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主要用于抑制变频器在整流过程中产生的高次谐波。
变频器输入滤波器,是变频器专用滤波器的一种,其作用主要包括以下几个方面:
抑制变频器产生的高次谐波
在整流过程中,变频器相当于一个高速开关。因此,会产生大量的高谐波。这些高谐波会随着电源的流动带入电网,干扰使用同一电网的敏感设备;
防止变频器干扰
变频器是一个干扰源、一个干扰源或一个敏感设备。如果电网中谐波频率过高,谐波含量过大,变频器会发出过压、过流、过载等误报警;
提高系统功率因数
变频器输入滤波器具有一定的补偿功能,可提高整个工控自动化系统的功率因数,具有一定的节能效果;
缓解三相不平衡
如果变频器输入端三相不平衡,变频器将无法正常工作。此外,变频器输入滤波器后,可以有效缓解这个问题。
变频器输入滤波器,主要由滤波电感、滤波电容和电阻组成。
变频器输入滤波器,采用阻抗失配的原理;
一般来说,我们默认电源端阻抗较低,因此变频器输入滤波器输入端阻抗较高;负载侧默认为高阻抗,变频器输入滤波器输出端低阻抗;
利用这一原理,对变频器产生的高次谐波有效抑制。
滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波器电路。滤波器可以有效地过滤电源线中特定频率的频点或频点以外的频率,获得特定频率的电源信号,或消除特定频率后的电源信号。
滤波器是一种选频装置,可以通过信号中的特定频率成分,大大降低其他频率成分。利用滤波器的选频功能,可以过滤干扰噪声或进行频谱分析。换句话说,所有能够通过信号中特定频率组件的装置或系统,以及能够大大衰减或抑制其他频率组件的系统,都称为滤波器。滤波器是过滤波的装置。波是一个非常广泛的物理概念。在电子技术领域,波仅限于描述各种物理量的各种物理量值的过程。通过各种传感器的作用,将该过程转换为电压或电流的时间函数,称为各种物理量的时间波形或信号。因为自变量时间是连续值,所以被称为连续时间信号,通常被称为模拟信号(Analog Signal)。
滤波器是信号处理的一个重要概念。滤波器电路在直流稳压电源中的作用是尽可能减少脉动直流电压中的交流成分,保留其直流成分,降低输出电压纹波系数,使波形相对光滑。
滤波器的主要参数:
中心频率(Center Frequency):滤波器通带的频率f0,一般取f0=(f1 f2)/2,f1、f2.带阻滤波器左右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器通常以插损最小点为中心频率计算带宽。
截止频率(Cutoff Frequency):指低通滤波器的右频点和高通滤波器的左频点。通常是1dB或3dB标准定义相对损失点。相对损失的参考基准是:低通DC以处插损为基准,高通则以没有寄生阻带的高通带频率为基准。
带宽:指所需的频谱宽度,BW=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0插入损耗为基准。
插入损耗(Insertion Loss):由于滤波器的引入导致电路中原始信号的衰减,以中心或截止频率的损失表示。如果需要全带插入损坏,则应强调。
纹波(Ripple):指1dB或3dB在带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损失均值曲线的基础上波动。
带内波动(Passband Ripple):随频率的变化,将损耗插入通带。dB带宽内的带内波动为1dB。
带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否与传输相匹配的重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR>1.满足实际滤波器VSWR<1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB与滤波器阶数和插损有关。
回波损耗(Return Loss):端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于20Log10ρ,ρ为电压反射系数。当输入功率被端口全部吸收时,回波损限。
阻带抑制系统:衡量滤波器选择性能的重要指标。该指标越高,对带外干扰信号的抑制就越好。通常有两种提法:一种是要求定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减;另一种指标是表示滤波器的振幅频率响应接近理想矩形(KxdB>1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多,矩形度越高——即K越接近理想值1,生产难度越大。
延迟(Td):信号通过滤波器所需的时间是传输相位函数对角频率的导数,即Td=df/dv。
带内相位线性度:该指标表示滤波器引入通带传输信号的相位失真大小。根据线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。
模拟滤波器和数字滤波器按处理信号分为两种。
通过信号的频段分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器。
低通滤波器:它允许低频或直流分量通过信号,抑制高频分量或干扰和噪声;
高通滤波器:允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量;
带式滤波器:允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声;
带阻滤波器:它抑制某一频段内的信号,允许该频段外的信号通过,也称为陷滤波器。
全通滤波器:全通滤波器是指信号的振幅值不会在全频带范围内改变,即全频带的振幅值增益恒定等于1。一般来说,全通滤波器用于移相,即输入信号的相位发生变化。理想情况下,相位移与频率成正比,相当于时间延迟系统。
根据所使用的部件分为无源滤波器和有源滤波器。
板上滤波器和面板滤波器一般分为板上滤波器和面板滤波器。
板式滤波器安装在电路板上,如PLB、JLB系列滤波器。这种滤波器的优点是经济,缺点是高频滤波效果差。主要原因是:
1.滤波器的输入输出不隔离,容易耦合;
2.滤波器的接地阻抗不是很低,削弱了高频旁路效果;
3.滤波器与底盘之间的一段连接会产生两种不良影响:一是底盘内部空间的电磁干扰会直接感应到底盘,沿着电缆传输底盘,使滤波器在电缆辐射的帮助下失效;另一种是外部干扰。在板上滤波器滤波前,借助该段产生辐射,或直接与电路板上的电路耦合,造成敏感性问题;
滤波阵列板、滤波连接器等面板滤波器一般直接安装在屏蔽底盘的金属面板上。由于直接安装在金属面板上,滤波器的输入输出完全隔离,接地良好,底盘端口过滤电缆上的干扰,滤波效果相当理想。
数字滤波器
定义
在常用的离散系统中,数字滤波器对应于模拟滤波器, 使用数字滤波器。它的主要功能是利用离散时间系统的特性 时间是一个变量,然后处理外部输入的信号,这里的输入 进入信号一般是广义上的波形型号,可以是电压、电流、功率等。 当然也有类似频率的。在实际操作中,我们还可以将输入的信号波形成输出,即将输入和输出倒置。从而达到修改信号频谱的目的。
实现技术手段
数字滤波器可以通过多种方式处理信号。我们介绍了实践中使用最多的两种方法。一种是我们的集成电路将集成电路的各种元素 器件组成一个专用的设备,这种设备称之为数字信号处理机,类似于arm由于成本相对较低,架构或单片机架构的数字处理机是我们常用的一种,这种方法对成套批量的需求具有较高的商业价值,受市场欢迎;另一种是我们通常使用的x86/x64商用或工业控制计算机模拟,完全使用应用软件模拟,也用于实验室或大型数字过滤项目,成本高,不适合大规模生产和支持。但实验室是最好的模拟方法,在高级模拟和操作上有很大的优势。
对比数字滤波器
现在主要有两种数字滤波器,一种是IIR,我们称之为无限的冲激响应滤波器,另外一种是FIR,这种滤波器是和的IIR这是一个有限的冲激响应滤波器。两个系统都有自己的特点,FIR滤波器是一个没有闭环反馈的环信号,其结构相对简单,可以实现相对严格的线性方程相位计算,一般相位要求不严格 这种滤波器一般不使用,反之亦然。当然,在很多场景下,我们需要实时处理信号。当现场信号数据越来越多时,我们对硬件的性能要求越来越高。市场上许多单片机已经不能满足我们的实际功能需求。一般来说,8位、16位甚至32位单片机和ARM芯片不再支持算法,因为它是专门为数字处理设计的DSP控制器的出现,提高了我们滤波器的效率,DSP在许多情况下,我们可以使用多组总线并行处理多组实时数据立算法器的充分使用大大提高了我们滤波器的效率。硬件上的短板可以完全原因DSP补充芯片,实现数字信号的实时处理和计算。DSP与普通微处理器相比,数字信号处理具有很大的优势。它是单片机和ARM继承对信号处理进行了局部开发和改进,大大提高了数字处理能力。它具有特定的数据流程格式、特定的算法器和特殊的系统结构,为解决复杂的数字信号处理提供了许多优越的条件和基础DSP可以实现编程IIR滤波器。 FIR滤波器实际上有一的缺陷,这类系统只有零点,它不会跟IIR系统的那样容易获取比较好衰减的特性,但是也有更加明显的优势。他是通过非硬件电路实现的,相比硬件电路实现滤波器主要优点有很多,例如,效率很高、有极点、有反馈等。
程控滤波系统
程控滤波系统是在传统滤波器的不足中提出的,传统滤波器在工作时产生误差,会影响整个系统的精确度。低精度的滤波器在使用时会造成很多不良后果,而且传统滤波器对波形要求越高就意味着需要跟多的运放,这是非常麻烦的。所以程控滤波器的数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数,可以有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题,极大地提高生产 效率和产品的可维护性。
无源滤波器
无源滤波器是利用电阻、电抗器和电容器元器件构成的滤波电路。谐振频率时,电路阻抗值最小,非谐振频率时,电路阻抗比很大,将电路元器件数值调整到某一特征谐波频率,则能滤除该次谐波电流;当若干谐波频率的调谐电路组成在一起,则能滤除对应的特征谐波频率,通过低阻抗旁路实现对主要次数谐波(3、5、7)的过滤。主要原理就是针对不同次数谐波,设计该谐波频率的阻抗为很小,实现谐波电流的分流效应,即为预滤除的高次谐波提供旁路通道,实现净化波形。
无源滤波器按接线形式可分为电容滤波器、电厂滤波电路、L型RC滤波电路、π形RC滤波电路、多节π形RC 滤波电路、π形LC滤波电路。按功能可分为单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器。无源滤波器具有如下优势:结构 形式简单、投资费用低,能够补偿系统中的无功分量、改善电网功率因数;工作稳定性较高、维护简单、技术成熟等,在有源滤波器出现以前被广泛采用。无源滤波器的缺点也有很多方面:受电网参数的影响较大,系统阻抗值和主要次数谐振频率往往随着工况发生变化;谐波滤除的频带也较窄,只能滤除主要次数的谐波,或因发生并联谐振,放大一些次数的谐波;滤波和无功补偿及调压之间的协调较困难 ;随着流经滤波器的电流升高,可能造成设备过负荷运行;耗材多,重量和体积都较大;运行稳定性较差等缺点。因此,整体性能更优的有源滤波器得到越来越多的应用。
有源滤波器
有源滤波器主要作用不仅能动态追踪并抑制谐波,而且可以补偿电网中较低的无功分量。它能够对幅值和频率都波动的高次谐波分量进行补偿,以及对变化的系统无功分量进行动态补偿,克服了传统型式谐波治理方案和无功补偿的缺点,达到了动态跟踪补偿的效果。APF的基本原理是检测当前系统的电压和电流信号,通过指令电流运算电路的运算,产生补偿电流信号,并将其指令由补偿电流发生电路按谐波信号放大,从而得到补偿电流,再与系统中的高次谐波分量及无功等电流抵消,实现系统波形的正弦化,滤除电网谐波,提高电能质量。有源滤波器和无源滤波器的区别,在于需要电源供电,且既补谐波又补无功。指令电流运算电路和补偿电流发生电路是有源滤波器的两个重要组成部分。指令电流运算电路的作用是检测出系统所需补偿的谐波分量和无功分量等。补偿电流发生电路的作用是按照上述检测到的谐波分量和无功分量,发出补偿电流指令,产生能够抵消的补偿电流,它主要由三部分构成 :电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路。
根据储能元件的不同,有源滤波器可以分为电压型有源滤波器和电流型有源滤波器。电压型有源滤波器,因其损耗少、效率高,被广泛使用。电流型有源滤波器,因损耗大、效率低,而较少采用。按照交直流电源可分为直流 APF 和交流 APF。按照电路拓朴结构分类,可分为串联型 APF、并联型 APF 和串并联型,以及APF和PPF的混合型使用方式。与无源滤波器相比,有源滤波器有许多优点:响应速度快,可控性能非常强;具有自适应功能,能够动态跟踪和补偿系统高次谐波;稳定性高,不受系统阻抗影响,避免谐振的发生;能够抑制闪变;补偿系统不足的无功分量等。机柜式系统采用模块化结构,联络设计细密,可随时根据现场实际需求扩容,可拓展性强,模块化的配置方式和小巧的体积让设计者有更多的选择,并可最大程度节省用户空间,可实现弹性的容量配置,支持后续现场容量扩展。现场安装和维修维护更是简单拔插即可。 抽屉式结构,能够满足用户单独对模块设计,选用优良的架构形式,具备DSP处理能力,运用大型可编程控制器操作,选用大功率电力电子组件,具有可外传的通信端口,还可附于其他盘柜中独立工作。
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