驱动器输出滤波器的应用有哪些方面（驱动器输出滤波器的应用有哪些方法）

1. 输出滤波器概述

1.1 输出滤波器的应用要求

在驱动器应用场景，尤其是高压场景，通常采用输出滤波器来满足现场应用需求。

输出滤波器的作用及场景的应用要求：

(1)电机绝缘保护；

(2)降低电机噪音；

(3)减少电机电缆中的高频电磁干扰；

(4)降低电机的轴承电流和轴电压；

1.2 输出滤波器类型

常用的输出滤波器有正弦波滤波器、dU/dt滤波器和高频干扰抑制滤波器；

(1)正弦波滤波器：适合在额定开关频率以上使用，但不低于额定开关频率的20%；

(2)dU/dt滤波器：适用于低于额定频率的开关频率，但较高的开关频率会导致滤波器过热，应尽量避免；

(3)高频干扰抑制滤波器：适用于降低输出电磁干扰，一般为输出磁环滤波器；

2、电机绝缘保护

2.1 输出电压的形成

变频器的输出电压是具有上升时间tr的脉宽调制梯形脉冲。逆变桥工作时，IGBT开关形成的dU/dt会使电机端子侧电压升高，这主要取决于以下因素：

电机电缆（类型、横截面、长度、屏蔽或非屏蔽、分布电感和分布电容）；来自电机的高频浪涌冲击；由于电缆特性阻抗与电机浪涌阻抗不匹配而产生反射，导致电机端子振铃电压过冲，如下图：

转换器输出电压和电机端子电压示例

2.2 特性阻抗对电压的影响

(1)电机的特性阻抗随着电机尺寸的增大而减小，从而减少与电缆阻抗的失配；

(2)较低的反射系数()减少了波的反射，导致电压过冲；

(3)在并联电缆的情况下，电缆的特性阻抗降低，导致反射系数较高，过冲也较高；

(4)不同功率电机的反射系数：

反射系数典型值

2.3 上升沿tr的测量和dU/dt的计算

(1)输出电压测量：测量相间电压、相电压上升时间tr以及电机端子上的峰值电压Upeak值；

(2)测量tr的方法主要有两种；

国际IEC标准：上升时间tr定义为峰值电压峰值的10%到90%之间的时间；

IEC的TR

美国NEMA标准：将上升时间定义为最终稳定电压的10%到90%之间的时间；

NEMA 技术

(3) dU/dt计算

2.4 Upeak与tr的关系

各种标准和技术规范对不同电机类型的Upeak和tr提出了限值；

IEC60034-17——通用电机、500V电机的限制线； IEC60034-25-变频器额定电机限值：曲线A适用于500V电机，曲线B适用于690V电机； NEMA MG1 - 具有明确逆变器用途的电机；

Upeak与tr的关系

在实际应用中，当Upeak和tr超过所用电机适用的限值时，应使用输出滤波器来保护电机绝缘。

3、降低电机噪音

(1)电机产生的噪声主要有3个来源。

电机铁芯通过磁致伸缩产生的磁噪声；电机轴承产生的噪音；电机通风产生的噪音； (2)变频器控制电机时，施加到电机上的脉宽调制(PWM)电压在开关频率处产生附加磁噪声(主要是开关频率的两倍)；

(3)在某些应用中是不可接受的。为了消除这种额外的开关噪声，应使用正弦波滤波器对变频器的脉冲形电压进行滤波，使其在电机端子处成为反相的正弦波。电压；

4、减少电机电缆中的高频电磁干扰

4.1 高频电磁干扰的形成及特点

(1) 不使用输出滤波器时，电机端子上产生的振铃电压是高频干扰的主要来源。

(2) 电机端子电压振铃的频率与电机电缆中高频传导干扰的频谱有关。

振铃电压与传导干扰的关系

(3)除上述干扰成分外，还有其他噪声成分：

相地间共模电压及其谐波：低频、高幅值； IGBT引起的高频干扰（10MHz以上）：频率高但幅值低； 4.2 输出滤波器对电磁干扰的贡献

(1) 使用dU/dt滤波器时：振铃振荡频率降低至150kHz以下；

(2)使用正弦波滤波器时：振铃振荡完全消除，电机端电压为正弦波；

(3) 进行干扰测试对比：

无输出滤波器

有正弦波滤波器