电抗器分路及PWM能量回馈单元的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电抗器分路及pwm能量回馈单元。

背景技术：

在科学研究与工业实际生产中，电力系统的安全及稳定已经越来越受到人们的重视，变频及伺服控制领域pwm能量回馈技术也被广泛应用，而电抗器作为连接电网和pwm能量回馈单元的设备是必不可少的器件，在系统运行中，其交流侧电抗器的作用至关重要，这是因为电抗器的取值不仅影响电流环的动、静态响应，而且还制约着输出功率、功率因数等，虽然这些技术都接近成熟，但真正在产品投入使用时，复杂的工作情况中总会出现一些让工程师们难以解决的问题，比于回馈电网时，连接电网的开关装置异常断，交流侧电抗器中的储存的能量无处释放，这时在交流侧电抗器两端形成的电压越来越高导致设备事故及pwm回馈装置的严重损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种电抗器分路，在原有的设计上增加电抗器的次边绕组，次边绕组通过一定的绕组方向串联，通过次边绕组上获取感应电压的幅值信号控制第一功率和第二功率管使之工作在不同的状态，进而抑制pwm能量回馈单元的复杂的工作环境需求。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种电抗器分路，包括至少一个原边绕组，所述电抗器分路还包括第一功率管q1、第二功率管q2、采样控制支路和次边绕组支路，所述次边绕组支路包括与各所述原边绕组一一对应的至少一个次边绕组，各所述次边绕组依次串联，每一所述次边绕组与对应的所述原边绕组相对设置，每一所述次边绕组与对应的所述原边绕组的绕线方向一致，在各所述次边绕组的串联支路中，位于首端的次边绕组和位于尾端的次边绕组分别与所述第一功率管q1的漏极和所述第二功率管q2的漏极串联，位于首端的次边绕组和位于尾端的次边绕组均与采样控制支路串联，所述第一功率管q1的源极和所述第二功率管q2的源极电连接，所述第一功率管q1的栅极和第二功率管q2的栅极均电连接采样控制支路。

作为优选，所述功率管为igbt管或mos管。

作为优选，各所述原边绕组的电感量均相同。

作为优选，各所述次边绕组的电感量均相同。

作为优选，所述原边绕组有三个，分别为原边绕组l1a、原边绕组l2a和原边绕组l3a，与所述原边绕组l1a、原边绕组l2a和原边绕组l3a分别对应的为次边绕组l1b、次边绕组l2b和次边绕组l3b，所述次边绕组l1b、次边绕组l2b和次边绕组l3b依次串联，所述第一功率管q1的漏极与所述次边绕组l1b电连接，所述第二功率管q2的漏极与所述次边绕组l3b电连接。

本发明还提供一种pwm能量回馈单元，包括与电网相连的断路器分路和pwm回馈单元主分路，还包括上述的电抗器分路，各所述原边绕组的输入端均与所述断路器分路电连接，各所述原边绕组的输出端均与所述pwm回馈单元主分路电连接。

作为优选，所述断路器分路包括至少一个断路器，各所述断路器与各所述原边绕组一一对应，各所述断路器的输出端与对应各所述原边绕组的输入端电连接。

作为优选，所述pwm回馈单元主分路包括至少一组功率管支路和接入变频器单元或伺服驱动单元的两个并联的电容，各所述功率管支路相互并联，每一所述功率管支路包括相互串联的第三功率管和第四功率管，各所述功率管支路与各所述原边绕组一一对应，各所述功率管支路的第三功率管的漏极与所述第四功率管的源极均与对应各所述原边绕组的输出端电连接，各所述第三功率管的源极与两个所述并联电容的其中一端电连接，各所述第四功率管的的漏极与两个所述并联电容的另外一端电连接。

本发明还提供一种上述的pwm能量回馈单元的使用方法，包括如下步骤：

所述采样控制支路采集次边绕组支路的电压感应幅值信号，并根据信号的大小与采样控制支路中的阀值电压比较，输出控制信号到串接的第一功率管及第二功率管，控制其工作状态；

当pwm回馈单元主分路正常工作时，所述第一功率管q1及第二功率管q2工作在线性区，起到可调电阻的作用；

当pwm回馈单元主分路非正常工作时，且所述电抗器分路上的电流正处于最大值时，原边绕组l1a、l2a、l3a两端产生急剧上升的电压，同时在次边绕组l1b、l2b、l3b上也感应到过高的电压值，所述采样控制支路检测到这个过高的电压值，跟采样控制支路内部的阀值比较，输出一个高电平控制信号至所述第一功率管q1和第二功率管q2，使所述第一功率管q1和第二功率管q2功率管导通，将所述原边绕组l1a、l2a、l3a的能量通过串连的所述次边绕组l1b、l2b、l3b消耗掉。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的电抗器次边绕组按统一方向串接至第一功率管很第二功率管的回路中，正常工作时受电抗器原边电感电流的变化，使第一功率管及第二功率管工作在线性区域，而在大功率回馈能量电网时，连接电网的设备处于开路状态，这时电抗器中的能量通过次边绕组及串接回路中的第一功率管及第二功率管短路，将电抗器的能量通过次边绕组及功率管消耗掉。这是常规的电抗器无法做到的。而且本电路控制简单，适用于科学研究和工业生产。

2、本发明电路结构简单、体积小，并能改善流过电抗器中电流的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为传统的pwm能量回馈单元图；

图2为本发明实施例提供的pwm能量回馈单元图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

如图1-图2，本发明实施例一提供一种电抗器分路，包括至少一个原边绕组，还包括第一功率管q1、第二功率管q2、采样控制支路和次边绕组支路，所述次边绕组支路包括与各所述原边绕组一一对应的至少一个次边绕组，各所述次边绕组依次串联，每一所述次边绕组与对应的所述原边绕组相互并联绕制，即每一所述次边绕组与对应的所述原边绕组相对设置，每一所述次边绕组与对应的所述原边绕组的绕线方向一致，在各所述次边绕组的串联支路中，位于首端的次边绕组和位于尾端的次边绕组分别与所述第一功率管q1的漏极和所述第二功率管q2的漏极串联，位于首端的次边绕组和位于尾端的次边绕组均与采样控制支路串联，所述第一功率管q1的源极和所述第二功率管q2的源极电连接，所述第一功率管q1的栅极和第二功率管q2的栅极均电连接采样控制支路。

作为优选，所述功率管为igbt管或mos管等开关器件。

作为优选，各所述原边绕组的电感量均相同。

作为优选，各所述原边绕组的电感量均相同。

作为优选，所述原边绕组有三个，分别为原边绕组l1a、原边绕组l2a和原边绕组l3a，与所述原边绕组l1a、原边绕组l2a和原边绕组l3a分别对应的为次边绕组l1b、次边绕组l2b和次边绕组l3b，所述次边绕组l1b、次边绕组l2b和次边绕组l3b依次串联，所述第一功率管q1的漏极与所述次边绕组l1b电连接，所述第二功率管q2的漏极与所述次边绕组l3b电连接。

当pwm回馈单元主分路正常工作在buck及boost模式下，电网和pwm回馈单元主分路的能量双向流动，原边绕组l1a、l2a、l3a的电流控制在一定的大小范围内，通过次边绕组l1b、l2b、l3b上感应到原边绕组幅值大小变化的电压值，串接的次边绕组l1b、l2b、l3b将感应电压之和送至采样控制支路，采样控制支路根据感应电压的幅值变化跟内部的阀值电压比较，产生输出的控制信号给q1、q2功率管的栅极，使功率管q1、q2工作在线性区域，这时q1、q2功率管在串接的l1b、l2b、l3b回路中相当于一个受电抗器原边绕组电流大小变化而自动调整的电子负载，当电网电压不平衡时，在电抗器原边绕组l1a、l2a、l3a产生的电流值大小也不一样，通过电抗器次边绕组l1b、l2b、l3b获取的感应电压值也不一样，然而次边绕组l1b、l2b、l3b是同方向绕组串接且绕组的电感量相同，根据基尔霍夫电流定律可以推算出串联电感回路中的电流相同，这样，也迫使次边绕组l1b、l2b、l3b上的电压在某种程度上也趋于平衡，反射到电抗器原边绕组l1a、l2a、l3a上，也会对原边绕组电压起到一个平衡的推拉作用，继而作用于电抗器原边绕组电流的平衡。

当pwm回馈单元主分路正常工作在某一时刻，pwm回馈单元主分路到电网的连接设备异常跳闸时，又正值电抗器分路中的电流处于最大值，那么将在电抗器原边绕组l1a、l2a、l3a两端产生急剧上升的电压，同时在次边绕组l1b、l2b、l3b上也感应到过高的电压值，采样控制支路检测到这个过高的电压值，跟采样控制支路内部的阀值比较输出一个高电平控制信号至q1、q2功率管，使q1、q2功率管导通，将原边绕组l1a、l2a、l3a的能量通过串接的次边绕组l1b、l2b、l3b消耗掉。

本发明实施例二还提供一种pwm能量回馈单元，包括与电网相连的断路器分路和pwm回馈单元主分路，还包括上述的电抗器分路，各所述原边绕组的输入端均与所述断路器分路电连接，各所述原边绕组的输出端均与所述pwm回馈单元主分路电连接。

作为优选，所述断路器分路包括至少一个断路器，各所述断路器与各所述原边绕组一一对应，各所述断路器的输出端与对应各所述原边绕组的输入端电连接。

作为优选，所述pwm回馈单元主分路包括至少一组功率管支路和接入变频器单元或伺服驱动单元的两个并联的电容，各所述功率管支路相互并联，每一所述功率管支路包括相互串联的第三功率管和第四功率管，各所述功率管支路与各所述原边绕组一一对应，各所述功率管支路的第三功率管的漏极与所述第四功率管的源极均与对应各所述原边绕组的输出端电连接，各所述第三功率管的源极与两个所述并联电容的其中一端电连接，各所述第四功率管的的漏极与两个所述并联电容的另外一端电连接。

本发明还提供一种使用上述的pwm能量回馈单元方法，包括如下步骤：所述采样控制支路采集次边绕组支路的电压感应幅值信号，并根据信号的大小与采样控制支路中的阀值电压比较，输出控制信号到串接的第一功率管及第二功率管，控制其工作状态；

当pwm回馈单元主分路正常工作时，所述第一功率管q1及第二功率管q2工作在线性区，起到可调电阻的作用；

当pwm回馈单元主分路非正常工作时，且所述电抗器分路上的电流正处于最大值时，原边绕组l1a、l2a、l3a两端产生急剧上升的电压，同时在次边绕组l1b、l2b、l3b上也感应到过高的电压值，所述采样控制支路检测到这个过高的电压值，跟采样控制支路内部的阀值比较，输出一个高电平控制信号至所述第一功率管q1和第二功率管q2，使所述第一功率管q1和第二功率管q2功率管导通，将所述原边绕组l1a、l2a、l3a的能量通过串连的所述次边绕组l1b、l2b、l3b消耗掉。

作为优选，所述的电抗器分路包括原边绕组l1a、l2a、l3a及次边绕组l1b、l2b、l3b，所述电抗器的原边绕组l1a、l2a、l3a电感量必须相同，所述次边绕组l1b、l2b、l3b的电感量必须相同，且原边电感量与次边电感量根据设计功率的大小成一定的比例关系。

所述电抗器分路的原边绕组l1a、l2a、l3a分别与对应次边绕组l1b、l2b、l3b的绕线方向一致，它们对应的同名端为图2中打点端，且原边绕组l1a、l2a、l3a的同名端与连接电网端的断路器分路一端相连，另一端与pwm回馈单元主分路相连接；所述电抗器分路的次边绕组l1b、l2b、l3b的同名端和原边绕组的同名端在绕制中为同一方向，所述次边绕组l1b的同名端与第一功率管q1的漏极及采样控制支路连接，l1b的另一端与l2b的同名端连接，l2b的另一端与l3b的同名端连接，l3b的另一端接至第二功率管q2的漏极及采样控制支路。

作为优选，本发明中的pwm回馈单元主分路能量回馈对象包括变频器单元、伺服驱动单元(伺服装置pn母线端)，及各储能设备的直流端口。

本发明提供的新型电抗器分路在正常工作时，采样控制支路通过次边绕组感应到电抗器原边绕组l1a、l2a、l3a电流值大小在串联的次边绕组l1b、l2b、l3b上的电压信号幅值变化，接至采样控制支路，采样控制支路输出对应的控制信号给第一功率管q1和第二功率管q2；在pwm回馈单元主分路正常工作时，第一功率管q1及第二功率管q2工作在线性区，起到一个可调电阻的作用。

所述pwm回馈单元主分路待机或轻载工作时，第一功率管q1及第二功率管q2工作在截止区，串接的回路处于开路状态。

本发明提供的新型电抗器分路正常工作时，如果本装置连接到电网的断路器或其它保护器件断开时，这时正值本装置以最大功率回馈电网时，那边电抗器原边绕组两端的电压会急剧上升，在串联次边绕组l1b、l2b、l3b上的感应电压信号幅值也急剧上升，这时采样控制支路接收串联次边绕组l1b、l2b、l3b上的电压信号幅值，并控制第一功率管q1和第二功率管q2工作在导通状态，串接的回路处于短路，电抗器原边的能量通过次边绕组、第一功率管及第二功率管短路消耗掉。

与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：电抗器分路中的次边绕组按统一方向串接至第一功率管q1和第二功率管q2的回路中，正常工作时受电抗器原边绕组电感电流的变化，使第一功率管q1及第二功率管q2工作在线性区域，而在大功率回馈能量电网时，连接电网的设备处于开路状态，这时电抗器中的能量通过次边绕组及串接回路中的第一功率管q1及第二功率管q2短路，将电抗器的能量通过次边绕组及功率管消耗掉。这是常规的电抗器无法做到的。而且本电路控制简单，适用于科学研究和工业生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。