本實用新型涉及電磁兼容(ElectromagneticCompatibility，EMC)領域，尤其涉及三相四線交流大功率電源變換器中的三相四線EMC濾波器、及三相四線共模-差模電感器、差模-共模電感器。
背景技術：
：現今，在網絡通訊、自動控制、電力驅動、交通運輸、太陽能和風力發電等廣泛領域中所使用的各種電子設備和裝置中的大功率電源變換器(開關電源、不間斷電源、變頻電源等)，都必需在其三相四線交流電源的輸入端(或輸出端)裝置EMC濾波器，以抑制傳導電磁干擾，使其本身產生的電磁干擾不至于對電網造成污染，亦使來自電網的電磁干擾不至于影響其正常的工作。EMC濾波器的設計，必須將在一定的頻帶范圍內傳導電磁干擾的電平抑制在各類相應的EMC標準所規定的限定值以下，才能使產品通過EMC認證。技術實現要素：本實用新型的目的在于，提供一種三相四線EMC濾波器，以改善現今EMC濾波器的性能，并減少其體積、重量、成本和損耗。為了實現上述目的，本實用新型一實施方式提供一種如圖1所示的三相四線EMC濾波器，濾波網絡中包括三相四線共模-差模電感器(Three-phaseFour-lineCommonmodewithDifferentialmodeChoke，TFCDC)和三相四線差模-共模電感器(Three-phaseFour-lineDifferentialmodewithCommonmodeChoke，TFDCC)；如圖2A、2B和圖3A、3B所示，所述TFCDC和TFDCC均包括圓環形或UI形θ型磁心與繞在磁心上的三個相線繞組和一個中線繞組；所述TFCDC和TFDCC四個繞組的圈數相同，中線繞組的極性相反；所述圓環形θ型磁心是由在內圓開了兩個槽的圓形磁環和插在槽中的磁橋組成；所述UI形θ型磁心是由開有兩個槽的U形磁心、I形磁心及插在槽中的磁橋組成。優選地，所述磁橋位于三個相線繞組和中線繞組之間。優選地,所述圓環形或UI形θ型磁心的材質是相對磁導率μi＝5000-10000的錳鋅鐵氧體。優選地,所述圓環形θ型磁心的表面噴涂有環氧樹脂絕緣層。本實用新型實施例的有益效果：釆用了本實用新型提供的θ型磁心TFCDC和TFDCC作為濾波電感器的三相四線EMC濾波器，因一只TFCDC(或TFDCC)不僅集三相和中線電感器為一體，而且相當于現有濾波器中分立的共模電感LCM和差模電感LDM兩只電感器，故帶來了如下的有益效果：1.減少了EMC濾波器的體積、重量、和線路板的面積；2.節省了原材料，降低了成本；3.減少了電感器的損耗，提高了濾波器的效率；4.增強了EMC濾波器的性能，能有效地抑制共模和差模傳導電磁干擾，即減少了電網傳導電磁干擾對電源變換器工作的影響，又減少了電源變換器產生的電磁干擾對電網的汚染。為了進一步了解本實用新型的特征以及技術內容，請參閱以下有關本實用新型的詳細說明與附圖，然而附圖僅為提供參考與說明用，并非用來對本實用新型加以限制。附圖說明圖1為本實用新型一實施方式中釆用TFCDC和TFDCC組成的兩級三相四線EMC濾波器的電路圖。圖2A為本實用新型一實施方式中圓環形θ型磁心TFCDC的結構示意圖。圖2B為本實用新型另一實施方式中圓環形θ型磁心TFDCC的結構示意圖。圖3A為本實用新型一實施方式中UI形θ型磁心TFCDC的結構示意圖。圖3B為本實用新型另一實施方式中UI形θ型磁心TFDCC的結構示意圖。圖4A為本實用新型一實施方式中圓環形θ型磁心TFCDC在共模干擾電流作用下的工作原理示意圖。圖4B為本實用新型一實施方式中圓環形θ型磁心TFCDC在差模干擾電流作用下的工作原理示意圖。圖5A為本實用新型另一實施方式中圓環形θ型磁心TFDCC在差模干擾電流作用下的工作原理示意圖。圖5B為本實用新型另一實施方式中圓環形θ型磁心TFDCC在共模干擾電流作用下的工作原理示意圖。圖6A為本實用新型一實施方式中圓環形磁心TFCC的結構示意圖。圖6B為本實用新型另一實施方式中圓環形磁心TFDC的結構示意圖。圖7A為本實用新型一實施方式中UI形磁心TFCC的結構示意圖。圖7B為本實用新型另一實施方式中UI形磁心TFDC的結構示意圖。圖8為本實用新型一實施方式中釆用一只TFCDC組成的單級三相四線EMC濾波器的電路圖。圖9為本實用新型一實施方式中釆用兩只TFCDC組成的兩級三相四線EMC濾波器的電路圖。圖10A、圖10B為本實用新型一實施方式采用的θ型磁心開槽磁環的外形尺寸圖。圖11A、圖11B為本實用新型一實施方式所采用的θ型磁心磁橋的外形尺寸圖。圖12A、圖12B為本實用新型一實施方式TFCDC成品的外形尺寸圖。圖13A、圖13B為本實用新型另一實施方式TFDCC成品的外形尺寸圖。圖14A、圖14B為本實用新型一實施方式三相四線EMC濾波器模塊的外形尺寸圖。具體實施方式為更進一步闡述本實用新型所采取的技術手段及其效果，以下結合本實用新型的優選實施例及其附圖進行詳細描述。圖1為本實用新型實施例所提供的一種三相四線EMC濾波器的電路圖。與普通三相四線EMC濾波器一樣，有跨接在相線與中線間的差模濾波電容器CX(及與其并聯的放電電阻R)，和跨接在相線、中線與地線間的共模濾波電容器CY；而與普通三相四線EMC濾波器不同的是，濾波網絡中釆用的電感元件為采用θ型磁心所繞制的TFCDC和TFDCC。所述θ型磁心是一種新型的復合磁心，因形似希臘字母θ而得名。圖2A與圖2B為圓形磁環201和插在磁環槽中的磁橋202所組成的圓環形θ型磁心；而圖3A和圖3B為UI形磁心301和插在U形磁心槽中的磁橋302所組成的UI形θ型磁心。θ型磁心的材質為μi＝5000-10000的錳鋅鐵氧體。圓環形θ型磁心的表面噴涂環氧樹脂絕緣層，三個相線繞組和中線繞組都繞在有絕緣層的磁心上。UI形θ型磁心的表面無絕緣層，三個相線繞組都繞在塑膠骨架上，中線繞組則穿繞在包有絕緣膠帶的磁軛上。TFCDC的三個相線繞組A-A＇、B-B＇、C-C＇和中線繞組N-N＇的圏數相同，繞組的繞向如圖2A和圖3A所示；TFDCC的三個相線繞組A＇-A＂、B＇-B＂、C＇-C＂和中線繞組N＂-N＇的圏數相同，繞組的繞向如圖2B和圖3B所示。TFCDC四個繞組的同名端為A、B、C和N，而TFDCC四個繞組的同名端為A＇、B＇、C＇和N＂，TFCDC和TFDCC中線繞組的極性相反。下面以圓環形θ型磁心TFCDC和TFDCC為例，來說明它們的工作原理和特性。圖4A為圓環形θ型磁心TFCDC在共模干擾電流作用下的原理圖。共模干擾電流流經三個相線繞組A-A＇、B-B＇、C-C＇和中線繞組N-N＇所產生的磁通(圖中帶箭頭的虛線所示)，在磁環內的方向一致，磁通與四個繞組相交鏈，繞組因磁路的電感系數AL值高，而具有很大的共模電感值LCM(繞組的電感值與AL值成正比)。圖4B為圓環形θ型磁心TFCDC在差模干擾電流作用下的原理圖。差模干擾電流流經三個相線繞組A-A＇、B-B＇、C-C＇和中線繞組N＇-N所產生的兩路磁通(圖中帶箭頭的虛線所示)，在磁環內的方向相反，它們分別與三個相線繞組和中線繞組相交鏈，兩路漏磁通的路徑為各自經過磁橋和其兩側的磁環而閉合。沒有磁橋時，兩路漏磁通的路徑將經過部分磁環和很長的空氣隙而閉合。顯然，在有磁橋的θ型磁心上，繞組因有磁橋的漏磁磁路的電感系數AL值較高，而具有較大的寄生差模電感值(ParasiticDifferentialmodeInductance)LPDM。TFCDC寄生的差模電感值可達其共模電感值的5％以上，即LPDM≥0.05LCM。圖5A為圓環形θ型磁心TFDCC在差模干擾電流作用下的原理圖。差模干擾電流流經三個相線繞組A＇-A＂、B＇-B＂、C＇-C＂和中線繞組N＂-N＇所產生的磁通(圖中帶箭頭的虛線所示)，在磁環內的方向一致，磁通與四個繞組相交鏈，繞組因磁路的電感系數AL值高，而具有很大的差模電感值LDM。圖5B為圓環形θ型磁心TFDCC在共模干擾電流作用下的原理圖。共模干擾電流流經三個相線繞組A＇-A＂、B＇-B＂、C＇-C＂和流經中線繞組N＇-N＂所產生的兩路磁通(圖中帶箭頭的虛線所示)，在磁環內的方向相反，它們分別與三個相線繞組和中線繞組相交鏈，兩路漏磁通的路徑為各自經過磁橋和其兩側的磁環而閉合。沒有磁橋時，兩路漏磁通的路徑將經過部分磁環和很長的空氣隙而閉合。顯然，在有磁橋的θ型磁心上，繞組因有磁橋的漏磁磁路的AL值較高，而具有較大的寄生共模電感LPCM，TFDCC寄生的共模電感值為其差模電感值的1％左右，即LPCM≈0.01LDM。在本實用新型一實施方式中，在傳導電磁干擾電平較低的情況下，若無需籍寄生的差模和共模電感來進一步改善濾波效果，為降低濾波電感器和三相四線EMC濾波器的成本，可釆用沒有磁橋的圓環形或UI形磁心來制造如圖6A、圖7A所示的三相四線共模電感器和如圖6B、7B所示的三相四線差模電感器。在本實用新型一實施方式中，在傳導電磁干擾中的差模干擾電平較低的情況下，為降低三相四線EMC濾波器的成本，還可釆用如圖8所示的由一只TFCDC組成的單級三相四線EMC濾波器。在本實用新型一實施方式中，在傳導電磁干擾中的共模干擾電平較髙的情況下，還可釆用如圖9所示兩級的電慼器都為TFCDC的三相四線EMC濾波器，以増強濾波效果。本實用新型實施例的有益效果：釆用了本實用新型提供的θ型磁心TFCDC和TFDCC作為濾波電感器的三相四線EMC濾波器，因一只TFCDC(或TFDCC)不僅集三相和中線電感器為一體，而且相當于現有濾波器中分立的共模電感LCM和差模電感LDM兩只電感器，故帶來了如下的有益效果：4.減少了EMC濾波器的體積、重量、和線路板的面積；5.節省了原材料，降低了成本；6.減少了電感器的損耗，提高了濾波器的效率；4.增強了EMC濾波器的性能，能有效地抑制共模和差模傳導電磁干擾，即減少了電網傳導電磁干擾對電源變換器工作的影響，又減少了電源變換器產生的電磁干擾對電網的汚染。現以釆用圓環形θ型磁心TFCDC和TFDCC作為濾波電感器的三相四線EMC濾波器為例，對本實用新型一實施方式三相四線EMC濾波器的設計方法作詳細的說明。一、根據三相四線EMC濾波器的技術要求，選擇元件電阻R、電容CX和CY的參數。二、TFCDC的設計方法：1、根據三相四線EMC濾波器工作電流I(A)和所需共模電感值LCM(H)的大小，選擇θ型磁心的尺寸。2、計算TFCDC三個相線繞組的圈數N：設所選定的θ型磁心的電感系數為AL(nH/N2)，則：LCM＝AL×10-9×N23、選取三個相線繞組圓銅線的直徑dcu：設圓銅線的并繞根數為n，當選取電流密度為jcu(A/mm2)時：dcu=1.13Injcumm]]>其中，jcu的選取必須保證TFCDC的溫升不超過國際標準IEC1046的規定。4、選取中線繞組的圈數和線徑：與三個相線繞組的圈數相同，中線繞組的圈數為N。考慮到便于繞組的繞制與固定，選取中線繞組圓銅線的直徑dcuN＝1.0mm。三、TFDCC的設計方法：在同一濾波器中，當TFDCC與TFCDC采用相同的θ型磁心和相同的繞組圈數N時，因他們中線繞組的極性(繞向)相反(參看圖2A和圖2B)，將TFDCC中相線繞組的末端與中線繞組的首端相串聯(如A＇-A＂-N＂-N＇)時，差模電感值LDM約為TFCDC中相線繞組與中線繞組同極性相并聯(如A、N-A＇、N＇)時的共模電感值LCM的四倍。LDM＝AL×10-9×(2N)2＝4AL×10-9×N2相同材質和外形尺寸的θ型磁心，其AL值仍稍有差異，故LDM≈4LCM。本實用新型一實施方式的設計計算舉例：一三相四線EMC濾波器的主要電氣參數如下：額定線電壓V＝440V，額定線電流I＝25A，TFCDC的共模電感值LCM＝2.5×10-3H±30％，TFDCC的差模電感值LDM＝10×10-3H±30％。一、選擇元件R、CX、CY的參數：電阻R＝0.33MΩ，電容CX＝1.5μF，電容CY＝33nF。二、TFCDC的設計計算：1、選擇θ型磁心的材質和尺寸：磁環和磁橋的材質均采用的μi＝10000±30％的高磁導率錳鋅鐵氧體；開槽磁環的外形和尺寸如圖10A、10B所示：外徑為80mm，內徑為40mm，厚度為30mm，槽寬為4mm，兩槽底部間距為40mm；磁橋的外形和尺寸如圖11A、11B所示：長為39.8mm，寬為30mm，厚為3.8mm；將磁橋插入磁環槽中，并在其表面噴涂環氧樹脂絕緣層，組成復合的θ型磁心，其電感系數AL＝36000nH/N2±30％。2、計算TFCDC三個相線繞組的圈數N：3、選取三個相線繞組圓銅線的直徑dcu：釆用兩根圓銅線並繞n＝2，選取電流密度jcu＝7.0A/mm2，則：dcu=1.13Injcu=1.13252×7≈1.5mm]]>4、選取中線繞組的圈數和線徑：中線繞組的圈數N＝8圈，中線繞組圓銅線的直徑dcuN＝1.0mm。三、TFDCC的設計計算：1、θ型磁心的材質和尺寸：因LDM＝4LCM，故TFDCC采用與TFCDC相同的θ型磁心,材質采用μi＝10000±30％的高磁導率錳鋅鐵氧體；開槽磁環和磁橋的尺寸見圖10A、10B和圖11A、11B，圓環形θ型磁心的電感系數AL＝36000nH/N2±30％。2、TFDCC三個相線繞組的圈數N：TFDCC三個相線繞組的圈數與TFCDC的相同。3、TFDCC三個相線繞組圓銅線的直徑dcu：TFDCC三個相線繞組與TFCDC的相同，釆用兩根圓銅線並繞n＝2，選取電流密度jcu＝7.0A/mm2時，圓銅線的直徑dcu＝1.5mm。4、TFDCC中線繞組的圈數和線徑：TFDCC中線繞組的圈數和線徑均與TFCDC的相同，但極性(繞向)相反。中線繞組的圈數N＝8圈，中線繞組圓銅線的直徑dcuN＝1.0mm。在三相四線EMC濾波器能使電源變換器達到EMC認證要求的前提下，而對TFDCC的差模電感值LDM要求較小(例如LDM＜LCM)時，則可選用較小尺寸的θ型磁心另行設計，以降低TFDCC和EMC濾波器的成本。本實用新型一實施方式中的三相四線EMC濾波器的生產流程如下：一、備齊組裝三相四線EMC濾波器所需的電阻、電容元件。二、TFCDC和TFDCC的生產流程：除了中線繞組的繞向相反外，TFCDC和TFDCC的生產流程是相同的。1、在圓環形θ型磁心磁橋下側的大窗口，用n根直徑為dcu的漆包銅線，繞制三個分佈均勻、圏數為N、繞向一致的相線繞組，如圖2A和圖2B所示。三個相線繞組間的絕緣距離不小於5mm。2、在圓環形θ型磁心磁橋上側的小窗口，用一根dcuN＝1mm的漆包銅線，繞制圈數為N、繞向如圖2A(TFCDC)和圖2B(TFDCC)所示的中線繞組。3、將各繞組的引線穿過底板上的定位圓孔，并用環氧樹脂將帶繞組的圓環形θ型磁心固定在底板上，組裝成濾波電感器件TFCDC和TFDCC。TFCDC成品的外形尺寸圖如圖12A和圖12B所示，TFDCC成品的外形尺寸圖如圖13A和圖13B所示。4、對TFCDC和TFDCC做外觀檢查及電氣參數的測量。三、將TFCDC、TFDCC、電阻和電容等元件，按圖1所示的電路圖，可在各種大功率電源變換器(開關電源、不間斷電源、變頻電源等)主機線路板的三相四線交流電源輸入端(或輸出端)，組裝成三相四線EMC濾波器。四、將TFCDC、TFDCC、電阻和電容等元件，按圖1所示的電路圖在線路板上組裝，組件放入金屬外殼，其輸入、輸出端的引線與裝于外殼上的端子排、螺栓端子或銅排端子連接后，經環氧樹脂罐封，制成三相四線EMC濾波器模塊。圖14A和圖14B為本實用新型實施例三相四線EMC濾波器模塊的外形尺寸圖。綜上所述，本實用新型提供的三相四線EMC濾波器減少了EMC濾波器的體積、重量、和線路板的面積，節省了原材料，降低了成本，減少了電感器的損耗，提高了濾波器的效率，增強了EMC濾波器的性能，能有效地抑制共模和差模傳導電磁干擾，即減少電網傳導電磁干擾對電源變換器工作的影響，又減少了電源變換器產生的電磁干擾對電網的汚染。以上所述為本實用新型的一種具體實施方式，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本實用新型的技術方案和技術構思作出其他各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬于本實用新型權利要求的保護范圍。當前第1頁1 2 3