三相不控整流器输入LC滤波器的研究

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　　随着相关技术的不断进步，交-直-交变频器技术得到了长足发展，变频器-电动机传动系统广泛应用在各行各业，其中由于单相供电的局限性，目前较大功率的变频空调等电器均采用三相交流电源供电。由于传统交-直-交变频器的前级ac-dc变换器为不控二极管整流器，众所周知，只要对于三相供电系统采用不控整流桥，后级为任何电路型式，对于电网而言，传统交-直-交变频器均为非线性负载，即网侧电流含有大量的低次和较高次谐波电流，造成输入功率因数降低和电流thd增高，不符合谐波电流发射限度标准：iec61000-3-2和iec61000-3-12。谐波电流的危害不言而喻，为此必须采取谐波电流抑制措施。

　　对于三相供电的传统交直-交-变频器系统，除了改善输入电流波形和减少基波功率因数角外，另一项重要的目标是维持直流电压相对负载的硬度，即要有较高的负载调整率，还要有较高的平均值和较低的纹波电压峰峰值，以便提高后级逆变器-电动机系统的恒转矩范围，提升输出功率等级。到目前为止，出现了非常多的滤波原理和滤波方法，对谐波源的分析也较为深入。

　　常用方法包括无源滤波、有源滤波以及混合滤波，又可以划分为调谐的滤波器、高通滤波法、各种有源电力滤波器法、各种三相可控整流器、各种无源电力滤波器，等等。对于有源滤波或校正技术，虽然滤波或校正效果好，但技术复杂，成本较高，在某些场合和一定的阶段时期不适于推广应用。无源滤波技术发展最早，在抑制设备谐波方面效果较好，好的无源滤波方式，不仅可以抑制谐波电流，还具有无功补偿作用。据了解目前三相交流电压供电的商用变频空调尚未采用三相有源pfc，仍然采用lcl滤波方式，生产机型全部出口欧洲国家。对三相供电的交直交变频器，目前已经出现了大量不同的无源滤波技术，如单级lc滤波器、多级lc滤波器、多种3次谐波注入的滤波器、变压器耦合滤波器、电感耦合滤波器等。

　　本文旨在针对性价比高的单级lc滤波器-整流桥-电阻负载系统进行理论分析、仿真分析和实验测试，确定最佳lc滤波器设计方法，同时解决单级lc滤波器的几个关键问题，如直流电压提升原理。

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变频器是近几年在兴起的一种调速节能新产品，它是电力电子技术和计算机应用技术的完美结合，因其调速精度高、操作方便，并且节约能源(输出频率小于50Hz时)，现已被广泛应用在机械、化工、冶金、轻工等领域。根据实际应用的需要，弯频器频率设置的方法有不同类型，现以日本三菱公司FR-500系列变频器为例，说明几种频率设置的特点。
　　变频器频率设置的方法可以分两大类，第一类是利用变频器操作面板进行频率设置，第二类是利用变频器控制端子进行频率设置。第一类利用变频器操作面板进行频率设置，只需操作面板上的上升、下降键，就可以实现频率的设定。该方法不需要外部接线，方法简单，频率设置精度高，属数字量频率设置，适用于单台变频器的频率设置。第二类是利用变频器控制端子进行频率设置，又分两种方法，第一种是利用外接电位器进行频率设置;第二种是利用变频器控制端子的特写功能，用电动电位器进行频率设置。
　　第一种利用外接电位器进行频率设置，如图1，FR-500系列变频器的10端子提供标准的10V直流电压，2端子是频率设定输入端，5端子是模拟量输入公共端子。通过调整外接电位器R的2端输出电压，改变了变频器2端的输入电压值，也就改变了变频器的频率设定值，达到了频率设置的目的，该方法有以下优点:
　　(1) 接线简单，只需把电位器的三端分接到变频器的电压输入端，电压输出端和公共端就可。
　　(2) 频率设置简单，操作方便，只需轻轻转动外接电位器的旋钮，就可以进行频率设置。
　　(3) 安装灵活，可以根据实际需要，将外接电位器安装到任何位置，进行远距离操作。
　　但是，该方法也有以下缺点:
　　(1) 有温漂现象，由于电阻值受温度的影响，当外界温度发生变化时，电阻值了也就随之变化，频率设定值也就发生变化。
　　(2) 抗干扰能力低。当周围有强电磁干扰时，变频器和外接电位器的连接电缆线内会产生感应电压，使输入到变频器2端的电压值发生变化，也就使频率设定值发生变化，影响设定频率的稳定。
　　(3) 电位器安装距离受到一定限制。理论上讲，变频器2端的电压变化范围是0-10V，但如果外接电位器安装距离太远，连接电缆就会产生压降，变频器2端电压也就达不到10V，从而使输出频率达不到最高设定值。
　　因此，该变频器频率设置方法一般应用在调速精度低、周围干扰小、环境温度变化小的场合，属模拟量调节。
　　第二种方法是利用变频器控制端子的特定功能，通过设置变频器的内部参数，可以使端子RH、RM成为电动电位器，即当RH与公共端SD之间接通时，变频器输出频率上升当RM与SD之间接通时，变频器输出频率下降达到频率设置的目的，如图2，同第一种方法相比，该方法具有以下优点:
　　(1) 频率设置精度高，外接电位器法属模拟量设置方法，频率变化范围为最大输出频率的±0.2%以内，而用电动电位器设置频率，频率变化范围为最大输出频率的0.01%以内。
　　(2) 抗干扰能力强。由于这它只是开关信号输入，因此不受周围电磁场的干扰。
　　(3) 无温漂现象。由于取消了外接电位器，因此，不受环境温度变化的影响。
　　(4) 安装灵活，可以将按钮SB1，SB2安装到任何位置。
　　(5) 同步性能好，可以同时实现多台变频器的频率升高和降低。
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