陀螺仪中频逆变电源滤波器参数研究与设计

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1、学兔兔www.xuetutu.comI匐似陀螺仪中频逆变电源滤波器参数研究及设计Researchanddesignoffilterparameterofmediumfrequencygyroscopepowerinverter林望各’，王俊雄，黄浩LINJun—ae。，WANGJun—xiong。，HUANGHao(1．上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200030；2．海军九。二工厂，上海200083)摘要：500Hz中频逆变电源是某舰船陀螺仪必不可少的供电设备，要求电压、频率稳定，输出正弦波质量高。SHEPWM逆变器具有输出不含低阶

2、谐波的特点，为使逆变器能有较好的正弦输出波形，采用了二阶LCI'~通滤波器。研究表明，滤波器参数的变化将对逆变器的输出性能产生较大的影响，不合适的滤波电容参数选取会导致逆变器电流负担加重，而不合适的滤波电感参数选取会导致滤波器输出电压增益的剧烈变化。同时还提出了一种滤波器的设计与参数计算方法，并运用MATLAB／simu¨nk对加滤波器后输出电压进行了仿真分析。仿真结果表明，该方法可以达到逆变器谐波含量的设计要求。关键词：逆变器；特定谐波消除；LC滤波器中国分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1009-0134(2013)12(上)一0

3、139-04Doi：10．3969／j．issn．1009-0134．2013．12(上)．390引言陀螺仪是通过敏感地球自转的水平分量来测也不相同，因此现有的LC滤波器设计方法不再适定仪器架设点真北方位的精密仪器，已被广泛地用。本文中分析了滤波器的传递函数及对逆变器应用于各类大、中、小型舰艇、远洋运输船、渔输出性能的影响，然后提出了一种滤波器的设计船、海洋工程船和科考船，是惯性导航系统中不方法。仿真结果表明，本方法设计的滤波器可以可缺少的重要组成部分。陀螺供电电源一般为中达到逆变器谐波含量的设计要求。频(本文中研究的为500Hz)的单相或者

4、三相交流1逆变器的SHEPWM技术电源。为了提高陀螺仪的测量精度，对陀螺电源特定谐波消除PVVtV[(SHEPWM)的基本原理是电压、频率稳定度，输出正弦波质量均提出了较根据事先计算好的开关角，各功率器件的开关时高的要求。谐波的存在容易产生有害力矩，对负间使逆变器输出电压达到所期望的波形。图1为逆载和逆变器本身都会造成剧烈的不稳定影响。为变器的SHEPWM输出电压波形，每1／4周期的开关此，必须减小输出谐波，获得高质量的正弦波。次数为N，输出电压可以用傅里叶级数表示为p]：特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术具有三(f)=Iasin(nw

5、t)+cos(not)l(1)能消除特定的低次谐波，降低逆变器开关频率，减少电流脉动，输出波质量高等优点u0】。为了获得理想的正弦波输出，逆变器的输出侧需要接入滤波器。由于SHEPWM技术的特点，简单的二阶LC低通滤波器就能满足要求。关于逆变器及其滤波器的分析与设计，已有较多文献进行了深入的研究。文献[3～6】从系统功率因数、逆变器无功容量、负载的变化等方面对其进行了分析。文图1逆变器的SHEPWM输出电压波形献[7～8】贝Ⅱ从滤波器截止频率与逆变电路输出波形中的最低次谐波次数的关系进行了研究。由于输出电压波形U。(t)既是奇函数，又是奇谐S

6、HEPWM逆变器与普通PWM逆变器所具有的谐函数，n1]U。(t)在[0，Ⅱ】区间以／2为轴对称，在波频谱分布不同，其滤波参数及其对输出的影响[0，2“]区间以为点对称。因此使其傅里叶分解收稿日期：2013-09-10作者简介：林塑各(1989一)，女，广西人，硕士研究生，研究方向为动力装置及自动化。第35卷第12期2013—12(上)[139]学兔兔www.xuetutu.comlII5化式中的直流分量、余弦分量和偶次正弦分量系数为零，其傅里叶分解系数可简化如下：：O，”=1，2，3．Ⅱ：【l+2∑(～1)cos(na)】，n：1，3，5，

7、⋯(2)a：0，n=2，4⋯6．．式中，a为在【O，n／2]区间内N个开关角中的第k个开关角，n为基波和各次谐波的次数。图2带感性负载的滤波器N个开关角度Q。，Q，⋯，Q构成N个相互其中：独立的方程。通过求解这N个角度，可以控制基波=电压幅值，同时选择消除N一1个特定的谐波分量，通常选择消除低次谐波分量。因此逆变器的输出ZN=Izf(cos+sin)(6)电压中所含有的最低次谐波频率为2N+1次。设P=IZcf／IZⅣI，定义系数P为滤波电容阻抗系2滤波参数对逆变器性能的影响数，则有：2。1LC滤波器的传递函数分析Zc=一=一IZⅣI(7)滤

8、波器的作用是滤除高次谐波分量，是输出将式(6)、(7)代入式(5)得：电压接近正弦波。因此滤波器的设计目标是：1)(8)_lZⅣIl输出电压的谐波含量小；2)滤波参