具有共模滤波器的变流器制造技术

一种变流器包括具有共模变压器的共模滤波器，在该共模变压器的次级侧布置有频率选择的无源电路，该电路针对一个或多个频率范围并且针对该频率范围外部的频率表现出衰减行为。且针对该频率范围外部的频率表现出衰减行为。且针对该频率范围外部的频率表现出衰减行为。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有共模滤波器的变流器


[0001]本专利技术涉及一种具有转换器装置并且具有共模滤波器设备的变流器，该转换器装置用于在第一电压和第二电压之间进行转换。

技术介绍

[0002]在工业应用中，变流器主要用作有源整流器，该有源整流器从所连接的供电网络的交流电压生成直流电压，或者用作逆变器，该逆变器将直流电压馈入供电网络中，例如在太阳能设施或电池存储器中的应用中。为了在概念上清楚，下面的描述针对具有从供电网络到直流电压侧的用电设备的功率流的整流器的示例性情况，然而同样适用于具有反向功率流的逆变器以及双向变流器。
[0003]变流器、特别是用于工业应用的变流器必须配备有线路滤波器，用于使与线路相关的干扰保持在相应地适用的标准限制范围内。除了线路滤波器之外，一些变流器在直流电压侧还附加地具有滤波器，其旨在减少外部部件对直流电压侧的干扰分量。
[0004]干扰被区分为差模干扰(英语：differential mode(差模)，DM)和共模干扰(英语：common mode(共模)，CM)。在此，抑制共模干扰经常是一项特殊的挑战。连接在直流电压侧的用电设备对变流器的共模干扰行为有重大影响，因此在设计滤波器时必须加以考虑。然而，在大多数情况下，用电设备的类型、数量和电气特性是未知的，并且在每个应用中可能不同。此外，用电设备通过未知长度的线路连接到变流器。在此，可能的线路长度范围从大约一米到几百米。
[0005]在此，由于寄生电感、例如线路的寄生电感以及寄生电容、例如用电设备和变流器本身的寄生电容可能形成关于共模干扰能够进行电气振荡的系统，下面将该系统称为共模振荡电路。滤波器部件也是该系统的一部分。共模振荡电路可能具有多个不同的谐振频率。这些谐振频率中的每一个可能是由变流器和用电设备的联合体中的任意干扰源激发的。当不存在足够的衰减时，进行激发的干扰分量被显著放大。衰减应当被理解为，与在干扰分量的频率下有效的欧姆电阻类似地，干扰分量至少部分被转换为热。
[0006]在此，变流器的线路滤波器不仅必须充分抑制变流器本身的干扰，而且必须充分抑制由于联合体产生的所有干扰分量，包括由共模振荡电路引起的干扰分量。
[0007]已知使用附加的滤波器级来防止在谐振频率下激发振荡。这种解决方案的缺点是，每一个另外的滤波器级，除了附加的成本、结构体积和不希望的差模损耗之外，还产生共模振荡电路的另外的谐振点。
[0008]还已知使用EMC(电磁兼容性)铁氧体作为共模滤波器元件来减少共模干扰。然而，在工业规模的系统中，共模振荡电路的谐振频率可能远低于1MHz。在该频率范围内，诸如EMC铁氧体的滤波器元件经常不能产生足够的衰减，而是以几乎纯电感的方式起作用。这通常适用于附加的滤波器级，在这样的频率下，该附加的滤波器级经常仅仅是由电抗构成的系统，该电抗同样经常引起或者防止谐振点的移动，使得放大的干扰分量传播到电网侧。但是由此不能阻止衰减不足的谐振点的存在。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是，给出一种变流器，在该变流器中，减小开头提到的缺点。上述技术问题通过具有权利要求1的特征的变流器来解决。
[0010]根据本专利技术的变流器包括用于在第一电压和第二电压之间进行转换的转换器装置。转换器装置例如可以是一个或多个并联连接的半桥，该半桥分别具有两个或更多个功率半导体，该两个或多个功率半导体通过适当的控制，例如借助脉冲宽度调制，来对电压进行转换。
[0011]此外，根据本专利技术的变流器包括共模滤波器设备。共模滤波器设备具有共模变压器，其中，共模变压器具有至少两个第一绕组，该第一绕组在相同方向上布置在共同的芯上并且串联连接在与转换器装置连接的电导体中。此外，在共同的芯上布置有第二绕组。第二绕组与频率选择的无源衰减电路连接。
[0012]对于本专利技术已经认识到，借助变压器耦合的衰减电路适合用于为共模振荡电路中出现的一个或多个谐振点提供足够的衰减。在此，衰减电路应当被理解为如下的电路，该电路与位于电流路径中的电阻类似地产生衰减，即如下的电路，该电路从流动的电流、特别是振荡中汲取能量，例如通过转换为热，如电阻所进行的。
[0013]在最简单的情况下，衰减电路为此可以具有电阻。如果例如整个衰减电路是具有电阻的串联电路，则电阻可以强制性地位于电流路径中。然而，如果电阻例如与电容器并联连接并且与电感并联连接，和/或电阻与电容器和/或电感串联连接，则也可以以频率选择的方式部分桥接或者耦合电阻。
[0014]在此，频率选择应当被理解为，衰减电路显示与频率相关的行为，例如包括高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器或带阻滤波器。由此有利地使得衰减不是均匀地作用于所有频率，而是对于频谱的一部分仅以减轻的方式出现，也就是说，仅轻微或者非常轻微地影响频谱的一部分。由此避免诸如不期望的附加损耗的负面影响。
[0015]此外，有利的是，通过在共模变压器的次级侧布置衰减电路，也仅共模分量到达衰减电路，而差模分量不会传输到衰减电路中。由此避免了由于对差模分量不希望的衰减而产生的损耗。
[0016]由从属权利要求得到根据本专利技术的设备和根据本专利技术的方法的有利的设计方案。在此，可以将独立权利要求的实施方式与从属权利要求之一的特征组合，或优选也可以与多个从属权利要求中的特征组合。相应地，还可以附加地设置以下特征：
[0017]频率选择的无源衰减电路可以具有至少一个电容器和/或至少一个电感。这些元件有利地以简单的方式并且以无源的方式提供频率选择性。所提到的高通、低通或其它频率选择的电路由电容器和/或电感的并联和/或串联电路得到。
[0018]在此，无源应当被理解为，在衰减电路中使用的元件不需要任何控制。诸如IGBT、场效应晶体管或者双极晶体管的功率半导体通常被视为非无源元件，因为对于功率半导体的功能，功率半导体通常需要对其控制触点、即栅电极进行控制。使用这种有源元件的开销明显比使用纯无源元件的开销高。
[0019]共模滤波器设备可以具有附加的共模扼流圈。换句话说，共模滤波器设备包括共模变压器，并且附加地包括另一个共模扼流圈，该另一个共模扼流圈在其一侧包括在磁芯上在相同方向上布置的三个绕组。由此可以独立于共模变压器地调整共模扼流圈的电感。
在这种情况下，共模滤波器设备可以具有从电气线路连接到参考电势的电容器。这些电容器与共模扼流圈和共模变压器一起形成LCL滤波器。
[0020]共同的芯可以被设计为，其漏感是有意地增加的。为此存在许多可能性。例如，被构建为矩形或方形的芯可以具有带气隙的中央腹板。以这种方式，可以将否则单独存在的共模扼流圈的功能和共模变压器的功能组合在单个部件中。由此，可以针对变流器节省空间和重量，因为尤其是变流器中的电感元件与诸如功率半导体的其它元件相比经常又大又重。
[0021]频率选择的无源衰减电路可以具有电阻和电容器或者电阻和电感或者电阻、电感和电容器的串联电路。衰减电路也可以恰好仅具有这些元件，也就是，换句话说，不再附加地具有另外的电气部件。
[0022]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种变流器(10)，所述变流器包括转换器装置(12)和共模滤波器设备(16)，所述转换器装置用于在第一电压和第二电压之间进行转换，所述共模滤波器设备具有共模变压器(21)，其中，所述共模变压器(21)具有至少两个第一绕组(221...223)，所述第一绕组在相同方向上布置在共同的芯(81，91)上并且串联连接在电导体(17)中，所述电导体与所述转换器装置(12)连接，其中，在所述共同的芯(81，91)上布置有第二绕组(24)，所述第二绕组与频率选择的无源衰减电路(26，31，41，51，61，71)连接。2.根据权利要求1所述的变流器(10)，其中，所述频率选择的无源衰减电路(26，31，41，51，61，71)具有至少一个电容器(262，43，53，65，72)和/或至少一个电感(33，44，54)。3.根据权利要求1或2所述的变流器(10)，其中，所述频率选择的无源衰减电路(26，31，41，51，61，71)在所述第二绕组(24)的接头之间的电流路径中具有电阻(261，32，42，52，62，64)。4.根据前述权利要求中任一项所述的变流器(10)，其中，所述共模滤波器设备(16)布置在转换器装置(12)的电网侧。5.根据前述权利要求中任一项所述的变流器(10)，其中，所述共模滤波器设备(16)具有共模扼流圈(125)。6.根据权利要求5所述的变流器(10)，其中，所述共模滤波器设备(16)具有从电气线路(17)连接到参考电势的电容器(124)，所述电容器与所述共模扼流圈(125)和所述共模变压器(21)一起形成LCL滤波器，或者与所述共模变压器(21)一起形成LC滤波器。7.根据前述权利要求中任一项所述的变流器(10)，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：