一种用于变频器所配滤波器的电抗器铁芯损耗设计方法

摘要

本发明公开一种用于变频器所配滤波器的电抗器铁芯损耗设计方法，包括：通过电机视在功率S与电机感性无功功率QL，得到电机定子感抗XL，得出电机定子电感量LD；通过滤波电抗器压降ΔU，得出滤波器所配滤波电抗器的电感量L；根据滤波器所配电容容值，得出截止频率处谐振电流振幅Ipeak，得出其所引起的滤波电抗器磁通密度摆幅ΔBp；通过计算基波额定电流IN引起磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1与纹波电流ΔI引起磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2，以及谐振电流Ipeak引起磁通密度摆幅ΔBp对应的单位公斤损耗PFe3，得到滤波电抗器铁芯单位公斤总损耗PFe；结合温升计算，一次性打样出合格的产品。

权利要求

1.一种用于变频器所配滤波器的电抗器铁芯损耗设计方法，其特征在于，该方法包括：通过电机视在功率S与电机感性无功功率QL，得到电机定子感抗XL，由此得出电机定子电感量LD；

通过电抗器的压降ΔU，得出电抗器的电感量L；

根据滤波器所配电容容值，得出截止频率处谐振电流振幅Ipeak，进而得出截止频率处谐振电流振幅Ipeak所引起的电抗器磁通密度摆幅ΔBp；

通过计算基波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1与纹波电流ΔI所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2，以及截止频率处谐振电流振幅Ipeak所引起的磁通密度摆幅ΔBp对应的单位公斤损耗PFe3，得到电抗器铁芯单位公斤总损耗PFe；即PFe＝PFe1+PFe2+PFe3；

再结合温升计算，一次性打样出合格的产品；

所述电机视在功率 其中，U为电机额定线电压；I′N为电机额定电流，电机

功率因数 cosφ＝0.9时，可得电机感性无功功率QL＝0.436S，电机定子感抗XL＝QL/3/I′N2，电机定子电感量LD＝XL/(2πf)，且f＝50HZ，LD＝0.8U/I′N；

所述电抗器的压降 则电抗器的电感量L＝ΔU/I′N/0.314；

纹波电流ΔI对应电流纹波系数α的计算：α＝UDC/8/fs/(L+LD)/IN，其中UDC为变频器直流母线额定电压，fs为变频器载波频率；纹波电流ΔI所引起的磁通密度摆幅ΔBm＝α×Bm；

所述滤波器所配电容容值C＝1/(4πfr2L/1000)，截止频率处谐振电流振幅Ipeak＝C×dv/dt，截止频率处谐振电流振幅Ipeak所引起的电抗器磁通密度摆幅ΔBp＝Ipeak/IN/1.414；

其中，fr为滤波器截止频率，dv/dt为电压变化率，dv/dt≤500v/μs；

所述基波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1＝af1bBmc，其中，f1为基波频率；所述纹波电流ΔI所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2＝afsbΔBmc，截止频率处谐振电流振幅Ipeak所引起的磁通密度摆幅ΔBp对应的单位公斤损耗PFe3＝afrbΔBpc，其中，a：0.0081-0.0102，b：1.420-1.480，c：1.89-1.94；电抗器采用硅钢片，硅钢片材质为35W230。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：若电抗器铁芯单位公斤总损耗值超过温升允许值，则通过增加铁芯截面面积或增加绕制圈数以降低基波对应所述基波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm值。

说明书

一种用于变频器所配滤波器的电抗器铁芯损耗设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电抗器技术领域，尤其涉及一种用于变频器所配dv/dt滤波器的滤波电抗器铁芯损耗设计方法。

背景技术

[0002] dv/dt滤波器是设计用于保护电机的滤波器，由于变频器与电机之间运行电缆过长会引起对电机产生毁灭性影响峰值电压。在这种情况下就需要用dv/dt滤波器来保护电机不受峰值电压的毁灭性影响。

[0003] 现有用于变频器所配dv/dt滤波器的滤波电抗器铁芯损耗设计首先给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试，直至打样出合格的产品。而且，如果磁通密度取太低，则会导致增加材料用量，成本高。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种通过得出dv/dt滤波器用滤波电抗器的铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格产品的滤波电抗器铁芯损耗设计方法，避免了现有技术给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

[0006] 一种用于变频器所配滤波器的电抗器铁芯损耗设计方法，该方法包括：

[0007] 通过电机视在功率S与电机感性无功功率QL，得到电机定子感抗XL，由此得出电机定子电感量LD；

[0008] 通过滤波电抗器的压降ΔU，得出滤波器所配滤波电抗器的电感量L；

[0009] 根据滤波器所配电容容值，得出截止频率处谐振电流振幅Ipeak，进而得出截止频率处谐振电流振幅Ipeak所引起的滤波电抗器磁通密度摆幅ΔBp；

[0010] 通过计算基波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1与纹波电流ΔI所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2，以及谐振电流Ipeak所引起的磁通密度摆幅ΔBp对应的单位公斤损耗PFe3，得到滤波电抗器铁芯单位公斤总损耗PFe；

[0011] 再结合温升计算，一次性打样出合格的产品；

[0012] 所述电机功率因数cosφ＝0.9。

[0013] 所述电机视在功率S＝√3U*IN，其中，U为电机额定线电压；IN为电机额定电流，cos2 2 2
φ＝√(S-QL)/S，可得电机感性无功功率QL＝0.436S，电机定子感抗XL＝QL/3/IN ，电机定子电感量LD＝XL/(2πf)，且f＝50HZ，LD＝0.8U/IN。

[0014] 所述滤波电抗器的压降ΔU＝2％U/√3，则滤波器所配滤波电抗器的电感量L＝U√3/IN/0.314。

[0015] 所述基波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1＝af1bBmc，其中，f1为基波频率，Bm为基波额定电流IN所引起最大磁通密度；所述纹波电流ΔI所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2＝afsbΔBmc，其中fs为变频器载波频率，ΔBm为纹波电流带来的最大磁通密度摆幅，谐振电流Ipeak所引起的磁通密度摆幅ΔBp对应的单位公斤损耗PFe3＝afrbΔBpc，其中fr为滤波器截止频率，ΔBp为谐波器谐振电流带来的最大磁通密度摆幅，a：0.0081-0.0102；b：1.420-1.480，c：1.89-1.94。

[0016] 所述滤波电抗器铁芯单位公斤总损耗PFe＝(PFe1+PFe2+PFe3)*MFe，其中MFe为滤波电抗器铁重。

[0017] 若滤波电抗器铁芯单位公斤总损耗值超过温升允许值，则通过增加铁芯截面面积或增加绕制圈数以降低基波对应Bm值，Bm为所述基波额定电流IN所引起最大磁通密度。

[0018] 所述滤波电抗器采用硅钢片。

[0019] 与现有技术相比，本发明通过精准设计，做到最高性价比，得出dv/dt滤波器用滤波电抗器的铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品，避免了现有给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。

[0020] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1：本发明用于变频器所配dv/dt滤波器的滤波电抗器铁芯损耗设计方法流程图；

[0023] 图2：本发明配备dv/dt滤波器电路示意图；

[0024] 图3：本发明变频器输出电流波形示意图。

具体实施方式

[0025] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

[0027] 现有变频器驱动三相异步电机，由于电缆长度较长，如图1所示，本发明配备dv/dt滤波器，一般要求dv/dt值≤500v/us。

[0028] 如图2所示，本发明提供的一种用于变频器所配滤波器的电抗器铁芯损耗设计方法，该方法包括：

[0029] S1，通过电机视在功率S与电机感性无功功率QL，得到电机定子感抗XL，由此得出电机定子电感量LD；

[0030] S2，通过滤波电抗器的压降ΔU，得出滤波器所配滤波电抗器的电感量L；

[0031] S3，根据滤波器所配电容容值，得出截止频率处谐振电流振幅Ipeak，进而得出截止频率处谐振电流振幅Ipeak所引起的滤波电抗器磁通密度摆幅ΔBp；

[0032] S4，通过计算基波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1与纹波电流ΔI所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2，以及谐振电流Ipeak所引起的磁通密度摆幅ΔBp对应的单位公斤损耗PFe3，得到滤波电抗器铁芯单位公斤总损耗PFe；

[0033] S5，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品

[0034] 由于现代异步电机功率因数基本在0.8-0.9左右，本发明取极大值0.9，故优选的，本发明所述电机功率因数cosφ＝0.9。

[0035] 所述电机视在功率S＝√3U*IN，其中，U为电机额定线电压；IN为电机额定电流，cosφ＝√(S2-QL2)/S，可得电机感性无功功率QL＝0.436S，电机定子感抗XL＝QL/3/IN2，电机定子电感量LD＝XL/(2πf)，且f＝50HZ，LD＝0.8U/IN。

[0036] 实施中，通常所述滤波电抗器的压降为ΔU＝2％U/√3，则滤波器所配滤波电抗器的电感量L＝U√3/IN/0.314。

[0037] 本发明滤波电抗器开关纹波电流ΔI对应电流纹波系数α的计算：α＝UDC/8/fs/(L+LD)/IN，其中UDC为变频器直流母线额定电压，fs为变频器载波频率。

[0038] 本发明所述滤波器所配电容容值C＝1/(4πfr2L/1000)，截止频率处谐振电流振幅Ipeak＝C*dv/dt，且dv/dt取500v/us。

[0039] 一般的，滤波电抗器磁通密度摆幅ΔBm＝α*Bm。截止频率处谐振电流振幅Ipeak所引起的滤波电抗器磁通密度摆幅ΔBp＝Ipeak/IN/1.414。

[0040] 如图3所示，中心正弦波形(基波)为变频器双极性调制的调制波，频率f为50HZ，额定电流为IN。其中三角波形为载波，载波频率fs，其峰峰值即纹波电流ΔI。

[0041] 另外，dv/dt滤波器流过滤波电抗器的截止频率处谐振电流峰峰值为Ipeak，与图3波形图类似，只不过其频率为滤波器LC谐振频率fr，且fr＞＞fs。

[0042] 本发明铁芯损耗包含下面三部分：

[0043] 所述基波额定电流IN所引起最大磁通密度Bm对应的单位公斤损耗PFe1＝af1bBmc，其中，f1为基波频率，Bm为基波额定电流IN所引起最大磁通密度。

[0044] 所述纹波电流ΔI所引起的磁通密度摆幅ΔBm对应的单位公斤损耗PFe2＝afsbΔBmc，其中fs为变频器载波频率，ΔBm为纹波电流带来的最大磁通密度摆幅。

[0045] 谐振电流Ipeak所引起的磁通密度摆幅ΔBp对应的单位公斤损耗PFe3＝afrbΔBpc，其中fr为滤波器截止频率，ΔBp为谐波器谐振电流带来的最大磁通密度摆幅，[0046] 上述公式中，a、b、c为常数，a：0.0081-0.0102；b：1.420-1.480，c：1.89-1.94。

[0047] 所述滤波电抗器铁芯单位公斤总损耗PFe＝(PFe1+PFe2+PFe3)*MFe，其中MFe为滤波电抗器铁重。

[0048] 若滤波电抗器铁芯单位公斤总损耗值超过温升允许值，则通过增加铁芯截面面积或增加绕制圈数以降低基波对应Bm值(Bm为所述基波额定电流IN所引起最大磁通密度)，重新计算直至合格。

[0049] 所述滤波电抗器采用硅钢片。实施中，本发明综合硅钢片性价比，选择35W230材质。

[0050] 本发明通过精准设计，做到最高性价比，得出dv/dt滤波器用滤波电抗器的铁芯损耗，再结合温升计算，一次性打样出合格的产品，避免了给客户打样，若测试温度过高，则返回重做，再测试的缺陷，省时省费。

[0051] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0052] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。