串聯(lián)濾波器

現(xiàn)有的諧波濾除裝置大都使用無源并聯(lián)濾波器，對每一種頻率的諧波需要使用一組濾波器，通常需要使用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波 。多組濾波器的使用造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增高，并且由于通常的系統(tǒng)中含有無限多種頻率的諧波成分，因此無法將諧波全部濾除。不僅如此，由于并聯(lián)濾波器對諧波的阻抗很低，通常會使諧波源產(chǎn)生更大的諧波電流，諧振在不同頻率的濾波器還會互相干擾，例如7次諧波濾波器就可能會放大5次諧波。因此，如果有人將并聯(lián)濾波器安裝前后的諧波情況做過對比，就會發(fā)現(xiàn)：雖然濾波器安裝以后影響系統(tǒng)的諧波電流減小，但是各濾波器中以及進(jìn)入系統(tǒng)的諧波電流之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過未安裝濾波器之前，諧波源產(chǎn)生的諧波電流也超過未安裝濾波器之前。

從廣義的角度來講，頻率不等于工頻頻率的成分統(tǒng)統(tǒng)都是諧波。因此，工頻是單一頻率，而諧波有無限多種頻率，可見諧波具有無限的復(fù)雜性，使用并聯(lián)濾波器的方法顯然無法對付無限頻率成分的諧波。

無限的復(fù)雜性迫使我們不得不放棄無限復(fù)雜的解決方案，仔細(xì)閱讀上一段的敘述，我們就會發(fā)現(xiàn)無限的對立面：工頻是單一頻率。如果我們構(gòu)造一個(gè)濾波器，只允許工頻頻率的電流通過，所有其他頻率成分的電流統(tǒng)統(tǒng)不允許通過，豈不就解決了這個(gè)無限復(fù)雜的問題了嗎？

由電感與電容串聯(lián)構(gòu)成的LC串聯(lián)濾波器，具有一個(gè)阻抗很低的串聯(lián)諧振點(diǎn)，如果我們構(gòu)造一個(gè)串聯(lián)諧振點(diǎn)為工頻頻率的串聯(lián)濾波器，并將其串聯(lián)在線路中，就可以濾掉所有的諧波。這就是本文介紹的串聯(lián)濾波器，串聯(lián)濾波器由電感和電容串聯(lián)而成，并且串聯(lián)連接在電源與負(fù)荷之間，因此串聯(lián)濾波器的“串聯(lián)”二字具有雙重意思：一個(gè)意思表示電感與電容串聯(lián)，另一個(gè)意思表示串聯(lián)在電路中使用。

由于濾除諧波的作用主要由電感完成，因此電感量越大濾除諧波的效果越好。但是電感量越大則價(jià)格越高，損耗越大，因此從成本及損耗上去考慮問題則希望電感量越小越好。當(dāng)電感的基波感抗小于負(fù)荷等效基波阻抗的50%時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)良好的濾波效果（負(fù)荷等效基波阻抗就是負(fù)荷相電壓有效值與相電流有效值的比值）。因此電感的基波感抗必須大于負(fù)荷等效基波阻抗的50%。

對于電容器的選擇與電感的選擇情況不同，電感的匝數(shù)可以隨意設(shè)計(jì)，而電容器的耐壓只有固定的若干等級，不能隨意設(shè)計(jì)。比如在低壓配電系統(tǒng)中，就只有耐壓230V與400V的電力電容器可供選擇。由于電容器串聯(lián)在電路中，電容器中的電流即為負(fù)荷電流，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器中流過的電流等于電容器的額定電流，電容器得到充分的利用，因此，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的成本最低。

實(shí)際的串聯(lián)濾波器成本主要由電感與電容器的成本構(gòu)成。串聯(lián)諧振的電感與電容對基波的阻抗相等并且電流相同，因此電感與電容的基波工作電壓相同。前面已經(jīng)說明，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的成本最低，因此電感的實(shí)際工作電壓應(yīng)該等于電容器的額定電壓。電容器的額定電壓等級大都與電網(wǎng)電壓相當(dāng)，如果電感的實(shí)際工作電壓等于電容器的額定電壓，相當(dāng)于電感阻抗與負(fù)荷阻抗相當(dāng)，可以取得最好的性能價(jià)格比。在這個(gè)基礎(chǔ)上，如果提高電感的感抗，雖然濾波效果可以提高但提高不多，電感的成本增加，電容器需要串聯(lián)，成本急劇增加，性能價(jià)格比下降，因此電感的基波感抗大于負(fù)荷等效基波阻抗的200%沒有實(shí)際意義，如果降低電感的感抗，則濾波效果下降，電感的成本降低，電容器的容量增加因此成本增加，性能價(jià)格比也下降。為了獲得足夠的可靠性，電感與電容器的實(shí)際工作電壓應(yīng)略低于電容器的額定電壓。

當(dāng)諧波電流由外網(wǎng)竄入而影響內(nèi)網(wǎng)負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，在電源與負(fù)荷設(shè)備之間接入串聯(lián)濾波器就可以阻擋諧波保證負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行。

當(dāng)諧波由內(nèi)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生而影響系統(tǒng)時(shí)，產(chǎn)生諧波的設(shè)備即為諧波源，在諧波源與電源之間接入串聯(lián)濾波器就可以使諧波源產(chǎn)生的諧波電流大幅度減小。這里需要注意：串聯(lián)濾波器使諧波源自身產(chǎn)生的諧波電流減小，相當(dāng)于使污染源產(chǎn)生的污染減小，是治本的手段。而并聯(lián)濾波器并不能減小諧波源產(chǎn)生的諧波，而是為諧波電流提供一個(gè)低阻抗的通道，避免諧波電流污染系統(tǒng)，相當(dāng)于先污染再治理的方式，是治標(biāo)的手段。不僅如此，由于并聯(lián)濾波器對諧波的阻抗很低，通常會使諧波源產(chǎn)生更大的諧波電流。

當(dāng)串聯(lián)濾波器連接在電源與諧波源之間時(shí)，諧波源的輸入電壓波形會發(fā)生嚴(yán)重畸變，正時(shí)這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流接近正弦波。這種輸入電壓波形畸變可能會影響諧波源控制電路的正常運(yùn)行，如果出現(xiàn)控制電路不能正常運(yùn)行的情況，應(yīng)該將控制電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。2100433B