無源濾波器

無源濾波器具有結構簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低等優點，至今仍是應用廣泛的被動諧波治理方法。

LC濾波器的特性應能滿足規定的技術指標要求。這些技術要求通常是頻率域的工作衰減，或是相移，或是二者兼有；有時則提出時間域的時間響應要求。無源濾波器主要可以分為兩大類：調諧濾波器和高通濾波器。同時按根據設計方法的不同，可分為影像參數濾波器和工作參數濾波器。

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

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，用來大幅衰減低於某一頻率的諧波，該頻率稱為高通濾波器的截止頻率。

以影像參數理論為基礎設計實現的濾波器。這種濾波器是由若干個基本節（或半節）按聯接處影像阻抗相等的原則級聯組成的。基本節按電路結構分有定k型和m導出型。以LC低通濾波器為例，定k型低通基本節的阻帶衰減隨頻率增加而單調增大；m導出型低通基本節則在阻帶中某頻率處有衰減峰，衰減峰的位置由m導出節中的m值控制。各低通基本節級聯后構成的低通濾波器，固有衰減等於各基本節的固有衰減之和，當濾波器兩端終接的電源內阻抗和負載阻抗分別等於其兩端的影像阻抗時，該濾波器的工作衰減和相移就分別等於其固有衰減和相移。圖1（a）所示的濾波器是由一個定k節和兩個m導出節級聯組成，Z和Z為影像阻抗。圖1（b）為其衰減頻率特性。阻帶內兩個衰減峰/f∞1和f∞2的位置分別由兩個m導出節的m值決定。

同理，高通、帶通和帶阻濾波器也可用相應的基本節組成。

濾波器的影像阻抗不可能與純電阻性的電源內阻以及負載阻抗在整個頻帶都相等（在阻帶內相差更大），固有衰減與工作衰減在通帶內有較大的差異。為了確保技術指標的實現，通常是在設計中預留足夠的固有衰減裕度和增大通帶寬度來彌補。

這種濾波器不是由基本節級聯組成和，而是用可以由R、L、C以及互感元件物理實現的網路函數去精確逼近濾波器的技術指標，然後由求得的網路函數實現相應的濾波器電路。根據不同的逼近準則，可以得出不同的網路函數，從而實現不同類型的濾波器。圖2（a）是用最平幅度逼近（勃脫華茲逼近）實現的低通濾波器的特性；通帶在零頻附近最為平坦，趨向阻帶時衰減單調增大。圖2（c）是用等波紋逼近（切比雪夫逼近）實現的低通濾波器的特性；在通帶內衰減在零和上限值之間做等幅起伏，在阻帶內衰減單調增大。圖2（e）是用橢圓函數逼近實現低通濾波器的特性，衰減在通帶和阻帶內都呈現等伏變化。圖2（g）是用實現的低通濾波器的特性；在通帶內衰減做等幅起伏，在阻帶內衰減按指標要求的起落而做相應的起伏。圖2（b）、（d）、（f）、（h）分別是這些低通濾波器相應的電路。

高通、帶通、帶阻濾波器通常利用頻率變換的方法由低通導出。

工作參數濾波器是由綜合法精確地按技術指標要求設計出來的，能得出性能優良和經濟的濾波器電路，

LC濾波器的製作比較容易，價格較低，能應用的頻帶寬，廣泛應用於通信、儀錶等領域中；同時也常用作許多其它類型濾波器的設計原型。

1917年美國和德國科學家分別發明了LC濾波器，次年導致了美國第一個多路復用系統的出現。

20世紀50年代無源濾波器日趨成熟。

自60年代起由於計算機技術、集成工藝和材料工業的發展，濾波器發展上了一個新台階，並且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩定可靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩定可靠成為70年代以後的主攻方向。導致RC有源濾波器、數字濾波器、開關電容濾波器和電荷轉移器等各種濾波器的飛速發展；

到70年代後期，上述幾種濾波器的單片集成已被研製出來並得到應用。

80年代，致力於各類新型濾波器的研究，努力提高性能並逐漸擴大應用範圍。

90年代，主要致力於把各類濾波器應用於各類產品的開發和研製。

當然，對濾波器本身的研究仍在不斷進行。

中國廣泛使用濾波器是50年代後期的事，當時主要用於話路濾波和報路濾波。

經過半個世紀的發展，我國濾波器在研製、生產和應用等方面已納入國際發展步伐，但由於缺少專門研製機構，集成工藝和材料工業跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研製應用與國際發展有一段距離。

無源濾波器和有源濾波器，存在以下的區別：

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，檢測負載諧波電流並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。

無源濾波器只能濾除某頻率範圍內的諧波；但完全可以解決系統中的諧波問題，解決企

業用電過程中的實際問題，且可以達到國家電力部門的標準；有源濾波器可動態濾除特定次數的諧波。

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。

無源濾波器諧振點偏移，效果降低；有源濾波器不受影響。

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，諧波量大於補償能力時，僅發生補償效果不足而已。

負載變化對諧波補償效果的影響。

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。

無源濾波器較低；有源濾波器太高。

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，不能或很少提供無功功率補償，因為要佔容量；而無源濾波則同時提供無功功率補償。

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

4.無源濾波由於其價格優勢、且不受硬體限制，廣泛用於電力、油田、鋼鐵、冶金、煤礦、石化、造船、汽車、電鐵、新能源等行業；有源濾波器因無法解決的硬體問題，在大容量場合無法使用，適用於電信、醫院等用電功率較小且諧波頻率較高的單位，優於無源濾波。

由於無源濾波的具有大容量低價位的優點，鋼鐵行業的濾波都採用無源濾波，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、綠波傑能為代表。發展形勢以快速反映，諧波治理徹底，綜合控制為主。