交流滤波电容器和电抗器是用于谐波治理和无功补偿的关键元件，其功能和应用如下：

一、交流滤波电容器

1. 定义与原理

• 定义：专门用于交流电路的电容器，能够承受交流电压和电流的周期性变化。

• 原理：通过储存和释放电能，补偿感性负载的无功功率，提高功率因数。

2. 关键参数

• 额定电压：设计时采用的交流电压有效值（如250VAC、275VAC）。

• 额定容量：标称的电容值（如30kvar、50kvar），决定补偿的无功功率。

• 频率特性：适用于50Hz或60Hz的工频交流电。

3. 应用场景

• 无功补偿：在工厂、变电站中，补偿电机等感性负载的无功功率，降低电费。

• 谐波抑制：与电抗器组合，形成LC滤波器，抑制特定频率的谐波。

二、滤波电抗器

1. 定义与原理

• 定义：用于限制电流变化率的电感元件，具有抑制谐波和限制短路电流的作用。

• 原理：通过电感特性，阻碍高频谐波电流的通过，同时平滑电流波动。

2. 关键参数

• 电感值：决定对谐波的抑制能力（如5%、7%、14%电抗率）。

• 额定电流：能够承受的最大电流有效值。

• 频率响应：在工频（50Hz/60Hz）和谐波频率下均需稳定工作。

3. 应用场景

• 谐波治理：与电容器串联，形成LC滤波器，消除特定次谐波（如5次、7次）。

• 限流保护：在短路故障时，限制电流峰值，保护设备。

三、两者组合的应用

1. LC滤波器

• 结构：电容器与电抗器串联或并联。

• 功能：

• 串联谐振：针对特定频率的谐波形成低阻抗通路，抑制谐波电流。

• 并联谐振：提高特定频率的阻抗，降低谐波电压。

2. 实际应用

• 电力系统：在变电站中，抑制谐波污染，保护变压器和电缆。

• 工业设备：在电弧炉、变频器等设备中，减少谐波对电网的影响。

• 新能源发电：在光伏、风电系统中，确保并网电能质量。

四、选型与注意事项

1. 电容器选型

• 容量匹配：根据负载无功功率需求计算，避免过补偿或欠补偿。

• 电压裕量：额定电压应比系统电压高出30%以上，确保安全。

2. 电抗器选型

• 电抗率选择：根据谐波频率选择合适的电抗率（如5%抑制5次谐波，7%抑制7次谐波）。

• 额定电流：需大于电容器组的额定电流，避免过载。

3. 系统匹配

• 谐振频率：LC组合的谐振频率应与目标谐波频率一致，避免与系统谐振。

• 环境适应性：考虑温度、湿度等环境因素对元件性能的影响。

五、示例

1. 无功补偿示例

• 场景：工厂有100kW的感性负载，功率因数为0.8。

• 计算：需补偿的无功功率为75kvar（Q = P × tan(acos(0.8))）。

• 方案：选择额定容量为80kvar的电容器，提高功率因数至0.95以上。

2. 谐波抑制示例

• 场景：变频器产生5次谐波，电流畸变率达30%。

• 方案：采用5%电抗率的电抗器与电容器串联，形成LC滤波器，将5次谐波电流抑制至5%以下。

六、总结

• 交流滤波电容器：补偿无功功率，提高功率因数。

• 滤波电抗器：抑制谐波，限制短路电流。

• 组合应用：LC滤波器是谐波治理和无功补偿的核心手段，广泛应用于电力系统、工业设备和新能源领域。

直观类比：

• 电容器：像“水库”，储存和释放电能，平衡供需。

• 电抗器：像“水闸”，限制水流速度，平稳波动。

• LC滤波器：像“净水器”，过滤掉“杂质”（谐波），提供“纯净水”（电能）。

通过合理选型和组合，交流滤波电容器和电抗器可显著改善电能质量，保障设备安全运行。