pwm逆变器滤波

逆变器滤波器设计（变频器输出滤波）

LC滤波器，一种由串联电抗L和并联电容C构成的正弦波滤波器，常在电流源逆变器中应用。若电网较强，LC滤波器可能会为电网注入开关次谐波，但若电网较弱，系统阻抗较大时，LC滤波器的使用仍无问题。然而，LC滤波器存在两个谐振点，若控制参数设计不当，可能导致谐振现象。为解决此问题，通常在电容C上串接一个电阻。若不串接电阻，需要检测电容电流，并使用虚拟阻抗的方法实现反馈。

相比之下，电压源逆变器通常不与电网连接，而直接向负载供电，如UPS。在此场景下，电压纹波系数应小于一定值，以确保负载能承受，因此使用LC滤波器即可。然而，电压源逆变器使用LCL滤波器也是可行的。

在变频器的应用中，输出PWM电压波形、IGBT特性和电缆长度等因素，可能对电动机绝缘造成损伤。正弦波滤波器的引入，能有效解决这一问题，通过将PWM电压波形转换为正弦波，减少过冲电压，从而保护电动机绝缘。本文详细阐述了正弦波滤波器的工作原理，并提供了应用案例。变频器在现代工业生产中，因其出色的调速性能、节能降损和提高生产率与产品质量，已经成为不可或缺的设备。

变频器在运行过程中，输出的PWM电压波形和电缆长度等因素可能导致电动机绝缘损伤。具体表现为电动机绝缘的频繁击穿和损害电动机轴承。这主要是由于变频器输出的电压波形在电动机端产生过高的电压。正弦波滤波器通过将PWM波形转换为正弦波，消除过冲电压，进而避免对电动机绝缘的损伤。本文分析了损伤电动机绝缘的原因，并提供了有效的解决方案，强调了正弦波滤波器在保护电动机绝缘中的重要作用。

正弦波滤波器的设计基于LC滤波器原理，由串联电抗L和并联电容C构成。其工作原理是通过控制滤波器的截止频率f，实现对PWM波形中谐波的滤除，使输出电压近似为正弦波。通过仿真波形，可以直观地观察到滤波器的效果。在设计正弦波滤波器参数时，需要精确匹配电抗和电容值，以满足滤波要求并降低成本。以额定功率315kW、功率因数0.8的电动机为例，设计时需要考虑电流余量、压降以及电容值与变频器载波频率的关系，以确保滤波器的正常工作和电动机的稳定运行。

SPWM逆变器的工作原理是什么？

1. 首先，SPWM（正弦脉宽调制）技术是在PWM（脉宽调制）基础上发展起来的。它将所需的正弦波电压分解成一系列等宽不等幅的片段，这些片段被等幅不等宽的脉冲所替代，从而在滤波器输出端获得接近理想正弦波的电压波形。

2. 这些脉冲可以通过电子开关的精准控制来实现。通过理论推导和实际频谱分析，发现SPWM调制产生的脉冲电压具有与理想正弦电压相同的基波分量。同时，由于SPWM调制频率较高，最低次谐波的频率也会接近这一频率。

3. 因此，当开关频率足够高时，使用较小的滤波器就能有效滤除这些谐波。此外，通过改变SPWM脉冲的宽度，可以实现平滑地调节输出电压的基波幅值。

4. 采用SPWM技术的逆变器被称为SPWM逆变器。相较于传统的方波逆变器，SPWM逆变器在波形质量和控制性能方面都有显著的提升。

PWM逆变器是什么?

1. PWM逆变器在电机驱动中扮演着关键角色，它通过调节脉冲宽度来控制电机速度和扭矩。然而，这一过程中可能会产生共模电压，它通过电机内部的寄生电容引起漏电流。

2. 漏电流如果过大，不仅可能触发电机保护电路的误动作，还会产生电磁干扰（EMI），干扰电网中其他设备的正常运行。同时，过大的轴电压和轴承电流会加速电机轴承的磨损，降低系统的可靠性。

3. 为了抑制共模电压，传统的做法包括转轴接地、轴承绝缘和使用导电润滑剂等。尽管这些方法能够在一定程度上降低轴电流，保护电机轴承，但共模电压本身并未被彻底消除。

4. 在电机负载运行时，共模电压依然存在，并通过负载轴承产生破坏性电流。因此，滤波器被引入以减少逆变器输出中的谐波成分。尽管无源滤波器在降低过电压影响方面效果显著，但它们对于变化着的载波频率响应有限。

5. 近年来，有源滤波器作为一种消除共模电压的新型解决方案被提出。例如，Alexander Julian提出的四相逆变器和Annette Jouanne提出双桥逆变器（DBI）等方法，尽管能够减少共模电压，但它们自身也存在如增加开关损耗和谐波失真、需要额外的驱动设备和特定定子绕组配置等限制。

6. 文中提出的有源滤波器结构简单，易于控制，通过产生与PWM逆变器输出电压幅值相等、相位相反的共模电压，有效消除了感应电机端的共模电压问题。仿真和实验结果证明了这种结构的有效性，为提高PWM逆变器系统的可靠性和性能提供了新的途径。

PWM波形的PWM波形

变频器的电路通常由四个主要部分组成：整流、中间直流环节、逆变和控制。整流部分采用三相桥式不可控整流器，逆变部分则是由IGBT构成的三相桥式逆变器，其输出为PWM波形。中间直流环节包括滤波、直流储能和缓冲无功功率。

PWM波形究竟是什么呢？PWM是脉冲宽度调制的缩写，指的是一种占空比可变的脉冲波形。PWM控制技术基于上述原理，通过对半导体开关器件的通断进行精确控制，使得输出端获得一系列幅值相等但宽度不同的脉冲。这些脉冲能够替代正弦波或其他所需的波形。通过按照特定规则对脉冲宽度进行调制，不仅可以改变逆变电路输出的电压大小，还能调整输出频率。

在电流跟踪型PWM变流电路中，采用电流跟踪控制方法。这种方法不是使用信号波对载波进行调制，而是将电源输出的电流作为指令信号，将实际电流作为反馈信号。通过比较二者的瞬时值，来决定逆变电路中各功率器件的通断，确保实际输出电流能够追踪指令信号的变化。

什么是逆变器混频技术？

逆变器是一种电力电子器件，其作用是将直流电转换为交流电。在混频中，逆变器的功能是将多个频率的交流电信号进行合并，形成一个更高频率的交流电信号。这个过程中，逆变器需要通过PWM控制技术将产生的高频脉冲信号经过滤波，使其变成平滑的交流电信号，并且能够保持一定的电压和电流。

逆变器混频技术在现代通信中得到了广泛应用。例如，导航系统中的频率混合器，就是通过逆变器混频技术实现的。在这种应用场景下，逆变器需要将高频的信号进行混频，产生一个新的更高频率的信号，用于加密和解密导航信号。此外，在现代的通讯中，逆变器混频技术还可应用于数字广播电视和卫星通信等领域。

逆变器混频技术的发展趋势是不断采用新的电力电子材料和器件，以实现更好的电流质量和更高的频率。例如，将石墨烯、碳化硅和氮化镓等新型材料应用于逆变器混频器上，不仅可以增强其工作性能，而且可节省能量和成本。此外，通过采用多电平电源，逆变器混频技术还可以实现电力电子系统中更高效、更准确和更安全地混合信号。

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