有源和無源濾波器的區別_有源無源濾波器優缺點

2020-11-25 電子發燒友

  任何一個電子系統都具有自己的頻帶寬度(對信號最高頻率的限制),頻率特性反映出了電子系統的基本特點。而濾波器,則是根據電路參數對電路頻帶寬度的影響而設計出來的工程應用電路。大家都知道濾波器種類很多,而有源和無源濾波器的區別我們最簡單的分別辦法是看看是否需要電源,在作用上最大的區別在於有源濾波器可以有增益,無源濾波器無增益是衰減的。

  有源濾波器之所以稱為有源,顧名思義該裝置需要提供電源(用以補償主電路的諧波),其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波抑制和無功補償方法的缺點(傳統的只能固定補償),實現了動態跟蹤補償,而且可以既補諧波又補無功。

  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,補償後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。

  有源和無源濾波器的區別---濾波原理不同

  有源濾波(APF)與無源濾波(FC)在濾波原理上是不同的,無源濾波主要是利用阻容元器件的LC諧振特性,對系統中的某一特定頻率形成一個低阻通道,這個低阻通道與系統阻抗形成並聯分流關係,讓諧波成份從濾波系統中流過。也就是說無源濾波器是利用電容器和電抗器形成LC諧振迴路對電網系統中某一次或幾次諧波進行濾波,從而達到對系統濾波的作用。

  有源濾波APF則是利用現代電力電子器件主動產生一個與系統諧波大小相等相位相反的諧波,以「抵消」系統產生的諧波。概括地說FC屬於並聯分流,APF是主動抵消。

  有源和無源濾波器的區別--功耗的區別

  無源濾波器由於電阻以及電感的阻抗存在,功耗在同等情況下還是比有源濾波器要高一些,而且電路的延遲要要大一些。有源濾波器的功耗相對而言會小很多,而且在通帶內不會有衰減,而通過設定濾波器的Q值,可以改變放大倍數。一般的模擬低通濾波器用的很多用ButterWorth類型的有源濾波器,效果還是很好的。但是問題還是隨之而來,帶寬一般能提升,而且受到電路所選擇的運放限制,一旦超過運放頻率特性範圍,電路就很容易自激振蕩,輸出的就全部是噪聲了。

  有源和無源濾波器的區別--應用領域的區別

  無源濾波電路的結構簡單,易於設計,但它的通帶放大倍數及其截止頻率都隨負載而變化,因而不適用於信號處理要求高的場合。無源濾波電路通常用在功率電路中,比如直流電源整流後的濾波,或者大電流負載時採用LC(電感、電容)電路濾波。

  有源濾波電路的負載不影響濾波特性,因此常用於信號處理要求高的場合。有源濾波電路一般由RC網絡和集成運放組成,因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用,同時還可以進行放大。但電路的組成和設計也較複雜。

  有源濾波電路不適用於高電壓大電流的場合,只適用於信號處理。

  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。

  有源無源濾波器優缺點-----有源濾波反映動作迅速、價格高

  有源濾波自身就是諧波源。其依靠電力電子裝置,在檢測到系統諧波的同時產生一組和系統幅值相等,相位相反的諧波向量,這樣可以抵消掉系統諧波,使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外,同時還可以動態補償無功功率。其優點是反映動作迅速,濾除諧波可達到95%以上,補償無功細緻。

  有源濾波器同無源濾波器比較,治理效果好,主要可以同時濾除多次及高次諧波,不會引起諧振。

  有源濾波器缺點為價格高,容量小。由於目前國際上大容量矽閥技術還不成熟,所以當前常見的有源濾波容量不超過600千瓦。其運行可靠性也不及無源。

  一般低頻信號濾波還是可以用普通運放,但是信號的頻率一旦增大了,尤其是信號達到MHz,這個時候普通的運放還是很難達到要求,就需要選擇高速運放,但是高速運放的價格確實很貴的。一旦在有源濾波器中加入高成本的高速運放就大大的增加了成本。

  有源無源濾波器優缺點-----無源濾波成本低、諧波濾除率低

  一般無源濾波指通過電感和電容的匹配對某次諧波並聯低阻(調諧濾波)狀態,給某次諧波電流構成一個低阻態通路。這樣諧波電流就不會流入系統。無源濾波的優點為成本低,運行穩定,技術相對成熟,容量大。缺點為諧波濾除率一般只有80%,對基波的無功補償也是一定的。目前在容量大且要求補償細緻的地方一般使用有源加無源混合型,即無源進行大容量的濾波補償,有源進行微調。

  無源濾波器的通帶變化還會受到輸入電阻和輸出電阻的影響,也就是輸入端信號源的內阻會對濾波器網絡有影響,其次負載的變化也對濾波網絡有影響,因此在設計的時候要考慮這一點。

  阻抗影響

  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。

  頻率影響

  無源濾波器諧振點偏移,效果降低;有源濾波器不受影響。

  負載影響

  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。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。

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