并网逆变器中LCL 滤波器的磁集成
若电感L1和L2分别绕制,且均采用EI型磁芯,如图3所示,根据磁路的对称性,L1和L2的I型磁条的磁通ΦI1和ΦI2分别为
式中N1和N2分别为L1和L2的绕组匝数。
当L1和L2的磁芯的宽度相等,且厚度一致时,可以将L1和L2按照图4中的方式集成在一起,其中,L1和L2的E型磁芯和气隙长度保持不变,两者共用一个I型磁条。根据图中的磁通方向,公共I型磁条的磁通Φc为
可见,公共I型磁条的磁通即为电容电流对应的磁通,因此,Φc基本保持不变。由于ICm远小于IL1m和IL2m,从而ΦCm远小于ΦI1m和ΦI2m(ΦCm、ΦI1m和ΦI2m分别为Φc、ΦI1和ΦI2的幅值),结合图2的仿真结果,可知
由式(4)可知,若选取相同的最大工作磁密,公共I型磁条的截面积只需为L1和L2的I型磁条截面积之和的6.44%即可,可见磁集成的优势是十分显著的。
另外,由于IL2m≈IL1m,由式(1)可知,在满足L1/N1=L2/N2时,存在ΦI2m≈ΦI1m。这说明,若选取相同的最大工作磁密,在进行磁集成设计时,应使L1和L2的磁芯的截面积相等。
2磁集成对LCL滤波器滤波特性的影响
2.1集成电感的等效磁路模型
在第1节的讨论中,忽略了公共I型磁条的磁阻,认为集成后的两个电感之间不存在耦合,即为解耦磁集成。但在实际应用中,公共I型磁条的磁阻不可能为零,因此L1和L2之间存在一定的耦合,与采用分立电感的LCL滤波器相比,集成后的LCL滤波器的滤波特性有所改变,下文将对此进行详细分析。
图5(a)给出了集成电感的等效磁路,其中:Rc1和Rc2分别为L1的E型磁芯侧柱和中柱的磁阻;Rc3和Rc4分别为L2的E型磁芯侧柱和中柱的磁阻;Rg1和Rg2分别为L1和L2的E型磁芯的中柱气隙磁阻;Rcc为公共I型磁条的左右两半部分的磁阻。根据磁路的对称性,可得到简化的等效磁路,如图5(b)所示。由此可求得L1对L2的耦合系数k12和L2对L1的耦合系数k21分别为