天拓分享:常见滤波器及其特点总结
发布日期:
2021-11-17

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。今天天拓四方就为大家讲讲常用的滤波器及其特点。

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(LHF)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。

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LHF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。其谐振频率设计为更大幅值的谐波,即5次谐波,同时吸收部分7,11,13次谐波。

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通过LHF,由变频器产生的谐波电流对比:

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典型6脉波电路网侧产生的谐波频谱

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增加LHF后典型网侧产生的谐波频谱

需要注意的是,网侧感抗(可用系统短路容量RSC来表示)也可能与LHF产生构成谐振电路,从而是LHF吸收网侧的谐波,这样有可能造成LHF过载烧损,所以,需要根据实际的电网情况进行选配LHF。

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。

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EMC产品的一类与二类环境的定义

EN 61800-3 根据电驱系统输出电流和安装位置定义了 4 个类别:

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逆变器拓扑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。

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西门子SINAMICS系列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。

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输入EMI滤波器对网侧PE线上的高频噪声电流的影响

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