本小結介紹濾波環(huán)節(jié)即單相逆變電路的LC濾波。

根據(jù)上一節(jié)可知，單相逆變器的橋式電路輸出的方波信號內(nèi)包含工頻信號以及與開關頻率相關的高頻信號，因此為了令逆變電路輸出標準的正弦波，需要“去除”高頻信號，這個環(huán)節(jié)就是濾波環(huán)節(jié)，更詳細的可以理解為低通濾波環(huán)節(jié)。就是頻率低的調(diào)制波信號可以通過，高頻的雜波不能通過。

經(jīng)典的低通濾波器就通過LC串聯(lián)形成。

LC濾波電路可簡化為：

LC濾波電路

其中:L濾波系統(tǒng)的電感，C為濾波系統(tǒng)的電容，R為逆變器的負載。

在交流通路分析可知，電路中電感和電容的阻抗分別為：

則根據(jù)基爾霍夫定律可知

則LC濾波的電壓傳遞函數(shù)可表示為：

其中：為自然震蕩角頻率，的值代表著該二階系統(tǒng)的轉折角頻率；為阻尼比。可見LC是一個二階震蕩系統(tǒng)。其頻率特性可化簡為：

LC濾波系統(tǒng)的轉折頻率為：

LC濾波系統(tǒng)的Bode圖如所示

LC濾波系統(tǒng)Bode圖

LC濾波系統(tǒng)的濾波效果取決于濾波系統(tǒng)中電感和電容的值，根據(jù)LC濾波系統(tǒng)的Bode圖可知，LC系統(tǒng)對大于轉折頻率的諧波有明顯的抑制作用，對于小于轉折頻率諧波無抑制作用。因此轉折頻率是濾波性能的關鍵參數(shù)。若轉折頻率太小則濾波系統(tǒng)對工頻信號有抑制作用。若轉折頻率太大則對在開關頻率上的諧波抑制作用不明顯，輸出電壓諧波含量較高。根據(jù)經(jīng)驗，可取轉折頻率為開關頻率的十分之一，這樣即可以保留工頻信號，又能有效抑制高頻諧波。

接下來通過兩個方式設計濾波環(huán)節(jié)：

1 LC串聯(lián)

本文仿真開關頻率:5000Hz,期望輸出頻率50Hz，輸出電阻100Ω。本文選擇濾波電路的截止頻率為500Hz。

假設令L=1mF計算可得：C=10.132mH。低通濾波器在線計算網(wǎng)站：

https://www.bchrt.com/tools/resonant-frequency-calculator/

仿真圖如下：

輸出電壓如下

FFT分析如下:

 500HZ以后的濾波幾乎全部被濾除，效果理想。

2 濾波模塊

巴特沃斯濾波器，設置階數(shù)，輸入為信號以及截至頻率。本文設置截至頻率為500Hz，階數(shù)為

2。

輸出電壓為

FFT分析為

500-1000Hz的內(nèi)存在少量和諧波，是因為采用2階巴特沃斯濾波器導致的，若用更高階的巴特沃斯濾波器則會有更好的濾波效果。

輸出電壓對比

一直輸出電壓均為標準正弦波，因此可以分析兩種方式均可以對高頻諧波進行去除，但通過LC濾波的方式進行濾波的輸出電壓會大于方波的電壓（什么原因還未分析出）。初此之外，兩者的輸出電壓相位有略微差別，因此造成改現(xiàn)象的原因為兩個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)不同，相位響應不同，因此輸出電壓相位不同，下一章節(jié)將通過傳遞函數(shù)的形式對LC濾波電路進行驗證。（一切低通低通濾波器都可以以傳遞函數(shù)、幅值響應的角度來解釋，截下來對兩個濾波器的產(chǎn)地函數(shù)進行詳細的分析）