[实用新型]一种防爆型三电平变频器输出正弦波滤波装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种防爆型三电平变频器输出正弦波滤波装置，用于煤矿井下远距离传输的变频器和电机连接。 

背景技术

变频器是交流变频调速系统的重要组成部分，是实现生产过程自动化的重要设备之一，能够带来显著的节能效果，给国民经济带来了巨大效益。但在很多工业应用中，如油田钻井、海洋勘测、造纸、采矿业等，变频器与电动机不在同一安装位置，需要较长的电缆线把变频器输出的脉冲信号传输到电动机端，这时就会产生电压反射现象，即在电动机端产生过电压、高频阻尼振荡，导致电动机绕组和电缆线的绝缘材料老化速度加快，造成电动机或电缆的绝缘损伤，甚至出现绝缘击穿，从而缩短电机的使用寿命，严重时会使电动机烧毁、电缆爆裂，同时还会加速电机轴承的损坏，增强电磁干扰。 

发明内容

本实用新型一种防爆型三电平变频器输出正弦波滤波装置，针对远距离传输的脉冲信号到电机端，容易产生电动机烧毁、电缆爆裂等现象，提出了一种输出波形好，失真度很低，噪声低、保护功能齐全，整机效率高的正弦波滤波装置。 

本实用新型一种防爆型三电平变频器输出正弦波滤波装置，主要由防爆腔体、电抗器和电容构成，其特征为：变频器的输出端与电抗器的输入端连接，电抗器的输出端与电机连接，电容连接到电抗器的输出端。电抗器和电容共用一个防爆腔体，防爆腔体外壳采用热管蒸发制冷方式进行散热。 

本实用新型的有益效果是：通过电抗器和电容进行滤波，使变频器的输出电压和电流近似于正弦波，可以有效地抑制因长电缆传输在电机端产生过电压、高频阻尼振荡，减少电机谐波畴变系数和电机绝缘压力，从而增加电机的使用寿命，具有输出波形好、失真度低、噪声低、保护功能齐全、整机效率高的特点。综合考虑电缆长度、电缆电感、电感电抗、电压反射系数等参数，合理的选取电抗器和电容的参数，从而满足滤波器的空载输入基波电流指标，使空载损耗不致过大，降低防爆腔体内的温度。 

附图说明

图1为 防爆型三电平变频器输出正弦波滤波装置电气原理图。 

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式： 

如图1所示，本实用新型主要由防爆腔体、电抗器和电容构成。变频器的输出端与电抗器的输入端连接，电抗器的输出端与电机连接，电容连接到电抗器的输出端。电抗器三个线圈的输入端分别与变频器输出的U、V、W三相相连，电抗器三个线圈的输出端分别与电机的三相相连，三个电容的一端并联并接地，另外三个端分别与电抗器三个线圈的输出端相连。 

电抗器和电容共用一个防爆腔体，防爆腔体外壳采用热管蒸发制冷方式进行散热。 

对电抗器和电容参数的选取主要是L和C，由于逆变电路输出电压波形谐波含量较高，为获得良好的正弦波形，必须设计良好的LC滤波器来消除开关频率附近的高次谐波。滤波电容C_f是滤除高次谐波，保证输出电压的THD满足要求。C_f越大，则THD小，但是C_f不断的增大，意味着无功电流也随之增加，从而增加了逆变电源的电容容量，同时会导致逆变电源系统体积重量增加，同时电容太大，充放电时间也延长，对输出波形也会产生一定的影响。逆变桥输出调制波形中的高次谐波主要降在滤波电感的两端，所以L的大小关系到输出波形的质量。要保证输出的谐波含量较低，滤波电感的电感值不能太小。增加滤波器电感量可以更好地抑制低次谐波，但是电感量的增加带来体积重量的加大。不仅如此，滤波电感的大小还影响逆变器的动态特性。滤波电感越大，电感电流变化越慢，动态时间越长，波形畸变越严重。减小滤波电感，可以改善电路的动态性能，但使得输出电流的开关纹波加大，增大磁滞损耗，波形也会变差。 

综合以上的分析，电感的电抗为 ,X_L随频率的升高而增大。电容的电抗为 

,X_C随频率的升高而减小。X_L=X_C时所对应的谐振频率为f_c，即设逆变器输出电压的基波频率为f₀，开关频率为f_k，则有f₀<f_c<f_k。由于f₀<f_c，电感对基波信号的阻抗小，电容对基波分流信号小，即滤波器允许基波信号通过。由于f_c<f_k，电感对开关频率分量阻抗很大，电容对开关频率分量分流很大，即滤波器不允许开关频率分量通过，更不允许它的高次谐波分量通过。输出正弦波的谐波分量主要集中在开关电源附近，因此谐振频率可以选得较高。根据电缆长度、电缆电感、电感电抗、电压反射系数，f_c一般取开关频率的0.04~0.1倍，L通过逆变输出电压的3%~5%压降计算，,得出L的值；再通过，得出C的值。