無源濾波器分類

LC濾波器的特性應(yīng)能滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求。這些技術(shù)要求通常是頻率域的工作衰減，或是相移，或是二者兼有；有時(shí)則提出時(shí)間域的時(shí)間響應(yīng)要求。無源濾波器主要可以分為兩大類：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。同時(shí)按根據(jù)設(shè)計(jì)方法的不同，可分為影像參數(shù)濾波器和工作參數(shù)濾波器。

調(diào)諧濾波器

調(diào)諧濾波器包括單調(diào)諧濾波器和雙調(diào)諧濾波器，可以濾除某一次(單調(diào)諧)或兩次(雙調(diào)諧)諧波，該諧波的頻率稱為調(diào)諧濾波器的諧振頻率。

高通濾波器

高通濾波器也稱為減幅濾波器，主要包括一階高通濾波器、二階高通濾波器、三階高通濾波器和c型濾波器，用來大幅衰減低于某一頻率的諧波，該頻率稱為高通濾波器的截止頻率。

影像參數(shù)濾波器

以影像參數(shù)理論為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的濾波器。這種濾波器是由若干個(gè)基本節(jié)（或半節(jié)）按聯(lián)接處影像阻抗相等的原則級(jí)聯(lián)組成的?；竟?jié)按電路結(jié)構(gòu)分有定k型和m導(dǎo)出型。以LC低通濾波器為例，定k型低通基本節(jié)的阻帶衰減隨頻率增加而單調(diào)增大；m導(dǎo)出型低通基本節(jié)則在阻帶中某頻率處有衰減峰，衰減峰的位置由m導(dǎo)出節(jié)中的m值控制。各低通基本節(jié)級(jí)聯(lián)后構(gòu)成的低通濾波器，固有衰減等于各基本節(jié)的固有衰減之和，當(dāng)濾波器兩端終接的電源內(nèi)阻抗和負(fù)載阻抗分別等于其兩端的影像阻抗時(shí)，該濾波器的工作衰減和相移就分別等于其固有衰減和相移。圖1（a）所示的濾波器是由一個(gè)定k節(jié)和兩個(gè)m導(dǎo)出節(jié)級(jí)聯(lián)組成，Zπ和Zπm為影像阻抗。圖1（b）為其衰減頻率特性。阻帶內(nèi)兩個(gè)衰減峰/f∞1和f∞2的位置分別由兩個(gè)m導(dǎo)出節(jié)的m值決定。

同理，高通、帶通和帶阻濾波器也可用相應(yīng)的基本節(jié)組成。

濾波器的影像阻抗不可能與純電阻性的電源內(nèi)阻以及負(fù)載阻抗在整個(gè)頻帶都相等（在阻帶內(nèi)相差更大），固有衰減與工作衰減在通帶內(nèi)有較大的差異。為了確保技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，通常是在設(shè)計(jì)中預(yù)留足夠的固有衰減裕度和增大通帶寬度來彌補(bǔ)。

工作參數(shù)濾波器

這種濾波器不是由基本節(jié)級(jí)聯(lián)組成和，而是用可以由R、L、C以及互感元件物理實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)去精確逼近濾波器的技術(shù)指標(biāo)，然后由求得的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的濾波器電路。根據(jù)不同的逼近準(zhǔn)則，可以得出不同的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)不同類型的濾波器。圖2（a）是用最平幅度逼近（勃脫華茲逼近）實(shí)現(xiàn)的低通濾波器的特性；通帶在零頻附近最為平坦，趨向阻帶時(shí)衰減單調(diào)增大。圖2（c）是用等波紋逼近（切比雪夫逼近）實(shí)現(xiàn)的低通濾波器的特性；在通帶內(nèi)衰減在零和上限值之間做等幅起伏，在阻帶內(nèi)衰減單調(diào)增大。圖2（e）是用橢圓函數(shù)逼近實(shí)現(xiàn)低通濾波器的特性，衰減在通帶和阻帶內(nèi)都呈現(xiàn)等伏變化。圖2（g）是用實(shí)現(xiàn)的低通濾波器的特性；在通帶內(nèi)衰減做等幅起伏，在阻帶內(nèi)衰減按指標(biāo)要求的起落而做相應(yīng)的起伏。圖2（b）、（d）、（f）、（h）分別是這些低通濾波器相應(yīng)的電路。

高通、帶通、帶阻濾波器通常利用頻率變換的方法由低通導(dǎo)出。

工作參數(shù)濾波器是由綜合法精確地按技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)出來的，能得出性能優(yōu)良和經(jīng)濟(jì)的濾波器電路，

LC濾波器的制作比較容易，價(jià)格較低，能應(yīng)用的頻帶寬，廣泛應(yīng)用于通信、儀表等領(lǐng)域中；同時(shí)也常用作許多其它類型濾波器的設(shè)計(jì)原型。

無源濾波器優(yōu)點(diǎn)

無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是被廣泛應(yīng)用諧波治理方法。

無源濾波器和有源濾波器區(qū)別

工作原理

無源濾波器由LC等被動(dòng)元件組成，將其設(shè)計(jì)為某頻率下極低阻抗，對(duì)相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)行分流，其行為模式為提供被動(dòng)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(gòu)成的電能變換設(shè)備，檢測(cè)負(fù)載諧波電流并主動(dòng)提供對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流，補(bǔ)償后的源電流幾乎為純正弦波，其行為模式為主動(dòng)式電流源輸出。

諧波處理

無源濾波器只能濾除某頻率范圍內(nèi)的諧波；但完全可以解決系統(tǒng)中的諧波問題，解決企業(yè)用電過程中的實(shí)際問題，且可以達(dá)到國(guó)家電力部門的標(biāo)準(zhǔn)；有源濾波器可動(dòng)態(tài)濾除特定次數(shù)的諧波。

SD-BDF無源濾波器

阻抗影響

無源濾波器受系統(tǒng)阻抗影響嚴(yán)重，存在諧波放大和共振的危險(xiǎn)；而有源濾波不受影響。

頻率影響

無源濾波器諧振點(diǎn)偏移，效果降低；有源濾波器不受影響。

負(fù)載影響

無源濾波器可能因?yàn)槌d而損壞；有源濾波器無損壞之危險(xiǎn)，諧波量大于補(bǔ)償能力時(shí)，僅發(fā)生補(bǔ)償效果不足而已。

負(fù)載變化對(duì)諧波補(bǔ)償效果的影響。

無源濾波器補(bǔ)償效果隨著負(fù)載的變化而變化；有源濾波器不受負(fù)載變化影響。

設(shè)備造價(jià)

無源濾波器較低；有源濾波器太高。

應(yīng)用對(duì)比

1.有源濾波容量單套不超過100KVA，無源濾波則無此限制。

2.有源濾波在提供濾波時(shí)，不能或很少提供無功功率補(bǔ)償，因?yàn)橐既萘浚欢鵁o源濾波則同時(shí)提供無功功率補(bǔ)償。

3.有源濾波目前最高適用電網(wǎng)電壓不超過450V，而低壓無源濾波最高適用電網(wǎng)電壓可達(dá)3000V。

4.無源濾波由于其價(jià)格優(yōu)勢(shì)、且不受硬件限制，廣泛用于電力、油田、鋼鐵、冶金、煤礦、石化、造船、汽車、電鐵、新能源等行業(yè)；有源濾波器因無法解決的硬件問題，在大容量場(chǎng)合無法使用，適用于電信、醫(yī)院等用電功率較小且諧波頻率較高的單位，優(yōu)于無源濾波。

無源濾波器發(fā)展歷程

3.1、1917年美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導(dǎo)致了美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。

3.2、20世紀(jì)50年代無源濾波器日趨成熟。

3.3、自60年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向。導(dǎo)致RC有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展；

3.4、到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來并得到應(yīng)用。

3.5、80年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

3.6、90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。

當(dāng)然，對(duì)濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。

無源濾波器發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)廣泛使用濾波器是50年代后期的事，當(dāng)時(shí)主要用于話路濾波和報(bào)路濾波。

經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，我國(guó)濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國(guó)際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國(guó)許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國(guó)際發(fā)展有一段距離。

由于無源濾波的具有大容量低價(jià)位的優(yōu)點(diǎn)，鋼鐵行業(yè)的濾波都采用無源濾波，目前國(guó)內(nèi)濾波市場(chǎng)（電力諧波治理市場(chǎng)）上主要以無源濾波為主。國(guó)際上以ABB、施耐德、西門子為代表，國(guó)內(nèi)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(fā)展形勢(shì)以快速反映，諧波治理徹底，綜合控制為主。