3.2. Визначення фільтрів

Паралельний фільтр налаштований на певну частоту, якщо на цій частоті його індуктивний і ємнісний опори рівні.

Добротність фільтру Q визначає точність його настройки. Фільтр з високим рівнем добротності (від 30 до 60) настроюється строго на одну з низьких гармонічних частот (наприклад, п'яту). Фільтр же з низьким рівнем добротності має малий опір в широкому діапазоні частот, особливо у випадку, якщо його рівень добротності не перевищує 5.

Якщо такий фільтр використовується для гашення гармонік високих порядків (наприклад, вище 17-ої), то його можна розглядати і як фільтр вищих частот.

Для настроєного фільтра Q визначається як відношення індуктивності (або ємності) при резонансі до активного опору:

Смуга пропускання частот фільтра Р обмежена частотою, на якій реактивний опір фільтра рівний його активному опору (тобто кут повного опору рівний 45°), і частотою, на якій модуль повного опору рівний Добротність фільтра пов'язана з шириною його смуги пропускання наступним співвідношенням:

де - налаштована кутова частота, рад/с.

Точність налаштування фільтра гашення вищих частот зворотня добротності настроєних фільтрів, тобто .

Ступінь невідповідності настройки фільтру номінальній настроєній частоті характеризується коефіцієнтом що враховує зміни основної (що живить) частоти, зміни ємності і індуктивності фільтра, що викликаються старінням деталей фільтра і коливаннями температури, а також власний розлад фільтра, пов'язаний з промисловими допусками при його виготовленні.

Загальний розлад фільтру на одиницю номінальної настроєної частоти

Крім того, зміна L або C, скажімо на 2%, викликає такий же розлад фільтру, як і зміну частоти системи на 1%. Отже, можна представити і у вигляді

3.3. Критерії розрахунку фільтрів

Потужність фільтра визначається за реактивною потужністю, що генерується фільтром на основній частоті. Ця потужність майже в точності рівна реактивній потужності основної частоти, що генерується конденсаторами. Сумарна ж потужність віток фільтру визначається вимогами по реактивній потужності, що пред'являються до джерела гармонік, і тим, в якому ступені ці вимоги можуть бути задоволені за рахунок мережі змінного струму.

Ідеальним критерієм розробки фільтру є гашення всіх спотворень форми хвилі, у тому числі і телефонних перешкод, що є найскладнішими. Проте ідеальний критерій нереальний як з технічного, так і з економічного боку. З технічної точки зору дуже важко заздалегідь оцінити проникнення гармонік в мережу змінного струму. З економічного боку зменшення телефонних перешкод може бути отримане з меншими витратами, якщо прийняти деякі попередні заходи в телефонних системах і в енергетичній системі в цілому.

Реальніший критерій припускає зменшення спотворень до допустимого рівня в точці загального з'єднання декількох споживачів і використовує або гармонічний струм, або гармонічну напругу, або те і інше. Критерій, заснований на гармоніках напруги, зручніший для розробки фільтрів, оскільки опір мережі змінного струму постійно міняється і простіше гарантувати роботу фільтру в певному діапазоні напруги, ніж значення робочого струму.

Для того, щоб врахувати необхідні гармонічні обмеження, при розробці фільтрів необхідно слідувати наступній схемі:

1) у вітку, що складається з фільтрів, паралельно сполучених з електричною системою змінного струму, вводиться спектр гармонік струму, що генерується нелінійним навантаженням на відповідних частотах, і розраховуються гармоніки напруги;

2) результати, отримані після виконання попереднього пункту, використовуються для визначення інших характеристик, таких, як спотворення напруги, коефіцієнти впливу на лінії зв'язку та інші;

3) на закінчення розраховуються напруги на елементах фільтра (конденсаторах, котушках індуктивності, опорах) їх параметри і втрати.

Особливу увагу при розробці фільтрів потрібно приділити трьом елементам: джерелу струму, провідностям фільтра і системи.

Залежно від навантаження, а для випадку статичного перетворювача і від кутів запалення, мінятиметься характеристика джерела струму. Після того, як буде вивчена провідність фільтру і системи, потрібно буде розрахувати для кожної частоти мінімальне значення загальної еквівалентної провідності, що дає максимальне спотворення напруги.

Визначивши схему з'єднання конкретного фільтра, можна побудувати геометричне місце точок, яке відповідає опору (провідності) фільтра. Набагато важче побудувати криву, яка відповідає опору джерела струму навіть з малою точністю.

Розроблений фільтр представляє собою однополюсну схему, яка здатна гасити весь спектр гармонік, що пропускаються (наприклад, для випадку шестипульсного перетворювача гармоніки, починаючи з п'ятої). Проте потрібна для здійснення цієї мети ємність фільтра дуже велика, і набагато економічніше гасити гармоніки малих порядків за допомогою одноплечевого налаштованого фільтра.