共模滤波技术在逆变器检测电路中的应用

李春东　白挺玮　关士深　黄　浩　薛思萌（辽宁电能发展股份有限公司，辽宁 沈阳 110176）

共模滤波技术在逆变器检测电路中的应用

李春东白挺玮关士深黄浩薛思萌
（辽宁电能发展股份有限公司，辽宁 沈阳 110176）

在逆变电路的运行检测过程中，往往会出现各种影响信号检测质量的因素，对于实现逆变电路输出信号的滤波较为不利。为了保证理想的工作状态，必须应用滤波技术和装置对干扰因素进行处理。本文分析了各种影响检测质量的原因，基于结果应用典型共模滤波技术，一一进行试验进而找出最优的试验值，可以很好地实现对逆变电路输出信号的滤波。通过本文的验证和分析，证实该技术能够有效的提高逆变电路的输出性能，在逆变器检测电路中具有非常好的应用价值。

共模滤波技术；逆变电路；检测电路

社会经济的发展推动着电子科学技术、控制技术等领域的发展，尤其是工业、矿产、冶金等行业中不断应用新型的变频调速技术，其中电压型逆变器的性能佳、适用性强，得到非常广泛的应用。在运行中能够有效的控制输出电压，改善企业的电路运行效率。随着微机技术和控制技术的发展，电压型逆变器的发展方向朝向电动机矢量控制、传感器调速控制等方面，而在进行控制的过程中，需要对实质电流进行测量，因而电路检测电压的质量以及电流信号的强弱都会影响控制性能。本文基于逆变器对异步电动机的控制，分析对电流质量检测产生影响的因素，应用共模滤波技术改进其检测质量，得到较为明显的成效。

1 电流检测的框架和影响质量的因素

1.1 逆变电路的整体框架结构图

电动机在高性能闭环控制系统中运行，其电压信号或者是电流信号都需要从逆变输出电路中进行采集，不管是直接转矩控制系统或者是其他系统都需要经过这一步，从电路中反馈的信号来计算磁链角、转矩等变量。这也就意味着在逆变电路中，输出电压与电流的信号质量的高低将决定电机控制性能的高低。本文以异步电动机于高性能控制状态下为例，分析其应用的逆变电路结构。图1为典型闭环回路中的逆变器框架构图，其中主回路所指的是异步电动机所提供的调压调频电源电路，基于不同的控制算法可以一一检测出电压、电流以及速度等反馈信号。

1.2 对电流检测质量造成影响的因素

在监测过程中发现，电路输出的电流波形非常差，出现大量的谐波与噪声，其出现的原因则是逆变电路会应用关键的模拟电子开关器件，当快速对其进行开关的过程中会出现电流尖峰脉冲；或者是由于电机中电路、电感等之间发生相互耦合作用。同时，在PWM变频器输出电压中，会同时存在以下成分：差模电压，为电动机转换能量的重要成分之一，分为基波频率所对应的三相对称电压所产生的转矩以及谐波电压产生的附加损耗、转矩和噪声；此外是共模电压，电动机中共有的零序电压，尽管对于电能的转换不产生影响，但是由于变化迅速、高频的特点，会产生有害于系统运行的轴承电流。尽管缓冲电路能起到一定的改善作用，但是仍然不能够将噪声等因素彻底消除。高次谐波的出现会对电网造成污染，异步电动机的铁芯会出现严重的发热，增加其消耗。尤其是上文中提及的噪声和谐波的原因是不能依靠工作环境处理的，要减少谐波对电网的污染，提高对异步电动机的性能控制，延长其使用寿命就必须对检测信号实施滤波处理。

图1 电路原理图

2 共模滤波技术在逆变器检测电路中的应用

2.1 设计思路

要在逆变器的检测电路过程中应用共模滤波技术，首先应当对变频调速系统中的共模回路进行分析，对电动机的共模阻抗进行测量，然后才能够得到电动机高频共模状态下的等效电路。因此为了改善控制系统的整体性能、实现对异步电动机的实时检测，响应机制高的传感器是必不可少的。基于本文中实验的要求，选择新型的霍尔磁补偿式电流传感器，性能优良且成本较低，最大测量范围为0A～20A；电流的跟踪速度加快，di/dt≥50A/μs。作为本研究中应用的电流测量元件，该电容传感器的模块和性能指标已经能够满足较高的测量精度要求，但是由于经过直接影响到系统性能，需要对信号进行适当的处理之后才能够运用与控制算法。

2.2 应用共模滤波技术

本研究通过分析输出波形，结合转矩控制的特性，应用交流共模滤波电路实现对逆变器电路的输出端电流信号的滤波，从而将电流信号中的噪声过滤。在设计过程中，尽量将电动机参数产生的影响排除在外，基于足够的余量对电机的负载能够实时简化设计，并在完成之后对参数进行校验。其原理如图1所示。

根据图1能够计算出输出电压的值，然后通过对瓦解电阻进行调整能够找到最佳的电流波形。本文通过多次的试验和计算之后发现该电路能够有效的将产生的噪声与谐波过滤掉，最终输出的波形较好。然后对某相的输出电流在滤波前后的波形进行对比，发现改善非常明显，在异步电动机中应用能够很好的适应滤波处理，实现其高性能。

结语

综上所述，本文首先对逆变电路输出信号检测质量产生影响的因素，基于分析结果使用典型的共模滤波技术提高输出信号的质量，改善逆变器电路的输出特性，从而很好的对异步电动机进行控制。随着社会的发展，各类资源紧缺现象越来越严重，会有更多的清洁、可再生的能源应用在化工、冶金、煤矿等领域中，因而可以预见，逆变器检测技术也将更多地应用于光伏发电等领域，探讨光伏逆变器中的共模滤波技术也将成为热门。本文的研究中还存在较多的问题，今后将进一步朝向新型领域发展、探讨。

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