谐波滤波器工作原理、种类、电路图及应用特点

在电力系统中，谐波是在不同基本频率下出现的电压、电流，它通常被认为是电源线内的噪声。电力系统中的谐波可分为电压谐波和电流谐波两类，而通过使用谐波滤波器来消除电力系统内的谐波是非常必要的，否则，电源连接需要重新设计以控制非线性负载。

电流谐波可以通过称为非线性负载的变速驱动器 (VSD) 引起。类似地，电压谐波通常是由于通过使用源阻抗的电流谐波的影响而产生失真电压而发生的。本文将简单介绍谐波滤波器工作原理、种类、电路图及应用特点。

谐波滤波器的概念

用于将电力系统中的谐波降低、降低到可接受范围的设备称为谐波滤波器。谐波滤波器用于重要的工作电路点，以消除或减少谐波失真和谐振。通常，谐波失真可能是由于设备的进出电流过大而引起的。

谐波滤波器避免设备损坏产生的大量谐波，减少运行并降低运行成本。因此，它们用于HVAC、石油、天然气、采矿、废水等不同行业，以避免组件损坏或公用事业提供商罚款。

谐波滤波器可以设计有一组不同的电子元件，例如电阻器、电容器、电感器，以防止不必要的谐波电流，将它们传输到大地。这些滤波器主要用于防止特定频率的谐波。

谐波滤波器工作原理

谐波滤波器的工作原理是通过在阻抗较小的通道内偏转谐波电流来减少失真。这些滤波器在基本频率下是电容性的，因此用于通过转换器产生所需的无功功率，也用于校正功率因数。

谐波滤波器的类型

通常情况下，谐波滤波器根据所施加的电压、额定功率、一相或三相以及其他取决于负载的不同参数分为不同的类型。但这些是非常有效的滤波器，可以保护昂贵的电气设备免受谐波引起的过量功率的影响。

谐波滤波器有有源和无源两种，这两者之间的主要区别在于设计滤波器时使用的组件。有源谐波滤波器使用有源元件，如IC、BJT、IGBT和MOSFET，而无源谐波滤波器使用不同的无源元件，如电阻器、电容器和电感器。

1、有源谐波滤波器

有源滤波器很容易切换电力线的谐波，而不依赖于基频的无功功率。有源滤波器利用自生谐波分量并将其注入电力线以消除不必要的谐波。

与有源滤波器相比，无源谐波滤波器很容易消除电力线内的谐波，但其设计难度很大，所以一般会根据负载对无功功率的要求来设计这些滤波器。但在这种情况下，无源滤波器的设计并不容易，并且会导致特定负载条件下的功率执行器运行不良。

有源滤波器可使用各种拓扑来消除电力线内的谐波，在设计有源谐波滤波器时需要考虑以下几点：

• 该滤波器的使用需要电源才能运行的不同类型的半导体开关。
• 具有不同功率开关的电压源逆变器。
• 使用电源线的采样和控制参考。
• PWM系统作为谐波将PWM触发信号注入电力系统。

2、无源谐波滤波器

无源谐波滤波器很容易获得并且最常用，这些滤波器利用典型的无源元件（如电容器、电阻器等）来构成储能电路。与不必要的谐波相比，该电路的主要设计方式是在相似的谐振频率下工作。

无源滤波器主要作用是阻止不必要的谐波供应，并将谐波电流供应转变为温度并保护终端负载或设备。无源谐波滤波器有高通滤波器、串联滤波器、C型滤波器和带通滤波器四种。

电容器组中的谐波滤波器

功率因数校正需要设计来补偿无功功率需求并将谐波电流通过设备注入供电系统。通常，工业中的电源系统包括一个电容器组和一组调谐滤波器。

实际上，电容器组是谐波滤波器的组件，所以当有人使用电容器组来提高功率因数时，在一些线圈中提供是一件好事，现在他有一个谐波滤波器，特别是用于中性线，那是非常好的。

带电容器组的谐波滤波器被广泛称为高压电力电容器组。因此，该设备主要包括三相全薄膜电源和具有浪涌保护的电容器。这些设备是封闭的或开放的，低功率或高功率，固定功率，结合或与单独的电机一起使用。通过无功功率系统的补偿，可以提高功率因数（PF）并通过令人信服的投资回收阶段来掩盖谐波以降低电费。

谐波滤波器电路图

带通谐波滤波器电路的电路图如下所示，该滤波器是无源谐波滤波器类型之一。这是一种双调谐型谐波滤波器，可以用一个电阻器、两个电容器和两个电感器来设计。该滤波器主要用于高次谐波过滤。

带通谐波滤波器工作可以通过将典型带通滤波器的并联谐振与RL电路的串联谐振合并来完成。

在上面的电路图中，给出了一个基本的带通滤波器电路。该电路包括两部分。在电路的主要部分，“C2”电容器和“L2”电感器串联连接，而在下一部分中，电感器、电阻器和电容器并联连接。这两个部分也在串联连接中连接。在上图中，示出了包括频率在内的阻抗特性。

谐波滤波器的优缺点

谐波滤波器的优点包括以下几个方面内容：

• 用于减少电力系统内的谐波
• 增强了电源流量
• 可提供最佳结果以保持系统安全
• 提供能源效率，以确保电力系统的使用寿命安全
• 通过电源内部的谐波控制来减少电费
• 在单个系统中提供了许多优势。与有源滤波器相比，混合谐波滤波器并不昂贵，并且它提供了两种滤波器的组合优势，如有源和无源
• 连接有源滤波器时可降低维护成本
• 混合谐波型滤波器用于提供功率因数开发和谐波校正

• 滤波特性受到源阻抗的强烈影响
• 在源端，由于无源滤波器和源之间的并联谐振，可以看到固定频率的电流放大
• 由于电源可能的串联谐振而发生电压畸变，电流极谐波流入无源滤波器
• 有源滤波器很难通过快速的电流响应来设计具有大额定值的电流源
• 最高初始和运行价格
• 由于巨大的交流电容器，无源滤波器尺寸很大
• 控制系统极其复杂，运行中的保护减少。一旦有源滤波器停止工作，那么可能会导致无源滤波器损坏

谐波滤波器的应用

谐波滤波器的应用包括以下几方面内容：

• 变频器
• 伺服驱动器
• 暖通空调
• 自动化机械
• 工业设备
• 印刷包装机械
• 采矿业
• 自动化过程

总结

可以看出，谐波滤波器主要用于减少从电源供应到电力系统内的谐波电流，以减少系统内谐波电压的失真。按照设计时使用的组件不同，谐波滤波器可以分为有源谐波滤波器和无源谐波滤波器。

众所周知，电力系统中的谐波是乘以基本频率的正整数，它是在各种基本频率下出现的电流或电压，通常被称为电源线内的噪声。