chapter5 综合优化补偿与滤波设计
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几乎所有的电气设备中都会发现有开关电源的应用。
通常要求开关电源的效率应尽可能高,空载下损耗应控制在毫瓦范围内。
与之相反的要求则是:产品的综合成本应尽可能低。
鉴于符合标准的产品才能进入市场,新技术的市场转化时间越来越重要。
EMC 滤波器通常是产品优化方案中的重要组成部分。
正确的EMC 滤波器拓扑可以节省产品认证和优化电磁兼容性能的时间。
此外,优化的EMC 滤波器可以降低产品的成本和体积。
下面列出的技术文章给出了能深入到EMC 滤波器设计领域的视角。
我们将在这里说明为什么考虑滤波器元件的寄生参数是重要的,以及如何利用实用仿真方法加快设计进程。
一个产品的成功与否取决于它占领市场的速度。
通常,产品认证是一个耗时的环节。
如果产品没有通过认证,可能需要重新设计整个产品,因而会增加开发成本;产品延期进入市场也会造成更大的损失。
仔细观察电源的EMC 发射情况,可以发现电磁发射主要有两种形式:传导发射,其频段一般在数kHz 到30MHz 之间;辐射发射,其频段一般在30MHz 到数GHz。
降低传导发射通常使用EMC 电源滤波器。
EMC 电源滤波器(即开关电源中的滤波器)可能会占整个产品的重要部分。
而开发阶段我们总是缺少时间,这成为开发阶段的一种“正常”情况,甚至在产品市场开发之前,要求完成样品。
由于缺乏时间,提出的解决方案可能不是最优的。
这必然导致滤波器的重新设计,产生不必要的成本——依据这种设计方法,产品的材料成本将高达整个产品价格的15%。
滤波器设计中经常使用的技术,是“试凑”的方法,也就是不停的更换滤波器元件,如电容和电感,将它们焊接在一起,直到测量的干扰在电磁兼容标准限制内。
使用这种方案,设计者通常也无法了解改变这些参数之后会有什么影响。
使用这种方法,最后终可获得一个解决方案,但它是我们所需要的最佳方案吗?干扰类型:共模干扰或差模干扰要优化EMC 滤波器设计,了解干扰的类型很重要。
我们还应该了解在某一频段内哪一种类型的干扰占主导地位。
浅谈无功补偿和混合滤波综合补偿系统摘要:并联电容器无功补偿装置是实际电网中无功补偿尤其是功率因数补偿的主流装置。
本文主要针对无功补偿和混合滤波综合补偿系统结构及工作原理以及工程应用及现场运行结果进行简要分析。
关键词:无功补偿;混合滤波;综合补偿系统1 无功补偿和混合滤波综合补偿系统结构及工作原理本文提出的无功补偿和混合滤波综合补偿系统原理图如图1所示。
图1综合补偿系统结构原理图图2单相等效电路综合补偿系统以电压型逆变器(VSI)作为其有源部分,以多组单调谐滤波器组成的无源滤波器作为其无源部分。
考滤到谐波源为12脉波整流装置,其特征谐波为11次和13次,因此两条无源支路分别用来抑制11次和13次谐波电流。
有源部分通过耦合变压器与基波串联谐振电路并联构成串联谐振注入式混合有源滤波器。
整个补偿装置与电网并联。
注入支路由电容C1、电感L1和电容CG构成,其中电容C1和电感L1构成在基波频率谐振电路,而整体作为一条无源滤波支路。
其中,电压型逆变器为基于自关断器件的脉宽调制PWM逆变器,直流端为一大电容,VSI的输出端接有输出滤波器,以此来滤除开关器件通断造成的高频毛刺。
图中iS、iL、iF分别为电网电流、负载电流和滤波电流,iC为逆变器的输出电流,iR为流入基波串联谐振电路的电流。
电路中其它各电量的定义和方向如图2所示,其中iS、iL、iP、iC、iR、iG分别为电网支路、负载支路、并联无源支路、有源支路、基波串联谐振电路、注入支路的电流,ZS、ZP、ZG、ZR分别为电网阻抗、无源部分阻抗、有源输出支路阻抗、基波串联谐振电路阻抗。
只考滤负载谐波电流源作用时的单相等效电路如图3所示。
有源部分控制为一个受控电流源:iC=KiSh,iSh为电网支路电流的谐波分量,K为控制放大倍数,当K=0时,相当于只有无源部分起补偿作用。
对应于图3所示的单相等效电路,系统的电路方程为:补偿装置的有源部分相当于在电网支路串联了一个可控的谐波阻抗,当Z足够大时,流入电网的谐波电流将会很小,接近于0,起到抑制谐波电流的作用,同时可以抑制无源部分与电网阻抗间的并联谐振。
滤波器设计中的滤波器设计算法与滤波器优化方法的应用在现代电子技术中,滤波器是一种重要的信号处理工具。
它可以通过选择性地通过或抑制特定频率的信号,用于降低噪声、滤除干扰或改善信号的质量。
滤波器的设计中,设计算法和优化方法起着关键作用。
本文将探讨滤波器设计中常用的设计算法和优化方法及其应用。
一、滤波器设计算法1. IIR滤波器设计算法IIR(Infinite Impulse Response,无限脉冲响应)滤波器是一类常见的滤波器,其设计算法主要包括脉冲响应不变法、双线性变换法和最小均方误差法等。
其中,脉冲响应不变法是将离散时间的脉冲响应函数映射到连续时间的脉冲响应函数,从而得到所需的IIR滤波器。
双线性变换法则通过对模拟滤波器进行双线性变换,将其转换为数字滤波器。
最小均方误差法是一种基于优化理论的设计方法,通过最小化离散时间滤波器输出与期望响应之间的均方误差来得到最佳的滤波器。
2. FIR滤波器设计算法FIR(Finite Impulse Response,有限脉冲响应)滤波器是另一类常用的滤波器,其设计算法主要包括窗函数法、频率抽取法和最小最大法等。
窗函数法是将理想的频率响应曲线与某种特定窗函数相乘,从而获得FIR滤波器的系数。
频率抽取法通过对模拟滤波器进行离散化和截断,得到数字滤波器。
最小最大法则是通过设置频率响应的最小值和最大值的约束条件,得到滤波器的系数,从而满足滤波器设计需求。
二、滤波器优化方法1. 线性相位滤波器优化线性相位滤波器的特点是其相位响应随频率线性变化。
在设计线性相位滤波器时,常常采用频率采样法或约束最小二乘法进行优化。
频率采样法通过均匀采样频率响应,然后使用线性插值或最小二乘法拟合得到满足要求的滤波器。
约束最小二乘法则是在最小二乘法基础上,加入约束条件,例如最小相位约束或平滑约束,从而得到更好的优化结果。
2. 最优滤波器设计最优滤波器设计是指在一定约束条件下,选择一个滤波器性能评价指标并最小化或最大化该指标,从而得到最优的滤波器。