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高速电机高频用正弦波滤波器

滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程，该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。

一、谐波滤波器

由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。在驱动系统中主要非线性负载有整流器、变频器、逆变器等。减小谐波的主要的手段:

A)增加整流电路的脉波数，比如典型的6脉波整流，通过三绕组或多绕组变压器形成12脉波，24脉波等拓扑结构，从而提高谐波次数，减小谐波影响;

B)通过增加回路阻抗，比如进线电抗器，变压器等减小谐波电流的影响;

C)通过有源前端，比如AFE，一方面提高谐波次数，另一方面通过软件可消除特定谐波;

D)谐波滤波器(HFL)是一种无源滤波器，主要吸收6脉波整流器的5、7次网侧谐波电流。使用网侧谐波滤波器需要在变频器进线侧安装一个相对短路压降Uk=2%的进线电抗器。

HFL与输入电抗器形成谐振电路以吸收变频器产生的5，7次谐波电流，防止谐波电流注入到公共电网，影响电网质量。其谐振频率设计为最大幅值的谐波，即5次谐波，同时吸收部分7，11，13次谐波。

二、输入侧EMI滤波器

在驱动系统中一般采用的EMI滤波器，通常考虑集总参数、无源滤波器。输入滤波器限制了由变频器产生的150kHz~20MHz的高频传导干扰，确保驱动设备产生的干扰大部分限制在驱动系统内部(干扰源)，仅很少一部分噪声传播到电网中去，从而改善整个系统的电磁兼容性。

逆变器与功率器件所造成的驱动系统中的高频噪声，及很高的电压变换率dv/dt，将在逆变器输出端产生很大的高频漏电流，这些高频漏电流通过电机电缆和电机绕组的分布电容对地泄露。必须提供一个有效的路径，使漏电流回到噪声源--逆变器。若在驱动系统输入侧没有安装EMI滤波器(没有为高频噪声电流提供一个流回逆变器的低阻抗回路)，那么所有的噪声电流将通过公共地回路流到变压器的中性点，通过三相电源返回变频器(EMI源)。这样，有高频噪声电流造成的高频噪声电压将会叠加到公共电源接入点pcc，从而影响甚至损坏连接到此公共电源系统的其他设备和变频器本身。在此公共电源接入点的噪声水平将达到C4的水平。

变频器提供标配输入滤波器，为高频噪声电流提供了一个低阻抗路径使其返回到噪声源。这样绝大部分的噪声电流通过滤波器在变频器内部流动，而电源中的噪声会很小，公共接入点的噪声电压将降到C3的水平。

除标准配置输入滤波器外，额外增加选配的输入滤波器，那么电源的噪声电流将进一步减小，使公共接入点的噪声电压降低至C2水平。

三 正弦波滤波器

正弦波滤波器由串联电抗L 和并联电容 C 构成

将SPWM调制波滤成近似正弦的电压波形 导致电动机绝缘损坏的根本原因是PWM 电压波形在电动机端产生的过冲电压，因此很容易想到如果将变频器输出端的PWM 波形转变成驱动电动机的理想波形——正弦波，就可以解决问题了

1.延长电机寿命

2.保护电机绝缘

3.减小电机轴承电流

4.增加传输距离

5.提高系统可靠性

6.应用该滤波器后普通电机可以取代变频电机SWF正弦波滤波器

7.对电磁干扰的抑制效果好

8.由于变频器的输出含有高频谐波，增加了动力电缆及电机的损耗;同时极高的dv/dt会引起数MHz的辐射干扰;如果电机需要长线传输时(电机线缆超过50米)，由于行波反射引起电机端电压叠加，使电机绝缘破坏，甚至使电缆爆裂。

9.对于谐波电流，可以通过改变调制方式，降低谐波分量但并不能完全消除。由dv/dt引起的射频干扰，可以加装dv/dt滤波器，但只能对一定长度的电缆有效，并不适合任意长度的电缆。

10.能同时解决以上问题的有效方法使在变频器输出侧加装正弦波滤波器，将SPWM调制波滤成近似正弦的电压波形，正弦波滤波器由高频出相电抗器，RC回路，共模电抗器组成。可以有效的抑制高频损耗及dv/dt射频干扰，并使电机和变频器的线缆延长至500米，甚至使3千米。

功能

正弦波滤波器的作用是将变频输出的PWM波转换成正弦波。在电机电压为50Hz时，使用正弦波滤波器其畸变系数约为5% (部分品牌的变频器应用后，畸变率会大于此数据)。

其主要的功能包括两个方面:1、调整变频器输出的波形。变频器输出的波形为PWM波，是介于方波和正弦波之间的波形，加上正弦波滤波器之后，会把PWM波改造成比较像正弦波的波形;2、实现变频器的远距离传输。一般情况下，国产的变频器与负载的距离，超过50米，就必须要加电抗器，如果对变频器输出波形有要求的话，就要加正弦波滤波器;对于进口变频器来讲，一般情况下，距离超过100米，就要加。这个距离，指的是连线的长度。由于正弦波滤波器的价格比较高，一般情况下，如无特殊要求，加个变频器专用滤波器就够了。关于DV/DT滤波器，其实，就是变频器专用滤波器，只有专业厂家生产的变频器专用滤波器，才具有DV/DT抑制功能的。而DV/DT，就是指的电压变化率，是衡量电压突变的一个指数。

选择及使用正弦波滤波器的注意事项:

1.使用正弦波滤波器后，变频器的负载能力将低于系统额定的数值。

2.正弦波滤波器会使经过滤波后的电压产生一定比例的压降。在基波频率50Hz时，压降约为10% 。其比例与基波频率的变化成正比。

3.滤波器在将PWM波滤波为正弦波过程中会滤除大量高次谐波成分，因此导致滤波器在空载时变频器会有约占变频器额定输出电流5%~7.5%的空载电流(380V 50Hz条件下。此电流与基波频率及变频器输出电压成正比)。

4.使用正弦波滤波器后的可接导线长度参见产品说明书。

5.滤波器在使用时应保证良好通风

应用场合

变频传动系统:提升机、水泵、风机、高速电机高频等

交流电源:风力发电、UPS等

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