本實(shí)用新型涉及電磁兼容(ElectromagneticCompatibility，EMC)領(lǐng)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(shù)：
：現(xiàn)今，在網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)控制、電力驅(qū)動(dòng)、交通運(yùn)輸、太陽能和風(fēng)力發(fā)電等廣泛領(lǐng)域中所使用的各種電子設(shè)備和裝置中的大功率電源變換器(開關(guān)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(dǎo)電磁干擾，使其本身產(chǎn)生的電磁干擾不至于對(duì)電網(wǎng)造成污染，亦使來自電網(wǎng)的電磁干擾不至于影響其正常的工作。EMC濾波器的設(shè)計(jì)，必須將在一定的頻帶范圍內(nèi)傳導(dǎo)電磁干擾的電平抑制在各類相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限定值以下，才能使產(chǎn)品通過EMC認(rèn)證。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于，提供一種三相四線EMC濾波器，以改善現(xiàn)今EMC濾波器的性能，并減少其體積、重量、成本和損耗。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型一實(shí)施方式提供一種如圖1所示的三相四線EMC濾波器，濾波網(wǎng)絡(luò)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(huán)形或UI形θ型磁心與繞在磁心上的三個(gè)相線繞組和一個(gè)中線繞組；所述TFCDC和TFDCC四個(gè)繞組的圈數(shù)相同，中線繞組的極性相反；所述圓環(huán)形θ型磁心是由在內(nèi)圓開了兩個(gè)槽的圓形磁環(huán)和插在槽中的磁橋組成；所述UI形θ型磁心是由開有兩個(gè)槽的U形磁心、I形磁心及插在槽中的磁橋組成。優(yōu)選地，所述磁橋位于三個(gè)相線繞組和中線繞組之間。優(yōu)選地,所述圓環(huán)形或UI形θ型磁心的材質(zhì)是相對(duì)磁導(dǎo)率μi＝5000-10000的錳鋅鐵氧體。優(yōu)選地,所述圓環(huán)形θ型磁心的表面噴涂有環(huán)氧樹脂絕緣層。本實(shí)用新型實(shí)施例的有益效果：釆用了本實(shí)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(dāng)于現(xiàn)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(jié)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(qiáng)了EMC濾波器的性能，能有效地抑制共模和差模傳導(dǎo)電磁干擾，即減少了電網(wǎng)傳導(dǎo)電磁干擾對(duì)電源變換器工作的影響，又減少了電源變換器產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)電網(wǎng)的汚染。為了進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本實(shí)用新型的詳細(xì)說明與附圖，然而附圖僅為提供參考與說明用，并非用來對(duì)本實(shí)用新型加以限制。附圖說明圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中釆用TFCDC和TFDCC組成的兩級(jí)三相四線EMC濾波器的電路圖。圖2A為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中圓環(huán)形θ型磁心TFCDC的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式中圓環(huán)形θ型磁心TFDCC的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中UI形θ型磁心TFCDC的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3B為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式中UI形θ型磁心TFDCC的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4A為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中圓環(huán)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(shí)用新型一實(shí)施方式中圓環(huán)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(shí)用新型另一實(shí)施方式中圓環(huán)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(shí)用新型另一實(shí)施方式中圓環(huán)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(shí)用新型一實(shí)施方式中圓環(huán)形磁心TFCC的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6B為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式中圓環(huán)形磁心TFDC的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7A為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中UI形磁心TFCC的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7B為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式中UI形磁心TFDC的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中釆用一只TFCDC組成的單級(jí)三相四線EMC濾波器的電路圖。圖9為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中釆用兩只TFCDC組成的兩級(jí)三相四線EMC濾波器的電路圖。圖10A、圖10B為本實(shí)用新型一實(shí)施方式采用的θ型磁心開槽磁環(huán)的外形尺寸圖。圖11A、圖11B為本實(shí)用新型一實(shí)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(shí)用新型一實(shí)施方式TFCDC成品的外形尺寸圖。圖13A、圖13B為本實(shí)用新型另一實(shí)施方式TFDCC成品的外形尺寸圖。圖14A、圖14B為本實(shí)用新型一實(shí)施方式三相四線EMC濾波器模塊的外形尺寸圖。具體實(shí)施方式為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型所采取的技術(shù)手段及其效果，以下結(jié)合本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例及其附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1為本實(shí)用新型實(shí)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(lián)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(wǎng)絡(luò)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(fù)合磁心，因形似希臘字母θ而得名。圖2A與圖2B為圓形磁環(huán)201和插在磁環(huán)槽中的磁橋202所組成的圓環(huán)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(zhì)為μi＝5000-10000的錳鋅鐵氧體。圓環(huán)形θ型磁心的表面噴涂環(huán)氧樹脂絕緣層，三個(gè)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(gè)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(gè)相線繞組A-A＇、B-B＇、C-C＇和中線繞組N-N＇的圏數(shù)相同，繞組的繞向如圖2A和圖3A所示；TFDCC的三個(gè)相線繞組A＇-A＂、B＇-B＂、C＇-C＂和中線繞組N＂-N＇的圏數(shù)相同，繞組的繞向如圖2B和圖3B所示。TFCDC四個(gè)繞組的同名端為A、B、C和N，而TFDCC四個(gè)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(huán)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(huán)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(jīng)三個(gè)相線繞組A-A＇、B-B＇、C-C＇和中線繞組N-N＇所產(chǎn)生的磁通(圖中帶箭頭的虛線所示)，在磁環(huán)內(nèi)的方向一致，磁通與四個(gè)繞組相交鏈，繞組因磁路的電感系數(shù)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(huán)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(jīng)三個(gè)相線繞組A-A＇、B-B＇、C-C＇和中線繞組N＇-N所產(chǎn)生的兩路磁通(圖中帶箭頭的虛線所示)，在磁環(huán)內(nèi)的方向相反，它們分別與三個(gè)相線繞組和中線繞組相交鏈，兩路漏磁通的路徑為各自經(jīng)過磁橋和其兩側(cè)的磁環(huán)而閉合。沒有磁橋時(shí)，兩路漏磁通的路徑將經(jīng)過部分磁環(huán)和很長(zhǎng)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(shù)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(dá)其共模電感值的5％以上，即LPDM≥0.05LCM。圖5A為圓環(huán)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(jīng)三個(gè)相線繞組A＇-A＂、B＇-B＂、C＇-C＂和中線繞組N＂-N＇所產(chǎn)生的磁通(圖中帶箭頭的虛線所示)，在磁環(huán)內(nèi)的方向一致，磁通與四個(gè)繞組相交鏈，繞組因磁路的電感系數(shù)AL值高，而具有很大的差模電感值LDM。圖5B為圓環(huán)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(jīng)三個(gè)相線繞組A＇-A＂、B＇-B＂、C＇-C＂和流經(jīng)中線繞組N＇-N＂所產(chǎn)生的兩路磁通(圖中帶箭頭的虛線所示)，在磁環(huán)內(nèi)的方向相反，它們分別與三個(gè)相線繞組和中線繞組相交鏈，兩路漏磁通的路徑為各自經(jīng)過磁橋和其兩側(cè)的磁環(huán)而閉合。沒有磁橋時(shí)，兩路漏磁通的路徑將經(jīng)過部分磁環(huán)和很長(zhǎng)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(shí)用新型一實(shí)施方式中，在傳導(dǎo)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(jìn)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(huán)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(shí)用新型一實(shí)施方式中，在傳導(dǎo)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(jí)三相四線EMC濾波器。在本實(shí)用新型一實(shí)施方式中，在傳導(dǎo)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(jí)的電慼器都為TFCDC的三相四線EMC濾波器，以増強(qiáng)濾波效果。本實(shí)用新型實(shí)施例的有益效果：釆用了本實(shí)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(dāng)于現(xiàn)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(jié)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(qiáng)了EMC濾波器的性能，能有效地抑制共模和差模傳導(dǎo)電磁干擾，即減少了電網(wǎng)傳導(dǎo)電磁干擾對(duì)電源變換器工作的影響，又減少了電源變換器產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)電網(wǎng)的汚染。現(xiàn)以釆用圓環(huán)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(duì)本實(shí)用新型一實(shí)施方式三相四線EMC濾波器的設(shè)計(jì)方法作詳細(xì)的說明。一、根據(jù)三相四線EMC濾波器的技術(shù)要求，選擇元件電阻R、電容CX和CY的參數(shù)。二、TFCDC的設(shè)計(jì)方法：1、根據(jù)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(jì)算TFCDC三個(gè)相線繞組的圈數(shù)N：設(shè)所選定的θ型磁心的電感系數(shù)為AL(nH/N2)，則：LCM＝AL×10-9×N23、選取三個(gè)相線繞組圓銅線的直徑dcu：設(shè)圓銅線的并繞根數(shù)為n，當(dāng)選取電流密度為jcu(A/mm2)時(shí)：dcu=1.13Injcumm]]>其中，jcu的選取必須保證TFCDC的溫升不超過國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC1046的規(guī)定。4、選取中線繞組的圈數(shù)和線徑：與三個(gè)相線繞組的圈數(shù)相同，中線繞組的圈數(shù)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(shè)計(jì)方法：在同一濾波器中，當(dāng)TFDCC與TFCDC采用相同的θ型磁心和相同的繞組圈數(shù)N時(shí)，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(lián)(如A＇-A＂-N＂-N＇)時(shí)，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(lián)(如A、N-A＇、N＇)時(shí)的共模電感值LCM的四倍。LDM＝AL×10-9×(2N)2＝4AL×10-9×N2相同材質(zhì)和外形尺寸的θ型磁心，其AL值仍稍有差異，故LDM≈4LCM。本實(shí)用新型一實(shí)施方式的設(shè)計(jì)計(jì)算舉例：一三相四線EMC濾波器的主要電氣參數(shù)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(shù)：電阻R＝0.33MΩ，電容CX＝1.5μF，電容CY＝33nF。二、TFCDC的設(shè)計(jì)計(jì)算：1、選擇θ型磁心的材質(zhì)和尺寸：磁環(huán)和磁橋的材質(zhì)均采用的μi＝10000±30％的高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體；開槽磁環(huán)的外形和尺寸如圖10A、10B所示：外徑為80mm，內(nèi)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(zhǎng)為39.8mm，寬為30mm，厚為3.8mm；將磁橋插入磁環(huán)槽中，并在其表面噴涂環(huán)氧樹脂絕緣層，組成復(fù)合的θ型磁心，其電感系數(shù)AL＝36000nH/N2±30％。2、計(jì)算TFCDC三個(gè)相線繞組的圈數(shù)N：3、選取三個(gè)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(shù)和線徑：中線繞組的圈數(shù)N＝8圈，中線繞組圓銅線的直徑dcuN＝1.0mm。三、TFDCC的設(shè)計(jì)計(jì)算：1、θ型磁心的材質(zhì)和尺寸：因LDM＝4LCM，故TFDCC采用與TFCDC相同的θ型磁心,材質(zhì)采用μi＝10000±30％的高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體；開槽磁環(huán)和磁橋的尺寸見圖10A、10B和圖11A、11B，圓環(huán)形θ型磁心的電感系數(shù)AL＝36000nH/N2±30％。2、TFDCC三個(gè)相線繞組的圈數(shù)N：TFDCC三個(gè)相線繞組的圈數(shù)與TFCDC的相同。3、TFDCC三個(gè)相線繞組圓銅線的直徑dcu：TFDCC三個(gè)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(shí)，圓銅線的直徑dcu＝1.5mm。4、TFDCC中線繞組的圈數(shù)和線徑：TFDCC中線繞組的圈數(shù)和線徑均與TFCDC的相同，但極性(繞向)相反。中線繞組的圈數(shù)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(dá)到EMC認(rèn)證要求的前提下，而對(duì)TFDCC的差模電感值LDM要求較小(例如LDM＜LCM)時(shí)，則可選用較小尺寸的θ型磁心另行設(shè)計(jì)，以降低TFDCC和EMC濾波器的成本。本實(shí)用新型一實(shí)施方式中的三相四線EMC濾波器的生產(chǎn)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(chǎn)流程：除了中線繞組的繞向相反外，TFCDC和TFDCC的生產(chǎn)流程是相同的。1、在圓環(huán)形θ型磁心磁橋下側(cè)的大窗口，用n根直徑為dcu的漆包銅線，繞制三個(gè)分佈均勻、圏數(shù)為N、繞向一致的相線繞組，如圖2A和圖2B所示。三個(gè)相線繞組間的絕緣距離不小於5mm。2、在圓環(huán)形θ型磁心磁橋上側(cè)的小窗口，用一根dcuN＝1mm的漆包銅線，繞制圈數(shù)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(huán)氧樹脂將帶繞組的圓環(huán)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(duì)TFCDC和TFDCC做外觀檢查及電氣參數(shù)的測(cè)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(guān)電源、不間斷電源、變頻電源等)主機(jī)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(jīng)環(huán)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(shí)用新型實(shí)施例三相四線EMC濾波器模塊的外形尺寸圖。綜上所述，本實(shí)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(jié)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(qiáng)了EMC濾波器的性能，能有效地抑制共模和差模傳導(dǎo)電磁干擾，即減少電網(wǎng)傳導(dǎo)電磁干擾對(duì)電源變換器工作的影響，又減少了電源變換器產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)電網(wǎng)的汚染。以上所述為本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3