逆变器滤波电路



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。

逆变器滤波器设计研究（LCLLC滤波器*****）

前言

提出一种新型的LCLLC滤波器及其参数设计方法，以解决传统LLCL滤波器在二倍及其以上倍数开关频率电流谐波衰减速率低的问题。所提滤波器不仅具备旁路开关频率谐波电流、减小电网电流谐波的能力，还具有较强的参数鲁棒性。

传统的LLCL并网逆变器输出滤波器

优点：串联谐振支路可以旁路开关频率谐波电流，减小电网电流谐波。

缺点：对二倍及其以上倍数开关频率的电流谐波衰减速率低，转折储幅频特性不陡峭。

新型的LCLLC滤波器

优点：不仅旁路开关频率谐波电流、减小电网电流谐波，还对二倍及其以上倍数开关频率的电流谐波衰减快。

滤波器设计现状

随着逆变器的发展和电能质量要求提高，滤波器研究成为热点。LCL滤波器以其体积小、成本低、高频电流谐波衰减度高而广泛应用。然而，若要满足电网对高次谐波的要求，通常需要加大滤波器参数，增加逆变器成本。为此，业界提出LLCL型并网滤波器拓扑，通过增加LC串联谐振支路旁路开关频率谐波电流，大幅减小并网电流中的开关频率谐波。相较于传统LCL滤波器，LLCL滤波器在成本方面可忽略不计，但滤波性能有所提升，具有广阔的应用前景。

LLCL滤波器及其特性研究

LLCL滤波器在串联谐振支路旁路逆变器开关频率谐波电流方面表现良好，但在高频段谐波衰减速率仅为-20 dB/十倍频程，导致其二倍开关频率电流谐波衰减度不够，难以满足电网标准要求。

LCLLC滤波器LCLLC滤波器提出

为满足电网标准对高次谐波的要求，提出LCLLC滤波器，结合LCL滤波器和串联谐振支路的优点，保留了旁路开关频率谐波电流的优点，同时克服了LLCL滤波器高频衰减速率低的缺点。LCLLC滤波器在开关频率处有一个负的谐振峰，有效滤除一次开关频率处谐波，高频段谐波衰减速率高达-60 dB/十倍频程。

滤波器对比研究

通过仿真和实验对比了LCL、LLCL和LCLLC三种滤波器，结果表明LCLLC滤波器在满足电网标准要求的开关频率及其整数倍频率谐波幅值方面表现最优，同时具有较好的滤波性能和参数鲁棒性。

实验验证

搭建5 kW三相并网逆变器实验样机，分别测试了使用LCL、LLCL和LCLLC滤波器的情况，结果证实LCLLC滤波器在满足电网标准要求的同时，具有最佳的滤波效果和参数鲁棒性。

逆变器工作原理

逆变器工作原理是将直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

逆变器的工作过程可以分为几个关键步骤。首先，直流电源提供的直流电能被输入到逆变器中。然后，通过逆变桥，这个直流电能被转换成交流电能。逆变桥通常由多个开关器件组成，这些开关器件在控制逻辑的控制下交替导通和关断，从而产生交流电压。

接下来是控制逻辑的作用。控制逻辑是逆变器的“大脑”，它负责生成控制开关器件导通和关断的信号。这些信号通常是通过脉宽调制技术生成的，PWM技术可以控制开关器件的导通时间，从而调节输出交流电的电压和频率。

最后，滤波电路对生成的交流电进行滤波处理，以去除其中的高频谐波和噪声，确保输出的交流电能质量。滤波电路通常由电容、电感等元件组成，它们能够有效地平滑波形并减少干扰。

举例来说，在光伏发电系统中，逆变器起着至关重要的作用。由于光伏组件输出的是直流电，而现代电网是以交流电形式传输的，因此必须通过逆变器将直流电转换为交流电后才能并入电网。在这个过程中，逆变器不仅实现了电能的转换，还通过控制逻辑对输出电能的质量进行了严格的控制，确保了并网的安全和稳定。

总的来说，逆变器的工作原理就是将直流电能转换为交流电能的过程，这个过程涉及到逆变桥、控制逻辑和滤波电路等多个关键环节。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，逆变器在可再生能源发电、电动汽车充电等领域的应用将越来越广泛。

逆变器的工作原理

逆变器的工作原理是将低压直流电转化为高压交流电的过程，具体可以分为以下几个步骤：

直流电压分配：

直流电压被分为两部分：一部分为前级集成电路供电，产生约几千赫兹的控制信号；另一部分用于驱动功率管。

功率管开关：

通过前级IC产生的控制信号，功率管会周期性地开关。这个开关动作促使高频变压器初级产生频率很高的低压交流电。

变压器升压：

高频变压器将低压高频交流电升压，转换为几百伏特的高频直流电。这里的频率极高，目的是通过变压器的升压作用输出较高的电压。

整流与稳定：

经过高频变压器后的高频直流电，通过快速恢复二极管和全桥整流，被转化为稳定的50赫兹交流电。

后级IC控制与输出：

后级的IC再次生成控制信号，控制功率管的工作，最终输出220V、50Hz的交流电。

保护电路与滤波：

一个完整的逆变器还包括各种保护电路，如过载保护、温度保护、电压保护，以确保电路的稳定性和安全性。滤波电路对于高频电路尤其关键，可以滤除可能产生的干扰和耦合，增强电路的整体性能。

以上就是逆变器的基本工作原理，通过这些步骤，逆变器能够高效地将低压直流电转化为高压交流电，满足各种用电需求。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467