普通异步电动机都是按恒频恒压设计的,不能完全适应变频调速的要求。有源电力滤波器能解决变频器在应用中给电机带来影响:
1、电动机的效率降低和温升的问题
不论那种形式的变频器,在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行。据资料介绍,以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例,其低次谐波基本为零,剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为:2u+1(u为调制比),高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗及附加损耗的增加,较为显着的是转子铜(铝)耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的,因此,高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后,便会产生很大的转子损耗。除此之外,还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小,如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下,其温升一般要增加10%-20%。
2、使电动机绝缘强度降低加速老化问题
目前很多变频器是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压,使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的4~6倍电压叠加在电动机运行电压上,会对电动机对地绝缘构成威胁,对地绝缘在高压的反复冲击电动机定子绕组要承受很高的电压外,由PWM变频器产生的矩形斩波冲加速老化。
3、谐波电磁噪声与震动加大问题
普通异步电动机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉,形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时,将产生共振现象,从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽,转速变化范围大,各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。
4、电动机对频繁启动、制动的适应能力
由于采用变频器供电后,电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下,给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。
5、变频器会产生高奇次谐波
其中主要以5次和7次对变频器和电机影响比较大,通常在设计的时候为降低谐波的影响会增加电抗器,吸收电容等。也可以在变频器输出端增加滤波器。
1、 低通滤波器(LPF)
低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
电路性能参数
二阶低通滤波器的通带增益
截止频率,它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
品质因数,它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
2、高通滤波器(HPF)编辑
与低通滤波器相反,高通滤波器用来通过高频信号,衰减或抑制低频信号。
只要将图2-2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换,即可变成二阶有源高通滤波器,如图2-3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反,其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系,仿照LPH分析方法,不难求得HPF的幅频特性。
电路性能参数AuP、fO、Q各量的函义同二阶低通滤波器。
有源滤波器的设计
一.实验目的
1.熟悉ispPAC80可编程模拟器件的结构、功能。
2.掌握可编程模拟器件设计有源滤波器的方法。
3.学会使用PAC-Designer软件进行有源滤波器的设计。
4.学会有源滤波器的幅频、相频特性曲线的测试方法。
二.实验原理
(一)设计原理
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制(或衰减)无用频率信号的电子电路或装置。在工程上,常用它来进行信号处理,数据传送或抑制干扰等。以往滤波器主要采用无源元件R、L、和C组成,目**般用集成运放、R、C组成,常称为有源滤波器。
在一个实际的电子系统中,有时输入信号往往受干扰等原因而含有一些不必要的成分,应当把它衰减到足够小的程度。而在另一些场合,有时我们需要的信号和别的信号混在一起,应当 设法把我们需要的信号挑出来。要解决这些问题都需要采用有源滤波器。
用在系统可编程模拟器件实现有源滤波器的设计非常方便。通常用三个运算放大器就可以实现双二阶型函数的电路。而双二阶型函数能实现所有的滤波器函数,如低通、高通、带通、带阻。双二阶函数的表达式如3-17-1所示,式中m=1或0,n=1或0。
3-17-1
这种电路的灵敏度相当低,电路容易调整。另一个显着特点是只需增加少量的元件就能实现各种滤波函数。3.16节可知ispPAC10、ispPAC20器件结构与功能,实现这样的电路很容易。首先讨论低通滤波器的转移函数如3-17-2式。