專(zhuān)利名稱(chēng)：濾波電抗級(jí)及應(yīng)用該濾波電抗級(jí)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
濾波電抗級(jí)及應(yīng)用該濾波電抗級(jí)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明關(guān)于一種濾波電抗級(jí)，且特別關(guān)于一種應(yīng)用于變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的濾波電抗級(jí)。
背景技術(shù)：
在電動(dòng)機(jī)械或感應(yīng)馬達(dá)的控制當(dāng)中，馬達(dá)的速度調(diào)節(jié)是一個(gè)重要的課題，現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)械中采用的傳統(tǒng)直流調(diào)速技術(shù)，因硬件體積大且故障率高而使其應(yīng)用受限。
變頻器(Variable-frequency Drive, VFD),應(yīng)用變頻技術(shù)與電子主動(dòng)元件技術(shù)，通過(guò)改變傳自輸入端的工作電源的頻率和振幅的方式，以控制交流電動(dòng)機(jī)的輸出。
變頻器的作用是改變供予感應(yīng)馬達(dá)的交流電源的頻率和振幅，進(jìn)一步改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制感應(yīng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡(jiǎn)單化，用變頻器配合交流式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組合替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作，使得電路系統(tǒng)得以縮小體積并降低維修率。
現(xiàn)有的一種變頻器通常包括整流器以及逆變器，在其間的信號(hào)傳遞時(shí)可能存在電流漣波噪聲，常見(jiàn)的作法是在單邊的直流臂上設(shè)置一電感，以濾除電流漣波噪聲。然而，變頻器運(yùn)作時(shí)在兩直流臂上將產(chǎn)生共模電流由整流器流向逆變器，共模電流將對(duì)于實(shí)際操作時(shí)將產(chǎn)生不必要的電磁干擾(Electromagnetic interference, EMI)。傳統(tǒng)的共模電流解決方法，是在兩直流臂上皆分別設(shè)置電感器來(lái)降低共模電流，進(jìn)而抑制電磁干擾。然而，傳統(tǒng)做法中的電感器對(duì)共模電流的抑制效果有限。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種濾波電抗級(jí)及應(yīng)用該濾波電抗級(jí)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中，該濾波電抗級(jí)可產(chǎn)生足夠的共模電感以抑制共模電流并形成可調(diào)整的差模電感，以降低濾波電抗的能量損耗。
本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中的濾波電抗級(jí)具有三組繞線(xiàn)組，其中兩組繞線(xiàn)組耦接于變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一直流臂上且分別纏繞于磁芯模塊的兩側(cè)邊柱，另一組繞線(xiàn)組耦接于變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的另一直流臂上且纏繞于磁芯模塊的中柱上。于共模狀態(tài)下，三繞線(xiàn)組的磁通量相互累加；于差模狀態(tài)下，邊柱上的兩繞線(xiàn)組與中柱上繞線(xiàn)組的磁通量相互抵消。由此，三繞線(xiàn)組可提供足夠的共模電感以抑制共模電流，并形成較小差模電感，以降低濾波電抗的能量損耗。
于一較佳實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其與一三相電網(wǎng)耦接，該變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括整流輸入級(jí)、逆變輸出級(jí)以及濾波電抗級(jí)。整流輸入級(jí)與該三相電網(wǎng)耦接。濾波電抗級(jí)耦接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)之間，該濾波電抗級(jí)包括磁芯模塊、第一繞線(xiàn)組、第二繞線(xiàn)組以及第三繞線(xiàn)組。磁芯模塊包括中柱、第一邊柱以及第二邊柱。該第一繞線(xiàn)組纏繞于該第一邊柱上，該第二繞線(xiàn)組纏繞于該第二邊柱上，且該第一繞線(xiàn)組與該第二繞線(xiàn)組串接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)間的第一直流臂。第三繞線(xiàn)組纏繞于該中柱，且該第三繞線(xiàn)組的兩端串接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)間的一第二直流臂上。
于一較佳實(shí)施例中，該整流輸入級(jí)用以將傳自該三相電網(wǎng)的具有固定工作頻率的一交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為一直流電壓，該逆變輸出級(jí)用以將該直流電壓轉(zhuǎn)換為具有可變頻率的一交流輸出電壓，該交流輸出電壓用以驅(qū)動(dòng)一外部負(fù)載。
于一較佳實(shí)施例中，該磁芯模塊中該中柱、該第一邊柱以及該第二邊柱大致平行，且該第一邊柱以及該第二邊柱位于該中柱的兩側(cè)。
于一較佳實(shí)施例中，于一差模狀態(tài)下該第一繞線(xiàn)組與該第二繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量同向，且與該第三繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量反向抵消。于此實(shí)施例中，差模狀態(tài)下該第一直流臂與該第二直流臂上的差模電流方向相反。
于一較佳實(shí)施例中，于一共模狀態(tài)下該第一繞線(xiàn)組、該第二繞線(xiàn)組以及該第三繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量同向。于此實(shí)施例中，共模狀態(tài)下該第一直流臂與該第二直流臂上的共模電流方向相同，且由該整流輸入級(jí)流向該逆變輸出級(jí)。
于一較佳實(shí)施例中，該磁芯模塊為EI組合型磁芯、EE組合型磁芯中的任一者。
于一較佳實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種濾波電抗級(jí)，耦接一整流輸入級(jí)與一逆變輸出級(jí)之間，該濾波電抗級(jí)包括磁芯模塊、第一繞線(xiàn)組、第二繞線(xiàn)組以及第三繞線(xiàn)組。磁芯模塊包括一中柱、一第一邊柱以及一第二邊柱。該第一繞線(xiàn)組纏繞于該第一邊柱，該第二繞線(xiàn)組纏繞于該第二邊柱，且該第一繞線(xiàn)組與該第二繞線(xiàn)組串接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)間的一第一直流臂上。第三繞線(xiàn)組纏繞于該中柱，且該第三繞線(xiàn)組串接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)間的一第二直流臂上。
于一較佳實(shí)施例中，該磁芯模塊中該中柱、該第一邊柱以及該第二邊柱大致平行，且該第一邊柱以及該第二邊柱位于該中柱的兩側(cè)。
于一較佳實(shí)施例中，于一差模狀態(tài)下該第一繞線(xiàn)組與該第二繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量同向，且與該第三繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量反向抵消。差模狀態(tài)下該第一直流臂與該第二直流臂上的差模電流方向相反。
于一較佳實(shí)施例中，于一共模狀態(tài)下該第一繞線(xiàn)組、該第二繞線(xiàn)組以及該第三繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量同向。共模狀態(tài)下該第一直流臂與該第二直流臂上的共模電流方向相同，且由該整流輸入級(jí)流向該逆變輸出級(jí)。
本發(fā)明的濾波電抗級(jí)具有三繞線(xiàn)組，三繞線(xiàn)組可提供足夠的共模電感以抑制共模電流，并形成可調(diào)整的差模電感，以降低濾波電抗的能量損耗。


為讓本發(fā)明內(nèi)容的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附圖式的說(shuō)明如下:
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中一種變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能方塊圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電路示意圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中濾波電抗級(jí)的示意圖4所示為圖3中濾波電抗級(jí)于差模狀態(tài)下的示意圖5所示為圖3中濾波電抗級(jí)于共模狀態(tài)下的示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
100:變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
120:整流輸入級(jí)
140:逆變輸出級(jí)
160:濾波電抗級(jí)
200:三相電網(wǎng)
220:電動(dòng)機(jī)負(fù)載
180:儲(chǔ)能模塊
Dl:第一直流臂
D2:第二直流臂
Wl:第一繞線(xiàn)組
W2:第二繞線(xiàn)組
W3:第三繞線(xiàn)組
162:磁芯模塊
l62a、l62b:磁芯組件
164:第一邊柱
166:第二邊柱
168:中柱
Id:差模電流
Icl、Ic2:共模電流
FD1、FD2、FD3、FC1、FC2、FC3:磁通量具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1，其為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中的一種變頻驅(qū)動(dòng)(Variable-frequencyDrive, VFD)系統(tǒng)100的功能方塊圖。如圖1所示，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100包括整流輸入級(jí)120、逆變輸出級(jí)140以及濾波電抗級(jí)160。
于此較佳實(shí)施例中，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100可由三相電網(wǎng)200接收具有固定工作頻率的交流輸入電壓，并調(diào)整交流輸入電壓的頻率和幅值，再利用調(diào)整過(guò)的交流輸出電壓驅(qū)動(dòng)外部的電動(dòng)機(jī)負(fù)載220 (如感應(yīng)電動(dòng)機(jī))，如此一來(lái)，便可平滑地控制電動(dòng)機(jī)負(fù)載220的轉(zhuǎn)速。
承上所述，整流輸入級(jí)120電性連接三相電網(wǎng)200。整流輸入級(jí)120用以將傳自三相電網(wǎng)200具有固定工作頻率的交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流輸入電壓，逆變輸出級(jí)140用以將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成具有可變頻率的交流輸出電壓，該交流輸出電壓用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載 220。
須特別說(shuō)明的是，于此較佳實(shí)施例中，在整流輸入級(jí)120與逆變輸出級(jí)140之間耦接有濾波電抗級(jí)160，濾波電抗級(jí)160可用以濾除直流電流漣波噪聲以及電磁干擾(Electromagnetic interference, EMI),并確保整流輸入級(jí)120與逆變輸出級(jí)140之間的電性信號(hào)傳遞品質(zhì)，于此較佳實(shí)施例中，濾波電抗級(jí)160形成可調(diào)整的差模電感與共模電感，差模電感可用來(lái)阻隔直流電流漣波噪聲，共模電感則可用來(lái)降低電磁干擾。
請(qǐng)一并參閱圖2，其為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100的電路示意圖。如圖2所示，整流輸入級(jí)120與逆變輸出級(jí)140之間通過(guò)第一直流臂Dl與第二直流臂D2電性連接。
于差模狀態(tài)下，差模電流Id沿第一直流臂Dl由整流輸入級(jí)120流向逆變輸出級(jí)140，并沿第二直流臂D2由逆變輸出級(jí)140流向整流輸入級(jí)120。第一直流臂Dl與第二直流臂D2上的差模電流流向相反。
于共模狀態(tài)下，一部份的共模電流Icl沿第一直流臂Dl由整流輸入級(jí)120流向逆變輸出級(jí)140，而另一部份的共模電流Ic2沿第二直流臂D2由整流輸入級(jí)120流向逆變輸出級(jí)140。第一直流臂Dl與第二直流臂D2上的共模電流流向相同。
請(qǐng)一并參閱圖3，其為根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中濾波電抗級(jí)160的示意圖。濾波電抗級(jí)160包括磁芯模塊162、第一繞線(xiàn)組W1、第二繞線(xiàn)組W2以及第三繞線(xiàn)組W3。其中，磁芯模塊162包括中柱168、第一邊柱164以及第二邊柱166。
如圖3所示，磁芯模塊162的中柱168、第一邊柱164以及第二邊柱166大致平行，且第一邊柱166以及第二邊柱168位于中柱166的兩側(cè)。
于此較佳實(shí)施例中，磁芯模塊162可包括兩個(gè)磁芯組件162a與162b,其中磁芯組件162a與162b分別為E型磁芯與I型磁芯。也就是說(shuō)，于本較佳實(shí)施例中，磁芯模塊162采用由E型與I型的磁芯組件162a與162b組合而成的EI組合型磁芯。其中，E型磁芯組件162a的三臂與I型的磁芯組件162b之間可間隔相同間隙(gap)，在間隙設(shè)置與磁性調(diào)校上較容易。
需特別說(shuō)明的是，本發(fā)明的磁芯模塊162并不以EI組合型磁芯為限，于其他較佳實(shí)施例中，磁芯模塊162也可為EE組合型磁芯或其他具等效性的各種磁芯。
第一繞線(xiàn)組Wl纏繞于第一邊柱164上，且第一繞線(xiàn)組Wl的兩端耦接于整流輸入級(jí)120與逆變輸出級(jí)140之間的第一直流臂Dl上。第二繞線(xiàn)組W2纏繞于第二邊柱166上，且第二繞線(xiàn)組W2的兩端也耦接于第一直流臂Dl上，進(jìn)一步而言，該第二繞線(xiàn)組W2的兩端分別耦接于該第一繞線(xiàn)組Wl與該逆變輸出級(jí)140，也就是說(shuō)，第一繞線(xiàn)組Wl與第二繞線(xiàn)組W2串接于整流輸入級(jí)120與逆變輸出級(jí)140間的第一直流臂D1。第三繞線(xiàn)組W3纏繞于中柱168上，且第三繞線(xiàn)組W3的兩端串接于整流輸入級(jí)120與該逆變輸出級(jí)140之間的第二直流臂D2上。
三繞線(xiàn)組的自感與互感可用矩陣表示:
權(quán)利要求
1.一種變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其與一三相電網(wǎng)耦接，該變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括: 一整流輸入級(jí)，與該三相電網(wǎng)耦接； 一逆變輸出級(jí)；以及 一濾波電抗級(jí)，耦接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)之間，該濾波電抗級(jí)包括: 一磁芯模塊，其包括一中柱、一第一邊柱以及一第二邊柱； 一第一繞線(xiàn)組以及一第二繞線(xiàn)組，該第一繞線(xiàn)組纏繞于該第一邊柱上，該第二繞線(xiàn)組纏繞于該第二邊柱上，且該第一繞線(xiàn)組與該第二繞線(xiàn)組串接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)間的一第一直流臂；以及 一第三繞線(xiàn)組，纏繞于該中柱，且該第三繞線(xiàn)組的兩端串接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)間的一第二直流臂上。
2.如權(quán)利要求1所述的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該整流輸入級(jí)用以將傳自該三相電網(wǎng)的具有固定工作頻率的一交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為一直流電壓，該逆變輸出級(jí)用以將該直流電壓轉(zhuǎn)換為具有可變頻率的一交流輸出電壓，該交流輸出電壓用以驅(qū)動(dòng)一外部負(fù)載。
3.如權(quán)利要求1所述的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),其中該磁芯模塊中該中柱、該第一邊柱以及該第二邊柱大致平行，且該第一邊柱以及該第二邊柱位于該中柱的兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中于一差模狀態(tài)下該第一繞線(xiàn)組與該第二繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量同向，且與該第三繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量反向抵消。
5.如權(quán)利要求4所述的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中于該差模狀態(tài)下該第一直流臂與該第二直流臂上的差模電流方向相反。
6.如權(quán)利要求1所述的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中于一共模狀態(tài)下該第一繞線(xiàn)組、該第二繞線(xiàn)組以及該第三繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量同向。
7.如權(quán)利要求6所述的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中于該共模狀態(tài)下該第一直流臂與該第二直流臂上的共模電流方向相同且由該整流輸入級(jí)流向該逆變輸出級(jí)。
8.如權(quán)利要求1所述的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該磁芯模塊為EI組合型磁芯、EE組合型磁芯中的任一者。
9.一種濾波電抗級(jí)，耦接一整流輸入級(jí)與一逆變輸出級(jí)之間，該濾波電抗級(jí)包括: 一磁芯模塊，其包括一中柱、一第一邊柱以及一第二邊柱； 一第一繞線(xiàn)組以及一第二 繞線(xiàn)組，該第一繞線(xiàn)組纏繞于該第一邊柱，該第二繞線(xiàn)組纏繞于該第二邊柱，且該第一繞線(xiàn)組與該第二繞線(xiàn)組串接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)間的一第一直流臂上；以及 一第三繞線(xiàn)組，纏繞于該中柱，且該第三繞線(xiàn)組串接于該整流輸入級(jí)與該逆變輸出級(jí)間的一第二直流臂上。
10.如權(quán)利要求9所述的濾波電抗級(jí)，其中該磁芯模塊中該中柱、該第一邊柱以及該第二邊柱大致平行，且該第一邊柱以及該第二邊柱位于該中柱的兩側(cè)。
11.如權(quán)利要求9所述的濾波電抗級(jí)，其中于一差模狀態(tài)下該第一繞線(xiàn)組與該第二繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量同向，且與該第三繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量反向抵消。
12.如權(quán)利要求11所述的濾波電抗級(jí)，其中于該差模狀態(tài)下該第一直流臂與該第二直流臂上的差模電流方向相反。
13.如權(quán)利要求9所述的濾波電抗級(jí)，其中于一共模狀態(tài)下該第一繞線(xiàn)組、該第二繞線(xiàn)組以及該第三繞線(xiàn)組所產(chǎn)生的磁通量同向。
14.如權(quán)利要求13所述的濾波電抗級(jí)，其中于該共模狀態(tài)下該第一直流臂與該第二直流臂上的共模電流方向相同 ，且由該整流輸入級(jí)流向該逆變輸出級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種濾波電抗級(jí)及應(yīng)用濾波電抗級(jí)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括整流輸入級(jí)、逆變輸出級(jí)以及濾波電抗級(jí)。濾波電抗級(jí)耦接于整流輸入級(jí)與逆變輸出級(jí)之間，濾波電抗級(jí)包括磁芯模塊、第一繞線(xiàn)組、第二繞線(xiàn)組以及第三繞線(xiàn)組。磁芯模塊包括中柱、第一邊柱以及第二邊柱。第一繞線(xiàn)組纏繞于第一邊柱上，第二繞線(xiàn)組纏繞于第二邊柱上，且第一繞線(xiàn)組與第二繞線(xiàn)組串接于整流輸入級(jí)與逆變輸出級(jí)間的第一直流臂。第三繞線(xiàn)組纏繞于中柱，且第三繞線(xiàn)組的兩端串接于整流輸入級(jí)與逆變輸出級(jí)間的第二直流臂上。本發(fā)明的濾波電抗級(jí)的三繞線(xiàn)組可提供足夠的共模電感以抑制共模電流，并形成可調(diào)整的差模電感，以降低濾波電抗的能量損耗。
文檔編號(hào)H02M1/44GK103208913SQ20121000866
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者蕭偉成 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司