專利名稱：帶有能濾除共模電壓的反饋有源低通濾波裝置的變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及變頻器應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于變頻器中的能濾出共模電壓的反饋有源低通濾波器。
背景技術(shù)：
變頻調(diào)速是一項(xiàng)效益高，性能好，應(yīng)用廣泛的交流傳動(dòng)控制技術(shù)。作為實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的控制裝置——變頻器已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及國防領(lǐng)域，變頻器在節(jié)能、改善人類生活環(huán)境、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及工業(yè)自動(dòng)化程度等方面做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是由于現(xiàn)代電力電子器件的飛速發(fā)展，使功率開關(guān)器件具有了快速導(dǎo)通或關(guān)斷特性，導(dǎo)致變頻器產(chǎn)生高頻輸出電壓，從而引起一些嚴(yán)重危害，主要有1)在功率開關(guān)器件的高速通斷期間，高頻輸出電壓會(huì)在電動(dòng)機(jī)鐵芯疊片中激勵(lì)渦流引起熱損耗，還會(huì)使電動(dòng)機(jī)的銅線繞組通過集膚效應(yīng)消耗更多的能量，加劇電動(dòng)機(jī)的熱損耗，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)功率損耗增大，效率降低，從而影響電動(dòng)機(jī)性能，特別是變頻器產(chǎn)生的高頻電磁振蕩的頻率與電動(dòng)機(jī)的零部件的固有振蕩頻率相近時(shí)，會(huì)誘使其發(fā)生機(jī)械共振或噪聲；2)由于電源線路存在分布電容以及電動(dòng)機(jī)內(nèi)部存在寄生電容，將產(chǎn)生充放電漏電流流入地線，該電流正比于電壓變化率，如果漏電流過大將引起電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路誤動(dòng)作；3)當(dāng)高載波頻率的電壓型PWM變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，高頻輸出電壓不僅在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的寄生電容上產(chǎn)生充放電漏電流，而且還會(huì)由于電容的積累作用使得轉(zhuǎn)子軸電壓升高，這兩者都會(huì)引起潤滑油膜擊穿，產(chǎn)生電火花加工作用，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)軸承過早損壞，增加電動(dòng)機(jī)的維修費(fèi)用，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；4)頻率從100KHz到幾兆范圍變化的漏電流經(jīng)地線流回系統(tǒng)的三相電源中，產(chǎn)生高頻電磁干擾，高次諧波電流在電路阻抗上形成諧波壓降，產(chǎn)生有功和無功損耗，影響供電電網(wǎng)電能的質(zhì)量，導(dǎo)致供電效率下降，還會(huì)使繼電保護(hù)裝置因受干擾而誤動(dòng)作，影響電網(wǎng)上的其它電子設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)斐稍O(shè)備的損壞；5)當(dāng)電動(dòng)機(jī)和變頻器之間不可避免地采用長線傳輸電纜時(shí)，如在石油開采、造紙、采礦業(yè)等領(lǐng)域，由于長線電纜存在分布電感和分布電容，將產(chǎn)生反射波現(xiàn)象，使電動(dòng)機(jī)端輸出電壓變化率加倍，若變頻器輸出電壓中有共模信號(hào)則會(huì)使上述危害進(jìn)一步加劇。上述問題的存在，嚴(yán)重影響了變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，制約了變頻技術(shù)的進(jìn)一步推廣使用。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為解決現(xiàn)有變頻器輸出中存在高頻共模信號(hào)而引起的危害性問題，從而研制了一種帶有能濾除共模電壓的反饋有源低通濾波裝置的變頻器。本實(shí)用新型由三相整流電路1、PWM逆變器2、第五電容C5、第六電容C6、反饋有源低通濾波器3組成，反饋有源低通濾波器3由四繞組共模變壓器4、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一三極管T1、第二三極管T2、第一直流電源Vs1、第二直流電源Vs2組成；工業(yè)用三相電源的三個(gè)輸出端分別連接三相整流電路1的三個(gè)電源輸入端，三相整流電路1的一個(gè)輸出端與第五電容C5的一端和PWM逆變器2的一個(gè)輸入端連接，第五電容C5的另一端與第六電容C6的一端、第一直流電源Vs1的負(fù)極端、第二直流電源Vs2的正極端、第四電阻R4的一端和四繞組共模變壓器4的原邊繞組L1的非同名端連接，第六電容C6的另一端與三相整流電路1的另一個(gè)輸出端和PWM逆變器2的另一個(gè)輸入端連接，PWM逆變器2的三個(gè)輸出端分別與四繞組共模變壓器4的副邊第一繞組L21、副邊第二繞組L22、副邊第三繞組L23的同名端連接，四繞組共模變壓器4的副邊第一繞組L21的非同名端與第一電容C1的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的第一電源端連接，副邊第二繞組L22的非同名端與第二電容C2的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的第二電源端連接，副邊第三繞組L23的非同名端與第三電容C3的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的第三電源端連接，第一電容C1的另一端與第一電阻R1的一端連接，第二電容C2的另一端與第二電阻R2的一端連接，第三電容C3的另一端與第三電阻R3的一端連接，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3的另一端與第一三極管T1的基極、第二三極管T2的基極和第四電容C4的一端連接，第四電容C4的另一端與第四電阻R4的另一端連接，第一三極管T1的集電極與第一直流電源Vs1的正極端連接，第一三極管T1的發(fā)射極與原邊繞組L1的同名端和第二三極管T2的發(fā)射極連接，第二三極管T2的集電極與第二直流電源Vs2的負(fù)極端連接。工作原理由第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4組成的無源共模電壓檢測(cè)網(wǎng)能從PWM逆變器2的輸出電壓中取得反饋共模電壓信號(hào)送入由第一三極管T1、第二三極管T2、第一直流電源Vs1、第二直流電源Vs2組成的推挽電路中，推挽電路放大反饋電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)四繞組共模變壓器4工作，四繞組共模變壓器4產(chǎn)生的電壓疊加到PWM逆變器2的輸出中，該電壓的大小與從PWM逆變器2產(chǎn)生的共模電壓大小相等、相位相反，從而能抵消PWM逆變器2輸出電壓中的共模電壓信號(hào)。本實(shí)用新型能消除變頻器帶來的負(fù)面效應(yīng)，提高系統(tǒng)的可靠性，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便的優(yōu)點(diǎn)，而且反饋有源低通濾波器3和PWM逆變器2可以封裝到一起。本實(shí)用新型的有益效果可以用Allen-Bradley 1336 FORCETM變頻器驅(qū)動(dòng)J02-32-4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證，如圖3、圖4和圖5所示；圖3中波形1為PWM逆變器2輸出的共模電壓，波形2為經(jīng)100m長線電纜后未接反饋有源低通濾波器3時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的輸入共模電壓，波形3為接反饋有源低通濾波器3時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的輸入共模電壓，可見，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的輸入共模電壓被充分抑制了，尤其高頻共模電壓抑制的更為充分；圖4中波形1為PWM逆變器2輸出的共模電壓，波形3為未接反饋有源低通濾波器3時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的軸電壓，波形2為接反饋有源低通濾波器3時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的軸電壓；圖5中波形1為PWM逆變器2輸出的共模電壓，波形3為未接反饋有源低通濾波器3時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的漏電流，波形2為接反饋有源低通濾波器3時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的漏電流；可見，PWM逆變器2輸出中附加的共模電壓對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的軸電壓和漏電流產(chǎn)生的負(fù)面影響被充分抑制了。


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是四繞組共模變壓器4的鐵芯6的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本實(shí)用新型對(duì)PWM逆變器2輸出中的共模電壓抑制作用的波形圖，圖4是本實(shí)用新型對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的軸電壓影響的波形圖，圖5是本實(shí)用新型對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的漏電流影響的波形圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
由三相整流電路1、PWM逆變器2、第五電容C5、第六電容C6、反饋有源低通濾波器3組成，反饋有源低通濾波器3由四繞組共模變壓器4、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一三極管T1、第二三極管T2、第一直流電源Vs1、第二直流電源Vs2組成；工業(yè)用三相電源的三個(gè)輸出端分別連接三相整流電路1的三個(gè)電源輸入端，三相整流電路1的一個(gè)輸出端與第五電容C5的一端和PWM逆變器2的一個(gè)輸入端連接，第五電容C5的另一端與第六電容C6的一端、第一直流電源Vs1的負(fù)極端、第二直流電源Vs2的正極端、第四電阻R4的一端和四繞組共模變壓器4的原邊繞組L1的非同名端連接，第六電容C6的另一端與三相整流電路1的另一個(gè)輸出端和PWM逆變器2的另一個(gè)輸入端連接，PWM逆變器2的三個(gè)輸出端分別與四繞組共模變壓器4的副邊第一繞組L21、副邊第二繞組L22、副邊第三繞組L23的同名端連接，四繞組共模變壓器4的副邊第一繞組L21的非同名端與第一電容C1的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的第一電源端連接，副邊第二繞組L22的非同名端與第二電容C2的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的第二電源端連接，副邊第三繞組L23的非同名端與第三電容C3的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)5的第三電源端連接，第一電容C1的另一端與第一電阻R1的一端連接，第二電容C2的另一端與第二電阻R2的一端連接，第三電容C3的另一端與第三電阻R3的一端連接，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3的另一端與第一三極管T1的基極、第二三極管T2的基極和第四電容C4的一端連接，第四電容C4的另一端與第四電阻R4的另一端連接，第一三極管T1的集電極與第一直流電源Vs1的正極端連接，第一三極管T1的發(fā)射極與原邊繞組L1的同名端和第二三極管T2的發(fā)射極連接，第二三極管T2的集電極與第二直流電源Vs2的負(fù)極端連接。三相整流電路1和PWM逆變器2的組合電路可用Allen-Bradley1336 FORCETM型號(hào)的變頻器代替；四繞組共模變壓器4的鐵芯6是采用非晶合金材料制成的環(huán)形或閉合C形。
權(quán)利要求1.帶有能濾除共模電壓的反饋有源低通濾波裝置的變頻器，它包含三相整流電路(1)、PWM逆變器(2)，其特征在于它還包含第五電容(C5)、第六電容(C6)和反饋有源低通濾波器(3)；反饋有源低通濾波器(3)由四繞組共模變壓器(4)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第四電容(C4)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第一三極管(T1)、第二三極管(T2)、第一直流電源(Vs1)、第二直流電源(Vs2)組成；工業(yè)用三相電源的三個(gè)輸出端分別連接三相整流電路(1)的三個(gè)電源輸入端，三相整流電路(1)的一個(gè)輸出端與第五電容(C5)的一端和PWM逆變器(2)的一個(gè)輸入端連接，第五電容(C5)的另一端與第六電容(C6)的一端、第一直流電源(Vs1)的負(fù)極端、第二直流電源(Vs2)的正極端、第四電阻(R4)的一端和四繞組共模變壓器(4)的原邊繞組(L1)的非同名端連接，第六電容(C6)的另一端與三相整流電路(1)的另一個(gè)輸出端和PWM逆變器(2)的另一個(gè)輸入端連接，PWM逆變器(2)的三個(gè)輸出端分別與四繞組共模變壓器(4)的副邊第一繞組(L21)、副邊第二繞組(L22)、副邊第三繞組(L23)的同名端連接，四繞組共模變壓器(4)的副邊第一繞組(L21)的非同名端與第一電容(C1)的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(5)的第一電源端連接，副邊第二繞組(L22)的非同名端與第二電容(C2)的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(5)的第二電源端連接，副邊第三繞組(L23)的非同名端與第三電容(C3)的一端和三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(5)的第三電源端連接，第一電容(C1)的另一端與第一電阻(R1)的一端連接，第二電容(C2)的另一端與第二電阻(R2)的一端連接，第三電容(C3)的另一端與第三電阻(R3)的一端連接，第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)的另一端與第一三極管(T1)的基極、第二三極管(T2)的基極和第四電容(C4)的一端連接，第四電容(C4)的另一端與第四電阻(R4)的另一端連接，第一三極管(T1)的集電極與第一直流電源(Vs1)的正極端連接，第一三極管(T1)的發(fā)射極與原邊繞組(L1)的同名端和第二三極管(T2)的發(fā)射極連接，第二三極管(T2)的集電極與第二直流電源(Vs2)的負(fù)極端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有能濾除共模電壓的反饋有源低通濾波裝置的變頻器，其特征在于四繞組共模變壓器(4)的鐵芯(6)是環(huán)形或閉合C形。
專利摘要帶有能濾除共模電壓的反饋有源低通濾波裝置的變頻器，它涉及變頻器應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有變頻器輸出中存在高頻共模信號(hào)而引起的危害性問題。2的輸出端分別與4的(L21～L23)的同名端連接，(L21～L23)的非同名端分別通過(C1～C3)與(R1～R3)連接，(R1～R3)的另一端都與T1、T2的基極和C4連接，C4與R4連接，T1的集電極與Vs1的正極端連接，T1的發(fā)射極與L1的同名端和T2的發(fā)射極連接，T2的集電極與Vs2的負(fù)極端連接。本實(shí)用新型能濾除變頻器輸出中存在的共模電壓。
文檔編號(hào)H02M7/48GK2794029SQ20052002074
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者姜艷姝, 徐殿國, 劉宇, 趙洪, 高俊山 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)