正弦波濾波器的原理及應(yīng)用，LC濾波器與LCL濾波器的區(qū)別？
科普小貼士：LC濾波器（正弦波濾波器）與LCL濾波器的區(qū)別
LC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。
LCL濾波器：是指濾波器的一種結(jié)構(gòu)形式，頭部是一組電感在串聯(lián)，中間部分是并聯(lián)的安規(guī)電容，尾部又串聯(lián)了一組電感上去。
通常電流源的逆變器會(huì)使用LCL濾波器，電壓源的逆變器會(huì)使用LC濾波器。原因是電流源逆變器一般都是與電網(wǎng)相連接，如果使用LC濾波器就會(huì)為電網(wǎng)注入開關(guān)次諧波，當(dāng)然這是在電網(wǎng)很強(qiáng)的情況下，如果電網(wǎng)就弱，即系統(tǒng)阻抗較大，其實(shí)使用LC濾波器也是沒有問題的。
但LCL濾波器存在挺煩人的問題，首先LCL存在兩個(gè)諧振點(diǎn)，控制參數(shù)沒有設(shè)計(jì)好會(huì)發(fā)生諧振，其次如果系統(tǒng)較弱，背景諧波電壓會(huì)通過(guò)系統(tǒng)阻抗與LCL濾波器的C發(fā)生諧振，所以一般都會(huì)在C上串一個(gè)電阻，如果不串電阻要檢測(cè)C上電流，做反饋，也就是虛擬阻抗的方法。
那么電壓源逆變器為什么只使用LC呢，因?yàn)殡妷涸茨孀兤饕话悴慌c電網(wǎng)連接，直接為負(fù)荷供電，比如UPS，這時(shí)只要電壓紋波系數(shù)小于一定值就可以了，即負(fù)荷能承受了，這樣就可以省去一組L。如果電壓源逆變器非要使用LCL也是沒有問題的。
變頻器使用過(guò)程中受輸出PWM電壓波形、IGBT特性及電纜長(zhǎng)度等相關(guān)因素的影響，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣會(huì)造成一定程度的損傷，使用正弦波濾波器可以有效地解決這一問題。本文詳細(xì)介紹了正弦波濾波器的工作原理并給出了應(yīng)用案例。
作為三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案，變頻器除了具有卓越的調(diào)速性能之外，還能有效地節(jié)能降損，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備。
變頻器帶來(lái)種種利益的同時(shí)也產(chǎn)生了很多問題，其中明顯的就是損傷所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，包括電動(dòng)機(jī)絕緣的頻繁擊穿和損害電動(dòng)機(jī)軸承，這些都是由變頻器工作過(guò)程中需要將直流電壓轉(zhuǎn)變成PWM 電壓導(dǎo)致的。本文將針對(duì)這些問題作出詳細(xì)分析并給出有效解決方案。
變頻器損傷電動(dòng)機(jī)絕緣的原因變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣的損傷主要是由于變頻器在電動(dòng)機(jī)端產(chǎn)生過(guò)高的電壓所致。變頻器輸出的驅(qū)動(dòng)電壓波形為 PWM 電壓波形，該波形經(jīng)過(guò)電纜傳輸后容易產(chǎn)生過(guò)沖電壓，通常電纜越長(zhǎng)產(chǎn)生的過(guò)沖電壓越大，電纜足夠長(zhǎng)時(shí)過(guò)沖電壓甚至達(dá)到輸出PWM電壓的2倍以上，過(guò)沖電壓加在電動(dòng)機(jī)的定子線圈上，對(duì)線圈造成電壓沖擊，頻繁的過(guò)電壓沖擊會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣產(chǎn)生不良影響甚至?xí)p壞電動(dòng)機(jī)繞組絕緣。除此之外，變頻器輸出PWM脈沖上升沿時(shí)間長(zhǎng)短、載波頻率高低均會(huì)對(duì)過(guò)沖電壓產(chǎn)生影響，從而影響電動(dòng)機(jī)絕緣的壽命。
正弦波濾波器原理及設(shè)計(jì)
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(guò)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。正弦波濾波器的作用就是將PWM波形轉(zhuǎn)變成正弦波，電纜上傳輸?shù)氖钦也?，和傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)工作方式一樣，無(wú)論電纜多長(zhǎng)，都不會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖電壓。
1、正弦波濾波器原理
如圖1所示正弦波濾波器由串聯(lián)電抗L和并聯(lián)電容C構(gòu)成。
假設(shè)變頻器輸出電壓為U1，經(jīng)過(guò)
LC正弦波濾波器后變?yōu)閁0，則A=U0/U1=1/[1+(2ππ）2LC]
因此截止頻率f=1/（2πLC）。
如果變頻器的載波頻率為fc，則輸出的PWM波形中除了基波外，還含有豐富的諧波，頻率為fc的整數(shù)倍（主要是fc、2fc及3f）。選取適當(dāng)?shù)慕刂诡l率，就可以將輸出PWM波形中的大部分諧波濾除，是的U0近似為正弦波。圖2為在平臺(tái)下的仿真波形。
2、正弦波濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)
正弦波濾波器的電抗和電容必須和電動(dòng)機(jī)的容量精確匹配，否則達(dá)不到預(yù)期的效果。對(duì)于濾波電抗，增大電抗值可以降低輸出電壓的畸變率，但是當(dāng)帶載情況不變時(shí)增大電抗值無(wú)益會(huì)降低輸出電壓，甚至?xí)霈F(xiàn)拖不動(dòng)電動(dòng)機(jī)的情況。增大電容值同樣可以提高輸出電壓質(zhì)量，但是輸出電壓也會(huì)有所降低，并且成本也會(huì)相應(yīng)增加。因此必須尋求平衡點(diǎn)，既能滿足濾波要求又能降低成本。
以額定功率315kW、功率因數(shù)0.8的電動(dòng)機(jī)為例，額定工作情況下電流為：
為保證濾波器電抗正常工作，通常留10%左右的電流余量。為保障電動(dòng)機(jī)工作，額定工作條件下壓降不應(yīng)太大，去10%。電容值的選擇與電抗值和變頻器的載波頻率相關(guān)。
薩頓斯專業(yè)致力于濾波器、電抗器、變壓器的研發(fā)及制造，并提供諧波治理、無(wú)功補(bǔ)償、電磁干擾等電能質(zhì)量一體化解決方案。免費(fèi)提供電磁兼容設(shè)計(jì)整改技術(shù)咨詢，主營(yíng)各種型號(hào)電源端口和抗干擾抑制的濾波防護(hù)組件。薩頓斯也是2018年十大
濾波器廠家之一，十分注重技術(shù)開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，在用戶中一直享有較高聲譽(yù)。
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