本发明公开一种电抗器的设计方法和电抗器，电抗器的设计方法首先确定需应用待设计电抗器的目标电路的基础参数，然后将所述基础参数以预设计算方式进行计算，以获得所述待设计电抗器在工频电流过零点的第一电感量以及所述待设计电抗器处于工频电流峰值的第二电感量。根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电抗器。若所述电抗器的工频过零点的电感值大于或等于所述第一电感量的值，且所述电抗器的工频峰值的电感值大于或等于所述第二电感量的值，则确定所述电抗器满足设计需求。上述方案解决采用高频磁材制成

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112800701 A (43)申请公布日 2021.05.14 (21)申请号 0.X (22)申请日 2020.12.09 (71)申请人 深圳市英威腾电气股份有限公司 地址 518000 广东省深圳市南山区桃源街 道长源社区学苑大道1001号南山智园 A7栋501 (72)发明人 蔡旗王国建黎裕文 (74)专利代理机构 深圳市世纪恒程知识产权代 理事务所 44287 代理人 晏波 (51)Int.Cl. G06F 30/30 (2020.01) H01F 27/34 (2006.01) H01F 27/42 (2006.01) 权利要求书2页 说明书14页 附图7页 (54)发明名称 电抗器的设计方法和电抗器 (57)摘要 本发明公开一种电抗器的设计方法和电抗 器，电抗器的设计方法首先确定需应用待设计电 抗器的目标电路的基础参数，然后将所述基础参 数以预设计算方式进行计算，以获得所述待设计 电抗器在工频电流过零点的第一电感量以及所 述待设计电抗器处于工频电流峰值的第二电感 量。根据所述基础参数设计一具有工频过零点的 电感值以及工频峰值的电感值的电抗器。若所述 电抗器的工频过零点的电感值大于或等于所述 第一电感量的值，且所述电抗器的工频峰值的电 感值大于或等于所述第二电感量的值，则确定所 述电抗器满足设计需求。上述方案解决采用高频 A 磁材制成电抗器时设计精度不高的技术问题。 1 0 7 0 0 8 2 1 1 N C CN 112800701 A 权利要求书 1/2 页 1.一种电抗器的设计方法，用于设计一电抗器，其特征在于，所述电抗器的设计方法包 括： 确定需应用待设计电抗器的目标电路的基础参数； 将所述基础参数以预设计算方式进行计算，以获得所述待设计电抗器在工频电流过零 点的第一电感量以及所述待设计电抗器处于工频电流峰值的第二电感量； 根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电抗器； 若所述电抗器的工频过零点的电感值大于或等于所述第一电感量的值，且所述电抗器 的工频峰值的电感值大于或等于所述第二电感量的值，则确定所述电抗器满足设计需求。 2.如权利要求1所述的电抗器的设计方法，其特征在于，所述根据所述基础参数设计一 具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电抗器的步骤之后还包括： 当所述电抗器的工频过零点的电感值小于所述第一电感量的值，和/或，所述电抗器的 工频峰值的电感值小于所述第二电感量的值，则确定所述电抗器未满足设计需求，则返回 执行设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电抗器。 3.如权利要求1所述的电抗器的设计方法，其特征在于，所述第一电感量Lmin0的计算方 式为： 设定电流最大峰峰值与输入电流峰值的比值为λ： 其中，I ＝λ×I ； pp max 其中，I 为所述目标电路的电流最大峰峰值，I 为所述目标电路的输入电流峰值，V max pp DC 为所述目标电路母线电压，f 为所述目标电路的载频。 SW 4.如权利要求1所述的电抗器的设计方法，其特征在于，所述第二电感量Lmin2的计算方 式为： 其中，V 为所述目标电路的电网线电压，I 为所述目标电路的输入电流峰值，V 为所 in PP DC 述目标电路母线电压，f 为所述目标电路的载频。 SW 5.如权利要求1‑4任一项所述的电抗器的设计方法，其特征在于，所述目标电路为LCL 电路、整流电路或逆变电路中的任意一种，所述电流最大峰峰值为电抗器纹波电流的最大 峰峰值。 6.如权利要求1所述的电抗器的设计方法，其特征在于，所述根据所述基础参数设计一 具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电抗器步骤包括： 根据所述基础参数设计一工频过零点的电感值大于或等于所述第一电感量的电抗器； 根据所述电抗器的磁性参数确定所述电抗器的工频峰值磁场强度； 根据所述工频峰值磁场强度确定磁导率衰减系数； 根据所述磁性参数、所述工频峰值磁场强度以及所述磁导率衰减系数确定工频峰值的 电感值。 7.如权利要求6所述的电抗器的设计方法，其特征在于，所述返回执行设计一具有工频 2 2 CN 112800701 A 权利要求书 2/2 页 过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电抗器的步骤包括： 改变所述电抗器的磁性参数； 根据改变磁性参数后所述电抗器的磁性参数重新确定工频过零点的电感值； 根据改变磁性参数后所述电抗器的磁性参数确定电抗器的工频峰值磁场强度； 根据所述工频峰值磁场强度确定磁导率衰减系数； 根据所述磁性参数、所述工频峰值磁场强度以及所述磁导率衰减系数确定以及工频峰 值的电感值。 8.如权利要求6所述的电抗器的设计方法，其特征在于，根据下述公式确定工频峰值磁 场强度： 其中，H为所述电抗器的工频峰值磁场强度，N为所述电抗器的匝数，I 为所述目标电路 PP 的输入电流峰值，l为所述电抗器的磁路长度，π为计算常数。 9.如权利要求6所述的电抗器的设计方法，其特征在于，根据下述公式确定工频过零点 的电感值以及工频峰值的电感值： 其中，Lmin00为工频过零点的电感值，Lmin22为工频峰值的电感值，N为所述电抗器的匝数， I 为所述目标电路的输入电流峰值，l为所述电抗器的磁路长度，π为计算常数，Z为磁导率 PP 衰减系数，Ae为电抗器的磁截面积。 10.一种电抗器，其特征在于，采用如1‑9任一项所述的电抗器的设计方法进行设计，所 述电抗器具有铁芯，所述铁芯为相对设置的两个立方体以及分别将两所述立方体连接的两 圆柱体。 3 3 CN 112800701 A 说明书 1/14 页 电抗器的设计方法和电抗器 技术领域 [0001] 本发明涉及电抗器的技术领域，特别涉及电抗器的设计方法和电抗器。 背景技术 [0002] 电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场， 所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。 [0003] 而将电抗器应用于目标电路时，当采用直流偏置明显的磁材(例如铁硅、铁硅铝) 时，由于现有电抗器的设计方法的局限性，应用于目标电路时容易出现设计精度不高问题。 发明内容 [0004] 本发明的主要目的是提出一种电抗器的设计方法，旨在解决采用高频磁材制成电 抗器时设计精度不高的技术问题。 [0005] 为实现上述目的，本发明提出一种电抗器的设计方法，用于设计一电抗器，所述电 抗器的设计方法包括： [0006] 确定需应用待设计电抗器的目标电路的基础参数； [0007] 将所述基础参数以预设计算方式进行计算，以获得所述待设计电抗器在工频电流 过零点的第一电感量以及所述待设计电抗器处于工频电流峰值的第二电感量； [0008] 根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电 抗器； [0009] 若所述电抗器的工频过零点的电感值大于或等于所述第一电感量的值，且所述电 抗器的工频峰值的电感值大于或等于所述第二电感量的值，则确定所述电抗器满足设计需 求。 [0010] 可选地，所述根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的 电感值的电抗器的步骤之后还包括： [0011] 当所述电抗器的工频过零点的电感值小于所述第一电感量的值，和/或，所述电抗 器的工频峰值的电感值小于所述第二电感量的值，则确定所述电抗器未满足设计需求，则 返回执行设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电抗器。 [0012] 可选地，所述第一电感量Lmin0的计算方式为： [0013] 设定电流最大峰峰值与输入电流峰值的比值为λ： [0014] 其中，I ＝λ×I ； pp max [0015] [0016] 其中，I 为所述目标电路的电流最大峰峰值，I 为所述目标电路的输入电流峰 max pp 值，V 为所述目标电路母线电压，f 为所述目标电路的载频。 DC SW [0017] 可选地，所述第二电感量Lmin2的计算方式为： 4 4 CN 112800701 A 说明书 2/14 页 [0018] [0019] 其中，V 为所述目标电路的电网线电压，I 为所述目标电路的输入电流峰值，V in PP DC 为所述目标电路母线电压，f 为所述目标电路的载频。 SW [0020] 可选地，所述目标电路为LCL电路、整流电路或逆变电路中的任意一种，所述电流 最大峰峰值为电抗器纹波电流的最大峰峰值。 [0021] 可选地，所述根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的 电感值的电抗器步骤包括： [0022] 根据所述基础参数设计一工频过零点的电感值大于或等于所述第一电感量的电 抗器； [0023] 根据所述电抗器的磁性参数确定所述电抗器的工频峰值磁场强度； [0024] 根据所述工频峰值磁场强度确定磁导率衰减系数； [0025] 根据所述磁性参数、所述工频峰值磁场强度以及所述磁导率衰减系数确定工频峰 值的电感值。 [0026] 可选地，所述返回执行设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的 电抗器的步骤包括： [0027] 改变所述电抗器的磁性参数； [0028] 根据改变磁性参数后所述电抗器的磁性参数重新确定工频过零点的电感值： [0029] 改变所述电抗器的磁性参数； [0030] 根据改变磁性参数后所述电抗器的磁性参数重新确定工频过零点的电感值； [0031] 根据改变磁性参数后所述电抗器的磁性参数确定电抗器的工频峰值磁场强度； [0032] 根据所述工频峰值磁场强度确定磁导率衰减系数； [0033] 根据所述磁性参数、所述工频峰值磁场强度以及所述磁导率衰减系数确定工频过 零点的电感值以及工频峰值的电感值。 [0034] 可选地，根据下述公式确定工频峰值磁场强度： [0035] [0036] 其中，H为所述电抗器的工频峰值磁场强度，N为所述电抗器的匝数，I 为所述目标 PP 电路的输入电流峰值，l为所述电抗器的磁路长度，π为计算常数。 [0037] 可选地，根据下述公式确定工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值： [0038] [0039] [0040] 其中，Lmin00为工频过零点的电感值，Lmin22为工频峰值的电感值，N为所述电抗器的 匝数，I 为所述目标电路的输入电流峰值，l为所述电抗器的磁路长度，π为计算常数，Z为磁 PP 导率衰减系数，Ae为电抗器的磁截面积。 [0041] 可选地，所述根据所述电抗器的磁性参数确定工频过零点的电感值以及工频峰值 的电感值的步骤之后还包括： 5 5 CN 112800701 A 说明书 3/14 页 [0042] 根据所述磁性参数、所述目标电路的输入电流峰值确定所述电抗器的磁损和线] 为实现上述目的，本发明还提出一种电抗器，采用如上所述的电抗器的设计方法 进行设计，所述电抗器具有铁芯，所述铁芯为相对设置的两个立方体以及分别将两所述立 方体连接的两圆柱体。 [0044] 本发明的技术方案电抗器的设计方法用于设计一电抗器，电抗器的设计方法首先 确定需应用待设计电抗器的目标电路的基础参数，随后将所述基础参数以预设计算方式进 行计算，以获得所述待设计电抗器在工频电流过零点的第一电感量以及所述待设计电抗器 处于工频电流峰值的第二电感量，然后根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感值 以及工频峰值的电感值的电抗器。若所述电抗器的工频过零点的电感值大于或等于所述第 一电感量的值，且所述电抗器的工频峰值的电感值大于或等于所述第二电感量的值，则确 定所述电抗器满足设计需求。由于在上述方案中，将目标电路的工频电流过零点的第一电 感量以及工频电流峰值的第二电感量分开计算，以此作为设计参数，重复设计电抗器并计 算出电抗器的工频过零点的电感值以及电抗器的工频峰值的电感值，将其分别与第一电感 量以及第二电感量比较，从而可以判断出电抗器是否满足目标电路的设计需求，当其满足 设计需求后，可以确定按照此种方法设计出的电抗器在满足减小工频电流峰值的纹波电流 的同时，还能减小过零点载频电感量余量，避免工频电流过零点或工频电流峰值的纹波电 流以及载频电感量余量偏大的情况。通过上述方案解决了采用高频磁材制成电抗器时设计 精度不高的技术问题，从而可以提高具有电抗器的电路的安全性。 附图说明 [0045] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图示出的结构获得其他的附图。 [0046] 图1为本发明电抗器的设计方法一实施例的流程图； [0047] 图2为本发明电抗器的设计方法一实施例的电路示意图； [0048] 图3为本发明电抗器的设计方法一实施例的时间‑工频电流曲线为本发明电抗器的设计方法一实施例的磁场强度－磁导率衰减系数曲线为本发明电抗器的设计方法一实施例的流程图； [0051] 图6为本发明电抗器的设计方法一实施例的载频磁通密度－载频铁损率示意图； [0052] 图7为本发明电抗器的设计方法一实施例的流程图； [0053] 图8为本发明电抗器的设计方法一实施例的流程图； [0054] 图9为本发明电抗器的设计方法一实施例的流程图； [0055] 图10为本发明电抗器的时间‑工频电流的曲线] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。 6 6 CN 112800701 A 说明书 4/14 页 具体实施方式 [0057] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描 述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特 征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。 [0058] 本发明提出一种电抗器的设计方法，旨在解决采用高频磁材制成电抗器时设计精 度不高的技术问题。需要说明的是，在本发明的技术方案中，直流偏置明显的磁材(例如铁 硅、铁硅铝)等同于高频磁材(例如铁硅、铁硅铝)。 [0059] 在示例性技术中，电抗器一般采用下述三种设计方法实现，在第一种设计方法中， 设计人员首先设定目标纹波电流，之后根据式1求得电抗器感量。 [0060] [0061] 其中，I 为所述目标电路的输入电流峰值，V 为所述目标电路母线电压， f pp BUS SW载频 为所述目标电路的载频。 [0062] 而在设计方法1中，存在工频电流峰值时纹波偏大的风险，原因是：通过式2可以简 单推导得知，式1求得的是工频电流在过零点瞬间时，目标纹波电流的感量需求。 [0063] [0064] 其中，V为纹波电压，L为电感量。在上述设计过程中，此刻的感量需求是全工频周 期内最大的，且随着工频电压趋于峰值，感量的需求随之线性降低，但考虑到铁硅等磁性材 质的直流偏置特性中非线性的衰减曲线，就会发现随着工频瞬态电流的升高，固定纹波电 流所需的电感量与磁材在对应的场强下所能产生的电感量是同时降低的，而降低过程中电 感量能否大于纹波电流所需的电感量完全取决于所选磁材的曲线特性。一旦磁材的曲线特 性不能满足纹波电流所需感量，纹波电流就会超过设计要求。 [0065] 在第二种设计方法中，设计考虑磁材的直流偏置特性，根据工频电流峰值得到直 偏场强后，获取所用磁材在该场强下的磁导系数。用方法1求得的感量除以磁导系数，得到 电抗器设计感量。 [0066] 第二种设计方法可以得到满足设计纹波电流需要电感量，但电感量余量很大，在 体积和成本等方面造成了不必要的浪费。 [0067] 在第三种设计方法中，针对于工频峰值电流处的纹波电流，基于式2推导出对应峰 值处的纹波电流，见式3： [0068] [0069] 其中，V 为电网线电压，I 为输入电流峰值，V 为母线电压，f 为载频。再根据 in PP BUS 载频 工频电流峰值得到对应的磁导系数，用式3求得的感量除以磁导系数，得到电抗器设计感 量。该方法虽可确保工频电流峰值处的纹波，但过零点的纹波大小则由实际选取的磁材特 性来决定。很大几率会出现过零点载频电感量余量偏大或纹波较大的情况。 7 7 CN 112800701 A 说明书 5/14 页 [0070] 由于上述三种方法最终造成的结果均为电感余量偏大或纹波偏大，往往在设计中 通过更改磁材(磁材类型不变，仅改选不同的磁导率。)的方式进行优化解决。而这也造成行 业内有了“采用铁硅类磁材，最大纹波电流出现在峰值处。”一类的说法。 [0071] 而在本申请中，所述电抗器的设计方法包括： [0072] S1、确定需应用待设计电抗器的目标电路的基础参数； [0073] 其中，基础参数根据需要用到待设计电抗器的目标电路决定，目标电路的基础参 数包括且并不仅局限于电网线电压、母线电压、额定功率、工频、载频、效率以及功率因数。 值得注意的是，若待设计的电抗器需要应用到整流电路，则目标电路为整流电路，此时的基 础参数的数值由整流电路的具体电路确定。 [0074] S2、将所述基础参数以预设计算方式进行计算，以获得所述待设计电抗器在工频 电流过零点的第一电感量以及所述待设计电抗器处于工频电流峰值的第二电感量； [0075] 其中，预设计算方式为用户订制，或者是仿真软件的依据一定的计算方式进行仿 真。此时，待设计电抗器在工频电流过零点的第一电感量实际是目标电路中待设计电抗器 (需要设计的电抗器)在工频电流过零点的最小电感量，待设计电抗器处于工频电流峰值的 第二电感量实际是标电路中待设计电抗器(需要设计的电抗器)在工频电流峰值的最小电 感量。通过预设计算方式对工频电流过零点的最小电感量以及工频电流峰值的最小电感量 进行限制，可以对纹波电流的最大峰峰值与输入电流峰值的比值限定在某一比值下。 [0076] S3、根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的 电抗器； [0077] 其中，由于基础参数为电路参数，因此，不能直接得到电抗器，因此，需要在参考基 础参数的情况下预先设计一电抗器。此过程可以由计算器匹配数值实现。如建立不同电抗 器的参数库，在知晓基础参数即匹配一合适的参数的电抗器。此时可以依据磁材匹配‑线圈 匝数匹配等设计过程，确定相关磁性参数后就可以直接计算获得电抗器在工频过零点的电 感值以及工频峰值的电感值。 [0078] S4、若所述电抗器的工频过零点的电感值大于或等于所述第一电感量的值，且所 述电抗器的工频峰值的电感值大于或等于所述第二电感量的值，则确定所述电抗器满足设 计需求。 [0079] 由于在上述方案中，将目标电路的工频电流过零点的第一电感量以及工频电流峰 值的第二电感量分开计算，以此作为设计参数，重复设计电抗器并计算出电抗器的工频过 零点的电感值以及电抗器的工频峰值的电感值，将其分别与第一电感量以及第二电感量比 较，从而可以判断出电抗器是否满足目标电路的设计需求，当其满足设计需求后，可以确定 按照此种方法设计出的电抗器也即在满足减小工频电流峰值的纹波电流的同时，还能减小 过零点载频电感量余量，避免工频电流过零点或工频电流峰值的纹波电流以及载频电感量 余量偏大的情况。从而解决采用高频磁材制成电抗器时设计精度不高的技术问题，进一步 提高具有电抗器的电路的安全性。 [0080] 以下为将示例性技术中三种方法的优缺点与本发明设计方法进行对比的表1： [0081] 8 8 CN 112800701 A 说明书 6/14 页 [0082] [0083] 表1 [0084] 由上表可知，本发明设计方法不仅仅使得纹波在过零点以及峰值的电感量均控制 在一定范围，不会出现偏大的情况，还能减小体积、降低成本、降低电抗器的损耗，还能使得 工频周期内各点纹波相对均衡。 [0085] 以下以LCL电路为例说明本申请的理论依据，其中，电抗器的磁材采用铁硅作为电 抗器铁芯，通过分析电抗器在各个工作点的详细工况，以计算的方式获取各工作点所需的 电感最小值，并将铁硅磁材的磁导率直流偏置曲线分别与各个工况的感量需求进行对比， 由此设计出同时满足电抗器各工况的最为经济、合理的铁硅电抗器。其中，LCL电路的电路 图参考图2实现，在其中的电抗器L1的时间‑工频电流曲线，包含图3所示的a、e、i三点。 [0088] 根据调制原理，在工频电流相位与交流电压相位基本一致的情况下，滤波电感L1 承受压差最大 因此纹波电流最大。此时，电抗器的铁硅磁芯承受的直流偏置电流 为0A。其中，V 为母线] 工频电流瞬态值为I 或‑I ，包含图3所示的c、g两点。 max max [0091] 特点A：根据调制原理，在工频电流相位与交流电压相位基本一致的情况下，滤波 电感L1承受压差最小 纹波电流最小。其中，V 为母线] 特点B：电抗器的铁硅磁芯得到的直流偏置电流为最大值I 。 max [0093] 3、工频电流过零点与峰值之间 9 9 CN 112800701 A 说明书 7/14 页 [0094] 工频电流瞬态值为sin(ω ×t) ×I 或‑sin(ω×t) ×I ，包含图3所示的b、d、  max max f、h两点。 [0095] 根据式4，载频纹波电流随瞬态输入电压V线] 电抗器的铁硅磁芯得到的直流偏置电流跟随瞬态输入电压呈现正弦规律变化。 [0098] 根据如图4以及图10所示的铁硅磁材直流偏置曲线特性，随着磁场强度线性增加， 磁导率先后经历低变化率拐点1高变化率拐点2低变化率，因此只要工频最大电流I max 对应的磁场强度小于拐点2，则工频电流过零点与峰值之间任意一点的实际有效感量都会 大于工频电流过零点与峰值点对应感量的线] 所以，只需要工频电流过零点的电感量和工频电流峰值的电感量 L工频峰值点满足纹 波要求，二者之间区域的感量均能满足对应时刻的纹波电流需求。其中，H 为b点工频电流 b点 对应的磁场强度，H拐点2为拐点2工频电流对应的磁场强度，H最大值为工频电流峰值时工频电流 对应的磁场强度。L 为工频电流b点的电感量。 b点 [0101] 图4中存在一公式， [0102] 其中，a、d、c、d可以采用如表4或图4中所例举的数值实现，H为磁场强度。 [0103] μ a b c d 26 98.2839 474.1071 2.0630 1.2678 40 98.8454 252.2772 1.9015 0.8192 60 94.1753 146.0936 2.1489 4.8885 75 99.2911 106.2414 1.7476 1.5656 90 99.6613 85.3248 1.7475 1.3639 [0104] 表4 [0105] 图4所示虚线用于配合理解最大磁场强度小于拐点2时，磁导率衰减系数(Y轴)永 远大于工频电流过零点与最大场强之间的直线，为维持电流纹波不变，电感量L 随电感承压的变化趋势)，图4的x坐标虽为对数轴，但已可明确此关系。图4以市场常见的 NPF系列铁硅磁材为例进行说明，可知由于磁材曲线左侧区域的磁导率必定大 于等于0直偏场强(工频电流过零点)与最大场强(工频电流峰值点)之间的直线] 在一实施例中，如图8所示，所述根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感 值以及工频峰值的电感值的电抗器的步骤之后还包括： [0107] S6、若所述电抗器的工频过零点的电感值小于所述第一电感量的值，和/ 或，所述 电抗器的工频峰值的电感值小于所述第二电感量的值，则确定所述电抗器未满足设计需 求，则返回执行设计一具有工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值的电抗器。 [0108] 在上述实施例中，若电抗器的工频过零点的电感值小于所述第一电感量的值以及 电抗器的工频峰值的电感值小于所述第二电感量的值，这两个条件需要同时或任意一者满 10 10 CN 112800701 A 说明书 8/14 页 足，若其中任意一组的前一组的电感值大于或等于后一组的电感值，如电抗器的工频峰值 的电感值小于所述第二电感量的值，则表明设计的电抗器的工频峰值的电感量超出设计要 求，如电抗器的工频过零点的电感值小于所述第一电感量的值，则表明设计的电抗器的工 频过零点的电感量超出设计要求，上述情况都需要重新设计电抗器。 [0109] 可选地，所述目标电路为LCL电路、整流电路或逆变电路中的任意一种，所述电流 最大峰峰值为电抗器纹波电流的最大峰峰值。 [0110] 在一实施例中，所述第一电感量Lmin0的计算方式为： [0111] 设定电流最大峰峰值与输入电流峰值的比值为λ： [0112] 其中，I ＝λ×I ； pp max [0113] [0114] 其中，I 为所述目标电路的电流最大峰峰值，I 为所述目标电路的输入电流峰 max pp 值，V 为所述目标电路母线电压，f 为所述目标电路的载频。 DC SW [0115] 在本发明案中，以目标电路为LCL电路说明第一电感量的取值过程，目标电路的基 础参数如表2所示： [0116] [0117] 表2 [0118] 基于上述参数，此时输入电流有效值I ： IN [0119] [0120] 输入电流峰值I ： IN_PEAK [0121] [0122] 此时，依据第一电感量的计算方法，设整流侧电抗器的电流最大峰峰值与输入电 流峰值的比值为λ ＝23％： n [0123] 则整流侧电抗器的电流最大峰峰值I 为： L1_rip_pp [0124] I ＝λ×I ＝23.399A L1_rip_pp n IN_PEAK [0125] 由此得出，整流侧电抗器L1纹波电流的最大有效值I 为： L1_pp [0126] [0127] 此时根据电抗器磁材的不同存在2套公式： [0128] 公式A：在工频电流过零点处，该电抗器的感量为： [0129] [0130] 在一实施例中，所述第二电感量Lmin2的计算方式为： 11 11 CN 112800701 A 说明书 9/14 页 [0131] [0132] 其中，V 为所述目标电路的电网线电压，I 为所述目标电路的输入电流峰值，V in PP DC 为所述目标电路母线电压，f 为所述目标电路的载频。 SW [0133] 其中，第二电感量为工频电流峰值的最小电感量，也即电抗器在最大偏置电流作 用下的电感量为： [0134] [0135] 根据第一电感量的计算公式和第二电感量的计算公式，确定整流侧电抗器感量： [0136] L ＝0.5mH 1(过零点) [0137] L ＝0.16mH。 1(峰值) [0138] 在一实施例中，如图9所示，所述根据所述基础参数设计一具有工频过零点的电感 值以及工频峰值的电感值的电抗器步骤包括： [0139] S31、根据所述基础参数设计一工频过零点的电感值大于或等于所述第一电感量 的电抗器； [0140] 此时设计电抗器选择其磁材以及参数时，以满足工频过零点的电感值大于或等于 所述第一电感量为要求，当匹配的电抗器的磁性参数满足第一电感量的要求时，则表明此 时的电抗器符合初步设计需求。 [0141] S32、根据所述电抗器的磁性参数确定所述电抗器的工频峰值磁场强度； [0142] [0143] 其中，H为所述电抗器的工频峰值磁场强度，N为所述电抗器的匝数，I 为所述目标 PP 电路的输入电流峰值，l为所述电抗器的磁路长度，π为计算常数。 [0144] S33、根据所述工频峰值磁场强度确定磁导率衰减系数； [0145] 以上过程可通过如图4所示的磁场强度‑磁导率衰减系数曲线、根据所述磁性参数、所述工频峰值磁场强度以及所述磁导率衰减系数确定工 频峰值的电感值。 [0147] 可选地，根据下述公式确定工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值： [0148] [0149] [0150] 其中，Lmin 为工频过零点的电感值，Lmin 为工频峰值的电感值，N为所述电抗器 00 22 的匝数，I 为所述目标电路的输入电流峰值，l为所述电抗器的磁路长度，π为计算常数，Z为 PP 磁导率衰减系数，Ae为电抗器的磁截面积。 [0151] 基于上述实施例，得到 12 12 CN 112800701 A 说明书 10/14 页 [0152] [0153] 设计的电抗器需要同时满足式12和式13，并以此设计铁芯的各项参数。此种设计 能让铁硅磁芯的电抗器适合于更高载频应用的同时，也进一步深化了电抗器的高频化和小 型化。 [0154] 在一实施例中，如图7所示，所述返回执行设计一具有工频过零点的电感值以及工 频峰值的电感值的电抗器的步骤包括： [0155] S61、改变所述电抗器的磁性参数； [0156] 此时改变是基于已设计的电抗器的磁性参数满足第一电感量的需求时，但是不满 足第二电感量的需求时，重新进行的设计过程，此时，通过修改电抗器匝数、磁芯等实现，值 得注意的是，改变相关参数后，电抗器可能不满足第一电感量的需求也不满足第二电感量 的需求。其变化趋势并不固定。 [0157] S62、根据改变磁性参数后所述电抗器的磁性参数重新确定工频过零点的电感值； [0158] [0159] 其中，Lmin 为工频过零点的电感值，N为所述电抗器的匝数，l为所述电抗器的磁 00 路长度，π为计算常数，Z为磁导率衰减系数，Ae为电抗器的磁截面积。μ为电抗器的磁导率。 [0160] S63、根据改变磁性参数后所述电抗器的磁性参数确定电抗器的工频峰值磁场强 度； [0161] 可选地，根据下述公式确定工频峰值磁场强度： [0162] [0163] 其中，H为所述电抗器的工频峰值磁场强度，N为所述电抗器的匝数，I 为所述目标 PP 电路的输入电流峰值，l为所述电抗器的磁路长度，π为计算常数。 [0164] S64、根据所述工频峰值磁场强度确定磁导率衰减系数； [0165] 以上过程可通过如图4所示的磁场强度‑磁导率衰减系数曲线、根据所述磁性参数、所述工频峰值磁场强度以及所述磁导率衰减系数Z确定 工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值。 [0167] 可选地，根据下述公式确定工频过零点的电感值以及工频峰值的电感值： [0168] [0169] [0170] 其中，Lmin 为工频过零点的电感值，Lmin 为工频峰值的电感值，N为所述电抗器 00 22 的匝数，l 为所述目标电路的输入电流峰值，l为所述电抗器的磁路长度，π为计算常数，Z为 PP 磁导率衰减系数，Ae为电抗器的磁截面积。 [0171] 基于上述实施例，得到 13 13 CN 112800701 A 说明书 11/14 页 [0172] [0173] 设计的电抗器需要同时满足式12和式13，并以此设计铁芯的各项参数。此种设计 能让铁硅磁芯的电抗器适合于更高载频应用的同时，也进一步深化了电抗器的高频化和小 型化。 [0174] 以下以如表3中所示的电抗器的电磁参数和结构为例说明如何进行电抗器的设 计： [0175] [0176] 表3 [0177] 其中，磁柱截面积： [0178] [0179] 顶板磁砖截面积： [0180] Sa ＝h ×W ＝6.665cm2 2 .bp .bp [0181] 选取二者中较小值作为磁芯有效截面积： [0182] Ae ＝6.158cm2 1 [0183] 设磁柱间隙： [0184] C ＝22mm bp [0185] 磁路长度： [0186] LD ＝2×(he +W +le +C )＝23.1cm 1 .bp .bp .bp bp [0187] 静态磁导率： [0188] 14 14 CN 112800701 A 说明书 12/14 页 [0189] 注：非标准单位。L1单位：nH；LD1单位：cm；N1单位：匝；Ae1单位： [0190] cm2；μ无单位。 [0191] [0192] 注：非标准单位。N1单位：匝；IIN_PEAK单位：A；LD1单位：cm； H1单位：Oe。 [0193] 根据图4的直流偏置曲线，查得上述磁场强度下的磁导系数： [0194] Kμ ＝30％ 1 [0195] 验证峰值电流对应的目标感量： [0196] L ＝L ＝Kμ×L ＝159.5μH min00 1(102A) 1 1(0A) [0197] 由于此电抗器的工频过零点的电感值L L 大于LCL电路的第一电感量且及 1(0A) min00 工频峰值的电感值L1(102A)大于LCL电路的第二电感量，则此电抗器满足设计要求。 [0198] 磁感应强度： [0199] B ＝Kμ×μ×μ×H ＝0.456T。 1 1 0 1 1 [0200] 在一实施例中，如图5所示，所述根据所述电抗器的磁性参数确定工频过零点的电 感值以及工频峰值的电感值的步骤之后还包括： [0201] S5、根据所述磁性参数、所述目标电路的输入电流峰值确定所述电抗器的磁损和 线] 工频磁通密度： [0203] [0204] 载频磁通密度： [0205] [0206] 其 中 ，磁 损 如 图 6 所 示 ，根 据 上 图 6 和 图 6 中 所 列 公 式  求出工频和载频铁损率： [0207] [0208] 其中，f为电流频率，单位为kHZ，B 为载频磁通密度，单位为Kgauss， P 为载频铁 m CV 损率，单位为mW/cm3 [0209] 2.1605 2 P ＝10.1687×B ×f +0.0245×(B ×f ) ＝13.652 工频铁硅损耗 工频1 n 工频1 n [0210] 2.1605 2 P ＝10.1687×B ×f +0.0245×(B ×f ) ＝26.198 载频铁硅损耗 载频1 SW 载频1 SW [0211] 铁损率总和: [0212] 铁芯体积:V ＝2×(L ×h ×W +Sa ×he )＝168.215cm3 铁硅1 .bp .bp .bp 1 .bp [0213] 铁损： [0214] P ＝P ×V ＝6.703W 单相铁硅1 总1 铁硅1 [0215] P ＝3×P ＝20.109W 三相铁硅1 单相铁硅1 15 15 CN 112800701 A 说明书 13/14 页 [0216] 电流密度: [0217] 绕组线] L ＝π×(W +le ) ×N ＝6.377m 铜线] 工频集肤深度： [0220] 载频集肤深度： [0221] 工频有效截面积：S整流侧工频＝W ×H ＝9.1mm2 Cu Cu [0222] 载频有效截面积：S ＝W ×H ＝9.1mm2 整流侧载频 Cu Cu [0223] 工频有效阻抗： [0224] 载频有效阻抗： [0225] [0226] 工频有效损耗： [0227] P ＝3×I 2 ×R ＝190.409W 整流侧工频铜损 IN 整流侧工频 [0228] 载频有效损耗： [0229] P ＝3×I 2 ×R ＝1.679W 整流侧载频铜损 L1_rip_pp 整流侧载频 [0230] 整流侧电抗器线] P ＝(P +P )＝192.088W 整流侧铜损 整流侧工频铜损 整流侧载频铜损 [0232] 整流侧电抗器损耗总计 [0233] P ＝P +P ＝212.197W 整流侧电抗器 三相铁硅1 整流侧铜损 [0234] 相同电气规格下采用示例性技术中的三种方法评估结果： [0235] 若采用第一种方法： [0236] 仅依靠静态感量需大于0.427mH的条件，而不考虑峰值电流造成的直流偏置影响， 必然会造成磁芯选型的偏差，进而使峰值电流处的磁导率衰减严重，峰值处的纹波电流较 高。 [0237] 若采用第二种方法： [0238] 会导致过零点和峰值处的电感量过大，加大了电抗器的体积和成本。 [0239] 若采用第三种方法： [0240] 仅依靠峰值感量需大于0.16mH的条件，同样会造成磁芯选型的偏差，进而使过零 点的纹波电流较高或电感余量过大。 [0241] 本发明还提出一种电抗器，采用如上所述的电抗器的设计方法进行设计，参考表 3，所述电抗器具有铁芯，所述铁芯为相对设置的两个立方体以及分别将两所述立方体连接 的两圆柱体。 [0242] 值得注意的是，因为本发明电抗器包含了上述电抗器的设计方法的全部实施例， 16 16 CN 112800701 A 说明书 14/14 页 因此本发明电抗器具有上述电抗器的设计方法的所有有益效果，此处不再赘述。 [0243] 以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明 的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其 他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。 17 17 CN 112800701 A 说明书附图 1/7 页 图1 图2 18 18 CN 112800701 A 说明书附图 2/7 页 图3 图4 19 19 CN 112800701 A 说明书附图 3/7 页 图5 20 20 CN 112800701 A 说明书附图 4/7 页 图6 21 21 CN 112800701 A 说明书附图 5/7 页 图7 22 22 CN 112800701 A 说明书附图 6/7 页 图8 23 23 CN 112800701 A 说明书附图 7/7 页 图9 图10 24 24

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