并网逆变器滤波器的设计.ppt

并网逆变器滤波器的设计QQ2021/5/271 主要内容主要内容1并网逆变器中滤波器的作用2滤波器设计1.滤波器类型的选择2.滤波器参数的计算3滤波电感的制作1.磁芯的选择2.绕线尺寸的选择 2021/5/2721.抑制输出电流的过分波动及浪涌冲击；2.滤波作用，将开关动作所产生的高频电流成分滤除；3.连接电网和逆变器，通过它可以控制并网电流的幅值和相位，可以实现功率因数等于1；4.隔离逆变桥输出的电动势与电网电动势，保护全桥开关管，防止其受到电网侧高频暂态干扰的影响。在并网逆变器中，输出滤波器的设计至关重要，它将逆变桥产生的开关脉冲电压、电流转变成连续的模拟量，其具体作用包括：2021/5/273 滤波器类型的选择 单电感滤波器结构简单，能有效抑制纹波。但是，其高频谐波衰减特性不够理想，需要较大的电感量才能对谐波进行有效衰减，或者，需要采用较高的开关频率来降低谐波电流，因此，单电感L滤波器通常用于小功率高开关频率的并网逆变器中 并网逆变器的输出滤波器主要包括三类：并网逆变器的输出滤波器主要包括三类：L L、LC LC 和和 LCLLCL，三者存在着各自的，三者存在着各自的优缺点。优缺点。LC 低通滤波器消除开关频率附近的高次谐波。逆变器并网运行时，由于电网电压的嵌位作用，仅滤波电感对并网电流起滤波作用，滤波电容相当于本地负载，会影响进网电流与基准电流之间的相位，因此LC 滤波器通常应用于独立工作的逆变器，较少应用于并网逆变器。LCL滤波器结合了L、LC滤波器的优点，即使在低开关频率和较小的电感情况下也能满足电流谐波衰减要求，而且滤波器的电容也没有跟电网直接并联，减小了电网高频谐波的影响，所以LCL滤波器通常用于较低开关频率的中大功率场合。但是存在谐振，容易导致系统不稳定，因此需要增加系统的阻尼综合考虑，3kw单相并网逆变器采用LCL滤波器2021/5/2741、投梭力对织造生产的影响、投梭力对织造生产的影响（1）投梭力太小）投梭力太小梭子飞行速度较低，出梭口时间较迟，出梭口梭子飞行速度较低，出梭口时间较迟，出梭口时挤压度较大，增加断边、边跳花等疵点。时挤压度较大，增加断边、边跳花等疵点。梭子不易打到头，造成下次投梭力不足而轧梭。梭子不易打到头，造成下次投梭力不足而轧梭。梭子速度太低，纬纱张力不足，造成无故纬停，梭子速度太低，纬纱张力不足，造成无故纬停，甚至梭子碰撞纬纱叉。甚至梭子碰撞纬纱叉。2021/5/275（2）投梭力过大）投梭力过大梭子出梭口时间早，出梭口时挤压度小，断梭子出梭口时间早，出梭口时挤压度小，断边、跳花等疵点较少。边、跳花等疵点较少。增加动力和机物料的消耗，增加织机的振动增加动力和机物料的消耗，增加织机的振动和噪声，投梭机构容易因部件松动和损坏而和噪声，投梭机构容易因部件松动和损坏而出现故障。出现故障。梭子回跳量增加，造成下一次投梭力不足而梭子回跳量增加，造成下一次投梭力不足而轧梭。若制梭力也较大，则梭子进梭箱时易轧梭。若制梭力也较大，则梭子进梭箱时易产生脱纬和纬崩。产生脱纬和纬崩。粗特纬纱和直接纬更容易发生脱纬和纬崩。粗特纬纱和直接纬更容易发生脱纬和纬崩。2021/5/276 LCL滤波器参数设计 参数条件：直流母线输入电压Ua:360 额定输出功率：3kW 输出并网电流频率f1：50Hz 开关频率fs：20kHz 逆变器输出电压有效值Us：220V 额定输出电流Is：15A2021/5/277 LCL滤波器限制条件LCL滤波器总的电感所产生的阻抗压降小于额定工作情况下电网电压的10；为了不使LCL滤波器的谐振峰出现在低频或高频段，所以设计LCL滤波器的谐振频率时，应该大于在电网频率的10 倍，小于开关频率的一半，即LCL滤波器中滤波电容上串联的无源阻尼电阻来抑制谐振尖峰，一般选取阻尼电阻为谐振频率电容阻抗的1/32021/5/2781.1.逆变器侧电感设计 逆变侧电感L1的主要作用是抑制逆变器侧的电流纹波，因此逆变器电感L1的取值主要由输出最大电流纹波决定。通常选取其电流纹波幅值为额定并网电流10%25%，单极性调制下，电感电流为稳态时，电感电流增减量相等，故有2021/5/279化简得当Uc(t)=Ua 时，iL1最大，即已知 故有 代入计算得 L11mh ，电感L1=2mh2.滤波电容设计 根据电容的无功功率来设计，一般选取滤波电容C上的无功功率低于10%，可得代入计算得 C20uf ，电容C=20uF 2021/5/27103.网侧电感的设计逆变器侧电流的谐波主要分布在开关频率处，因此网侧电感可以根据在开关频率处电流谐波的衰减度进行设计国家并网标准中规定电流谐波衰减率d低于5%，故有2021/5/2711 不同文献对电网侧电感L2的取值不同，一般取L1/L2的比值在 46 之间比较合适，取电网侧电感0.4mH。逆变器侧电感L1=2mh，网侧电感L2=0.4mh，电容C=20uF.计算出LCL滤波器谐振频率设电感L1及L2上总压降为 ,其总压降不能超过电网电压的10%,即2021/5/2712 电感的制作选定磁芯尺寸和绕组匝数、绕线尺寸达到下述设计要求：(a)电感值为2mH(b)额定电流值为15A1.选择磁芯 在开关电源中，常用的磁芯有铁氧体、磁粉芯、非晶态合金及硅钢片等。2021/5/2713 磁芯材料性能简述磁粉芯 由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料，高频涡流损耗低，非线性磁导率，适用于制作谐振电感、功率因数校正电感、输出滤波电感等。但在100kHz以上，损耗大，很少再用磁粉芯。铁氧体 高电阻率，高频损耗小，低饱和磁感应强度，热稳定性差，价格低廉。在大功率开关电源装置中，如果开关频率30kHz以下，因为铁氧体的磁通密度低，磁芯体积、重量加大，其优势无法显露，故广泛应用在高频场合。2021/5/2714 磁芯材料性能简述非晶 高磁导率、高磁感应强度、低损耗、优越的热稳定性。在中高频领域中，非晶可以取代部分铁氧体市场。但价格比较高，磁芯标准不明确，使其不能广泛使用。硅钢 高磁导率，低电阻率，涡流损耗大。和铁基非晶合金相比，硅钢磁通密度高、填充系数大、成本低但损耗高，是最广泛应用在低频场合的磁芯材料。2021/5/2715 设计逆变输出滤波器高频电感时，需要考虑谐波引起的涡流损耗，故磁芯应具有高电阻率。结合饱和磁感应强度、工作环境、材料的价格等因素，采用磁粉芯。2021/5/2716磁粉芯根据含磁性材料粉末的不同有4类：铁粉芯，铁硅铝(Koolmu)，高磁通密度（铁镍磁粉），钼坡莫合金磁粉芯（MPP）。在开关电源频率因铁粉芯损耗最大，铁粉磁芯很少应用，是磁粉芯中最差的。铁硅铝较好，皮莫合金最好,但价格最高，综合考虑采用铁硅铝磁粉芯。2021/5/2717根据美磁公司给出的电感设计手册来选取磁芯型号。(1)计算产品的LI2 L=2mH,I=15A，故LI2=450 mHA2(2)通过KoolM的LI2图，水平轴上的数值选定为450mHA2。按照对应的纵向坐标，即可知道77735是满足上述要求的最佳选择。2021/5/27182.确定绕组匝数(1)计算初始绕组匝数：通过77735磁芯数据页，可发现该磁芯的电感因子(AL)为88nH/T2，计算空载绕组匝数，L为所需电感值。采用2个磁环，故每个所需的电感值为1mH：，取整数为107匝(2)计算额定电流时磁场强度 (3)确定初始磁导率满载时的下降百分比，计算出满载时电感值 根据磁导率-磁场强度曲线，确定磁导率为初始磁导率的88%，额定电流时的电感值：L=1mH*88%=0.88mH （电感变化量低于20%）绕组匝数满足要求。若电感变化量高于20%，需要调整匝数，继而调整电感值，重新步骤(2)、(3)验证，直至电感值满足要求。2021/5/2719 电感的制作3.选择绕线（铜线）尺寸 在高频电路中，电流并不是是均匀分布于它的截面上，线圈的磁场感应变化，产生了涡流，从而导致了集肤效应。集肤效应使电流只流经绕线外层极薄的部分，这部分的厚度或环形导电面积与频率的平方根成反比。集肤效应:导线中流过高频电流，变化的 电流产生的变化磁场感应出环形电压，如图 中的abcd和efgh所示。这些电压的极性使涡 流沿着环的边界流动。涡流的方向与环内主 电流OA的流向相反（d到c、e到f），而与环 外主电流的流向相同（b到a、g到h）。这导 致导线内的电流相互抵消，所有电流集中在 导线的表面。2021/5/2720 通常将电流密度减少到导体截面表层电流密度的1/e 处的深度叫做集肤深度，即认为表面下深度为的厚度导体流过导线的全部电流，而在层以外的导体完全不流过电流，铜导线温度20、不同频率下的穿透深度,f=20kHz，代入公式计算得=0.4673mm。为使导线均匀流过电流，所选导线的直径应小于2倍的集肤深度，即 D2。故选取导线规格为AWG23，直径为0.57mm的铜线。2021/5/2721 高频时，绕线直径越大，其损耗越大，因此往往采用多股线并联来取代同样面积的单股线，一般铜线电流密度J为5A/mm2，则每根直径0.57mm的导线通过的电流为n=I/Im=11.6,取n=12，即12股导线作为一匝，可通过电流15A。107匝、每匝12股直径为0.57mm的导线，可携带电流15A，总绕线面积为413.57mm2。77735的窗口面积为1550mm2，计算窗口填充率27%。77735磁芯和AGW23的绕线能达到该电感器的所有要求。2021/5/2722 绕制电感1.1.用硅胶将磁环固定粘好；用硅胶将磁环固定粘好；牢固牢固2.2.计算好每条漆包线长度；计算好每条漆包线长度；裕量裕量3.3.剪取漆包线；剪取漆包线；技巧技巧4.4.将漆包线两端除漆；将漆包线两端除漆；安全安全5.5.绕制；绕制；拉紧拉紧6.6.灌锡做线头。灌锡做线头。2021/5/2723Thank you！2021/5/2724