Да, такие фильтры делают, и в силовой электронике это очень распространенная практика. Их называют
пассивными узкополосными (режекторными) фильтрами гармоник.
Поскольку 3-я гармоника (180 Гц для сетей 60 Гц или 150 Гц для сетей 50 Гц) является одной из самых «проблемных» и сильных в электросетях, для её подавления выпускаются как отдельные компоненты, так и готовые промышленные установки.
Вот где и как они применяются в реальности:
1. Промышленные фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ)
На заводах, предприятиях и в дата-центрах, где работает много мощных нелинейных нагрузок (частотные преобразователи, мощные выпрямители, бесперебойники), третья гармоника сильно перегружает нейтральный провод.
Для борьбы с этим устанавливают шкафы ФКУ. Внутри них стоят огромные трехфазные батареи конденсаторов и силовые дроссели (катушки индуктивности), настроенные в последовательный резонанс именно на частоту нужной гармоники.
Как это устроено:
- Конденсаторы: Используются специальные косинусные конденсаторы для силовых сетей, способные выдерживать огромные реактивные токи.
- Дроссели (реакторы): Это массивные катушки (часто с воздушным зазором в сердечнике, чтобы железо не входило в насыщение от больших токов). Они мотаются толстым медным проводом или шиной, чтобы минимизировать активное сопротивление и получить высокую добротность.
2. Фильтры третьей гармоники в нейтрали (Neutral Harmonic Filters)
В трехфазных сетях токи третьей гармоники от всех трех фаз не компенсируют друг друга, а, наоборот,
суммируются в нулевом проводе. Это может привести к отгоранию нейтрали.
Для этого выпускаются специальные коммерческие фильтры нейтрали. Они представляют собой последовательный [imath]L-C[/imath] контур (или более сложные схемы вроде «зигзаг»-трансформаторов), который ставится в рассечку нейтрального провода или параллельно ему, чтобы заблокировать или замкнуть на себя токи частотой 180 Гц (или 150 Гц).
3. В высококачественной аудиоаппаратуре (Hi-Fi / Hi-End)
В сетевых кондиционерах и фильтрах питания для аудиосистем высокого класса инженеры часто борются с сетевыми загрязнениями.
Хотя в аудио чаще применяются широкополосные фильтры (обычные [imath]L-C[/imath] фильтры низких частот, которые «режут» всё, что выше 60 Гц), в топовых устройствах иногда можно встретить режекторные контуры, настроенные именно на подавление сетевого гула (hum) и его ближайших гармоник, чтобы они не пролезали через блоки питания в звуковой тракт.
Почему их иногда заменяют на «активные» фильтры?
Несмотря на простоту, у классических пассивных [imath]L-C[/imath] фильтров на 180 Гц есть два минуса, из-за которых в современной промышленности их вытесняют
активные фильтры гармоник (APF):
- Габариты и вес: Чтобы сделать катушку индуктивности на ~80–700 мГн, способную работать под сетевым током в десятки или сотни ампер, требуется килограммы меди и стали. Такой фильтр получается огромным и дорогим.
- Риск параллельного резонанса: Пассивный контур меняет импеданс сети. При неудачном стечении обстоятельств он может войти в параллельный резонанс с индуктивностью питающего трансформатора подстанции, что не подавит, а наоборот, усилит какую-нибудь другую гармонику (например, 5-ю).
Поэтому сегодня в промышленности чаще ставят электронные активные фильтры. Они анализируют ток сети в реальном времени и с помощью мощных транзисторов (IGBT) генерируют в сеть точно такой же ток третьей гармоники, но в
противофазе, полностью аннулируя её.
Но если задача локальная, просчитанная и «копеечная» (например, защитить конкретный прибор или разгрузить одну линию) — пассивный [imath]L-C[/imath] фильтр остается отличным, надежным рабочим решением.