逆变器输出滤波电感设计 周洁敏
单相1000VA航空静止变流器输出电压波形THD超标原因分析
输出信号是与跨导成正比的电流，而跨导由放大器的偏置电流 IABC和差分输入电压来决定，根据差分信号的极性即可断定跨导 运算放大器的输出电流是输出或输入。
跨导的输出为：
即跨导的输出信号为：
由此跨导的输出信号由跨导系数Kg、偏置电流IABC和输入电压 Vin决定。
静止变流器DC/AC变换电路的控制电路中跨导运放的电气接线
1.静止变流器基本原理 静止变流器基本电性能参数为输出电压115VAC；输出频率
400Hz；波形要求THD≯2%，波峰系数1.41±0.1。 静止变流器主要由控制电路、辅助电源、驱动电路、DC/DC变
换、DC/AC变换及滤波电路组成（SanjayaManiktala.精通开关电源 设计：人民邮电出版社，2008）。原理框图如图1所示。
ELECTRONICS WORLD・技术交流
单相1000VA航空静止变流器输出电压波形THD超标原因分析
贵阳航空电机有限公司 徐 健 遵义医科大学 惠林虎
静止变流器是以直流发电机、蓄电池为主直流电源进行二次变 换后的交流电源。在军工领域和民用领域有着至关重要的地位，相 对于旋转式变流机，具有效率高、体积小、重量轻、噪声小、功重 比高等优点。静止变流器在军工领域和民用领域有着至关重要的地 位。本文针对一种单相1000VA航空静止变流器在使用国产化电子 元器件数年后，输出电压波形总谐波失真度（THD）在感性负载时 超出了原有规定值的问题，分析了其原因并给出了解决措施。
图1 原理框图
2.静止变流器输出波形THD超出规定值分析 静止变流器DC/AC变换控制电路由迟滞比较器、跨导运算放
大器、锁相环三者构成锁相调制控制电路。迟滞比较器的输入信号 由静止变流器输出电压信号、输出电流信号和跨导运放N12的输出 信号三个信号叠加而成（张占松，蔡宣三，开关电源的原理与设计 (修订版)：电子工业出版社，2004）。这三个信号都能影响迟滞比 较器的输出SPWM波。SPWM波控制DC/AC变换主电路功率晶体管
2019最新北京01开关电源磁芯材料的基本参数2体育
1(Wb) 1(T )1m2 1N m2 1N 1m
1A1m
1A
国际单位制：MKS米千克秒制 实 用 单位：CGS厘米克秒制间的换算
1Mx 1Gs 1cm2 1Gs 104T ,1cm2 104 m2 1Mx 108通Φ (flux)
垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面 的磁通量，简称磁通，用Φ表示。
通过单元截 面积的磁通
d B cosdA
A
Flux:磁通
磁通是 标量
法线与B 的夹角
均匀磁场中的磁通
在一般磁芯变压器和电感中， 给定结构磁芯截面上，或端面 积相等的气隙端面间的磁场基 本上是均匀的，磁通可表示为
(a)单根载流导体产生的磁场 (b)螺线管电流产生的磁 场
磁场最强处
等 磁 位 线
+
由这个 图你能 想到什 么？
这种导线是传输电能 的导线，其中一个是 正线，另一根是负线。
磁场最强的地方和 磁场最弱的地方？
中心部位磁场最强，线圈 内的磁场能量密度高。
线圈以外磁场最弱，还存 储相当大的能量，原因是 体积扩展到无限大。
所谓某点磁场强度H大小，并不代表该点磁 场的强弱，代表磁场强弱的是磁感应强度B。
引入H主要为了便于磁场的分析计算
磁场强度与媒介有关系吗?
1、磁场强度H与媒介无关 2、磁场强度H只与产生它的电流有关。
3、相同的电流在不同的媒介中产生的磁感 应强度B不同,而磁场强度H一样,揭示材料的 导磁能力。
空心线圈磁场。每根导线单个的磁场在线圈内叠加产生 高度集中和磁力线流畅的磁场。
1.2 电磁基本定律
(1)磁感应密度B (flux density)
用单位长度的导线，放在均匀的磁场中，通过单位电 流所受到的力的大小表示磁场的强弱，磁感应强度。
基于PWM逆变器的LC滤波器
第 5期
俞杨威 ,等 : 基于 PWM 逆变器的 LC滤波器
・51・
因此 ,滤波器设计目标包括 : ① 输出电压的谐波含量 小; ② 滤波参数和体积小 ; ③ 滤波器的阻频特性好 ; ④ 滤波系统消耗的功率小 。根据以上原则 , 即可 对滤波器的特性进行分析 。 LC 滤波器的传递函数为 :
U o ( s) = U i ( s) 1 s +
ω1 —基波角频率 ;ωm —m 次谐波角频率 ; Is — 式中 电感电流的基波有效值 ; ^ Im s —m 次电感电流的谐波
^ 有效值 ; U o —电容电压的基波有效值 ; U m 次电 mo —
容电压的谐波有效值 。 对于 PWM逆变器的输出电压而言 , 谐波分量相 对于基波来说非常小 , 因而式 ( 2 ) 可以简化为 : 2 2 ( 3) Q ≈ ω1 L Is +ω1 CU o ωL = LC 滤波器的截止角频率 :
参考文献 ( Reference) :
[1] 伍家驹 ,章义国 ,任吉林 ,等 . 单相 PWM 逆变器的滤波
3 设计实例
本研究针对单相 PWM 逆变电源进行了滤波器 参数设计 , 逆变器参数如下 :输出电压 U o = 240 V , 容量 6 kVA , 输出基波频率 f1 = 50 H z, 载波频率 fs = 20 kH z。 逆变器主电路拓扑 , 如图 1 所示 , 控制电 路用数字控制实现 。 综合考虑滤波器输出电压 THD、 系统的动态响 应以及体积 、 重量等因素 , 选取截止频率 fL = 0. 1 fs = 2 kHz,结合式 ( 11) , 选取 :L = 700 μH; C = 10 μF。 此时 , 滤波器传递函数为 :
1
LC ( 4)
兼有共模电压抑制作用的逆变器输出无源滤波器
兼有共模电压抑制作用的逆变器输出无源滤波器The Inverter Output Passive Filter with the Suppressing of C ommon mode Voltage陈希有 徐殿国 马洪飞 颜 斌(哈尔滨工业大学 150001)Chen Xiyou Xu Dianguo Ma Hongfei Yan Bin(H arbin Institute of Technology 150001 China)摘要 提出了一种以差模电压滤波为主,兼有抑制共模电压作用的逆变器输出无源滤波器。
该滤波器是在基本RLC 滤波器基础上通过在滤波电感上增加附加绕组来实现的。
其特点是将两种滤波作用有机结合。
仿真及试验表明,在满足差模滤波要求的同时,可减小共模电压有效值约60%。
文中示出了该滤波器的基本结构及其差模和共模等效电路,分析了差模和共模电压转移函数,给出了滤波器参数的工程计算方法,列举了部分试验结果。
关键词:逆变器 无源滤波器 差模电压 共模电压中图分类号:TM 48Abstract A novel inverter output filter w hich can not only filter the differential mode voltage but also suppress the common mode voltage is proposed in this paper It takes out the differential mode voltage as main purpose Through adding additive coil on the inductor of the differential mode RLC passive filter,the common mode voltage can also be suppressed T he m ain advantag es are the combination of two kinds of filter and simplicity in structure The design process of the filter contains tw o steps:First step is to calculate the parameters of the differential mode filter w ithout considering the common mode voltage Second step is to determine the parameters of the common mode filter based on the parameter calculation results of the differential mode filter The results of experiment indicate that about 60%RMS of the com mon mode voltage are suppressed under meeting the demands to differential mode voltage filtering The basic structure and the differential mode equivalent circuit and the common mode equivalent circuit of the filter are illustrated in the paper The voltage transfer functions of the differential mode circuit and the common mode equivalent circuit are analyzed An eng ineering disign method of the filter parameters is also presented Some ex periment results are given to show the performances of the filterKeywords:Inverter,passive filter,differential mode voltage,common mode voltage哈尔滨工业大学校基金资助项目(H IT 2000、57)。
单相并网逆变器母线电容纹波分析与抑制研究
单相并网逆变器母线电容纹波分析与抑制研究戴志威;舒杰;周龙华【摘要】由Boost电路和DC/AC电路组成的两级并网逆变器会在直流母线电容上产生高低频纹波,过大的纹波电压会导致输出电压畸变,而过大的纹波电流会导致电容发热,缩短使用寿命.文章针对某3 kW单相光伏并网逆变器,提出了一种纹波电压和纹波电流综合分析整治方法,依此来指导母线电容参数的选取和抑制纹波幅值.样机试验结果说明了分析方法的正确性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)010【总页数】5页(P1448-1452)【关键词】并网逆变器;母线电容;纹波电压;纹波电流【作者】戴志威;舒杰;周龙华【作者单位】中国科学院广州能源研究所,广东广州 510650;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州510650;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院广州能源研究所,广东广州 510650;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州510650;中国科学院广州能源研究所,广东广州 510650;中国科学院可再生能源重点实验室,广东广州510650【正文语种】中文【中图分类】TM6150 引言随着电力电子技术和数字信号处理技术的发展，基于PWM的光伏并网逆变器理论与应用研究更加深入，其应用产品也日益广泛。
以DC/DCDC/AC为拓扑结构的两级光伏并网逆变器依然是小功率产品的主流。
Boost电路和DC/AC电路组成的两级并网逆变器在直流母线电容上产生高低频纹波，过大的纹波电压会导致输出电压畸变，并网电流波形质量差，严重时会给电网的安全运行带来威胁；而过大的纹波电流会使电容发热，寿命缩短，使逆变器损耗加大，转换效率降低[1]～[3]。
传统的分析方法只单独分析Boost电路或逆变电路桥在母线电容上的纹波表达，且多为离网的应用案例，还没有针对并网逆变器全面分析母线电容上的纹波特性。
文献[1]分析了全桥不可调度式单相光伏并网装置的主功率器件在单极性切换模式中的电流及能量流向规律，并据此提出了太阳电池两端平波电容的容量选取原则。
开关电源中直流输出滤波电感的设计_薛转花
小还取决于绕 组工艺; 导线有 绝缘层, 导体面 积与导线 总
面积之比为 01 65 ~ 01 95, 具体大 小取决 于导线 尺寸和 绝
缘类型; 在绕组间或绕组层间可能要加绝缘。
图 6 铁芯窗口的几何形状
3. 4 绕组电阻
绕组电阻为: R = Qlsb , 式中 Q为导体材料的电阻率; l b
为导线总长度; s 为裸导线的截面积。一个 n 匝绕组的 导线
的工作磁密变化量 $B = Bm - Br < Bs - Br , 铁心的利用 率比较低。为了增大 $B, 应选择高 Bs 及低 B s 的材料; 或将 铁心开一小气隙以降低 Br , 相对第 1 种工作 状态, 局部磁
滞回线包围的 面积较小, 其损 耗较小。第 3 种 工作状 态是
励磁磁场强度变化小的单向磁 化( 如图 3) , 其励磁 磁场强
线交替变化, 铁心损耗较大。设匝数为 n 的电感 器通过频 率为 f 交流电 u( t) 和 i( t) 时, 在一个周期 T 内进入其全部 能量为:
R W = u( t) i( t) dt
( 1)
忽 略 绕 组 的 电 阻, 由 电 磁 感 应 定 律 和 安 培 环 路 定
律得:
R W = A cl c H dB
( 2)
其中 lc 为铁心磁路长度; A c 为铁心截面积; B 为磁通密度;
H 为磁场强度。
其磁滞损耗为:
R PH = f A cl c H dB
( 3)
在高 频时, 因 磁滞损 耗更大, 应 选用磁 滞回线窄 及电
阻率大的铁心。第 2 种工作状态是 铁心单向磁 化, 其励磁
磁场强度在 0~ H m 之间变化。他的磁 滞回线 如图 2。铁心
逆变器滤波电感磁设计
逆变器滤波电感磁设计概述逆变器是将直流电转换为交流电的装置，在逆变器输出的交流电中，存在一定的谐波成分。
为了减少这些谐波对电网的影响，需要设计逆变器滤波电感磁。
滤波电感磁能够有效地滤除谐波成分，保证逆变器输出电流的纯度和质量。
滤波电感磁的作用滤波电感磁主要有以下几个作用：1.滤除谐波：逆变器输出的交流电中存在谐波成分，这些谐波对电网造成干扰，甚至可能损坏其他设备。
滤波电感磁可以通过改变电路的电感值来过滤掉谐波，使输出电流更加纯净。
2.平滑输出电流：逆变器输出的电流在短时间内可能会发生较大波动，滤波电感磁可以通过储存磁能的方式，使输出电流变得更加平滑，减少电流的尖峰和波动。
3.阻抗匹配：逆变器的输出电阻与电网的负载电阻之间存在一定的不匹配，滤波电感磁可以通过改变阻抗值来实现逆变器与电网的匹配，提高电能传输效率。
滤波电感磁的设计要点1.电感值选择：滤波电感磁的电感值应根据逆变器输出电流和电网负载电流的频率特性来确定。
一般情况下，电感值的选择应满足阻抗匹配的要求，同时能够滤除主要的谐波成分。
2.材料选择：滤波电感磁的磁芯材料应具有较高的饱和磁感应强度和低的铁损耗，以保证高效的能量传输。
3.绕组设计：滤波电感磁的绕组应根据电感值和额定电流来确定匝数和截面积。
为了减小温升和能量损耗，绕组应采用合适的线径和绝缘材料。
4.绝缘设计：滤波电感磁的绕组与磁芯之间应有足够的绝缘层来防止短路和放电。
绝缘层的材料选择应具有良好的耐热性和绝缘性能。
滤波电感磁的设计流程滤波电感磁的设计可按以下步骤进行：1.确定需求：根据逆变器输出电流和电网负载电流的频率特性，确定所需滤波电感磁的电感值。
2.材料选择：根据设计需求和预算限制，选择适当的磁芯材料。
3.绕组设计：根据所选磁芯尺寸和电感值，计算绕组的匝数和截面积。
4.绝缘设计：根据设计需求和安全性要求，选择适当的绝缘材料和厚度。
5.性能评估：通过模拟或实验，评估设计的滤波电感磁的性能，包括阻抗匹配、谐波滤波效果和温升等。
逆变器输出滤波电感设计(周洁敏)
周洁敏调制方式有2种：单极性调制和双极性调制单极性调制（桥）双极性调制（推挽）正弦脉宽调制技术SPWMU 某点正弦波幅值N I f U U D I f U U D I f u U L k L πsin π22o 1o dc max o o d k ,ko,dc βαα⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅-=⋅∆⋅-=+最大电感量而且随着正弦波的调制，磁芯的直流工作点按正弦规律（50Hz ）在磁滞回线的1和3象限移动。
可以获得比较稳定的电感材料是气隙磁芯δA cR c R δΦu (t)i （t ）Nl cμ20c A L N μδ=电感不同于变压器，需要储存能量，开气隙后可以储存磁场能量，并使电感量稳定。
即电感为逆变器交流滤波电感中的磁密波形双极性调制单极性调制B L 曲线是曲线Ⅰ减去曲线Ⅱ积分所得，但是很难用精确的数学表达式表示。
输出正弦波输入为AB 端电压波形()t t U u NA B d sin 21π20o AB e L ⎰-=∆ω交流滤波电感不但有基波分量，而且叠加较大的高频分量，磁芯选择不仅要考虑基波损耗，而且要考虑磁芯涡流损耗。
同时线圈中除了流过基波电流，还要流过高次谐波电流，线圈应当考虑高频电流损耗。
纵坐标放大的结果线圈窗口利用率自然冷却经验值K1线圈损耗等于磁芯损耗K2210.707K K各种系数与电感类型的关系决定热阻R T 和允许损耗磁芯损耗线圈损耗损耗热阻最大允许温升决定损耗极限lim /thP T R =∆允许温升由设计需求确定th 20/R K W=。
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周洁敏
调制方式有2种：单极性调制和双极性调制
单极性调制（桥）双极性调制（推挽）
正弦脉宽调制技术SPWM
U 某点正弦波幅值
N I f U U D I f U U D I f u U L k L πsin π22o 1o dc max o o d k ,k
o,dc βαα⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅-=⋅∆⋅-=+最大电感量
而且随着正弦波的调制，磁芯的直流工作点按正弦规律（50Hz ）在磁滞回线的1和3象限移动。
可以获得比较稳定的电感材料是气隙磁芯
δA c
R c R δΦu (t)i （t ）N
l c
μ
2
0c A L N μδ=电感不同于变压器，需要储存能量，开气隙后可以储存磁场能量，并使电感量稳定。
即电感为
逆变器交流滤波电感中的磁密波形双极性调制
单极性调制
B L 曲线是曲线Ⅰ减去曲线Ⅱ积分所得，但是很难用精确的数学表达式表示。
输出正弦波
输入为AB 端电压波形()t t U u NA B d sin 21π20o AB e L ⎰-=∆ω
交流滤波电感不但有基波
分量，而且叠加较大的高
频分量，磁芯选择不仅要
考虑基波损耗，而且要考
虑磁芯涡流损耗。
同时线圈中除了流过基
波电流，还要流过高次
谐波电流，线圈应当考
虑高频电流损耗。
纵坐标放大的结果
线圈窗口利用率自然冷却
经验值K1
线圈损耗等于
磁芯损耗K2
21
0.707
K K
各种系数与电感类型的关系
决定热阻R T 和允许损耗磁芯损耗线圈损耗
损耗热阻最大允许温升决定损耗极限
lim /th
P T R =∆允许温升由设计需求确定
th 20/R K W
=。