SPWM逆变器输出端无源滤波器的研究与设计

摘要

目前谐波、电磁干扰与功率因数降低被公认为电力系统的三大公害。在我国，随着国民经济的高速发展，高频电力电子设备大量应用在医学、化工、冶金、煤炭等部门，尤其是在医学设备中的应用，如将逆变器异步电动机引入医学领域，作为开颅机等医疗设备的动力源等。电力电子器件在高频信号控制下的开关作用使得电力系统的谐波问题不可避免地日益严重，从而将谐波的管理、监测和治理等摆到了十分重要的位置。 本文开篇介绍了谐波的产生根源，亟待解决的问题，设计滤波器的必要性，国内外的发展现状等；然后分析了变频器的工作原理、以SPWM(正弦脉宽调制)为调制方式的逆变器工作方式及滤波器的分类等。本文着重研究了SPWM调制方式与共模电压产生的关系，重点设计了逆变器输出端无源滤波器。本文设计的滤波器具有几个特点： (1)在滤除差模L-R-C滤波电路的基础上，将三相L-R-C滤波器的星结点接于母线中点，使能量回馈，不致流失； (2)在每相中串联一个陷波滤波器来消除逆变器SPWM调制后包含的载波频率谐波分量； (3)在星结点与直流母线中点间串联电感与每相中的电感组成去耦互感，形成共模变压器，来抑制共模电压。 将这几点综合起来，形成本文所设计的滤波器的主要结构。 本文设计的滤波器不仅在理论上合理，在实验中也得到了充分的认证。在满足差模滤波的同时，减小共模电压有效值达70％之多。试验的成功为以后大批量的生产提供了可能。充分证明了本设计不仅有一定的创新价值，而且还具有实用价值和经济价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外的研究现状

1.3本论文的主要工作

第二章变频器的工作原理分析

2.1变频器的概念

2.2变频器的工作原理

2.2.1变频器的两种分类

2.2.2电压型和电流型变频器

2.2.3单相逆变电路

2.2.4三相逆变电路

2.2.5电压型逆变电路输出电压的调节

第三章PWM脉宽调制型逆变器

3.1 PWM控制的基本原理

3.1.1 PWM控制技术基础

3.1.2 PWM控制方式

3.1.3关于PWM的开关频率

3.2 SPWM正弦脉宽调制原理及优点

3.2.1 SPWM原理

3.2.2 SPWM优点

3.2.3同步调制和异步调制

3.2.4 SPWM波形的生成方法

第四章共模电压研究与滤波器选取

4.1问题的提出及解决途径

4.1.1 PWM脉宽调制的谐波分析

4.1.2共模电压的产生

4.1.3共模电压的幅值

4.1.4共模电压的波形

4.1.5共模电压的傅立叶分析

4.1.6共模电压的实验验证

4.1.7谐波的抑制

4.2滤波技术及滤波器的分类特性

4.2.1滤波器的分类

4.2.2滤波器的原理及选取

4.2.3滤波器涉及的基本参数及术语

第五章无源滤波器(PPF)的设计与实现

5.1传统的低通滤波电路

5.2改进的LRC滤波电路

5.2.1接直流母线的LRC低通滤波器

5.2.2消除差模信号的LRC低通滤波器

5.2.3消除载波频率谐波的陷波滤波器

5.2.4消除共模信号的电感耦合滤波器

第六章结束语

6.1本文设计与实现的总结

6.2滤波器的发展趋势

参考文献

致谢