有源滤波和电容柜都是常用的电力滤波器,它们的主要作用是抑制电源谐波和其他高频噪声干扰,保证电力质量。两者的工作原理略有不同。
有源滤波器:

有源滤波器是一种基于电子元件功率放大器的滤波器。它通常采用负反馈技术,将电源谐波分量进行反相输出,与电源本身的谐波分量相消,从而达到滤波的目的。具体来说,有源滤波器将谐波信号通过前置滤波器提取出来,经过功率放大器进行放大和反相处理,然后与原始信号相加,使得谐波信号被抵消,从而实现滤波。
电容柜:
电容柜是一种常用的无源滤波器,它主要利用电容器对电源谐波的压制。在电路中,电容柜按照一定的容值、数量和规格安装,并且通过另外的电抗元件与电源连接。当电源输入谐波信号时,电容柜中的电容器会对谐波产生阻抗,并与电感器一起形成谐振回路,从而能够将电源谐波信号滤除。
总的来说,有源滤波器采用电子元器件与负反馈技术实现谐波分量的消除,因此可以更好地适应电源负载变化;而电容柜则是利用电容器和电感管的特性组合起来对谐波信号进行滤波,由于是无源滤波器,所以不会产生二次污染和电磁辐射。两者都有各自的优点和适用范围,需要根据不同的情况选择合适的滤波器。
滤波器的有源无源怎么判断
两者的具体区别有以下几点:
1、有源滤波器是电子装置,而无源滤波器是机械的。
2、有源滤波器是在检测到某一设定好的谐波次数后消除它,无源滤波器是通过电抗器与电容器的相互配合形成某次谐波通道来吸收谐波。
3、采用无源滤波器是由于电容器的原因,所以同时可提高功率因素。采用有源滤波器只是消除谐波而与功率因素无关。
4、有源滤波器造价是无源滤波器的3倍以上,技术相对不太成熟,且维护成本高;无源滤波器造价相对较低,技术较成熟,安装后基本上可免维护。
5、有源滤波器多用于小电流,无源滤波器可用于大电流。
由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器,其功能是让一定频率范围内的信号通过,抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面,但因受运算放大器频带限制,这类滤波器主要用于低频范围。
有源滤波器的设计
一、实验目的
1熟悉ispPAC80可编程模拟器件的结构、功能。
2掌握可编程模拟器件设计有源滤波器的方法。
3学会使用PAC-Designer软件进行有源滤波器的设计。
4学会有源滤波器的幅频、相频特性曲线的测试方法。
二实验原理
(一)设计原理
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制(或衰减)无用频率信号的电子电路或装置。在工程上,常用它来进行信号处理,数据传送或抑制干扰等。以往滤波器主要采用无源元件R、L、和C组成,目前一般用集成运放、R、C组成,常称为有源滤波器。

在一个实际的电子系统中,有时输入信号往往受干扰等原因而含有一些不必要的成分,应当把它衰减到足够小的程度。而在另一些场合,有时我们需要的信号和别的信号混在一起,应当设法把我们需要的信号挑出来。要解决这些问题都需要采用有源滤波器。
用在系统可编程模拟器件实现有源滤波器的设计非常方便。通常用三个运算放大器就可以实现双二阶型函数的电路。而双二阶型函数能实现所有的滤波器函数,如低通、高通、带通、带阻。双二阶函数的表达式如3-17-1所示,式中m=1或0,n=1或0。
(二)ispPAC器件设计有源滤波器举例
ispPAC80是lattice公司继ispPAC10和ispPAC20后推出的一种专门用来实现高性能连续时间低通滤波器的模拟可编程器件。该器件内部包含了仪表放大器增益级,内核是一个五阶滤波器,其软件设计方法与ispPAC10、ispPAC20稍有不同。
每一片ispPAC80器件可以同时存储两组不同参数的五阶滤波器配置(cfgA和cfgB),在进行设计前其默认值是空的(cfgAunknown,cfgBunknown)。ispPAC80软件库中含有八千多种不同类型和参数的五阶滤波器库,设计者可以调用该库从而方便地完成设计。例如:先设计第一个配置(cfgA):双击cfAunkown所在的矩形框,产生如图3-17-7所示的五阶滤波器库。
该库中含有各种不同类型的滤波器,如萨顿斯滤波器(Satons)、巴塞尔滤波器(Bessel)、线性滤波器、高斯滤波器(Gaussian),巴特沃斯滤波器(Butterworth)、椭圆滤波器等,每种类型的滤波器根据其参数值的不同,又分为不同的具体型号,共8244种。设计者只需要具备关于滤波器技术指标等知识,如通带频率、止带频率、止带衰减,相位线性度,群延时等。
设计者根据所需要的设计的目标滤波器的各项指标的数据,从数据库里挑选出与目标技术指标比较接近(相差不会超过30_)的组构方案。比如根据设计设计要求选定一种滤波器,如第4001种(ID号为4000)的椭圆滤波器,双击该ID号,将该种滤波器拷贝进ispPAC80的第一组配置ConfigurationA中。
双击输入使用运放IA图形,可以调整输入增益倍数(125或10)。同样,双击wakeup=cfgA的梯形图标,可以设置激活配置cfgA或cfgB。在上述设计输入完毕后,软件就可自动完成对滤波器的电路进行连接与参数配置。设计输入完毕后,按Tool=RunSimulator菜单,可对设计进行仿真,方法与316节相同。若仿真结果仍与设计要求有所偏差,则还可以调整3-17-8中滤波器的参数C1、C2、C3、C4、L2、L4和C5(双击该处即可进入参数调整状态)。
无源滤波器,又称LC滤波器,是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路,可滤除某一次或多次谐波,最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路;单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
有源滤波器的设计方法
无源滤波器:这种电路主要有无源元件r、l和c组成有源滤波器:集成运放和r、c组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。
有源电力滤波器的工作原理
有源滤波器的设计方法,大致可归结为级联法和模拟法两大类。 先设计出能满足技术指标要求的LC滤波器器作为设计原型,再用有源电路去模拟实现。这种方法又可分为元件模拟法和功能模拟法两类,并且多以双端终接电阻的LC梯型滤波器为原型。通常,模拟法比级联法需用更多元件。
(1)元件模拟法
用模拟电感(能实现电感特性的不含电感元件的有源电路)取代LC滤波器中的电感元件。现有浮地模拟电感电路的性能还不够好,用得较少。当LC滤波器中含有浮地电感时,常通过变换的方法来消除它。RLC—CRD变换是常用的一种。它是用因子K/s(s是复频率,K为实常数)使电路中每个元件的阻抗都增大K/s倍。这种变换不会改变原电路的传输特性,却使原电路中的R、L、C元件分别变成了C、R、D(频变负阻)元件。图2是一例子。
(2)功能模拟法 先作出LC原型滤波器电路中各电压电流的信号流图,再用积分器、加法器、乘法器等有源电路来实现。
萨顿斯有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流,并通过内部DSP计算,提取出负载电流中的
谐波成分,然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等,方向相反的谐波电流注入到电网中,达到滤波的目的。
指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流,然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流,计算出主电路各开关器件的触发脉冲,此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量,从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理,电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。

有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同,可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制,使直流侧电压维持不变,因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制,使直流侧电流维持不变,因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少,效率高,该电流在电感内阻上将产生较大损耗。
图 电压型有源滤波器
图 电流型有源滤波器
图 控制原理


