变频器的输入和输出滤波器 - 用途、工作原理、连接、特性

与许多其他由频率为 50 Hz 的交流电供电的电子转换器一样，变频器仅通过其设备扭曲了消耗电流的形状：电流与电压无关，因为输入端的整流器设备通常是常规的，即不可控的。同样，变频器的输出电流和电压——它们在失真形式上也有所不同，由于 PWM 逆变器的运行，存在许多谐波。

结果，在定期向电机定子提供这种畸变电流的过程中，其绝缘老化更快，轴承劣化，电机噪音增加，绕组发生热损坏和电气损坏的可能性增加。以及来自网络的电源 频率转换器, 这种情况总是充满干扰的存在，这些干扰可能会损坏由同一网络供电的其他设备。

为了消除上述问题，在变频器和电机上安装了额外的输入和输出滤波器，从而使电网本身和由该变频器供电的电机免受有害因素的影响。

输入滤波器设计用于抑制变频器的整流器和PWM逆变器产生的噪声，从而保护网络，输出滤波器设计用于保护电机本身免受变频器PWM逆变器产生的噪声.输入滤波器是扼流圈和 EMI 滤波器，输出滤波器是共模滤波器、电机扼流圈、正弦滤波器和 dU/dt 滤波器。

线性扼流圈

连接在电源和变频器之间的扼流圈是 油门线，它充当一种缓冲区。线性扼流圈不会将来自变频器的高次谐波（250、350、550 Hz 等）传递到网络，同时保护转换器本身免受网络中的电压尖峰、变频器瞬态期间的电流浪涌等的影响..n.

这种扼流圈的电压降约为 2%，这对于扼流圈与变频器的正常运行来说是最佳的，而没有发动机停机期间再生电能的功能。

因此，在以下情况下，网络和变频器之间安装了网络扼流圈： 网络中存在噪声（由于各种原因）；相位不平衡；当由相对强大（最多 10 倍）的变压器供电时；如果多个变频器由一个电源供电；如果 KRM 安装的电容器连接到电网。

线性扼流圈提供：

• 保护变频器免受过电压和相位不平衡的影响；

• 保护电路免受电机中高短路电流的影响；

• 延长变频器的使用寿命。

电磁脉冲过滤器

由于变频器驱动的电机本质上是一个可变负载，其运行与电源电压中不可避免出现的高频脉冲有关，这种波动会导致电源电缆产生寄生电磁辐射，特别是如果这些电缆相当长。这种辐射可能会损坏附近的某些设备。

只需要一个 EMF 滤波器来消除辐射，以确保与辐射敏感设备的电磁兼容性。

三相电磁辐射滤波器根据法拉第池原理设计用于抑制150 kHz至30 MHz范围内的干扰。 EMI 滤波器应尽可能靠近变频器的输入端连接，以便为周围设备提供可靠的保护，使其免受所有 PWM 干扰。有时，EMP 滤波器已内置于变频器中。

DU/dt滤波器

所谓dU/dt滤波器是由电感和电容电路组成的三相L型低通滤波器。这种滤波器也称为电机扼流圈，通常可能根本没有电容器，电感会很大。滤波器参数使得频率高于变频器的 PWM 逆变器开关的开关频率的所有干扰都被抑制。

如果过滤器包含 电容器，则它们每个的电容值都在几十纳法拉以内，并且 电感值 — 高达数百微亨。因此，该滤波器可将三相电机端子处的峰值电压和脉冲降低至 500 V/μs，从而避免定子绕组损坏。

因此，如果驱动器经历频繁的再生制动，最初设计不是与变频器一起工作，绝缘等级低或电机电缆短，安装在恶劣的操作环境中或在 690 伏特下使用，dU / dt 滤波器是建议在变频器和电机之间。

虽然从变频器提供给电机的电压可能是双极方波脉冲形式而不是纯正弦波，但 dU/dt 滤波器（具有小电容和电感）以这样一种方式作用于电流，即几乎完全在绕组电机中 正弦曲线... 重要的是要了解，如果在高于其标称值的频率下使用 dU/dt 滤波器，滤波器会过热，即会带来不必要的损失。

正弦滤波器（正弦滤波器）

正弦波滤波器类似于电机扼流圈或dU/dt滤波器，不同之处在于这里的电容和电感都很大，因此截止频率小于PWM逆变开关开关频率的一半。因此，可以更好地平滑高频干扰，并且电机绕组上的电压形状和其中的电流形状更接近理想的正弦曲线。

正弦滤波器中电容器的电容以几十、几百微法为单位测量，线圈的电感以单位和几十毫米为单位测量。因此，与传统变频器的尺寸相比，正弦波滤波器较大。

正弦滤波器的使用使得可以与变频器一起使用，即使是最初（根据规范）由于隔离不良而不打算与变频器一起运行的电机。在这种情况下，不会出现噪音增加、轴承快速磨损、高频电流绕组过热等情况。

当电机和变频器相距很远时，可以在它们之间安全地使用长电缆，同时消除电缆中可能导致变频器热损失的脉冲反射。

因此，建议在以下情况下安装正弦滤波器：

• 需要降低噪音；如果电机绝缘不良；

• 经历频繁的再生制动；

• 在恶劣的环境中工作；通过超过150米的电缆连接；

• 应长期工作，无需维护；

• 在发动机运转过程中，电压逐步升高；

• 电动机的额定工作电压为690伏。

应该记住正弦滤波器不能在低于其标称值的频率下使用（向下频率的最大允许偏差为 20%），因此在变频器的设置中有必要设置频率低于。并且应非常小心地使用 70 Hz 以上的频率，并且在转换器的设置中，如果可能，请预先设置所连接的正弦滤波器的电容和电感值 。

请记住，滤波器本身可能会产生噪音并发出大量的噪音，因为即使在额定负载下它也会承受大约 30 伏的压降，因此必须在合适的冷却条件下安装滤波器。

所有扼流圈和滤波器必须使用尽可能短的屏蔽电缆与电机串联。因此，对于 7.5 kW 的电机，屏蔽电缆的最大长度不应超过 2 米。

共模滤波器——核心

共模滤波器旨在抑制高频噪声。该滤波器是铁氧体环上（更准确地说是椭圆形）上的差动变压器，其绕组是直接连接电机和变频器的三相线。

该滤波器用于减少电机轴承中放电产生的总电流。因此，共模滤波器可减少电机电缆可能产生的电磁辐射，尤其是在电缆未屏蔽的情况下。三相导体穿过芯窗，保护接地导体留在外面。

铁芯用夹子固定在电缆上，以保护铁氧体免受振动对铁氧体的有害影响（铁氧体铁芯在电机运行期间振动）。滤波器最好安装在变频器端子侧的电缆上。如果在运行过​​程中铁芯发热超过70°C，这表明铁氧体已经饱和，这意味着您需要添加铁芯或缩短电缆。最好将几根并联的三相电缆各自装上线芯。