共模濾波技術在逆變器檢測電路中的應用

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

共模濾波技術在逆變器檢測電路中的應用

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

在逆變電路的運行檢測過程中，往往會出現各種影響信號檢測質量的因素，對于實現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，必須應用濾波技術和裝置對干擾因素進行處理。本文分析了各種影響檢測質量的原因，基于結果應用典型共模濾波技術，一一進行試驗進而找出最優的試驗值，可以很好地實現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用價值。

共模濾波技術；逆變電路；檢測電路

社會經濟的發展推動著電子科學技術、控制技術等領域的發展，尤其是工業、礦產、冶金等行業中不斷應用新型的變頻調速技術，其中電壓型逆變器的性能佳、適用性強，得到非常廣泛的應用。在運行中能夠有效的控制輸出電壓，改善企業的電路運行效率。隨著微機技術和控制技術的發展，電壓型逆變器的發展方向朝向電動機矢量控制、傳感器調速控制等方面，而在進行控制的過程中，需要對實質電流進行測量，因而電路檢測電壓的質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，分析對電流質量檢測產生影響的因素，應用共模濾波技術改進其檢測質量，得到較為明顯的成效。

1 電流檢測的框架和影響質量的因素

1.1 逆變電路的整體框架結構圖

電動機在高性能閉環控制系統中運行，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，不管是直接轉矩控制系統或者是其他系統都需要經過這一步，從電路中反饋的信號來計算磁鏈角、轉矩等變量。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下為例，分析其應用的逆變電路結構。圖1為典型閉環回路中的逆變器框架構圖，其中主回路所指的是異步電動機所提供的調壓調頻電源電路，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 對電流檢測質量造成影響的因素

在監測過程中發現，電路輸出的電流波形非常差，出現大量的諧波與噪聲，其出現的原因則是逆變電路會應用關鍵的模擬電子開關器件，當快速對其進行開關的過程中會出現電流尖峰脈沖；或者是由于電機中電路、電感等之間發生相互耦合作用。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，為電動機轉換能量的重要成分之一，分為基波頻率所對應的三相對稱電壓所產生的轉矩以及諧波電壓產生的附加損耗、轉矩和噪聲；此外是共模電壓，電動機中共有的零序電壓，盡管對于電能的轉換不產生影響，但是由于變化迅速、高頻的特點，會產生有害于系統運行的軸承電流。盡管緩沖電路能起到一定的改善作用，但是仍然不能夠將噪聲等因素徹底消除。高次諧波的出現會對電網造成污染，異步電動機的鐵芯會出現嚴重的發熱，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境處理的，要減少諧波對電網的污染，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 共模濾波技術在逆變器檢測電路中的應用

2.1 設計思路

要在逆變器的檢測電路過程中應用共模濾波技術，首先應當對變頻調速系統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下的等效電路。因此為了改善控制系統的整體性能、實現對異步電動機的實時檢測，響應機制高的傳感器是必不可少的。基于本文中實驗的要求，選擇新型的霍爾磁補償式電流傳感器，性能優良且成本較低，最大測量范圍為0A～20A；電流的跟蹤速度加快，di/dt≥50A/μs。作為本研究中應用的電流測量元件，該電容傳感器的模塊和性能指標已經能夠滿足較高的測量精度要求，但是由于經過直接影響到系統性能，需要對信號進行適當的處理之后才能夠運用與控制算法。

2.2 應用共模濾波技術

本研究通過分析輸出波形，結合轉矩控制的特性，應用交流共模濾波電路實現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。在設計過程中，盡量將電動機參數產生的影響排除在外，基于足夠的余量對電機的負載能夠實時簡化設計，并在完成之后對參數進行校驗。其原理如圖1所示。

根據圖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現該電路能夠有效的將產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，發現改善非常明顯，在異步電動機中應用能夠很好的適應濾波處理，實現其高性能。

結語

綜上所述，本文首先對逆變電路輸出信號檢測質量產生影響的因素，基于分析結果使用典型的共模濾波技術提高輸出信號的質量，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。隨著社會的發展，各類資源緊缺現象越來越嚴重，會有更多的清潔、可再生的能源應用在化工、冶金、煤礦等領域中，因而可以預見，逆變器檢測技術也將更多地應用于光伏發電等領域，探討光伏逆變器中的共模濾波技術也將成為熱門。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域發展、探討。

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