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變頻器的濾波電路設計

發布日期:2019-3-28 20:18:01

      采用信號發生器模擬噪音和變頻 器信號,通過電壓濾波電路和電流濾波電路,最后留下有效信號用于檢測.這兩個濾波電路由信號疊加電路、反相電路、一階有源低通濾波電路和二階有源低通濾波 電路組成,其中運算放大器選擇OP07芯片.電路中各個元件的參數,通過使用Multisim10軟件進行仿真獲得.然后制作出硬件電路進行實驗調試,最 終濾波電路能基本滿足預期的濾波效果,且輸出信號的滯后時間在允許的范圍內。

變頻器的濾波電路設計
摘要:采用信號發生器模擬噪音和變頻器信號,通過電壓濾渡電路和電流濾波電路,最后留下有效信號用于檢測。這兩個濾波電路由信號疊加電路、反相電路、一階有源低通濾波電路和二階有源低邇濾波電路組成,其中運算放大器選擇0PO7芯片.電路中各個元件的參數,通過使用Mulisim10軟件進行仿真獲得.然后制作出硬件電路進行實驗調試,最終濾波電路能基本滿足預期的濾波效果,且輸出信號的滯后時間在允許的范圍內關鍵詞:變頻器;電路;濾波器
交流變頻器是把I頻電源轉換成各種不同頻事的交流電源以實現電機調速的設備,它是跟隨著電力電
于技術的發展而產生和發展的由于直流傳動擁有良好的調速和啟動性能,電動機隨著電力電子技術和電力電子器件的發展,變頻調速系統在調速性能方面也可以與直流電力拖動子技術的發展而產生和發展的  傳統的調速傳動都是采用直流相婚美,因而獲得了越來越廣泛的使用.
變頻器的功能測試主要對于變頻器本身的功能是否正常,而基本性能測試和保護性能測試則要關心相關的數據,而這些數據是反映變頻器性能的重要指標,因而也是測試的重點變頻器般都采用 PWM控制,其結構中的開關器件-般工作在低頻段 開關器件產生的電磁噪聲對電壓電流檢測的準確度會產生較大的影響.在測試的過程中,由于噪音的影響直接將電壓電流檢測信號引人到AD轉換器中,會導致所測信號的不準確,所以對信號中噪音的處理尤為重要,這就需要使用濾波器對噪音信號進行處理來保證檢測的精度".
濾波技術主要用于信號分析和處理技術,無論是信號的獲取、傳輸,還是信號的處理和交換都需要濾

波技術濾波電路對信號安全可靠和有效靈活地傳遞是非常重要的在電子系統中,使用最多、技術最復雜的就是濾波器,濾波器的好壞直接決定著產品的優劣.所以,濾波技術是非常熱門的課題,對濾波器的研制也是歷來為各國所重視的
1電壓信號的濾波電路設計

1.1信號疊加電路
本文利用信號發生 器模擬產生含有噪音的變頻器的電壓信號,這樣就需要使用信號疊加電路將兩路信號疊加起來",這兩路信號是有效的電壓信號和中頻的噪音信號,疊加后得到含有噪音的電壓信號
信號疊加電路使用反相加法電路,電路圖見圖1.
有效信號為U,噪音信號為U2,其中U,=5V, U2=3V.通過電路后Un=-(U, +U2).

1.2 反相電路
由于信號通過疊加電路后相位發生了改變,所以在此使用反相電路將信號的相位復原反相電路選用反相比例放大電路,電路圖見圖2.
輸人信號為U.,經過反相電路后信號相位發生改變,輸出電壓U2= -U.

1.3 濾波電路
濾波電路是電路的主要部分,電壓信號的頻率f =80 Hz,噪音信號的頻率f = 10 kHz,所以為了很好地濾去噪音信號同時保留有效信號,選取濾波電路的截止頻率為f, =100kHz.由于電壓信號的周期較長,對滯后時間的精度要求不高,所以選擇- -階低通濾波電路 (見圖3)來對電壓信號進行濾波

信號通過濾波電路后中頻的噪音信號將被濾去,留下有效的電壓信號將被輸人到檢測電路進行檢測,但是信號在時間上會有所滯后
信號疊加電路、反相電路和- -階低通濾波電路三部分組成了電壓信號的濾波電路".

2電流信號的濾波電路設計

2.1信號疊加電路
由于通過濾波電路濾波的信號都是電壓信號,所以需要先將電流信號轉化為電壓信號再進行濾波.本文仍利用信號發生器模擬產生含有噪音的變頻器信號,即是電流信號轉化后的電壓信號.該信號也是由兩路信號,即有效的電壓信號和中頻的噪音信號疊加面成信號疊加電路使用反相加法電路,電路圖見圖4.
有效信號為U3,噪音信號為U,其中U,=5V, U,=3V. 通過電路后U2n=-(U,+U).

2.2 反相電路
由于信號通過疊加電路后相位發生了改變",所以在此使用反相電路將信號的相位復原反相電路選用反相比例放大電路,電路圖見圖s.
輸人信號為Un, 經過反相電路后信號相位發生改變,輸出電壓Uz--Jn".

2.3 濾波電路
濾波電路是電路的主要部分,電壓信號的頻率f =300 Hz,噪音信號的頻率f =10kHz ,所以為了很好地濾去噪音信號同時保留有效信號,選取濾波電路的截止頻率為S, = 3501Hz.由于電流信號的周期較電壓信號的周期短,對滯后時間的精度要求較高,所以選擇二階低通濾波電路(見圖6)對電壓信號進行濾

信號通過濾波電路后中頻的嗓音信號將被濾去,留下有效的電流信號將被輸人到檢測電路進行檢測,但是信號在時間上會有所滯后.
信號疊加電路、反相電路和二階低通濾波電路三部分組成了電流信號的濾波電路

3電流濾波電路的仿真
首先在畫好的二階低通濾波電路之前加上信號疊加電路和反相電路,將電路中的元件參數設定為之前通過計算獲得的數值,并在電路中加幾個示波器便于觀察現象.畫好的電路圖見圖 7.

利用示波器調試各元件的參數,電路經過信號疊加電路和反相電路的波形與電壓濾波電路中的類似,在此不再贅述,只分析經過二階低通濾波電路的信號變化
信號經過二階低通濾波電路的波形對比見圖8.
電路輸出信號與輸人有效信號的對比,在該二階低通濾波電路中Ro的阻值無法提前獲得,通過分析二階低通濾波電路的放大倍數,并配合示波器的調節最終確定Ro =

3.3 kn,調試后的波形見圖9.4硬件電路調試結果分析

4.1 調試結果
(1)電壓濾波電路有效輸人信號和經過濾波后的信號的波形對比見圖10.
圖中橫坐標每格2.5 ms,縱坐標每格2 v.由波形圖可以看出,當有效輸人信號為正弦波,頻率80 Hz,幅值3V時,輸出信號波形與有效輸人信號波形幅值基本相同,時間上輸出信號有一定的滯后,但在允許的范圍內波形圖與軟件仿真結果相同,說明電壓濾波電路可以很好地濾去中頻噪音,并保留有效信號.
(2) 電流濾波電路可以很好地濾去中頻噪音,并保留有效信號,電路有效輸人信號和經過濾波后信號的波形對比見圖11
圖中橫坐標每格50.0 us ,縱坐標每格2V.由波形圖可以看出,當有效輸入信號為正弦波頻率300 Hz,幅值2V時,輸出信號波形與有效輸人信號波形幅值基本相同,輸出信號有一-定時間的滯后,在允許的范圍內.波形圖與軟件仿真結果相同,說明電流濾波電路可以很好地濾去中頻噪音,并保留有效信號.

4.2 誤差分析
從波形圖可以看出,輸出電壓和輸人電壓在幅值略有不同,在時間上也有一定的滯后. 產生原因主要有以下幾點:
(1) 電阻、電容的實際大小與理論大小有誤差,不能完全達到軟件仿真時的情況
(2)時間上的滯后主要來自于濾波電路,由于電路中存在電容,滯后無法完全消除,但由于滯后時:沒有大大形安*發間不大,沒有大影響
(3)由于調試過程中電路周圍存在-些電磁干擾, 致使波形有些毛刺

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