有源滤波器

发布时间：2022-09-08 14:39
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2408

　　有源电力滤波器（Active Power Filter，简称APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。

　　有源滤波器之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供电源（用以补偿主电路的谐波），其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功。

有源滤波器


基本概念

　　三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论；APF有并联型和串联型两种，前者用的多；并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。

       有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振，但是价位相对高！

基本原理

　　有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。

       指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。

优缺点

　　优点：可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收；不会产生谐振。

　　缺点：造价太高；受硬件限制，在大容量场合无法使用:有源滤波容量单套不超过100KVA,最高适用电网电压不超过690V。


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　　滤波器在信号处理、通信和电子学中扮演着至关重要的角色。它们的主要功能是允许某些频率的信号通过，同时抑制其他频率的信号。　　1. 滤波器的基本概念　　滤波器主要用于选择性地传递信号的某些频率部分，并抑制不需要的频率。其核心工作原理是基于频域分析，将输入信号进行处理，以促进信号的传输或提取所需的信息。　　2. 滤波器的类型　　滤波器有多种类型，通常可以根据其频率响应特性进行分类：　　低通滤波器: 允许低频信号通过，阻止高频信号，常用于去除高频噪声。　　高通滤波器: 允许高频信号通过，阻止低频信号，适用于消除低频趋势或直流成分。　　带通滤波器: 只允许在一定频率范围内的信号通过，既可用于消除噪声，也可用于调谐特定频带。　　带阻滤波器 : 阻止特定频率范围的信号通过，用于去除噪声中特定的频率成分，如电源频率干扰。　　全通滤波器: 保持信号幅度不变，但修改相位响应，常用于信号处理中的相位补偿。　　3. 滤波器的特性　　滤波器的性能可以通过以下几项特性进行描述：　　截止频率 : 是滤波器开始减少信号幅度的频率点。低通和高通滤波器各有一个截止频率，而带通和带阻滤波器则有两个截止频率。　　带宽: 对于带通和带阻滤波器，带宽是两截止频率之间的距离。　　增益 : 是指滤波器在通带内的信号放大或衰减程度。　　品质因数: 代表滤波器的选择性，较高的Q值表示滤波器可以更尖锐地分离频率。　　相位响应 : 描述信号通过滤波器后的相位变化。　　4. 滤波器的实现　　滤波器可以通过不同的方式实现：　　模拟滤波器: 使用电阻、电容和电感器件构建，常见拓扑结构包括RC、RL、RLC电路等。　　数字滤波器: 以算法的形式在数字信号处理中实现。常见的有FIR(有限脉冲响应)和IIR(无限脉冲响应)滤波器。　　5. 滤波器的应用　　滤波器广泛用于通信系统、音频处理、医疗设备、图像处理和自动控制系统等领域。例如：　　在通信系统中，用于信号调制、解调和干扰抑制。　　在音频处理中，应用于均衡器和音效调整。　　在医疗成像中，用于信号降噪和增强。　　在图像处理中，滤波器用于图像的平滑、锐化等功能。　　通过选择合适的滤波器类型和特性，可以有效地改善系统性能，达到优化信号传输和分析的目的。随着技术的进步，滤波器的设计和实现将继续在科学与工程实践中发挥不可或缺的作用。
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　　滤波器　　滤波器是对波进行过滤的器件，是一种让某一频带内信号通过，同时又阻止这一频带外信号通过的电路。　　滤波器主要有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器三种，按照电路工作原理又可分为无源和有源滤波器两大类。本文主要对低通、高通还有带通三种滤波器做以下简单的介绍，希望电子爱好者的朋友们看完有一点小小的收获。　　低通滤波器　　电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过，电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小，称为低通滤波器。　　低通滤波器原理很简单，它就是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频，利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过;对于需要放行的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。　　最简单的低通滤波器由电阻和电容元件构成，如下图。该低通滤波器的作用是让低于转折频率f。的低频段信号通过， 而将高于转折频率f。的信号去掉。RC无源低通滤波器RC无源低通滤波器的幅频特性曲线　　这一低通滤波器的工作原理是这样：当输入信号Vin中频率低于转折频率f。的信号加到电路中时，由于C的容抗很大而无分流作用，所以这一低频信号经R输出。当Vin中频率高于转折频率f。时，因C的容抗已很小，故通过R的高频信号由C分流到地而无输出，达到低通的目的。这一RC低通滤波器的转折频率f。由下式决定：低通滤波器除这种RC电路外，还可以是LC等电路形式。　　高通滤波器　　最简单的高通滤波器是“一阶高通滤波器”，它的的特性一般用一阶线性微分方程表示，它的左边与一阶低通滤波器完全相同，仅右边是激励源的导数而不是激励源本身。当较低的频率通过该系统时，没有或几乎没有什么输出，而当较高的频率通过该系统时，将会受到较小的衰减。　　实际上，对于极高的频率而言，电容器相当于“短路”一样，这些频率，基本上都可以在电阻两端获得输出。换言之，这个系统适宜于通过高频率而对低频率有较大的阻碍作用，是一个最简单的“高通滤波器”，如下图。RC元件构成的高通滤波器　　RC高通滤波器的幅频特性曲线　　这一电路的工作原理是这样：当频率低于f。的信号输入这一滤波器时，由于C1的容抗很大而受到阻止，输出减小，且频率愈低输出愈小。当频率高于f。的信号输入这一滤波器时，由于C1容抗已很小，故对信号无衰减作用，这样该滤波器具有让高频信号通过，阻止低频信号的作用。这一电路的转折频率f。由下式决定：　　高通滤波器除可以用元件外，还可以用LC构成。　　带通滤波器　　带通滤波器是一种仅允许特定频率通过，同时对其余频率的信号进行有效抑制的电路。由于它对信号具有选择性，故而被广泛地应用现在电子设计中。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。带通滤波器的作用　　一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。　　通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。以上是三种常见的滤波器的简单介绍，其实滤波器的种类多种多样，在这里我们就不一一介绍了。
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