正弦波滤波器的原理及应用.pdf

《正弦波滤波器的原理及应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、产品与技术电气传动PRODUCT&TECHNOLOGY「滤波器」正弦波滤波器的原理及应用文/江苏斯菲尔电气股份有限公司王东平变频器使用过程中受输出PWM电压波形、IGBT特性及电缆长度等相关因素的影响，对电动机绝缘会造成一定程度的损伤，使用正弦波滤波器可以有效地解决这一问题。本文详细介绍了正弦波滤波器的工作原理并给出了应用案例。作为三相异步电动机的调速方案，变频器除了电缆上传输的是正弦波，和传统的电动机工作方式具有卓越的调速性能之外，还能有效地节能降损，一样，无论电缆多长，都不会产生过冲电压。提高生产率和产品质量，已经成为现代工业生产中1

2、.正弦波滤波器原理不可或缺的设备。如图1所示正弦波滤波器由串联电抗L和并联变频器带来种种利益的同时也产生了很多问电容C构成。题，其中最明显的就是损伤所驱动的电动机，包括电动机绝缘的频繁击穿和损害电动机轴承，这些都L变电是由变频器工作过程中需要将直流电压转变成频UiCU0M动器机PWM电压导致的。本文将针对这些问题作出详细分析并给出有效解决方案。图1正弦波滤波器结构变频器损伤电动机绝缘的原因假设变频器输出电压为U，经过正弦波滤波器i变频器对电动机绝缘的损伤主要是由于变频器后变为U，则A＝U/U＝1/［1＋（2πf）2LC］，00i在电动机端

3、产生过高的电压所致。变频器输出的驱因此截止频率f＝1/（2πLC）。动电压波形为PWM电压波形，该波形经过电缆传如果变频器的载波频率为f，则输出的PWM波C输后容易产生过冲电压，通常电缆越长产生的过冲形中除了基波外，还含有丰富的谐波，频率为f的C电压越大，电缆足够长时过冲电压甚至达到输出整数倍（主要是f、2f及3f）。选取适当的截止频CCCPWM电压的2倍以上，过冲电压加在电动机的定子率，就可以将输出PWM波形中的大部分谐波滤除，线圈上，对线圈造成电压冲击，频繁的过电压冲击使得U近似为正弦波。图2为在Matlab/SimPower0会对电

4、动机绕组的绝缘产生不良影响甚至会损坏电Systems平台下的仿真波形。动机绕组绝缘。2.正弦波滤波器参数设计除此之外，变频器输出PWM脉冲上升沿时间正弦波滤波器的电抗和电容必须和电动机的容长短、载波频率高低均会对过冲电压产生影响，从量精确匹配，否则达不到预期的效果。对于滤波电而影响电动机绝缘的寿命。抗，增大电抗值可以降低输出电压的畸变率，但是当带载情况不变时增大电抗值无疑会降低输出电压，正弦波滤波器原理及设计甚至会出现拖不动电动机的情况。增大电容值同样导致电动机绝缘损坏的根本原因是PWM电压可以提高输出电压质量，但是输出电压也会有所降波形

5、在电动机端产生的过冲电压，因此很容易想到低，并且成本也会相应增加。因此必须寻求平衡点，如果将变频器输出端的PWM波形转变成驱动电动既能满足滤波要求又能降低成本。机的理想波形——正弦波，就可以解决问题了。正以额定功率315kW、功率因数0.8的电动机为弦波滤波器的作用就是将PWM波形转变成正弦波，例，额定工作情况下电流为：78

6、电气时代·2011年第9期电气传动产品与技术PRODUCT&TECHNOLOGY为保证滤波器电抗正常工作，通常留10%左右的电流裕量，即电抗器的电流为I＝568×（1＋10%）A＝624.8A，取630A。为保障电动

7、机工作，额定工作条件下电抗上压降不应太大，取10%，则感抗值为X＝U×10%/I＝220×10%/630＝0.0349，L电抗值为L＝X/w＝0.0349/2π×50mH＝L0.111mH。电容值的选择与电抗值和变频器的载波频率相关。载波频率为f时，通常选择截止频率（0.2～C0.4）f，由公式便可以计算出相应的电容值。C不同的截止频率起到的滤波效果有很大的不同。表给出了功率315kW、功率因数0.8的电动机满载工作条件下的滤波情况，其中变频器的载波频率4kHz，载波与信号波幅值比为1.1∶1，信号波频率50Hz，变频器输出PWM波形基波

8、有效值378V，滤波电抗值取0.111mH。由表很明显可以看出，截止频率越小输出正弦波电压畸变率越小，但是输出电压也会随之减小，可能会影响电动机正常工作，而且增大电容也会增加正弦波滤波器的成本，最重要的电容过大对空载或轻载电流影响较大。考虑到P315000一般工业上要求输出电压畸变率小于5%即可，因此0I＝＝A＝568A03Ucosφ3×400×0.8截止频率一般选择0.3f左右。0C表不同截止频率下的滤波情况截止频率及输入电压电抗电流电抗压降电动机电流输出电压电压畸变THD（%）相应电容值/V/A/V/A/V输入输出f＝2.5kHz，C

9、＝34.719μF469.4556.521355521665.2032.62f＝2kHz，C＝54.248μF469.4555187.5555.220865.2416.72f＝1.5kHz，C