滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。凡是有具有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。用来分开及组合不同率,选取需要的信号频率,抑制不需要的信号频率的微波器件。主要功能是作为各种电信号的提取、分隔、抑止干扰。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除,得到一个特定频率的电源信号,或消除一个特定频率后的电源信号。

滤波器按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器,按所通过信号的频段分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器,另外还分为有源滤波器和无源滤波器。下面小编主要介绍一下常见的三种滤波器,数字滤波器,有源滤波器和无源滤波器的原理,参数和作用。

滤波器的主要参数

滤波器的主要参数

中心频率:滤波器通带的频率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。
截止频率:指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。
通带带宽:指需要通过的频谱宽度,BW=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。
插入损耗:由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。
纹波:指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。
带内波动:通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。
带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR>1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR<1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。
回波损耗:端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于20Log10ρ,ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。
阻带抑制度:衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法:一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减量;另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数(KxdB>1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1,制作难度当然也就越大。
延迟:指信号通过滤波器所需要的时间,数值上为传输相位函数对角频率的导数,即Td=df/dv。
带内相位线性度:该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。

数字滤波器的原理

数字滤波器的原理

数字滤波器是与模拟滤波器相对应的,我们在常用的离散系统中,使用数字滤波器。它的主要作用是利用离散时间系统的特性,在这里 时间就是一个变量,然后在对外部输入的信号,进行处理,这里的输 入信号一般都是广义上的波形型号,信号可以是电压、电流、功率等。当然也有类似于频率等这种。在实际的操作中,我们也可以把输入的信号波形变成输出,也就是将输入和输出倒置。从而实现我们将信号的频谱修改的目的。

数字滤波器的原理有多种,取平均值是其中的一种。取平均值就是滤除任何有具有频率的变化分量的信号。数字滤波器还可根据不同原理编制专门的程序,对采集的信号进行特殊的计算来滤除特定频率的信号。数字滤波器实现框图如下图所示。

有源滤波器的原理

有源滤波器的原理

有源电力滤波器,是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号,送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM功率模块,生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波。

应用场合:有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中,如:电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场/港口的供电系统、医疗机构等。根据应用对象不同,有源电力滤波器的应用将起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。有源低通滤波器的特性曲线如右:

有源滤波器的原理

无源滤波器的原理

无源滤波器的原理

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。
LC滤波器的特性应能满足规定的技术指标要求。这些技术要求通常是频率域的工作衰减,或是相移,或是二者兼有;有时则提出时间域的时间响应要求。无源滤波器主要可以分为两大类:调谐滤波器和高通滤波器。同时按根据设计方法的不同,可分为影像参数滤波器和工作参数滤波器。
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。
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,用来大幅衰减低于某一频率的谐波,该频率称为高通滤波器的截止频率。

影像参数滤波器:以影像参数理论为基础设计实现的滤波器。这种滤波器是由若干个基本节(或半节)按联接处影像阻抗相等的原则级联组成的。基本节按电路结构分有定k型和m导出型。以LC低通滤波器为例,定k型低通基本节的阻带衰减随频率增加而单调增大;m导出型低通基本节则在阻带中某频率处有衰减峰,衰减峰的位置由m导出节中的m值控制。各低通基本节级联后构成的低通滤波器,固有衰减等于各基本节的固有衰减之和,当滤波器两端终接的电源内阻抗和负载阻抗分别等于其两端的影像阻抗时,该滤波器的工作衰减和相移就分别等于其固有衰减和相移。

无源滤波器的原理

有源滤波器和无源滤波器的应用区别

  • (1) 有源滤波容量单套不超过100KVA,无源滤波则无此限制。
  • (2) 有源滤波在提供滤波时,不能或很少提供无功功率补偿,因为要占容量;而无源滤波则同时提供无功功率补偿。
  • (3) 有源滤波最高适用电网电压不超过450V,而低压无源滤波最高适用电网电压可达3000V。
  • (4) 无源滤波由于其价格优势、且不受硬件限制,广泛用于电力、油田、钢铁、冶金、煤矿、石化、造船、汽车、电铁、新能源等行业;有源滤波器因无法解决的硬件问题,在大容量场合无法使用,适用于电信、医院等用电功率较小且谐波频率较高的单位,优于无源滤波。

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