輸出濾波器概述

1、輸出濾波器的應用需求

驅動器類應用場景，特別是高壓場景，通常使用輸出濾波器來達到現場應用需求。

輸出濾波器的作用與場景應用需求：

（1）電機的絕緣保護；

（2）降低電機噪聲；

（3）降低電機電纜中的高頻電磁干擾；

（4）降低電機的軸承電流和軸電壓；

2、 輸出濾波器類型

常用的輸出濾波器有正弦波濾波器、dU/dt濾波器和高頻干擾抑制濾波器；

（1）正弦波濾波器：適用于高于額定開關頻率，但不得在低于額定開關頻率的20%；

（2）dU/dt濾波器：適用于低于額定開關頻率，但較高的開關頻率會導致濾波器過熱，應盡量避免使用；

（3）高頻干擾抑制濾波器：適用于降低輸出電磁干擾場合，一般為輸出磁環濾波器；

電機的絕緣保護

1、輸出電壓的形成

變頻器的輸出電壓是上升時間tr的脈寬調制的梯形脈沖。當逆變器橋工作時，IGBT開關形成的dU/dt，會增加電機端子側的電壓，主要取決于以下因素：

電機電纜（類型、橫截面、長度、屏蔽或未屏蔽、分布電感和分布電容）；

電機的高頻浪涌沖擊；

由于電纜特性阻抗與電機電涌阻抗之間的阻抗不匹配而產生反射，導致電機端子的振鈴電壓超調，如下圖：

變流器輸出電壓和電機端子電壓示例

2、特征阻抗對電壓的影響

（1）電機特征阻抗隨著電機尺寸的增大而減小，從而使與電纜阻抗的失配減小；

（2）較低的反射系數(Γ)降低了波反射，從而導致電壓超調；

（3）在并聯電纜的情況下，電纜的特性阻抗降低，導致反射系數越高，超調越高；

（4）不同功率電機的反射系數：

反射系數的典型值

3、上升沿tr的測量與dU/dt的計算

（1）輸出電壓的測量：在電機端子上測量相間電壓、相電壓的上升時間tr和峰值電壓Upeak值；

（2）tr的測量方法主要有兩種；

國際IEC標準：將上升時間tr定義為峰值電壓峰值的10%至90%之間的時間；

IEC的tr

美國NEMA標準：將上升時間定義為最終穩定電壓的10%到90%之間的時間；

NEMA的tr

（3）dU/dt計算

4、Upeak和tr的關系

各標準和技術規范提出了不同電機類型的Upeak和tr的限制；

IEC60034-17-通用電機，500V電機的極限線；

IEC60034-25-變流器額定電機的限值：曲線A適用于500V電機，曲線B適用于690V電機；

NEMA MG1-明確逆變器用途的電機；

Upeak和tr的關系

在實際的應用中，當Upeak和tr超過了適用于所用電機的限制，應使用輸出濾波器來保護電機絕緣。

降低電機聲噪聲

（1）電機產生的聲噪聲主要有三個來源。

電機磁芯通過磁致伸縮而產生的磁噪聲；

電機軸承產生的噪聲；

電機通風所產生的噪音；

（2）當變頻器控制電機時，施加給電機的脈寬調制（PWM）電壓在開關頻率和諧波（主要是開關頻率的兩倍）處產生額外的磁噪聲；

（3）在某些應用場合中是不可接受的，為了消除這種額外的開關噪聲，應使用正弦波濾波器，對變頻器的脈沖形電壓進行濾波，使其在電機端子為相對相的正弦電壓；

降低電機電纜中的高頻電磁干擾

1、高頻電磁干擾形成與特點

（1）當不使用輸出濾波器時，在電機端子發生的振鈴電壓是主要的高頻干擾源。

（2）電機端子上電壓振鈴的頻率與電機電纜中高頻傳導干擾的頻譜相關。

振鈴電壓與傳導干擾關系

（3）除了以上干擾成分外，還有其他的噪聲成分：

相地間的共模電壓及其諧波：低頻高振幅；

IGBT引起的高頻干擾（10MHz以上）：高頻但振幅低；

2、輸出濾波器對電磁干擾的貢獻

（1）使用dU/dt濾波器的情況下：振鈴振蕩的頻率降低到150 kHz以下；

（2）使用正弦波濾波器的情況下：振鈴振蕩被完全消除，電機端電壓為正弦波；

（3）傳導干擾試驗對比：

無輸出濾波器

有正弦波濾波器