В зависимости от конфигурации разделяют несколько типов параллельных активных фильтров:
Однофазные (AF 2) — для устранения гармоник, генерированных однофазной нагрузкой (2-проводные линии), в том числе и компьютерные линии.
Трехфазные 3-проводные (AF3-W) — фильтры такого типа предназначены для устранения гармоник трехфазной симметричной системы без нейтрального проводника — в том числе помех от ИБП(UPS) источников бесперебойного питания.
Трехфазные 4-проводные многофункциональные параллельные активные: фильтры APF-4W производства Circutor принадлежат именно к универсальному типу.
Фильтры могут решить одновременно четыре задачи:
· симметрирование напряжений (опосредованно через симметрирование токов) сети (Network balansing);
· связанное с этим снижение практически до 0 тока нейтрали;
· подавление токовых (и следовательно улучшения THD(I) и THD(U)) гармоник;
· PF-коррекция или компенсация реактивной мощности (повышение cosφ).
Приоритет этих функций программируется. Конструкция содержит инвертор с 4 выводами, действующий по принципу генерации встречного противофазного тока «зеркальной» формы по отношению к искажениям в токе нагрузки. Важной особенностью конструкции APF является блочный принцип организации мощностей, что позволяет легко наращивать требуемую установленную мощность. Основным преимуществом 4-проводных фильтров является возможность компенсации всех типов гармоник, включая токи нулевой последовательности, и, в случае несимметричных нагрузок, они также способны балансировать токи между разными фазами для минимизации тока нейтрали.
Поведение APF-фильтра в условиях ограничения тока
APF-фильтры работают в качестве источников тока и их эффективность ограничена собственным номинальным током. Такой ограничивающий ток обозначается как Ilimit и используется для устранения гармоник, асимметрии и запаздывания фаз.
При нормальных условиях работы, если необходимый ток не достигает Ilimit, APF скомпенсирует все реактивные составляющие: гармоники, асимметрию и запаздывание фаз. Если нагрузке требуется компенсация с номиналом тока выше Ilimit, тогда компенсирование запаздывания фаз (в зависимости от уставки) может быть автоматически отключено, а весь номинальный ток будет пущен на компенсирование гармоник и запаздывания фаз. Если все-таки нагрузке требуется компенсирующий ток выше Ilimit, тогда компенсирование асимметрии или гармоник (в зависимости от уставок) будет также автоматически отключено и вся мощность фильтра будет предоставлена на выполнение функции с наивысшим приоритетом.
В случае если активирована только функция компенсирования гармоник, а нагрузке требуется ток выше Ilimit, компенсирование гармоник будет только частичным. Функция set-up при пуске позволяет выполнить программирование приоритетов между функциями компенсирования (гармоник, асимметрии или запаздывания фаз), кроме того, возможен выбор приоритета для компенсирования отдельной гармонической составляющей. При правильной настройке фильтр не может перегрузиться, он может только недовыполнить в % компенсацию возмущений, в случае если даже его мощность была подобрана, например, неверно.
Особенности применения параллельных активных
Фильтров APF
Фильтры APF разработаны специально для устранения гармоник, асимметрии и запаздывания фаз в низковольтных распределительных системах — до 1000 В с несколькими однофазными нагрузками (или междуфазными), которые генерируют такие реактивные составляющие.
Ток нейтрали фильтра APF в 1,5 раза больше фазного тока. Это означает, что в сбалансированной системе APF может скомпенсировать до 40% третьей гармоники по фазе без достижения Ilimit (max-возможного) тока на нейтрали. Для высших гармоник остаточный ток остается на нейтрали.
APF может быть установлен параллельно с другими настроенными фильтрами или с конденсаторными установками, но только при условии наличия режекционных фильтров. Компенсация cosφ должна обеспечиваться расстроенными фильтрами с настройкой на p=7%, p=14% или p=5,6%.
Со встроенным в шкаф анализатором качества и количества электроэнергии CVMk2 фильтр APF представляет собой систему мониторинга и регулирования качества электрической энергии.
Многотактные фильтры
Схема активного фильтра с многотактным преобразователем представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема многотактного активного фильтра
Активный фильтр содержит многообмоточный трансформатор Тr, несколько транзисторных мостовых выпрямительных мостов, включенных параллельно и работающих совместно с общей конденсаторной батареей C, и трехфазную RC-цепь, подключенную к электросети. В трансформаторе Тr вторичные обмотки могут быть выполнены без сдвига по фазе, что существенно упрощает его конструкцию. Управление транзисторными мостами в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) осуществляется путем сравнения пилообразных опорных напряжений с трехфазной системой напряжений управления. Опорные напряжения различных мостов взаимно сдвинуты по фазе на углы, равные отношению 2p к количеству мостов. Для всех мостов используется одна и та же трехфазная система напряжений управления, которая формируется регуляторами, обеспечивающими поддержание заданного напряжения конденсатора C, подавление неосновных составляющих токов и напряжений сети, компенсацию реактивной мощности сети и т. д. Для улучшения качества фильтрации токов и напряжений сети каждый транзисторный мост работает на повышенной частоте ШИМ, например 4–10 кГц. При шести параллельно включенных мостах эквивалентная частота ШИМ по отношению к сети составляет 24–60 кГц. На этих частотах обеспечивается достаточно точная фильтрация высших гармонических токов сетей в диапазоне частот, определенном ГОСТ 13109-97 – до 2000 Гц (при частоте основных составляющих 50 Гц). Фильтруются также составляющие более высоких частот. Вместе с тем на частотах 24–60 кГц и выше активный фильтр является генератором гармонических составляющих и для их подавления используются RC-цепи.
К особенностям многотактных систем относится то, что преобразовательная часть систем сравнительно низковольтна. Среди достоинств таких фильтров можно отметить, что в них ток нагрузки конденсатора в звене постоянного напряжения существенно уменьшается при увеличении количества параллельно работающих мостов.
Многоуровневые фильтры
Другое направление развития силовой преобразовательной техники – разработка активных фильтров с многоуровневыми полупроводниковыми преобразователями. На рис. 4 представлена одна из возможных схем активного фильтра с 5-уровневым преобразователем.
Активный фильтр содержит транзисторный мост, подключенный к электросети через фазные дроссели L, и RC-цепи. В каждом плече моста содержатся несколько последовательно включенных транзисторов. Напряжения между ними делятся при использовании последовательно включенных конденсаторов в звене выпрямленного напряжения и дополнительных диодов. «Гладкая» составляющая напряжения фазы сети формируется при работе в режиме ШИМ сначала одного транзистора в плече моста, потом другого и т. д. В каждый момент времени в каждом плече моста в режиме ШИМ работает только один транзистор. За счет этого в 5-уровневом преобразователе, по сравнению с двухуровневым, амплитуда пульсаций напряжений фаз на частотах ШИМ меньше в 4 раза (в 7-уровневом мосте амплитуда пульсаций меньше в 6 раз), в несколько раз меньше динамические потери энергии в полупроводниковых элементах. При этом обеспечиваются возможности повышения частоты ШИМ, например до 20 кГц.
Частоты пульсаций напряжений сети соответствуют частотам переключения транзисторов. На частотах ШИМ и выше активный фильтр является генератором гармоник, и для их подавления используются RC-цепи.
Достоинством многоуровневых преобразователей является возможность их выполнения высоковольтными без трансформаторов. Токовые нагрузки конденсаторов в многоуровневом преобразователе выше, чем в многотактном. При практическом применении должен быть решен вопрос 
равномерного распределения напряжений между последовательно включенными конденсаторами.
Рисунок 4. Схема многоуровневого активного фильтра
Каскадные фильтры
Еще одно направление разработки активных фильтров – системы с каскадными преобразователями, или так называемые системы с «плавающими» конденсаторами. Одна из возможных схем такого фильтра
представлена на рисунке 5.
Активный фильтр содержит полупроводниковый преобразователь, в каждой фазе которого несколько низковольтных однофазных преобразователей соединены последовательно, образуя высоковольтный преобразователь, который может быть подключен непосредственно к электросети. Каждый однофазный преобразователь работает в режиме ШИМ и обеспечивает поддержание заданного напряжения на своей конденсаторной батарее. Кроме этого, путем регулирования напряжений управления обеспечивается фильтрация токов и напряжений сети. По свойствам активные фильтры с «плавающими» конденсаторами близки к фильтрам с многоуровневыми преобразователями.
Рисунок 5. Схема активного фильтра с «плавающими» конденсаторами