基于共模变压器PWM逆变器端无源滤波器的研究

现代工业中PWM功率变换器已经成为并不可少的器件，但随着电力电子器件开关频率和输出功率的不断提高，逆变器输出的电压中含有大量的高频谐波成分，其所带来电磁干扰等负面效应也日趋严重，这不但缩短了仪器的使用寿命，而且严重威胁了周边其他电气设备的安全稳定运行。除此以外，逆变器输出的高频共模电压还会通过寄生电容产生高频对地漏电流，导致产生电磁干扰（EMI），影响系统内其他电气设备的正常工作。为了防止逆变器所产生高频共模电压造成危害，许多逆变器的输出端都会连接滤波器来消除高频共模电压所带来的负面影响。因此，针对PWM逆变器所设计的滤波器也在不断的改进中^[1-6]。
除了常见用于消除差模高频电压分量的LC滤波器和二阶RLC低通滤波器除外，对于共模高频电压滤波器结构也在不断的进行改进。由学者A.Von J.等人首次提出共模变压器的概念，它是在共模扼流圈的基础上，又增加了一个连接阻尼电阻的绕组，该滤波器可以有效的抑制共模电流的振荡，并以此来消耗振荡的能量，从而减小EMI，但对于高频电压的抑制作用却不明显^[7]。
文献[8]在利用共模变压器的基础上提出了一种类似于有源滤波器的LCL型滤波电路结构,它采用的是利用共模变压器的第四绕组将系统中点检测出的共模电压反向叠加到逆变器输出端，从而使逆变器所产生的共模电压相互抵消，但由于第四绕组串联电阻的存在，使得共模变压器所复制的电压并不精确，从而并不能完整的消除共模电压。
文献[9]在文献[7]之后考虑到共模变压器第四绕组漏感的影响并对其进行了详细的分析，但并没有分析其他三相绕组的漏感，而且同样滤波电路对共模高频电压的抑制效果并不明显。本文在文献[9]和文献[10]的基础上，分析了带有漏感时共模变压器的工作状态，利用共模变压器提出了一种新型PWM逆变器输出端无源滤波器来消除差模及共模高频谐波电压，从理论上分析了这种结构滤波器的工作原理，最后通过仿真和实验证明了这种方案的有效性。