李春東　白挺瑋　關(guān)士深　黃　浩　薛思萌（遼寧電能發(fā)展股份有限公司，遼寧 沈陽 110176）

共模濾波技術(shù)在逆變器檢測電路中的應(yīng)用

李春東白挺瑋關(guān)士深黃浩薛思萌
（遼寧電能發(fā)展股份有限公司，遼寧 沈陽 110176）

在逆變電路的運行檢測過程中，往往會出現(xiàn)各種影響信號檢測質(zhì)量的因素，對于實現(xiàn)逆變電路輸出信號的濾波較為不利。為了保證理想的工作狀態(tài)，必須應(yīng)用濾波技術(shù)和裝置對干擾因素進行處理。本文分析了各種影響檢測質(zhì)量的原因，基于結(jié)果應(yīng)用典型共模濾波技術(shù)，一一進行試驗進而找出最優(yōu)的試驗值，可以很好地實現(xiàn)對逆變電路輸出信號的濾波。通過本文的驗證和分析，證實該技術(shù)能夠有效的提高逆變電路的輸出性能，在逆變器檢測電路中具有非常好的應(yīng)用價值。

共模濾波技術(shù)；逆變電路；檢測電路

社會經(jīng)濟的發(fā)展推動著電子科學(xué)技術(shù)、控制技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是工業(yè)、礦產(chǎn)、冶金等行業(yè)中不斷應(yīng)用新型的變頻調(diào)速技術(shù)，其中電壓型逆變器的性能佳、適用性強，得到非常廣泛的應(yīng)用。在運行中能夠有效的控制輸出電壓，改善企業(yè)的電路運行效率。隨著微機技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，電壓型逆變器的發(fā)展方向朝向電動機矢量控制、傳感器調(diào)速控制等方面，而在進行控制的過程中，需要對實質(zhì)電流進行測量，因而電路檢測電壓的質(zhì)量以及電流信號的強弱都會影響控制性能。本文基于逆變器對異步電動機的控制，分析對電流質(zhì)量檢測產(chǎn)生影響的因素，應(yīng)用共模濾波技術(shù)改進其檢測質(zhì)量，得到較為明顯的成效。

1 電流檢測的框架和影響質(zhì)量的因素

1.1 逆變電路的整體框架結(jié)構(gòu)圖

電動機在高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)中運行，其電壓信號或者是電流信號都需要從逆變輸出電路中進行采集，不管是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)或者是其他系統(tǒng)都需要經(jīng)過這一步，從電路中反饋的信號來計算磁鏈角、轉(zhuǎn)矩等變量。這也就意味著在逆變電路中，輸出電壓與電流的信號質(zhì)量的高低將決定電機控制性能的高低。本文以異步電動機于高性能控制狀態(tài)下為例，分析其應(yīng)用的逆變電路結(jié)構(gòu)。圖1為典型閉環(huán)回路中的逆變器框架構(gòu)圖，其中主回路所指的是異步電動機所提供的調(diào)壓調(diào)頻電源電路，基于不同的控制算法可以一一檢測出電壓、電流以及速度等反饋信號。

1.2 對電流檢測質(zhì)量造成影響的因素

在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)，電路輸出的電流波形非常差，出現(xiàn)大量的諧波與噪聲，其出現(xiàn)的原因則是逆變電路會應(yīng)用關(guān)鍵的模擬電子開關(guān)器件，當(dāng)快速對其進行開關(guān)的過程中會出現(xiàn)電流尖峰脈沖；或者是由于電機中電路、電感等之間發(fā)生相互耦合作用。同時，在PWM變頻器輸出電壓中，會同時存在以下成分：差模電壓，為電動機轉(zhuǎn)換能量的重要成分之一，分為基波頻率所對應(yīng)的三相對稱電壓所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以及諧波電壓產(chǎn)生的附加損耗、轉(zhuǎn)矩和噪聲；此外是共模電壓，電動機中共有的零序電壓，盡管對于電能的轉(zhuǎn)換不產(chǎn)生影響，但是由于變化迅速、高頻的特點，會產(chǎn)生有害于系統(tǒng)運行的軸承電流。盡管緩沖電路能起到一定的改善作用，但是仍然不能夠?qū)⒃肼暤纫蛩貜氐紫?。高次諧波的出現(xiàn)會對電網(wǎng)造成污染，異步電動機的鐵芯會出現(xiàn)嚴(yán)重的發(fā)熱，增加其消耗。尤其是上文中提及的噪聲和諧波的原因是不能依靠工作環(huán)境處理的，要減少諧波對電網(wǎng)的污染，提高對異步電動機的性能控制，延長其使用壽命就必須對檢測信號實施濾波處理。

圖1 電路原理圖

2 共模濾波技術(shù)在逆變器檢測電路中的應(yīng)用

2.1 設(shè)計思路

要在逆變器的檢測電路過程中應(yīng)用共模濾波技術(shù)，首先應(yīng)當(dāng)對變頻調(diào)速系統(tǒng)中的共模回路進行分析，對電動機的共模阻抗進行測量，然后才能夠得到電動機高頻共模狀態(tài)下的等效電路。因此為了改善控制系統(tǒng)的整體性能、實現(xiàn)對異步電動機的實時檢測，響應(yīng)機制高的傳感器是必不可少的?；诒疚闹袑嶒灥囊?，選擇新型的霍爾磁補償式電流傳感器，性能優(yōu)良且成本較低，最大測量范圍為0A～20A；電流的跟蹤速度加快，di/dt≥50A/μs。作為本研究中應(yīng)用的電流測量元件，該電容傳感器的模塊和性能指標(biāo)已經(jīng)能夠滿足較高的測量精度要求，但是由于經(jīng)過直接影響到系統(tǒng)性能，需要對信號進行適當(dāng)?shù)奶幚碇蟛拍軌蜻\用與控制算法。

2.2 應(yīng)用共模濾波技術(shù)

本研究通過分析輸出波形，結(jié)合轉(zhuǎn)矩控制的特性，應(yīng)用交流共模濾波電路實現(xiàn)對逆變器電路的輸出端電流信號的濾波，從而將電流信號中的噪聲過濾。在設(shè)計過程中，盡量將電動機參數(shù)產(chǎn)生的影響排除在外，基于足夠的余量對電機的負載能夠?qū)崟r簡化設(shè)計，并在完成之后對參數(shù)進行校驗。其原理如圖1所示。

根據(jù)圖1能夠計算出輸出電壓的值，然后通過對瓦解電阻進行調(diào)整能夠找到最佳的電流波形。本文通過多次的試驗和計算之后發(fā)現(xiàn)該電路能夠有效的將產(chǎn)生的噪聲與諧波過濾掉，最終輸出的波形較好。然后對某相的輸出電流在濾波前后的波形進行對比，發(fā)現(xiàn)改善非常明顯，在異步電動機中應(yīng)用能夠很好的適應(yīng)濾波處理，實現(xiàn)其高性能。

結(jié)語

綜上所述，本文首先對逆變電路輸出信號檢測質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素，基于分析結(jié)果使用典型的共模濾波技術(shù)提高輸出信號的質(zhì)量，改善逆變器電路的輸出特性，從而很好的對異步電動機進行控制。隨著社會的發(fā)展，各類資源緊缺現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，會有更多的清潔、可再生的能源應(yīng)用在化工、冶金、煤礦等領(lǐng)域中，因而可以預(yù)見，逆變器檢測技術(shù)也將更多地應(yīng)用于光伏發(fā)電等領(lǐng)域，探討光伏逆變器中的共模濾波技術(shù)也將成為熱門。本文的研究中還存在較多的問題，今后將進一步朝向新型領(lǐng)域發(fā)展、探討。

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