谐波检测电路设计
电力谐波和滤波器的方案设计
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目 录
• 引言 • 电力谐波的产生与影响 • 电力谐波的产生与影响 • 滤波器的种类与原理 • 滤波器的方案设计 • 滤波器的应用与效果 • 结论与展望
01 引言
背景介绍
1 3
电力系统的快速发展
随着电力电子技术的广泛应用，电力系统中的谐波问题日益 突出。
在满足技术要求的前提下，考虑 滤波器的经济成本，选择性价比 高的滤波器。
04
滤波器的方案设计
设计原则与步骤
高效性
确保滤波器能够有效滤除谐波，减少 谐波对电力系统的影响。
稳定性
保证滤波器在各种工况下的稳定运行 ，不受电压、电流或频率波动的影响 。
设计原则与步骤
• 经济性：在满足性能要求的前提下，尽量降低滤波器的成本。
控制策略优化
改进滤波器的控制算法，提高其响应速度和稳定性。
05
滤波器的应用与效果
滤波器的应用场景
工业自动化设备
在工业自动化设备中，由于大量非线性负载的存在，会产生大量的谐波，影响 设备的正常运行。滤波器可以有效地滤除这些谐波，保证设备的稳定运行。
电力系统
在电力系统中，由于各种原因，会产生大量的谐波，影响电能 的质量。滤波器可以滤除这些谐波பைடு நூலகம்提高电能的质量。
THANKS
备的成本。
局限性分析
04
虽然滤波器在谐波抑制方面取得了一定效果， 但仍存在局限性，如设备成本较高、安装难度
较大等。
研究展望
新型滤波器研究
进一步研究新型滤波器技术，提高谐波抑制效 果和设备性能。
智能化控制策略
探索智能化控制策略在滤波器中的应用，实现 自适应调节和远程监控。
电容式振动传感器谐波失真自检测接口ASIC设计
电容式振动传感器谐波失真自检测接口ASIC设计刘晓为;尹亮;陈伟平;王庆一;周治平【摘要】为实现电容式振动传感器的谐波失真测量,针对电容式振动传感器表头设计出一种开关电容型接口ASIC芯片,采用相同电极分时复用的方法,从而避免电容敏感与静电力反馈的馈通现象.对传感器敏感电容上下极板与中间质量块间的杂散电容导致的谐波失真进行了原理分析,可知传感器二次谐波与寄生电容成正比,三次谐波与寄生电容无关.提出采用电容阵列补偿、静电力平衡反馈式闭环电路结构进行传感器谐波失真抑制,并基于静电力原理提出一种新的电容式振动传感器谐波失真自检测方法,该方法无需精密振动台,仅需要低失真度电压信号源.实际测试结果显示,谐波失真检测精度可达到-83 dB.ASIC芯片采用2 μm CMOS工艺流片,刻度因子为1.2 V/g(g为重力加速度,g=9.8 m/s2),量程为±2g,噪声密度为3×10-6g/Hz,静态功耗为40 mW.测试结果证明,该电路达到高精度微加速度计系统设计要求,可以应用到地震监测、石油勘探等领域中.【期刊名称】《纳米技术与精密工程》【年(卷),期】2010(008)006【总页数】8页(P537-544)【关键词】振动传感器;谐波失真;开关电容;专用集成电路(ASIC)【作者】刘晓为;尹亮;陈伟平;王庆一;周治平【作者单位】哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001;微系统与微结构教育部重点实验室,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001;微系统与微结构教育部重点实验室,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学MEMS中心,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TN492微机械电容式振动传感器与传统地震检波器相比，具有噪声低、动态范围大等特点，在地震检波器中已广泛使用.微机械电容式振动传感器中电容检测接口ASIC(专用集成电路)芯片一直是国际研究热点，其中对ASIC芯片的噪声特性[1-3]、多轴检测[4-6]和芯片稳定性[7-8]等已进行深入的研究，但缺少对电容式振动传感器谐波失真原理的分析，而该参数是MEMS检波器优越于传统模拟速度检波器的最大区别.其次，提高电容式振动传感器的谐波失真测试精度一直是一个国际上的难题.目前国内的低频标准振动台的谐波失真(约-60 dB)远远高于电容式振动传感器的谐波失真(理论值-100 dB以下)，无法对电容式振动传感器的谐波失真参数进行准确标定.美国IO公司SYSTEM FOUR数字检波器、法国SERSEL公司的DSU3数字检波器的最低谐波失真皆为-90 dB，其主要原因是标定用的高质量振动台自身产生的谐波失真就接近-100 dB，限制了对电容式振动传感器谐波失真的检测能力[9-10].本文在上述背景下，针对电容式振动传感器设计出一种开关电容接口ASIC芯片，并对振动传感器敏感表头中杂散电容在传感器谐波失真参数引起的影响进行了理论分析，提出采用电容阵列补偿、闭环静电力平衡方法进行谐波失真抑制.针对谐波失真参数难以标定的现状，提出一种新的静电力谐波失真检测方法.该方法无需精密振动台即可进行电容式振动传感器的谐波失真自检测分析，实际测试结果显示：谐波失真测量可达到-83 dB.1 工作原理图1是振动传感器敏感表头结构，该结构由3层半导体材料组成.上下两层镀有金属电极，中间为质量体，其表面也有金属电极，上中下3层构成两个电容器CS1、CS2，其中CP1、CP2为电极间的杂散电容.当外界加速度ain发生变化时，中间质量块将垂直与上下盖板产生位移，从而导致电容CS1、CS2发生变化，通过检测上述两电容的变化，可以间接测量出外界加速度信号.上下电极分别施加正负电源电压+VS、-VS，通过电容检测电路将中间质量块的位移转换为电压输出Vf，同时将Vf反馈到质量块上，其闭环工作原理如图2所示.图2中d为电容两极板间距；ε为机械电容的介电系数；A为机械电容极板面积；Cf为电荷敏感放大器的电荷敏感电容；AV为接口电路的开环放大倍数.图1 闭环振动传感器敏感表头结构图2 闭环振动传感器静电力反馈原理框图当系统稳定时，在质量块上施加的反馈静电力近似等于输入加速度ain与质量块质量M的乘积，即(1)当系统的开环增益较大时，质量块的位移可以近似为零.近似认为CS1=CS2=CS，从而闭环电容振动传感器的刻度因子为(2)式中：CS为静态电容；VS为电源电压.2 电容式振动传感器谐波失真原理分析2.1 电容式振动传感器开环模式谐波失真分析电容式振动传感器接口电路原理如图3所示.当开关S7始终断开时，传感器为开环模式，得到开环检测电压输出为(3)式中：VOS为极板间非对称杂散电容导致的输出失调电压；Δd为振动信号输入引起的质量块位移；A0为开环增益.由于上下极板与中间质量块间存在非对称的杂散电容，导致位置敏感电压输出产生失调，如式(3)所示.当输入加速度信号较小时，即Δd较小时，可以近似认为Δd≈ainM/k.当输入ain为aINcos ωt时，三次谐波失真为(4)式中：k为传感器刚度；ωn为传感器无阻尼固有谐振频率.由式(4)可见，开环模式下传感器输出的谐波失真与寄生电容影响无关.然而高动态范围的电容式振动传感器通常情况下采用高灵敏度的机械表头，即相同加速度信号输入时质量块位移Δd较大，导致位移Δd与ain呈非线性关系，使谐波失真加剧.由于上述原因，高动态范围的振动传感器采用闭环工作模式.图3 电容式振动传感器接口ASIC芯片原理框图2.2 电容式振动传感器静电力闭环谐波失真分析当模拟开关S7工作时，传感器为闭环工作模式.振动传感器通过闭环静电力减小了质量块的位移Δd，提高了位移Δd与ain的线性度，降低了传感器的谐波失真.机械敏感电容的中间质量块相对中间位置发生位移时，其产生的反馈静电力为(5)式中：af为反馈等效加速度.将式(3)代入式(5)，由于传感器工作于闭环模式，因此Δd<<d，近似忽略高次项，可以近似认为Δd≈aeM/k，其中ae为反馈静电力等效的质量块加速度值，得到反馈等效加速度信号为(6)式中对af采用了泰勒展开，由于传感器为闭环结构，ae较小，因此忽略了ae的高阶项.闭环振动传感器的非线性输出反馈原理如图4(a)所示，当系统失调c0相对较小时，闭环反馈系统的输出计算函数(将af表示为ain的级数形式，并忽略高次项，结合模型1并利用系数对比)可以得到(7)根据式(3)、式(7)及图4(b)原理，得到输出电压为Vf≈γ0+γ1(aIN-af)=(8)根据图2所示的电容式闭环振动传感器工作原理，若输入信号为aINcos ωt，根据式(2)、式(8)及表1的振动传感器表头和电路参数，得出二次谐波失真为(9)三次谐波失真为(10)式中CP为寄生电容|CP1-CP2|(见图1).将表1参数代入式(9)和式(10)可知：传感器输出的三次谐波失真与传感器的寄生电容无关，当输入加速度幅值aIN小于±0.2g(g为重力加速度，g=9.8 m/s2)时，三次谐波失真将小于-100 dB.传感器输出的二次谐波失真与传感器的寄生电容有关，由于开环增益A0过大导致稳定性问题，电源电压受集成电路工艺限制，因此消除二次谐波失真最简单的方法是减小VOS，即消除极板间的非对称杂散电容CP.当采用电容阵列补偿方法(该方法详细描述见第3.2节)将杂散电容CP匹配至小于0.001CS时，其电容式振动传感器的二次谐波失真理论上将小于-120 dB.图4 电容式闭环振动传感器非线性反馈原理表1 电容式振动传感器表头及电路参数物理量数值静态电容CS/pF150质量块质量M/mg40传感器刚度k/(N·m-1)4000极板间距d/μm2电荷放大器反馈电容Cf/pF5位移电压转换系数A0200电源电压VS/V53 谐波失真自检测ASIC芯片设计3.1 电容式振动传感器接口ASIC芯片原理设计电容式振动传感器接口ASIC芯片原理如图3所示.电路采用调制解调、分时复用检测电极方式完成静电力平衡电容振动传感器的工作过程.电容检测电路采用CMOS开关电容检测方式有效提高电荷检测能力，利用大面积输入P管、相关双采样等电路结构降低电荷放大器的1/f低频噪声；利用PID反馈控制结构提高系统稳定性.其模拟开关的工作时序如图5所示，各个开关周而复始地执行该工作时序，完成电容式振动传感器的闭环工作过程.芯片整个工作周期T包括4个时间相位：放大器误差拾取相位(P1)、电荷放大器准备相位(P2)、电荷采样相位(P3)和静电力闭环反馈相位(P4).图5 闭环振动传感器ASIC芯片工作时序不同相位下的电路结构如图6所示.在相位P1，电荷放大器将失调电压与低频噪声电压(通称为误差电压Vn)施加于节点Vx，此时该节点的电荷量为Qx=(Vx-VS)CS1+(Vx+VS)CS2(11)在相位P2，开关S6断开，电荷放大器处于电荷检测准备状态，其节点Vx的电荷量与相位P1时相同.在相位P3，机械敏感电容CS1、CS2的驱动端接地，节点Vx 的电荷量保持不变，此时节点Vx的电荷总量满足方程Vn(CS1+CS2)+(Vn-VOUT)Cf=(Vn-VS)CS1+(Vn+VS)CS2(12)此时电荷放大器输出电压Vout被保持到采样电容CH，则Vout电压幅值为(13)在时钟相位P3，电路完成振动传感器机械表头电容量变化的检测.在时钟相位P4，开关S5、SH断开、S7闭合，电路结构如图6(d)所示，采样保持电压Vhold通过PID电路反馈至机械表头质量块Vx处，从而实现静电力反馈.然后，时序从时钟相位P1重新开始，并无限循环下去.本方案对机械表头质量块采用分时复用(检测、反馈分时)原理，减小电容检测、静电力反馈之间的馈通现象，实现振动传感器的静电力闭环反馈工作.图6 ASIC芯片中模拟开关工作原理3.2 电容阵列失调补偿工作原理考虑电容式振动传感器的寄生电容时，实际电路如图7所示.当输入加速度信号为0时，开关SA1、SA2断开，CS1=CS2，CP1-CP2=CP≠0时，电容敏感检测电路输出产生失调电压，由于反馈是通过PID电路进行的，积分器的作用将迫使电压节点Vhold = 0，即静电力反馈将迫使质量块位置发生变化Δd，使得CS2-CS1= CP，当Δd较小时，可以近似认为Δd≈afM/k.此时电路节点Vf的输出失调为(14)此时的VOS造成了式(9)所示的传感器输出二次谐波失真.为消除寄生电容造成的二次谐波失真，采用电容阵列进行补偿，即将阵列CA1或阵列CA2并列连接于CS1或CS2上，使得当输入aIN为0时，CS1+CP1+CA1=CS2+CP2+CA2，消除电容振动传感器的输出失调VOS.3.3 谐波失真自检测工作原理采用周期施加静电力的方法等效输入加速度信号，从而进行电容式振动传感器的谐波失真检测，该方法可以避免高精度振动台的使用，其检测原理如图3所示，在接口电路的PID反馈控制结构Vin处施加自检测电压VT，该信号经PI电路传输至模拟开关S7输入端，模拟开关按数字时序分别闭合S5、S7，分别进行质量块位置检测、静电力平衡负反馈、自检测静电力施加功能，整个周期T小于100μs(采样频率fs大于10 kHz).其自检测电压为低频正弦电压信号(信号频率fs<100 Hz).中间电极对输入自检测信号的采样结果为(15)式中τ为模拟开关S7在单位周期T内闭合的时间.对式(15)进行傅里叶变换，结果为(16)式中ωs=2πfs.根据工作时序图5，为常数并不引入失真项.此外，根据抽样原理，电路采样频率fs远大于奈奎斯特采样频率，不会出现频谱混叠现象，并可重现输入信号的频谱特性.传感器开环工作时，在量程范围内Δd<0.05d，系统环路增益>5，因此传感器闭环工作时Δd<0.01d，其施加自检测静电力近似为(17)图7 电容阵列失调补偿工作原理由电路原理(图3)可知，反馈结构采用的是PID反馈结构，因此节点Vhold的直流电压应为0，可近似认为(18)将式(18)带入式(17)，得到自检测等效输入加速度幅值aIN及电压输出Vhold分别为(19)(20)式中L为传感器的环路增益，其传感器输出Vhold二次谐波失真为(21)该方法产生的等效加速度信号如式(19)所示，由于所施加的自检测电压信号与等效加速度信号呈非线性关系，因此该自检测信号本身就存在谐波失真，影响最终测试精度.且由式(21)可知：自检测静电力的二次谐波与输入自检测电压VT、杂散电容CP成正比，三次谐波可近似忽略.根据式(19)～式(21)，要提高传感器谐波失真的自检测精度，可通过提高电源电压VS，或采用电容阵列补偿杂散电容CP来实现.4 测试结果与分析电容式振动传感器接口ASIC芯片采用2 μm模拟CMOS工艺，实际芯片照片如图8所示，芯片面积为4.2 mm×3.8 mm.电容式振动传感器的混合封装如图9所示，机械敏感部分采用瑞士COLIBRYS公司SF1500传感器的真空封装电容式机械表头.图8 电容式振动传感器接口ASIC芯片照片图9 电容式振动传感器混合封装测试照片4.1 电容式振动传感器性能测试电容式振动传感器在实验室条件下的性能测试结果如表2所示.测试噪声时，将振动传感器悬挂并处于0g状态进行减震，并采用动态分析仪HP35670A进行噪声频谱测试，其噪声频谱如图10所示.表2 电容式振动传感器测试结果静态功耗/mW刻度因子/(V·g-1)噪声密度/Hz-12量程401.23×10-6g±2g图10 电容式振动传感器噪声频谱4.2 谐波失真自检测功能测试在实验室测试环境下，采用动态分析仪HP35670A进行传感器谐波失真测试，电容传感器电源采用±5 V，传感器实际使用时的量程为±0.2g，对应输出电压为±240 mV.利用HP35670A的信号源输出40 Hz、480 mVpp正弦电压信号(等效0.4gpp加速度输入信号)，该信号源的谐波失真为-90 dB，将该信号输出施加于电容式振动传感器自检测输入端，其传感器输出频谱如图11所示.图11(a)和图11(b)分别对应敏感电容偏差2%、20%时传感器输出谐波失真.由图11可知，二次谐波清晰可见，且电容偏差较大时，二次谐波也较大，其中三次谐波已被传感器输出噪声所淹没，对传感器谐波失真影响较小，可近似忽略，符合第3.3节的分析.表3描述了不同电容偏差导致的二次谐波理论值(据式(21)计算所得)与实测值的对比，由于信号源的谐波失真为0.003%，导致传感器实测值略高于理论值0.006%，而二次谐波与电容偏差呈线性关系且斜率相同，符合式(21)的分析.图11 电容失调导致的电容传感器谐波失真测试结果图12为不同幅值加速度信号输入的传感器输出频谱，输入幅值分别为240 mVpp、480 mVpp，对应输入等效加速度信号为0.1g、0.2g.谐波失真测试结果分别为-83 dB、-79 dB，二次谐波为主要谐波分量，输入信号幅值增加一倍，二次谐波失真约增加一倍，说明传感器二次谐波与输入幅值呈线性关系，符合式(21)的分析.表3 不同电容偏差下二次谐波理论值和实测值对比电容偏差CP/CSHD2理论值/%HD2实测值/%0.010.00150.0070.020.0030.0090.040.0060.0120.060.0090.0150.200.0300 .042图12 电容式振动传感器谐波失真测试频谱根据上述测试结果可知：(1)针对电容式振动传感器表头设计出一种基于静电力平衡原理的开关电容式接口ASIC芯片，该芯片对传感器表头中间检测电极分时进行静电力反馈、质量块位置检测功能.整体ASIC芯片采用自动清零、相关双取样、闭环反馈等方式抑制CMOS芯片噪声，最终与表头匹配后的噪声密度为3×10-6g/.(2)利用静电力自检测原理可以完成传感器谐波失真自检测，该方法无需精密振动台，通过周期施加静电力、并调整电容阵列的原理，谐波失真检测精度达到-83 dB，与理论分析基本相符.5 结语对闭环电容式振动传感器的谐波失真进行了理论分析，认为电容敏感结构间的杂散电容将导致位置检测输出失调，从而出现谐波失真现象.设计了一种电容式振动传感器接口ASIC芯片，芯片采用2 μm CMOS工艺实现，测试结果表明，与真空封装电容表头匹配后，刻度因子为1.2 V/g，噪声密度为3×10-6g /.芯片采用电容阵列、闭环结构进行谐波失真抑制，理论分析谐波失真可降至-120 dB.利用静电力原理，提出一种电容式振动传感器谐波失真自检测方法，提供了理论分析结果.在等效输入信号为0.4gpp时，检测精度达到-83 dB，与理论分析结果相符.【相关文献】[1] Amini Babak Vakili, Abdolvand Reza, Ayazi Farrokh. A 4.5-mW closed-loop ΔΣ micro-gravity CMOS SOI accelerometer [J]. IEEE J Solid-State Circuits, 2006, 41(12): 2983-2991.[2] Aaltonen L, Halonen K. Continuous-time interface for a micromachined capacitive accelerometer with NEA of 4 μg and bandwidth of 300 Hz [J]. Sensors and ActuatorsA:Physical, 2009, 154(1): 46-56.[3] Kulah H, Chae J, Najafi K. Noise analysis and characterization of a sigma-delta capacitive microaccelerometer [J]. IEEE J Solid-State Circuits, 2006, 41(2):352-361.[4] Rödjegård Henrik, Lööf Anders. A differential charge-transfer readout circuit for multiple output capacitive sensors [J]. Sensors and Actuators A:Physical, 2005, 119(2): 309-315.[5] Takao H, Fukumoto H. A CMOS integrated three-axis accelerometer fabricated with commercial sub-micrometer CMOS technology and bulk-micromachining [J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2001, 48(9): 1961-1968.[6] 潘武，张昱.力平衡式三轴微加速度计的设计与分析[J].纳米技术与精密工程， 2006， 4(2)：141-145.Pan Wu, Zhang Yu.Design and analysis of a three-axis micro accelerometer with force balance feedback[J]. Nanotechnology and Precision Engineering, 2006, 4(2): 141-145(in Chinese).[7] Kulah H, Salian A, Yazdi N, et al. A 5 V closed-loop second-order sigma-delta micro-gmicro accelerometer [C]// Proc Solid-State Sensors and Actuators Workshop. Hilton Head, SC, 2002:219-222.[8] Yin L, Chen W P, Liu X W, et al. CMOS interface circuit for closed-loop accelerometer [J]. Optics and Precision Engineering, 2009, 17(6):1311-1315.[9] Gannon J C, McMahon M G, Pham H T, et al. A seismic test facility [C]// Meeting of the Society of Exploration Geophysicists. New Orleans, LA, 1999.[10] Goldberg H, Gannon J, Marsh J, et al. An extremely low-noise MST accelerometer using custom ASIC circuitry [C]// Proceedings of Sensor Expo Fall 2000. Detroit, MI, 2000: 479-482.。
有源电力滤波器中的谐波检测电路设计
谐 波 电流 是 非 常 关 键 的 ， 的 快 速 性 、 确性 、 活 性 以 及 它 准 灵
成 ： 波 电流 检测 电路 、 谐 电流 跟 踪 控 制 电路 、 开 关 器 件 驱 主 动 电路 和 主 电路 。谐 波 电流 检 测 电路 采 用 基 于 瞬 时 无 功 功率 理 论 的 ｉ一ｉ 法 ， 据 有 源 电力 滤 波 器 的 补偿 目 的 。算 根 检测 出 负载 电 流 中 的谐 波 分 量 ， 同时 还 要 检 测 直 流 侧 母 线
部 分 的 程序 流 程 ， 并研 制 出谐 波检 测 电路 。 实验 结果 验 证 了谐 波检 测 的 快 速 性 和 准 确 性 ， 系统 运 行 稳 定 可 靠 ， 较 好 的 有
应 用前 景 。
关 键 词 ：谐 波 检 测 ； ＴＭＳ ２ Ｆ ８ ２； ３ ０ ２ １ ＡＤ７ ５ ； ＬＬ； ＡＸ２ ０ Ｃ ０ １ ３ ０ ６ ６Ｐ Ｍ ６ ； ８ ５ Ｆ ３
１
迟 的缺 点 ， 得 测 量 精 度 高 。 以 上 优 点 弥 补 了 目前 ＡＰ 使 Ｆ
中谐 波 电流 检 测 技 术 的缺 陷 ， 且 抗 混 叠 滤 波 器 、 离 放 而 隔
大器 、 过零 检 测 电路 、 相 倍 频 电 路 的设 计 增 强 了检 测 的 锁
可 靠 性 直 接 决 定 ＡＰ Ｆ的补 偿 性 能 。
参 考 文 献 ［ — ］ 计 的谐 波 检 测 电路 检 测 出 的 多 路 １ ３设
模 拟 信 号 会 有 一 定 的 延 迟 性 ， 会 大 大 影 响 ＡＰ 这 Ｆ计 算 谐 波 的 精 确 性 和 准 确 性 。 本 文 中 谐 波 检 测 装 置 所 用 的
谐波滤波电路
谐波滤波电路谐波滤波电路是一种常用的电子电路，用于滤除输入信号中的谐波成分，使输出信号更加纯净。
谐波滤波电路的设计和工作原理对于电子工程师来说是非常重要的知识。
谐波滤波电路的设计要根据输入信号的频率和谐波成分的特点来确定。
常用的谐波滤波电路有LC谐振电路、RC谐振电路和LCR谐振电路等。
这些电路都是通过选择合适的电感、电容和电阻来实现对谐波的滤除。
LC谐振电路是谐波滤波电路中最简单的一种。
它由一个电感和一个电容组成，通过调节电感和电容的数值，可以实现对特定频率的谐波的滤除。
当输入信号的频率接近谐振频率时，电感和电容会形成一个谐振回路，从而使谐振频率的谐波被滤除。
RC谐振电路是另一种常用的谐波滤波电路。
它由一个电阻和一个电容组成，通过调节电阻和电容的数值，可以实现对特定频率的谐波的滤除。
和LC谐振电路类似，RC谐振电路在特定频率附近形成谐振回路，从而使谐振频率的谐波被滤除。
LCR谐振电路是一种更加复杂的谐波滤波电路。
它由一个电感、一个电容和一个电阻组成，通过调节这三个元件的数值，可以实现对多个谐波的滤除。
LCR谐振电路的滤波效果比较好，可以同时滤除多个谐波成分。
除了上述的谐波滤波电路，还有一些其他的滤波电路，如陷波滤波电路和带通滤波电路等。
陷波滤波电路可以选择性地滤除特定频率的信号，而带通滤波电路可以选择性地通过一段频率范围内的信号。
这些滤波电路在实际应用中也具有很大的价值。
谐波滤波电路在电子设备中有着广泛的应用。
在音频设备中，谐波滤波电路可以滤除音频信号中的杂散谐波，使音质更加纯净。
在通信设备中，谐波滤波电路可以滤除信号中的谐波成分，提高通信质量。
在电力系统中，谐波滤波电路可以滤除电网中的谐波，保护设备的正常运行。
谐波滤波电路是一种重要的电子电路，用于滤除输入信号中的谐波成分。
通过选择合适的电感、电容和电阻，可以实现对特定频率的谐波的滤除。
谐波滤波电路在音频设备、通信设备和电力系统等领域有着广泛的应用。
毕业论文《电力系统谐波的检测》
摘要随着电力系统的发展以及电力市场的开放，电能质量问题越来越引起广泛关注。
由于各种非线性负载(谐波源)应用普及，产生的谐波对电网的污染日益严重。
谐波是目前电力系统中最普遍现象，是电能质量的主要指标。
电力系统谐波是电能质量的重要参数之一，随着电力电子技术的发展，大量的非线性负载和各种整流设备被广泛的应用于各行各业，使电网谐波含量大大增加，电能质量下降。
谐波给供电众业的安全运行和经济效益带来了巨大影响。
所以，抑制谐波污染、改善供电质量成为迫切需要解决的问题。
因此，谐波及其抑制技术己成为国内外广泛关注的课题。
对电力系统谐波的治理，需要电力部门和用户共同参与。
一方面，用户需要电力部门公共电网电能质量能确保用户正常生产用电；另一方面，电力部门也要求用户的生产用电不影响公共电网的正常供电，特别是对于一些会对公必电网电能质量造成睡大影响的大型用户，从源头上进行电能质量的治理是必须的。
本文介绍了谐波的概念、检测及危害，详细介绍了谐波产生的来源于，电力系统中的谐波来自电气设备。
也就是说来自发电设备和用电设备。
同时介绍了谐波的危害，包括对电网运行和用电设备的危害，还包括对继电保护和自动装置的影响。
为了有效补偿负荷产生谐波电流，首先对谐波的成分有精确认识，因而需要实时检测负载电流中的谐波。
本文着重介绍了基于三相电路瞬时无功功率理论的谐波测量的理论。
进而研究了电力系统谐波的抑制措施，消除或抑制谐波的对策,可以有效地减小谐波对电网的影响，以消除和防止谐波的影响。
关键词：电力系统谐波；危害；p、q检测方法,；ip、iq检测方法目录摘要 (I)目录 (I)第1章绪论 (3)1.1 谐波的提出及意义 (3)1.2国内外研究状况及进展 (4)1.2.1国外研究现状 (4)1.2.2国内研究现状 (6)1.3本文主要研究的内容 (7)第2章电力系统谐波的分析 (8)2.1 谐波的基本概念 (8)2.1.1 谐波的定义 (8)2.1.2 电力系统谐波的表达式 (8)2.1.3 电力系统谐波的标准 (9)2.2 电力系统谐波的产生 (10)2.3 电力系统谐波的危害 (12)2.3.1 对电机的危害 (12)2.3.2对变压器的危害 (12)2.3.3 对线路的危害 (13)2.3.4 对电容器的影响 (13)2.3.4 对继电保护、自动装置工作的影响 (14)2.3.5 对其通信系统的影响 (14)2.4 本章小结 (14)第3章电力系统谐波的检测 (16)3.1谐波检测的几种方法比较 (16)3.2基于三相电路瞬时无功功率理论的谐波测量 (18)3.2.1 瞬时有功功率和瞬时无功功率 (18)3.2.2 瞬时有功电流和瞬时无功电流 (20)3.2.3 基于瞬时无功功率的p、q检测方法 (21)3.2.4 基于瞬时无功功率的ip、iq检测法 (22)3.2.5 检测示例 (24)3.3本章小结 (26)结论 (27)参考文献 (28)附录1 (29)附录2 (32)致谢 (337)燕山大学毕业论文评审意见表 (38)个人简介 (40)第1章绪论1.1 谐波的提出及意义“谐波”一词起源于声学。
如何利用滤波器对谐波检测电路进行检测
高通和低通滤波器对谐波检测电路检测摘要从基于瞬时无功功率理论的一种谐波电流检测方法，推出了采纳高通和低通滤波器的两种谐波电流检测电路。
利用MATLAB仿真软件建立了相应的仿真电路，并就滤波器对谐波电流检测电路检测效果的妨碍进行了仿真研究，同时对两种电路的性能进行了比照，结果讲明，滤波器的截止频率、阶数和类型对检测电路的动态响应过程、检测精度都有非常大妨碍。
谐波电流检测电路采纳低通滤波器，不管从设计上依然从检测效果都有优势。
要害词：有源电力滤波器瞬时无功功率理论谐波检测滤波器AStudyaboutInfluenceofHighandLowPassFiltersonDetectingEffectofHarmonicsDetectionCircuitsWangQun YaoWeizheng WangZhaoan(Xi'anJiaotongUniversity710049China)Abstract Twocircuitsusinghighpassandlowpassfiltersareobtainedbyintroducingadet ectingapproachofharmoniccurrentsbasedontheinstantaneousreactivepower theory.TheirsimulationcircuitsarebuiltbyMATLABsimulationsoftware,res pectively.Thesimulationstudiesabouttheinfluenceofthefiltersinthedetecting circuitontheirdetectingeffectarecarriedoutand,atthesametime,theperforma ncesoftwocircuitsarecompared.Theresultsshowthatthedynamicresponsean dthedetectingprecisioncangreatlybeinfluencedbythecut-offfrequencies,the orderandthetypeofthefilters,andthatthecircuitcontainingLPFisbetterthanthe onecontainingHPFinbothdesignanddetectingeffect.Keywords:Activepowerfilter InstantaneousreactivepowertheoryHarmonicdetection Filter1 引言有源电力滤波器(APF——ActivePowerFilter)是近年来开展起来的一种抑制电网谐波的先进手段［1］。
二次谐波 电路
二次谐波电路二次谐波电路是一种能够产生二次谐波的电路。
在电路中，二次谐波是指频率是基波频率的二倍的信号。
二次谐波电路通常由非线性元件和线性元件组成。
非线性元件是产生二次谐波的关键，它能够将输入信号的非线性特性转化为输出信号的二次谐波分量。
常见的非线性元件有二极管、晶体管、三极管等。
在二次谐波电路中，线性元件起到传输和放大信号的作用。
它们对输入信号的幅度和相位进行调整，以便产生期望的二次谐波输出。
常见的线性元件有电阻、电容、电感等。
二次谐波电路的工作原理是利用非线性元件的非线性特性。
当输入信号经过非线性元件时，非线性元件会产生新的频率成分，其中包括了频率是输入信号频率的二倍的二次谐波。
为了实现二次谐波的产生，二次谐波电路需要满足一定的条件。
首先，输入信号的频率必须是非线性元件的工作频率。
其次，非线性元件必须具有足够的非线性特性，以便将输入信号转化为二次谐波信号。
最后，线性元件的选择和配置也对二次谐波电路的性能有重要影响。
在实际应用中，二次谐波电路具有广泛的用途。
例如，在无线电通信中，二次谐波电路常用于频率合成器和混频器等电路中。
通过控制输入信号的频率和幅度，可以实现对输出信号频率和幅度的精确控制。
此外，二次谐波电路还可以用于频率调制、频率倍频和信号检测等应用。
需要注意的是，二次谐波电路在设计和应用过程中需要考虑非线性元件的特性、线性元件的选择和配置，以及对输入信号频率和幅度的控制。
此外，非线性元件的温度、电压和功率等因素也会对二次谐波电路的性能产生影响。
因此，在实际应用中，需要进行充分的测试和调整，以确保二次谐波电路的稳定性和可靠性。
二次谐波电路是一种能够产生二次谐波的电路。
通过合理选择和配置非线性元件和线性元件，可以实现对输入信号的频率和幅度的精确控制，从而产生期望的二次谐波输出。
二次谐波电路在无线电通信和其他领域有着广泛的应用，对于提高系统性能和信号处理能力具有重要意义。
基于ADE7878芯片的谐波电能表的设计与校表流程
基于 ADE7878 芯片的谐波电能表的设计与校表流程孙建军 世健国际贸易(上海)有限公司南京办事处，南京 210005摘要：本文主要介绍了 ADI 公司最新推出的三相高精度多功能电能计量芯片 ADE7878，以及其在谐波计量 中的应用，重点阐述了 ADE7878 的功能特点，典型电路以及电能计量方法，尤其对 ADE7878 校表流程及其 算法做了详细介绍。
关键词：谐波计量，低功耗模式，防窃电特性，相位校准 1.引言 随着中国的社会用电量迅速增长，全国特高压电网建设，百万千瓦级发电机并网，家居网络化进程， 以及电网经营管理改进和计量新技术应用等要素，电能表市场发展迅猛，中国目前已成为世界电能计量行 业最具有活力的市场。
电能表市场需求正迈向前所未由的高速增长期，电能表也从普通功能型向长寿命、 高精度、分时段、多功能、网络化等高科技含量和高附加值的方向发展。
目前国内电能表大多具有计量有 功，无功，电压，电流，需量，电压跌落等功能。
但是很少具有谐波计量功能，为了计量和读取谐波电量， 笔者详细分析了 ADI 公司的 ADE7878 三相多功能电能计量芯片的设计以及校表流程。
2．ADE7878 电能计量精度 该 ADE7878 是美国 ADI 公司推出的三相高精度多功能电能计量芯片，超越了工业上对电能计量 0.2 级表 的精度和动态的要求。
ADE7878 的电压和电流通道为 24bit ∑-△型 ADC，电压和电流有效值在动态范围为 1000：1 的动态下小于 0.1%，电能在动态 1000：1 下小于 0.1%，在动态 3000：1 下小于 0.2%。
具体性能 如图 1 所示。
ADE7878 提供 I2C，SPI，HSDC 多种数据接口和 3 个灵活的脉冲输出，ADE7878 可以同时提供 基波有功和无功功率，总（基波+谐波）有功和无功功率，视在电能计量，基波有功和无功电能计量和 RMS 计算。
ADE7878 适合测量各种三相配置下有功，无功和视在电能，如三相三线（角接）、三相四线（星形）以 及其他的计量方式，同时也支持电流互感器（CT）和微分线圈电流传感器，支持所有通道的波形数据输出。
基于PQ法的谐波电流与无功电流检测方法设计
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言电力电子技术在推动电力系统发展,灵活高效地利用电能的同时,其设备又成为电力系统中最主要的谐波源,同时消耗无功功率[1-2]。
谐波的危害是多方面的,主要体现在:1)对供配电线路的危害:主要是影响线路的稳定运行和电能质量;2)对电力设备的危害:包括对电力电容器的危害、对电力变压器的危害和对电力电缆的危害;3)对用电设备的危害:包括对电动机的危害、对低压开关设备的危害和对弱电系统设备的干扰。
4)对人体和电力测量准确性的影响:目前采用的电力测量仪表当谐波较大时将产生计量混乱,测量不准确。
谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁,给周围的电器环境带来极大影响并对人体健康存在潜在危害,被公认为电网的危害和人体生命的杀手。
1电力谐波的定义目前国际普遍定义谐波为:谐波是一个周期电气量正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍[3]。
以正弦波电压为例,可以表示式(1):式中U是电压有效值,θ是初相角,ω是角频率,T为周期;对于周期为T的非正弦波信号,在满足狄里赫利的条件下,可分解为如式(2)的傅立叶级数。
u(t)=2√U sin(ωt+θ)(1)u(ωt)=a0+∞n=1∑a n cos nωt+b n sin nωt()(2)式中:a0=12π2π0∫u(ωt)d(ωt),a n=1π2π0∫u(ωt)cos nωtd(ωt),bn=1π2π0∫u(ωt)sin nωtd(ωt)。
频率与工频相等的分量称为为基波,频率是基波频率大于1的整数倍的分量称为谐波,其频率为基波频率的整数倍。
2基于PQ法的谐波电流和无功电流检测设计2.1三相瞬时无功功率理论图1琢茁坐标系中的电压,电流矢量PQ法的理论基础是三相瞬时无功功率理论。
三相电路瞬时无功功率理论最早在1983年由赤木泰文提出,它是以瞬时实功率P和瞬时虚功率Q的定义为基础。
5次谐波滤波器设计
5次谐波滤波器设计5次谐波滤波器是一种常见的电路设计，用于去除信号中的谐波成分。
在本文中，我们将介绍5次谐波滤波器的原理、设计方法和应用领域。
让我们来了解一下谐波的概念。
在信号处理中，谐波是指频率是基波频率整数倍的成分。
例如，对于基波频率为100Hz的信号，第一个谐波为200Hz，第二个谐波为300Hz，依此类推。
谐波的存在可能会导致信号失真或干扰其他设备的正常工作，因此需要对其进行滤波处理。
在设计谐波滤波器时，我们通常会选择合适的滤波器类型和阶数。
滤波器类型可以分为无源滤波器和有源滤波器。
无源滤波器是指不需要外部电源的滤波器，常见的有RC滤波器和LC滤波器。
有源滤波器则需要外部电源来提供能量，常见的有运算放大器(Op-Amp)构成的滤波器。
对于5次谐波滤波器的设计，我们可以选择合适的无源滤波器或有源滤波器。
无源滤波器的优点是结构简单、成本低廉，但其滤波特性受到元器件的参数变化和温度变化的影响较大。
有源滤波器则可以通过改变放大器的增益和频率响应来实现更好的滤波效果，但其电路复杂度和成本较高。
在设计5次谐波滤波器时，我们需要确定滤波器的通带、阻带和过渡带的频率范围。
通带是指信号可以通过的频率范围，阻带是指信号被滤波器完全阻断的频率范围，过渡带是指通带和阻带之间的频率范围。
根据应用的需求，我们可以根据这些参数来选择合适的滤波器类型和阶数。
一种常见的滤波器类型是巴特沃斯滤波器。
巴特沃斯滤波器是一种无源滤波器，具有平坦的通带和阻带响应。
它的特点是在通带范围内有较小的衰减，而在阻带范围内有较大的衰减。
在设计5次谐波滤波器时，我们可以使用巴特沃斯滤波器来实现所需的滤波特性。
为了设计5次谐波滤波器，我们需要确定滤波器的阶数和截止频率。
阶数是指滤波器的极点或零点的个数，它决定了滤波器的陡峭程度。
截止频率是指滤波器在通带中的衰减程度，它决定了滤波器的频率选择性能。
在设计5次谐波滤波器时，我们可以选择适当的阶数和截止频率来实现所需的滤波效果。
基于FPGA电力系统谐波检测
Ｆ ａ ｍｏ ｉｓｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｎ ｉ ｌ ａｙ ｉ ｇ ａ ｄ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ａ ｅｎ ｗ ｙ ｏ ａ ｍｏ ｉｓ Ｆｒ ｈ ｒ ｎ ｃ ａ ｕ ｅ ｎ ． ｈ ｒ ｃｐ ｅ ａ ｌ ｚｎ ｉ ｌ ｔ ｕ ｔ ｈ ｗｓｔ ｔ ｈ ｅ ｗａ ｆ ｒ ｎ ｃ ｉ ｎ ｎ ｏ ｅ ｈ ｔ ｈ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｎ ｐ ｗｅ ｓｅ ｍｅ ｔ ｔ ｅａ ｉ ｍｅ ｉ ｅ ｕｒ ｓｍｅ ｔ ｆ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｈ ｇ ｒ ｃ ｓｏ ， ｄ ｉ ｒ ｖ ｓ ａ ｕ ｅ ｎ ｏ ｒｓ ｔｍ ｅ ｓ ｒｔ ｉ ｙ ｈ ｈ ｔ ｒ ｑ ｉ ｎ ｓｏ ｇ ｅ ｎ ｉ ｈ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ａ ｃ ｅ ｈ ｐ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｈ ｅ ｌ ｉ ｂ ｌ ｙｏ ｙ ｔ ｔ ｅｒ ａ ｍｅ ａ ｉ ｔ ｆｔ ｅｓ ｓ ｍ ． ｔ ｃ ｉ ｖ ｓ ｅｐ ｒ ｏ ｅｏ ａ ｍｏ ｉ ｓｒ ｓｒ ｉ ｔ ｔ ｌ ． ｔ ｉ ｈ ｅ Ｉ ａ ｈ ｅ ｅ ｕ ｐ ｓ ｆ ｒ ｎ ｃ ｔａｎ ｓ ｏ ａ ｌ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ Ｆ ＧＡ ： Ｆ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｐ ＦＴ； ｈ ｒ ｎ ｃ ｏ ｒｓ ｓｅ ａ ｍｏ ｉ ｓｉ ｐ ｗｅ ｙ ｔ ｍ ｎ
第 ２ 卷第 ５期 ７
、ｏ ．７ ，１２ Ｎｏ． ５
辽宁工程技术大学学报 （ 自然科学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ａ ｎｎ ｅ ｈ ｉａ ｉｅｓｔ （ ｔｒｌ ｃｅ ｃ ｏ ｒ ａ ｏ ｉｇＴ ｃ ｎｃ ｌ ｏ Ｌｉ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｙ Ｎａ ａ ｉｎ ｅ） ｕ Ｓ
２０ ０ ８年 １ ０月
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｉ ｎ ｔ ｈ ｒｃ ｍ ｎ ｎ ｓ ｆｉｉｎ ｙ ｏ ａ ｍｏ ｉ ｓｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ｎ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ，ｔｉ ｒ ｃｅ ｓｒ ｃ ： ｍｉ ｇａ ｏ ｔｏ ｓ ｉ ｇ ａ ｄ ｉ ｕ ｃｅ ｃ ｆｈ ｒ ｎ ｃ ａｕ ｅ ｎ ｏ ｒｓ ｓ ｎ ｉ ｅ ｈｓａｔ ｌ ｉ
LC滤波电路原理及设计详解
LC滤波电路LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。
LC滤波器之所以称为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源。
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要；无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或屡次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波〔3、5、7〕构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
LC滤波器的适用场合无源LC电路不易集成，通常电源中整流后的滤波电路均采用无源电路，且在大电流负载时应采用LC电路。
有源滤波器适用场合有源滤波器电路不适于高压大电流的负载，只适用于信号处理，滤波是信号处理中的一个重要概念。
滤波分经典滤波和现代滤波。
经典滤波的概念，是根据富立叶分析和变换提出的一个工程概念。
根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。
换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。
只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一局部频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路电容滤波电路电感滤波电路作用原理整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。
为获得比拟理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件〔如电容、电感〕组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。
无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。
有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。
直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，那么滤波器的滤波效果越差。
三相四线制供电系统电流谐波分析
目录摘要 (2)第1章绪论 (4)1.1 引言 (4)1.2 课题来源及研究的目的和意义 (4)1.3 国内外在该方向的研究现状及分析 (5)第2章谐波理论基础 (6)2.1 谐波的基本概念 (6)2.2 谐波的产生 (8)2.3 谐波的危害 (9)2.4 谐波限制标准 (10)2.5 本章小结 (11)第3章谐波检测方法分析 (12)3.1 频域理论 (12)3.2 时域理论 (12)3.2.1 快速傅立叶变换 (12)3.2.2 基于瞬时无功功率检测方法 (13)3.2.2.1 p q-法 (20)i i-法 (22)3.2.2.2 p q3.2.2.3 Park变换的d q-法 (23)3.2.3 基于神经网络的谐波检测方法 (24)3.3 本章小结 (25)第4章仿真分析 (26)4.1 仿真软件简介 (26)4.2 三相整流电路仿真 (27)4.4 基于瞬时无功功率的单相谐波检测 (31)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)摘要在电力系统中许多电气元件都产生不同程度的谐波，各种整流设备，交直流换流设备尤为严重。
由此带来的危害和其谐波抑制是广泛关注的课题。
本文以三相四线制低压供电系统为例，首先介绍了谐波的基本概念、谐波的产生及其危害、电网对谐波电压和谐波电流的限值，阐述了谐波问题研究的必要性，国内外研究的状况及本文研究的内容，然后分析了谐波理论基础，详细的介绍了三相谐波检测方法、及基于瞬时无功功率检测方法。
最后对设计的谐波检测方法，利MATLAB/simulink进行仿真，在仿真中，利用MATLAB/Simulink建立了整流电路总体仿真模型。
编写了数据傅立叶分析软件。
通过仿真波形、分析数据表明了此仿真模型的真实性和方案的可行性。
关键词谐波电流检测; 瞬时无功功率理论; Matlab/Simulink; 三相整流电路桥AbstractA lot of electric components produce various degrees of harmonies in the power system, it is particularly serious to do it such as various kinds of rectification equipment and inverters and converters. Therefore the danger brought and its wave in harmony are suppressed it is subjects that a lot of people pay close attention to extensively.The paper introduces the concept of harmonics, its harm to power grid and limitation of harmonics voltage and current harmonics，and it also demonstrates the necessity of eliminate harmonics, and briefly introduces several methods to eliminate harmonics and research of both here and abroad. The paper analyzes the principles of the harmonic. Then the paper detailed introduces the theory of the way of harmonic currents of a single-phase and the way of harmonic currents of a there-phase and instantaneous reactive power,. In the end the paper simulates harmonics detection methods by MATLAB/simulink. In the simulink, utilizeMatlab/Simulink to set up commutate circuit mode. Write its data FFT analyses software. By showing the wave form and analyzing data, indicate the authenticity of this simulink model and feasibility of the scheme.Key word:harmonic current detection; Instantaneous reactive power theory; Matlab/Simulink;Three-Phasa Universal Bridge第1章绪论1.1 引言电能作为现代社会中使用最广泛的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平的重要标志之一。
电流控制模式中谐波补偿电路的设计
电流控制模式中谐波补偿电路的设计谐波补偿电路是一种用于减小电力系统中谐波电流的设计。
在电流控制模式中，由于非线性负载的存在，会产生含有不同频率的谐波电流。
这些谐波电流会对电力系统和其他设备产生不良影响，如降低功率因数、增加损耗、引起设备故障等。
因此，设计合适的谐波补偿电路可以有效地减小谐波电流的影响。
谐波补偿电路通常包括谐波源、谐波传感器、控制器以及谐波发生器等部分。
下面将详细介绍每个部分的设计要点：1.谐波源：谐波源是指具有谐波电流的非线性负载。
在设计谐波补偿电路时，需要对非线性负载进行谐波分析，确定谐波源的谐波类型、谐波频率和谐波电流大小，以便合理选择谐波补偿电路的参数。
2.谐波传感器：谐波传感器用于实时监测电流中的谐波成分。
一般采用电流传感器或电压传感器来进行谐波检测。
在设计传感器时，需要考虑传感器的灵敏度、精度和扩展范围，以确保准确检测谐波信号。
3.控制器：控制器是谐波补偿电路的核心部分，用于生成补偿电流。
控制器需要根据谐波传感器的输出信号，控制谐波发生器的工作状态，产生与谐波源相反的等幅、相位相反的补偿电流。
在设计控制器时，需要考虑控制算法、响应速度和抗干扰能力等因素。
4.谐波发生器：谐波发生器是根据控制器的指令，产生与谐波源相反的谐波电流。
谐波发生器的设计需要考虑谐波电流的频率范围、输出能力和功率损耗等因素。
在设计谐波补偿电路时，还需要考虑以下几个方面：1.谐波补偿电路的容量：根据谐波源的谐波电流大小和谐波系数，确定谐波补偿电路的容量。
一般来说，谐波补偿电路的容量应大于谐波源的谐波电流。
2.对称负载和不对称负载的处理：根据电力系统的实际情况，设计合适的谐波补偿电路。
对于对称负载，可以采用单相谐波补偿电路或三相谐波补偿电路；对于不对称负载，需要采用多个相位谐波补偿电路。
3.谐波补偿电路的稳定性和可靠性：在设计谐波补偿电路时，需要考虑其稳定性和可靠性。
对于控制器和谐波发生器等关键部件，需要保证其稳定工作，并考虑过电压、过流和温度等保护措施。
运放组成的谐波形抑制电路
运放组成的谐波形抑制电路全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：运放组成的谐波形抑制电路是一种常用的电路设计，旨在减少电路输出信号中的谐波成分，以提高信号的纯度和质量。
在音频放大器、通信系统、音频处理器等领域，谐波形抑制电路都有着广泛的应用。
本文将介绍运放组成的谐波形抑制电路的原理、设计方法以及应用场景。
一、谐波形抑制电路的原理谐波形抑制电路的设计目的是通过降低输入信号中的谐波成分，从而获得更加干净纯净的输出信号。
一般而言，谐波波形可以分为基波、二次谐波、三次谐波等。
在音频系统中，谐波波形会使得音频信号失真，影响音质。
设计谐波形抑制电路是非常重要的。
二、运放组成的谐波形抑制电路的设计方法1. 低通滤波器低通滤波器是一种常用的谐波形抑制电路。
它通过使得输入信号中的高频信号通过，而将低频信号抑制，从而实现对谐波波形的抑制。
常见的低通滤波器包括电容-电阻组成的RC滤波器、电感-电容-电阻组成的RLC滤波器等。
混合滤波器是将低通滤波器和高通滤波器组合而成的一种滤波器。
它可以同时抑制输入信号中的高频和低频信号，实现更全面的谐波形抑制效果。
1. 音频放大器在音频放大器中，谐波波形抑制电路可以帮助减少音频输出信号中的谐波成分，提高音质。
2. 通信系统运放组成的谐波形抑制电路在电路设计中具有广泛的应用前景，可以帮助提高信号质量和音频效果。
设计人员应该根据具体的需求和应用场景，选择合适的谐波形抑制电路，并进行优化设计，以获得最佳的效果。
第二篇示例：运放组成的谐波形抑制电路是一种用来抑制电路中产生的谐波信号的技术手段。
谐波信号是指原始信号的整数倍频，通常会导致输出信号失真，影响设备的性能。
在很多应用中，如音频放大器、通信系统等，谐波形抑制电路起着至关重要的作用。
一般来说，运放（Operational Amplifier）是一种主要用于放大和处理信号的集成电路。
它能够提供高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等优良特性，因此广泛应用于各种电子设备中。
电力谐波和滤波器的方案设计
电力谐波和滤波器的方案设计2004.8.24华北电力大学电气工程学院谐波的基本概念、性质和指标一、谐波定义：谐波是周期性电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。
二、谐波性质：1、谐波次数h 必须为正整数；2、谐波通指稳态、连续谐波；3、谐波通常包含各次正弦波。
间谐波、次谐波、陷波等不属于高次谐波范畴。
三、评价指标：1、谐波电流、电压含有率：HRI h = Ih × 100% I1 HRUh = Uh ×100 % U1含有率指某次谐波分量和基波分量比值的百分数。
华北电力大学电气工程学院谐波的基本概念、性质和指标2、电流、电压总谐波畸变率：总谐波畸变率指畸变波形偏离正弦波形的程度。
表达式如下：∑TH DI M 2 hI=h = 2I1× 100%∑THDUMU12 h=h = 2U× 100%谐波治理即限制谐波含有率和总谐波畸变率不超标。
四、国标限值（允许谐波含有率表见国标）华北电力大学电气工程学院供电系统谐波主要影响和危害一、对变压器的影响1、产生导体附加损耗；2 P = I2R = ( I1 + ∑I2 )2 R = P1+ ∆P h h=22、产生涡流和铁芯损耗，引起变压器发热或过热；3、使变压器产生振动和噪声。
二、对旋转电机的影响1、在绕组上产生附加损耗；2、在转子上产生谐波涡流，引起附加铁损和发热；3、引起旋转电机振动和产生高频噪声。
总之，谐波增大变压器、电机功率损耗，产生发热、振动和噪声等，影响运行经济性和使用寿命。
华北电力大学电气工程学院供电系统谐波主要影响和危害三、对通讯的影响540Hz—1200Hz 的谐波影响通讯系统通话质量；人听觉对800~1200Hz 谐波噪声较为敏感。
国际电报电话咨询委员会用噪声加权系数Pfh计算各次谐波的干扰：电话谐波波形系数：四、对电能计量的影响1、在感应电能表绕组、圆盘上产生谐波涡流和使总电流增大，增大电能表的计量误差；2、谐波功率引起较大的电能计量系统误差，电子式电能表这种误差大于感应式电能表。
多谐波振荡器实验设计
多谐波振荡器实验设计一、绪论多谐波振荡源是产生多谐波频率的重要装置，是多谐波系统中重要的组成部分。
从常见的通信系统中的本地振荡源，到芯片内部的本地时钟，无一不需要着频率振荡源。
由此可见，多谐波频率振荡源在电路系统中的地位。
随着无线通信技术的发展，多谐波系统对频率振荡源的要求也在不断提高，它们要求频率振荡源产生的振荡频率不再单一。
因此，多谐波振荡器(VCO)应运而生。
多谐波振荡器可以随着控制电压的改变而改变它输出的振荡频率，由此来满足电路系统所需要的特定振荡频率。
（一）多谐波振荡器的发展历史自从Edwni Armsrtong在1912年提出外差原理,发明超外差接收电路并成功组装第一台超外差接收机以来，振荡器就成为了最基本的元件[1]。
Hartley在此基础上进行优化改进，使用真空管技术设计出了一款经典的振荡器。
他设计出的振荡器是以电感和电容为基本元件，决定着振荡器的输出频率，同时使用真空管来放大振荡信号，通过改变电路中的电感值或者电容值，就可以改变振荡器的振荡频率。
如今的Hartley，Colpitts，Clapp，Armstrong，Pierce等经典振荡电路结构正是当时的研究成果[2]。
在上个世纪四十年代，贝尔实验室发明了第一个双极型晶体管，并很快替代了真空管在振荡器中的作用[3]。
变容二极管的出现极大地影响了多谐波振荡器的发展历程。
由于变容二极管独特的物理特性，使得其结电容能够随着外加反偏电压的变化而变化。
因此将变容二极管作为多谐波振荡器的元器件，就可以实现通过外加的控制电压调节振荡器的振荡频率。
这改变了以往通过更换电路中的电感或电容来调节振荡频率的局面，实现了振荡频率的电子调谐。
电子调谐的优势不仅是频率调谐更加便捷，还能够精确控制输出的振荡频率。
到了二十世纪八十年代，各种理论和技术的出现给移动通讯带来巨大的发展。
而在通信系统中少不了多谐波振荡器的存在。
同时，人们对多谐波振荡器的要求也发生了新的变化，多谐波振荡器要在保持以往性能的同时，还要做成比之前更小的体积。
三相电路负载电流谐波检测的原理
三相电路负载电流谐波检测的原理三相电路负载电流谐波检测的原理是通过监测三相电路中负载电流中的谐波成分，来判断电路负载中是否存在电流谐波。
在电力系统中，谐波是指频率是基波频率的整数倍的电压或电流成分。
电力系统中的谐波主要来自非线性负载设备，例如电力电子器件、电力变频器、整流器等。
谐波对电力设备和系统的稳定运行和电力质量产生重要影响，因此对负载电流谐波的检测和分析具有重要意义。
三相电路中的负载电流通常可以表示为基波电流与谐波电流的叠加。
基波电流是电路中频率最低且振幅最大的电流成分，谐波电流是所有频率是基波频率的整数倍的电流成分。
谐波电流的频率通常为50Hz的整数倍，例如第二次谐波为100Hz，第三次谐波为150Hz，以此类推。
三相电路负载电流谐波检测的原理主要涉及以下几个方面。
1.采样与采集：首先需要在三相电路中选择合适的位置进行电流采样。
通常使用电流传感器、电流互感器等设备对负载电流进行无创采样。
采样的电流信号经过滤波和放大等处理后，可以得到负载电流的模拟信号。
2.数字化处理：负载电流的模拟信号需要进行模数转换（A/D转换）后，才能被数字电路处理。
模数转换的精度和采样率对谐波检测的准确性和灵敏度有较大影响。
数字化的负载电流信号可以通过数字滤波器、数字滤波算法等方法进行处理和分析。
3.谐波分析：在数字化处理后，可以对负载电流进行谐波分析。
谐波分析主要包括频率分析和振幅分析。
频率分析用于确定谐波电流的频率成分，振幅分析用于测量谐波电流的振幅大小。
谐波分析可以通过信号处理方法如FFT（快速傅里叶变换）等来实现。
4.谐波特征提取：根据谐波分析结果，可以提取出负载电流谐波的特征参数。
谐波特征可以包括谐波电流的谐波畸变率、总谐波畸变率、谐波电流频谱等。
这些特征参数可以用于分析电力系统的谐波水平、评估电力设备的谐波影响，并作为电力质量监测和控制的依据。
5.比较和判断：将负载电流的谐波特征与预设的阈值进行比较，就可以判断负载电流中是否存在谐波电流。
抑制高速电机电流谐波的LC滤波电路设计
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｍ ３ ４ １ ； Ｔ Ｍ３ ５ １ ； Ｔ Ｍ３ ０ １ ． ２ 文 献标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ ． ６ ８ ４ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ ． ０ ０ ３ ８ ． ０ ７
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谐波检测电路设计
对于有源电力滤波器(APF)而言，实时准确地检测出谐波电流是非常关键的，它的快速性、准确性、灵活性以及可靠性直接决定APF的补偿性能。
设计的谐波检测电路检测出的多路模拟信号会有一定的延迟性，这会大大影响APF计算谐波的精确性和准确性。
本文中谐波检测装置所用的AD7656具有6路同步采样特性，克服了测量结果之间延迟的缺点，使得测量精度高。
以上优点弥补了目前APF中谐波电流检测技术的缺陷，而且抗混叠滤波器、隔离放大器、过零检测电路、锁相倍频电路的设计增强了检测的精确性。
1 装置整体运行原理及相关算法
1．1 装置运行原理
图1为并联型有源电力滤波器的原理结构框图。
图中，交流电网对非线性负载电，非线性负载为谐波源，产生谐波并且消耗无功功率。
有源电力滤波器由4部分组成：谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、主开关器件驱动电路和主电路。
谐波电流检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq算法，根据有源电力滤波器的补偿目的检测出负载电流中的谐波分量，同时还要检测直流侧母线电容电压。
然后将这些信号输入电流跟踪控制电路，通过控制算法生成一系列PWM信号，以此作为补偿电流的指令信号。
这些信号经过电平转换后输入主开关器件驱动电路，驱动主电路中的主开关器件。
此时，APF产生并向电网注入补偿电流，该电流与非线性负载电流相位相反，幅值为负载电流中的谐波分量，从而达到滤波目的。
有源电力滤波器检测模块的工作框图如图2所示。
6路电流信号包括三相电流ia、ib、ic以及由APF发出的补偿电流，这6路电流信号经霍尔电流传感器变换后，在高精度取样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，霍尔电流传感器采用LEM公司生产的LA55-P，采用这种霍尔传感器加高精度取样电阻的方式，可以获得更好的抗干扰能力，模拟信号变换的精度更高。
直流母线电压信号经霍尔电压传感器变换后，由于对直流母线电压的精度要求不高，就不再进行信号调理而直接进入A／D芯片的模拟信号输入通道。
A／D采样启动信号也可以由DSP内部的定时器发出，但是由于电网频率会有所波动，而定时器的计时周期并不会随电网的频率变化而变化，使用内部定时器作为A／D启动信号时，会影响到瞬时无功算法的精度，使用了锁相倍频电路发出的12．8 kHz方波作为A／D 芯片采样控制信号。
在谐波计算当中，需要用到采样点的电角度所对应的正、余弦值，由于将电网频率256倍频，也就是在一个电网电压信号周期内要采256个点，每个点对应角度的正、余弦值已经计算出来，并存储到了非易失性铁电存储器当中。
每次DSP启动后，会预先把正、余弦表从铁电存储器中读取到内存中，节省查表时间。
在DSP的CAP4捕获到过零检测电路信号的上升沿时，就会启动CAP5来捕获12．8 kHz 方波的上升沿，同时将查询正弦表和余弦表的指针清零，回到表格首地址，开始下一个周期的查询。
1．2 谐波分析算法
针对APF的谐波电流检测的特点，本课题采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测法。
瞬时无功功率理论是将三相电流变换到α、β坐标，大大地简化了负载有功功率和无功功率的计算，在检测三相电路谐波及无功电流中得到了成功的应用。
经坐标变换后，电网基波电流的瞬时
无功功率和有功功率在α、β坐标系中已成为直流成分，因而只要用低通滤波器滤除交流成分，将直流成分逆变换后，就得到电网基波电流。
这样，电网电流减去已检测出的基波电流，就得到电网的谐波电流。
基于ip-iq算法的谐波电流检测方法原理图如图3所示。
系统硬件设计
谐波检测电路由DSP外围电路、模拟信号调理电路、A／D采样电路、过零检测电路及锁相倍频电路等5部分组成。
2．1 模拟信号调理电路
模拟信号调理电路主要是霍尔电流传感器、可编程有源滤波芯片MAX260组成，其原理框图如图4所示。
为了避免三相负载电流检测信号中的高频分量造成数字采样中的混叠现象，影响谐波检测的精度，必须设置抗混叠低通滤波器进行滤波；根据香农采样定理，被采样信号中的最高次分量频率应小于或等于采样频率的一半。
截止频率设置较低，能保证滤除效果，但是过低的截止频率将使被滤波信号存在过大的相位移，给信号检测的实时性和准确性带来影响。
所以，应当合理选择抗混叠低通滤波器的截止频率，使之在保证有效滤除高频噪声的前提下，同时有效保证信号数字采样的精度。
抗混叠滤波器采用Maxim公司生产的可编程通用有源滤波器芯片MAX260。
C8051F330与MAX260的电路连接图如图6所示。
MAX260内部有两个滤波器A和B，这两个滤波器均需要一个外部时钟，在这里滤波器A和B共用一个外部时钟，这个外部时钟是由单片机的定时器来完成的。
在设置滤波器参数时中，A、B两个滤波器均被设置成二阶的巴特沃斯低通滤波器，截止频率为6000 Hz，通带纹波系数为0．5dB，阻带衰减20dB。
为了提高滤波效果，将A和B两个滤波器级联起来，即滤波器A的输出信号作为滤波器B的输入信号，以增强滤波效果。