01

为什么变频器需要加滤波器？

       在电气设备中，变频器作为一种重要的电力传动设备，被广泛应用于工业生产中。变频器能够将交流电源转换为所需的频率和电压，从而实现对电机的精确控制。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载；然而，由于电力系统中存在着各种电磁干扰和谐波干扰，电源中的谐波会导致变频器发生报警、误运作、拒动作，会导致变频器的整流模块、滤波电容过热、频繁损坏，会导致电动机过热、啸叫、振动、轴承及绝缘损坏或加速绝缘老化甚至击穿，还会导致变频器及电动机周边的敏感仪器仪表、通信、机电设备出现工作紊乱或损坏等问题。因此，为了保证电气设备的正常运行，必须采取措施对这些干扰和谐波进行滤波处理，保护变频器、保护电动机、保护变频器及电动机周边的用电设备、提高变频系统的功率因素，抑制谐波、减少电磁干扰，提高设备的可靠性和稳定性，延长使用寿命，节省维修成本。

       变频器“交-直-交”架构，具有“交流变直流”和“直流再变交流”两个环节。变频器滤波器的分类，也可以变频器的架构分为三类：“交-直”环节中用在交流测前端的变频器专用输入滤波器；直流环节所用的变频器专用直流平波电抗器，用在“直-交”环节中的交流侧后端的变频器专用输出滤波器。

变频器的滤波器和滤波器有什么区别？

       变频器滤波器根据其自身的滤波原理，可以分为无源滤波器和有源滤波器两类。无源滤波器，又叫被动滤波器；有源滤波器，又叫主动滤波器。模拟滤波器按滤波电路过程是否需要电源参与分无源滤波器和有源滤波器。电路中包含运放的是有源滤波器，不包含运放的是无源滤波器。无源滤波器价低，有源滤波器价高。

       有源滤波器简称APF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。有源滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。有源电力滤波器的作用有实时谐波治理，动态补偿无功，消除三相不平衡等。

       无源滤波器：无源滤波器具有结构简单、成本低、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，被广泛应用谐波治理方法。，无源滤波器又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路，使谐波流入到滤波装置中。单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。

       对高频信号（10MHz以上）的处理能力强。有源滤波器要求运放的带宽是截止频率的100倍左右，当要处理的信号频率到达10MHz或者更高时，就需要GHz的运放，这种运放在市场上通常难以找到且价格很高，所以有源滤波器难以处理10MHz以上的高频信号。无源滤波器处理高频信号则很轻松，因为当频率很高时，只需要uH甚至nH等级的小电感，所以无源高频滤波器可以做得小巧好用且成本低。

       对比着看，有源滤波的优点其实对应无源滤波的缺点，无源滤波的优点又对应有源滤波的缺点。

       无源滤波补偿装置，主要由滤波电容器、滤波电抗器、无感电阻组成的LC滤波电路，根据谐波电流的成分、大小及无功需求来设计各滤波支路，采用专业仿真软件计算、设计、校验，使装置设计最优化，能够在降低成本的同时，高效滤除系统谐波、补偿无功。特别适用于变频器负载系统、，能够解决负载所在系统发热升温、噪声增大、电容补偿投切不上、电路元器件损毁等谐波电流过高引起的危害和故障。 

变频器的滤波器和电抗器有什么区别？

       电抗器主要是电感，当导体通电时产生磁场，抑制电流谐波；通常由电容器、电感器和电阻器组合时，这些元件被配置在不同的方式下就有相同作用和不同的叫法，如RC低通滤波器、LC高通滤波器、RC带通滤波器等；所以，对于不同的功能和应用场景、设计原理以及安装位置等方面都存在相似之处和明显的区别。选择合适的滤波器或电抗器，以满足特定的应用需求。

02

变频器加装无源滤波器的作用和原理

       变频器输入端解决方案：抗干扰的输入滤波器，抑制谐波的谐波滤波器。

       -电网供电质量不好,电网的波动大。

       -供电回路中有非线性负载，使得电网中谐波含量较高。

       -电磁辐射影响外围的仪表，变频器的控制部分-共模干扰会沿着线路返回变频器从而损坏变频器本身-尖峰电压等，会在电机轴承上产生轴承电流损坏轴承。

       -变频器运行产生的电噪声可能会干扰相邻的敏感电子设备，特别是在集中了许多变频器的区域中。

       -影响变频器可靠运行的典型因素和变频器启动影响旁路的仪器仪表扰动。

       1.变频器是个干扰源，也是个受扰源，或者是叫敏感设备。如果电网中的谐波频率过高、谐波含量过大的情况下，变频器就会发出过压、过流、过载等误报警

       2.抑制变频器产生的高次谐波，变频器在整流过程中，就相当于一个高速开关，因此，会产生大量的高次谐波，这些高次谐波，会随着电源的流动，被带入电网，进而导致了使用同一电网的敏感设备受到干扰。

       3.缓解三相不平衡，如果变频器的输入端三相不平衡，严重的情况下，就会导致变频器无法正常工作，加上变频器输入滤波器之后，可以有效缓解这一问题。

       4.提高系统功率因数，具有一定的补偿功能，可以提高整个工控自动化系统的功率因数，具有一定的节能功效。

变频器输入端专用EMI电源滤波器：

       电源滤波器，又名 “EMI输入滤波器”“EMC输入滤波器”“进线滤波器”“噪声滤波器”，是一种对电源中特定频率的点成该频点以外的频率进行有效滤除的电气设备，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。主要适用于那些对电网噪声和干扰敏感的设备，提供更稳定和纯净的电力供应，它们可根据需要选择特定频率范围内的信号进行衰减，从而提供稳定且无干扰的电源。

       通过抑制传导干扰，可以有效减少变频器工作时对电网和其他数字电子设备的干扰，增强变频器的电磁兼容性。它主要利用电容、电感和电阻等元件组成，能够过滤掉电源中的高频杂波，保证设备的正常运行。。通过抑制传导干扰、耦合干扰及射频干扰，变频器滤波器确保了设备的稳定运行，减少了设备故障的可能性，提高了系统的整体性能和可靠性。

       变频器工作时，对电网及其它数字电子设备产生干扰的频谱分量、增强变频器的电磁兼容性而专门设计的滤波器。由电感、电容、电阻等组成的无源器件，可以让工频信号无法阻档的通过，抑制高频电磁干扰，也可抑制干扰噪声频率，本滤波器为双向可逆器件，能防止电网上的电磁噪声通过电源进入设备，也能防止设备本身的电磁噪声对电网的污染；安装距离应靠近变频器，缩短引线长度。

变频器输入端专用谐波滤波器：

       变频器输入端的谐波滤波器是抑制传动输入侧高频谐波电流的低通滤波器，专门为变频器产生谐波的特点和规律，进行谐波治理的一种滤波器，适用于对谐波要求较高的场合，在典型的电机驱动系统中，任意负载比例下，电流谐波总畸变率可以被减少至小于 19%。在 100% 负载比例下，电流谐波总畸变率则可以被控制在 10% 以下，可将总谐波电流畸变率THDi≤10%，也可达到更高要求的THDi≤5%。

       6 脉冲+5 次谐波滤波器的配置可以达到10%左右的谐波要求，但是由于 5 次谐波 (250Hz 滤波器的电容容值较大，在 UPS 负载较轻(<15%额定负载)时整流器输入电流会超前输入电压，如果发电机的励磁绕组采用自励方式，很容易产生电枢正反馈效应，发电机输出电压会异常升高，导致发电机进入保护状态而停机。因此 6 脉冲+5 次谐波滤波器方案不建议在 UPS 负载较轻时使用。当实际负载较轻时，可将5 次滤波器从整流器上脱出。

       而单独的 12 脉整流器也可达到 10%左右的电流谐波指标，但是没有大电容的 LC 电路避免了与发电机的励磁正反馈效应。采用 12 脉冲整流器+LC谐波滤波器可达到小于5%的电流谐波指标。单次谐波和总谐波含量符合，6 脉整流器 5 次谐波最大，可加装 5 次波器来抑制谐波:12 脉整流器 11 次谐波最大，可加装 11 次滤波器来抑制谐波。

谐波滤波器技术参数

       电压等级：三相三线额定电压380V，允许偏差±10%

       频率：50±5(Hz)

       谐波治理：满载谐波电流THDi<10%，谐波次数2n-1=1～40

       谐波电压：THD<5%

       滤波效果：符合IEC61000，GB/T14549-93

       功率因素：COSФ>0.9

       运行温度：-10～+50（℃）

       储存温度：-40～+65（℃）

       环境湿度：0～98(%），不凝露

       海拔高度：<2000M

       结构：标准结构，落地安装，或客户定制（可选）

       绝缘等级：H级

       容量：7.5～630(KW)

       超载能力：超载120%额定值正常工作30分钟

       安装方式：单独安装、配套安装、或客户定制（可选），谐波滤波器周围留出100mm的散热空间

谐波滤波器产品选型

       1.用电负载（马达）额定电流为选型依据，谐波滤波器的额定电流大于等于负载电流的1.1倍为佳；

       2.负载的额定工作电流和实际工作电流，不能超过谐波滤波器的额定工作电流；

       3.负载的负载率，如果负载率偏低，会影响谐波滤波器效果，请在选型时提供负载率数据；

       4.负载设备的额定工作电压和电源频率，是否满足谐波滤波器的电源要求；

       5.谐波滤波器安装环境，符合谐波滤波器使用环境要求；

       6.提供负载的功率因数，以便加装合适的电容器，使功率因数达到最佳。

03

变频器输出端的解决方案：

       抗干扰的输出滤波器，抑制谐波、供长线传输过电压的DV/DT滤波器、正弦波滤波器。

       变频器专用滤波器能解决变频器逆变谐波导致的电动机过热、振动、啸叫等问题，保护电动机并延长其寿命，实现变频器的远距离传输。一般情况下，国产的变频器与负载的距离，超过50米，就必须要加电抗器，如果对变频器输出波形有要求的话，就要加正弦波滤波器；对于进品变频器来讲，一般情况下，距离超过100米，就要加。当然了，我说的这个距离，指的是连线的长度。

       变频器输出端增加输出电抗器/输出DVDT滤波器，Output DU/DT FILTER：是衡量电压突变的一个指数，当变频器输出到电机的电缆长度大于产品规定值时，应加输出DV/DT滤波器为了补偿变频器与电动机之间连接电缆线运行时的耦合电容的充放电影响，有效抑制变频器输出的谐波，减小变频器的噪声，避免变频器过流，增大了变频器到电动机的有效传输距离。

       变频器输出正弦波滤波器是由电感和电容器组成的低通滤波器。电感（L ）和电容（ C）综合了电抗器与LC滤波器的优点，可以把变频器输出端的波形整合成较像标准的PWM正弦波，同时，也可以解决变频器与负载之间因距离远传输所产生的电压降等问题；从输出信号看，电抗器仅仅是抑制了电流的变化率，而正弦波滤波器输出正弦波。可认为，正弦波滤波器的滤波效果更好。从使用目的看，正弦波滤波器是为了得到较纯正的正弦波。而输出电抗器一般用于电缆传输时的阻抗匹配，可以有效防止过冲电压的产生，从而保护电机等负载。

       调整变频器输出的波形。变频器输出的波形为PWM波，是介于方波和正弦波之间的波形，加上输出正弦波滤波器之后，会把PWM波改造成比较像正弦波的波形；

       就是将SPWM调制波滤成近似正弦的电压波形。变频器输出正弦波滤波器，就是滤掉变频器输出端的高次谐波；使变频器的输出电压和电流近似于正弦波，减少电机谐波畸变系数和电机绝缘压力。

正弦波滤波器的功能:

       1.延长电机寿命

       2.保护电机绝缘

       3.减小电机轴承电流

       4.增加传输距离

       5.提高系统可靠性

       6.应用该滤波器后普通电机可以取代变频电机

       7.对电磁干扰的抑制效果好

       8.由于变频器的输出含有高频谐波，增加了动力电缆及电机的损耗；同时极高的dv/dt会引起数MHz的辐射干扰；如果电机需要长线传输时(电机线缆超过50米)，由于行波反射引起电机端电压叠加，使电机绝缘破坏，甚至使电缆爆裂。

       9.对于谐波电流，可以通过改变调制方式，降低谐波分量但并不能完全消除。由dv/dt引起的射频干扰，可以加装dv/dt电磁滤波器，但只能对一定长度的电缆有效，并不适合任意长度的电缆。

       10.能同时解决以上问题的有效方法使在变频器输出侧加装输出正弦波滤波器，将SPWM调制波滤成近似正弦的电压波形，正弦波滤波器由高频出相电抗器，RC回路，共模电抗器组成。可以有效的抑制高频损耗及dv/dt射频干扰，并使电机和变频器的线缆延长至500米，甚至3千米。

       输出正弦波滤波器的作用是将变频输出的PWM波转换成正弦波。在电机电压为50Hz时，使用输出正弦波滤波器其畸变系数约为5% （部分品牌的变频器应用后，畸变率会大于此数据）。

选择及使用输出正弦波滤波器的注意事项：

       1.使用输出正弦波滤波器后，变频器的负载能力将低于系统额定的数值。

       2.正弦波滤波器会使经过滤波后的电压产生一定比例的压降。在基波频率50Hz时，压降约为10% 。其比例与基波频率的变化成正比。

       3.滤波器在将PWM波滤波为正弦波过程中会滤除大量高次谐波成分，因此导致滤波器在空载时变频器会有约占变频器额定输出电流5%~7.5%的空载电流（380V 50Hz条件下。此电流与基波频率及变频器输出电压成正比）。

       4.使用输出正弦波滤波器后的可接导线长度参见产品说明书。

       5.滤波器在使用时应保证良好通风。