Шунтирующие пассивные фильтры для подавления гармоник

Анонс: Простые и сложные, недорогие и финансово накладные технические решения для повышения качества электроэнергии в силовых сетях низкого и среднего напряжения.

В нашей стране, к сожалению, продолжается «тренд» дорогих технических решений нарастающих проблем качества электроэнергии в силовых потребительских (и распределительных) сетях низкого и сегмента низкого среднего напряжения, причем в:

• аспектеснижения перетоков реактивной мощности, где сегодня в качестве единственно возможного решения предлагаются дорогие конденсаторные установки с коммутацией ступеней тиристорными вентилями или автоматические контакторные УКРМ.
  В то же время на практике простые, недорогие и эффективные нерегулируемые конденсаторные установки могут и должны использоваться для срезания фонового потребления потребности в реактивной энергии вне зависимости от уровня автоматизации сети, в том числе после цифровой трансформации.
  Справка: Здесь речь не идет о замене релейных УКРМ или тиристорных УКРМТ, а только о снижении мощности и, соответственно, цены покупаемых УКРМ за счет нивелирования постоянной («фоновой») потребности в реактивной энергии нерегулируемыми установками, конденсаторными батареями, модулями, конденсаторами, что экономически целесообразно;
• направлении технических решений проблемы негативного влияния эмиссии и трансмиссии гармоник на качество электроэнергии в сети, стабильность электроснабжения, долговечность оборудования, технологические процессы в силовых сетях предприятий разных отраслей экономики.

Так, большинство силовых потребительских сетей перегружено 3-й и (или) 5-й, и (или) 7-й, реже 11-й, 13-й гармониками, которые хорошо устраняются пассивными фильтрами, а более дорогие, хотя и очень эффективные активные фильтры гармоник (АФГ) стоит использовать по показаниям энергоаудита в каждом конкретном случае и, возможно совместно с пассивными, что позволит снизить мощность и цену АФГ.

Лучшими по цене и хорошими по эффективности нивелирования гармоник низких порядков были и остаются шунтирующие пассивные фильтры параллельного подключения — настроенные на резонансную частоту колебательные LC-, а оптимально RLC-контура, в которых дополнительно вводится резистивное сопротивление для демпфирования зависимости работы контура от сопротивления силовой сети и регулирования добротности.

Справка: Добротность фильтра определяется, как отношение сопротивления реактивных элементов контура при резонансе (характеристическое волновое сопротивление р = X_L/X_C) к активному сопротивлению q = р/Rф, в расчетах может использоваться формула q = 2π*f*L/Rф.

Рис. Пассивные шунтирующие узкополосные фильтры с разной добротностью.

При росте добротности сужается полоса пропускания фильтра и увеличивается его эффективность, однако на практике настроенная частота фильтра fрез может и будет изменяться в определенных пределах из-за влияет температуры, напряжения на характеристики конденсаторов и реактора.

Поэтому добротность фильтра подбирают в пределах интервала 30 – 60, варьируя величиной сопротивления резистора в цепочке контура.

Шунтирующий пассивный фильтр иногда называют ненастроенным, а более корректно – нерегулируемым и он в идеале работает только резонансной гармонике, «оттягивая на себя» гармонический ток благодаря очень малому сопротивлению на частоте настройки. Т.е. токи основной частоты и гармоник других порядков (условно) идут по основной сети, а ток резонансной частоты уходит в фильтр, где затухает, преодолевая сопротивления в контуре. Вместе с тем, расчет узкополосного (однозвенного) фильтра ведется с учетом попадания в контур токов гармоник других порядков, что позволяет исключить риски перегрузки конденсаторной батареи и реактора по мощности.

Такой подход используется в:

• международной практике, формализован в IEEE Std 519, IEC 61642, новом IEEE 1531-2020 с рекомендациями по проектированию, интеграции пассивных шунтирующих фильтров гармоник в силовых сетях, включая промышленные низковольтные и электрические сети среднего напряжения;
• отечественной научной литературе[1, 2], и регламентирован в новых действующих ГОСТ Р 59032. 1/4-2020, в том числе, где в п. 4.2рекомендовано вычислять токовую нагрузку фильтра, как квадратный корень из суммы квадратов для токов каждой гармоники.

Базой для расчетов узкополосного фильтра должны быть данныеполноценного анализа качества электроэнергии в сети по всему спектру частот гармоник вплоть до 49-го порядка, причем полученные при энергоаудите для режима пиковой нагрузки объекта, что позволит просчитать минимально допустимую мощность устройства. При отсутствии данных энерогоаудита ориентировочный расчет узкополосного однозвенного шунтирующего фильтра (или многозвенного для двух и более резонансных гармоник) может быть выполнен с использованием справочных данных силового оборудования и с учетом типа нагрузок, определяя токи гармоник для:

• нелинейных нагрузок «спокойного» режима [1] (преобразователи прокатных станов непрерывного процесса, электролизного производства, систем освещения газоразрядных ламп и т.п.) по формуле In_Ʃ = S_Ʃ*kn_Ʃ/(√3*Uном*n), где S_Ʃ – полная суммарная мощность преобразователей, kn_Ʃ – коэффициент, учитывающий сдвиг по фазе между гармониками разных преобразователей, принимаемый 0. 9 для 5-й и 7-й гармоник, 0.75 для 11-й и 13-й гармоник, 1.0 для газоразрядных ламп.
• резкопеременных нелинейных нагрузок типа установок дуговой и контактной сварки [2] по формуле In _Ʃ = S_Ʃ/(Uном*n2), где S_Ʃ – полная суммарная мощность электросварочных установок и т.д.

Литература:

1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. — 6-е изд., перераб. и доп. — М: Энерго-атомиздат, 2010.
2. И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов и др. Управление качеством электроэнергии (под ред. Ю.В. Шарова) – М.: МЭИ. 2006.

АКТИВНЫЕ И ПАССИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

АКТИВНЫЕ И ПАССИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ — Тюнинг-ателье «Автозвук 13″ Skip to content

Самая популярная сфера применения фильтров

 – это распределение колебаний воздушной волны либо диапазона, который в последующем воссоздают динамические головки.

Первоначально основной проблемой радиоэлектроники считался недобросовестный сервис функций радиопередачи. Потребность защиты радиоканалов была решена через применение фильтров в приборах.

Фильтр является именно тем, с чего началась вся радиотехника. Изначально фильтры, состоящие из конденсаторов и катушек, были пассивными, т.е. они находились в зависимости от цепочки сопротивления, которая за ними стояла. От основного недостатка сопротивления удалось избавиться с возникновением активных фильтров.

В практике инсталляторов пассивные фильтры производят значительно больше никак не взирая на простоту в производстве активных. Активный фильтр – это, по существу, фильтр пассивный, который загружен в эмиттерный ретранслятор. На основании этого возможно создать активный фильтр любого порядка. Эмиттерный ретранслятор в транзисторе вида n-p-n правильнее использовать при производстве фильтров первого режима, т.к. их больше и в производстве они максимально оптимальны.

Согласно прецеденту можно применить каждый транзистор n-p-n, коэффициент увеличения которого h31э.

В основной массе случаев рекомендуют подбирать резистор приблизительно равнозначный 1 мА. Но в этом случае необходимо следить, чтобы совместное сопротивление одновременно подключенных резисторов было минимальнее, нежели в цепочке эмиттера.

Возможно применять любое оперативное устройство, которое действует с однополярным питанием. 100 Гц – это та частота среза, на которую рассчитан фильтр. Номинал частоты возможно изменить обратно пропорционально частоты первой степени. Желание справится с громоздкими блокировочными конденсаторами стало основной предпосылкой перехода с однополосных ключей питания к двухполосным.

При этом не исключается вероятность того, что можно обойтись и без них сделав источником выход другого среза фильтра. У фильтров 1-ого порядка постоянно одна и та же частотная характеристика. По большей части в формировании фильтров усилителей задействовано в целом две диаграммные реализации.

При выборе резисторов не будет возникать трудностей в случае, если фильтр реорганизуемый. Если есть потребность поменять частоту среза в соответствии с этим следует изменить резисторы, которые введены одновременно. Для данной цели подходят специализированные двойные переменные резисторы различной номинальности.

Записаться на консультацию БЕСПЛАТНО!

 

×

Записаться на консультацию БЕСПЛАТНО!

 

×

Записаться на консультацию БЕСПЛАТНО!

 

×

Записаться на консультацию БЕСПЛАТНО!

 

×

Записаться на консультацию БЕСПЛАТНО!

 

×

Пассивные фильтры

Google Ads

• Изучив этот раздел, вы сможете описать:
• • Использование пассивных фильтров
• • Типовые схемы фильтров.
•   • RC-фильтры.
•   • ЖХ-фильтры.
•   • фильтры LR.
• Распознавание упакованных фильтров.
•   • Керамические фильтры.
•   • ПАВ-фильтр.
•   • Трехпроводные герметичные фильтры.

Используется для пассивных фильтров.

Фильтры широко используются для придания таким цепям, как усилители, генераторы и схемы электропитания, требуемой частотной характеристики. Некоторые примеры приведены ниже. Они используют комбинации R, L и C

Как описано в модуле 6, катушки индуктивности и конденсаторы реагируют на изменения частоты противоположным образом. Глядя на схемы для фильтров нижних частот, показанные комбинации LR и CR имеют аналогичный эффект, но обратите внимание, как положения L и C меняются местами по сравнению с R для достижения того же результата. Причины этого и то, как работают эти схемы, будут объяснены в Разделе 8. 2 этого модуля.

Рис. 8.1 1 Фильтры нижних частот.

Фильтры нижних частот

Фильтры нижних частот используются для удаления или ослабления высоких частот в цепях, таких как аудиоусилители; они дают требуемую частотную характеристику схемы усилителя. Частота, при которой фильтр нижних частот начинает уменьшать амплитуду сигнала, может быть регулируемой. Этот метод можно использовать в усилителе звука в качестве регулятора «TONE» или «TREBLE CUT». Фильтры нижних частот LR и фильтры верхних частот CR также используются в акустических системах для направления соответствующих полос частот на динамики различных конструкций (т.е. Низкочастотные динамики для низких частот и «Твитеры» для воспроизведения высоких частот). В этом приложении комбинация фильтров верхних и нижних частот называется «кроссоверным фильтром».

И CR, и LC Фильтры нижних частот, удаляющие практически ВСЕ частоты выше нескольких Гц, используются в схемах питания, где на выходе требуется только постоянный ток (ноль Гц).

Рис. 8.1.2 Фильтры верхних частот.

Фильтры высоких частот

Фильтры высоких частот используются для удаления или ослабления низких частот в усилителях, особенно в аудиоусилителях, где это можно назвать схемой «BASS CUT». В некоторых случаях это также можно сделать регулируемым.

Полосовые фильтры.

Рис.8.1.3 Полосовые фильтры.

Полосовые фильтры пропускают только необходимую полосу частот, подавляя при этом сигналы на всех частотах выше и ниже этой полосы. Этот конкретный дизайн называется Т-фильтром из-за того, как компоненты нарисованы на схематической диаграмме. Т-фильтр состоит из трех элементов, двух последовательно соединенных LC-контуров между входом и выходом, которые образуют низкоимпедансный тракт для сигналов требуемой частоты, но имеют высокоимпедансный тракт для всех остальных частот.

Кроме того, между сигнальным трактом (на стыке двух последовательных цепей) и землей подключается параллельная LC-цепь для формирования высокого импеданса на требуемой частоте и низкого импеданса на всех остальных. Поскольку эта базовая конструкция образует только одну ступень фильтрации, ее также называют фильтром «первого порядка». Хотя он может иметь достаточно узкую полосу пропускания, если требуется более резкое срезание, второй фильтр может быть добавлен на выходе первого фильтра, чтобы сформировать фильтр «второго порядка».

Ленточные заградительные фильтры.

Рис.8.1.4 Ленточно-задерживающие фильтры.

Эти фильтры имеют эффект, противоположный полосовым фильтрам, на пути прохождения сигнала есть две параллельные LC-цепи, формирующие высокий импеданс на частоте нежелательного сигнала, и последовательная цепь, формирующая путь с низким импедансом на землю на той же частоте, добавить к отказу. Полосовые фильтры можно найти (часто в сочетании с полосовыми фильтрами) в усилителях промежуточной частоты (ПЧ) старых радио- и телеприемников, где они помогают получить частотные характеристики довольно сложной формы, необходимые для правильного приема как звука, и сигналы изображения. Комбинации полосовых и полосовых фильтров, а также подстроенных трансформаторов в этих схемах требуют тщательной настройки частоты.

И.Ф. Трансформеры.

Рис.8.1.5 I.F. Трансформатор

Это небольшие трансформаторы, используемые в старом радио- и телеоборудовании для передачи диапазона радиочастот от одного каскада усилителя промежуточной частоты (ПЧ) к другому. Они имеют регулируемый сердечник из прессованной железной пыли (феррит). Сердечник ввинчивается в обмотки или из них, образуя переменный индуктор.

Эта переменная катушка индуктивности вместе с постоянным конденсатором «настраивает» трансформатор на правильную частоту. В старых телевизионных приемниках использовался ряд индивидуально настроенных преобразователей ПЧ и схем регулируемых фильтров для получения полосы пропускания особой формы для пропускания как звукового, так и визуального сигналов. Эта практика в значительной степени была заменена в современных приемниках корпусными фильтрами и ПАВ-фильтрами.

Комплектные фильтры.

В каталогах компонентов перечислены тысячи фильтров, в некоторых из которых используются комбинации L C и R, но во многих используются керамические и кристаллические пьезоэлектрические материалы. Они производят переменный ток. электрическое напряжение, когда они механически вибрируют, и они также вибрируют, когда переменный ток на них подается напряжение. Они изготавливаются для резонирования (вибрации) только на одной конкретной и очень точно контролируемой частоте и используются в таких приложениях, как полосовые и режекторные фильтры, где требуется очень узкая полоса пропускания. Подобные конструкции (кристаллические резонаторы) используются в генераторах для управления частотой, которую они производят, с большой точностью. Один корпусный фильтр в ТВ-приемниках может заменить несколько обычных трансформаторов ПЧ и LC-фильтров. Поскольку они не требуют регулировки, производство радиочастотных (радиочастотных) продуктов, таких как радиоприемники, телевизоры, мобильные телефоны и т. д., упрощается и, следовательно, становится дешевле. Иногда, однако, обнаруживается, что пакетные фильтры имеют сопутствующий LC-фильтр для подавления частот на гармониках их расчетной частоты, которые керамические и кварцевые фильтры могут не устранить.

Фильтры на ПАВ

Рис.8.1.6 Фильтры на ПАВ.

На иллюстрации (справа) показан фильтр промежуточной частоты поверхностных акустических волн (ПАВ) НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ ТЕЛЕВИЗОРА PAL. Фильтры на ПАВ могут быть изготовлены либо с очень узкой полосой пропускания, либо с очень широкой полосой пропускания со сложной (пропускающей и задерживающей) характеристикой на нескольких различных частотах. Они могут выдавать на выходе несколько различных сигналов определенной амплитуды. Специальные типы телевизоров заменяют несколько настроенных фильтров LC как в аналоговых, так и в цифровых телевизорах одним фильтром. Они работают, создавая акустические волны на поверхности кристалла или танталовой подложки, создаваемые рисунком электродов, расположенных в виде параллельных линий на поверхности чипа. Волны, создаваемые одним набором преобразователей, воспринимаются другим набором преобразователей, предназначенным для приема одних длин волн и отклонения других. Пилообразные фильтры можно найти во многих типах электронного оборудования и имеют кривые отклика, адаптированные к требованиям конкретных типов продуктов, включая устройства связи, автомобильные и промышленные приложения, где они используются для выбора или подавления определенных полос частот.

Подробнее о фильтрах Saw от DigiKey

Керамические фильтры

Рис. 8.1.6 Керамический фильтр

и символ его схемы

Керамические фильтры доступны для различных частот и используют крошечный блок пьезоэлектрического керамического материала, который будет механически вибрировать, когда переменный ток сигнал правильной частоты подается на входной преобразователь, прикрепленный к блоку. Эта вибрация преобразуется обратно в электрический сигнал выходным преобразователем, поэтому через фильтр будут проходить только сигналы ограниченного диапазона, близкого к собственной резонансной частоте пьезоэлектрического блока. Керамические фильтры, как правило, дешевле, надежнее и точнее, чем традиционные LC-фильтры для приложений на радиочастотах. Они поставляются в различных формах, включая типы для поверхностного монтажа, а также показанный здесь герметизированный корпус с тремя контактами.

 

Пассивные фильтры | BMET Wiki

Пассивные фильтры

Содержание

• 1 О
• 2 Верхний проход
  • 2.1 Применение
• 3 Артикул
• 4 звена
• 5 Видео

О

Пассивный фильтр представляет собой разновидность электронного фильтра, состоящего только из пассивных элементов, в отличие от активного фильтра не требует внешнего источника питания (помимо сигнала). Поскольку большинство фильтров являются линейными, в большинстве случаев пассивные фильтры состоят только из четырех основных линейных элементов — резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и трансформаторов. Более сложные пассивные фильтры могут включать нелинейные элементы или более сложные линейные элементы, такие как линии передачи. Разделитель телевизионного сигнала, состоящий из пассивного фильтра верхних частот (слева) и пассивного фильтра нижних частот (справа). Антенна подключается к винтовым клеммам слева от центра.

Пассивный фильтр имеет несколько преимуществ перед активным фильтром:

• Гарантированная стабильность
• Пассивные фильтры лучше масштабируются для больших сигналов (десятки ампер, сотни вольт), когда активные устройства часто непрактичны
• Энергопотребление отсутствует, но полезный сигнал постоянно ослаблен. Если резисторы не используются, величина потерь сигнала напрямую связана с качеством (и ценой) используемых компонентов.
• Недорогой (если не требуются большие катушки)
• Для линейных фильтров, как правило, более линейных, чем фильтры, включающие активные (и, следовательно, нелинейные) элементы

Они обычно используются в конструкции кроссовера громкоговорителей (из-за умеренно больших напряжений и токов, а также отсутствия легкого доступа к источнику питания). ), фильтры в распределительных сетях (из-за больших напряжений и токов), обход источников питания (из-за дешевизны, а в некоторых случаях и требований к мощности), а также различные дискретные и самодельные схемы (для маломощных стоимость и простота). Пассивные фильтры редко встречаются в монолитных интегральных схемах, где активные устройства недороги по сравнению с резисторами и конденсаторами, а катушки индуктивности непомерно дороги. Однако пассивные фильтры все еще используются в гибридных интегральных схемах. Действительно, желание включить пассивный фильтр может привести дизайнера к использованию гибридного формата.

Фильтр высоких частот

Фильтр высоких частот

Фильтр верхних частот — это фильтр LTI, который хорошо пропускает высокие частоты, но ослабляет (т. е. уменьшает амплитуду) частоты ниже частоты среза. Фактическая величина затухания для каждой частоты является конструктивным параметром фильтра. Иногда его называют фильтром низких частот; термины фильтр низких частот или фильтр грохота также используются в аудиоприложениях. фильтр и фильтр нижних частот.

Приложения

Такой фильтр можно использовать как часть аудио кроссовера для направления высоких частот на твитер, блокируя басовые сигналы, которые могут создавать помехи или повредить динамик. Когда такой фильтр встроен в корпус громкоговорителя, это обычно пассивный фильтр, который также включает в себя фильтр нижних частот для вуфера и поэтому часто использует как конденсатор, так и катушку индуктивности (хотя очень простые фильтры верхних частот для твитеров могут состоять из последовательный конденсатор и ничего больше). Альтернативой, которая обеспечивает хорошее качество звука без индукторов (которые склонны к паразитной связи, дороги и могут иметь значительное внутреннее сопротивление), является использование двойного усиления с активными RC-фильтрами с отдельными усилителями мощности для каждого громкоговорителя, образующими активный кроссовер. [нужна цитата]

Фильтры грохота — это фильтры верхних частот, применяемые для удаления нежелательных звуков ниже или ближе к нижней границе слышимого диапазона.