Фильтры синуса от генератора

Резонансный фильтр, преобразователь меандр — синус, синусоида. Отзыв, опыт изготовления

Практический опыт повторения конструкции преобразователя меандра в синусоиду на основе резонансного фильтра. (10+)

Опыт повторения конструкции фильтра

Материал является пояснением и дополнением к статье:
Получаем синусоиду от инвертора
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы запитать бытовые и специальные электроприборы. Применяем инвертор и оригинальную схему фильтра.

Хотел бы поблагодарить автора статьи за замечательную реализацию идеи резонансных LC фильтров. Моя ситуация заключалась в следующем: я приобрел небольшой инверторный генератор на 6кВА. Большим его преимуществом стало для меня то, что он весьма легковесный (58кг), соответственно, его не нужно устанавливать стационарно на улице или в отдельном помещении. Можно выкатывать на улицу и закатывать обратно в гараж по мере необходимости. Также он обеспечивает стабильное напряжение и частоту. Недостаток был один и весьма существенный — на выходе генератора не синусоида, а модифицированный меандр.

Осциллограмма напряжения на выходе генератора

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Подобный тип выходного напряжения очень пагубно сказывается на реактивных нагрузках. Блоки питания телевизоров жужжат, трансформаторы, электродвигатели и насосы греются, и вполне вероятен выход их из строя. Сигнал содержит большое количество высокочастотных составляющих.

Решения проблемы было два: первое мне не подходило по определению. Это приобретение генератора с чистой синусоидой на выходе. Во-первых, потому что такие генераторы требуют уличной стационарной установки, либо установки в специальном помещении, которого у меня нет. Во, вторых, они тяжелы. Устанавливать на улице я не очень хотел, потому что зимняя эксплуатация сразу доставит много проблем, учитывая то, что это аварийное питание и включается нечасто. В-третьих, они дороже минимум в 2.5 раза, чем мой. Второе решение заключалось в поиске схемы, которая уберет высокочастотные составляющие из спектра тока и, в идеале, приблизит подаваемый на вход сигнал к чистой синусоиде 50 Гц.

После изучения всех вариантов я остановился на описанном в статье решении на базе силовых резонансных фильтров. Автор статьи любезно отвечал мне на все возникавшие вопросы и благодаря ему я быстро смог продвинуться в создании своего собственного фильтра. Рассчитывал я его на ток 18А. С запасом, чтобы предотвратить насыщение сердечника на больших токах — до 16А. Параллельный контур я оставил как в статье — на 10А. Там большие токи не проходят.

Медь для обмотки я нашел достаточно быстро. Конденсаторы тоже. Сразу на 100мкФ — пусковые. Определенные проблемы возникли только с поиском трансформаторного железа. Но и это было преодолено, и я приступил к сборке.

Настраивал я контуры не последовательно, а параллельно. Мне так было удобнее. В нагрузку включал также лампу накаливания. После намотки первого дросселя (10А) — для параллельного фильтра, я замерил индуктивность катушки без прокладки. Прибор показал 120мГн. Чему я был очень рад. Дальше я начал настраивать контур в резонанс, увеличивая толщину прокладки.

Второй контур с дросселем на 18А я также настраивал в резонанс на параллельном включении. Тут уже катушка без прокладки показала мне 420мГн.

В результате тонкой настройки я получил на выходе обоих контуров вот такой сигнал (порядка 20В действующего). Спираль лампы накаливания была еле красноватой:

Выход параллельного LC фильтра. 20В/деление.

Это минимальное напряжение, которое мне удалось получить на фильтре.

Затем я собрал схему уже как положено. На стенде.

Трансформаторные пластины были стянуты, залиты. Дроссели были стянуты диэлектрическими бандажами и помещены в корпус.

На вход фильтра я подал напряжение сети 220В. С нагрузкой в виде лампы накаливания 100Вт на выходе получилось падение 13В. Это составило 207В.

Самое приятное меня ожидало впереди. Я подал напряжение с генератора на фильтр и получил на выходе: о чудо! Только первую гармонику! Сигнал с фильтра опередил по качеству сигнал с трансформаторной подстанции.

Выход с резонансного LC — фильтра. 100В/деление.

Под нагрузкой я получил некоторое весьма незначительное искажение синусоиды по верхнему фронту, но график все равно остался лучше, чем с подстанции. Также получил падение напряжения, которое зависит от нагрузки. Но в среднем рабочем режиме я имею порядка 205В. Меня и мои домашние приборы это вполне устроило. Но тем, кто будет собирать эти фильтры после меня, могу порекомендовать: делайте все возможное, чтобы сократить количество витков на дросселях и наматывайте их проводом максимально возможного сечения. Это уменьшит падение напряжения под нагрузкой!

Сегодня я все же провел небольшой апгрейд. На дроссель параллельного фильтра намотал еще около 25 витков изолированным проводом и сделал вольтодобавку. Вот по этой схеме:

Схема фильтра с вольтодобавочным трансформатором

Получил +8 Вольт к напряжению источника. Теперь на холостом ходу при входном напряжении 222В у меня не 212, как раньше, а 230В.

Осциллограмма с выхода фильтра с вольтодобавочным трансформатором. На входе — генератор. Частота по входу — 50.0Гц +/- 0.3Гц. 100В/деление.

Теперь у меня спокойно работают от генератора через фильтр: холодильники, насосы (глубинный и циркуляционные), газовый котел, трансформаторы и прочее, чувствительное к синусоиде, оборудование. И самое главное — я нашел на самом деле реальное практическое решение для преобразования меандра в синусоиду. В единственном, на просторах Интернет, месте. Да, и еще я получил очень хороший экономический эффект. Выражаю еще раз благодарность команде hw4.ru и автору статьи!

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Ребята! Было бы очень круто если бы Вы пояснили. Хочу тоже сделать, но на ток 6 ампер (1200W). Для двухтактного дросселя какое значение индуктивности? (для каждой обмотки, которые потом соединены последовательно). Кондеры по 100 мкф? Второй дроссель (однотактный) какой индуктивности? Читать ответ.

Здравствуйте! Опишите пожалуйста подробнее процесс настройки (как и на сколько меняются значения напряжения). У меня при расчетном зазоре напряжение на дросселе равно сетевому напряжению. При уменьшении зазора напряжение начинает занижаться относительно входного. Читать ответ.

Реактивный ток через конденсатор, по моему, не должен его греть, все, по моему, зависит от материала конденсатора и максимально возможного тока через него — на 50гц и 300в и 100мкф максимальный ток составит около 10а это при прямом включении в сеть и нагрузку (он греться не должен), но в резонансе сопротивление LC контура ничтожно и ток превышает рабочий — тут вот при 16 А Читать ответ.

Совершенно верно, что параллельный контур на резонансе имеет очень большое сопротивление току — это верно равноценно обрыву цепи, Вопрос: так может быть его вообще убрать (с последовательным все понятно -максимальный ток в резонансе и превращение меандра в синусоиду)? Читать ответ.

Уважаемый автор, можно ли вместо двух дросселей, используемых в резонансном фильтре, использовать один ЛАТР подходящей мощности с движком, установленным посредине? Заранее благодарен за любой ответ. Читать ответ.

Отписываюсь по итогам сборки, наладки и испытания фильтра. Фильтр собран подобный вашему, только у вас Г-образный, а у меня Т-образный. Но главное отличие в том, что в вашем фильтре параллельный колебательный контур настроен на частоту 50 Гц, что совершенно недопустимо, т.к. при таком режиме он имеет минимальное сопротивление, равное активному сопротивлению катушки — а это пра Читать ответ.

Всё очень красиво смотрится, особенно синусоида на выходе фильтра. Только вызывает сомнение, что неполярные конденсаторы (изображённые на фото) будут достаточно долго работать на токах порядка 15А. На взгляд умудрённого опытом электрика маловат их габарит и сечение выводов. Подобный фильтр я изготовлю, только на рабочий ток 1А (для циркуляционного насоса и лампочки аварий Читать ответ.

А автор статьи не думал делать такие фильтры на заказа? У провайдеров есть довольно таки существенный спрос на такие вещи. Мы бы вот купили себе тоже такой фильтр именно для того что бы во время отключения электроэнергии на генераторе висеть без проблем. Реально не могли бы такой один фильтр собрать за деньги на заказ? Думаю после нас еще подтянутся провайдеры. Читать ответ.

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида.
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при.

Опыт повторения, сборки, наладки резонансного фильтра для получения си.
Расчет, сборка и наладка фильтра высших гармоник для получения мощного синусоида.

Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са.
Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы.

устройство для резервного, аварийного, запасного питания котла, циркул.
У меня установлен газовый отопительный турбо котел, требующий электропитания. Кр.

Силовой импульсный преобразователь, источник синуса, синусоиды, синусо.
Принцип работы, самостоятельное изготовление и наладка импульсного силового прео.

Как добиться качественного электричества от генератора

В статье рассматривается один из возможных вариантов решения проблемы с не очень качественным напряжением, вырабатываемым многими бытовыми генераторами.

Многие, кто сталкивался с вынужденной необходимостью во время отключения электроэнергии пользоваться бензо- или дизельгенераторами, наверняка обратили внимание на то, что некоторые приборы не работают от электричества, вырабатываемого генератором.

Нам на сайт пришло письмо от нашего постоянного читателя, вот цитата из этого письма: …….«Бытовые генераторы в основном являются щеточными, поэтому качество выработываемого электричества, мягко говоря, не соответствует питаемым приборам. В частности компьютерная УПСка, при переходе на автономное питание начинает «ругаться». Есть ли какие — либо фильтры, приводящие синусойду в более удобоваримое состояние?»»……

Как говорил один умный человек, правильно заданный вопрос содержит половину правильного ответа. Для того чтобы понять причину необходимо немного разобраться в устройстве генератора, как он работает, где его слабое место, почему электричество вырабатываемого генератором, не «видят» некоторые устройства.

Дело в том, что многие электроприборы особенно чувствительны к качеству подаваемого электричества, если быть точным, они, приборы, чувствительны к качеству синусоиды. Если электричество, подаваемое из сети относительно стабильно, то об электричестве, получаемом от генератора, к сожалению, этого не скажешь. Особенно это касается бюджетных генераторов.

Во многом качество напряжения на выходе, зависит от оборотов генератора. Практически все современные генераторы комплектуются автоматическим регулятором напряжения. Но дело в том, что это устройство способно регулировать и поддерживать только напряжение на необходимом уровне, но оно не способно регулировать и выдавать чистую синусоиду. Более дорогие модели генераторов уже снабжаются электроникой, контролирующей качество выходного напряжения.

Особенно чувствительны к некачественному электричеству некоторые виды котлов отопления, практически все источники бесперебойного питания (UPS) компьютеров.

Связано это с тем, что в данных приборах, контроль за качеством подаваемого электричества следит микропроцессор. Вот он то, как раз и «ругается», на некачественную электроэнергию. Для многих приборов большое значение имеет не только стабильное напряжение, но еще и форма синусоиды. К сожалению, большинство бытовых генераторов не способны выдавать электроэнергию необходимого качества, с правильной синусоидой, без каких либо «шумов» и гармоник.

Для того, чтобы приборы которым необходимо качественное напряжение, нормально и полноценно функционировали и не выпадали в аварию, существуют стабилизаторы напряжения двойного преобразования. Напряжение и форма синусоиды на выходе прибора не зависит от напряжения, формы синусоиды, шумов в сети и т.д. На выходе прибора всегда ПРАВИЛЬНАЯ синусоида и СТАБИЛЬНОЕ напряжение.

Принцип работы данного девайса основан на двойном преобразовании входного напряжение. Если описать принцип работы прибора просто, не вдаваясь в дебри электроники, то в этом приборе присутствуют два преобразователя, две ступени. На первом этапе, входное напряжение выпрямляется в постоянное, на втором этапе- постоянное напряжение преобразовывается в переменное напряжение.

Контроль над работой прибора осуществляет микропроцессор, который мгновенно реагирует на любое изменение параметров, как на входе, так и на выходе прибора. Таким образом, достигается напряжение с чистой синусоидой, без каких либо «шумов», к которым так чувствительны UPS компьютеров, электронная часть «умных» котлов.

Стоят такие приборы относительно недорого. К примеру, стабилизатор напряжения, рассчитанный на мощность приборов до 500 Вт, стоит порядка 150-200 $. Производят такие приборы на небольших предприятиях, ограниченными партиями. Импортных аналогов данного прибора на нашем рынке пока что не наблюдаем.

Входные и выходные фильтры для частотного преобразователя — назначение, принцип действия, подключение, особенности

Частотные преобразователи, как и многие другие электронные преобразователи с питанием от сети переменного тока с частотой 50 Гц, в силу одного лишь своего устройства искажают форму потребляемого тока: ток не линейно зависит от напряжения, поскольку выпрямитель на входе устройства стоит, как правило, обычный, то есть неуправляемый. Так же и выходные ток и напряжение преобразователя частоты — они тоже отличаются искаженной формой, наличием множества гармоник из-за работы ШИМ-инвертора.

В итоге, в процессе регулярного питания статора двигателя таким искаженным током, его изоляция быстрее стареет, подшипники портятся, шум двигателя усиливается, растет вероятность тепловых и электрических пробоев обмоток. А для сети, питающей частотный преобразователь, такое положение дел всегда чревато наличием помех, которые способны навредить другому оборудованию, питающемуся от этой же сети.

Для избавления от выше описанных проблем, к частотным преобразователям и двигателям устанавливают дополнительно входные и выходные фильтры, спасающие от вредных факторов и саму питающую сеть, и питаемый данным частотным преобразователем двигатель.

Входные фильтры призваны подавлять помехи генерируемые выпрямителем и ШИМ-инвертором преобразователя частоты, защищая таким образом сеть, а выходные фильтры — защищают сам двигатель от помех генерируемых ШИМ-инвертором частотного преобразователя. Входные фильтры — это дроссели и ЭМИ-фильтры, а выходные — это фильтры синфазные, моторные дроссели, синус-фильтры и фильтры dU/dt.

Дроссель, включаемый между сетью и частотным преобразователем, — это сетевой дроссель, он служит своего рода буфером. Сетевой дроссель не пускает от преобразователя частоты в сеть высшие гармоники (250, 350, 550 Гц и далее), одновременно защищая сам преобразователь от скачков напряжения в сети, от токовых бросков во время переходных процессов в преобразователе частоты и т. д.

Падение напряжения на таком дросселе составляет порядка 2%, что оптимально для нормальной работы дросселя в сочетании с преобразователем частоты без функции регенерации электроэнергии в момент торможения двигателя.

Так, сетевые дроссели устанавливают между сетью и преобразователем частоты при следующих условиях: при наличии помех в сети (по разным причинам); при перекосе фаз; при питании от сравнительно мощного (до 10 раз) трансформатора; если от одного источника питаются несколько преобразователей частоты; если к сети подключены конденсаторы установки КРМ.

Сетевой дроссель обеспечивает:

защиту преобразователя частоты от скачков сетевого напряжения и перекоса фаз;

защиту цепей от больших токов КЗ в двигателе;

продление срока службы преобразователя частоты.

В силу того, что двигатель, питаемый от преобразователя частоты, является по сути переменной нагрузкой, его работа связана с неминуемым появлением в сетевом напряжении высокочастотных импульсов, флуктуаций, способствующих генерации паразитного электромагнитного излучения от силовых кабелей, особенно если данные кабели отличаются значительной протяженностью. Такие излучения могут повредить некоторые приборы, установленные неподалеку.

Для устранения излучений, для обеспечения электромагнитной совместимости с чувствительными к излучениям приборами, как раз и необходим фильтр ЭМИ.

Трехфазный фильтр электромагнитных излучений призван подавить помехи в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц по принципу клетки Фарадея. ЭМИ-фильтр присоединяется по возможности как можно ближе к входу преобразователя частоты, чтобы обеспечить окружающим приборам надежную защиту от всех помех, создаваемых ШИМ-инвртором. Иногда ЭМИ-фильтр уже встроен в преобразователь частоты.

Так называемый фильтр dU/dt — это трехфазный Г-образный фильтр нижних частот, состоящий из цепочек индуктивностей и конденсаторов. Такой фильтр еще называют моторным дросселем, и часто он может вообще не иметь конденсаторов, а индуктивности при этом будут значительными. Параметры фильтра таковы, что все помехи на частотах выше частоты переключения ключей ШИМ-инвертора частотного преобразователя подавляются.

Если в составе фильтра имеются конденсаторы, то величина емкости каждого из них находится в пределах нескольких десятков нанофарад, а величины индуктивностей — до нескольких сотен микрогенри. В итоге данный фильтр понижает пиковое напряжение и импульсы на клеммах трехфазного двигателя до 500 В/мкс, что спасает обмотки статора от пробоя.

Итак, если привод испытывает частые рекуперативные торможения, изначально не приспособлен для работы с частотным преобразователем, имеет низкий класс изоляции или короткий моторный кабель, установлен в агрессивной рабочей среде или используется при напряжении 690 вольт, — фильтр dU/dt между частотным преобразователем и двигателем рекомендуется установить.

Даже несмотря на то, что напряжение, подаваемое на двигатель от преобразователя частоты, может иметь форму двуполярных прямоугольных импульсов, а не форму чистой синусоиды, фильтр dU/dt (со своими небольшими емкостью и индуктивностью) так действует на ток, что делает его в обмотках двигателя почти точно синусоидальным. Важно понимать, что если использовать фильтр dU/dt на частоте выше его номинала, то фильтр станет испытывать перегрев, то есть принесет лишние потери.

Синус-фильтр (синусный фильтр)

Синусный фильтр — подобие моторного дросселя или dU/dt-фильтра, отличие однако заключается в том, что емкости и индуктивности имеют здесь большие величины, такие, что частота среза составляет менее половины частоты коммутации ключей ШИМ-инвертора. Таким образом достигается лучшее сглаживание помех высоких частот, а форма напряжения на обмотках двигателя и форма тока в них, оказывается сильно ближе к идеальной синусоидальной.

Емкости конденсаторов в синус-фильтре измеряются десятками и сотнями микрофарад, а индуктивности катушек — единицами и десятками миллигенри. Синусный фильтр отличается поэтому крупным размером, по сравнению с габаритами традиционного частотного преобразователя.

Применение синусного фильтра позволяет использовать совместно с частотным преобразователем даже двигатель, изначально (по спецификации) не предназначенный для работы с частотным преобразователем по причине слабой изоляции. При этом не будет наблюдаться ни повышенного шума, ни быстрого износа подшипников, ни перегрева обмоток высокочастотными токами.

Появляется возможность без вреда использовать длинный кабель, соединяющий двигатель с преобразователем частоты, когда они расположены далеко друг от друга, при этом исключаются импульсные отражения в кабеле, могущие привести к потерям в форме тепла в преобразователе частоты.

Итак, синусный фильтр рекомендуется устанавливать в условиях, когда:

необходимо снизить шум; если двигатель имеет слабую изоляцию;

испытывает частые рекуперативные торможения;

работает в условиях агрессивной среды; подключен кабелем длиной более 150 метров;

должен работать долго без обслуживания;

в процессе работы двигателя напряжение пошагово повышается;

номинальное рабочее напряжение двигателя составляет 690 вольт.

При этом следует помнить, что синусный фильтр нельзя использовать с частотой ниже его паспортного номинала (максимально допустимое отклонение частоты вниз — 20%), так что в настройках частотного преобразователя необходимо предварительно задать ограничение частоты снизу. А частоту выше 70 Гц нужно применять с большой осторожностью, и в настройках преобразователя, если это возможно, задать предварительно величины емкости и индуктивности подключаемого синусного фильтра.

Помните, что сам фильтр может шуметь и выделять ощутимое количество тела, ведь на нем даже при номинальной нагрузке падает порядка 30 вольт, поэтому фильтр следует устанавливать с соблюдением надлежащих условий охлаждения.

Все дроссели и фильтры необходимо соединять последовательно с двигателем экранированным кабелем по возможности минимальной длины. Так, для двигателя мощностью 7,5 кВт максимальная длина экранированного кабеля не должна превышать 2 метров.

Синфазный фильтр — сердечник

Синфазные фильтры предназначены для подавления высокочастотных помех. Данный фильтр представляют собой дифференциальный трансформатор на ферритовом кольце (точнее — на овале), обмотками которого являются непосредственно трехфазные провода, соединяющие двигатель с частотным преобразователем.

Данный фильтр служит для снижения синфазных токов, порождаемых разрядами в подшипниках мотора. Как следствие, синфазный фильтр снижает возможные электромагнитные излучения от моторного кабеля, особенно если кабель этот не экранированный. Провода трех фаз проходят через окно сердечника, а защитный провод заземления остается снаружи.

Сердечник фиксируется на кабеле хомутом для защиты от разрушительного воздействия вибрации на феррит (во время работы двигателя ферритовый сердечник вибрирует). Фильтр лучше всего устанавливать на кабель со стороны клемм преобразователя частоты. Если сердечник в процессе эксплуатации нагревается более чем до 70°C, то это говорит о насыщении феррита, значит нужно добавить сердечников либо укоротить кабель. Несколько параллельных трехфазных кабелей лучше оснастить каждый — своим сердечником.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

РАСЧЕТ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СИНУСНЫХ ФИЛЬТРОВ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ПРИВОДОВ C ШИМ-ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ

Обзор продукции: синусный фильтр для преобразователя частоты

Синусные фильтры и моторные дроссели открытого типа

Синусные фильтры в корпусе

Сетевые (входные) дроссели открытого исполнения

Входные дроссели (линеаторы) в корпусе

Сазонов А.С. (канд.техн.наук), Лебедев Д.Ю. (инж.)
АО «СПИК СЗМА», Санкт-Петербург

Назначение синусного фильтра

Для регулирования частоты вращения многих механизмов, в частности, электрических погружных насосов (ЭПН) с асинхронными двигателями (АД), используются частотно-регулируемые приводы (ЧРП) на основе трехфазных ШИМ-инверторов напряжения с синусоидальным выходным напряжением. Формирование трехфазного синусоидального выходного напряжения ШИМ — инвертора напряжения осуществляется с помощью различных фильтров, наиболее распространенным из которых является однозвенный трехфазный LC- фильтр. В виду сложности аналитического расчета выбор параметров фильтра обычно производится либо экспериментальным путем, что представляет собой трудоемкий и кропотливый процесс, либо путем компьютерного моделирования, что также вызывает определенные трудности.

Проще говоря, синусные фильтры предназначены для устранения гармонических искажений напряжения на выходе частотного преобразователя (ПЧ) до допустимых значений (не более 5% по ГОСТ Р 52776-2007). Таким образом, из ШИМ-формы получается синусоидальная форма выходного напряжения ПЧ. Наши синусные фильтры подходят для частотников любого производителя с существенно более низкой ценой. Это могут быть частотники ABB ACS, Danfoss VLT FC, Vacon, DELTA VFD, Веспер E, Siemens SINAMICS, Hyundai N700, Schneider Electric Altivar ATV, Omron, Lovato, INVT, Mitsubishi Electric FR, ОВЕН ПЧВ, Toshiba VF, SEW, EATON.

Схема подключения синусного фильтра

В настоящей статье рассмотрены основные положения для упрощенного расчета и выбора параметров синусного фильтра c требуемым качеством выходного напряжения, характеризуемым коэффициентом гармоник выходного напряжения фильтра.

Расчет и выбор параметров синусного фильтра для конкретного типоисполнения ЧРП (частотного преобразователя) осуществляются при следующих исходных данных:

напряжение питающей сети на входе ЧРП;
спектр гармоник входного напряжения фильтра;
кратность несущей и модулирующей частот инвертора;
диапазон регулирования выходной частоты;
характеристика нагрузки;
принятый критерий оптимальности для рассчитываемого фильтра.

Расчёт и выбор выходного фильтра инвертора производится при имеющемся частотном спектре напряжения на входе фильтра и требуемом коэффициенте гармоник выходного напряжения, регламентируемым ГОСТ Р 52776-2007 для электрических машин.

Для расчёта параметров фильтра в [1] предлагается критерий подобия для однозвенного LC-фильтра нижних частот, связанный с определением минимума суммарной относительной установленной мощности фильтра. По этому критерию можно провести выбор параметров элементов фильтра при коэффициенте гармоник входного напряжения фильтра, зависящего от диапазона регулирования амплитуды первой гармоники напряжения инвертора и величины нагрузки, при заданном качестве выходного напряжения фильтра.

При анализе фильтров инверторов на первом этапе и в практических приложениях учитывают только мощность по основной гармонике, т.к. суммарная реактивная мощность, создаваемая высшими гармониками, существенно меньше реактивной мощности, создаваемой основной гармоникой в том же элементе фильтра.

При заданной выходной мощности ЧРП массо-габаритные показатели однозвенного LC-фильтра определяются заданным коэффициентом гармоник выходного напряжения фильтра и коэффициентом гармоник входного напряжения фильтра.

Формулы расчета синусного фильтра

Коэффициент подобия фильтра m 2 для однозвенного LC-фильтра нижних частот связан с коэффициентом гармоник входного и выходного напряжений k_Гвх, k_Гвых и параметрами фильтра соотношением [2]:

где N- кратность несущей и модулирующей частот

Квадрат волнового сопротивления фильтра рассчитывается по формуле

где Z_H — полное сопротивление нагрузки.

Из соотношений (1) и (2) определяются параметры фильтра. Резонансную частоты фильтра вычисляют по уравнению

Связь между выходным напряжением выпрямителя и трехфазной системой выходного напряжения инвертора с трехфазной нагрузкой можно установить с помощью обобщенного (результирующего) вектора напряжения для трехфазных систем.

Амплитуда основной гармоники напряжения на выходе инвертора (на входе фильтра) U_m1зависит от коэффициента регулирования k_p , а амплитуда основной гармоники напряжения на выходе фильтра определяется соотношением

— коэффициент передачи фильтра по первой гармонике при работе на активно-индуктивную нагрузку, определяемый из [3].

При питании насосных установок мощность на валу приводного двигателя в зависимости от частоты вращения изменяется по закону

где — текущая и номинальная (базовая) частоты вращения; — текущая и номинальная (базовая) активные мощности нагрузки.

Тогда полная мощность нагрузки

Для определения коэффициента гармоник входного напряжения фильтра необходимо учесть спектральный состав напряжения на выходе инвертора, зависящего от способа формирования многоимпульсного напряжения инвертора.

В [2] проанализированы различные алгоритмы работы инверторов напряжения и спектральный состав их выходного напряжения. Анализ показывает, что, например, спектральный состав напряжения с однополярной ШИМ, полученный синусоидальной модуляцией длительности импульсов, при достаточно большом отношении несущей и модулирующей частот- , практически неизменен.

Установлено, что для однополярной ШИМ типовой спектральный состав с учётом первой группы учитываемых гармонических составляющих, необходимых для расчёта силового однозвенного LC-фильтра, состоит из четырёх гармонических составляющих, имеющих кратности N-3, N-1, N+1, N+3. При этом амплитуды гармонических составляющих практически не зависят от кратности частот, а определяются величиной коэффициента регулирования k_p.

Приведены относительные значения учитываемых гармонических составляющих для различных значений кратности частот в зависимости от коэффициента регулирования, которые можно использовать для практических расчётов при любых кратностях частот.

Анализ гармонического состава импульсного напряжения на выходе инвертора в заданном диапазоне регулирования амплитуды первой гармоники напряжения инвертора и величины нагрузки при различных видах модуляции (ШИМ, ШИМ-КД) показывает, что гармоники выходного напряжения имеют наихудший состав при минимальном коэффициенте регулирования [1]. Поэтому величина коэффициента гармоник выходного напряжения фильтра в значительной части диапазона регулирования оказывается меньше заданного.

Следует иметь в виду, что при практических измерениях коэффициента гармоник напряжения на выходе фильтра для правильных замеров необходимо использовать измерительный прибор, фиксирующий максимальные гармоники порядка не менее (N+3).

а)
б)

Рис.1 – Входные (а) и выходные (б) фазные токи и напряжения

Порядок выбора параметров элементов синусного фильтра

Для определения расчетных значений индуктивности и емкости фильтра необходимо проводить вычисления на максимальной и минимальной частотах в следующей последовательности:

определяем коэффициент гармоник входного напряжения k_Гвх1 для заданных значений k_p и N;
критерии подобия при требуемом и вычисленном коэффициенте гармоник соответственно выходного k_г.вых и входного k_г.вх1 напряжений
коэффициент передачи фильтра по первой гармонике при активно- индуктивной нагрузке;
амплитуду напряжения на выходе фильтра;

Далее по критерию подобия и полному сопротивлению нагрузки, исходя из полной мощности нагрузки, находят емкость и индуктивность фильтра. Из рассчитанных в двух режимах работы значений отбираем наибольшие для удовлетворения качества выходного напряжения во всем диапазоне регулирования частоты. Затем выбираем значения емкости и индуктивности фильтра из стандартного ряда и для них проверяем коэффициент гармоник выходного напряжения фильтра. После этого определяем резонансную частоту фильтра.

Все вычисления можно производить на персональном компьютере с использованием пакета математических вычислений Mathcad.

а)
б)

Рис.2 – Спектры входного (а) и выходного (б) фазных напряжений

Практическая реализация синусных фильтров

Синусные фильтры конструктивно могут быть размещены в шкафу с частотным преобразователем (ЧРП) или в отдельном шкафу, причем элемент индуктивности может быть выполнен в виде дросселя с магнитопроводом, или в виде воздушного реактора. Использование воздушного реактора в отдельно стоящем шкафу с экономической точки зрения более выгодно, чем дросселя с магнитопроводом. Заводом АО «СПИК СЗМА» выпускаются оба типоисполнения синусных фильтров на токи до 1600А.

По разработанной методике был рассчитан и изготовлен синусный фильтр для работы совместно с частотным преобразователем (ЧРП) с диапазоном регулирования выходной частоты (30-70) Гц и с несущей частотой ШИМ-инвертора напряжения 3кГц при требуемом коэффициенте гармоник выходного напряжения не более 5% на заданном диапазоне регулирования при квадратичной зависимости момента на валу асинхронного двигателя от частоты вращения.

Список литературы

Малышков Г.М., Крючков В.В., Соловьев И.Н. и др. Выбор параметров фильтров инверторов. — ЭТВА/ Под ред. Ю.И.Конева. – М.: Радио и связь,1986, вып. 17, с. 148-168.
Крючков В.В., Малышков Г.М., Соловьев И.Н. Кодовое широтно-импульсное регулирование для инверторов.
Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов, пер. с англ. под ред. И.В.Антика. М., «Энергия», 1969.-280 с.

Промышленная Энергетика №2, 2012

PDF версия

Сервисный центр

Простые звуковые генераторы синуса на цифровых КМОП микросхемах,
а также функциональные генераторы НЧ сигналов синусоидальной, прямоугольной и
треугольной форм.

Генератор сигналов — вещь, немаловажная в радиолюбительском хозяйстве.
Конечно, при нашей всесторонней занятости и умении здраво оценивать ситуацию, оптимальными явились бы такие логические построения:
1. купить готовый DDS генератор у мастеровитых китайских хунвейбинов;
2. загрузить и пользовать программный продукт под названием — генератор сигналов на базе ПК.

Отличное умозаключение, но немного скучноватое. К тому же в некоторых случаях куда удобней пользоваться миниатюрным и почти ничего не потребляющим приборчиком на батарейке. Его можно систематически забывать выключить, ронять (желательно не в унитаз), шпынять и подвергать прочему физическому насилию. Всё равно работать будет как папа Карло, за себя и за всех отсутствующих!
Вот такой малопотребляющий и трудолюбивый персонаж легко можно соорудить на логических КМОП микросхемах.

Припадём к первоисточникам:

Выходы Q0-Q3 двоичного счетчика IC1 через логические элементы IC2 подключаются к общему проводу (0) или к питанию (+15 В) через резисторы суммирующего каскада IC3, номиналы которых подобраны соответствующим образом.
Для четырех выходов существует всего 16 комбинаций, так что один полупериод строится из 16 ступенек.
Изменение уровня на выходе Q4 меняет состояние на одном из двух входов каждого логического элемента «Исключающее ИЛИ».
При логической «1» на входе элемент служит инвертором, при «О» — повторителем. Поэтому половину периода формируется положительная полуволна синусоиды, а затем — отрицательная, и весь цикл снова повторяется.
Таким образом, полный период складывается из 32 шагов, и, следовательно, выходная частота составляет 1/32 часть частоты тактового сигнала.
Амплитуда выходного сигнала определяется резистором R5. Вместо ОР77 можно использовать какой-либо другой операционный усилитель с относительно большой скоростью нарастания выходного напряжения.

Перевод А. Бельского для журнала Радиолюбитель 10/2000.
От редакции. Микросхемы IC1 — IC3 можно заменить отечественными К561ИЕ16, К561ЛП2 и К544УД2.»

Измеренный коэффициент нелинейных искажений приведённого генератора — около 6% во всем диапазоне рабочих частот. Данные результаты получились с величинами резисторов: R1=10k, R2=25k, R3=51k, R4 — отсутствует. Для номиналов резисторов, указанных на схеме, коэффициент нелинейности превысил 8%.

Более высокими характеристиками обладает схема, опубликованная в журнале Radioelektronik Audio-HiFi-Video, 1997, №11, p. 42, 43 и перепечатанная в РАДИО № 10, 1998, с. 80.

Схема формирователя приведена на рис. 2. В нем используется регистр сдвига DD2 с суммированием сигналов с восьми его выводов на резистивной матрице.
На вход С микросхемы DD2 через инвертор на элементе DD1.1 подается тактовый сигнал формы меандр с частотой F. Использование обратной связи с выхода Q7 микросхемы DD2 на ее вход D через инвертор ВВ1.2 приводит к тому, что высокий уровень на всех выходах микросхемы DD2 сохраняется в течение прохождения восьми тактовых импульсов с учетом сдвига на каждом из выходов на один такт (рис. 3).

Рис.3

В течение действия 16 тактовых импульсов выходное напряжение изменяется от минимума до максимума (в течение первых восьми импульсов) и возвращается к исходному состоянию (в течение последующих восьми импульсов). Затем процесс повторяется.
Таким образом, на выходе устройства частота периодических колебаний будет в 16 раз меньше частоты поступающих тактовых импульсов.

Сигнал на выходе суммирующей матрицы ступенчатый. Весовая часть каждой «ступеньки» определяется сопротивлениями резисторов R2—R9, поэтому при регулировании устройства потребуется их подбор с тем, чтобы прирост/спад напряжения для каждой из «ступенек» был бы одинаков. Это позволит получить квазисинусоидальный сигнал с наименьшими искажениями.

Элементы R2—R9, R10, R12, кроме функции суммирующей матрицы, совместно с резистором R11 и конденсатором C3 выполняют роль фильтра нижних частот (ФНЧ), благодаря чему ступенчатое изменение напряжения на входе повторителя (микросхема DA1) приобретает форму подобия синусоидального.

Значения емкости конденсатора С3 для нескольких граничных частот ФНЧ приведены в таблице.

Граничная частота, (Гц) 10 10 2 10 3 10 4 10 5
Ёмкость конд. С3, (мкФ) 100 10 1,0 0,1 0,01

Примечание редакции. В конструкции генератора можно применить отечественные элементы: в качестве регистра сдвига — микросхему KP1561ПР1; элементов инверторов — KP1561ТЛ1; выходного повторителя — КР140УД7, скорректированной для работы с единичным усилением.

Для номиналов резисторов, указанных на схеме, коэффициент нелинейных искажений не превышает 1% во всем диапазоне генерируемых частот.
Как часто водится, в оригинальном заграничном источнике допущена пустяковая, но вредоносная опечатка, которая прямиком перекочевала и на страницы отечественного журнала: вместо «Ёмкость конд. С3, (мкФ)» в таблице следует читать «Ёмкость конд. С3, (нФ)».

Для малоответственных измерений (не требующих высокой линейности формы сигналов) можно воспользоваться простейшей схемой функционального генератора, построенного всего на одной цифровой КМОП микросхеме.

К таким генераторам относят устройства, вырабатывающие синхронно изменяющиеся во времени сигналы разной формы. Устройство вырабатывает сигналы прямоугольной формы, треугольной формы и синусоидальный сигнал.
В зависимости от емкости конденсатора С3 частоту генерируемых колебаний можно изменить в пределах от 35 до 3500 Гц.
Основу генератора составляет компаратор на элементах D1.1 и D1.2. С выхода компаратора сигнал поступает на интегратор (С3, R6, D1.3).
Элемент D1.4 используют как нелинейный усилитель. Регулируя уровень входного напряжения резистором R7 на входе элемента D1.4, добиваются получения на его выходе синусоидальных колебаний.
Потенциометр R1 служит для получения симметричных колебаний, частоту импульсов меняют резистором R6.

Фильтры синуса от генератора

Герб

Тестирование бензоэлектростанций, дизельэлектростанций, в простонародье Дизельгенераторов и бензогенераторов на синусоиду.

Эту информацию, за исключением дорогих инверторов с правильной синусоидой невозможно найти нигде. Даже в спецификации самих производителей.

Статья обновляемая. По мере доступа к новым генератором — буду добавлять информацию.

Синусоида китайского автомобильного инвертора на 150ватт.
Модель инвертора затёрта. Сосед купил его лет 10 назад где-то в районе Магадана.

Синусоида китайского автомобильного инвертора с 12вольт, 500 Вт.
Тоже неизвестный, наврядли производящийся сейчас инвертор, тоже куплен лет 10 назад в районе Магадана.

Двухтактный маленький генератор Ranger rpg-950

Вот эта картинка без заземления одной из фаз.
На фото плохо видно, но тут показывает 272 Герца (Гц).

А тут мы одну из фаз заземлили. И уже 145 Гц получили.

Герцы сильно прыгают. Без заземления от 250 до 650.

С заземлением от 120 до 300.

Герцы — это тут, видимо, не совсем герцы. Таких герц быть не может. Видимо мой китайский приборчик каждую вертикальную палочку на графике считает отдельным Герцем. Тоесть, генератор пытается сделать подобие синусоиды множеством коротких импульсов. Но синусоида примерная вырисовывается.
Собственно, это разновидность аппроксимированной синусоиды. Пока выводы о том хорошая это или плохая синусоида я не делаю, об этом много позже, когда накопится достаточное количество протестированных образцов.

Тестирование проводилось без нагрузки на холостых оборотах.
Это потому что пока что нет готового стэнда, и приходится делать на коленке. Поидее нужно собрать переносной стэнд с включением нагрузки разной величины.

Бензогенератор двухтактный Huter ht950a

Без нагрузки без заземления вообще.

Бензогенератор Четырёхтактный PATRIOT SRGE 4000iE

Заземлён, и под 50% нагрузкой.

Без заземления и без нагрузки, синусоида была какая-то никакая. Как будто просто шумы. Толи это осциллограф фигню показывал (китайский), толи я что-то не то сделал на морозе в метель.

В рабочем режиме — обалденная синусоида. Цельный график, не рваный, На экстремумах есть погрешности, но они не критичны. Холодильник от него стартует, и работает без посторонних шумов, те же наблюдения и по циркуляционным насосам. Ценник — очень демократичен, на 2017.01.13 куплен за 20к рублей, что в 2 раза дешевле других инверторов с чистым синусом.
Однозначно рекомендован к покупке.
Его родственники (на момент 2017.01.15 цены по ЯМаркету):
PATRIOT SRGE 1000iT — 900Вт, 7500руб, двухтактник.
PATRIOT SRGE 2000i — 1500Вт, 13000 руб
Patriot Max Power SRGE 2700i — 2200Вт, 18300руб (не путать с PATRIOT 2700i)

Бензогенератор Wolsh gb-3000

Без нагрузки, но с заземлением одной из фаз.
Фигня какая-то.

Бензогенератор Huter-dy8000lx

Ну, синусом это, конечно сложно назвать. Но по крайней мере не такой рваный график.
Меня напрягло больше что частота 52Гц. И лампочки моргают в доме при работе от этого генератора.
В момент теста нагрузка на генератор была около 2-3 Квт.