形与并联谐振低通滤波器的相比电路性能优化方案

2016-09-07 09:33
型号以30KVA~300KVA的UPS电源中的大功率恒压、恒频正弦波输出逆变器的输出电路是由输出隔离变压器与交流低通滤波器组成的。这部分输出电路设计的好坏对UPS的动态和静态性能影响很大。输出电路的作用是隔离、变压和滤波。为了提高滤波效果,应选择较大的滤波参数。
为了减小逆变器和输出变压器的容量,应选择较小的滤波参数,这是一个矛盾。解决这个矛盾的办法是采用阻抗匹配进行协调一但在实际应用中,由于负载是经常变化的,因而完全达到匹配状态是很难的。
 
1、Γ形低通滤波器的输出电路  
Γ形低通滤波器的输出电路如图1-1所示。由于r形低通滤波器电路结构简单,可以和负载很好地匹配,因而其应用最普遍。它的设计思想在前面已经做过了介绍。它是按二端口无源线性网络的方法构成的,以给定的纯电阻负载Rt和截至频率ƒG为条件,计算合适的滤波参数L/C使输出特性阻抗等于负载电阻RL而得到的滤波器。在其通频带内是没有衰减损耗的,据此有:ωG=2/√LC; R=√L/C由此两式可以计算出滤波器的参数L/C为:L=R/πƒG;C=1/πRƒG 参数值。
图1—1 Γ形低通滤波器的输出电路
然而在实际工作中逆变器的负载是变化的,如感性、容性及阻性变化和大小变化等,因而逆变器的输出电路很难达到阻抗匹配状态。又由于滤波器的输入/输出阻抗达不到匹配状态,所以滤波器的实际衰减损耗较大。这是Γ形滤波器在应用中的一个明显缺点。
   
2.并联谐振交流低通滤波器的输出电路
并联谐振交流低通滤波器的输出电路如图1-2所示。UPS电源逆变器的输出是恒压、恒频的正弦波,在输出滤波器的通频内,只有基波是有用的信号。
图1—2并联谐振交流低通滤波器的输出电路
因此,所谓增加或减小滤波器传输衰减损耗只对基波有意义。如果有一种输出电路能在不增加通频带宽度的条件下,使输出滤波器的基波功率的传输衰减损耗大大减小,则这一种输出电路对逆变器将是很合适的。而并联谐振交流低通滤波器正是满足这一要求的最佳输出电路。如图1 -2所示,电容C和电感L,谐振于基频ω。。其谐振阻抗特性如图1 -2右侧所示。对于基频,其阻抗为无穷大。当负载为额定线性负载ZL时,滤波器对基频功率的衰减为:
Pin-PL/Pin=| jωo L |∕|ΖL+jωo L |<ωo L∕R
而 ωo L∕R=ωo L∕√L/C=ωoG = ƒo / ƒG  
由此得 Pin-PL/Pin<ƒo / ƒG
此式说明滤渡器的传输衰减损耗小于基频率ƒo与截至频率ƒG之比。在减载时ΖL增大,传输衰减损耗随之减小;保持ƒG不变时,如果为了提高UPS电源逆变器的动态响应速度,适当地减小L、增大c时,衰减损耗也相应减小。这是并联谐振交流低通滤波器的一个很大的优点。它可以大大减小功率的衰减。空载时,它可以使功率衰减减少50%,半载时可以使其减少15%效率值。


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