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什么是有源濾波和無源濾波?

日期:2017-12-21 10:01:44

  

濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作,是抑制和防止干擾的一項重要措施。諧波治理首先要控制好諧波產生的源頭,其次我們還要通過增加濾波裝置進行諧波的消除。如何正確選擇有效的諧波質量方案非常關鍵。

  一、無源濾波

定義

無源濾波器,又稱LC濾波器,是利用電感、電容和電阻的組合設計構成的濾波電路,可濾除某一次或多次諧波,最普通易于采用的無源濾波器結構是將電感與電容串聯,可對主要次諧波(3、5、7)構成低阻抗旁路;單調諧濾波器、雙調諧濾波器、高通濾波器都屬于無源濾波器。無源濾波器由LC等被動元件組成,將其設計為某頻率下極低阻抗,對相應頻率諧波電流進行分流,其行為模式為提供被動式諧波電流旁路通道。如圖1所示為無源濾波原理圖。

圖1 無源濾波原理圖

優缺點

優點:無源濾波器具有結構簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低。

缺點:通帶內的信號有能量損耗,負載效應比較明顯,使用電感元件時容易引起電磁感應,當電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大,在低頻域不適用。

應用

由于無源濾波的具有大容量低價位的優點,鋼鐵行業的濾波都采用無源濾波,目前國內濾波市場(電力諧波治理市場)上主要以無源濾波為主。國際上以ABB、施耐德、西門子為代表,國內以Satons、溫州清華電子、山大華天、哈工大、西安賽博、綠波杰能為代表。發展形勢以快速反映,諧波治理徹底,綜合控制為主。

  二、有源濾波

定義

有源濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置,它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。之所以稱為有源,顧名思義該裝置需要提供電源(用以補償主電路的諧波),其應用可克服LC無源濾波器等傳統的諧波抑制和無功補償方法的缺點(傳統的只能固定補償),實現了動態跟蹤補償,而且可以既補諧波又補無功。

三相電路瞬時無功功率理論是APF發展的主要基礎理論,APF有并聯型和串聯型兩種,前者用的多;并聯有源濾波器主要是治理電流諧波,串聯有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。有源濾波器同無源濾波器比較,治理效果好,主要可以同時濾除多次及高次諧波,不會引起諧振,但是價位相對高。如圖 2所示為有源濾波結構圖。

圖2 有源濾波器結構圖

優缺點

優點:可動態濾除各次諧波,對系統內的諧波能夠完全吸收;不會產生諧振。通帶內的信號不僅沒有能量損耗,而且還可以放大,負載效應不明顯,多級相聯時相互影響很小,利用級聯的簡單方法很容易構成高階濾波器,并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽。

缺點:通帶范圍受有源器件的帶寬限制,需要直流電源供電,可靠性不如無源濾波器高,在高壓、高頻、大功率的場合不適用。

應用

有源濾波器可廣泛應用于工業、商業和機關團體的配電網中,如:電力系統、電解電鍍企業、水處理設備、石化企業、大型商場及辦公大樓、精密電子企業、機場/港口的供電系統、醫療機構等。根據應用對象不同,HTAPF-I型有源電力濾波器的應用將起到保障供電可靠性、降低干擾、提高產品質量、增長設備壽命減少設備損壞等作用。

通信行業;

半導體行業;

汽車制造業;

直流電機諧波治理;

醫院系統;

劇場和體育館。

  三、有源濾波和無源濾波的對比

工作原理

無源濾波器由LC等被動元件組成,將其設計為某頻率下極低阻抗,對相應頻率諧波電流進行分流,其行為模式為提供被動式諧波電流旁路通道;而有源濾波器由電力電子元件和DSP等構成的電能變換設備,檢測負載諧波電流并主動提供對應的補償電流,補償后的源電流幾乎為純正弦波,其行為模式為主動式電流源輸出。

阻抗影響

無源濾波器受系統阻抗影響嚴重,存在諧波放大和共振的危險;而有源濾波不受影響。

頻率影響

無源濾波器諧振點偏移,效果降低;有源濾波器不受影響。

負載影響

無源濾波器可能因為超載而損壞;有源濾波器無損壞之危險,諧波量大于補償能力時,僅發生補償效果不足而已。無源濾波器補償效果隨著負載的變化而變化;有源濾波器不受負載變化影響。

設備造價

無源濾波器較低;有源濾波器太高。



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