有源低通滤波器原理

babjchhj有源低通滤波器原理

ANAPF有源滤波器模块化安装优势 安科瑞鲍静君

摘 要：本文介绍了ANAPF有源滤波器模块化设计的特点，并结合实际应用介绍了抽屉式APF模块在柜体内的安装指引，以及壁挂式APF模块挂墙安装的方式，体现了模块化设计在安装、售后维护、扩容等方面的优势，同时为用户节约了成本。

关键词：有源滤波器 抽屉式 壁挂式 模块化特点 安装优势

引 言：ANAPF有源滤波器是一种常用的用于谐波治理的产品，目前市场上大部分都是柜体式的产品，柜体式设计方案存在生产效率低，安装及售后服务不方便、无法扩容、成本高等缺陷，有时严重影响客户交期，为此  模块式设计方案可以解决上述问题。

1.ANAPF有源滤波器的工作原理

    ANAPF有源电力滤波器(以下简称APF)并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

（上图为ANAPF有源电力滤波器原理图）

2.APF模块的介绍

APF模块化设计根据安装方式分为两种：抽屉式模块和壁挂式模块

2.1抽屉式模块：

2.2壁挂式模块：

    单个模块最大容量达100A，可单独安装使用，壁挂式模块适用于负荷容量较小或场地紧凑的场合，可直接挂在墙上，也可根据实际容量、柜体尺寸要求，采用合适的模块数量挂在柜体中，通过并机满足客户谐波容量需求。抽屉式也可采用多个100A模块并联安装在柜体中形成大电流补偿装置，根据实际补偿容量需求增减柜体内模块数量，较于壁挂式模块安装更方便、适用于大负荷容量的场合。

3.APF模块化设计特点

3.1模块化设计、积木扩展式并联结构，安装便利、方便扩容、可作为零部件单独使用。

    模块化有源滤波器为积木扩展式并联结构，主电路中的每个电气元件都小型化和标准化，整个拓扑封装在一个模块内，APF模块与柜体采用钣金固定，用户扩容时把APF装进预留空间的APF柜体内，插上光纤即可

3.2维护便捷，支撑在线维护

    任何一个电气元件损坏只会影响当前模块运行，APF柜内其他模块正常运行，不会导致整套APF瘫痪。维护时只需把故障APF模块从柜体中移出，更换上新的APF模块即可。

3.3可靠性高、温度均匀

    逆变单元中的IGBT、LCL滤波器中的滤波电感和阻尼都微型化、功率小，发热元件平均分配到每个滤波模块中，热量均匀，电气元件不易发生因为温度过高而失效，同时每个模块中都配有散热风机。

3.4控制器线路板与APF模块及APF模块之间采用光纤传输数据

    控制器与功率单元之间采用光纤连接，整个数据传输都为光信号，不会受到电磁干扰。在信号衰弱方面，光纤传输衰减远远小于传统排线传输

3.5实时跟随、动态补偿

    采用基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测技术，实时监测谐波电流，通过瞬时电流跟踪控制，实现谐波电流动态补偿，自动跟踪电网谐波变化，具有高度可控性和快速响应性。

3.6补偿方式灵活

    一机多能，不仅能治理谐波，而且能补偿无功、提高功率因数。既可对单个谐波源独立补偿，也可对多个谐波源集中补偿。

4.APF模块化安装的介绍  

    APF有源滤波器电流规格分别为：50A、100A、150A、200A、250A、300A. 按单个模块最大容量50A。例：100A为2个模块组成，依次类推300A为6个模块组成。

4.1标准APF柜体结构示意（柜体可根据客户要求定制）

柜体型材：C型材

柜体尺寸：宽*深*高800*1000*2200 防护等级：IP30

柜体颜色:RAL7035

标准眉头（图示：A）:高60mm，红底白字，前后眉头，眉头顶部与柜顶齐平

图示B和F分别为母线区前后门，有封板式和柜门式两种，图示为柜门式，高度有180、200、220可供选择，也可根据客户要求定制。

C为柜底挡板区，高度有100、120两种尺寸，也可根据客户要求定制。

D为母线区，高度有200、250两种尺寸，也可根据客户要求定制。

E为地排区，标准高度为150㎜，其他高度会影响柜体备货和模块安装数量。

图示柜体前后门为标准前后门，小门宽度200㎜，大门宽度600㎜。柜子前后门上需多开散热孔，便于通风散热。

4.2 抽屉式模块在柜内的安装

    目前常规的APF柜内空间有限，抽屉式模块最多安装6个，组合容量为300A的有源滤波器。但是，我们正在向更多模块数，更大容量化的方向进行研究与发展。

4.2.1抽屉式模块外形及安装孔尺寸 

           模块实物正视

          模块实物背视

 模块安装孔尺寸

4.2.2抽屉式模块安装说明

6个模块，容量为300A的APF模块安装示意图

  ● 柜内模块支撑支架由上往下左右两边支撑支架序号分别是1、2、3、4、5.支架置于柜内侧横梁上，每个支架上有对应序号数量的小孔，仅仅作为支架的区别用，不做安装使用。柜内4个模块及以下模块固定位置从支撑支架3开始安装，即APF1模块置于支架3上，APF2模块置于支架4上，若4个模块，以此类推，APF4模块置于柜内底支撑梁上。5个模块时APF1模块在支撑支架2上。如下图（一）所示。

  ● 每个APF模块根据上述安装固定位置要求，放置于柜内相应位置，模块前面板上的安装孔刚好对应柜内安装支架上的安装孔，然后用M6的螺钉紧固，如下图：

 图（一）

  ● 每个模块配一个微型断路器（现以天水213品牌微型断路器为例），起保护、分合作用，便于以后检修。微断的安装位置与板载模块位置相对应，置于柜左侧小门里的35㎜的导轨上。

4.2.3抽屉式模块接线说明

APF板载模块原理图

 4.2.3.1一次电缆接线

 图（二）             图（三）                 图（四）

    如图（二）、(三)所示，模块上A、B、C、N四相线分别接于微型断路器下桩头上，然后A、B、C、N四相线从微型断路器上桩头分别接在柜内A、B、C、N四根汇流排上，客户进线分别引至这四根汇流排上，见图（四）。完成一次电缆连接。

4.2.3.2光纤连接

    如图（五）两图所示：APF1模块上R1不接、T1接于APF2模块上R1，APF2模块上T1接于APF3模块上R1，依此类推，柜内最后一个模块上的T1不接。 

图（五）

4.2.3.3互感器信号线缆连接

图（六）外接互感器原理图

      如图（六）所示，CT1~CT3为外接互感器，APF1模块上Ia*、Ib*、Ic*引至柜内1、2、3片试验端子上，分别对应接外接互感器A、B、C相S1,APF1模块上Ia、Ib、Ic分别接APF2模块上Ia*、Ib*、Ic*，APF2模块上Ia、Ib、Ic分别接APF3模块上Ia*、Ib*、Ic*，以此类推，柜内最下端一个模块上的Ia、Ib、Ic环绕一起分别接至4、5、6片试验端子上，分别对应外接互感器A、B、C相S2端，如图（七）所示。

图（七）端子

4.3 壁挂式模块挂墙安装的说明

4.3.1壁挂式模块实物外形

壁挂式模块实物正视

4.3.2壁挂式模块安装说明

    我司提供安装支架，如图（八）（九）所示，安装支架用M10的膨胀螺栓固定在墙上，模块后侧挂墙安装孔对应安装在安装支架上。便于接线及模块散热要求。

4.3.3壁挂式模块接线说明

    例100A的有源滤波器，可以用两个容量50A模块并排安装。

4.3.3.1一次电缆接线

 图（十一）

    用16㎜2线缆分别从两模块上端A、B、C、N引至4级塑壳断路器桩头上或3极加N排。

4.3.3.2光纤接线

    如上图（十一）所示，APF1模块上R1不接、T1接于APF2模块上R1，APF2模块T1不接。                                

4.3.3.3互感器信号线缆接线

    如图所示，CT1~CT3为外接互感器，APF1模块上Ia*、Ib*、Ic*分别对应接外接互感器A、B、C相S1,APF2模块上Ia、Ib、Ic环绕一起分别对应外接互感器A、B、C相S2端。 

4.3.4 例：APF100A壁挂式模块的安装示意图

5.APF容量计算方法

    谐波是由非线性设备产生的，而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用专门设备进行测量，考虑到设备的技术及经济性，设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂，况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据，可以根据下列公式估算谐波电流进行选型。

5.1  根据负载额定电流和行业类型选型

谐波补偿电流的大小可安排售前工程师协助测量或根据变压器容量和行业类型自行估算后选择。

常见谐波负载的谐波含量

6.结束语：

    模块化设计有源滤波器结构轻巧、安装方便，为用户节约了投资成本，缩短了生产工期；制造趋于标准化，减少生产环节的规格变化，更适宜大批量、标准化生产，产品品质更有保障。多模块并联有源滤波器补偿方式比较灵活，采用不同数量补偿模块并联后，可以用于不同容量及要求的谐波抑制场合，因此在解决各种不同的工业及商业应用场合方面具有可靠性和更高的灵活性。为低压配电网的谐波治理工程提供了的补偿装置，具有良好的应用价值和应用前景。

【参考资料】

安科瑞电能质量监测与治理选型手册。2015.08版

安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版

ANHPD谐波保护器在医院行业的应用 安科瑞鲍静君

摘要：随着科学技术进步发展，越来越多的电力电子装置等非线性负载应用于企业当中，在带来节能与能量变换积极一面的同时，也产生了谐波等电能质量问题。特别是医疗行业，对电能质量要求很高，其引进的高端医疗设备 (如CT机、核磁共振、直线加速器等)，科室和病房都采用中央空调。这些设备的应用提升了医疗服务水平，对于行业发展都具有重要意义。同时这些、高灵敏度、大电 流、大功率的设备会产生大量的谐波，而这些“谐波源”会对所用电设备以及其他设备(如彩超、化验室高精设备等)的运行和使用寿命造成严重影响。因此本文将对谐波保护器进行分析，并在此基础上研究谐波保护器的作用，进而探索谐波保护器的应用效果。

关键词：医院；高次谐波；谐波保护器

社会经济和科技的发展推动着控制技术、通信技术、计算机技术 的不断进步，在智能建筑中开始广泛应用变频空调、监控系统、消防系 统数字办公设备、通信设备、计算机等。与此同时这些设备和装置的应用也产生了相应的副产品谐波，而这严重的威胁了智能建筑系统和用户，使得相应设备的安全正常运行受到影响。为了满足社会生活发展需要一种能够对各种频率和各种能量的谐波干扰进行吸收并自动消除用电设备产生的随机电涌、脉冲尖峰、高频噪声、高次谐波的装置——谐波保护器应运而生。当前在智能建筑电力环境中谐波保护器被广泛应用， 为用电设备的有效运行提供了重要保障。

一、谐波保护器基本原理

    谐波保护器是一种用于滤除高次谐波、保护精密仪器设备的新型保护装置，采用超微晶合金材料与创新的特别电路。它主要由电压箝位、低通滤波器以及吸收器组成，不但可以抑制和吸收用户用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰，而且能随时跟踪电压波形，瞬时滤除电源中的尖峰、浪涌、杂波，矫正因谐波影响而产生的高次谐波，从源头消除谐波污染，为用电设备提供保护功能。

    谐波保护器的基本原理如图1所示（以三相为例）：以电压箝位实时监测电压的变化，使用低通滤波器滤除高次谐波，再运用吸收器吸收高次谐波的滤波设备。

图1 谐波保护器原理

二、谐波保护器的功能

    ，自动保护用电设备。在电路中并联谐波保护器能够实现具有破坏性的尖峰瞬变、浪涌、高频噪声、高次谐。它的有效消除，进而促进用电设备的安全稳定运行和提升用电设备的使用寿命。

    二，净化电源。谐波保护器的抑制和消除谐波能力显着，在并联谐波保护器的电路中99％因各种谐波引起的电压、电流的畸变都可以得到消除，同时谐波引发的计算机屏幕频闪、负载变化、短路、开关引起的灯管频闪都可 以得到避免。

    三，保护功率因数补偿设备。实际当中并联振回路会在高次谐波频率和杂散的电网电感及功率因数补偿设备的谐波频率的相互的作用下产生，电压和电流波形会在谐振电路引起的谐波放大作用下加剧畸变，进而刚氏设备使用寿命。此外谐波保护器能够对谐波污染进行净 化，为功率因数补偿设备的使用寿命提供保证。

    四，防止保护装置的无跳闸。断路器会因谐波电流的音响而发生断路器误跳闸，或者拒跳闸，而在电路中并联谐波保护器能够有效消除谐波电流，进而有效避免断路器发生误跳闸或者拒跳闸问题引。

   谐波保护电器有从源头上消除谐波污染的作用，进而为用电设备的正常运行提供保障。在电力设备电路中并联谐波保护器，不仅能够对电力系统中的电流状态进行连续监测，还能够对电路中的高次谐波进行吸收和阻隔，进而避免其他设备受到设备本身产生的谐波的干扰。

 三、谐波保护器在医疗场所的应用 

    医疗场所医疗设备和仪器经常会受到高次谐波的干扰而发生故障，进而引发信息丢失、图像模糊、数据差错等影响正常工作的问题，更有甚者会使硬件和软件同时发生损坏进而影响仪器正常工作。所以应当利用谐波保护器对这些医疗设备和仪器进行保护，进而保障仪器设备的安全运转。

   谐波保护器是现代医疗结构医疗设备、安全运行的重要保障， 技术人员只需将其接入到电路中，设备中产生的高次谐波就会被其吸收，医疗器械的破坏和误操作随之降低，进而为医务人员和病人的安全提供保障。同时谐波保护器本身并不耗电，设备在谐波保护器器的作用下使用寿命会被有效严惩，同时设备维修和维护成本也能得到降低。

   大型医疗设备使用是很频繁的，瞬间电流变化达几百安培，中央空调的运行使得医院内电网内产生的谐波都很大，而高精医疗设备少值几万元，多值几百万元。因而谐波保护器在医院使用非常必要。

安科瑞ANHPD系列谐波保护器为医疗行业供电系统出力，避免其高次谐波干扰，已运行项目有：大连友谊医院、遵义人民院、浦口中医院、田阳县中医院、昆山三人民医院等，以下为我司ANHPD对于高次谐波的治理效果展示，对于高次谐波抑制有非常显着的效果。

（1）50Hz工频电源迭加2KHz干扰信号

谐波保护器接入前                  谐波保护器接入后 

（2）50Hz工频电源迭加10KHz干扰信号

谐波保护器接入前                   谐波保护器接入后

（3）50Hz工频电源迭加100KHz干扰信号

谐波保护器接入前                   谐波保护器接入后

（4）50Hz工频电源迭加1MKHz干扰信号

谐波保护器接入前                   谐波保护器接入后

四、安科瑞谐波保护器介绍

4.1主要技术参数

 表3-1 ANHPD技术参数

4.2功能特点

    ?采用超微晶体的特殊电路；

    ?吸收3KHz~30MHz频率各种能量的谐波干扰，消除高次谐波、高频噪声、脉冲尖峰、浪涌等干扰，矫正电压、电流波形；

    ?减少了用电设备的故障率和机器误操作，克服了由于高频谐波污染引起的干扰，保障了设备的安全运行；

    ?设备本身几乎不耗电，具有超高的经济性；

    ?结构设计合理，接线简单，安装方便。

五、结语 

    高精尖是未来用电设备发展的必然趋势，相应的怎样避免受这些设备产生的谐波的干扰成为科技人员面对的重要课题。谐波保护器对于当前的高科技、高灵敏度设备产生的谐波具有有效地吸收和阻隔作用。因此在未来一段时间内在建筑电气系统中运用谐波保护器将会是必然的趋势，相关人员应当从谐波保护器的作用原理和电气设备实际情况出发，科学合理的运用谐波保护器保护用电设备。

【参考文献】

【1】王小云，试论现代建筑电气设计中的谐波抑制【J】商业文化月刊，2011（7）：179

【2】郑国兴，谐波保护器及其在智能建筑中的应用【J】电器与能效管理技术，2007（20）：55-58

【3】徐朝阳，二甲以上医院中谐波保护器的应用【J】科技风，2015（17）：250-25