[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的问题。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，它也存在某些缺点，特别地感觉到它不大可靠，并且它引入了不希望的开关失真。

通常在整流器中添加更多的脉冲允许抑制更高阶谐波。12脉冲整流器允许抑制简单的6脉冲桥不能消除的第5阶和第7阶谐波，但是针对能够利用18脉冲整流器抑制的第11阶和第13阶谐波是无效的。然而增加脉冲的数目增加了装置的复杂度和成本。

概略地在图1A中表示的已知电路包括电感器400，电感器400随后为与由三个装置构成的第二分裂器或者后分裂器320级联的第一分裂器或者预分裂器310。电感器400前面是三相电力线或者电力网100，并且装置310、320被连接到供应能够是马达驱动的一般DC负荷例如转换器DC/AC或者DC/DC的18脉冲整流器，或者一般电阻器在以下将被称为DC负荷。包括18脉冲整流器和未示意的DC负荷的、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，使用了在图1B上可视的电感器400和四个磁性装置310、320：电感器400的主要功能是抑制更高阶谐波（例如第17阶和以上）；四个磁性装置310、320A-C（在图1C和1D中可视）的主要功能是分裂电流。

在图1A中，装置320包括每一个带有被相互电连接的三个绕组的三个分裂器。绕组的不同数目和组合是可能的。

在图1B和1C中的侧视图中示意了三相电感器400和预分裂器310：电感器400包括两个磁轭405、三个缠绕分支403和气隙402、404，它因此能够存储能量；预分裂器310包括不带气隙的磁芯和三个缠绕分支。

在图1D中示意了现有技术的三个磁性装置320的侧视图。每一个装置320A、320B和320C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。

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主要涉及12脉冲整流器的四个磁性装置而减小尺寸和重量的方法。

US专利6335872、6249443、6198，647、4876634、5619407、5124904和4779181描述了已知的多相低谐波系统的实例。

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五个，即三相电感器400加上四个磁性装置310、320。

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310包括六个电流输出，即两个电流输出用于每一个电流输入。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。如果负荷200是电阻性的，则能够依据基本频率相量准确地分析该电路。