MaxSine型有源濾波器

MaxSine (a)A –(b)L×(c)-(d)Hz

其中:

a=補(bǔ)償額定輸出電流，A

b=3三相接線不帶中性線，b=4三相接線帶中性線

c=中性線電流容量與相線電流容量的倍數(shù): c=1，c=2，c=3

d=頻率50Hz或60Hz

技術(shù)數(shù)據(jù)

電源電壓:3 x 400 V +10% -20% (如果需要可與電源電壓不同)

頻 率:50Hz 或60Hz, ±2%

過載能力:1.2 x IRMS (動態(tài))

開關(guān)頻率:10 kHz (平均)

響應(yīng)時間:1ms

功率損耗:3% 設(shè)備額定輸出容量時

噪 音:60 dB

環(huán)境溫度: 0°…+40°C

安裝處海

拔高度:1000 m海平面 (超出范圍請與供貨商聯(lián)系)

濕 度: 0 - 85% 不凝結(jié)

儲藏溫度: -25…+55°C

運(yùn)輸溫度: -25…+70°C

防護(hù)等級: IP 20

標(biāo) 準(zhǔn): EN 61000-6-2 / EN 50081-2

三相電路瞬時無功功率理論是APF發(fā)展的主要基礎(chǔ)理論;APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多;并聯(lián)有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯(lián)有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。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，但是價位相對高!

(一)設(shè)計原理

濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制(或衰減)無用頻率信號的電子電路或裝置。在工程上，常用它來進(jìn)行信號處理，數(shù)據(jù)傳送或抑制干擾等。以往濾波器主要采用無源元件R、L、和C組成，目前一般用集成運(yùn)放、R、C組成，常稱為有源濾波器。

在一個實(shí)際的電子系統(tǒng)中，有時輸入信號往往受干擾等原因而含有一些不必要的成分，應(yīng)當(dāng)把它衰減到足夠小的程度。而在另一些場合，有時我們需要的信號和別的信號混在一起，應(yīng)當(dāng) 設(shè)法把我們需要的信號挑出來。要解決這些問題都需要采用有源濾波器。

用在系統(tǒng)可編程模擬器件實(shí)現(xiàn)有源濾波器的設(shè)計非常方便。通常用三個運(yùn)算放大器就可以實(shí)現(xiàn)雙二階型函數(shù)的電路。而雙二階型函數(shù)能實(shí)現(xiàn)所有的濾波器函數(shù)，如低通、高通、帶通、帶阻。雙二階函數(shù)的表達(dá)式如3-17-1所示，式中m=1或0，n=1或0。

3-17-1

這種電路的靈敏度相當(dāng)?shù)?，電路容易調(diào)整。另一個顯著特點(diǎn)是只需增加少量的元件就能實(shí)現(xiàn)各種濾波函數(shù)。3.16節(jié)可知ispPAC10、ispPAC20器件結(jié)構(gòu)與功能，實(shí)現(xiàn)這樣的電路很容易。首先討論低通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)如3-17-2式。

3-17-2

3-17-3

3-17-4

3-17-4式可寫成3-17-5式形式

b=k1k2 3-17-5

3-17-1為雙二階有源濾波器方框圖。

不難看出方框圖中的函數(shù)可以分別用反相器電路、積分電路、有損積分電路來實(shí)現(xiàn)。把各個運(yùn)算放大器電路代入3-17-1的方框圖即可得到3-17-2電路。

然而現(xiàn)在已不再需要電阻、電容、運(yùn)放搭電路了，調(diào)試電路了。利用在系統(tǒng)可編程器件可以很方便的實(shí)現(xiàn)此電路。ispPAC10能夠?qū)崿F(xiàn)方框圖中的每一個功能塊。PAC塊可以對兩個信號進(jìn)行求和或求差，K為可編程增益，電路中把K11、K12、K22設(shè)置成+1，把K12設(shè)置成-1。因此三運(yùn)放的雙二階型函數(shù)的電路用兩PAC塊就可以實(shí)現(xiàn)。在開發(fā)軟件中使用原理圖輸入方式，把兩個PAC塊連接起來。

電路的CF是反饋電容值，Re是輸入運(yùn)放的等效電阻。其值為250kΩ。兩個PAC塊是輸出分別為Vo1和Vo2?？梢苑謩e得到兩個表達(dá)式，3-17-6表達(dá)式為帶通函數(shù)、

3-17-6

3-17-7表達(dá)式為低通函數(shù)

3-17-7

實(shí)際利用ispPAC進(jìn)行濾波器的設(shè)計時，一般在其開發(fā)軟件PAC-Designer中含有一個宏，專門用于濾波器的設(shè)計，設(shè)計者只要根據(jù)所要求選擇不同類型，不同性能指標(biāo)的濾波器配置電路，不需要自己連接電路，只要輸入濾波器的相應(yīng)指標(biāo)。如fo、Q等參數(shù)，即可自動產(chǎn)生濾波器電路。例如:用ispPAC10或ispPAC20設(shè)計時，需要在自動生產(chǎn)的濾波器電路里設(shè)置相應(yīng)的增益和電容值。然后用模擬器模擬出所設(shè)計濾波器的幅頻和相頻特性。并與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行較，是否符合技術(shù)要求。

例如:根據(jù)3-17-6和3-17-7給出的方程，輸入相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，便可以在PAC Designer軟件中濾波器設(shè)計的宏里自動產(chǎn)生雙二階濾波器電路，增益和相應(yīng)電容值根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。開發(fā)軟件中還有一個模擬器，用于模擬濾波器的幅頻和相頻特性。

(二).ispPAC器件設(shè)計有源濾波器舉例

ispPAC80是lattice公司繼ispPAC10和ispPAC20后推出的一種專門用來實(shí)現(xiàn)高性能連續(xù)時間低通濾波器的模擬可編程器件。該器件內(nèi)部包含了儀表放大器增益級，內(nèi)核是一個五階濾波器，其軟件設(shè)計方法與ispPAC10、ispPAC20稍有不同。

每一片ispPAC80器件可以同時存儲兩組不同參數(shù)的五階濾波器配置(cfgA和cfgB),在進(jìn)行設(shè)計前其默認(rèn)值是空的(cfgA.unknown,cfgB.unknown)。ispPAC80軟件庫中含有八千多種不同類型和參數(shù)的五階濾波器庫，設(shè)計者可以調(diào)用該庫從而方便地完成設(shè)計。例如:先設(shè)計第一個配置(cfgA):雙擊cfA unkown所在的矩形框，產(chǎn)生如圖3-17-7所示的五階濾波器庫。

該庫中含有各種不同類型的濾波器，如薩頓斯濾波器(Satons)、巴塞爾濾波器(Bessel)、線性濾波器、高斯濾波器(Gaussian)，巴特沃斯濾波器(Butterworth)、橢圓濾波器等，每種類型的濾波器根據(jù)其參數(shù)值的不同，又分為不同的具體型號，共8244種。設(shè)計者只需要具備關(guān)于濾波器技術(shù)指標(biāo)等知識，如通帶頻率、止帶頻率、止帶衰減，相位線性度，群延時等。設(shè)計者根據(jù)所需要的設(shè)計的目標(biāo)濾波器的各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫里挑選出與目標(biāo)技術(shù)指標(biāo)比較接近(相差不會超過3.0﹪)的組構(gòu)方案。比如根據(jù)設(shè)計設(shè)計要求選定一種濾波器，如第4001種(ID號為4000)的橢圓濾波器，雙擊該ID號，將該種濾波器拷貝進(jìn)ispPAC80的第一組配置ConfigurationA中。

雙擊輸入使用運(yùn)放IA圖形，可以調(diào)整輸入增益倍數(shù)(1.2.5或10)。同樣，雙擊wakeup=cfgA的梯形圖標(biāo)，可以設(shè)置激活配置cfgA或cfgB。在上述設(shè)計輸入完畢后，軟件就可自動完成對濾波器的電路進(jìn)行連接與參數(shù)配置。設(shè)計輸入完畢后，按Tool=Run Simulator菜單，可對設(shè)計進(jìn)行仿真，方法與3.16節(jié)相同。若仿真結(jié)果仍與設(shè)計要求有所偏差，則還可以調(diào)整3-17-8中濾波器的參數(shù)C1、C2、C3、C4、L2、L4和C5(雙擊該處即可進(jìn)入?yún)?shù)調(diào)整狀態(tài))。

(二)spPAC80的特性曲線如3-17-10所示，供設(shè)計參考

1. 低通五階濾波器增益為1，轉(zhuǎn)折頻率為10kHz，通帶內(nèi)允許最大波動為±1dB。

2. 設(shè)計一雙二階有源濾波器，要求實(shí)現(xiàn)低通、帶通、高通輸出。帶通中心頻率fo為10kHz，低通、高通轉(zhuǎn)折頻率均為10kHz，增益為2。

1.畫出所設(shè)計有源濾波器原理圖

2.用PAC-Designer軟件根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計出濾波器，打印出仿真曲線，并把設(shè)計好的濾波器下載到相應(yīng)的芯片里。

3. 在實(shí)驗(yàn)儀器對芯片進(jìn)行測試，芯片里的濾波器性能指標(biāo)是否符合要求。

五.實(shí)驗(yàn)儀器及器件

所用儀器同3.16

ispPAC20、ispPAC10、ispPAC80適配板各一塊。

有源濾波器

70年代初期，日本學(xué)者就提出了有源濾波器APF(Active Power Filter)的概念，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時補(bǔ)償諧波電流的目的。

與無源濾波器相比，AFP具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補(bǔ)償各次諧波，可抑制閃變、補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn);濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險;具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。