用于有源滤波器谐波检测的一种新的自适应算法_曾令全

第32卷第13期电网技术V ol. 32 No. 13 2008年7月Power System Technology Jul. 2008

文章编号：1000-3673（2008）13-0040-05 中图分类号：TM714 文献标识码：A 学科代码：470·4051

用于有源滤波器谐波检测的一种新的自适应算法

曾令全，曾德俊，吴 杰，徐攀腾

（东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市 132012）

A Novel Adaptive Algorithm Applied in Harmonic Detection of Active Power Filter

ZENG Ling-quan，ZENG De-jun，WU Jie，XU Pan-teng

（Electrical Engineering Institute，Northeast Dianli University，Jilin 132012，Jilin Province，China）

ABSTRACT: A novel adaptive harmonic detection algorithm, in which the least-mean-square (LMS) algorithm with variable step size is used, is proposed and applied to active power filter (APF). In the proposed algorithm the traditional fixed step size iteration is substituted by time-varying step size iteration to improve the accuracy of directional estimation while the minimum mean square deviation is solved to achieve the purpose of increasing the convergence speed of the proposed algorithm. In this paper a second order step size iteration formula is derived in detail and the recursive expression for the expanded N-order step size iteration formula is deduced. By means of simulation, the proposed algorithm is compared with traditional fixed step size algorithm, thus it is proved that the convergence speed of the proposed algorithm is evidently superior to traditional algorithm.

KEY WORDS: least-mean-square (LMS)；active power filter (APF)；adaptive harmonic detection；variable step size；convergence speed

摘要：提出了一种新的变步长最小均方(least-mean-square，LMS)自适应谐波检测算法，并将其应用于有源电力滤波器中。以一种时变步长迭代方法取代传统的定步长迭代法，旨在提高算法在求取均方差最小值的过程中方向估值的精度，从而达到提高算法收敛速度的目的。文中详细推导了2阶步长迭代公式，并导出了扩展的N阶步长迭代公式的递归表达式。通过仿真将所提出的新算法与传统的定步长算法进行了比较，证明新算法的收敛特性明显优于传统算法。

关键词：最小均方(LMS)；有源电力滤波器(APF)；自适应谐波检测；变步长；收敛速度

0 引言

近年来，电网谐波污染问题日益突出，严重影响电网的电能质量，并进一步威胁到用户设备的运行安全。有源电力滤波器(active power filter，APF)作为一种电力电子补偿装置[1-6]，能动态地对谐波和无功进行补偿，因此受到广泛关注[7]。其基本原理是将所有次谐波之和视为一整体，通过向电网注入与其大小相等、方向相反的补偿电流来达到净化电网的目的。由于首先要检测出谐波电流，因此其补偿特性与所采用的谐波检测算法有很大关系[8-9]。目前APF中普遍采用的是基于瞬时无功理论的谐波电流检测法，但它一般来说只适用于三相系统，且检测结果受算法中低通滤波器的影响较大。自适应算法作为一种新型的谐波检测算法，能对频率和相位进行精确的跟踪，且对电网参数变化具有较强的自学习能力，具有广阔的应用前景[10-13]。本文提出一种新的最小均方(least-mean-square，LMS)自适应算法，并进行详细的理论推导和仿真研究。

1 自适应滤波的基本原理

Widrow等人在信号处理中曾提出一种信号处理技术——自适应噪声抵消技术(adaptive noise canceling technology，ANCT)，能将一个信号s从加性噪声n0的干扰中分离出来，原理如图1所示。它有2个输入：原始输入s+n0和参考输入n1。原始输入中除了信号s外还含有加性噪声n0，s与n0是不相关的，s与参考输入n1也是不相关的，但n1是与n0相关的噪声。图中的自适应滤波器对n1进行自适应滤波，得到与原始输入中n0相同的噪声

n?，从而可以抵消原始干扰噪声n0。

图1自适应滤波原理

Fig. 1 Principle of adaptive filtering

第32卷 第13期 电 网 技 术 41

APF 的谐波电流检测可以借用上述ANCT 的原理。假设流过非线性负载的周期性非正弦电流为

L 111h 2

()sin()sin()()()

n n n i t I t I n t i t i t ωθωθ∞

==+++=+∑式中：1()i t 为基波电流；h ()i t 为除基波电流外的所有谐波电流总和，也就是待补偿电流。由于h ()i t 是要检测出来的信号，因此1()i t 可看作“噪声”，且与h ()i t 不相关，还必须选一个与1()i t 相关的信号作为参考输入。由于一般情况下电源电压S ()U t 畸变很小，可视为正弦波，且与1()i t 同频率，即相关，

故可选用幅值减小后的电源电压S

()U t ?

作为参考输入。S ()U t ?

经自适应滤波器处理后，其输出r ()i t 最终在幅值和相位上逼近1()i t ，然后与L ()i t 相减，系统的输出就是h ()i t ，实现了APF 的谐波电流检测。

2 最小均方算法

最小均方算法是一种线性自适应算法[14]，其原

理如图2所示。图中：()n X 为输入信号矢量，即 T 01()[()()()]M n x n x n x n ="X ；01()[()()n w n w n ="W ()]M w n Τ为权矢量；()d n 为滤波器期望输出。

图2 LMS 算法原理

Fig. 2 Principle of LMS algorithm

由图2可以得到自适应滤波器的误差信号为

()()()e n d n y n =? (1)

式中()y n 为自适应滤波器的输出信号，表示为

()()()()()y n n n n n ΤΤ==X W W X (2)

这里采用一种方法来估计均方误差函数ξ=

2

[()]E e n 的梯度()n g ，并以此梯度估值?()n g 来替代 最速下降法中理论情况下的梯度真值。LMS 算法进

行梯度估计是以误差信号每次迭代的瞬时平方值替代其均方值，并以此来估计梯度，即

22201()()()?()[]()()()

M e n e n e n n w n w n w n Τ

???=???"g (3)

若写成矢量形式，有

2()?()()

e n n n ?=?g

W (4) 将式(1)、(2)代入式(4)中，有

()

?()2()2()()()

e n n e n e n n n ?==??g X W (5)

用梯度估值?()n g

代替最速下降法中的梯度真值()n g ，有

(1)()[()]()2()()n n n n e n n μμ+=+?=+W W g W X (6) 式中μ为自适应滤波的收敛因子。式(6)即为LMS 算法的滤波器权矢量标准迭代公式。可以看出，自适应迭代下一时刻的权系数矢量可由当前时刻的权系数矢量加上以误差为比例因子的输入矢量得到。

3 谐波检测算法的实现

结合第1、2节所述原理，可设计用于电网谐

波检测的2阶自适应滤波器[15]，如图3所示。

图3 谐波检测原理

Fig. 3 Principle of harmonic detection

图3中：L ()i n 为滤波器的输入信号，即线路上原始畸变电流的采样值；1()x n 、2()x n 为参考输入信号，代表以电源基波电压U S 为参考输入、由锁相环(PLL)输出的标准正弦和余弦信号的采样值；w 1、w 2为1()x n 、2()x n 的权值；()y n 、()e n 为自适应滤波器的输出信号和误差反馈信号。显然有

1()sin(2π)x n f Tn =?，2()cos(2π)x n f Tn =? 式中：f 为锁相环电路输出正弦波的频率；T ?为计算步长所代表的时间间隔。

令12[]w w Τ=W ，12()[()()]n x n x n Τ=X ，则有 ()()y n n Τ=W X ，L ()()()e n i n n Τ=?W X ，故

(1)()()()n n e n n μ+=+W W X (7)

式(7)即为最基本的权值更新公式。如果将μ值设定为一常数参与迭代，即为传统的的定步长算

法。定步长算法实现简单，但其自身存在无法克服的矛盾，即收敛速度和检测精度之间的矛盾[16]。步长的选择对LMS 算法的性能至关重要，但如何选取合适的步长使算法性能达到最优一直是难以解决的问题，对此采用变步长算法是一种较好的解决方案[17]。变步长算法的基本准则是：当滤波器的系数接近最优值时，采用较小的步长；反之采用较大步长来提高收敛速度[18]。本文采用一种新的变步长算法，改进如下：在时刻n ，算法计算出系数向量()n ′W

42 曾令全等：用于有源滤波器谐波检测的一种新的自适应算法 V ol. 32 No. 13

()()2()()n n e n n μ′=+W W X (8) ()()()()e n d n n n Τ=?X W (9)

此时()n ′W 要比()n W 更加接近最优值。梯度估值公式改进为

11?()2()()n e n n =?g

X (10) 1()()()()e n d n n n Τ

′=?X W (11)

现将1?()n g

和()n ′W 代入LMS 标准权值更新公式(6)中，有

1(1)()2()()n n e n n μ′+=+W W X (12)

式中μ为反馈常量。结合式(8)、(9)、(11)、(12)就能得到新的权值迭代公式：

2?(1)()()()n n n n α+=?W W g (13) 其中

2()2[1()()]n n n αμμΤ=?X X ，?()2()()n e n n =?g

X 式中2()n α的下标“2”反映的是迭代程度，这里表

示迭代阶数为2阶。可以看出此时2()n α整体作为新算法的步长参与迭代，不再为定值，而是一个时变的量，即实现了变步长算法。

4 新算法的收敛性能分析

将式(13)展开并整理，可以得到 (1)[4()()n n n μΤ+=?+W I X X 24()()()()]()4()()n n n n n d n n μμΤΤ+?X X X X W X

24()()()()d n n n n μΤX X X (14)

定义输入信号()n X 的自相关矩阵为=R

[()()]E n n ΤX X ，而R 又可以表示为=R ΤQ Q Μ，

其中M 为R 阵的特征值组成的对角阵，Q 为正交阵，即满足Τ=Q Q I ，I 为单位阵。引入权值误差

向量()()n n ?=?V W W ，其中?W 为最优权值向量。

定义向量()()n n Τ= V

Q V ，()()n n Τ= X Q X ，?= W Τ?Q W ，则有

(1)[4()()n n n μΤ+=?+ V

I X X 24()()()()]()4()()n n n n n e n n μμΤΤ?+? X

X X X V X 24()()()()e n n n n μ?Τ X

X X (15) 式中()()()e n d n n ?Τ?

=?X W 。对式(15)两边取数学 期望，有

2[(1)]{44[()()E n E n n μμΤ+=?+? V

I X X Μ ()()]}[()]n n E n Τ X

X V (16) 由于输入信号的随机性，假设()n X

是具有零均值的高斯随机向量，()n X

和()n V 是不相关的。根据这些性质及相关定理，可以将式(16)简化为

[(1)]E n += V

22[44(2tr )][()]E n μμ?++ I R V

ΜΜΜ (17) 这样可得到2阶步长算法的稳定性边界条件：

22144[2tr ]1i i i μλμλλ?++

即

1

02tr i μλ<<

+R

(19)

式中i λ为R 的特征值。同时由于max tr λ

1

03tr μ<

(20)

5 变步长算法仿真

5.1 稳态信号仿真

为检验所提出算法的理论正确性及有效性，笔者应用Matlab 7.1对算法进行了仿真，并将传统定步长算法与新算法做了比较。仿真选取的谐波源 为比较典型的单相桥式全控型整流电路，直流 侧接阻感负载，电路及参数如图4所示。图中：交流电源U S =220 V/50 Hz ，等效内阻抗为S L ω，其中

L S =0.1 mH ；负载电阻R =10 ?，L =30 mH 。选取晶

闸管触发角为30°，仿真结果如图5所示。图中i L 、i f 、i h 分别代表原始电流、检测出的基波和谐波。由仿真结果可以看出，在稳态精度相当的情况下，新算法的收敛时间比定步长算法的收敛时间短大约一个基波周期。

图4 仿真电路模型

Fig. 4 Circuit model for simulation

50

?50050 ?50 0 50?50050 ?50 0 20?20020 ?20 0 i L /A

i L /A

i f /A i f /A

i h /A i h /A

t /s

0.000.040.080.000.040.08

t /s

(a) 定步长算法 (b) 新算法

图5 两种算法仿真结果比较

Fig. 5 Comparison of the simulation results

of two algorithms

图6为权值收敛曲线对比，这一点也能很清楚地反映出收敛速度的差异。

第32卷 第13期

电 网 技 术 43

?10 0 w 1

20 ?10 0 20 w 1

0 w 2

?10 0 10 30 10 ?10 30 5 ?5 ?15 ?5 ?15 5 w 2

t /s

0.00

0.04

0.08

t /s

0.00

0.04

0.08

(a) 定步长算法 (b) 新算法

图6 权值收敛曲线比较

Fig. 6 Comparison of the weight convergence curves

5.2 突变信号仿真

为检验新的变步长算法对突变信号的跟踪能力，这里设计产生了突变的信号来进行仿真，即在上述电路中当t = 0.06 s 时突加并联负载使电源侧电流突然增大，以此测试算法在信号突变时的收敛特性。仿真结果如图7所示，可以看出，信号发生突变时算法在大约半个基波周期内就达到了收敛。

50 ?50 0 100 ?100 0 20 ?20 0 t /s

0.00

0.04

0.080.12

i L /A

i f /A

i h /A

图7 突变信号仿真结果

Fig. 7 Simulation results for abrupt signal

5.3 新算法的扩展形式

式(13)中给出的是2阶的步长迭代公式，很显

然，还可以按此方法进行3阶或者更高阶数的迭代来生成更加精确的估值公式，进一步提高算法的收敛速度。理论上更高阶迭代公式的收敛特性会更好，但仿真表明算法的收敛速度是可以接近极限的，即迭代阶数达到一定值以后收敛速度不会再有明显提高[19-20]。此时高阶公式的误差估计是相当复杂的，这里仅给出第M 阶的通用递归表达式(2M ?≥)：

1()()[12()()]M M n n n n αμαμΤ

?=+?X X (21)

式中1()n αμ=。特别地，此处给出比较典型的5阶步长迭代表达式的具体展开式：

5(){520[()()]n n n αμμΤ=?+X X

2

3

40[()()]40[()()]n n n n μμΤ

Τ?+X X X X

416[()()]}n n μΤX X (22)

理论上5阶步长公式比2阶公式具有更好的收

敛性能，但更快的收敛速度是以更复杂的计算和更大的计算量为代价的。限于篇幅，本文不做具体的

证明，仅给出5阶公式与2阶公式的检测结果的仿真比较，如图8所示。由仿真结果可以看出，5阶公式的收敛速度略快于2阶公式，但差别已不明显。

50?500

20?200t /s

0.00

0.04

0.08

i L /A

i f /A

i h /A

50?500t /s

0.00

0.04

0.08

50 ?50 0 20 ?20 0 i L /A i f /A i h /A

50 ?50 0

(a) 2阶公式 (b) 5阶公式

图8 2阶与5阶步长公式仿真结果比较 Fig. 8 Comparison of the simulation results of the 2-order step formula and the 5-order formula

6 结论

本文以一种新推导出的时变的步长公式代替定步长公式对传统的LMS 算法进行了修正，从而得到了一种具有更快收敛速度的LMS 算法。这个特征具有十分重要的意义，特别是当系统处于非稳态或系统对算法收敛速度有较高的要求时。通过仿真将新算法的性能与传统的标准定步长LMS 算法进行了对比，结果表明所提出的算法在收敛速度上比传统定步长算法有显著提高。

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2007-12-19。

，男，教授，硕士生导师，主

，男，硕士研究生，研究方向为

E-mail：crabapplezdj@https://www.sodocs.net/doc/f91620549.html,；

，男，硕士研究生，研究方向为

徐攀腾(1981—)，男，硕士研究生，研究方向为配电网三相不平衡优化校正。

（责任编辑沈杰）曾令全

（上接第29页continued from page 29）

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收稿日期：2007-11-14。

作者简介：

王超学(1967—)，男，博士，副教授，主要研究

方向为智能计算及其在电气工程领域的应用，

E-mail：wbllw@https://www.sodocs.net/doc/f91620549.html,；

李昌华(1963—)，男，教授，博士生导师，主要

研究方向为智能信息系统及其应用；

崔杜武(1945—)，男，教授，博士生导师，主要

研究方向为进化算法及计算机应用；

刘健(1967—)，男，教授，博士生导师，IEEE高级会员，研究领域为电力系统自动化、电路与系统。

（编辑 杜宁）王超学

绝对经典的低通滤波器设计报告

经典 无源低通滤波器的设计

团队：梦知队 团结奋进，求知创新，追求卓越，放飞梦想 队员： 日期：2010.12.10 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

电力谐波治理的几种方法

电力谐波治理的几种方法 目前常用的电力谐波治理的方法无外乎有三种，无源滤波、有源滤波、无功补偿。下面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。6.1、无源谐波滤除装置无源滤波器的主要是用电抗器与电容器构成，无源滤波装置的成本较低，经济，简便，因此获得广泛应用。无源滤波器可以分为并联滤波器与串联滤波器。6.1.1、无源并联滤波器现有的谐波滤除装置大都使用无源并联滤波器，对每一种频率的谐波需要使用一组滤波器，通常需要使用多组滤波器用以滤除不同频率的谐波。多组滤波器的使用造成结构复杂，成本增高，并且由于通常的系统中含有无限多种频率的谐波成分，因此无法将谐波全部滤除。不仅如此，由于并联滤波器对谐波的阻抗很低，通常会使谐波源产生更大的谐波电流，谐振在不同频率的滤波器还会互相干扰，例如7次谐波滤波器就可能会放大5次谐波。因此，如果有人将并联滤波器安装前后的谐波情况做过对比，就会发现：虽然滤波器安装以后影响系统的谐波电流减小，但是各滤波器中以及进入系统的谐波电流之和远远超过未安装滤波器之前，谐波源产生的谐波电流也超过未安装滤波器之前。从广义的角度来讲，频率不等于工频频率的成分统统都是谐波。因此，工频是单一频率，而谐波有无限多种频率，可见谐波具有无限的复杂性，使用并联滤波器的方法显然无法对付无限频率成分的谐波。6.1.2、无源串联滤波器由电感与电容串联构成的LC串联滤波器，具有一个阻抗很低的串联谐振点，如果我们构造一个串联谐振点为工频频率的串联滤波器，并将其串联在线路中，就可以滤掉所有的谐波。这就是本文介绍的串联滤波器，串联滤波器由电感和电容串联而成，并且串联连接在电源与负荷之间，因此串联滤波器的“串联”二字具有双重意思：一个意思表示电感与电容串联，另一个意思表示串联在电路中使用。在三相电路中均接入串联滤波器，由于串联带通滤波器对基波电流的阻抗很小，而对谐波电流的阻抗很大，于是只用一组滤波器就可以滤除所有频率的谐波。串联滤波器对于谐振点频率的电流具有极低的阻抗，对于偏离谐振点频率的电流，则阻抗增大，偏离的越多，阻抗越大。对于比谐振点频率高的电流成分，电感的阻抗为主，对于比谐振点频率低的电流成分，电容的阻抗为主。由于谐波成分通常比基波频率高，因此滤除谐波的工作主要由电感完成，电容的作用是抵消电感对工频基波的阻抗。由于滤除谐波的作用主要由电感完成，因此电感量越大滤除谐波的效果越好。但是电感量越大则价格越高，损耗越大，因此从成本及损耗上去考虑问题则希望电感量越小越好。当电感的基波感抗小于负荷等效基波阻抗的50%时，不能实现良好的滤波效果（负荷等效基波阻抗就是负荷相电压有效值与相电流有效值的比值）。因此电感的基波感抗必须大于负荷等效基波阻抗的50%。对于电容器的选择与电感的选择情况不同，电感的匝数可以随意设计，而电容器的耐压只有固定的若干等级，不能随意设计。比如在低压配电系统中，就只有耐压230V与400V的电力电容器可供选择。由于电容器串联在电路中，电容器中的电流即为负荷电流，当电容器的实际工作电压等于其额定电压时，电容器中流过的电流等于电容器的额定电流，电容器得到充分的利用，因此，当

无源带通滤波器

无源带通滤波器 无源带通滤波器电路，有源带通滤波器电路图1．根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、和带阻滤波器（BEF）四种。图4-1分别为四种滤波器的实际幅频特性的示意图。滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC元件或RC元 无源带通滤波器电路，有源带通滤波器电路图 1．根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、和带阻滤波器（BEF）四种。图4-1 分别为四种滤波器的实际幅频特性的示意图。滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频率范围）的信号通过，而其它频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。这些网络可以由RLC 元件或RC 元件构成的无源滤波器，也可由RC 元件和有源器件构成的有源滤波器。 图4-1 四种滤波器的幅频特性 2．四种滤波器的传递函数和实验模拟电路如图4-2 所示：(a)无源低通滤波器(b)有源低通滤波器 (c) 无源高通滤波器 (d)有源高通滤波器 (e)无源带通滤波器 (f)有源带通滤波器 (g)无源带阻滤波器 (h)有源带阻滤波器

图4-2 四种滤波器的实验电路 3．滤波器的网络函数H（jω），又称为正弦传递函数，它可用下式表示

式中A(ω)为滤波器的幅频特性，θ(ω)为滤波器的相频特性。它们均可通过实验的方法来测量。

无源滤波器设计

长沙学院 模电课程设计说明书 题目 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期

数字电子技术课程设计任务书(11)系（部）：电子与通信工程系专业：电子信息工程

长沙学院课程设计鉴定表

目录 一．无源滤波器的简介 (5) 1.无源滤波器定义 (5) 2.无源滤波器的优点 (5) 3.滤波器的分类 (5) 4.无源滤波器的发展历程 (5) 二．无源滤波器的工作原理与电路与电路分析 (6) 1.工作原理 (6) 2.电路分析 (7) 三．设计思路及电路仿真 (11) 1.无源低通滤波器 (11) 2.无源高通滤波器 (11) 3.无源带通滤波器 (12) 4.无源带阻滤波器 (13) 四．设计心得与体会 (15) 五．参考文献 (15)

一．无源滤波器的简介 1.无源滤波器定义 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。 2.无源滤波器的优点 无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。 3.滤波器的分类 ⑴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。 ⑵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。 ⑶按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 4.无源滤波器的发展历程 （1）1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。 （2）20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。 （3）自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展； （4）到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。 （5）80年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。 （6）90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。 当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。

有源和无源滤波器的区别

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。 无源滤波装置 该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。 国际上广泛使用的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。 1)单调谐滤波器：一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好，结构简单；缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随谐波次数的减少而增加，而电炉正好是低次谐波，主要是2～7次，因此，基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时，基波损耗可减少20～50％，属节能型，滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器，但组成复杂些，投资也高些，用于电弧炉系统中，2次滤波器选用三阶滤波器为好，其它次选用二阶单调谐滤波器。 2)高通(宽频带)滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时，对5次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。 有源滤波器 虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter，缩写为APF)。 APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点： a．不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理； b．滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；c．具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点

(完整word版)基于巴特沃斯的低通滤波器的设计原理

课程设计报告 ——基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现 2010年12月25日 一、实验内容 基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现 二、实验目的 1、通过对滤波器的设计，充分了解测控电路中学习的各种滤波器的工作原理以及工作机制。学习幅频特性曲线的拟合，学会基本MATLAB操作。 2、进一步掌握虚拟仪器语言LabVIEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。以及图形化的编程方法；学习非线性校正概念和用曲线拟合法实现非线性校正；练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法；掌握如何使用数据采集卡以及EIVIS产生实际波形信号。了解图形化的编程方法；练习DIO函数的

使用方法；学习如何使用数据采集卡以及EIVIS产生和接受实际的数字信号。 3、掌握自主化学习的方法以及工程设计理念等技能。 三、实验原理 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。滤波处理可以利用模拟电路实现，也可以利用数字运算处理系统实现。滤波器的工作原理是当信号与噪声分布在不同频带中时，可以在频率与域中实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频率往往有一定的重叠，如果重叠不严重，仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率，提高测量精度。 任何复杂地滤波网络，可由若干简单地、相互隔离地一阶与二阶滤波电路级联等效构成。一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器，而不能构成带通和带阻。可先设计一个一阶滤波电路来熟悉电路设计思路以及器件使用要求和软件地进一步学习。 滤波器主要参数介绍： ①通带截频f p=w p/(2π)为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 ②阻带截频f r=w r/(2π)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。 ③转折频率f c=w c/(2π)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以f c作为通带或阻带截频。 ④固有频率f0=w0/(2π)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。 有源滤波器地设计，主要包括确定传递函数，选择电路结构，选择有源器件

无源滤波器和有源滤波器特点

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。 无源滤波装置 该装置由电容器、电抗器,有时还包括电阻器等无源元件组成,以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路,以达到抑制高次谐波的作用;由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区,所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联,这样既满足无功补偿、改善功率因数,又能消除高次谐波的影响。 国际上广泛使用的滤波器种类有:各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽颇带与三阶宽频带高通滤波器等。 1单调谐滤波器:一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好,结构简单;缺点是电能损耗比较大,但随着品质因数的提高而减少,同时又随谐波次数的减少而增加,而电炉正好是低次谐波,主要是2~7次,因此,基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50以下时,基波损耗可减少20~50%,属节能型,滤波效果等效。三阶单调谐滤波器是损耗最小的滤波器,但组成复杂些,投资也高些,用于电弧炉系统中,2次滤波器选用三阶滤波器为好,其它次选用二阶单调谐滤波器。 2高通(宽频带滤波器,一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时,对5次以上起滤波作用时,通过参数调整,可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。 有源滤波器 虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点,在现阶段广泛用于配电网中,但由于滤波器特性受系统参数影响大,只能消除特定的几次谐波,而对某些次谐波会产生放大作用,甚至谐振现象等因素,随着电力电子技术的发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(Active PowerFliter,缩写为APF。 APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比,有以下特点: a.不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,有一机多能的特点,在性价比上较为合理; b.滤波特性不受系统阻抗等的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险; c.具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波,即具有高度可控性和快速响应性等特点 一、无源滤波器的优点 无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应

5.二阶无源低通滤波器

二阶低通滤波器设计 一：实验目的 .设计、焊接一个二阶低通滤波器，要求：截止频率为1KHz。二：实验原理 利用电容通高频阻低频的特性，使一定频率范围内的频率通过。从而设计电路，使得低频率的波通过滤波器。 三：实验步骤 1：设计电路，在仿真软件上进行仿真，在仿真电路图上使功能实现。2：先定电容，挑选合适的电阻，测量电阻的真实值，再到仿真电路替换掉原来的电阻值，不断挑选电阻，找到最逼近实验结果的值 3：根据仿真电路进行焊接，完成之后对电路进行功能检测，分别挑选频率为100hz，1khz，10khz的电源进行输入检测，观察输出的波形，并进行实验记录 四：实验电路 图1.1仿真电路设计

图1.2电路波特图 五：实验测量 我们用100hz，1khz，10khz三种不同正弦频率信号检测，其仿真与实测电路图如下： 图1.3 f=100Hz 时正弦信号仿真波形图

图1.4 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 分析：由图1.3的仿真波形与图1.4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。仿真和实测数据间存在误差，误差值较小，在允许范围内。 数据项目 输入幅值/V 输出幅值/V 衰减/dB 相位差 仿真电路 169.706 167.869 0.0945 0.018π 实测电路 0.468 0.440 0.0536 0π

图1.5 f=1kHz 时正弦信号仿真波形图 图1.6 f=300Hz 时正弦信号实测波形图

表2 f=1kHz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169.631 121.047 2.931 0.140π 实测电路0.480 0.328 3.307 0.120π 分析：由图1.5的仿真波形与图1.6的实测电路波形和表2中的数据可知，输入频率为1kHz的正弦信号时，该信号能够通过，输入输出波形间有一定的相位差和衰减。仿真和实测数据间存在误差，误差值较小，在允许范围内。 图1.7 f=10kHz 时正弦信号仿真波形图

变频器谐波滤波器

设备电源谐波滤波器 DNF-电源谐波滤波器是专为变频器、伺服、中频炉、UPS（或其他含3相6脉整流电路）开发的三相电力系统设备就地谐波抑制解决方案，适用于任何3相6脉整流电路，可以降低其谐波电流畸变率以符合相关标准规定限值。 DNF-电源谐波滤波器的选型方法简单，只要知道设备的工作电压和功率，即可直接选型。现场安装不需要任何调试，即装即用，并且不需要现场维护。 次、11次、13次等奇次谐波)，而且能够滤除各种非特征谐波(间谐波); 9.改善设备的EMC电磁兼容性,降低峰值电流,提高设备的抗浪涌能力; 10.性能稳定、可靠性高,维护成本低; 11.选用简单：仅需要知道负载的额定工作电压和功率即可; DNF-电源谐波滤波器产品使用说明 安装在各种含有3相6脉整流设备（如变频器、伺服、中频炉、UPS等）电源输入端; 使谐波畸变率THDI≤16%或10%,适应不同地区标准 串联安装在上述设备的电源输入线上, 广泛应用各种工业场合。

DNF-电源谐波滤波器主要技术指标 额定工作电压：3相，400VAC ±10% 工作频率：50Hz ±1HZ (默认值) /60Hz ±1HZ 过载能力： 承受150%额定电流，1分钟，每小时一次 总谐波失真THID：满载状态下，THDI≤16%或10%。 功率因数：在50% ~ 100%负荷范围内，0.95-1 环境温度：-25°C ~ +40°C 满载运行 +50°C ~ +70°C 降额运行 海拔高度：<1000米 湿度：5%-85% (无结露) 防护等级: IP20 / IP00 DNF无源谐波滤波器系统连接图

附:IEEE-519标准关于諧波電壓及電流失真之限制 短路比Isc/IL 总谐波失真THD Isc/IL: < 20时 THD ≤ 5% ; Isc/IL: 20 < 50时 THD ≤8% Isc/IL: 50 < 100时 THD ≤ 12% ; Isc/IL: 100<1000时 THD ≤15% Isc/IL: > 1000 时 THD ≤20% DNF无源谐波滤波器 THDI 与 负载率 关系曲线图 设备外形尺寸图

无源低通滤波器分析报告

无源低通滤波器分析 一、研究目的 滤波器是一种选择装置，它对输入信号处理，从中选出某些特定信号作为输出。如果滤波器主要由无源元件R、L、C构成，称为无源滤波器。滤波器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。针对电气专业的实际特点，文中主要对无源低通滤波器进行分析讨论，并希望总结出无源滤波器在实际工程应用中的相关选用原则。 要求:1、分析讨论无源低通滤波器的各基本形式；2、通过仿真测试滤波器实际效果并分析结果；3、总结滤波器选用原则和体会 二、滤波器类型简介 无源滤波器通常是以L-C、R-C等无源器件组成的一种只允许通过给定的频带信号而阻止其它频率信号通过的选频网络。工业电源中一般把400HZ以下的电源称为工频电源，400-10KHZ的电源称为中频电源，10KHZ以上称为高频电源。用于交流电源输入端滤除电源网络中高频干扰的低通滤波器，整流电路中用于滤除纹波的平滑滤波器，用于抑制放大器产生低频振荡为目的的电源去耦滤波器等，都属于无源滤波器的范畴。 而RC电路多用于低频、功率输出较小的场合，LC电路适用于高频应用场合。 按滤波器结构分类，常用的基本形式有L型、倒L型、T型、π型等电路形式。 图1、L型、倒L型、T型、π型电路形式

三、滤波元件特性 常用元器件低频特性和高频特性： 图2、元器件低频特性和高频特性图 电感L的基本特性为通直阻交，电路中具有稳定电流的作用。高频时电感的阻抗与频率呈现如下关系 图3、电感高频特性图 电容C的基本特性为通交阻直，电路中具有稳定电压的作用。按功能可分为1、旁路电容2、去耦电容3、滤波电容。高频时电容的阻抗与频率呈现如下关系： 图4、电容高频特性图 滤波电容不是理想的低通滤波器，存在ESL和ESR，是以自谐振点为中心的带通滤波器。同为0805封装的陶瓷电容，0.01μf的电容比0.1μf的电容有更好的高频滤波特性，实际使用中要注意选择合适的电容。

无源滤波器设计概述

关于无源滤波器设计 随着电网中非线性负载（如电力电子装置、可调速电机）应用的增多，供电质量日趋下降，电网中的谐波含量严重超过国家标准，对电力用户的安全用电构成威胁。并且，国家对电力市场管制的开放，无疑加剧电力市场的竞争，一方面电力用户对供电电源的谐波含量的要求越来越高，另一方面电力公司对电力用户注入电网的谐波水平也提出了限制。因此，对电网的经济安全运行起到十分重要的作用的电力滤波器有大量的市场需求和市场潜力。 概述 电力系统是由电感、电阻、电容组成的网络，在一定的参数配合下可能会对某些频率产生谐振，诱发出过量的电压和电流。因此，应当尽量避免谐振。对于正常设计的电网来说，发生工频谐振的可能性很小。但是，却有可能在某些高次谐波下谐振，使谐波电流和电压剧增，危害设备的运行和安全。 当谐波源产生的谐波大于规定限值时，应装设滤波装置。在谐波源处装设滤波器，就地吸收谐波电流，可以使注入系统的谐波减少到很低的程度，这是当前最主要的抑制谐波的手段。 目前大量应用于在电力系统中的是无源交流滤波装置，由电力电容器、电抗器和电阻组成，可以抑制谐波并兼有一定的无功补偿作用。无源滤波器结构简单、运行可靠、维护方便，成本低、技术成熟。 最理想的滤波器设计是能够将注入的全部谐波都进行衰减的单个宽频带结构，但需要的电容量非常大，比较经济的做法是使用单调谐滤波器将较低次的谐波衰减掉，由高通滤波器衰减较高次数的谐波。 无源谐波滤波器包括一组对应于某几次低次谐波的单调谐滤波器组和一个用于滤除高次谐波的高通滤波器。 运行特点 使用无源滤波器的特点主要有： ①滤波效果受电网阻抗影响大，会因制造误差、设备老化、电网频率变化造成滤波效果下降; 对谐波频率经常变化的负载滤波效果差。 ②容易与电网产生谐振，产生并联或串联谐振，造成谐波放大; ③对谐波进行抑制的同时引入一定量的无功，兼有谐波补偿和无功补偿功能; ④可利用现有无功补偿设备容量; ⑤不具有处理复杂频谱谐波的能力。 ⑥容易过载而产生危险

低通无源滤波器设计详细

低通无源滤波器仿真与分析 、滤波器定义 所谓滤波器( filter )，是一种用来消除干扰杂讯的，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，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和两种。 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 按所采用的分为无源和两种。 ：仅由(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的随频率的变化而变化的构成的。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；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(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 x(t) ，输出为 y(t ) ，滤波器的脉冲响应函数为 h(t ) 。转换到频域，激励信号为 X(j ) ，经过一个线性网络得到的响应信号为 Y( j )

基于Simulink的无源滤波器的设计

基于Simulink的无源滤波器的设计 发表时间：2019-05-27T11:35:29.807Z 来源：《电力设备》2018年第35期作者：夏健新程汉湘熊培枫刘桂桦 [导读] 摘要：为了防止电力输送时，传输电路产生的节点电压和线路电流波形产生的畸变，在进入某高校研究所后对电气设备造成较大的损害，通过Simulink软件对其进行无源滤波器的仿真设计，并对其参数进行计算。 （广东技术师范学院天河学院电气与电子工程学院广东广州 510540） 摘要：为了防止电力输送时，传输电路产生的节点电压和线路电流波形产生的畸变，在进入某高校研究所后对电气设备造成较大的损害，通过Simulink软件对其进行无源滤波器的仿真设计，并对其参数进行计算。通过对加入滤波器前后的不同的波形比较分析，显示谐波电流含有率、总谐波电流含有率等电能指标都得到了改善，确定了该设计的可行性。 关键词：无源滤波器；Simulink仿真；谐波；设计 Passive filter design based on Simulink and parameters optimization TIANHE COLLEGE OF GUANGDONG POLYTECHNIC NORMAL UNIVERSITY，School of Electrical and Electronic，GUANGDONG GUANGZHOU，510540 Abstract：In order to avoid the distortion of node voltage and line current waveform produced by the transmission circuit，after entering a university institute，the electrical equipment is greatly damaged，the passive filter is simulated by Simulink software，and its parameters are calculated.Through the comparison and analysis of different waveforms before and after the filter is added，the energy indexes such as harmonic current and total harmonic current are improved，and the feasibility of the design is confirmed. Keyword：passive filter，Simulink，simulation，harmonic wave，design 引言 随着现代非线性负载的大量使用，导致这些负载系统产生大量的谐波，传输线路的节点电压及线路电流的波形产生畸变，从而使得电能质量和设备使用寿命的降低并导致经济损失。因此需要想办法抑制谐波，也就是采用有源或者无源的方式来减少或消除线路的谐波电流。因此，需设计一种滤波器，从实现原理的角度来看，只有两种途径：一是给负载谐波提供一条低通阻抗的旁路分支通道（无源），或者是给负载提供所需的谐波电流（有源）。 1 谐波的危害及其治理的方法 1.1 谐波的危害 现如今，越来越多的谐波源得到广泛的应用，因为谐波的存在而不断出现各种事故和故障。人们开始关注谐波显现出来的严重危害性，对此，总结归纳出谐波对电网和各种用电设备造成的危害可以分为以下几个方面：（1）损耗额外增加，设备的温度上升。（2）损坏设备绝缘，影响设备的使用寿命。（3）电机出现机械振动。（4）用于无功补偿的电容器组将谐波电流放大，严重时甚至会造成谐振。（5）自动控制装置和继电保护装置一般都是按照工作在工业频率下的电压或电流和正弦波形设计而成的，谐波的存在会致使装置受到干扰，出现拒动或造成误动作。（6）仪器仪表一般是按照工频正弦波形而设计的，一次测量精度将受到影响。 1.2 谐波的治理 关于谐波的治理，最先想到的是从产生谐波的源头主动进行处理，通过改进电力电子装置本身的拓扑和控制来减小或消除电力系统设备的谐波。其主要技术手段有多重化技术、PWM技术、多电平拓扑、功率因数校正技术等。由于考虑到有成本、可靠性和容量等因数的限制，以及已经运用在工业的电力电子设备的厂家，采用被动的进行对电力电子设备谐波的消除是不二之选。常用的方法有：通过安装无源滤波器、有源滤波器及混合型滤波器等。 最常用的是单调LC滤波器，通过串联的LC对某次谐波形成串联谐振，即对该次谐波造成一个短路点，使欲滤除的谐波电流都经过该支路而被旁路。电网中一般不存在单一的谐波，因此，为了滤除不同频率的多次谐波，往往将多组不同调谐频率的LC滤波器并联使用，或者采用双调谐波滤波器。而高通滤波器，主要用于对含量较低的高次谐波进行统一的滤波，以便于设计及降低成本。 2 无源滤波器的原理及设计 无源滤波器由R、L、C元件构成，此次采用的是单调谐波滤波器，其主要是将串联的LC直接并接到电网中，结构如图2-1所示，使得串联的LC对某次谐波形成串联谐振，从而把负载中的该次谐波电流引入滤波器。因此，根据公式： 图2-1 三相无源滤波器结构图 3 无源滤波器的参数计算 无源滤波器的参数优化主要从两个方面来考虑：一是经济性，也就是根据最低的成本来设置电感电容的参数；另一种则是考虑无功补

低通无源滤波器设计-详细

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 h。转换到 x，输出为)(t y，滤波器的脉冲响应函数为)(t

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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 。转换到频域，激励信号为)(ωj X ，经过一个线性网络得到的响应信号为)(ωj Y 。 则传递函数)(1)()()(jw F j X j Y j H =≡ωωω 其中，传递函数的极点是网络的固有频率。而一个传递函数所有极点的实部均为负的网络是稳定的。 一个网络的传递函数蕴含了网络的全部属性。 幅频特性和相频特性 幅度增益 与ω 构成幅频特性曲线。 相位变化 与ω 构成相频特性曲线。 四、低通滤波器的一些概念 1、单位 分贝：是用对数的方式描述相对值，无量纲。 B 贝尔 （A/B ）(贝尔)=lg （A/B ）=lg(A)-lg(B) dB 分贝 （A/B ）(分贝)=10 1g （A/B ） 对于幅频响应， )(|)(|)()()(ωφφφωωωωj j x j y e j H j H e A e A j X j Y x y ===|)(|ωj H A A x y =)(ωφφφ=-x y |)(|ωj H A y =

关于无源滤波器的知识学习

关于无源滤波器的知识学习 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。 目录 1、无源滤波器的基本概念 2、无源滤波器的分类 3、无源滤波器的原理 4、无源滤波器的优点及应用 5、无源滤波器和有源滤波器的区别 6、无源滤波器的发展历程 7、无源滤波器的发展情况 无源滤波器的基本概念： 无源滤波器是由无源线性器件构成的复杂电路，在信息传输中具有选频特性的无源四端网络。近代电子设备中滤波器应用十分广泛，基功能有以下几个方面。 1.1.分离信号、抑制干扰这是滤波器最广泛最基本的功能，在信息传输中滤波器能使所需频率信息顺利通过，而对不需要的频率信息(称干扰)受到很大衷减或阻塞。 1.2.阻抗变换、阻抗匹配电子设备中，经常遇到实际负载阻抗与信号源所需要负载阻抗不相等，若把它们直接连接起来将会产生信号反射，则不能得到最大功率传输，如果在它们之间插入适当设计的滤波器进行阻抗变换，能在确定频带内实现匹配。 1.3.延迟信号电子设备中，经常需要在确定频带内延迟信号或校正设备时延的不均性，都可用滤波器来完成。 无源滤波器的分类： 2.1.调谐滤波器 调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波，该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率； 2.2.高通滤波器 高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减高于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截止频率。

Filter Solutions滤波器设计教程

一、FilterSolutions滤波器设计软件中的英文注解 Lowpassnotchfilters:低通陷波滤波器Order:阶 filtercircuits:滤波电路frequencyresponse:幅频响应Passband:通频带、传输带宽repeatedlycycle：重复周期maximumsignaltonoiseratio：最大信噪比 gainconstants：增益系数，放大常数circuittopologies：电路拓扑结构gainshortfall：增益不足maximumoutput：最大输出功率laststage：末级 precedingstage:前级 stagefilter：分级过滤器GainStage：增益级voltageamplitude：电压振幅Componentvalues:元件值maximumvalued:最大值minimumvalued:最小值standardvalue:标准值 resistors:电阻器 capacitors:电容器operationalamplifiers:运算放大器(OA) circuitboard:(实验用)电路板activefilters:有源滤波器supplycurrents:源电流powersupplies:电源bypassingcapacitors:旁路电容optimal:最佳的;最理想的GainBandwidth:带宽增益passivecomponent:无源元件activecomponent:有源元件overallspread:全局;总范围Componentcharacteristics:组件特性Modification:修改;更改databook:数据手册typicalvalues:标准值;典型值defaultvalues:省略补充programexecution:程序执行Resetbutton:复原按钮positivetemperaturecoefficient:正温度系数 variableresistors:可变电阻器cermetresistor:金属陶瓷电阻器outputresistance:输出电阻distortion:失真 singleamplifier:单级放大器voltagefollower:电压输出跟随器troubleshooting:发现并修理故障controlpanel,:控制面板 二、FilterSolutions滤波器设计的基本步骤 １、打开crack的软件后，根据滤波器的设计要求，在filtertype中选择滤波器的类型（Gaussian：高斯滤波器、Bessel：贝塞尔滤波器、butterworth：巴特沃斯；Chebyshev1切比雪夫1；Chebyshev2切比雪夫2；Hourglass：对三角滤波器、Elliptic：椭圆滤波器、Custom：自定义滤波器、RaisedCos：升余弦滤波器、Matche：匹配滤波器、Delay：延迟滤波器）； ２、在filterclass中选择滤波器的种类（低通、高通、带通、带阻）； ３、在filterAttributes中设置滤波器的阶数（Order）、通频带频率（Passband frequency）；

可以滤除所有谐波的滤波器

可以滤除所有谐波的滤波器 一看标题，可能有人的嘴张得很大表示惊讶，也可能有人的嘴撇到耳根表示不屑，似乎滤除所有谐波是不可能的办到的事情。实际的情况是：看似无限复杂的事情，实现起来却可能相当简单。 现有的谐波滤除装置大都使用无源并联滤波器，对每一种频率的谐波需要使用一组滤波器，通常需要使用多组滤波器用以滤除不同频率的谐波。多组滤波器的使用造成结构复杂，成本增高，并且由于通常的系统中含有无限多种频率的谐波成分，因此无法将谐波全部滤除。不仅如此，由于并联滤波器对谐波的阻抗很低，通常会使谐波源产生更大的谐波电流，谐振在不同频率的滤波器还会互相干扰，例如7次谐波滤波器就可能会放大5次谐波。因此，如果有人将并联滤波器安装前后的谐波情况做过对比，就会发现：虽然滤波器安装以后影响系统的谐波电流减小，但是各滤波器中以及进入系统的谐波电流之和远远超过未安装滤波器之前，谐波源产生的谐波电流也超过未安装滤波器之前。 从广义的角度来讲，频率不等于工频频率的成分统统都是谐波。因此，工频是单一频率，而谐波有无限多种频率，可见谐波具有无限的复杂性，使用并联滤波器的方法显然无法对付无限频率成分的谐波。 无限的复杂性迫使我们不得不放弃无限复杂的解决方案，仔细阅读上一段的叙述，我们就会发现无限的对立面：工频是单一频率。如果我们构造一个滤波器，只允许工频频率的电流通过，所有其他频率成分的电流统统不允许通过，岂不就解决了这个无限复杂的问题了吗？ 由电感与电容串联构成的LC串联滤波器，具有一个阻抗很低的串联谐振点，如果我们构造一个串联谐振点为工频频率的串联滤波器，并将其串联在线路中，就可以滤掉所有的谐波。这就是本文介绍的串联滤波器，串联滤波器由电感和电容串联而成，并且串联连接在电源与负荷之间，因此串联滤波器的“串联”二字具有双重意思：一