專利名稱：濾波電抗級及應用該濾波電抗級的變頻驅動系統的制作方法
濾波電抗級及應用該濾波電抗級的變頻驅動系統技術領域
本發明關于一種濾波電抗級，且特別關于一種應用于變頻驅動系統中的濾波電抗級。
背景技術：
在電動機械或感應馬達的控制當中，馬達的速度調節是一個重要的課題，現有的電動機械中采用的傳統直流調速技術，因硬件體積大且故障率高而使其應用受限。
變頻器(Variable-frequency Drive, VFD),應用變頻技術與電子主動元件技術，通過改變傳自輸入端的工作電源的頻率和振幅的方式，以控制交流電動機的輸出。
變頻器的作用是改變供予感應馬達的交流電源的頻率和振幅，進一步改變其運動磁場的周期，達到平滑控制感應馬達轉速的目的。變頻器的出現，使得復雜的調速控制簡單化，用變頻器配合交流式感應電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，使得電路系統得以縮小體積并降低維修率。
現有的一種變頻器通常包括整流器以及逆變器，在其間的信號傳遞時可能存在電流漣波噪聲，常見的作法是在單邊的直流臂上設置一電感，以濾除電流漣波噪聲。然而，變頻器運作時在兩直流臂上將產生共模電流由整流器流向逆變器，共模電流將對于實際操作時將產生不必要的電磁干擾(Electromagnetic interference, EMI)。傳統的共模電流解決方法，是在兩直流臂上皆分別設置電感器來降低共模電流，進而抑制電磁干擾。然而，傳統做法中的電感器對共模電流的抑制效果有限。發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種濾波電抗級及應用該濾波電抗級的變頻驅動系統，其中，該濾波電抗級可產生足夠的共模電感以抑制共模電流并形成可調整的差模電感，以降低濾波電抗的能量損耗。
本發明的一較佳實施例中的濾波電抗級具有三組繞線組，其中兩組繞線組耦接于變頻驅動系統的一直流臂上且分別纏繞于磁芯模塊的兩側邊柱，另一組繞線組耦接于變頻驅動系統的另一直流臂上且纏繞于磁芯模塊的中柱上。于共模狀態下，三繞線組的磁通量相互累加；于差模狀態下，邊柱上的兩繞線組與中柱上繞線組的磁通量相互抵消。由此，三繞線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。
于一較佳實施例中，本發明提供一種變頻驅動系統，其與一三相電網耦接，該變頻驅動系統包括整流輸入級、逆變輸出級以及濾波電抗級。整流輸入級與該三相電網耦接。濾波電抗級耦接于該整流輸入級與該逆變輸出級之間，該濾波電抗級包括磁芯模塊、第一繞線組、第二繞線組以及第三繞線組。磁芯模塊包括中柱、第一邊柱以及第二邊柱。該第一繞線組纏繞于該第一邊柱上，該第二繞線組纏繞于該第二邊柱上，且該第一繞線組與該第二繞線組串接于該整流輸入級與該逆變輸出級間的第一直流臂。第三繞線組纏繞于該中柱，且該第三繞線組的兩端串接于該整流輸入級與該逆變輸出級間的一第二直流臂上。
于一較佳實施例中，該整流輸入級用以將傳自該三相電網的具有固定工作頻率的一交流輸入電壓轉換為一直流電壓，該逆變輸出級用以將該直流電壓轉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動一外部負載。
于一較佳實施例中，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。
于一較佳實施例中，于一差模狀態下該第一繞線組與該第二繞線組所產生的磁通量同向，且與該第三繞線組所產生的磁通量反向抵消。于此實施例中，差模狀態下該第一直流臂與該第二直流臂上的差模電流方向相反。
于一較佳實施例中，于一共模狀態下該第一繞線組、該第二繞線組以及該第三繞線組所產生的磁通量同向。于此實施例中，共模狀態下該第一直流臂與該第二直流臂上的共模電流方向相同，且由該整流輸入級流向該逆變輸出級。
于一較佳實施例中，該磁芯模塊為EI組合型磁芯、EE組合型磁芯中的任一者。
于一較佳實施例中，本發明還提供一種濾波電抗級，耦接一整流輸入級與一逆變輸出級之間，該濾波電抗級包括磁芯模塊、第一繞線組、第二繞線組以及第三繞線組。磁芯模塊包括一中柱、一第一邊柱以及一第二邊柱。該第一繞線組纏繞于該第一邊柱，該第二繞線組纏繞于該第二邊柱，且該第一繞線組與該第二繞線組串接于該整流輸入級與該逆變輸出級間的一第一直流臂上。第三繞線組纏繞于該中柱，且該第三繞線組串接于該整流輸入級與該逆變輸出級間的一第二直流臂上。
于一較佳實施例中，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。
于一較佳實施例中，于一差模狀態下該第一繞線組與該第二繞線組所產生的磁通量同向，且與該第三繞線組所產生的磁通量反向抵消。差模狀態下該第一直流臂與該第二直流臂上的差模電流方向相反。
于一較佳實施例中，于一共模狀態下該第一繞線組、該第二繞線組以及該第三繞線組所產生的磁通量同向。共模狀態下該第一直流臂與該第二直流臂上的共模電流方向相同，且由該整流輸入級流向該逆變輸出級。
本發明的濾波電抗級具有三繞線組，三繞線組可提供足夠的共模電感以抑制共模電流，并形成可調整的差模電感，以降低濾波電抗的能量損耗。


為讓本發明內容的上述和其他目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說明如下:
圖1所示為根據本發明的一較佳實施例中一種變頻驅動系統的功能方塊圖2所示為根據本發明的一較佳實施例中變頻驅動系統的電路示意圖3所示為根據本發明的一較佳實施例中濾波電抗級的示意圖4所示為圖3中濾波電抗級于差模狀態下的示意圖5所示為圖3中濾波電抗級于共模狀態下的示意圖。
其中，附圖標記說明如下:
100:變頻驅動系統
120:整流輸入級
140:逆變輸出級
160:濾波電抗級
200:三相電網
220:電動機負載
180:儲能模塊
Dl:第一直流臂
D2:第二直流臂
Wl:第一繞線組
W2:第二繞線組
W3:第三繞線組
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:磁通量具體實施方式
請參閱圖1，其為本發明的一較佳實施例中的一種變頻驅動(Variable-frequencyDrive, VFD)系統100的功能方塊圖。如圖1所示，變頻驅動系統100包括整流輸入級120、逆變輸出級140以及濾波電抗級160。
于此較佳實施例中，變頻驅動系統100可由三相電網200接收具有固定工作頻率的交流輸入電壓，并調整交流輸入電壓的頻率和幅值，再利用調整過的交流輸出電壓驅動外部的電動機負載220 (如感應電動機)，如此一來，便可平滑地控制電動機負載220的轉速。
承上所述，整流輸入級120電性連接三相電網200。整流輸入級120用以將傳自三相電網200具有固定工作頻率的交流輸入電壓轉換為直流輸入電壓，逆變輸出級140用以將直流輸入電壓轉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動電動機負載 220。
須特別說明的是，于此較佳實施例中，在整流輸入級120與逆變輸出級140之間耦接有濾波電抗級160，濾波電抗級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120與逆變輸出級140之間的電性信號傳遞品質，于此較佳實施例中，濾波電抗級160形成可調整的差模電感與共模電感，差模電感可用來阻隔直流電流漣波噪聲，共模電感則可用來降低電磁干擾。
請一并參閱圖2，其為根據本發明的一較佳實施例中變頻驅動系統100的電路示意圖。如圖2所示，整流輸入級120與逆變輸出級140之間通過第一直流臂Dl與第二直流臂D2電性連接。
于差模狀態下，差模電流Id沿第一直流臂Dl由整流輸入級120流向逆變輸出級140，并沿第二直流臂D2由逆變輸出級140流向整流輸入級120。第一直流臂Dl與第二直流臂D2上的差模電流流向相反。
于共模狀態下，一部份的共模電流Icl沿第一直流臂Dl由整流輸入級120流向逆變輸出級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120流向逆變輸出級140。第一直流臂Dl與第二直流臂D2上的共模電流流向相同。
請一并參閱圖3，其為根據本發明的一較佳實施例中濾波電抗級160的示意圖。濾波電抗級160包括磁芯模塊162、第一繞線組W1、第二繞線組W2以及第三繞線組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。
于此較佳實施例中，磁芯模塊162可包括兩個磁芯組件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，于本較佳實施例中，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)，在間隙設置與磁性調校上較容易。
需特別說明的是，本發明的磁芯模塊162并不以EI組合型磁芯為限，于其他較佳實施例中，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。
第一繞線組Wl纏繞于第一邊柱164上，且第一繞線組Wl的兩端耦接于整流輸入級120與逆變輸出級140之間的第一直流臂Dl上。第二繞線組W2纏繞于第二邊柱166上，且第二繞線組W2的兩端也耦接于第一直流臂Dl上，進一步而言，該第二繞線組W2的兩端分別耦接于該第一繞線組Wl與該逆變輸出級140，也就是說，第一繞線組Wl與第二繞線組W2串接于整流輸入級120與逆變輸出級140間的第一直流臂D1。第三繞線組W3纏繞于中柱168上，且第三繞線組W3的兩端串接于整流輸入級120與該逆變輸出級140之間的第二直流臂D2上。
三繞線組的自感與互感可用矩陣表示:
權利要求
1.一種變頻驅動系統，其與一三相電網耦接，該變頻驅動系統包括: 一整流輸入級，與該三相電網耦接； 一逆變輸出級；以及 一濾波電抗級，耦接于該整流輸入級與該逆變輸出級之間，該濾波電抗級包括: 一磁芯模塊，其包括一中柱、一第一邊柱以及一第二邊柱； 一第一繞線組以及一第二繞線組，該第一繞線組纏繞于該第一邊柱上，該第二繞線組纏繞于該第二邊柱上，且該第一繞線組與該第二繞線組串接于該整流輸入級與該逆變輸出級間的一第一直流臂；以及 一第三繞線組，纏繞于該中柱，且該第三繞線組的兩端串接于該整流輸入級與該逆變輸出級間的一第二直流臂上。
2.如權利要求1所述的變頻驅動系統，其中該整流輸入級用以將傳自該三相電網的具有固定工作頻率的一交流輸入電壓轉換為一直流電壓，該逆變輸出級用以將該直流電壓轉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動一外部負載。
3.如權利要求1所述的變頻驅動系統,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。
4.如權利要求1所述的變頻驅動系統，其中于一差模狀態下該第一繞線組與該第二繞線組所產生的磁通量同向，且與該第三繞線組所產生的磁通量反向抵消。
5.如權利要求4所述的變頻驅動系統，其中于該差模狀態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.如權利要求1所述的變頻驅動系統，其中于一共模狀態下該第一繞線組、該第二繞線組以及該第三繞線組所產生的磁通量同向。
7.如權利要求6所述的變頻驅動系統，其中于該共模狀態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流向該逆變輸出級。
8.如權利要求1所述的變頻驅動系統，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，耦接一整流輸入級與一逆變輸出級之間，該濾波電抗級包括: 一磁芯模塊，其包括一中柱、一第一邊柱以及一第二邊柱； 一第一繞線組以及一第二 繞線組，該第一繞線組纏繞于該第一邊柱，該第二繞線組纏繞于該第二邊柱，且該第一繞線組與該第二繞線組串接于該整流輸入級與該逆變輸出級間的一第一直流臂上；以及 一第三繞線組，纏繞于該中柱，且該第三繞線組串接于該整流輸入級與該逆變輸出級間的一第二直流臂上。
10.如權利要求9所述的濾波電抗級，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。
11.如權利要求9所述的濾波電抗級，其中于一差模狀態下該第一繞線組與該第二繞線組所產生的磁通量同向，且與該第三繞線組所產生的磁通量反向抵消。
12.如權利要求11所述的濾波電抗級，其中于該差模狀態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.如權利要求9所述的濾波電抗級，其中于一共模狀態下該第一繞線組、該第二繞線組以及該第三繞線組所產生的磁通量同向。
14.如權利要求13所述的濾波電抗級，其中于該共模狀態下該第一直流臂與該第二直流臂上的共模電流方向相同 ，且由該整流輸入級流向該逆變輸出級。
全文摘要
本發明公開了一種濾波電抗級及應用濾波電抗級的變頻驅動系統，該系統包括整流輸入級、逆變輸出級以及濾波電抗級。濾波電抗級耦接于整流輸入級與逆變輸出級之間，濾波電抗級包括磁芯模塊、第一繞線組、第二繞線組以及第三繞線組。磁芯模塊包括中柱、第一邊柱以及第二邊柱。第一繞線組纏繞于第一邊柱上，第二繞線組纏繞于第二邊柱上，且第一繞線組與第二繞線組串接于整流輸入級與逆變輸出級間的第一直流臂。第三繞線組纏繞于中柱，且第三繞線組的兩端串接于整流輸入級與逆變輸出級間的第二直流臂上。本發明的濾波電抗級的三繞線組可提供足夠的共模電感以抑制共模電流，并形成可調整的差模電感，以降低濾波電抗的能量損耗。
文檔編號H02M1/44GK103208913SQ20121000866
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者蕭偉成 申請人:臺達電子工業股份有限公司