[发明专利]用于低谐波三相前端的集成磁性装置

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种用于能够是单向或者双向的低谐波三相前端的集成磁性装置、和一种包括这种装置的双向低谐波三相前端功率转换器。

背景技术

电力电子设备的广泛使用已经增加了对于最小化电力线谐波污染的需要。电流谐波的主要来源是非线性电力负荷。一种重要的非线性电力负荷是广泛地为大多数的三相设备用作前端方案的六脉冲整流器。

如果没有高效地将电流谐波最小化，则某些问题能够发生。第一，谐波能够破坏公共供电电压的质量并且低质量的供应电压引起由公共电力网供应的很多不同种类的电气设备的故障和/或失效。而且谐波能够在电力网的构件诸如变压器、电力线等中引起过度损耗。此外，谐波具有可听频率：如果受谐波污染的电力线处于可听设备设施附近，则能够诱发可听失真。

已经在现有技术中使用了不同的方案来应对谐波问题。多脉冲整流器即12脉冲被广泛地用作带有改进的电流波形的简单接口。它们减小了谐波电流并且是非常可靠的，但是具有某些缺点：第一，它们要求庞大的和昂贵的线频率输入电力变压器以形成电隔离；而且它们对于电压不平衡是敏感的。

带有抑制谐波的谐波滤波器地使用6脉冲整流器也是已知的。谐波滤波器能够是无源的或者有源的。无源滤波器具有低的功率损耗但是费用大并且具有大的尺寸和大的重量。有源滤波器被视为不大可靠，具有更高的功率损耗和开关失真，并且是非常昂贵的。

另一个已知方案是包括受控有源开关、二极管和高频线路电抗器的有源前端。即便它的尺寸和重量能够是吸引人的并且它的成本能够低于其它方案，它也呈现某些缺点，特别地感觉到它不大可靠并且难以匹配无源系统的功率损耗和开关失真。

现有技术的并且在图1A的实例上示出的另一个已知方案包括随后为三个互连磁性装置300的电感器400。电感器400前面是三相电力线或者电力网100并且装置300被连接到负荷200。通常在12或者更多脉冲整流器和能够是马达驱动的一般DC负荷之间的部分例如转换器DC/AC或者DC/DC或者一般电阻器将在以下被称为DC链路。DC链路能够包括电容器或者电感器。图1A所示的负荷200由12脉冲整流器、DC链路（在此情形中电容器C_DC）和未被示意的一般负荷构成。

图1A的负荷200是非线性的并且然后在电力线中存在谐波。为了应对谐波的问题，使用了电感器400和三个磁性装置300：电感器400的主要功能是相对于三相电力线100的电压相量延迟电流；三个磁性装置300的主要功能是分裂电流。

在图1A中，装置300包括被相互电磁连接的九个绕组，三个绕组用于每一个磁性装置。绕组的不同数目和组合是可能的。

分别在图1B和1C中示意了三相电感器400的顶视图和侧视图：它包括两个磁轭405、三个缠绕分支403和气隙402，它因此能够存储能量。

在图1D和1E中示意了现有技术的三个磁性装置300的顶视图和侧视图。每一个装置300A、300B和300C并不包含气隙并且包括三个竖直分支：中央分支是包含绕组302的缠绕分支。

如在图1B到1E中所示，JP2000358372A和JP2007028846A描述了一种允许消除变压器的系统和一种用于通过使用四个磁性装置而减小尺寸和重量的方法。

如在图1A中所示意地在现有技术的转换器中使用的磁性装置的总数然后是至少四个，即三相电感器400加上三个磁性装置300。

如在图2中所示，电感器400包括能够连接到三相电力网或者电力线100的三个电流输入，并且在电感器400后面的装置300包括六个电流输出，即两个电流输出用于每一个电流输入。在一个实施例中，对于每一个电流输入存在多于两个电流输出，从而电流输出的数目能够是九、十二等。电流输出被电连接到三个电流输入并且能够连接到负荷200。在此情形中，在电流输入和输出之间不存在如在变压器的情形中的电隔离。

三相电力网100供应带有120°相移的三个近似正弦电压。然后如在图3A中所示意地，在三个电流输入中流动的三个输入电流I_L1、I_L2、I_L3之间的相移等于120°。线电压的振幅和频率除了别的以外将根据当地规定而改变，但是在大多数应用中，频率将等于50Hz或者60Hz，并且电压通常包括在100V和1kV之间，例如在相之间400V rms。50Hz或者60Hz的频率或者电力网100的频率将在以下被称作系统的基本频率。