摘 要

在工业和农业快速发展的时期，电能作为最重要的能源来源，用量每年都在增加。然而，越来越多的非线性负荷接入到常用电网中，就使谐波危害日趋严重。因此，为了提高电能质量，谐波污染治理迫在眉睫。其中，无源滤波器作为目前谐波治理的主要手段被广泛应用于电力系统、石油提炼、钢铁制造、冶金工程、石化工程、船舶行业、新能源等行业。它为电网和用电环境的安全稳定运行提供了很好的保障，所以如何用简单的方法去设计出高性能的LC滤波器是我们探讨的重点问题，对LC滤波器的仿真进行研究也具有很重要的意义。

本文从电网中谐波的产生入手，查阅相关资料，了解谐波产生的原因和抑制手段。进而深入学习研究LC滤波器相关知识。了解无源滤波器设计及仿真的具体方法，从而建立简单LC滤波器的仿真模型，进行Simulink仿真并把得出的信号用快速傅里叶变换的方法进行分析研究。通过比较安装滤波器前后电路中谐波的多少。从而得出滤波器对谐波过滤的有效性。

关键词：LC滤波器设计；MATLAB；Simulink；仿真

Abstract

In the period of rapid industrial and agricultural development, energy as the most important source of energy, the amount is increasing every year. However, more and more non-linear load access to common grid, it makes more serious harm harmonics. Therefore, to improve power quality, harmonic pollution is imminent. Wherein, as the primary means of passive filter harmonic treatment it is widely used in power systems, oil refining, iron and steel manufacturing, metallurgy, engineering, petrochemical engineering, shipbuilding industry, new energy and other industries. It provides for the safe and stable operation of electricity grids and the environment is well protected, so how in a simple way to design high-performance LC filter is the key question we discussed, LC filter simulation study also a very important significance.

From the electronic circuit in the harmonic generation start, access to relevant information, understand the reasons for harmonic generation and suppression means. Further in-depth study and research LC filter relevant knowledge. Learn how passive filter design and simulation, simulation model in order to establish a simple LC filter, and to carry out the Simulink signal derived by the method of fast Fourier transform analysis. By comparing before and after the installation of the number of filter circuits harmonics. So as to arrive filter harmonic filter effectiveness

Key words:lc filter design；matlab；Simulink；simulation

目 录

第1章绪论 1

1.1 谐波的介绍 1

1.1.1谐波的定义 1

1.1.2谐波的产生 1

1.1.3 谐波的危害 2

1.2 谐波的治理 3

1.3研究工作概要和内容安排 3

1.3.1 论文章节安排 3

第2章滤波器 4

2.1滤波器简介 4

2.1.1滤波器的概念 4

2.1.2滤波器的种类 4

2.2 LC滤波器概述 4

2.3 LC滤波器的两种类型 4

2.4滤波器的发展状况 5

2.4.1国内外投入滤波器产业概况 5

2.4.2无源滤波器的前景 5

第3章 LC滤波器的原理及其设计介绍 7

3.1理论分析 7

3.2滤波器设计讨论 8

3.3示例分析 10

3.4 简单滤波器的设计及分析 23

3.4.1谐波滤波器的设计步骤 23

3.4.2滤波器的参数设定 24

3.4.3滤波器模型的建立 25

第4章滤波器的仿真 30

4.1 MATLAB的功能介绍及应用 31

4.2 Simulink工具的介绍和应用 31

4.3仿真模型电路的创建 31

4.4仿真分析 32

第5章总结与展望 37

致谢 38

参考文献 39

第1章 绪论

在快速发展的今天，电能资源给我们的生产生活带来了很大的便利。然而我们在享受电能给我们多姿多彩生活的同时，由于大量非线性负载的接入也给我们引入了谐波问题。谈到谐波问题，我们就需要一些手段来处理它。在不断的探索中，滤波器就成了我们处理谐波问题的主要手段。其中LC滤波器因为众多优点而越来越多的被应用在生产生活中。那么要设计好一个简单的LC滤波器，就要先对滤波器的一些有关知识有所认识。

1.1 谐波的介绍

“谐波”这个词源于声学，人们在上世纪早期就已注意到谐波问题。上世纪50年代国外学者J.C.Read关于谐波电流发表的论文在当时是研究谐波问题的经典文献^[1]。

1.1.1 谐波的定义

从深层概念来说，谐波指的是电网中电流的频率是基波的整数倍的电量，从一般层面上讲是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量^[2]。

1.1.2 谐波的产生

在电力系统中，谐波产生的主要原因是由于非线性负荷接入电网导致的。当流过负载的电流与电网中的电压不是成线性关系时，电流波形就会形成非正弦波形，因而电路中就有谐波产生^[3]。

电网谐波一般来自于三个方面：一是输电配电系统中产生谐波；二是电源质量不高而产生谐波；三是电气设备中产生谐波，其中用电设备中产生的谐波是最多的^[4]。

1:电网和供电设备，发电机因为三相绕组在工作中很难达到完全的对称，铁芯也很难做到完全的均匀，所以就会产生一些谐波。输电过程和配电系统中容易产生谐波的元件是变压器，由于变压器铁心饱和，磁化曲线的非线性，又考虑到经济因素，以及耦合变压器的设计，它的磁密会选择固定在磁化曲线的饱和上半部附近，使励磁电流波形呈顶尖形状，其中将包含奇数次谐波。其大小与磁路的构成，饱和的程度，及核心数目相关^[5]

2:在我们日常生活的用电设备中，下面的一些电器都可以产生谐波：

（1）变频装置：其常用于风机、水泵、电梯等一些设备中，变频装置中的谐波成分很复杂，含有整数次的谐波，也有奇数次谐波。这类设备功率都较大。

（2）家用电器：日常生活中我们的电视机、录影机、计算机、日光灯、炊具等电器，这些电器中有整流器等装置，所以会产生较大的奇数次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等具有绕组的电器中，电流的不平衡性也会导致谐波的产生。

1.1.3 谐波的危害

电路中的理想电压应该是频率和振幅都是稳定且单一的。然而在实际电网中，总会有谐波电流和谐波电压的存在，它会对电器及其周围的一些设备产生谐波扰动。继而使电器设备的用电环境恶化。

在大量电子设备广泛应用前，人们已对谐波的概念有所了解，然而在当时谐波危害并没有得到很高的重视。近几年以来，越来越多的电子元件的快速发展及应用，因此谐波污染大量出现，各种用电故障和事故也不断发生，这时人们才注意到谐波的危害的严重性。

谐波的危害是非常严重的。谐波使电力生产，输电和利用效率大大降低，使电气设备产生噪音，绝缘性变差，或者产生误动作，更可能烧毁电器。电路中的谐波会引起部分并联谐振或串联谐振，使谐波量增加，导致电容器等设备的烧毁。谐波还可以引起继电保护和自动装置的故障等等。电网谐波的主要危害有以下几个方面^[6]：

（一）对电力变压器的影响