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變頻器輸入濾波器是一種濾波設(shè)備，主要用于抑制變頻器在整流過程中產(chǎn)生的高次諧波。

變頻器輸入濾波器，是變頻器專用濾波器的一種，其作用主要包括以下幾個(gè)方面：

抑制變頻器產(chǎn)生的高次諧波

變頻器在整流過程中，就相當(dāng)于一個(gè)高速開關(guān)，因此，會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，這些高次諧波，會(huì)隨著電源的流動(dòng)，被帶入電網(wǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致了使用同一電網(wǎng)的敏感設(shè)備受到干擾；

防止變頻器被干擾

變頻器是個(gè)干擾源，也是個(gè)受擾源，或者是叫敏感設(shè)備。如果電網(wǎng)中的諧波頻率過高、諧波含量過大的情況下，變頻器就會(huì)發(fā)出過壓、過流、過載等誤報(bào)警；

提高系統(tǒng)功率因數(shù)

變頻器輸入濾波器，具有一定的補(bǔ)償功能，可以提高整個(gè)工控自動(dòng)化系統(tǒng)的功率因數(shù)，具有一定的節(jié)能功效；

緩解三相不平衡

如果變頻器的輸入端三相不平衡，嚴(yán)重的情況下，就會(huì)導(dǎo)致變頻器無法正常工作，加上變頻器輸入濾波器之后，可以有效緩解這一問題。

變頻器輸入濾波器，主要是由濾波電感、濾波電容和電阻構(gòu)成。

變頻器輸入濾波器，是利用“阻抗失配”的原理進(jìn)行工作的；

一般情況下，我們默認(rèn)為電源端是低阻抗的，所以，我們變頻器輸入濾波器的輸入端是高阻抗的；而負(fù)載側(cè)，我們默認(rèn)為其是高阻抗的，而我們的變頻器輸入濾波器的輸出端，則是低阻抗的；

正是利用這一原理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于變頻器產(chǎn)生的高次諧波的有效抑制作用。

濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。濾波器可以對(duì)電源線中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào)，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。

濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。換句話說，凡是可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱之為濾波器。濾波器，是對(duì)波進(jìn)行過濾的器件。“波”是一個(gè)非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，稱之為各種物理量的時(shí)間波形，或者稱之為信號(hào)。因?yàn)樽宰兞繒r(shí)間是連續(xù)取值的，所以稱之為連續(xù)時(shí)間信號(hào)，又習(xí)慣地稱之為模擬信號(hào)(Analog Signal)。

濾波是信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念，在直流穩(wěn)壓電源中濾波電路的作用是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。

濾波器的主要參數(shù)：

中心頻率(Center Frequency)：濾波器通帶的頻率f0，一般取f0=(f1+f2)/2，f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對(duì)下降1dB或3dB邊頻點(diǎn)。窄帶濾波器常以插損最小點(diǎn)為中心頻率計(jì)算通帶帶寬。

截止頻率(Cutoff Frequency)：指低通濾波器的通帶右邊頻點(diǎn)及高通濾波器的通帶左邊頻點(diǎn)。通常以1dB或3dB相對(duì)損耗點(diǎn)來標(biāo)準(zhǔn)定義。相對(duì)損耗的參考基準(zhǔn)為：低通以DC處插損為基準(zhǔn)，高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準(zhǔn)。

通帶帶寬：指需要通過的頻譜寬度，BW=(f2-f1)。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準(zhǔn)。

插入損耗(Insertion Loss)：由于濾波器的引入對(duì)電路中原有信號(hào)帶來的衰耗，以中心或截止頻率處損耗表征，如要求全帶內(nèi)插損需強(qiáng)調(diào)。

紋波(Ripple)：指1dB或3dB帶寬(截止頻率)范圍內(nèi)，插損隨頻率在損耗均值曲線基礎(chǔ)上波動(dòng)的峰值。

帶內(nèi)波動(dòng)(Passband Ripple)：通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量。1dB帶寬內(nèi)的帶內(nèi)波動(dòng)是1dB。

帶內(nèi)駐波比(VSWR)：衡量濾波器通帶內(nèi)信號(hào)是否良好匹配傳輸?shù)囊豁?xiàng)重要指標(biāo)。理想匹配VSWR=1：1，失配時(shí)VSWR>1。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的濾波器而言，滿足VSWR<1.5：1的帶寬一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例與濾波器階數(shù)和插損相關(guān)。

回波損耗(Return Loss)：端口信號(hào)輸入功率與反射功率之比的分貝(dB)數(shù)，也等于20Log10ρ，ρ為電壓反射系數(shù)。輸入功率被端口全部吸收時(shí)回波損耗為無窮大。

阻帶抑制度：衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標(biāo)。該指標(biāo)越高說明對(duì)帶外干擾信號(hào)抑制的越好。通常有兩種提法：一種為要求對(duì)某一給定帶外頻率fs抑制多少dB，計(jì)算方法為fs處衰減量；另一種為提出表征濾波器幅頻響應(yīng)與理想矩形接近程度的指標(biāo)——矩形系數(shù)(KxdB>1)，KxdB=BWxdB/BW3dB，(X可為40dB、30dB、20dB等)。濾波器階數(shù)越多矩形度越高——即K越接近理想值1，制作難度當(dāng)然也就越大。

延遲(Td)：指信號(hào)通過濾波器所需要的時(shí)間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對(duì)角頻率的導(dǎo)數(shù)，即Td=df/dv。

帶內(nèi)相位線性度：該指標(biāo)表征濾波器對(duì)通帶內(nèi)傳輸信號(hào)引入的相位失真大小。按線性相位響應(yīng)函數(shù)設(shè)計(jì)的濾波器具有良好的相位線性度。

按所處理的信號(hào)分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。

按所通過信號(hào)的頻段分為低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器五種。

低通濾波器：它允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過，抑制高頻分量或干擾和噪聲；

高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過，抑制低頻或直流分量；

帶通濾波器：它允許一定頻段的信號(hào)通過，抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲；

帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過，又稱為陷波濾波器。

全通濾波器：全通濾波器是指在全頻帶范圍內(nèi)，信號(hào)的幅值不會(huì)改變，也就是全頻帶內(nèi)幅值增益恒等于1。一般全通濾波器用于移相，也就是說，對(duì)輸入信號(hào)的相位進(jìn)行改變，理想情況是相移與頻率成正比，相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間延時(shí)系統(tǒng)。

按所采用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。

根據(jù)濾波器的安放位置不同，一般分為板上濾波器和面板濾波器。

板上濾波器安裝在線路板上，如PLB、JLB系列濾波器。這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是高頻濾波效果欠佳。其主要原因是：

1、濾波器的輸入與輸出之間沒有隔離，容易發(fā)生耦合；

2、濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路效果；

3、濾波器與機(jī)箱之間的一段連線會(huì)產(chǎn)生兩種不良作用：一個(gè)是機(jī)箱內(nèi)部空間的電磁干擾會(huì)直接感應(yīng)到這段線上，沿著電纜傳出機(jī)箱，借助電纜輻射，使濾波器失效；另一個(gè)是外界干擾在被板上濾波器濾波之前，借助這段線產(chǎn)生輻射，或直接與線路板上的電路發(fā)生耦合，造成敏感度問題；

濾波陣列板、濾波連接器等面板濾波器一般都直接安裝在屏蔽機(jī)箱的金屬面板上。由于直接安裝在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間完全隔離，接地良好，電纜上的干擾在機(jī)箱端口上被濾除，因此濾波效果相當(dāng)理想。

數(shù)字濾波器

定義

數(shù)字濾波器是與模擬濾波器相對(duì)應(yīng)的，我們在常用的離散系統(tǒng)中， 使用數(shù)字濾波器。它的主要作用是利用離散時(shí)間系統(tǒng)的特性，在這里 時(shí)間就是一個(gè)變量，然后在對(duì)外部輸入的信號(hào)，進(jìn)行處理，這里的輸 入信號(hào)一般都是廣義上的波形型號(hào)，信號(hào)可以是電壓、電流、功率等。 當(dāng)然也有類似于頻率等這種。在實(shí)際的操作中，我們也可以把輸入的信號(hào)波形變成輸出，也就是將輸入和輸出倒置。從而實(shí)現(xiàn)我們將信號(hào)的頻譜修改的目的。

實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段

數(shù)字濾波器有多種方式可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理，我們介紹在實(shí)際中使用最多的兩種，一種是我們集成電路的方式將集成電路的各種元 器件組成一個(gè)專用的設(shè)備，這種設(shè)備稱之為數(shù)字信號(hào)處理機(jī)，類似于arm架構(gòu)或者單片機(jī)架構(gòu)的數(shù)字處理機(jī)就是我們常用的一種，這種方式對(duì)于成套批量的需求商用價(jià)值比較高，因?yàn)樵靸r(jià)成本比較低，受到了市場的歡迎；另一種就是使用我們平常使用的x86/x64的商用或者工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬仿真，這個(gè)完全是使用應(yīng)用軟件進(jìn)行仿真的，這種方式也在實(shí)驗(yàn)室或者大型的數(shù)字濾波項(xiàng)目中使用，這種方式成本較高，不適宜與大批量的生產(chǎn)與配套。但是在實(shí)驗(yàn)室是最好的一種模擬方式，在高階模擬和運(yùn)算中有非常大的優(yōu)勢。

數(shù)字濾波器的對(duì)比

數(shù)字濾波器現(xiàn)在主要有兩種，一種是IIR，我們稱之為無限的沖激響應(yīng)濾波器，另外一種是FIR，這種濾波器是與IIR相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)是有限的沖激響應(yīng)濾波器。兩個(gè)系統(tǒng)都是有各自的特點(diǎn)的，FIR的濾波器是沒有閉環(huán)的反饋的環(huán)路信號(hào)，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，可以實(shí)現(xiàn)比較嚴(yán)格的線性方程的相位的計(jì)算，一般情況下相位的要求不嚴(yán)格一 般不會(huì)使用這個(gè)濾波器，相反的話，會(huì)采用這種濾波器。當(dāng)然在很多的場景下面，我們要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一些實(shí)時(shí)的處理，當(dāng)現(xiàn)場的信號(hào)數(shù)據(jù)越來越多的情況下，我們對(duì)硬件的性能要求就越來越高，市面上很多的單片機(jī)已經(jīng)無法滿足我們實(shí)際的功能需求，一般的8位的16位的乃至32位的單片機(jī)以及ARM芯片已經(jīng)不能在對(duì)算法進(jìn)行支撐，由于專門為數(shù)字處理設(shè)計(jì)的DSP控制器的出現(xiàn)，提高了我們?yōu)V波器的效率，DSP很多情況下可以使用多組總線的方式，并行處理多組實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，獨(dú)立的一些算法器充分的使用大大提高了我們?yōu)V波器的效率。對(duì)于硬件上的短板完全可以由DSP的芯片進(jìn)行彌補(bǔ)，做到對(duì)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理與計(jì)算。DSP與普通的微處理器相比有很大的數(shù)字信號(hào)的處理優(yōu)勢，他是單片機(jī)以及ARM的繼承，為信號(hào)處理做了一些局部的開發(fā)和改進(jìn)，大大的增強(qiáng)了數(shù)字處理的能力，它有特定的數(shù)據(jù)流程格式、有特定的算法器，有特殊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為解決復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)的處理提供了很多優(yōu)越的條件和基礎(chǔ)，通過對(duì)DSP的編程可以實(shí)現(xiàn)IIR濾波器。 FIR濾波器實(shí)際上有一定的缺陷，這類系統(tǒng)只有零點(diǎn)，它不會(huì)跟IIR系統(tǒng)的那樣容易獲取比較好衰減的特性，但是也有更加明顯的優(yōu)勢。他是通過非硬件電路實(shí)現(xiàn)的，相比硬件電路實(shí)現(xiàn)濾波器主要優(yōu)點(diǎn)有很多，例如，效率很高、有極點(diǎn)、有反饋等。

程控濾波系統(tǒng)

程控濾波系統(tǒng)是在傳統(tǒng)濾波器的不足中提出的，傳統(tǒng)濾波器在工作時(shí)產(chǎn)生誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。低精度的濾波器在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，而且傳統(tǒng)濾波器對(duì)波形要求越高就意味著需要跟多的運(yùn)放，這是非常麻煩的。所以程控濾波器的數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，可以有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問題，極大地提高生產(chǎn) 效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。

無源濾波器

無源濾波器是利用電阻、電抗器和電容器元器件構(gòu)成的濾波電路。諧振頻率時(shí)，電路阻抗值最小，非諧振頻率時(shí)，電路阻抗比很大，將電路元器件數(shù)值調(diào)整到某一特征諧波頻率，則能濾除該次諧波電流；當(dāng)若干諧波頻率的調(diào)諧電路組成在一起，則能濾除對(duì)應(yīng)的特征諧波頻率，通過低阻抗旁路實(shí)現(xiàn)對(duì)主要次數(shù)諧波(3、5、7)的過濾。主要原理就是針對(duì)不同次數(shù)諧波，設(shè)計(jì)該諧波頻率的阻抗為很小，實(shí)現(xiàn)諧波電流的分流效應(yīng)，即為預(yù)濾除的高次諧波提供旁路通道，實(shí)現(xiàn)凈化波形。

無源濾波器按接線形式可分為電容濾波器、電廠濾波電路、L型RC濾波電路、π形RC濾波電路、多節(jié)π形RC 濾波電路、π形LC濾波電路。按功能可分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器。無源濾波器具有如下優(yōu)勢：結(jié)構(gòu) 形式簡單、投資費(fèi)用低，能夠補(bǔ)償系統(tǒng)中的無功分量、改善電網(wǎng)功率因數(shù)；工作穩(wěn)定性較高、維護(hù)簡單、技術(shù)成熟等，在有源濾波器出現(xiàn)以前被廣泛采用。無源濾波器的缺點(diǎn)也有很多方面：受電網(wǎng)參數(shù)的影響較大，系統(tǒng)阻抗值和主要次數(shù)諧振頻率往往隨著工況發(fā)生變化；諧波濾除的頻帶也較窄，只能濾除主要次數(shù)的諧波，或因發(fā)生并聯(lián)諧振，放大一些次數(shù)的諧波；濾波和無功補(bǔ)償及調(diào)壓之間的協(xié)調(diào)較困難 ；隨著流經(jīng)濾波器的電流升高，可能造成設(shè)備過負(fù)荷運(yùn)行；耗材多，重量和體積都較大；運(yùn)行穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)。因此，整體性能更優(yōu)的有源濾波器得到越來越多的應(yīng)用。

有源濾波器

有源濾波器主要作用不僅能動(dòng)態(tài)追蹤并抑制諧波，而且可以補(bǔ)償電網(wǎng)中較低的無功分量。它能夠?qū)Ψ岛皖l率都波動(dòng)的高次諧波分量進(jìn)行補(bǔ)償，以及對(duì)變化的系統(tǒng)無功分量進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，克服了傳統(tǒng)型式諧波治理方案和無功補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，達(dá)到了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償?shù)男ЧPF的基本原理是檢測當(dāng)前系統(tǒng)的電壓和電流信號(hào)，通過指令電流運(yùn)算電路的運(yùn)算，產(chǎn)生補(bǔ)償電流信號(hào)，并將其指令由補(bǔ)償電流發(fā)生電路按諧波信號(hào)放大，從而得到補(bǔ)償電流，再與系統(tǒng)中的高次諧波分量及無功等電流抵消，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)波形的正弦化，濾除電網(wǎng)諧波，提高電能質(zhì)量。有源濾波器和無源濾波器的區(qū)別，在于需要電源供電，且既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無功。指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路是有源濾波器的兩個(gè)重要組成部分。指令電流運(yùn)算電路的作用是檢測出系統(tǒng)所需補(bǔ)償?shù)闹C波分量和無功分量等。補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是按照上述檢測到的諧波分量和無功分量，發(fā)出補(bǔ)償電流指令，產(chǎn)生能夠抵消的補(bǔ)償電流，它主要由三部分構(gòu)成 ：電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路。

根據(jù)儲(chǔ)能元件的不同，有源濾波器可以分為電壓型有源濾波器和電流型有源濾波器。電壓型有源濾波器，因其損耗少、效率高，被廣泛使用。電流型有源濾波器，因損耗大、效率低，而較少采用。按照交直流電源可分為直流 APF 和交流 APF。按照電路拓樸結(jié)構(gòu)分類，可分為串聯(lián)型 APF、并聯(lián)型 APF 和串并聯(lián)型，以及APF和PPF的混合型使用方式。與無源濾波器相比，有源濾波器有許多優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，可控性能非常強(qiáng)；具有自適應(yīng)功能，能夠動(dòng)態(tài)跟蹤和補(bǔ)償系統(tǒng)高次諧波；穩(wěn)定性高，不受系統(tǒng)阻抗影響，避免諧振的發(fā)生；能夠抑制閃變；補(bǔ)償系統(tǒng)不足的無功分量等。機(jī)柜式系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，聯(lián)絡(luò)設(shè)計(jì)細(xì)密，可隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求擴(kuò)容，可拓展性強(qiáng)，模塊化的配置方式和小巧的體積讓設(shè)計(jì)者有更多的選擇，并可最大程度節(jié)省用戶空間，可實(shí)現(xiàn)彈性的容量配置，支持后續(xù)現(xiàn)場容量擴(kuò)展。現(xiàn)場安裝和維修維護(hù)更是簡單拔插即可。 抽屜式結(jié)構(gòu)，能夠滿足用戶單獨(dú)對(duì)模塊設(shè)計(jì)，選用優(yōu)良的架構(gòu)形式，具備DSP處理能力，運(yùn)用大型可編程控制器操作，選用大功率電力電子組件，具有可外傳的通信端口，還可附于其他盤柜中獨(dú)立工作。

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總結(jié)

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