發布日期：2022-10-18 點擊率：68
濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率后的電源信號。濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進行頻譜分析。換句話說，凡是可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統都稱之為濾波器。濾波器，是對波進行過濾的器件。
“波”是一個非常廣泛的物理概念，在電子技術領域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函數，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。因為自變量時間是連續取值的，所以稱之為連續時間信號，又習慣地稱之為模擬信號(Analog Signal)。
濾波是信號處理中的一個重要概念，在直流穩壓電源中濾波電路的作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數降低，波形變得比較平滑。
一、主要分類有
按所處理的信號分為模擬濾波器和數字濾波器兩種。
無源濾波器中按所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器五種。
低通濾波器：它允許信號中的低頻或直流分量通過，抑制高頻分量或干擾和噪聲；
高通濾波器：它允許信號中的高頻分量通過，抑制低頻或直流分量；
帶通濾波器：它允許一定頻段的信號通過，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲；
帶阻濾波器：它抑制一定頻段內的信號，允許該頻段以外的信號通過，又稱為陷波濾波器。
全通濾波器：全通濾波器是指在全頻帶范圍內，信號的幅值不會改變，也就是全頻帶內幅值增益恒等于1。一般全通濾波器用于移相，也就是說，對輸入信號的相位進行改變，理想情況是相移與頻率成正比，相當于一個時間延時系統。
按所采用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。
根據濾波器的安放位置不同，一般分為板上濾波器和面板濾波器。
板上濾波器安裝在線路板上，如PLB、JLB系列濾波器。這種濾波器的優點是經濟，缺點是高頻濾波效果欠佳。其主要原因是：
1、濾波器的輸入與輸出之間沒有隔離，容易發生耦合；
2、濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路效果；
3、濾波器與機箱之間的一段連線會產生兩種不良作用： 一個是機箱內部空間的電磁干擾會直接感應到這段線上，沿著電纜傳出機箱，借助電纜輻射，使濾波器失效；另一個是外界干擾在被板上濾波器濾波之前，借助這段線產生輻射，或直接與線路板上的電路發生耦合，造成敏感度問題；
濾波陣列板、濾波連接器等面板濾波器一般都直接安裝在屏蔽機箱的金屬面板上。由于直接安裝在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間完全隔離，接地良好，電纜上的干擾在機箱端口上被濾除，因此濾波效果相當理想。
二、濾波器的工作原理
低通濾波器
電感阻止高頻信號通過而允許低頻信號通過，電容的特性卻相反。信號能夠通過電感的濾波器、或者通過電容連接到地的濾波器對于低頻信號的衰減要比高頻信號小，稱為低通濾波器。
低通濾波器原理很簡單，它就是利用電容通高頻阻低頻、電感通低頻阻高頻的原理。對于需要截止的高頻，利用電容吸收電感、阻礙的方法不使它通過；對于需要放行的低頻，利用電容高阻、電感低阻的特點讓它通過。
高通濾波器
最簡單的高通濾波器是“一階高通濾波器”，它的的特性一般用一階線性微分方程表示，它的左邊與一階低通濾波器完全相同，僅右邊是激勵源的導數而不是激勵源本身。當較低的頻率通過該系統時，沒有或幾乎沒有什么輸出，而當較高的頻率通過該系統時，將會受到較小的衰減。
實際上，對于極高的頻率而言，電容器相當于“短路”一樣，這些頻率，基本上都可以在電阻兩端獲得輸出。
高通濾波器除可以用元件外，還可以用LC構成。
帶通濾波器
帶通濾波器是一種僅允許特定頻率通過，同時對其余頻率的信號進行有效抑制的電路。由于它對信號具有選擇性，故而被廣泛地應用現在電子設計中。比如RLC振蕩回路就是一個模擬帶通濾波器。帶通濾波器是指能通過某一頻率范圍內的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，與帶阻濾波器的概念相對。
一個理想的帶通濾波器應該有一個完全平坦的通帶，在通帶內沒有放大或者衰減。實際上，并不存在理想的帶通濾波器。濾波器并不能夠將期望頻率范圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個被衰減但是沒有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現象，并且使用每十倍頻的衰減幅度的dB數來表示。 通常，濾波器的設計盡量保證滾降范圍越窄越好，這樣濾波器的性能就與設計更加接近。然而，隨著滾降范圍越來越小，通帶就變得不再平坦，開始出現“波紋”。這種現象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應稱為吉布斯現象。
三、濾波器的作用
濾波器，顧名思義，是對波進行過濾的器件。“波”是一個非常廣 泛的物理概念，在電子技術領域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉換為電壓或電流的時間函數，稱之為各種物理量的時間波形，或者稱之為信號。因為自變量時間‘是連續取值的，所以稱之為連續時間信號，又習慣地稱之為模擬信號(Analog Signal)。隨著數字式電子計算機(一般簡稱計算機)技術的產生和飛速發展，為了便于計算機對信號進行處理，產生了在抽樣定理指導下將連續時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。也就是說，可以只用原模擬信號在一系列離散時間坐標點上的樣本值表達原始信號而不丟失任何信息，波、波形、信號這些概念既然表達的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現代社會賴以生存的各種信息的載體。信息需要傳播，靠的就是波形信號的傳遞。信號在它的產生、轉換、傳輸的每一個環節都可能由于環境和干擾的存在而畸變，甚至是在相當多的情況下，這種畸變還很嚴重，以致于信號及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當中了
四、濾波器的應用
通信行業：為了滿足大規模數據中心機房的運行需要，通信配電系統中的UPS使用容量在大幅上升。據調查，通信低壓配電系統主要的諧波源設備為UPS、開關電源、變頻空調等。
其產生的諧波含量都較高，且這些諧波源設備的位移功率因數極高。通過使用有源濾波器可以提高通信系統及配電系統的穩定性，延長通信設備及電力設備的使用壽命，并且使配電系統更符合諧波環境的設計規范。
半導體行業：大多數半導體行業的3次諧波非常嚴重，主要是由于企業中使用了大量的單相整流設備。3次諧波屬于零序諧波，具備在中性線匯集的特點，導致中性線壓力過大，甚至出現打火現象，存在著極大的生產安全隱患。
諧波還會造成斷路器跳閘，耽誤生產時間。3次諧波在變壓器內形成環流，加速了變壓器的老化。嚴重的諧波污染必然對配電系統中的設備使用效率和壽命造成影響。
石化行業：由于生產的需要，石化行業中存在著大量泵類負載，并且不少泵類負載都配有變頻器。變頻器的大量應用使石化行業配電系統中的諧波含量大大增加。
目前絕大部分變頻器整流環節都是應用6脈沖將交流轉化為直流，因此產生的諧波以5次、7次、11次為主。其主要危害表現為對電力設備的危害及在計量方面的偏差。使用有源濾波器可以很好地解決這方面的問題。
化纖行業：為大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化質量，以及延長爐齡、節省能源，在化纖行業常用到電助熔加熱設備，借助電極把電直接送入燃料加熱的玻璃池窯中。這些設備會產生大量的諧波，且三相諧波的頻譜和幅值差別比較大。
鋼鐵/中頻加熱行業：鋼鐵業中常用到的中頻爐、軋機、電弧爐等設備都會對電網的電能質量產生重大的影響，使電容補償柜過載保護動作頻繁、變壓器和供電線路發熱嚴重、熔斷器頻繁熔斷等，甚至引起電壓跌落、閃變。
汽車制造業：焊機是汽車制造業中不可少的設備，由于焊機具有隨機性、快速性及沖擊性的特點，使大量使用焊機造成嚴重的電能質量問題，造成焊接質量不穩、自動化程度高的機器人由于電壓不穩而不能工作，無功補償系統無法正常使用等情況。
直流電機諧波治理：大型直流電機場所都需要先通過整流設備將交流電轉換為直流電，由于此類工程的負載容量都較大，因此在交流側存在嚴重的諧波污染，造成電壓畸變，嚴重時會引起事故。
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