變頻器專用濾波器

工業(yè)控制裝置中的電源模塊，尤其是逆變類設(shè)備，如：濾波器、變頻器、UPS等。

1、不能存在電磁耦合路徑

以上兩種都是不正確的安裝方式，問(wèn)題的本質(zhì)在于，濾波器的輸入端電線和它的輸出端電線之間存在有明顯的電磁耦合路徑。這樣一來(lái)，存在于濾波器某一端的EMI信號(hào)會(huì)逃脫濾波器對(duì)它的抑制，不經(jīng)過(guò)濾波器的衰減而直接耦合到濾波器的另一端去。

另外，如上述兩種吧變頻器專用濾波器都是安裝在設(shè)備屏蔽的內(nèi)部，設(shè)備內(nèi)部電路及元件上的EMI 信號(hào)會(huì)因輻射在濾波器的（電源）端引線上生成EMI 信號(hào)而直接耦合到設(shè)備外面去，使設(shè)備屏蔽喪失對(duì)內(nèi)部元件和電路產(chǎn)生的EMI 輻射的抑制。當(dāng)然，如果濾波器（電源）上存在有EMI 信號(hào)，也會(huì)因輻射而耦合到設(shè)備內(nèi)部的元件和電路上，從而破壞濾波器和屏蔽對(duì)EMI 信號(hào)的抑制作用。

2、不能將線纜困扎在一塊

一般來(lái)說(shuō)，在電子設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)安裝EMI 濾波器時(shí)要注意的是，在捆扎設(shè)備電纜時(shí)，千萬(wàn)不能把濾波器（電源）端和（負(fù)載）端的電線捆扎在一起，因?yàn)檫@無(wú)疑加劇了濾波器輸入輸出端之間的電磁耦合，嚴(yán)重破壞了濾波器和設(shè)備屏蔽對(duì)EMI 信號(hào)的抑制能力。

3、避免使用長(zhǎng)接地線

變頻器專用濾波器輸入、出端連接電源及電機(jī)的接線長(zhǎng)度不宜超過(guò)30厘米。

因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)的接地線意味著大大增加接地電感和電阻，它會(huì)嚴(yán)重破壞濾波器的共模抑制能力。較好方法是，用金屬螺釘與星形彈簧墊圈把濾波器的屏蔽牢牢地固定在設(shè)備電源入口處的機(jī)殼上。

4、 必須拉開(kāi)距離

變頻器專用濾波器輸入線、輸出線必須拉開(kāi)距離，切忌并行，以免降低濾波器效能。

5、良好面接觸

變頻器專用濾波器金屬殼與機(jī)箱殼必須保證良好面接觸，并將接地線接好。

6、宜選用雙絞線

變頻器專用濾波器的輸入、輸出連接線以選用屏蔽雙絞線為佳，它可有效消除部分高頻干擾信號(hào)。

變頻器專用型濾波器，根據(jù)其使用位置不同，可以分為變頻器輸入端專用型濾波器和變頻器輸出端專用型濾波器。

1、變頻器輸入端專用濾波器的特點(diǎn)

1.1、寬范圍的衰減特性；

1.2、較小的泄露電流。

2、變頻器輸出端專用濾波器的特點(diǎn)

2.1、dv/dt抑制，過(guò)電壓限制；

2.2、降低變頻器電磁干擾；

2.3、減少變頻器及馬達(dá)線圈損耗。

變頻器專用濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所構(gòu)成，它允許有用信號(hào)的電流通過(guò)，對(duì)頻率較高的干擾信號(hào)則有較大的衰減。由于干擾信號(hào)有差模和共模兩種，因此濾波器要對(duì)這兩種干擾都具有衰減作用。其基本原理有三種：

1、利用電容通高頻隔低頻的特性，將火線、零線高頻干擾電流導(dǎo)入地線（共模），或?qū)⒒鹁€高頻干擾電流導(dǎo)入零線（差模）；

2、利用電感線圈的阻抗特性，將高頻干擾電流反射回干擾源；

3、利用干擾抑制鐵氧體可將一定頻段的干擾信號(hào)吸收轉(zhuǎn)化為熱量的特性，針對(duì)某干擾信號(hào)的頻段選擇合適的干擾抑制鐵氧體磁環(huán)、磁珠直接套在需要濾波的電纜上即可。

變頻器專用濾波器選型時(shí)，要確定以下幾點(diǎn)：

變頻器專用濾波器額定電壓

額定電壓是變頻器專用濾波器用在指定電源頻率時(shí)的工作電壓，也是濾波器最高允許的電壓值。如用在50Hz單相電源的濾波器，額定電壓為250V；用在50Hz三相電源的濾波器，額定電壓為440V。若輸入濾波器的電壓過(guò)高，會(huì)使內(nèi)部電容器損壞。

變頻器專用濾波器額定電流

額定電流（Ir）是在額定電壓和指定環(huán)境溫度條件下所允許的最大連續(xù)工作電流。

隨著環(huán)境溫度的升高，或由于電感導(dǎo)線的銅損，磁芯損耗以及周圍環(huán)境溫度等原因?qū)е鹿ぷ鳒囟雀哂谑覝?，這時(shí)候就難以確保插入損耗的性能。因此，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際可能的最大工作電流和工作環(huán)境溫度來(lái)選擇EMI電源濾波器的額定電流。

變頻器專用濾波器插入損耗

3.1、 插入損耗定義

插入損耗是變頻器專用濾波器最重要的技術(shù)參數(shù)之一，設(shè)計(jì)人員和工程應(yīng)用人員考慮的中心問(wèn)題就是，在保證濾波器安全、環(huán)境、機(jī)械和可靠性能滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，實(shí)現(xiàn)盡可能高的插入損耗。

變頻器專用濾波器的插入損耗是頻率的函數(shù)，用dB（分貝）表示。

3.2、共模損耗與差模損耗

變頻器專用濾波器的插入損耗包括共模（表示為CM）插入損耗和差模（表示為DM）插入損耗。

3.3、影響插入損耗的因素

影響變頻器專用濾波器插入損耗的因素包括阻抗搭配和安裝。實(shí)際應(yīng)用中，變頻器專用濾波器輸入和輸出端的阻抗已不是測(cè)得的50Ω，所以它對(duì)干擾信號(hào)的衰減，不會(huì)等于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或說(shuō)明書中的給出的插入損耗。如果選用變頻器專用濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)合理，加上安裝得當(dāng)，則有可能實(shí)現(xiàn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定的插入損耗。反之，如果網(wǎng)絡(luò)搭配和參數(shù)的選擇不當(dāng)，安裝又有問(wèn)題，則有可能得不到好的應(yīng)用效果，反而會(huì)得到相反的效果。

另外一個(gè)影響因素，就是濾波器的工作溫度和額定工作電流。變頻器專用濾波器的插入損耗測(cè)量方法中，都一致強(qiáng)調(diào)了要在加載額定電流條件下進(jìn)行它的插入損耗的測(cè)量，這是因?yàn)闉V波器中的電感L用了鐵氧體或其他磁性材料，大電流工作下，磁性飽和狀態(tài)引起性能變壞，兩者比較差別相當(dāng)大。

變頻器專用濾波器阻抗搭配

4.1、阻抗搭配的原因

選擇變頻器專用濾波器時(shí)，首先應(yīng)選擇適合你所用的濾波電路和插入損耗性能。

首先選擇濾波電路的原因是與濾波器要在匹配條件下工作的傳統(tǒng)概念不同，所謂匹配意味濾波器需在保持輸入/輸出信號(hào)幅度不變（或某一固定比例）的前提下，將其中部分頻譜做預(yù)期的處理或變換，而變頻器專用濾波器不同，它是個(gè)以工頻為導(dǎo)通對(duì)象的低通濾波器，是在不匹配的條件下工作，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中無(wú)法實(shí)現(xiàn)匹配，如變頻器專用濾波器輸入端阻抗RI——電網(wǎng)源阻抗是隨著用電量的大小變化的，濾波器輸出端的阻抗Rl（負(fù)載阻抗）——電源阻抗是隨著電源負(fù)載的大小變化的，要想獲得理想的抑制效果，應(yīng)遵循正確的阻抗搭配。

無(wú)論怎樣復(fù)雜的變頻器專用濾波器，都可以把它的共模和差模濾波網(wǎng)絡(luò)抽象出來(lái)。

4.2、阻抗失配分析

一般在變頻器專用濾波器電路網(wǎng)絡(luò)中，電感L看作高阻元件，電容C看作低阻元件。為了達(dá)到濾波更好的效果，按照濾波器的不匹配原則，如果實(shí)際負(fù)載為感性高阻，則選擇輸出負(fù)載為容性低阻的濾波器；如果實(shí)際負(fù)載為容性低阻，則選擇輸出負(fù)載為感性高阻的濾波器。同樣，對(duì)于濾波器的輸入阻抗和電網(wǎng)源阻抗，也應(yīng)該按照阻抗失配原則來(lái)選擇濾波器。

對(duì)被控制的干擾信號(hào)，當(dāng)變頻器專用濾波器兩端阻抗都處于失配狀態(tài)時(shí)，EMI信號(hào)會(huì)在它的輸入和輸出端口產(chǎn)生很強(qiáng)的反射。這樣一來(lái)，變頻器專用濾波器對(duì)EMI信號(hào)的衰減，等于變頻器專用濾波器的固有插入損耗加上反射損耗。在變頻器專用濾波器的實(shí)際使用中，可用阻抗失配來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)EMI信號(hào)更加有效抑制。

這就是為什么選用變頻器專用濾波器時(shí)，一定要仔細(xì)分析其端口阻抗的正確搭配，使產(chǎn)生盡可能大的反射，達(dá)到對(duì)EMI信號(hào)的有效控制的原因。

變頻器專用濾波器工作環(huán)境

影響工作電流和環(huán)境關(guān)系的主要原因之一就是變頻器專用濾波器中的軟磁材料。變頻器專用濾波器一般采用高磁導(dǎo)率軟磁材料錳鋅鐵氧體，初始磁導(dǎo)率μi=7000～10000，但其居里點(diǎn)溫度不高，優(yōu)質(zhì)的僅為130℃左右。磁導(dǎo)率越高，居里點(diǎn)溫度越低，過(guò)居里點(diǎn)后磁導(dǎo)率迅速下降，從而導(dǎo)致EMI電源濾波器中的電感值下降，嚴(yán)重影響濾波效果。

因此要根據(jù)工作溫度來(lái)正確選擇頻器專用濾波器的額定電流，或者改善濾波器的散熱條件（工作環(huán)境）來(lái)確保濾波器的安裝使用。

除特殊說(shuō)明外，變頻器專用濾波器說(shuō)明書給出的額定電流均為室溫 25℃（標(biāo)稱溫度）的值，同樣給定的典型插入損耗或曲線也均指 25℃的值。

IEC氣候等級(jí)為25/085時(shí)，指定環(huán)境溫度為 40℃（標(biāo)稱溫度）條件下，查取其他環(huán)境溫度所允許的工作電流曲線。

變頻器專用濾波器特別說(shuō)明

變頻器專用濾波器對(duì)EMI信號(hào)的抑制能力不僅取決于濾波器在50Ω系統(tǒng)內(nèi)測(cè)得的插入損耗，還取決于濾波網(wǎng)絡(luò)與EMI信號(hào)源和負(fù)載的正確端接。所以，在選用濾波器時(shí)，要特別注意變頻器專用濾波器上標(biāo)牌內(nèi)容，看其是否準(zhǔn)確標(biāo)出濾波網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。顯然，那種既不提供網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，又沒(méi)有給出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變頻器專用濾波器，給正確端接和優(yōu)化應(yīng)用帶來(lái)了麻煩。

另外，有的變頻器專用濾波器標(biāo)牌標(biāo)明電源和負(fù)載端接，這可能是為了某特定電子設(shè)備所設(shè)置，沒(méi)有普遍意義，最多也只能是制造廠商的建議端接方法之一。

應(yīng)用變頻器專用濾波器，要具體分析變頻器專用濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接入電路的等效阻抗，按照以上阻抗搭配原則進(jìn)行端接才能正確達(dá)到預(yù)期目的。

變頻器專用濾波器對(duì)EMI信號(hào)的抑制能力不僅取決于濾波器在50Ω系統(tǒng)內(nèi)測(cè)得的插入損耗，還取決于濾波網(wǎng)絡(luò)與EMI信號(hào)源和負(fù)載的正確端接。所以，在選用濾波器時(shí)，要特別注意變頻器專用濾波器上標(biāo)牌內(nèi)容，看其是否準(zhǔn)確標(biāo)出濾波網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。顯然，那種既不提供網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，又沒(méi)有給出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變頻器專用濾波器，給正確端接和優(yōu)化應(yīng)用帶來(lái)了麻煩。

另外，有的變頻器專用濾波器標(biāo)牌標(biāo)明電源和負(fù)載端接，這可能是為了某特定電子設(shè)備所設(shè)置，沒(méi)有普遍意義，最多也只能是制造廠商的建議端接方法之一。

應(yīng)用變頻器專用濾波器，要具體分析變頻器專用濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接入電路的等效阻抗，按照以上阻抗搭配原則進(jìn)行端接才能正確達(dá)到預(yù)期目的。2100433B