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有源濾波器發展歷史及現狀

發布于:2019-08-06 08:42

發布人:kflele

來源:轉載自上海科菲勒電氣有限公司官網

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一、有源濾波器的發展歷史


有源濾波器(Active Power Filter,簡稱APF),是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置,它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。有源濾波器的發展歷史可追溯到19世紀80年代,當時電阻、電容結合的濾波電路就已經出現。具有頻率選擇功能的電感、電容諧振電路可作為最簡單的濾波器。


1915年美國貝爾實驗室的G.A.坎貝爾和德國K.W.華格納,分別發表了關于有源濾波器的論文,以上兩位科學家被公認為濾波器的發明者。


貝爾實驗室的O.J.查貝爾于1923年提出定K型、m誘導型視頻參數濾波器設計方法。


德國W.考爾和美國S.達靈頓于1939年分別提出工作參數濾波器設計理論。由于許多電路和系統都要區分不同頻率的信號,濾波器遂被廣泛地用在通信、廣播、雷達以及許多儀器和設備中。


許多復雜的多極LC濾波器也已經存在了好多年了,有許多這方面的書籍講述這類濾波器的工作。最古老的電子濾波器形式是使用電阻和電容或者電阻和電感構建的無源模擬線性濾波器,它們分別叫做RC和RL單極濾波器。


人們也開發了一些混合濾波器,典型的例子有將模擬放大器與機械共鳴器或者延時線組合在一起。如CCD延時線這樣的設備也用作離散時間濾波器。由于數字信號處理的廣泛應用,有源數字濾波器已經變得常見。


元器件及集成技術的進展,促進了有源濾波器的迅速升級。電路結構和設計的創新,RC有源濾波器雖也已能混合集成,但高質量RC有源濾波器的完全集成仍沒解決。主要困難是不能在芯片上直接集成高精度的電阻和電容元件,且大電阻和大電容所占芯片面積太大。開關電容濾波器為解決這一課題開辟了道路,實現了全集成化;但它屬于離散時間模擬濾波器,且有工作頻段低等問題有待改進。一種在集成濾波器中實現精確電阻的方案,是利用MOS管的線性(即非飽和)區特性充任模擬電阻,這是一種受柵極電壓控制的壓控電阻,故可用片外(即該芯片以外)的參考值,諸如晶體時鐘或外部RC元件,配合片內控制電路來精確調整電路的時間常數。這是一種很有發展前景的方案。還有一種用跨導型運算放大器(OTA)和電容C組成的有源濾波器,也是很有希望的全集成方案。


二、有源濾波器的現狀


我國國內使用的有源濾波器,在2000年前基本采用進口德國和美國品牌,產品價格非常高昂。隨著電力電子技術和控制技術的進步,國產有源濾波器已取得實質性的進步,已經在各種重大項目上的代替的進口產品,僅2012年,國產有源濾波器產品的銷售額已經超過進口品牌5倍之多,其中上海科菲勒以及天津萬高的銷售額更是占據了國產中的半壁江山,并在超過5000A的項目中屢有斬獲,于此同時,利思、雙電、英那士等新興廠家也在不斷沖擊著市場,有源電力濾波器APF以其巨大的技術優勢、強大功能、逐漸下降的價格,必將最終取代傳統無源型濾波器PF。


在APF的發展過程中,模塊化的有源濾波設備以其體積小,安裝方便,集成化程度高,工作穩定,擴容方便等優點慢慢取代了傳統的柜式APF,在艾普瑞斯、深圳盛弘等模塊化行業領頭羊的帶領下,國產品牌天津萬高、上海科菲勒、上海雙電也紛紛在2012年推出了模塊化產品,進口品牌施耐德也與艾普瑞斯達成戰略合作,擁有了模塊化產品,在未來的5年中,模塊化的有源濾波APF與靜止無功發生器SVG的組合必將成為電能質量行業中有力的解決方案,并被市場廣泛的認可。


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