LC滤波电路分析

LC滤波器具有结构简单、设备投资少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，应用很广泛。LC滤波器又分为单调谐滤波器、高通滤波器、双调谐滤波器及三调谐滤波器等几种。LC滤波主要是电感的电阻小,直流损耗小.对交流电的感抗大,滤波效果好.缺点是体积大,笨重.成本高.用在要求高的电源电路中.RC滤波中的电阻要消耗一部分直流电压,R不能取得很大,用在电流小要求不高的电路中.RC体积小,成本低.滤波效果不如LC电路常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。若滤波电路元件仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时采用LC（电感、电容）电路滤波。有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。但电路的组成和设计也较复杂。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合，只适用于信号处理。根据滤波器的特点可知，它的电压放大倍数的幅频特性可以准确地描述该电路属于低通、高通、带通还是带阻滤波器，因而如果能定性分析出通带和阻带在哪一个频段，就可以确定滤波器的类型。识别滤波器的方法是：若信号频率趋于零时有确定的电压放大倍数，且信号频率趋于无穷大时电压放大倍数趋于零，则为低通滤波器；反之，若信号频率趋于无穷大时有确定的电压放大倍数，且信号频率趋于零时电压放大倍数趋于零，则为高通滤波器；若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数均趋于零，则为带通滤波器；反之，若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数具有相同的确定值，且在某一频率范围内电压放大倍数趋于零，则为带阻滤波器。LC滤波器的组成LC滤波器一般是由滤波电抗器、电容器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要；LC滤波的单相桥式整流网侧谐波分析摘要:对LC滤波的单相桥式整流电路作了较深入的理论分析,得到了与谐波有关的各项性能指标和谐波含量的表达式及关系曲线,仿真结果验证了所得结论的正确性。1引言许多电力电子装置含有由直流电压源供电的逆变或斩波电路。在这类装置中直流电压源大多是由电网交流电源整流后,再经并联有大电容的滤波电路滤波得到的。滤波电容的引入造成了这类装置网侧电流的较大畸变。近年来,这类装置越多地投入使用(如各种电压型交2直2交变频装置、直流斩波调速装置、开关电源及不间断电源等),其网侧谐波问题逐渐引起了人们的关注。对其网侧谐波进行深入的分析是一项有意义的工作。以往对整流电路分析大多针对电感滤波型整流电路,个别对含有滤波电容的整流电路也只是作了一些定性分析。作者曾对电容滤波型整流电路作了较深入的分析,但分析中没有考虑电网电抗的影响,然而当电网电抗影响不能忽略时必须进一步分析研究。另一方面,在并联电容前串一小电感以抑制电流冲击引起的畸变,这种电路一般称为LC滤波整流电路。可证明,这种情况在一定条件下与电容滤波型整流电路考虑电网电抗的情况是完全等效的。本文在考虑电网电抗影响情况下,对LC滤波单相桥式整流电路的网侧谐波进行较深入的定性和定量分析,给出网侧电流谐波含量和某些性能指标与电路参数的关系表达式及关系曲线,分析电路参数对电流谐波成分和各项性能指标的影响,仿真结果验证了结论的正确性。2电路模型及直流电流工作方式在由直流电压源供电的装置中,输出电压幅值可由逆变电路或斩波电路来调节,因此其整流电路由二极管组成是常见的情况。文中的分析即针对二极管单相桥式整流电路。图1是分析所采用的电路模型和电压、电流波形,C是滤波电容,L是抑制电流冲击的电感。稳态时逆变或斩波电路消耗的直流平均电流一定,所以可用电阻模型代表逆变或斩波电路。在图1中若L取值由小变大(以至无穷大),C取值由大变小,则整流电路负载由容性逐渐变为感性,直流侧充电电流id由断续方式1经断续方式2变成连续方式,如图2所示。因是二极管整流,所以不论是哪种方式,二极管VD1和VD4只能在电压正半周时导通,而VD2和VD3只能在电压负半周时导通。在断续方式1中,id在电源电压过零前即为零,VD1、VD4和VD2、VD3间不发生换相过程;在断续方式2中,电源电压过零时id未降到零,两组二极管间发生换相过程,交流侧电流在电压过零时反向,但电感储能不足以使id连续;在连续方式中,电源电压过零时两组二极管换相且id连续。在上述含有直流电压源的装置中,其直流滤波电路C的取值较大,而L主要用来抑制电流冲击故取值较小,所以这里的讨论均是针对id为断续方式1的情况。LC滤波的三相桥式整流网侧谐波分析摘要：对于广泛使用的三相桥式整流电容滤波电路，在直流侧接入电抗器是提高电路输入功率因数降低谐波电流的有效方法。通过分析得出了电路各项输入指标与参数间的理论关系式，为电路分析设计提供了有效的工具。仿真与实验证明了结论的正确性。1.概述随着电力电子技术的飞速发展，其应用已经深入到电力、冶金、化工、通讯、铁路电气以及家电等各个领域，在电力电子装置中，整流器作为装置与电网的接口占有相当大的比重，随着变频器、开关电源及UPS等装置的广泛应用，由电容滤波、二极管构成的三相不可控整流电路所占应用比例越来越高，同时这种整流电路对电网的不利影响，如输入电流谐波等，也越来越严重。虽然目前可以采用PFC装置、有源滤波器等方案解决其带来的各种不利影响，但采用接入电抗器仍为最简单和常用的一种提高功率因数、抑制谐波的方法。目前对采用电抗器改善整流器输入谐波及功率因数的分析主要采用计算机仿真，得出了一些有价值的数据及图表，但采用仿真的方法难以建立各项指标与电路参数间的理论公式。文献［4］提出了采用整流器开关函数、基于频域的分析方法，对同时含有直流侧及交流侧滤波元件的情况得到了很好的求解公式，但公式形式十分复杂，难以实用。由于在整流电路的直流侧或交流侧接入电抗器均可以起到改善整流器输入谐波及功率因数的作用，而在直流侧接入电抗器效果更为明显。本文将对直流侧采用LC滤波的三相桥式不可控整流电路网侧特性与滤波器参数的关系进行分析。在一定程度近似的基础上获得了各项输入指标与滤波参数的计算公式，仿真及实验表明，公式具有较高的精度。2.理论分析采用LC滤波的三相桥式不可控整流电路的等效结构如图1所示。图1采用LC滤波的三相不可控整流电路图中———直流侧负载等效电阻本文将在以下条件下对电路特性进行分析：三相电源为对称正弦；忽略三相进线阻抗及二极管压降；滤波电容对6次及6次以上频率谐波的阻抗远小于。在通常情况下，上述假设条件对于整流器都是可以满足的。下面将对直流侧电压、电流及交流侧电流进行分别讨论。2.1直流侧电压及电流分析在假设条件情况下，即不考虑换相重叠角及直流电流连续情况下，不可控整流电路输出的直流电压波形d如图2所示，采用傅立叶级数形式可表示为：式中U21——交流侧线电压有效值直流侧电流可采用直流电压表达式与LCR电路的阻抗计算获得：针对采用LC滤波的三相桥式整流电路网侧各项指标的分析方法进行了研究，在一定程度近似的基础上获得了功率因数、各次谐波、等指标的计算方法，简单明了地描述了其与滤波参数间的关系，使用方便。将该分析方法用于大功率开关电源等电力电子装置输入电路设计，取得了良好的效果。