无源电力滤波器设计精品共37页

无源滤波器（PWPF）的设计安装容量的确定以下的例子为经过现场测量后，确定电谐士安装容量的一种设计思路，提供给各位参考：已知参数：相电压：220V线电压：380V线电流：1462A有功功率：600 kW无功功率：783 kvar功率因数：0.65次谐波电流: 198A7次谐波电流: 120A11次谐波电流: 80A电压谐波总畸变率:5.15%要求:电谐士投运后，电网的谐波分量要低于GB/T14549-1993所规定的谐波电流允许值；供电系统功率因数达到0.9以上；整套装置的电器元件运行温升符合有关技术规范要求。

设计思路:1.基波补偿容量有功功率：600kW功率因数：0.6将功率因数提高到0.9以上，需要基波补偿容量：Q C1=P(tanϕ1－tanϕ2)=600kW(1.333-0.484)=510kvar其中,cosϕ1＝0.6；cosϕ2＝0.9；tanϕ1 和tanϕ2 为相应的三角函数。

2.考虑谐波电流后安装容量从测量数据可知,线电流：1462A, 5次谐波电流: 198A; 7次谐波电流: 120A; 11次谐波电流: 80A5次谐波电流在谐波电流中所占的百分比为: 198/(198＋ 120) ×100% ＝62.3%7次谐波电流在谐波电流中所占的百分比为: 120/(198＋ 120) ×100% ＝37.7%将上面第1点确定的基波补偿容量510kvar分别分配到5次、7次、11次滤波组，则：5次滤波组的基波补偿容量为：311 kvar7次滤波组的基波补偿容量为：189kvar现在计算5次滤波组的安装容量。

依据上面的原则，分配给5次滤波组的基波补偿容量为：311kvar，又知5次谐波电流为198A。

311kvar的电容器连入380V的电网后，基波线电流为：I ＝U Q⨯3＝311400⨯＝ 448.07A容量和电流、容抗的关系式如下：XI cQ ⨯=2对于基波： X c Q I1121⨯=...............................(1) 对于5次谐波：X c Q I5525⨯= (2)其中，X c 1＝ 5×X c 5由上面的两个式子相比,可得198A 的5次谐波电流注入电容器时的谐波容量Q 5： Q 5＝ 311 × 1982／(448.92×5) ＝12kvar所以,在380V 下，5次滤波组的安装容量为: Q 1＋Q 5＝311 ＋12＝323kvar考虑到串联电抗器后，电容器的电压会升高，这里选额定电压为480V 的电容器。

低通无源滤波器仿真与分析一、滤波器定义所谓滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，对输入或输出的信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。

一般可实为一个可实现的线性时不变系统。

二、滤波器的分类常用的滤波器按以下类型进行分类。

1)按所处理的信号：按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。

2)按所通过信号的频段按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。

低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。

高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。

带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。

带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。

3)按所采用的元器件按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。

无源滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。

这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。

有源滤波器：由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器）组成。

这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件）；缺点是：通带范围受有源器件(如集成运算放大器）的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。

4)按照阶数来分通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。

三、网络的频率响应在时域中，设输入为)(ty，滤波器的脉冲响应函数为)(th。

目录第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建 (3)1.1 理论分析 (3)1.2 电路组成 (4)1.3 一阶无源RC低通滤波电路性能测试 (5)1.3.1 正弦信号源仿真与实测 (5)1.3.2 三角信号源仿真与实测 (10)1.3.3 方波信号源仿真与实测 (15)第二章二阶无源LC低通滤波电路的构建 (21)2.1理论分析 (21)2.2 电路组成 (22)2.3 二阶无源LC带通滤波电路性能测试 (23)2.3.1 正弦信号源仿真与实测 (23)2.3.2 三角信号源仿真与实测 (28)2.3.3 方波信号源仿真与实测 (33)第三章结论与误差分析 (39)3.1 结论 (39)3.2 误差分析 (40)第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建1.1理论分析滤波器是频率选择电路，只允许输入信号中的某些频率成分通过，而阻止其他频率成分到达输出端。

也就是所有的频率成分中，只是选中的部分经过滤波器到达输出端。

低通滤波器是允许输入信号中较低频率的分量通过而阻止较高频率的分量。

图1 RC低通滤波器基本原理图当输入是直流时，输出电压等于输入电压，因为Xc无限大。

当输入频率增加时，Xc减小，也导致Vout逐渐减小，直到Xc=R。

此时的频率为滤波器的特征频率fc。

解出，得：在任何频率下，应用分压公式可得输出电压大小为：因为在＝时，Xc=R，特征频率下的输出电压用分压公式可以表述为：这些计算说明当Xc=R时，输出为输入的70.7%。

按照定义，此时的频率称为特征频率。

1.2电路组成图2-一阶RC电路multisim仿真电路原理图图3-一阶RC实物电路原理图电路参数：C=1.0μF R1=50Ω R2=50Ω R3=20Ω R4=20Ω R5=20Ω1.3一阶无源RC滤波器电路性能测试1.3.1 正弦信号仿真与实测对于一阶无源RC滤波器电路，我们用100Hz、1000Hz、10000Hz三种不同正弦频率信号检测，其仿真与实测电路图如下：图4 f=100Hz 时正弦信号仿真波形图图5 f=100Hz时正弦信号实测波形图表1 f=100Hz时实测结果与仿真数据对比表数据项目输入幅值/V 输出幅值/V 衰减/dB 相位差仿真电路20.000 19.900 -0.0435 0.032π实测电路0.44 0.44 0 0π分析：由图4的仿真波形与图5的实测电路波形和表1中的数据可知，输入频率为100Hz的正弦信号时，该信号能够通过，输入输出波形间有较小相位差和较小衰减。

第19卷第3期电源学报Vol. 19 No. 3 2021 年5 月Journal of Power Supply May 2021D O I：10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.33 中图分类号：TM464 文献标志码：ACLC型PWM逆变器端无源滤波器的设计杨玉岗，孙鹤鸣(辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，葫芦岛125105)摘要：由于PWM逆变器输出电压中含有较多的高频分量，所以逆变器输出端必须加入低通滤波器来减小谐波含量。

借鉴在PWM逆变器与电机之间插入共模变压器来消除逆变器输出端共模电压的方法，通过分析共模变 压器带有漏感时的等效电路，提出了一种新型的CLC型逆变器端无源滤波器。

利用共模变压器产生的漏感代替差 模电感来抑制差模电压dv/dt，同时该滤波器对共模电压也有着很好的抑制作用。

与传统滤波器相比，该滤波器可 通过1个共模变压器同时对共模及差模电压dv/dt起到抑制作用，减少了滤波器的体积规模。

最后，仿真和实验结 果验证了该滤波器的有效性。

关键词：共模电压；差模电压；PWM逆变器；共模变压器Design of CLC-type PWM Inverter Passive FilterYANG Yugang，SUN Heming(Faculty of Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University，Huludao 125105，China)Abstract ：Since the output voltage of a PWM inverter contains more high-frequency components，a low-pass filter must be added to its output terminal to reduce the harmonic content. By referring to the method in which a common-mode (CM) transformer is inserted between the PWM inverter and a motor to eliminate the CM voltage output from the inverter，the equivalent circuit of the CM transformer with leakage inductance is analyzed, and a novel CLC-type inverter passive fil­ter is put forward. The differential-mode voltage (dv/dt) is suppressed by the leakage inductance generated by the CM trans­former instead of the differential-mode inductor. Meanwhile, this filter also has a satisfying inhibitory effect on the CM volt­age. Compared with the traditional filter, it can suppress both the CM and differential-mode voltage (dv/dt) through one CM transformer, thereby reducing its size. Simulation and experimental results verified the effectiveness of the proposed filter.Keywords： common-mode (CM) voltage; differential-mode voltage; PWM inverter, common-mode (CM) transformer现代工业中，PWM功率变换器已经成为必不 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，逆变器输出电压中含有的大量高 频谐波成分所带来的电磁干扰等负面效应也曰趋 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。

无源电力滤波装置设计方法无源电力滤波装置（Passive Power Filter）是电力电子设备的一种重要附属装置，主要用于对电力负载中的高频噪声进行去除或衰减，以使其输出能够达到预期的电压波形和稳定性。

本文将讨论无源电力滤波装置设计的方法，包括其基本结构、设计流程、参数选择和优化方法，旨在为电力电子工程师提供有关无源电力滤波器的设计和应用方面的参考。

一、无源电力滤波器基本结构无源电力滤波器主要由两种元件组成：电感（Inductor）和电容（Capacitor）。

它们被称为无源元件，因为它们不需要外部电源就可以进行工作。

无源电力滤波器可以分为四类：低通（Low Pass）、高通（High Pass）、带通（Band Pass）和带阻（Band Stop）滤波器。

低通滤波器允许低频信号通过，而高频信号被滤除；高通滤波器允许高频信号通过，而低频信号被滤除；带通滤波器允许一个中心频率左右的信号通过，而高低频信号被滤除；带阻滤波器则是只允许一个中心频率左右的信号被滤除，而高低频信号得以通过。

二、设计流程无源电力滤波器设计流程包括：测量需要过滤的负载特性、计算无源元件参数、制作电感和电容、调整参数进行实验和优化。

设计流程中需要注意以下几点：1. 测量负载特性在进行滤波器设计时，需要测量负载的特性，包括其功率、电流、电压和相角等。

这些参数对于计算滤波器参数至关重要，因此需要进行精确的测量。

2. 计算无源元件参数电感和电容的值取决于负载的电路参数和滤波器的类型。

计算无源元件参数需要考虑到滤波器的频率响应、阻抗匹配和损耗等因素。

具体的计算公式可以参考电工手册或者相关文献。

3. 制作电感和电容电感和电容可以使用现成的元件，也可以根据计算得到的参数进行制作。

对于较大的电感和电容，可以考虑使用线圈和铝箔等材料进行制作。

对于电感的制作，需要注意绕制的方向、线材选用和绝缘性能等问题。

4. 调整参数进行实验和优化进行实验和优化是无源电力滤波器设计过程中最重要的一环。

无源电力滤波装置设计方法说明摘要：国家电力部门越来越重视电网谐波造成的电网污染，其使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障。

为此，我公司结合高校资源等研究无源电力滤波装置。

关键词：电网污染电力滤波供电国家电力部门越来越重视电网谐波造成的电网污染，其使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障。

为此，我公司结合高校资源等研究无源电力滤波装置。

一、设计目标a) 使得负载注入电网的谐波电流满足国家标准要求；b) 补偿负载所需无功，提高功率因数；二、设计准则a) 谐波性能指标达到国家要求i. 谐波电压要求ii. 谐波电流要求表2 注入公共连接点的谐波电流允许值b) 在满足滤波要求的情况下，装置经济价格最低；c) 保证在正常失谐的情况下滤波器仍能满足各项技术要求；d) 电网阻抗变化会对滤波装置尤其是单调谐滤波器的滤波效果有较大影响，同时电网阻抗与滤波装置有发生并联谐振的可能，设计时应予以考虑。

三、设计方法a) 需测量参数i. 各次谐波电流电压幅值，；ii. 系统短路容量S k；iii. 电压等级U；iv. 系统功率因数；v. 变压器容量S；b) 补偿无功功率计算设目标功率因数为，一般为0.9以上，则需补偿的无功功率Q可由下式算出，得到需要补偿的无功功率后，一般原则是将其平均分配至各滤波支路，以保证各支路基波损耗接近；若需补偿无功功率较大，可以选择在无源滤波支路外并联一条无功补偿支路；c) 无源滤波支路参数计算常用的无源滤波支路接线方式如图3所示，其中单调谐滤波器，二阶高通滤波器以及C型阻尼高通滤波器较常用。

其中单调谐滤波器主要针对谐波电流较大的低次谐波，二阶及C型阻尼高通滤波器主要应用于滤除高次谐波。

本计算程序主要针对上述三种滤波器进行参数计算。

图3 滤波器常用接线方式i. 单调谐支路参数计算方法单调谐支路参数计算主要包括确定C、L、R的大小，额定电流，额定电压等部分。

1．根据系统谐波电流情况确定单调谐支路的谐振频率f；2．根据谐波电流的大小计算所需电容器C的容量，计算公式为其中为电容器容量，为相电压有效值，为该次电流谐波有效值。

低通无源滤波器仿真与分析一、滤波器定义所谓滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，对输入或输出的信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。

一般可实为一个可实现的线性时不变系统。

二、滤波器的分类常用的滤波器按以下类型进行分类。

1)按所处理的信号：按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。

2)按所通过信号的频段按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。

低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。

高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。

带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。

带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。

3)按所采用的元器件按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。

无源滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。

这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L 较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。

有源滤波器：由无源元件(一般用R 和C)和有源器件(如集成运算放大器）组成。

这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件）；缺点是：通带范围受有源器件(如集成运算放大器）的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。

4) 按照阶数来分通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。

三、网络的频率响应在时域中，设输入为)(t x ，输出为)(t y ，滤波器的脉冲响应函数为)(t h 。