本发明专利技术公开了一种高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法，通过分析逆变器输出侧共模电压的频谱特性，使有源滤波器的截止频率远小于逆变器的开关频率，从而实现共模电压的抑制；同时通过对接入有源滤波器后的逆变系统进行简化分析，得到系统传递函数，进而确定有源滤波器各环节的元件取值。针对有源滤波器放大环节输入阻抗不高且存在交越失真的问题，本发明专利技术设计了一种有源滤波器改进结构，即在功率放大电路前加入电压倍增器，最后通过实验验证了所提出有源滤波器对高压逆变系统共模电压具有很好的抑制效果。有很好的抑制效果。有很好的抑制效果。
【技术实现步骤摘要】
高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法
[0001]本专利技术属于滤波器设计
，具体涉及一种高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法。
技术介绍
[0002]在高压逆变系统中，逆变器输出共模电压会经由电机内部寄生电容导致电机轴电压和轴电流的产生；另外，由高频共模电压所带来的电磁兼容问题也会对逆变系统周围其他电气设备造成较大威胁。因此，工程上需要采取抑制措施来消除逆变系统中共模电压所带来的负面影响，从而维持系统稳定可靠运行。
[0003]无源滤波器由于结构简单、易于实现的特点被广泛应用于高频电力电子产品中，但要提高无源滤波器的滤波效果，就要求增大滤波器中电感、电容元件的取值，而电容由于安全问题不能选取过大，增大电感元件则会使滤波器体积十分庞大与笨重。有源滤波利用有源抵消的方式来消除系统中的共模电压，它是一种动态补偿的过程，可以克服无源滤波器补偿值固定的缺点，因此是目前滤波器设计的研究热点。
[0004]在PWM逆变器输出侧共模电压有源抑制方法研究中，文献[S.Ogasawara,H.Ayano and H.Akagi,"An active circuit for cancellation of common
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mode voltage generated by a PWM inverter,"PESC97.Record 28th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference.Formerly Power Conditioning Specialists Conference 1970
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71.Power Processing and Electronic Specialists Conference 1972,1997,pp.1547
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1553vol.2]设计了一种前馈式有源滤波器结构，可以对系统共模电压进行有效消除，但由于该有源滤波器放大环节采用的是互补晶体管组成的推挽结构，并且晶体管的集电极直接接在逆变器输入端直流母线上，因此由于有源器件耐压的限制，这种结构并不适用于高电压输入下的逆变系统。文献[Chenggang Mei,J.C.Balda,W.P.Waite and K.Carr,"Active cancellation of common
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mode voltages on drives rated 460
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V and higher,"IEEE International Electric Machines and Drives Conference,2003.IEMDC'03.,Madison,WI,USA,2003,pp.1845
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1851vol.3]在此结构上提出了分压采样、倍压注入的方案，可以提高有源滤波器的适用电压等级，但由于放大环节的输入阻抗不是无穷大，分压电容的引入会导致共模电压采样出现失真，并且推挽电路所固有的交越失真问题也会对共模电压补偿效果产生影响。
技术实现思路
[0005]鉴于上述，本专利技术提供了一种高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法，根据逆变器输出侧共模电压的波形特点，设计了一种前馈式分压采样补偿的有源共模干扰滤波器，通过对三相系统简化得到逆变系统接入有源滤波器后的单相等效电路，并分析了系统的传递函数，然后确定有源滤波器各环节的参数选择。为改善有源共模干扰滤波器低频段补偿效果，本专利技术在有源放大环节前加入电压倍增电路，解决了功率放大电路输入阻抗不
高且存在交越失真的问题，最后制作出有源滤波器实物并进行实验验证。
[0006]一种高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法，包括如下步骤：
[0007](1)对逆变器输出侧共模电压时域波形进行测量，之后对其进行快速傅里叶变换，分析共模干扰频谱特点，根据测试结果得到共模电压的时域幅值大小以及共模干扰的主要分布频段；
[0008](2)基于有源抵消原理设计有源共模干扰滤波器，其包括共模电压采样环节、有源放大环节以及共模电压补偿环节；
[0009](3)分析接入有源共模干扰滤波器后逆变系统的单相等效电路，计算有源共模干扰滤波器接入系统后的传递函数，并确定相关参数；
[0010](4)根据有源共模干扰滤波器的器件参数及选型对其进行实物制作，测试接入有源共模干扰滤波器后逆变器输出侧共模电压，验证有源共模干扰滤波器对逆变系统共模干扰的抑制效果。
[0011]进一步地，所述步骤(1)中利用示波器和无源探头对逆变器输出侧共模电压进行测量并进行频谱分析，逆变器输出侧共模电压的时域峰峰值为U
CM,max
，频谱分析结果中共模电压幅值最大处所对应的频率点即为逆变器开关频率f
sw
。
[0012]进一步地，所述共模电压采样环节包括三个无源网络Z1以及一个无源网络Z2，三个无源网络Z1的一端分别与逆变器的三相输出端口连接以对逆变器输出侧共模电压进行检测，三个无源网络Z1的另一端采用星形接法并与无源网络Z2进行分压，分压比为1:n，即中性点与无源网络Z2的一端相连，无源网络Z2的另一端接地；
[0013][0014]其中：z1为无源网络Z1的阻抗值，z2为无源网络Z2的阻抗值，无源网络Z1和Z2均采用RLC串联结构。
[0015]进一步地，所述有源放大环节包括四个分压电阻R1～R4、两个NPN型晶体管T1和T2、一个PNP型晶体管T3、直流滤波电容C
f
以及直流供电电源，其中R1的一端与T2的集电极相连并接直流偏置电压V
cc
，R1的另一端与R2的一端、T1的集电极以及T2的基极相连，R2的另一端与R3的一端、T1的基极以及无源网络Z1的中性点相连，R3的另一端与R4的一端、T1的发射极以及T3的基极相连，R4的另一端与T3的集电极相连并接地，T2的发射极以及T3的发射极相连，T2和T3组成推挽电路，C
f
对推挽电路的输出直流分量进行滤波，直流偏置电压V
cc
由直流供电电源提供。
[0016]进一步地，所述共模电压补偿环节由缠绕在同一环形磁芯上的四绕组变压器构成，变压器的原边绕组一端与T2的发射极相连，另一端与C
f
的一端相连；变压器的三个副边绕组分别串接在逆变器输出侧与电机之间三相线路上；为实现共模电压的倍压注入，三个副边绕组的匝数相等，且与原边绕组匝数成一定比例。
[0017]进一步地，所述共模电压采样环节检测得到共模电压的时域峰峰值为U
CM,max
/n，其值应小于有源放大环节中采用的晶体管耐压要求，若晶体管耐压较低，则适当增大n值；反之，则减小n值。
[0018]进一步地，为实现逆变器输出侧共模电压完全消除，所述共模电压采样环节的分压比应满足n＝k，k为共模电压补偿环节中变压器副边绕组与原边绕组的匝数比。
[0019]进一步地，所述步骤(3本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法，包括如下步骤：(1)对逆变器输出侧共模电压时域波形进行测量，之后对其进行快速傅里叶变换，分析共模干扰频谱特点，根据测试结果得到共模电压的时域幅值大小以及共模干扰的主要分布频段；(2)基于有源抵消原理设计有源共模干扰滤波器，其包括共模电压采样环节、有源放大环节以及共模电压补偿环节；(3)分析接入有源共模干扰滤波器后逆变系统的单相等效电路，计算有源共模干扰滤波器接入系统后的传递函数，并确定相关参数；(4)根据有源共模干扰滤波器的器件参数及选型对其进行实物制作，测试接入有源共模干扰滤波器后逆变器输出侧共模电压，验证有源共模干扰滤波器对逆变系统共模干扰的抑制效果。2.根据权利要求1所述的高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中利用示波器和无源探头对逆变器输出侧共模电压进行测量并进行频谱分析，逆变器输出侧共模电压的时域峰峰值为U
CM,max
，频谱分析结果中共模电压幅值最大处所对应的频率点即为逆变器开关频率f
sw
。3.根据权利要求2所述的高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法，其特征在于：所述共模电压采样环节包括三个无源网络Z1以及一个无源网络Z2，三个无源网络Z1的一端分别与逆变器的三相输出端口连接以对逆变器输出侧共模电压进行检测，三个无源网络Z1的另一端采用星形接法并与无源网络Z2进行分压，分压比为1:n，即中性点与无源网络Z2的一端相连，无源网络Z2的另一端接地；其中：z1为无源网络Z1的阻抗值，z2为无源网络Z2的阻抗值，无源网络Z1和Z2均采用RLC串联结构。4.根据权利要求3所述的高压逆变系统有源共模干扰滤波器设计方法，其特征在于：所述有源放大环节包括四个分压电阻R1～R4、两个NPN型晶体管T1和T2、一个PNP型晶体管T3、直流滤波电容C
f
以及直流供电电源，其中R1的一端与T2的集电极相连并接直流偏置电压V
cc
，R1的另一端与R2的一端、T1的集电极以及T2的基极相连，R2的另一端与R3的一端、T1的基极以及无源网络Z1的中性点相连，R3的另一端与R4的一端、T1的发射极以及T3的基极相连，R4的另一端与T3的集电极相连并接地，T2的发射极以及T3的发射极相连，T2和T3组成推挽电路，C
f
【专利技术属性】
技术研发人员：陈恒林，高景龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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