串接于该整流输入级与该逆变输出级间的一第一直流臂上。第三绕线组缠绕于该中柱，且该第三绕线组串接于该整流输入级与该逆变输出级间的一第二直流臂上。
于一较佳实施例中，该磁芯模块中该中柱、该第一边柱以及该第二边柱大致平行，且该第一边柱以及该第二边柱位于该中柱的两侧。
于一较佳实施例中，于一差模状态下该第一绕线组与该第二绕线组所产生的磁通量同向，且与该第三绕线组所产生的磁通量反向抵消。差模状态下该第一直流臂与该第二直流臂上的差模电流方向相反。
于一较佳实施例中，于一共模状态下该第一绕线组、该第二绕线组以及该第三绕线组所产生的磁通量同向。共模状态下该第一直流臂与该第二直流臂上的共模电流方向相同，且由该整流输入级流向该逆变输出级。
本发明的滤波电抗级具有三绕线组，三绕线组可提供足够的共模电感以抑制共模电流，并形成可调整的差模电感，以降低滤波电抗的能量损耗。
为让本发明内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下:
图1所示为根据本发明的一较佳实施例中一种变频驱动系统的功能方块图2所示为根据本发明的一较佳实施例中变频驱动系统的电路示意图3所示为根据本发明的一较佳实施例中滤波电抗级的示意图4所示为图3中滤波电抗级于差模状态下的示意图5所示为图3中滤波电抗级于共模状态下的示意图。
其中，附图标记说明如下:
100:变频驱动系统
120:整流输入级
140:逆变输出级
160:滤波电抗级
200:三相电网
220:电动机负载
180:储能模块
Dl:第一直流臂
D2:第二直流臂
Wl:第一绕线组
W2:第二绕线组
W3:第三绕线组
162:磁芯模块
l62a、l62b:磁芯组件
164:第一边柱
166:第二边柱
168:中柱
Id:差模电流
Icl、Ic2:共模电流
FD1、FD2、FD3、FC1、FC2、FC3:磁通量具体实施方式
请参阅图1，其为本发明的一较佳实施例中的一种变频驱动(Variable-frequencyDrive, VFD)系统100的功能方块图。如图1所示，变频驱动系统100包括整流输入级120、逆变输出级140以及滤波电抗级160。
于此较佳实施例中，变频驱动系统100可由三相电网200接收具有固定工作频率的交流输入电压，并调整交流输入电压的频率和幅值，再利用调整过的交流输出电压驱动外部的电动机负载220 (如感应电动机)，如此一来，便可平滑地控制电动机负载220的转速。
承上所述，整流输入级120电性连接三相电网200。整流输入级120用以将传自三相电网200具有固定工作频率的交流输入电压转换为直流输入电压，逆变输出级140用以将直流输入电压转换成具有可变频率的交流输出电压，该交流输出电压用以驱动电动机负载 220。
须特别说明的是，于此较佳实施例中，在整流输入级120与逆变输出级140之间耦接有滤波电抗级160，滤波电抗级160可用以滤除直流电流涟波噪声以及电磁干扰(Electromagnetic interference, EMI),并确保整流输入级120与逆变输出级140之间的电性信号传递品质，于此较佳实施例中，滤波电抗级160形成可调整的差模电感与共模电感，差模电感可用来阻隔直流电流涟波噪声，共模电感则可用来降低电磁干扰。
请一并参阅图2，其为根据本发明的一较佳实施例中变频驱动系统100的电路示意图。如图2所示，整流输入级120与逆变输出级140之间通过第一直流臂Dl与第二直流臂D2电性连接。
于差模状态下，差模电流Id沿第一直流臂Dl由整流输入级120流向逆变输出级140，并沿第二直流臂D2由逆变输出级140流向整流输入级120。第一直流臂Dl与第二直流臂D2上的差模电流流向相反。
于共模状态下，一部份的共模电流Icl沿第一直流臂Dl由整流输入级120流向逆变输出级140，而另一部份的共模电流Ic2沿第二直流臂D2由整流输入级120流向逆变输出级140。第一直流臂Dl与第二直流臂D2上的共模电流流向相同。
请一并参阅图3，其为根据本发明的一较佳实施例中滤波电抗级160的示意图。滤波电抗级160包括磁芯模块162、第一绕线组W1、第二绕线组W2以及第三绕线组W3。其中，磁芯模块162包括中柱168、第一边柱164以及第二边柱166。
如图3所示，磁芯模块162的中柱168、第一边柱164以及第二边柱166大致平行，且第一边柱166以及第二边柱168位于中柱166的两侧。
于此较佳实施例中，磁芯模块162可包括两个磁芯组件162a与162b,其中磁芯组件162a与162b分别为E型磁芯与I型磁芯。也就是说，于本较佳实施例中，磁芯模块162采用由E型与I型的磁芯组件162a与162b组合而成的EI组合型磁芯。其中，E型磁芯组件162a的三臂与I型的磁芯组件162b之间可间隔相同间隙(gap)，在间隙设置与磁性调校上较容易。
需特别说明的是，本发明的磁芯模块162并不以EI组合型磁芯为限，于其他较佳实施例中，磁芯模块162也可为EE组合型磁芯或其他具等效性的各种磁芯。
第一绕线组Wl缠绕于第一边柱164上，且第一绕线组Wl的两端耦接于整流输入级120与逆变输出级140之间的第一直流臂Dl上。第二绕线组W2缠绕于第二边柱166上，且第二绕线组W2的两端也耦接于第一直流臂Dl上，进一步而言，该第二绕线组W2的两端分别耦接于该第一绕线组Wl与该逆变输出级140，也就是说，第一绕线组Wl与第二绕线组W2串接于整流输入级120与逆变输出级140间的第一直流臂D1。第三绕线组W3缠绕于中柱168上，且第三绕线组W3的两端串接于整流输入级120与该逆变输出级140之间的第二直流臂D2上。
三绕线组的自感与互感可用矩阵表示:
权利要求
1.一种变频驱动系统，其与一三相电网耦接，该变频驱动系统包括: 一整流输入级，与该三相电网耦接； 一逆变输出级；以及 一滤波电抗级，耦接于该整流输入级与该逆变输出级之间，该滤波电抗级包括: 一磁芯模块，其包括一中柱、一第一边柱以及一第二边柱； 一第一绕线组以及一第二绕线组，该第一绕线组缠绕于该第一边柱上，该第二绕线组缠绕于该第二边柱上，且该第一绕线组与该第二绕线组串接于该整流输入级与该逆变输出级间的一第一直流臂；以及 一第三绕线组，缠绕于该中柱，且该第三绕线组的两端串接于该整流输入级与该逆变输出级间的一第二直流臂上。
2.如权利要求1所述的变频驱动系统，其中该整流输入级用以将传自该三相电网的具有固定工作频率的一交流输入电压转换为一直流电压，该逆变输出级用以将该直流电压转换为具有可变频率的一交流输出电压，该交流输出电压用以驱动一外部负载。
3.如权利要求1所述的变频驱动系统,其中该磁芯模块中该中柱、该第一边柱以及该第二边柱大致平行，且该第一边柱以及该第二边柱位于该中柱的两侧。
4.如权利要求1所述的变频驱动系统，其中于一差模状态下该第一绕线组与该第二绕线组所产生的磁通量同向，且与该第三绕线组所产生的磁通量反向抵消。
5.如权利要求4所述的变频驱动系统，其中于该差模状态下该第一直流臂与该第二直流臂上的差模电流方向相反。
6.如权利要求1所述的变频驱动系统，其中于一共模状态下该第一绕线组、该第二绕线组以及该第三绕线组所产生的磁通量同向。
7.如权利要求6所述的变频驱动系统，其中于该共模状态下该第一直流臂与该第二直流臂上的共模电流方向相同且由该整流输入级流向该逆变输出级。
8.如权利要求1所述的变频驱动系统，其中该磁芯模块为EI组合型磁芯、EE组合型磁芯中的任一者。
9.一种滤波电抗级，耦接一整流输入级与一逆变输出级之间，该滤波电抗级包括: 一磁芯模块，其包括一中柱、一第一边柱以及一第二边柱； 一第一绕线组以及一第二 绕线组，该第一绕线组缠绕于该第一边柱，该第二绕线组缠绕于该第二边柱，且该第一绕线组与该第二绕线组串接于该整流输入级与该逆变输出级间的一第一直流臂上；以及 一第三绕线组，缠绕于该中柱，且该第三绕线组串接于该整流输入级与该逆变输出级间的一第二直流臂上。
10.如权利要求9所述的滤波电抗级，其中该磁芯模块中该中柱、该第一边柱以及该第二边柱大致平行，且该第一边柱以及该第二边柱位于该中柱的两侧。
11.如权利要求9所述的滤波电抗级，其中于一差模状态下该第一绕线组与该第二绕线组所产生的磁通量同向，且与该第三绕线组所产生的磁通量反向抵消。
12.如权利要求11所述的滤波电抗级，其中于该差模状态下该第一直流臂与该第二直流臂上的差模电流方向相反。
13.如权利要求9所述的滤波电抗级，其中于一共模状态下该第一绕线组、该第二绕线组以及该第三绕线组所产生的磁通量同向。
14.如权利要求13所述的滤波电抗级，其中于该共模状态下该第一直流臂与该第二直流臂上的共模电流方向相同 ，且由该整流输入级流向该逆变输出级。
全文摘要
本发明公开了一种滤波电抗级及应用滤波电抗级的变频驱动系统，该系统包括整流输入级、逆变输出级以及滤波电抗级。滤波电抗级耦接于整流输入级与逆变输出级之间，滤波电抗级包括磁芯模块、第一绕线组、第二绕线组以及第三绕线组。磁芯模块包括中柱、第一边柱以及第二边柱。第一绕线组缠绕于第一边柱上，第二绕线组缠绕于第二边柱上，且第一绕线组与第二绕线组串接于整流输入级与逆变输出级间的第一直流臂。第三绕线组缠绕于中柱，且第三绕线组的两端串接于整流输入级与逆变输出级间的第二直流臂上。本发明的滤波电抗级的三绕线组可提供足够的共模电感以抑制共模电流，并形成可调整的差模电感，以降低滤波电抗的能量损耗。
文档编号H02M1/44GK103208913SQ20121000866
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者萧伟成 申请人:台达电子工业股份有限公司