有源滤波器是一种电子设备。它用来消除电网中的谐波。谐波是一种有害的干扰。它由非线性负载产生。非线性负载很多。比如电脑。比如变频器。比如荧光灯。这些设备用电时会产生谐波。谐波会让电压和电流波形变形。这很不好。波形变形会让其他设备工作不正常。会让电线发热。会让电表计量不准。严重时会引起设备损坏。有源滤波器就是为了解决这个问题。

电网需要干净的电流。有源滤波器能产生一个相反的谐波电流。这个电流和电网中的谐波电流大小相等方向相反。它们互相抵消。这样电网电流就变得正弦波了。就干净了。有源滤波器的核心是电力电子技术。它使用IGBT这样的开关器件。它需要一个控制电路。控制电路检测电网的谐波。然后计算需要补偿的电流。然后驱动IGBT产生补偿电流。这个过程很快。是瞬时完成的。

有源滤波器有很多种类。按连接方式分有并联型。有串联型。并联型用的多。它直接并联在电网上。像一个大电流源。它只补偿谐波电流。不影响基波电流。串联型用的少。它串联在电网上。像一个电压源。它用来补偿电压问题。比如电压跌落。比如电压闪变。

有源滤波器的主要部分包括指令电流计算电路。这个电路很关键。它要快速准确地检测出谐波。检测方法有很多。一种方法是瞬时无功功率理论。这种方法速度快。效果好。另一种方法是傅里叶分析。它把电流分解成不同频率的分量。然后找出谐波分量。这种方法计算量大。慢一些。但现在计算机快了。也可以用。

另一个主要部分是电流跟踪控制电路。这个电路控制IGBT开关。让输出电流紧紧跟着指令电流。常用的控制方法有滞环控制。滞环控制很简单。它设定一个电流误差范围。实际电流比指令电流低太多就开通。高太多就关断。这样电流就在一个环里变化。这种方法开关频率不固定。但响应快。另一种方法是三角载波控制。它把指令电流和三角波比较。产生固定的开关频率。这种方法开关损耗小。但响应慢一点。

有源滤波器还有直流侧电容。这个电容提供能量缓冲。它要保持电压稳定。电压不稳定会影响补偿效果。电容值要选合适。大了成本高。小了电压波动大。

有源滤波器的应用很广。在工厂里。很多电机用变频器。变频器产生大量谐波。装上并联有源滤波器后。谐波减少了。电机运行更平稳。在办公楼里。大量电脑和照明产生谐波。装上滤波器后。电网质量好了。设备寿命长了。在医院里。精密仪器怕干扰。有源滤波器能提供干净的电源。保证仪器正常工作。

有源滤波器有优点。它响应快。能补偿多次谐波。它能同时补偿无功功率。它不受电网阻抗影响。它体积小。重量轻。有源滤波器也有缺点。它成本高。它自己也会产生开关谐波。它需要维护。它的容量有限。不能补偿太大的谐波。

有源滤波器在发展。新的器件出现了。比如碳化硅器件。碳化硅器件开关速度快。损耗小。用碳化硅做有源滤波器。效果更好。体积更小。新的控制方法也在研究。比如神经网络控制。神经网络能自己学习。能适应不同的负载情况。补偿效果更好。还有多电平技术。多电平技术让输出电压波形更接近正弦波。开关损耗更小。电磁干扰更小。

有源滤波器和无源滤波器可以结合。无源滤波器由电感和电容组成。它结构简单。成本低。但它只能补偿固定次数的谐波。它可能和电网发生谐振。有源滤波器和无源滤波器一起用。无源滤波器补偿主要的大幅度谐波。有源滤波器补偿剩下的谐波。这样既省钱。效果又好。这叫混合滤波器。

有源滤波器的设计要考虑很多问题。要测量现场的谐波情况。知道谐波的次数。谐波的大小。然后确定滤波器的容量。选择合适的主电路结构。设计控制电路。选择元器件。还要考虑散热问题。保护问题。比如过流保护。过压保护。缺相保护。

有源滤波器的未来很好。电网里的谐波越来越多。人们对电能质量要求越来越高。有源滤波器会越来越重要。它的价格会降低。性能会提高。它会变得更聪明。更可靠。它会成为电网的标准配置。就像电表一样普遍。

谐波污染是一个大问题。它浪费电能。它损坏设备。它影响生产。有源滤波器是解决这个问题的好办法。它像电网的清洁工。它不停地工作。把谐波清理干净。它让电更安全。更经济。更可靠。研究有源滤波器很有意义。它能帮助我们更好地用电。它能节约能源。它能保护环境。