[发明专利]用于交变电流的电抗器设备

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于交变电流的电抗器设备，且涉及用于为交变 电流提供电感电抗的方法。此外，本发明涉及具有电抗器设备的电转 换器装置。

背景技术

与例如频率转换器的许多电转换器装置相结合，在被布置为产生 例如多相交变电压的逆变器桥和连接到逆变器桥的电系统之间，和/ 或在整流器桥和交变电压网络之间需要电感电部件。电感电部件可以 被需要例如用于降低逆变器的输出电压的转换速率、过流保护、降低 射频发射、和/或抑制电压和/或电流的谐波。电感电部件的物理尺寸 可通过为电感电部件提供磁心元件而降低，该磁心元件由磁性放大材 料制成，即具有相对磁导率大于1(μ_r＞1)的材料制成。磁性放大材 料可以是铁磁材料或顺磁材料。磁心元件优选地由提供了低磁滞损耗 的软磁材料制成，例如电钢片、软磁粉末、铁氧体等。在许多应用中， 磁性放大材料的磁性饱和导致与电感电部件相关的问题，例如可能在 电感电部件的操作中有害的非线性现象。例如，动态电感(磁通量变 化/电流变化)可能响应电感电部件的磁心元件变得磁性饱和的情况而 显著减小。因为以上所述的事实，电感电部件的磁心元件传统地关于 电流的预先确定的值以使得磁心元件在操作期间不会过于深度饱和的 方式定尺寸。磁心元件必须不能过于深度饱和的要求为电感电部件的 尺寸和重量设定了下限。

在根据现有技术的解决方案中(例如，JP 2006 319176 A)，用 于限制直流电流、即dc电流波动的电感电部件被提供具有永磁体。在 此文献中，dc电流意味着其值可随时间波动但其流动方向不变的电流。 永磁体被布置为在电感电部件的铁磁心内生成偏置磁通分量，该偏置 磁通分量具有与由电感电部件的绕组内流动的dc电流所生成的磁通 分量相反的方向。借助于偏置磁通分量，与其中不使用偏置磁通分量 的情况相比，可使用而不导致过于深度的铁磁心的饱和的dc电流的最 大值例如可加倍。以上所述类型的电感电部件也在公开文本US 3968465中披露。然而，根据现有技术的以上所述的解决方案仅适合 于用于限制dc电流波动的电感电部件。然而，与例如频率转换器的电 转换器装置相结合，许多电感电部件被用作交变电流的电抗器。

公开文本US2636158披露了用于钳制电流的电装置。电装置包括 由磁性放大材料制成的磁心元件和被布置为将磁心元件驱动到大体上 在磁性放大材料的饱和曲线的拐点以上的深度饱和的永磁体。只要电 流的幅值(正向或负向)低于预先确定的极限值，则磁心元件处于深 度饱和且因此电装置的阻抗非常低。当电流幅值超过所述极限值时， 磁性饱和突然减轻，且其结果是阻抗突然增加且电流幅值被限制。然 而，以上所述操作是强烈地非线性，且因此在交变电流的波形中产生 了大量谐波，而电感电抗的操作大体上是线性的且能限制交变电流而 不产生显著的谐波。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了适合用于交变电流的新的电抗器 设备。所述电抗器设备包括：

-用于接收交变电流的交变电压端子，

-第一直流电压端子，

-第二直流电压端子，

-由磁性放大材料制成的磁心元件，

-位于从交变电压端子到第一直流电压端子的第一电流路径上的 第一单向电部件和第一线圈，

-位于从第二直流电压端子到交变电压端子的第二电流路径上的 第二单向电部件和第二线圈，和

-被布置为在磁心元件内生成偏置磁通分量的至少一个永磁体，

其中，第一单向电部件和第二单向电部件被布置为响应于交变电 流为正的情况将交变电流引导到第一线圈，且响应于交变电流为负的 情况将交变电流引导到第二线圈，第一线圈被布置为响应于交变电流 被引导到第一线圈的情况在与偏置磁通分量相反的方向上将磁心元件 磁化，且第二线圈被布置为响应于交变电流被引导到第二线圈的情况 在与偏置磁通分量相反的方向上将磁心元件磁化，且使用该至少一个 永磁体生成的偏置磁通分量能减轻磁心元件的磁性饱和。

电抗器设备的磁心元件在交变电流的负和正时间部分二者期间在 相同的方向上被磁化。因此，永磁体可被用于生成这样的偏置磁通分 量，其方向与由交变电流的负和正时间部分二者所产生的磁通分量的 方向相反。使用永磁体生成的偏置磁通分量能够减轻磁心元件的磁性 饱和。因此，磁心元件的尺寸可小于常规电抗器设备的尺寸。