一種利用變壓器漏感作為lcl濾波的pwm整流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于新能源汽車領(lǐng)域，具體涉及一種利用變壓器漏感作為LCL濾波的 PWM整流器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動汽車電池更換模式又稱地面充電系統(tǒng)，即電池組快速更換系統(tǒng)，也稱機械充 電。通過直接更換電動汽車的電池組來達(dá)到為其充電的目的。由于電池組重量較大，更換電 池的專業(yè)化要求較強，需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機械來快速完成電池的更換、充電和維護。 利用電池更換充電模式，電動汽車用戶可租用充滿電的蓄電池，更換已經(jīng)耗盡的蓄電池，有 利于提高車輛使用效率，也提高了用戶使用的方便性和快捷性；對更換下來的蓄電池可以 利用低谷時段進行充電，降低了充電成本，提高了車輛運行經(jīng)濟性。
[0003] 電動汽車電池充電系統(tǒng)中需要先將交流電整流整成直流，因而要采用PWM整流 器。然而并網(wǎng)逆變器一般采用高頻PWM調(diào)制，導(dǎo)致大量的高次諧波電流進入電網(wǎng)，這樣會對 電網(wǎng)中其他EMI (Electron-Magnetic Interference)敏感設(shè)備產(chǎn)生干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出來利用變壓器漏感作為LCL濾波的PWM整流器，本 實用新型相比傳統(tǒng)的L型濾波器，在相同電感值的情況下，LCL濾波整流器對高頻諧波抑制 效果更為理想，并逐漸應(yīng)用于大功率、低開關(guān)頻率的并網(wǎng)變換器設(shè)備。
[0005] 本實用新型的技術(shù)方案為，一種利用變壓器漏感作為LCL濾波的PWM整流器，包括 變壓器和LCL濾波整流器，LCL濾波整流器包括LCL濾波器和PWM整流器，變壓器從10kV電 網(wǎng)接入，變壓后為AC400V，采用LCL濾波器濾除高次諧波，然后再經(jīng)PWM整流器后，供給直流 充電機，以供電池充電，LCL濾波整流器包括儲能電感L2和濾波電容C，LCL濾波整流器利 用變壓器的漏感作為濾波電感L1，儲能電感L2和濾波電容C對電流含有的高頻開關(guān)紋波進 行阻抗分流，濾波電容C為高頻成分提供低阻通路，這樣有效減少了輸出電流的高頻含量； LCL濾波整流器三相電壓型矢量為：
[0006] 以U，E，I分別為LCL濾波整流器交流側(cè)相電壓基波、相電網(wǎng)電壓基波、相電流基波 的有效值。隊是電感兩端電壓，Φ為系統(tǒng)功率因素，要實現(xiàn)LCL濾波整流器的四象限運行， 需滿足下列關(guān)系：
[0008] 式中，LT=L+Lf為濾波器的等效電感；Emp是電網(wǎng)相電壓峰值；Imp是電網(wǎng)相電流峰 值；Ump是整流器輸入相電壓基波峰值；
[0009] 最后可以得到濾波器的諧振頻率：
[0012] LCL參數(shù)LI、L2和C的選擇方法，LCL濾波整流器模型中，紋波的大小取決于電路 中諧波電流，電感L1/L2越大，紋波電流越小，而較大的L1/L2,又會使L1+L2增大，1/C減小 會導(dǎo)致L1中的電流紋波增加，當(dāng)LI / L2大于5且小于10,同時<1/C〈5時，可以使紋波和 濾波電感的體積達(dá)到折中值，其中C滿足：
式中：
為基波頻率，
為輸出功率。
[0014] 本實用新型的有益效果
[0015] 1)本實用新型將前端變壓器本身的漏感作為后端濾波電感，替代LCL中L1，節(jié)省 了成本，降低了后續(xù)整流部分的功耗；
[0016] 2)本實用新型的儲能電感L2和濾波電容C對電流含有的高頻開關(guān)紋波進行阻抗 分流，濾波電容C為高頻成分提供低阻通路，這樣有效減少了輸出電流的高頻含量；
[0017] 3)本實用新型以變壓器漏感可被利用來替代濾波電感L1滿足濾波效果，這樣既 能節(jié)省LCL電路的硬件成本，還可以減少整流部分的體積，另外，LCL濾波整流器所需的總 電感值比L濾波器小，因此更適于在大功率、開關(guān)頻率較低的電流控制型并網(wǎng)設(shè)備上應(yīng)用。
【附圖說明】
[0018] 圖1本實用新型LCL濾波整流器原理圖；
[0019] 圖2本實用新型LCL濾波整流器三相電壓型矢量圖；
[0020] 圖3本實用新型LCL濾波整流器的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0021] 參見圖1、圖2和圖3所示，本實用新型體積的大小主要由濾波電感的磁芯決定。 在選擇電感參數(shù)及磁芯時要多方面衡量。利用諧振頻率作為中間參數(shù)，計算電流諧波的衰 減比例為變量的二次方程，通過對方程的求解，可以很方便地求出濾波器的其它參數(shù)。
[0022] LCL濾波整流器結(jié)構(gòu)原理如圖1，圖2表示了三相電壓型整流器的相電壓矢量關(guān) 系。其中U，E，I分別為LCL濾波整流器交流側(cè)相電壓基波、相電網(wǎng)電壓基波、相電流基波的 有效值。隊是電感兩端電壓。設(shè)系統(tǒng)功率因素為Φ，要實現(xiàn)LCL濾波整流器的四象限運行， 需滿足下列關(guān)系：
[0024] 式中，LT=L+Lf為濾波器的等效電感；Emp是電網(wǎng)相電壓峰值；Imp是電網(wǎng)相電流峰 值；Ump是整流器輸入相電壓基波峰值；
[0025] 最后可以得到濾波器的諧振頻率：
[0028] 是首先需要設(shè)定衰減比例系數(shù)、濾波電容以及總電感值判斷方程是否有正解，如 果沒有正解則需要改變以上3個參數(shù)值，直到方程有正解。
[0029] 設(shè)計LCL濾波電路用于PWM整流關(guān)鍵在于選擇合理的LCL參數(shù)，以使結(jié)構(gòu)和功能 最優(yōu)化。設(shè)計了如圖3所示的LCL濾波整流器模型。在開關(guān)變換器中，紋波的大小取決于 電路中諧波電流。電感L1/L2越大，紋波電流越小，而較大的L1/L2,又會使L1+L2增大，1/ C減小會導(dǎo)致L1中的電流紋波增加。
式中：
為基波頻率，
為輸出功率
[0031] 在選擇參數(shù)時，要根據(jù)實際需要進行取舍。當(dāng)5〈L1 / L2〈I0且2〈1/C〈5時，可以 使紋波和濾波電感的體積達(dá)到折中值。因此在進行濾波器參數(shù)設(shè)計時使相關(guān)參數(shù)滿足此條 件。在一定的交流輸出電壓條件下，L越大，則輸出電流的紋波越小，但L中電流變化率也 會變小，導(dǎo)致電流的跟蹤能力減弱，同時使成本增加。選擇L首先要考慮基波在電感上的 壓降，一般為輸出額定電壓的3%~5% ;其次，要使諧波電流的有效值約為整流電流容量 10%~20%.否則整流器可能由于諧波電流過大而進入保護狀態(tài)：最后，考慮待濾除的干 擾諧波頻率的衰減倍數(shù)指標(biāo).可由濾波器的傳遞函數(shù)求得。根據(jù)下式計算L的大小：
，式中
為直流側(cè)電壓；
為開關(guān)管頻率；
為紋波電流。
[0033] 所述系統(tǒng)中，采用變壓器的漏感，可以先根據(jù)變壓器的漏感值，作為濾波電感L1， 然后按照理論公式計算相匹配的儲能電感和濾波電容值，最終構(gòu)成合適的LCL濾波整流 器。本實用新型優(yōu)點為：
[0034] 1)由變壓器單獨供電的PWM整流單元，利用變壓器本身的漏感替代濾波電感。
[0035] 2)利用了變壓器的漏感可以減少PWM整流器本身的能耗。
[0036] 3)利用了變壓器的漏感可以減少PWM整流器本身的體積和重量。
[0037] 4)可以降低PWM整流的散熱量，便于冷卻，減少冷卻的能耗。
【主權(quán)項】
1. 一種利用變壓器漏感作為LCL濾波的PffM整流器，其特征在于：包括變壓器和LCL濾波整流器，LCL濾波整流器包括LCL濾波器和PffM整流器，變壓器從IOkV電網(wǎng)接入，LCL 濾波器連接PWM整流器，LCL濾波整流器包括儲能電感L2和濾波電容C，儲能電感L2和濾 波電容C連接在一起。
【專利摘要】本實用新型涉及了一種利用變壓器漏感作為LCL濾波的PWM整流器，包括變壓器和LCL濾波整流器，LCL濾波整流器包括LCL濾波器和PWM整流器，變壓器從10kV電網(wǎng)接入，變壓后為AC400V，采用LCL濾波器濾除高次諧波，然后再經(jīng)PWM整流器后，供給直流充電機，以供電池充電，LCL濾波整流器包括儲能電感L2和濾波電容C，LCL濾波整流器利用變壓器的漏感作為濾波電感L1，常規(guī)PWM整流器，采用LCL組成濾波及儲能電路。其中L1為濾波電感，L2為儲能電感，濾波電容C為濾波電容，PWM為整流器，在變壓器與整流裝置之間采用LCL濾波電路以消除電流波動和干擾，保證整流器之前的電流穩(wěn)定。因此變壓器漏感可被利用來替代濾波電感L1滿足濾波效果，這樣既能節(jié)省LCL電路的硬件成本，還可以減少整流部分的體積與能耗。LCL濾波整流器所需的總電感值比L濾波器小，因此更適于在大功率、開關(guān)頻率較低的電流控制型并網(wǎng)設(shè)備上應(yīng)用。
【IPC分類】H02M1/12, H02J7/02
【公開號】CN204947891
【申請?zhí)枴緾N201520773952
【發(fā)明人】張文武, 竇明武
【申請人】青島派克能源有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月8日