ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от кондуктивных импульсных помех устройств электропитания средств вычислительной техники, автоматизированных систем управления, измерительной и другой высокочувствительной радиоэлектронной аппаратуры.

Кроме того, для защиты от электромагнитных помех как потребителей, так и сетей электропитания, изобретение может найти применение в сетях с изолированной нейтралью (например, судовых).

Известна помехозащитная трансформаторная вставка [1] содержащая два экранированных металлом объема, в которых размещены первый и второй трансформаторы с фильтрами, причем вторичная обмотка первого трансформатора и первичная обмотка второго трансформатора выполнены в виде многослойных полосковых линий и через два последовательно включенных фильтра соединены между собой, а одна из точек соединения первого и второго фильтров подключена к экранированным объемам и заземлена.

Кроме этого, с целью повышения помехоподавления в каждый экранированный объем введены дополнительно два конденсатора, которые включены между общей точкой экранированных объемов и соответствующими слоями полосковых обмоток первого и второго трансформаторов.

Это устройство обладает высокой эффективностью подавления импульсных помех.

Однако устройство имеет существенные недостатки:
низкий КПД из-за больших потерь в сильноточном низковольтном контуре, образованном полосковыми обмотками и двумя последовательно включенными фильтрами;
cложность и нетехнологичность изготовления полосковых обмоток трансформаторов;
мягкая нагрузочная характеристика за счет потерь в низковольтном контуре и в магнитопроводах дроссельных фильтров и трансформаторов;
низкие массогабаритные показатели.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство [2] которое содержит два трансформатора, размещенных в общем корпусе. Входной трансформатор своей первичной обмоткой подключен к входным клеммам для соединения с источником электроэнергии, например к сети питания, а вторичной обмоткой подключен к первичной обмотке другого, выходного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к выходным клеммам устройства для соединения с приемником электроэнергии.

Таким образом, вторичная обмотка входного трансформатора и первичная обмотка выходного трансформатора образуют внутренний контур, у которого точка соединения второго вывода вторичной обмотки входного трансформатора и первого вывода первичной обмотки выходного трансформатора подключена к корпусу.

Это устройство обладает малой эквивалентной проходной емкостью за счет использования последовательного включения трансформаторов c раздельными обмотками и возможности стекания энергии импульсных помех на землю (на корпус) из-за подключения его к указанной точке соединения, что в значительной степени препятствует прохождению высокочастотных помех пико-нано-микросекундного диапазона.

Однако импульсные помехи с большей длительностью (от десятков и сотен микросекунд до единиц миллисекунд) трансформируются во вторичные обмотки уже непосредственно через ферромагнитные сердечники трансформаторов и ослабляются незначительно, именно эти помехи имеют максимальную амплитуду и энергию импульса и являются одной из основных причин сбоев в работе и выхода из строя электронных схем.

Цель изобретения повышение эффективности подавления кондуктивных импульсных помех с любой длительностью импульсов.

Цель достигается за счет того, что в известное устройство, содержащее входной и выходной трансформаторы, причем вторичная обмотка входного трансформатора и первичная обмотка выходного трансформатора соединены между собой, а выводы первичной обмотки входного трансформатора и вторичной обмотки выходного трансформатора подключены соответственно к клеммам устройства для соединения с источником и приемником электроэнергии, с целью повышения эффективности подавления помех, параллельно вторичной обмотке входного трансформатора и первичной обмотке выходного трансформатора включен резонансный узел, представляющий собой параллельно соединенные дроссель и конденсатор.

Включение в схему известного устройства резонансного узла в виде параллельно соединенных дросселя и конденсатора является существенно новым по отношению к прототипу и позволяет не только на несколько порядков повысить эффективность подавления импульсных помех по отношению к прототипу, но и ослаблять низкочастотные гармоники напряжения питающей сети на выходе устройства, что позволяет получить электроэнергию более высокого качества.

Изобретение поясняется чертежом.

Помехоподавляющее устройство содержит корпус 1, в котором размещены входной трансформатор 2 и выходной трансформатор 3, причем первичная обмотка 4 входного трансформатора 2 подключена к клеммам 5 и 6 помехоподавляющего устройства для соединения с источником электроэнергии 7, например, с сетью эл. питания. Вторичная обмотка 8 выходного трансформатора 3 подключена к клеммам 9 и 10 для соединения с приемником электроэнергии 11. Вторичная обмотка 12 входного трансформатора 2 и первичная обмотка 13 выходного трансформатора 3 соединены между собой, образуя внутренний контур. Помехоподавляющее устройство включает также резонансный узел 14, выполненный в виде параллельно соединенных дросселя 15 и конденсатора 16, а также экранирующие перегородки 18 и 19, установленные внутри корпуса, причем экранирующая перегородка 18 установлена между входным трансформатором 2 и резонансным узлом 14, а экранирующая перегородка 19 между резонансным узлом 14 и выходным трансформатором 3. В них имеются отверстия 20, 21, 22 и 23 для ввода проводников, соединяющих обмотки 12 и 13. Точка 17 внутреннего контура, образованного соединением обмотки 12 входного трансформатора 2 и первичной обмотки 13 выходного трансформатора 3, заземлена на корпус 1.

Для наиболее эффективной работы помехоподавляющего устройства необходимо, чтобы резонансный узел 14 был настроен в резонанс с частотой источника электроэнергии, в данном случае сети электропитания.

Помехоподавляющее устройство работает следующим образом.

Электроэнергия переменного тока, поступающая из сети на первичную обмотку 4 входного трансформатора 2, передается в его вторичную обмотку 12, нагрузкой которой является резонансный узел 14. Напряжение, снимаемое с зажимов резонансного узла 14, поступает на первичную обмотку 13 выходного трансформатора 3, а со вторичной обмотки 8 выходного трансформатора 3 напряжение подается на приемник электроэнергии 11.

Увеличение эффективности помехоподавления в широком частотном диапазоне достигается за счет существенного изменения (уменьшения) сопротивления резонансного узла 14 на частотах, отличных от частоты питающей сети.

При отсутствии в питающей сети импульсных помех резонансный узел 14 практически не влияет на передачу электроэнергии из вторичной обмотки 12 входного трансформатора 2 в первичную обмотку 13 выходного трансформатора 3, сопротивление резонансного узла 14 максимально и помехоподавляющее устройство работает как трансформатор с малой проходной емкостью и общим коэффициентом трансформации, близким к единице.

При наличии в питающей сети импульсных помех, проходящих во вторичную обмотку 12 входного трансформатора 2, они шунтируются малым сопротивлением резонансного узла 14 и значительно ослабляются. При этом на выходе помехоподавляющего устройства достигается ослабление симметричных и несимметричных импульсных помех на несколько порядков.

Кроме того наличие в устройстве резонансного узла 14, настроенного на частоту питающей сети, ослабляет низкочастотные и высокочастотные гармоники напряжения на выходе и позволяет получать электроэнергию более высокого качества.

Помехоподавляющее устройство инвариантно и обеспечивает эффективную защиту как потребителей от импульсных помех, возникающих в сети, так и саму сеть от помех, возникающих на стороне потребителя.

Для подтверждения правильности принятого технического решения изготовлен и испытан действующий образец помехоподавляющего устройства, в котором были использованы трансформаторы 1 и 3 мощностью 500 ВА на 220 В, 50 Гц. Коэффициент трансформации равен единице.

Резонансный узел 14 состоит из дросселя 15 и конденсатора 16.

Индуктивность дросселя 450 мГ
Емкость конденсатора 16 мкФ
Питающая сеть 220 В, 50 Гц
Ток в нагрузке (макс) 2 А
Импульсные симметричные и несимметричные помехи формировались на входе устройства имитатором импульсных помех и регистрировались на входе (в питающей сети) и на выходе устройства (в нагрузке) осциллографом С 8 14.

Максимальное (амплитудное) значение импульсной помехи достигало значения 1500 В (1,5 кВ).

При этом были получены следующие данные:
Импульс длительностью до 1 мкС 70 80 дБ (ослабление в 5 10 тыс. раз).

Импульс длительностью до 10 мкС 50 60 дБ (ослабление в 500 1000 раз).

Импульс длительностью до 100 мкС 30 40 дБ (ослабление в 50 100 раз).

Импульс длительностью до 1000 мкС 20 30 дБ (ослабление в десятки раз).

Из экспериментальных данных видно, что предлагаемое помехоподавляющее устройство обеспечивает снижение амплитуды импульсных помех на несколько порядков, что гарантирует защиту потребителя энергии (приемник 11) и его надежную работу.

Использование изобретения в народном хозяйстве обеспечит экономический эффект, заключающийся в уменьшении ущерба вследствие предотвращения сбоев и выхода из строя средств вычислительной техники, автоматизированных систем управления, технологических комплексов и других электропотребителей.

Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: повышение эффективности подавления помех. В устройстве, содержащем корпус с размещенными в нем входным 2 и выходным 3 трансформаторами, у которых вторичная обмотка входного трансформатора 12 и первичная обмотка 13 выходного трансформатора соединены между собой, а выводы первичной обмотки входного трансформатора и вторичной обмотки выходного трансформатора подключены соответственно к клеммам устройства для соединения с источником и приемником электроэнергии, параллельно вторичной обмотке входного трансформатора и первичной обмотке выходного трансформатора включен резонансный узел, представляющий собой параллельно соединенные дроссель 15 и конденсатор 16 с регулируемыми индуктивностью и емкостью. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с размещенными в нем входным и выходным трансформаторами, причем вторичная обмотка входного трансформатора и первичная обмотка выходного трансформатора соединены между собой, а выводы первичной обмотки входного трансформатора и вторичной обмотки выходного трансформатора подключены соответственно к клеммам устройства для соединения с источником и приемником электроэнергии, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности подавления помех, параллельно вторичной обмотке входного трансформатора и первичной обмотке выходного трансформатора включен резонансный узел, представляющий собой параллельно соединенные дроссель и конденсатор. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резонансный узел настроен в резонансе с частотой источника электроэнергии.