基于无源阻尼的论文_1陈 通, 2衣明源

摘要：使用无源滤波器滤波器对滤波器的改进设计进行研究，将没有电源的阻尼和开关频率次谐波陷波结合起来，优化滤波器的结构。将Rd阻尼法和Rd-Cd阻尼法进行对比,分析了要实现无源阻尼的方法，利用品质因素受到电路的参数影响这一理论，给出了选择阻尼参数的几种方式。再次，探究了陷波技术，通过串联型的陷波滤波器和并联型的陷波滤波器分析了电感，电容对滤波器带宽的影响，最后提出了两种结构的滤波器，分别是LCtrap-LC-RC型和LC-RC-LCtrap型 ，同时分析了这两种结构滤波器的性能，使用仿真软件进行仿真并且经过大量的实验，结果表明了电源不间断的滤波器可以提高输出电压波形的质量。

关键词：滤波器，无源阻尼，陷波技术

引言

在计算机网络中，或者一些其他电子设备中，为了电力供应的稳定，通常使用不间断电源进行供电，负载比较特殊的情况下，对于不间断电源输出电压的波形，频率和幅值也都有了特殊的要求，因此，不间断电源系统不断的模块化，不断的小型化。

1无源阻尼方式分析

在逆变电源的使用时，一般会采用无源滤波器，当逆变器工作在闭环控制的时候，无源滤波器本身的谐振很可能会使得逆变器出现不稳定的情况，逆变器一旦出现不稳定，逆变器的动态响应能力将会直接受到影响，为了解决这一问题，可以在滤波器中引入无源阻尼。

1.1滤波器内无源阻尼的结构

在滤波器的电容部分串联电阻成为Rd阻尼法，滤波器的输入输出函数如下图

由滤波器的幅频特性曲线可以看到当Rd电阻变大，阻尼的效果也在变好，但是在高频段的衰减效果在减少。

1.2人们看到了Rd阻尼法有很多缺点，为了弥补这些缺点，就有人探究了Rd -Cd阻尼法,该滤波器的结构如下图，分裂滤波的电容和电阻串联之后形成阻尼支路，分裂滤波的电容可以减小流在阻尼支路的无功电流，进而减少了阻尼电阻产生的损耗。

Rd -Cd阻尼的LC型滤波器结构图

1.2Rd -Cd阻尼法参数的选定

在进行阻尼参数选定的时候，阻尼效果和阻尼损耗都是必须要考虑的，而阻尼效果和阻尼损耗是相互矛盾的，因此只有合理的设计才能使得两者达到平衡，一般情况下，使用品质因子来刻画阻尼效果，品质因子和阻尼效果成反比，如图所示

2开关频率次谐波的陷波

滤波器采用脉冲的带宽来调制逆变器，桥臂测电压的谐波主要由开关频率次谐波和附近的边带谐波组成，为了抑制输出电压中的开关频率次谐波，无源滤波器的截止频率通常会选择在远小于开关频率的地方，这种情况直接导致了滤波器的体积增大，滤波器的重量也在增加。 为了解决这些问题，可以将无源滤波器的截止频率在一定程度上提高，可以使用谐波陷阱，使得在特定频率处的谐波电压得以消除，这样做有两个优点，第一，滤波器的性能得以提升，第二，滤波器的体积和重量大大的减小，通过LC谐波陷阱的位置划分，陷波方式可以分为两种，即串联型和并联型。

2.1串联型的LCtrap滤波器

串联型的LCtrap滤波器通常可以抑制输出侧开关频率次谐波，它的原理是在滤波电感的支路串联谐波陷阱，直接导致在开关频率附近位置，该支路的的阻抗大大的提高。

2.2并联型的LCtrap滤波器

并联型的LCtrap滤波器的原理类似串联型的LCtrap滤波器，不过并联型的LCtrap滤波器是在滤波电容的支路并联谐波陷阱，直接导致在开关频率的附近，该支路的阻抗大大的减小。

2.3串联型和并联型的LCtrap滤波器的差异

串联型的滤波器有以下的特点：（1）在开关频率的现的是高阻抗，导致了滤波电感的高频电流小，高频损耗也比较小。（2）在滤波器应用的时候，如果功率比较大，电感的体积会比较大，重量会比较重。

并联型的滤波器有以下特点：（1）带宽比较宽，陷波的效果比较好。（2）滤波器的设计基本上不受负载大小的影响。（3）电源的无功电流会增大。

2.4 LCtrap-LC-RC型和LC-RC-LCtrap型滤波器

本文是把Rd -Cd阻尼法和两种谐波陷阱有效的结合，提出了两种结构，分别是LCtrap-LC-RC型和LC-RC-LCtrap型滤波器

2.4.2 LC-RC-LCtrap型滤波器

2.4.3LCtrap-LC-RC型和LC-RC-LCtrap型滤波器幅频特性曲线

有这两种结构的滤波器的幅频特性曲线可以知道，这两种结构的滤波器都实现了对谐振的阻尼和陷波功能，但是因为陷波电路和Rd -Cd是并联关系，从而降低了电路的阻尼效果，因此LC-RC-LCtrap型滤波器的阻尼效果稍微差点。

3实验验证

为了验证以上所述滤波器的有效性，搭建了一台实验样机，逆变器的等效开关的频率为16kHz分别采用无源滤波器，和文中所描述的LCtrap-LC-RC型LC-RC-LCtrap型滤波器。

4 结论

本文是在无源滤波器的基础上，对滤波器的两种方式进行了探究，这两种方式分别为无源阻尼方式，开关频率次谐波的陷波方式，并且提出了两种滤波器的结构，分别是LCtrap-LC-RC型和LC-RC-LCtrap型，通过大量的分析和实验，得出了以下的结论。（1）Rd -Cd阻尼支路可以使的无源滤波器的谐振尖峰得到很好的抑制，还可以使得在高频段的滤波器的高衰减能力一直保持，当分裂电容和滤波电容相等的时候，阻尼之路的阻尼效果和阻尼损耗可以得到很好的兼顾。（2）如果谐波陷阱设计合理，在输出电压中的开关频率次谐波可以得到很好的抑制，串联型的LCtrap滤波器在开关频率的现的是高阻抗，导致了滤波电感的高频电流小，高频损耗也比较小，但是在滤波器应用的时候，如果功率比较大，电感的体积会比较大，重量会比较重。并联型的LCtrap滤波器的设计基本上不受负载大小的影响。（3）在串联型的LCtrap滤波器中，可以使用电感的一部分作为陷波电感，从而使得滤波器额外增加的体积大大的减少，由实验可知，这种方法有很好的高频衰减能力。进行对比之后发现，LCtrap-LC-RC型的滤波器更适合应用于UPS逆变器。

参考文献

［1］许德志，汪飞，阮毅 . LCL、LLCL 和 LLCCL滤波器无源阻尼分析［J］. 中国电机工程学报，2015，35（18）：4725-4735．

［2］夏伟，康劲松.考虑数字控制延时影响的LCL型配电网静止同步补偿器稳定性分析［J］.电工技术学报，2017.

［3］陈新，王赟程，华淼杰，等.采用混合阻尼自适应调整的并网逆变器控制方法［J］.中国电机工程学报，2016，36（3）:765-774．

论文作者:1陈 通, 2衣明源

论文发表刊物:《中国电业》2019年第21期

论文发表时间:2020/4/15

标签：滤波器论文;  阻尼论文;  无源论文;  谐波论文;  频率论文;  逆变器论文;  支路论文;  《中国电业》2019年第21期论文;