无源电力滤波器的设计与调试

长 沙 学 院

数电课程设计说明书

题目 无源滤波器设计 系

(

部

)

电子与通信工程系 专业(班级) 11级电子信息工程1班

姓名 李治兵 学号 2011026115 指导教师 龙英、刘亮、陈希 起

止

日

期

2012.12.24-2012.12.30

1

数字电子技术课程设计任务书(11)

系（部）：电子与通信工程系 专业：电子信息工程 指导教师：龙英

课题名称 无源滤波器设计 1. 技术参数 1) 了解4种无源滤波器的功能，熟悉无源滤波器的构造。 设2) 根据测试数据，简要说明电路的工作原理及本电路能达到的实用功能； 计3) 采用Multisim软件完成4种滤波器电路设计，要求仿真通过： 内a).低通滤波器 b).高通滤波器 c).带通滤波器 d).带阻滤波器 容2. 设计要求 及(1)求出所设计滤波器各参数： 要低通滤波器、高通滤波器：截止频率。 求 带通滤波器、带阻滤波器：中心频率、带宽、品质因素。 (2)计算并选择电路元件及参数； (3)仿真调试电路； (4)撰写设计报告及使用说明书。 设1、系统整体设计； 计2、系统设计及仿真； 工3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示； 作

. . .

.. .. 低通无源滤波器仿真与分析

一、滤波器定义

所谓滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，对输入或输出的信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。一般可实为一个可实现的线性时不变系统。

二、滤波器的分类

常用的滤波器按以下类型进行分类。

1)按所处理的信号：

按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。

2)按所通过信号的频段

按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。

低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。

高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。

带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。

带阻滤波器：它抑制一定频段的信号，允许该频段以外的信号通过。

3)按所采用的元器件

按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。

无源滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起

本文分析了煤矿电网谐波的产生及危害。在此基础上,对无源滤波器进行了分析和仿真

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上¨=, j 上T L= 1=.『上T 、善r T三无源滤波器的参数计算；享毒这从单调谐滤波器为例对无源滤波器的参数计算进行说明。 调谐在 n次谐波频率的单调谐电力滤波器，由于系统的谐波电压最终要被限制在很小的数值内，可以忽略，认为系统交流母线上只含基波分量 U。因此滤波支路除

滤波器分析与仿真王珂’周二磊’刘彬’娄春波’毛江赵云1、

上

流过 n谐波电流，次外，流过由 U引起还的基波电流 1.,,即：

2

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中国矿业大学信电学院 2 0 8 2 0 1中国矿业大学资源学院 2 1 0 2 8 0

通 l l蕞 l 0 l l l

l _ 1 _二无源滤波器无源滤波器也称 L C滤波器，由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置，与谐波源并联为特定频率的喈波电流提供低阻通道。除了滤波作用外，无

本文分析了煤矿电网谐波的产生及危害。在此基础上，对无源滤波器进行了分析和仿真

滤波器支路的安装容量应为基波无功容量 Q。与谐波无功容量 Q之和，即： -

￣,

￣一 LI- L-

—

.

nw I L

() …2

滤波支路输出的基波无功容量为：=

煤矿电网；无源

有无源滤波器的区别与联系

有源电力滤波器

有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。

它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。

谐波是怎么产生的？

谐波的产生是由于正弦波电压施加在非线性负载上，电流就变成了非正弦波，非正弦波电流在电网阻抗上产生降压，会使电压波形也变成非正弦波。如今在通讯、半导体、石化、化纤、钢铁中加热炉和汽车制造等行业中广泛使用的负载大部分为非线性负载，如变频调速设备、整流器、不间断电源、开关电源、电弧炉、焊接设备、电脑、电梯、变频空调、节能灯和复印机等等。由于这些非线性负载所产生的大量谐波电流涌入电网中，导致电压波形发生畸变现象。这种谐波污染对电网和用户产生了严重的危害。 谐波的危害

1、造成电缆、电动机和变压器过热

二阶RC低通滤波器设计,MATLAB及Multisim仿真

二阶RC无源低通滤波器仿真

一、 Multism仿真

（1） 仿真电路图

（2） 仿真结果

二、 MATLAB仿真及实验数据

（1） 实验数据 A、无源

B、 有源

二阶RC低通滤波器设计,MATLAB及Multisim仿真

（2） 仿真图形

二阶RC低通滤波器设计,MATLAB及Multisim仿真

三、附件：

（MATLAB仿真程序）

w=0:0.01:100000; b=[1];

a=[0.0000000004,0.00006,1]; H=freqs(b,a,w); figure

plot(w,abs(H),'-r'); grid;

xlabel('\omega'); ylabel('|H(j\omega|'); title('幅频特性') hold on

H=[0.78 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.60 0.59 0.58 0.57 0.56 0.55];

f=[1000 1300 1400 1600 1700 1800 1900 2100 2200 2300 24

课程设计说明书（论文）

《数字信号处理》课程设计报告

设计课题 滤波器设计与实现

专业班级 姓 名 学 号

报告日期 2012年11月

第 1 页 共 15页

课程设计说明书（论文）

《数字信号处理》

课程设计任务书

题 目 学生姓名 利用窗函数设计FIR带阻滤波器 学号 专业班级 一、设计内容： 产生包含三个正弦成分（120hz,80hz,20hz）的信号，设计基于窗函数的FIR滤波器去除80hz成分，保留120hz,20hz信号。通带允许的最大衰减为0.25dB，阻带应达到的最小衰减为30dB。 滤波器的采样频率为500Hz。 二、设计要求 1 设计报告一律按照规定的格式，使用A4纸，格式、封面

最新电力无源滤波补偿装置研究成果

最新电力无源滤波补偿装置的研究、设计与分析

电力网络的谐波分析

1、电网谐波简化等效电路及其基本特性

首先分析在没有电容设备且不考虑输电线路的的电容时，电力系统的谐波阻抗Zsn可由下式近似表示：

式中：Rsn---------系统n次谐波电阻；

Xsn---------n次谐波电抗，Xsn=nXs Xs----------工频短路电抗；

其次设定并联电抗的基波容抗为Xc，n次谐波容抗为Xcn，则

由此可知，并联电容后，系统的谐波等效电路如下所示：

系统的n次谐波阻抗变为了Zsn’由下式表示：

电力系统中主要谐波源为电流源，其主要特征是外阻抗变化时电流不变。其简化电路和谐波等效电路如此下图：

最新电力无源滤波补偿装置研究成果

由图（b），根据谐波电流在系统支路和电容器支路中的分配与各支路的阻抗成反比，可得到回路的基本特性方程：

最新电力无源滤波补偿装置研究成果

式（1）、式（2）表达了以相对单位值表示的系统支路与电容器支路谐波电流与回路各参数之间的关系。经过坐标变换可知，式（1）、式（2）均为等边双曲线方程。

2、谐波电流谐振特性曲线的物理意义

对图2的曲线所画定的区域做一个概括介绍： ⑴、抑制谐波的滤波补偿区

图2中以ξ=0垂线划界，其右侧ξ

FIR滤波器的研究与

设计 新乡学院毕业论文资

料库

1 引言

随着信息技术的迅猛发展，数字信号处理已成为一个极其重要的学科和技术领域。在通信、语音、图像、自动控制和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。数字滤波是数字信号处理的重要环节，它在数字信号处理中占有着重要的地位,它具有可靠性好、精度高、灵活性大、体积小、重量

1

轻等优点。随着数字技术的发展，数字滤波器越来越受到人们的重视，广泛地应用于各个领域。数字滤波器的输入输出信号都是数字信号，它是通过一定的运算过程改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分来实现滤波的，这种运算过程是由乘法器、加法器和单位延迟器组成的。数字滤波器是数字信号处理技术的重要内容，其对数字信号进行的最常见处理是保留数字信号中的有用频率成分和去除信号中的无用频率成分。按照时间域的特性，数字滤波器可以分为无限冲激脉冲响应数字滤波器（IIR滤波器）和有限冲激脉冲响应数字滤波器（FIR滤波器）[1]。

从性能上来说，IIR滤波器传输函数的极点可位于单位圆内的任何地方，因此可用较低的阶数获得高的选择性，所用的存贮单元少，所以经济而效率高。但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。选择性越好，则相位非线性越严重。相反

FIR滤波器的研究与

设计 新乡学院毕业论文资

料库

1 引言

随着信息技术的迅猛发展，数字信号处理已成为一个极其重要的学科和技术领域。在通信、语音、图像、自动控制和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。数字滤波是数字信号处理的重要环节，它在数字信号处理中占有着重要的地位,它具有可靠性好、精度高、灵活性大、体积小、重量

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轻等优点。随着数字技术的发展，数字滤波器越来越受到人们的重视，广泛地应用于各个领域。数字滤波器的输入输出信号都是数字信号，它是通过一定的运算过程改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分来实现滤波的，这种运算过程是由乘法器、加法器和单位延迟器组成的。数字滤波器是数字信号处理技术的重要内容，其对数字信号进行的最常见处理是保留数字信号中的有用频率成分和去除信号中的无用频率成分。按照时间域的特性，数字滤波器可以分为无限冲激脉冲响应数字滤波器（IIR滤波器）和有限冲激脉冲响应数字滤波器（FIR滤波器）[1]。

从性能上来说，IIR滤波器传输函数的极点可位于单位圆内的任何地方，因此可用较低的阶数获得高的选择性，所用的存贮单元少，所以经济而效率高。但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。选择性越好，则相位非线性越严重。相反

基于Matlab的无失真模拟滤波器设计

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模拟滤波器的设计一般包括两个方面：根据技术指标即滤波器的幅频特性确定滤波器的传递函数H(s)；设计实际网络实现这一传递函数。设计滤波器H(s)的关键是找到逼近函数，目前已有多种逼近函数。然而，不论哪种逼近函数都需要进行非常繁琐的计算，还要根据计算结果进行查表。

Matlab语言是一种简单、高效的高级语言，是一种