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变频器专用滤波器
阅读:468时间:2018-06-08 17:33:58

变频器专用滤波器就是为了消除变频器工作时,对电网及其它数字电子设备产生干扰的频谱分量、增强变频器的电磁兼容性而专门设计的滤波器。变频器专用滤波器是由电感电容组成的低通滤波电路所构成,它允许有用信号的电流通过,对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。

原理

  变频器专用滤波器,就是为了消除变频器工作时,对电网及其它数字电子设备产生干扰的频谱分量、增强变频器的电磁兼容性而专门设计的滤波器。
  变频器专用滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成,它允许有用信号的电流通过,对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种,因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理有三种:
  1、利用电容通高频隔低频的特性,将火线、零线高频干扰电流导入地线(共模),或将火线高频干扰电流导入零线(差模);
  2、利用电感线圈的阻抗特性,将高频干扰电流反射回干扰源;
  3、利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性,针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可。

分类

  变频器专用型滤波器根据其使用位置不同,可以分为变频器输入端专用型滤波器和变频器输出端专用型滤波器。

特点

  1、变频器输入端专用滤波器的特点
  1.1、宽范围的衰减特性;
  1.2、较小的泄露电流。
  2、变频器输出端专用滤波器的特点
  2.1、dv/dt抑制,过电压限制;
  2.2、降低变频器电磁干扰;
  2.3、减少变频器及马达线圈损耗。

选型

  变频器专用滤波器选型时,要确定以下几点:
  额定电压
  额定电压是变频器专用滤波器用在指定电源频率时的工作电压,也是滤波器最高允许的电压值。如用在50Hz单相电源的滤波器,额定电压为250V;用在50Hz三相电源的滤波器,额定电压为440V。若输入滤波器的电压过高,会使内部电容器损坏。
  额定电流
  额定电流(Ir)是在额定电压和指定环境温度条件下所允许的最大连续工作电流。
  随着环境温度的升高,或由于电感导线的铜损,磁芯损耗以及周围环境温度等原因导致工作温度高于室温,这时候就难以确保插入损耗的性能。因此,应该根据实际可能的最大工作电流和工作环境温度来选择EMI电源滤波器的额定电流。
  插入损耗
  3.1、插入损耗定义
  插入损耗是变频器专用滤波器最重要的技术参数之一,设计人员和工程应用人员考虑的中心问题就是,在保证滤波器安全、环境、机械和可靠性能满足有关标准要求的前提下,实现尽可能高的插入损耗。
  变频器专用滤波器的插入损耗是频率的函数,用dB(分贝)表示。
  3.2、共模损耗与差模损耗
  变频器专用滤波器的插入损耗包括共模(表示为CM)插入损耗和差模(表示为DM)插入损耗。
  3.3、影响插入损耗的因素
  影响变频器专用滤波器插入损耗的因素包括阻抗搭配和安装。实际应用中,变频器专用滤波器输入和输出端的阻抗已不是测得的50Ω,所以它对干扰信号的衰减,不会等于产品标准或说明书中的给出的插入损耗。如果选用变频器专用滤波器的网络结构和参数合理,加上安装得当,则有可能实现优于标准中的规定的插入损耗。反之,如果网络搭配和参数的选择不当,安装又有问题,则有可能得不到好的应用效果,反而会得到相反的效果。
  另外一个影响因素,就是滤波器的工作温度和额定工作电流。变频器专用滤波器的插入损耗测量方法中,都一致强调了要在加载额定电流条件下进行它的插入损耗的测量,这是因为滤波器中的电感L用了铁氧体或其他磁性材料,大电流工作下,磁性饱和状态引起性能变坏,两者比较差别相当大。
  阻抗搭配
  4.1、阻抗搭配的原因
  选择变频器专用滤波器时,首先应选择适合你所用的滤波电路和插入损耗性能。
  首先选择滤波电路的原因是与滤波器要在匹配条件下工作的传统概念不同,所谓匹配意味滤波器需在保持输入/输出信号幅度不变(或某一固定比例)的前提下,将其中部分频谱做预期的处理或变换,而变频器专用滤波器不同,它是个以工频为导通对象的低通滤波器,是在不匹配的条件下工作,因为在实际应用中无法实现匹配,如变频器专用滤波器输入端阻抗RI——电网源阻抗是随着用电量的大小变化的,滤波器输出端的阻抗Rl(负载阻抗)——电源阻抗是随着电源负载的大小变化的,要想获得理想的抑制效果,应遵循正确的阻抗搭配。
  无论怎样复杂的变频器专用滤波器,都可以把它的共模和差模滤波网络抽象出来。
  4.2、阻抗失配分析
  一般在变频器专用滤波器电路网络中,电感L看作高阻元件,电容C看作低阻元件。为了达到滤波更好的效果,按照滤波器的不匹配原则,如果实际负载为感性高阻,则选择输出负载为容性低阻的滤波器;如果实际负载为容性低阻,则选择输出负载为感性高阻的滤波器。同样,对于滤波器的输入阻抗和电网源阻抗,也应该按照阻抗失配原则来选择滤波器。
  对被控制的干扰信号,当变频器专用滤波器两端阻抗都处于失配状态时,EMI信号会在它的输入和输出端口产生很强的反射。这样一来,变频器专用滤波器对EMI信号的衰减,等于变频器专用滤波器的固有插入损耗加上反射损耗。在变频器专用滤波器的实际使用中,可用阻抗失配来实现对EMI信号更加有效抑制。
  这就是为什么选用变频器专用滤波器时,一定要仔细分析其端口阻抗的正确搭配,使产生尽可能大的反射,达到对EMI信号的有效控制的原因。
  工作环境
  影响工作电流和环境关系的主要原因之一就是变频器专用滤波器中的软磁材料。变频器专用滤波器一般采用高磁导率软磁材料锰锌铁氧体,初始磁导率μi=7000~10000,但其居里点温度不高,优质的仅为130℃左右。磁导率越高,居里点温度越低,过居里点后磁导率迅速下降,从而导致EMI电源滤波器中的电感值下降,严重影响滤波效果。
  因此要根据工作温度来正确选择频器专用滤波器的额定电流,或者改善滤波器的散热条件(工作环境)来确保滤波器的安装使用。
  除特殊说明外,变频器专用滤波器说明书给出的额定电流均为室温+25℃(标称温度)的值,同样给定的典型插入损耗或曲线也均指+25℃的值。
  IEC气候等级为25/085时,指定环境温度为+40℃(标称温度)条件下,查取其他环境温度所允许的工作电流曲线。
  特别说明
  变频器专用滤波器对EMI信号的抑制能力不仅取决于滤波器在50Ω系统内测得的插入损耗,还取决于滤波网络与EMI信号源和负载的正确端接。所以,在选用滤波器时,要特别注意变频器专用滤波器上标牌内容,看其是否准确标出滤波网络的参数和网络结构。显然,那种既不提供网络参数,又没有给出网络结构的变频器专用滤波器,给正确端接和优化应用带来了麻烦。
  另外,有的变频器专用滤波器标牌标明电源和负载端接,这可能是为了某特定电子设备所设置,没有普遍意义,最多也只能是制造厂商的建议端接方法之一。
  应用变频器专用滤波器,要具体分析变频器专用滤波器的网络结构和接入电路的等效阻抗,按照以上阻抗搭配原则进行端接才能正确达到预期目的。

安装

  1、不能存在电磁耦合路径
  以上两种都是不正确的安装方式,问题的本质在于,滤波器的输入端电线和它
  的输出端电线之间存在有明显的电磁耦合路径。这样一来,存在于滤波器某一端的EMI信号会逃脱滤波器对它的抑制,不经过滤波器的衰减而直接耦合到滤波器的另一端去。
  另外,如上述两种吧变频器专用滤波器都是安装在设备屏蔽的内部,设备内部电路及元件上的EMI信号会因辐射在滤波器的(电源)端引线上生成EMI信号而直接耦合到设备外面去,使设备屏蔽丧失对内部元件和电路产生的EMI辐射的抑制。当然,如果滤波器(电源)上存在有EMI信号,也会因辐射而耦合到设备内部的元件和电路上,从而破坏滤波器和屏蔽对EMI信号的抑制作用。
  2、不能将线缆困扎在一块
  一般来说,在电子设备或系统内安装EMI滤波器时要注意的是,在捆扎设备电缆时,千万不能把滤波器(电源)端和(负载)端的电线捆扎在一起,因为这无疑加剧了滤波器输入输出端之间的电磁耦合,严重破坏了滤波器和设备屏蔽对EMI信号的抑制能力。
  3、避免使用长接地线
  变频器专用滤波器输入、出端连接电源及电机的接线长度不宜超过30厘米。
  因为过长的接地线意味着大大增加接地电感和电阻,它会严重破坏滤波器的共模抑制能力。较好方法是,用金属螺钉与星形弹簧垫圈把滤波器的屏蔽牢牢地固定在设备电源入口处的机壳上。
  4、必须拉开距离
  变频器专用滤波器输入线、输出线必须拉开距离,切忌并行,以免降低滤波器效能。
  5、良好面接触
  变频器专用滤波器金属壳与机箱壳必须保证良好面接触,并将接地线接好。
  6、宜选用双绞线
  变频器专用滤波器的输入、输出连接线以选用屏蔽双绞线为佳,它可有效消除部分高频干扰信号。

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