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变频器的滤波电路设计

发布日期:2018-12-22 19:04:01

      采用信号发生器模拟噪音和变频 器信号,通过电压滤波电路和电流滤波电路,最后留下有效信号用于检测.这两个滤波电路由信号叠加电路、反相电路、一阶有源低通滤波电路和二阶有源低通滤波 电路组成,其中运算放大器选择OP07芯片.电路中各个元件的参数,通过使用Multisim10软件进行仿真获得.然后制作出硬件电路进行实验调试,最 终滤波电路能基本满足预期的滤波效果,且输出信号的滞后时间在允许的范围内。

变频器的滤波电路设计
摘要:采用信号发生器模拟噪音和变频器信号,通过电压滤渡电路和电流滤波电路,最后留下有效信号用于检测。这两个滤波电路由信号叠加电路、反相电路、一阶有源低通滤波电路和二阶有源低邇滤波电路组成,其中运算放大器选择0PO7芯片.电路中各个元件的参数,通过使用Mulisim10软件进行仿真获得.然后制作出硬件电路进行实验调试,最终滤波电路能基本满足预期的滤波效果,且输出信号的滞后时间在允许的范围内关键词:变频器;电路;滤波器
交流变频器是把I频电源转换成各种不同频事的交流电源以实现电机调速的设备,它是跟随着电力电
于技术的发展而产生和发展的由于直流传动拥有良好的调速和启动性能,电动机随着电力电子技术和电力电子器件的发展,变频调速系统在调速性能方面也可以与直流电力拖动子技术的发展而产生和发展的  传统的调速传动都是采用直流相婚美,因而获得了越来越广泛的使用.
变频器的功能测试主要对于变频器本身的功能是否正常,而基本性能测试和?;ば阅懿馐栽蛞匦南喙氐氖?,而这些数据是反映变频器性能的重要指标,因而也是测试的重点变频器般都采用 PWM控制,其结构中的开关器件-般工作在低频段 开关器件产生的电磁噪声对电压电流检测的准确度会产生较大的影响.在测试的过程中,由于噪音的影响直接将电压电流检测信号引人到AD转换器中,会导致所测信号的不准确,所以对信号中噪音的处理尤为重要,这就需要使用滤波器对噪音信号进行处理来保证检测的精度".
滤波技术主要用于信号分析和处理技术,无论是信号的获取、传输,还是信号的处理和交换都需要滤

波技术滤波电路对信号安全可靠和有效灵活地传递是非常重要的在电子系统中,使用最多、技术最复杂的就是滤波器,滤波器的好坏直接决定着产品的优劣.所以,滤波技术是非常热门的课题,对滤波器的研制也是历来为各国所重视的
1电压信号的滤波电路设计

1.1信号叠加电路
本文利用信号发生 器模拟产生含有噪音的变频器的电压信号,这样就需要使用信号叠加电路将两路信号叠加起来",这两路信号是有效的电压信号和中频的噪音信号,叠加后得到含有噪音的电压信号
信号叠加电路使用反相加法电路,电路图见图1.
有效信号为U,噪音信号为U2,其中U,=5V, U2=3V.通过电路后Un=-(U, +U2).

1.2 反相电路
由于信号通过叠加电路后相位发生了改变,所以在此使用反相电路将信号的相位复原反相电路选用反相比例放大电路,电路图见图2.
输人信号为U.,经过反相电路后信号相位发生改变,输出电压U2= -U.

1.3 滤波电路
滤波电路是电路的主要部分,电压信号的频率f =80 Hz,噪音信号的频率f = 10 kHz,所以为了很好地滤去噪音信号同时保留有效信号,选取滤波电路的截止频率为f, =100kHz.由于电压信号的周期较长,对滞后时间的精度要求不高,所以选择- -阶低通滤波电路 (见图3)来对电压信号进行滤波

信号通过滤波电路后中频的噪音信号将被滤去,留下有效的电压信号将被输人到检测电路进行检测,但是信号在时间上会有所滞后
信号叠加电路、反相电路和- -阶低通滤波电路三部分组成了电压信号的滤波电路".

2电流信号的滤波电路设计

2.1信号叠加电路
由于通过滤波电路滤波的信号都是电压信号,所以需要先将电流信号转化为电压信号再进行滤波.本文仍利用信号发生器模拟产生含有噪音的变频器信号,即是电流信号转化后的电压信号.该信号也是由两路信号,即有效的电压信号和中频的噪音信号叠加面成信号叠加电路使用反相加法电路,电路图见图4.
有效信号为U3,噪音信号为U,其中U,=5V, U,=3V. 通过电路后U2n=-(U,+U).

2.2 反相电路
由于信号通过叠加电路后相位发生了改变",所以在此使用反相电路将信号的相位复原反相电路选用反相比例放大电路,电路图见图s.
输人信号为Un, 经过反相电路后信号相位发生改变,输出电压Uz--Jn".

2.3 滤波电路
滤波电路是电路的主要部分,电压信号的频率f =300 Hz,噪音信号的频率f =10kHz ,所以为了很好地滤去噪音信号同时保留有效信号,选取滤波电路的截止频率为S, = 3501Hz.由于电流信号的周期较电压信号的周期短,对滯后时间的精度要求较高,所以选择二阶低通滤波电路(见图6)对电压信号进行滤

信号通过滤波电路后中频的嗓音信号将被滤去,留下有效的电流信号将被输人到检测电路进行检测,但是信号在时间上会有所滞后.
信号叠加电路、反相电路和二阶低通滤波电路三部分组成了电流信号的滤波电路

3电流滤波电路的仿真
首先在画好的二阶低通滤波电路之前加上信号叠加电路和反相电路,将电路中的元件参数设定为之前通过计算获得的数值,并在电路中加几个示波器便于观察现象.画好的电路图见图 7.

利用示波器调试各元件的参数,电路经过信号叠加电路和反相电路的波形与电压滤波电路中的类似,在此不再赘述,只分析经过二阶低通滤波电路的信号变化
信号经过二阶低通滤波电路的波形对比见图8.
电路输出信号与输人有效信号的对比,在该二阶低通滤波电路中Ro的阻值无法提前获得,通过分析二阶低通滤波电路的放大倍数,并配合示波器的调节最终确定Ro =

3.3 kn,调试后的波形见图9.4硬件电路调试结果分析

4.1 调试结果
(1)电压滤波电路有效输人信号和经过滤波后的信号的波形对比见图10.
图中横坐标每格2.5 ms,纵坐标每格2 v.由波形图可以看出,当有效输人信号为正弦波,频率80 Hz,幅值3V时,输出信号波形与有效输人信号波形幅值基本相同,时间上输出信号有一定的滞后,但在允许的范围内波形图与软件仿真结果相同,说明电压滤波电路可以很好地滤去中频噪音,并保留有效信号.
(2) 电流滤波电路可以很好地滤去中频噪音,并保留有效信号,电路有效输人信号和经过滤波后信号的波形对比见图11
图中横坐标每格50.0 us ,纵坐标每格2V.由波形图可以看出,当有效输入信号为正弦波频率300 Hz,幅值2V时,输出信号波形与有效输人信号波形幅值基本相同,输出信号有一-定时间的滯后,在允许的范围内.波形图与软件仿真结果相同,说明电流滤波电路可以很好地滤去中频噪音,并保留有效信号.

4.2 误差分析
从波形图可以看出,输出电压和输人电压在幅值略有不同,在时间上也有一定的滞后. 产生原因主要有以下几点:
(1) 电阻、电容的实际大小与理论大小有误差,不能完全达到软件仿真时的情况
(2)时间上的滞后主要来自于滤波电路,由于电路中存在电容,滞后无法完全消除,但由于滞后时:没有大大形安*发间不大,没有大影响
(3)由于调试过程中电路周围存在-些电磁干扰, 致使波形有些毛刺

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