交流濾波電容器和電抗器是用于諧波治理和無功補償的關鍵元件，其功能和應用如下：

一、交流濾波電容器

1. 定義與原理

• 定義：專門用于交流電路的電容器，能夠承受交流電壓和電流的周期性變化。

• 原理：通過儲存和釋放電能，補償感性負載的無功功率，提高功率因數。

2. 關鍵參數

• 額定電壓：設計時采用的交流電壓有效值（如250VAC、275VAC）。

• 額定容量：標稱的電容值（如30kvar、50kvar），決定補償的無功功率。

• 頻率特性：適用于50Hz或60Hz的工頻交流電。

3. 應用場景

• 無功補償：在工廠、變電站中，補償電機等感性負載的無功功率，降低電費。

• 諧波抑制：與電抗器組合，形成LC濾波器，抑制特定頻率的諧波。

二、濾波電抗器

1. 定義與原理

• 定義：用于限制電流變化率的電感元件，具有抑制諧波和限制短路電流的作用。

• 原理：通過電感特性，阻礙高頻諧波電流的通過，同時平滑電流波動。

2. 關鍵參數

• 電感值：決定對諧波的抑制能力（如5%、7%、14%電抗率）。

• 額定電流：能夠承受的最大電流有效值。

• 頻率響應：在工頻（50Hz/60Hz）和諧波頻率下均需穩定工作。

3. 應用場景

• 諧波治理：與電容器串聯，形成LC濾波器，消除特定次諧波（如5次、7次）。

• 限流保護：在短路故障時，限制電流峰值，保護設備。

三、兩者組合的應用

1. LC濾波器

• 結構：電容器與電抗器串聯或并聯。

• 功能：

• 串聯諧振：針對特定頻率的諧波形成低阻抗通路，抑制諧波電流。

• 并聯諧振：提高特定頻率的阻抗，降低諧波電壓。

2. 實際應用

• 電力系統：在變電站中，抑制諧波污染，保護變壓器和電纜。

• 工業設備：在電弧爐、變頻器等設備中，減少諧波對電網的影響。

• 新能源發電：在光伏、風電系統中，確保并網電能質量。

四、選型與注意事項

1. 電容器選型

• 容量匹配：根據負載無功功率需求計算，避免過補償或欠補償。

• 電壓裕量：額定電壓應比系統電壓高出30%以上，確保安全。

2. 電抗器選型

• 電抗率選擇：根據諧波頻率選擇合適的電抗率（如5%抑制5次諧波，7%抑制7次諧波）。

• 額定電流：需大于電容器組的額定電流，避免過載。

3. 系統匹配

• 諧振頻率：LC組合的諧振頻率應與目標諧波頻率一致，避免與系統諧振。

• 環境適應性：考慮溫度、濕度等環境因素對元件性能的影響。

五、示例

1. 無功補償示例

• 場景：工廠有100kW的感性負載，功率因數為0.8。

• 計算：需補償的無功功率為75kvar（Q = P × tan(acos(0.8))）。

• 方案：選擇額定容量為80kvar的電容器，提高功率因數至0.95以上。

2. 諧波抑制示例

• 場景：變頻器產生5次諧波，電流畸變率達30%。

• 方案：采用5%電抗率的電抗器與電容器串聯，形成LC濾波器，將5次諧波電流抑制至5%以下。

六、總結

• 交流濾波電容器：補償無功功率，提高功率因數。

• 濾波電抗器：抑制諧波，限制短路電流。

• 組合應用：LC濾波器是諧波治理和無功補償的核心手段，廣泛應用于電力系統、工業設備和新能源領域。

直觀類比：

• 電容器：像“水庫”，儲存和釋放電能，平衡供需。

• 電抗器：像“水閘”，限制水流速度，平穩波動。

• LC濾波器：像“凈水器”，過濾掉“雜質”（諧波），提供“純凈水”（電能）。

通過合理選型和組合，交流濾波電容器和電抗器可顯著改善電能質量，保障設備安全運行。