高速電機(jī)高頻用正弦波濾波器

濾波器，顧名思義，是對(duì)波進(jìn)行過濾的器件?！安ā笔且粋€(gè)非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過程，該過程通過各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，稱之為各種物理量的時(shí)間波形，或者稱之為信號(hào)。

一、諧波濾波器

由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中主要非線性負(fù)載有整流器、變頻器、逆變器等。減小諧波的主要的手段:

A)增加整流電路的脈波數(shù)，比如典型的6脈波整流，通過三繞組或多繞組變壓器形成12脈波，24脈波等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而提高諧波次數(shù)，減小諧波影響;

B)通過增加回路阻抗，比如進(jìn)線電抗器，變壓器等減小諧波電流的影響;

C)通過有源前端，比如AFE，一方面提高諧波次數(shù)，另一方面通過軟件可消除特定諧波;

D)諧波濾波器(HFL)是一種無源濾波器，主要吸收6脈波整流器的5、7次網(wǎng)側(cè)諧波電流。使用網(wǎng)側(cè)諧波濾波器需要在變頻器進(jìn)線側(cè)安裝一個(gè)相對(duì)短路壓降Uk=2%的進(jìn)線電抗器。

HFL與輸入電抗器形成諧振電路以吸收變頻器產(chǎn)生的5，7次諧波電流，防止諧波電流注入到公共電網(wǎng)，影響電網(wǎng)質(zhì)量。其諧振頻率設(shè)計(jì)為最大幅值的諧波，即5次諧波，同時(shí)吸收部分7，11，13次諧波。

二、輸入側(cè)EMI濾波器

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中一般采用的EMI濾波器，通常考慮集總參數(shù)、無源濾波器。輸入濾波器限制了由變頻器產(chǎn)生的150kHz~20MHz的高頻傳導(dǎo)干擾，確保驅(qū)動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生的干擾大部分限制在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部(干擾源)，僅很少一部分噪聲傳播到電網(wǎng)中去，從而改善整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性。

逆變器與功率器件所造成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的高頻噪聲，及很高的電壓變換率dv/dt，將在逆變器輸出端產(chǎn)生很大的高頻漏電流，這些高頻漏電流通過電機(jī)電纜和電機(jī)繞組的分布電容對(duì)地泄露。必須提供一個(gè)有效的路徑，使漏電流回到噪聲源--逆變器。若在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸入側(cè)沒有安裝EMI濾波器(沒有為高頻噪聲電流提供一個(gè)流回逆變器的低阻抗回路)，那么所有的噪聲電流將通過公共地回路流到變壓器的中性點(diǎn)，通過三相電源返回變頻器(EMI源)。這樣，有高頻噪聲電流造成的高頻噪聲電壓將會(huì)疊加到公共電源接入點(diǎn)pcc，從而影響甚至損壞連接到此公共電源系統(tǒng)的其他設(shè)備和變頻器本身。在此公共電源接入點(diǎn)的噪聲水平將達(dá)到C4的水平。

變頻器提供標(biāo)配輸入濾波器，為高頻噪聲電流提供了一個(gè)低阻抗路徑使其返回到噪聲源。這樣絕大部分的噪聲電流通過濾波器在變頻器內(nèi)部流動(dòng)，而電源中的噪聲會(huì)很小，公共接入點(diǎn)的噪聲電壓將降到C3的水平。

除標(biāo)準(zhǔn)配置輸入濾波器外，額外增加選配的輸入濾波器，那么電源的噪聲電流將進(jìn)一步減小，使公共接入點(diǎn)的噪聲電壓降低至C2水平。

三 正弦波濾波器

正弦波濾波器由串聯(lián)電抗L 和并聯(lián)電容 C 構(gòu)成

將SPWM調(diào)制波濾成近似正弦的電壓波形 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)絕緣損壞的根本原因是PWM 電壓波形在電動(dòng)機(jī)端產(chǎn)生的過沖電壓，因此很容易想到如果將變頻器輸出端的PWM 波形轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的理想波形——正弦波，就可以解決問題了

1.延長電機(jī)壽命

2.保護(hù)電機(jī)絕緣

3.減小電機(jī)軸承電流

4.增加傳輸距離

5.提高系統(tǒng)可靠性

6.應(yīng)用該濾波器后普通電機(jī)可以取代變頻電機(jī)SWF正弦波濾波器

7.對(duì)電磁干擾的抑制效果好

8.由于變頻器的輸出含有高頻諧波，增加了動(dòng)力電纜及電機(jī)的損耗;同時(shí)極高的dv/dt會(huì)引起數(shù)MHz的輻射干擾;如果電機(jī)需要長線傳輸時(shí)(電機(jī)線纜超過50米)，由于行波反射引起電機(jī)端電壓疊加，使電機(jī)絕緣破壞，甚至使電纜爆裂。

9.對(duì)于諧波電流，可以通過改變調(diào)制方式，降低諧波分量但并不能完全消除。由dv/dt引起的射頻干擾，可以加裝dv/dt濾波器，但只能對(duì)一定長度的電纜有效，并不適合任意長度的電纜。

10.能同時(shí)解決以上問題的有效方法使在變頻器輸出側(cè)加裝正弦波濾波器，將SPWM調(diào)制波濾成近似正弦的電壓波形，正弦波濾波器由高頻出相電抗器，RC回路，共模電抗器組成?？梢杂行У囊种聘哳l損耗及dv/dt射頻干擾，并使電機(jī)和變頻器的線纜延長至500米，甚至使3千米。

功能

正弦波濾波器的作用是將變頻輸出的PWM波轉(zhuǎn)換成正弦波。在電機(jī)電壓為50Hz時(shí)，使用正弦波濾波器其畸變系數(shù)約為5% (部分品牌的變頻器應(yīng)用后，畸變率會(huì)大于此數(shù)據(jù))。

其主要的功能包括兩個(gè)方面:1、調(diào)整變頻器輸出的波形。變頻器輸出的波形為PWM波，是介于方波和正弦波之間的波形，加上正弦波濾波器之后，會(huì)把PWM波改造成比較像正弦波的波形;2、實(shí)現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)距離傳輸。一般情況下，國產(chǎn)的變頻器與負(fù)載的距離，超過50米，就必須要加電抗器，如果對(duì)變頻器輸出波形有要求的話，就要加正弦波濾波器;對(duì)于進(jìn)口變頻器來講，一般情況下，距離超過100米，就要加。這個(gè)距離，指的是連線的長度。由于正弦波濾波器的價(jià)格比較高，一般情況下，如無特殊要求，加個(gè)變頻器專用濾波器就夠了。關(guān)于DV/DT濾波器，其實(shí)，就是變頻器專用濾波器，只有專業(yè)廠家生產(chǎn)的變頻器專用濾波器，才具有DV/DT抑制功能的。而DV/DT，就是指的電壓變化率，是衡量電壓突變的一個(gè)指數(shù)。

選擇及使用正弦波濾波器的注意事項(xiàng):

1.使用正弦波濾波器后，變頻器的負(fù)載能力將低于系統(tǒng)額定的數(shù)值。

2.正弦波濾波器會(huì)使經(jīng)過濾波后的電壓產(chǎn)生一定比例的壓降。在基波頻率50Hz時(shí)，壓降約為10% 。其比例與基波頻率的變化成正比。

3.濾波器在將PWM波濾波為正弦波過程中會(huì)濾除大量高次諧波成分，因此導(dǎo)致濾波器在空載時(shí)變頻器會(huì)有約占變頻器額定輸出電流5%~7.5%的空載電流(380V 50Hz條件下。此電流與基波頻率及變頻器輸出電壓成正比)。

4.使用正弦波濾波器后的可接導(dǎo)線長度參見產(chǎn)品說明書。

5.濾波器在使用時(shí)應(yīng)保證良好通風(fēng)

應(yīng)用場合

變頻傳動(dòng)系統(tǒng):提升機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)、高速電機(jī)高頻等

交流電源:風(fēng)力發(fā)電、UPS等

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