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PWM逆变器无源滤波器的研究

PWM逆变器无源滤波器的研究

作者：侯逸鸣辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

PWM逆变器作为变频器的核心装置在工业生产中被广泛应用,其产生负面效应的抑制方法一直是学者研究的热点。逆变器产生的电磁干扰影响的不仅是自身的稳定运行,还有其它设备的工作稳定性。高频开关器件工作产生的差模干扰和共模干扰不仅... 详细信息

PWM逆变器作为变频器的核心装置在工业生产中被广泛应用,其产生负面效应的抑制方法一直是学者研究的热点。逆变器产生的电磁干扰影响的不仅是自身的稳定运行,还有其它设备的工作稳定性。高频开关器件工作产生的差模干扰和共模干扰不仅会污染电网,还会对负载造成损害。长线电缆的使用加重了负载端过电压的程度,进而损害负载。目前解决这些问题的方法是分别用一些滤波电路降低或消除这些危害。研究出能同时解决多种问题的滤波装置逐渐成为趋势。本文阐述了PWM逆变器的调制原理,并从输入侧和输出侧分别分析了电磁干扰产生的机理以及PWM逆变器产在负载端产生过电压的原因,为实现本文的设计提供了理论基础。根据敏感设备不同,本文分别研究了PWM逆变器输入侧和输出侧的无源滤波器。在输入侧,加装EMI滤波器是从传输路径上衰减电磁干扰最有效的手段,其中平面无源集成是EMI滤波器的研究趋势,所以本文研究了集成EMI滤波器的性能指标和设计方法。设计出了一款集成EMI滤波器,并给出了设计方法和步骤,使样机达到了设计要求,通过了插入损耗测试和温度测试。在此基础上,提出了一种单磁芯的二级EMI滤波器的结构,样机实验验证了这种结构的优越性。在输出侧,传统的RLC滤波器可以有效抑制差模干扰和负载端的过电压现象,共模变压器相比共模扼流圈有更好地抑制共模干扰的效果。本文依据这些特点,提出了一种新型的CRLC滤波器,可以同时抑制差模和共模干扰,并对负载端的过电压有一定抑制效果,使用Matlab对该滤波器的参数进行设计;通过Ansys仿真软件对共模变压器的绕制方式进行仿真对比;通过Saber仿真软件搭建电路模型并测试CRLC滤波器对电磁干扰和过电压的抑制效果。并基于仿真结果搭建实验平台对CRLC的有效性以及优越性进行证明。该论文有图85幅,表8个,参考文献59篇。

关键词： PWM逆变器电磁干扰 EMI滤波器无源滤波器

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PWM逆变器输出端差共模无源滤波器的研究

PWM逆变器输出端差共模无源滤波器的研究

作者：孙鹤鸣辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

由于电力电子器件开关频率和输出功率的不断提高,PWM逆变器输出的电压中含有大量的高频谐波成分,其所带来电磁干扰等负面效应也日趋严重,除了常见用于消除差模高频电压分量的LC滤波器和二阶RLC低通滤波器除外,对于共模高频电压滤波器结... 详细信息

由于电力电子器件开关频率和输出功率的不断提高,PWM逆变器输出的电压中含有大量的高频谐波成分,其所带来电磁干扰等负面效应也日趋严重,除了常见用于消除差模高频电压分量的LC滤波器和二阶RLC低通滤波器除外,对于共模高频电压滤波器结构也在不断地进行改进。本文首先介绍了PWM逆变器输出滤波器的国内外研究现状,并针对PWM逆变器的工作原理进行了分析,阐述了PWM逆变器输出谐波电压产生机理,通过数学公式的推导分析了PWM逆变器输出差模谐波电压和共模谐波电压的主要成份,为设计无源低通滤波器提供了理论基础。其次,为了解决PWM逆变器产生的负面效应,本文提出两种新型的无源滤波器结构,通过将差模滤波电感集成到共模变压器上来减小滤波器的体积,并且还可以同时抑制PWM逆变器输出的差模和共模谐波电压。通过对电路拓扑的研究,详细地分析了滤波器差模和共模单相等效电路,并针对滤波器电路可能出现的失稳状态进行了仔细地研究和论证,给出了滤波器参数选取的限制条件,最后通过不同类型的无源滤波器仿真对比,证明差共模无源滤波器的有效性和可行性。本文也将围绕着该差共模无源滤波器的拓扑结构与共模变压器的设计开展研究。通过分析共模变压器在电路中的工作状态,给出了大致的磁芯材料和形状的选择,并根据AP法确定了共模变压器的磁芯尺寸结构。针对共模变压器提出了一种新的绕线方式来解决各个绕组之间的耦合系数不平衡的问题,并利用ANSYS软件对共模变压器进行了仿真分析,验证了新绕法的有效性。最后搭建一个简易的实验平台,对所研究的差共模无源滤波器进行验证,并通过样机对新型滤波器进行实验,证明了差共模无源滤波器的有效性和之前理论分析的正确性。

关键词： PWM逆变器差模电压共模电压无源滤波器共模变压器

基于共模变压器PWM逆变器端无源滤波器的研究

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磁性元件与电源 2019年第6期 138-143,149页

作者：杨玉岗吴暗孙鹤鸣辽宁工程技术大学电气与控制工程学院葫芦岛125105

由于PWM逆变器输出电压中含有较多的高频分量,所以逆变器输出端必须加入低通滤波器来减小谐波含量。本文借鉴在PWM逆变器与电机之间插入共模变压器来消除逆变器输出端共模电压的方法,通过分析共模变压器带有漏感时的等效电路,提出了一... 详细信息

由于PWM逆变器输出电压中含有较多的高频分量,所以逆变器输出端必须加入低通滤波器来减小谐波含量。本文借鉴在PWM逆变器与电机之间插入共模变压器来消除逆变器输出端共模电压的方法,通过分析共模变压器带有漏感时的等效电路,提出了一种新型的RCLC型逆变器端无源滤波器。利用共模变压器所产生的漏感代替差模电感来抑制差模电压dv/dt,同时该滤波器对共模电压也有着很好的抑制作用。与传统的滤波器相比,该滤波器可通过一个共模变压器同时对共模及差模电压dv/dt起到抑制作用,减少了滤波器的体积规模。最后通过理论的推导和仿真实验来验证了该滤波器的有效性。

关键词：共模电压差模电压 PWM逆变器共模变压器

PWM逆变器输出端共模与差模电压dv/dt滤波器设计

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电工技术学报 2007年第1期22卷 79-84页

作者：高强徐殿国哈尔滨工业大学电气工程系哈尔滨150001

PWM逆变器直接驱动电机时会产生较高dv/dt的共模电压,并由此产生轴承电流和共模漏电流以及严重的电磁干扰(EMI)。特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆中分布参数的影响,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端会产生2倍... 详细信息

PWM逆变器直接驱动电机时会产生较高dv/dt的共模电压,并由此产生轴承电流和共模漏电流以及严重的电磁干扰(EMI)。特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆中分布参数的影响,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端会产生2倍以上的过电压,导致线圈绝缘失败。本文通过对PWM逆变器驱动电机系统产生的共模以及差模电压分析,提出了一种改进型的逆变器端无源滤波器,并给出了参数的设计方法。与传统的滤波器相比,该滤波器可对共模及差模电压dv/dt同时起到抑制作用,从而减小了由此产生的负面效应。实验结果验证了该滤波器的有效性。

关键词：共模电压差模电压 PWM逆变器无源滤波器

PWM逆变器数字化有源共模EMI滤波器研究

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PWM逆变器数字化有源共模EMI滤波器研究

作者：方华松华中科技大学

学位级别：硕士

电力电子技术的发展使得采用脉宽调制(pwm)方式的逆变器得到了广泛的应用,如变频器,不间断电源(UPS)等。然而,高速半导体开关器件,如IGBT、MOSFET的高频通断会产生很高的dv/dt,di/dt,形成很强的电磁干扰(EMI)。在实际装置中,共模EMI往... 详细信息

电力电子技术的发展使得采用脉宽调制(pwm)方式的逆变器得到了广泛的应用,如变频器,不间断电源(UPS)等。然而,高速半导体开关器件,如IGBT、MOSFET的高频通断会产生很高的dv/dt,di/dt,形成很强的电磁干扰(EMI)。在实际装置中,共模EMI往往是传导EMI(尤其是在MHz以上)的主要组成成分。并且,由于共模电流要流经地线形成共模回路,所以共模回路的面积比差模干扰回路大得多,具有“天线”效应,将产生严重的辐射干扰,因此共模EMI也是产生辐射EMI的主要原因。所以,共模EMI应该是开关变换器EMI治理的主要对象。本文针对PWM逆变器提出了一种新颖的数字化有源共模EMI滤波器,它利用当今先进的数字信号处理器和先进的智能优化算法,来实现共模EMI的数字化抑制。这种滤波器从结构上看包括以下三个部分:①共模电流的检测及处理;②基于模拟退火算法的数字闭环控制系统;③并联补偿电路。文中首先根据逆变器直流输入电压等级的不同提出了两种并联补偿电路,一种是直接并联补偿电路,一种是间接并联补偿电路。为了解决补偿共模电流与逆变器自身产生的共模电流之间的相位同步问题,本文提出了一种基于电流能量指标的共模噪声评估手段,和基于模拟退火算法的智能优化搜索闭环控制算法。随着补偿共模电流与系统原共模电流之间相位偏移量的不同,补偿后共模电流能量将出现多个极小值和一个全局最小值。因此当相位偏移量变化范围较大时,闭环搜索算法能否在大范围内找出补偿后共模电流能量最小值,以便对补偿电路驱动脉冲前后沿做出最优调整,就成为搜索算法优化性能的关键。本文提出的模拟退火算法可以避免搜索过程陷入局部极小,并最终趋于问题的全局最优解,并且其算法简单、鲁棒性好、通用易实现。最后本文在基于TI最新一代DSP TMS320F2812控制器的单相半桥逆变器加数字化有源共模EMI滤波器的实验平台上做了实验,实验结果表明逆变器工作时共模干扰得到了很好的抑制,验证了本文所提出的数字化有源共模EMI滤波器的正确性和有效性。

关键词： PWM逆变器共模电磁干扰有源EMI滤波器并联补偿电路共模电流能量模拟退火算法 DSP2812

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PWM逆变器端过电压滤波器设计

电工电能新技术 2006年第4期25卷 27-29,51页

作者：高强马洪飞徐殿国哈尔滨工业大学电气工程系黑龙江哈尔滨150001

PWM逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆分布参数的影响会在电机端产生2倍的过电压,从而使电机承受的应力大为增加。本文在对电压脉冲上升时间与电缆长度关系分析的基础上,提出了一种改进型的逆变器端无源滤波器。通过对滤波器传... 详细信息

PWM逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆分布参数的影响会在电机端产生2倍的过电压,从而使电机承受的应力大为增加。本文在对电压脉冲上升时间与电缆长度关系分析的基础上,提出了一种改进型的逆变器端无源滤波器。通过对滤波器传递函数特性分析,给出了具体的参数选取原则与设计方法。采用本文提出的滤波器可以使电机端的过电压得到对称的抑制,通过在380 V/3 KW电机系统的实验,验证了该滤波器的有效性,取得了良好的效果。

关键词： PWM逆变器过电压电压反射滤波器

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新型PWM逆变器输出无源滤波器的研究

电机与控制学报 2005年第1期9卷 5-10页

作者：姜艳姝徐殿国刘宇赵洪哈尔滨理工大学黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001

研究了变频器在长线传输时产生的过电压问题,理论分析表明,电动机端过电压与pwm变频器采用的开关器件上升时间和pwm变频器与电动机之间的电缆长度密切相关:上升时间越短, 电缆长度越长,电压反射现象越显著,过电压也越高。为消除pwm变... 详细信息

研究了变频器在长线传输时产生的过电压问题,理论分析表明,电动机端过电压与pwm变频器采用的开关器件上升时间和pwm变频器与电动机之间的电缆长度密切相关:上升时间越短, 电缆长度越长,电压反射现象越显著,过电压也越高。为消除pwm变频器长线传输时在电动机端产生的过电压等负面效应,提出了一种逆变器输出无源滤波器。实验研究验证了该滤波器能够将变频器输出的pwm电压滤成近似正弦波,从而有效地抑制电动机端的过电压。这种滤波器还可以有效降低共模电压。文中分析了这种滤波器的共模结构及其可以降低共模电压的原因,实验验证了设计思想的正确性。同一种结构的滤波器能够同时消除差模dv／dt和共模电压,减小了滤波器的体积和成本,结构简单,是一种消除逆变器输出负面效应的有效手段。

关键词： PWM逆变器无源滤波器电压反射理论行波传输理论

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PWM逆变器有源共模EMI滤波器研究

PWM逆变器有源共模EMI滤波器研究

作者：袁鹏华中科技大学

学位级别：硕士

随着电力电子变换和控制技术的发展,在现代工业中,采用脉冲宽度调制(pwm)方式逆变器的综合性能不断提高,其应用范围也日益广泛,如变频器、不间断电源(UPS)等。采用IGBT等高速半导体开关器件,可以大大加快逆变器的动态响应过程,提高系统... 详细信息

随着电力电子变换和控制技术的发展,在现代工业中,采用脉冲宽度调制(pwm)方式逆变器的综合性能不断提高,其应用范围也日益广泛,如变频器、不间断电源(UPS)等。采用IGBT等高速半导体开关器件,可以大大加快逆变器的动态响应过程,提高系统的性能。然而,这些开关器件产生的高频脉冲信号具有很大的dv/dt、di/dt,形成很强的电磁干扰(EMI)。实际装置中,共模EMI是传导EMI和辐射EMI的主要组成成分。因此,共模EMI成为逆变器EMI主要治理对象。本文采用了一种新颖的有源共模EMI滤波器,对逆变器产生的共模电流进行补偿,从而达到抑制共模干扰的目的。该补偿电路主要优点是,能将检测到的共模信号直接用来驱动补偿电路,线性放大后对共模电流进行补偿。本文首先需要采集共模电流信号,用共模变压器将主电路输入端的共模电流通过耦合,在变压器副边获得共模电流作为补偿电路的驱动信号。然后是补偿电路设计:选择一对快速互补三极管KTC3230(NPN)和KTA1276(PNP)作为本电路的工作管,由直流母线电源直接给互补管提供偏置电压。补偿电路的调试工作对本文的完成起到了决定性的作用,需要调整工作参数确定补偿电路工作在合适的区域,这直接影响了补偿效果的好坏。补偿电路的调试需要分前端的驱动部分调试和后面的补偿回路的调试。最后本文在基于这种新颖的共模补偿电路的拓扑结构下,搭建了有源共模电流抑制平台,通过多次的调试与实验,结果表明PWM逆变器在加有补偿电路时,工作中的共模电流干扰得到很大的抑制,证明了本文所提出的有源共模滤波器的有效性。

关键词：共模电流 PWM逆变器共模变压器有源共模滤波器共模补偿

一种新颖的用于消除PWM逆变器输出共模电压的有源滤波器

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中国电机工程学报 2002年第10期22卷 125-129页

作者：姜艳姝徐殿国陈希有马洪飞哈尔滨工业大学电气工程系黑龙江哈尔滨150001

PWM逆变器在应用中会产生共模电压, 共模电压在IGBT的高速开关期间产生充放电电流。此电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流。漏电流过大将对电源产生电磁干扰,还会使电机轴承过早毁坏,从而影响系统运行的可靠性。文中提出... 详细信息

PWM逆变器在应用中会产生共模电压, 共模电压在IGBT的高速开关期间产生充放电电流。此电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流。漏电流过大将对电源产生电磁干扰,还会使电机轴承过早毁坏,从而影响系统运行的可靠性。文中提出了一种新颖的可以有效消除脉冲宽度调制(pwm)逆变器产生的共模电压的有源滤波器。这个有源滤波器由一个单相逆变器和一个五绕组共模变压器组成,可以产生与PWM逆变器输出的电压幅值相等,相位相反的共模电压,通过五绕组共模变压器叠加到逆变器输出中,从而有效消除感应电机端的共模电压。这种有源滤波器结构简单,控制容易。文中通过理论分析,仿真和实验结果证明了这种结构的有效性。

关键词： PWM逆变器共模电压有源滤波器电力半导体器件