СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2001 года по МПК H02M1/14 H03H7/09 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для снижения пульсаций выпрямленного напряжения в различных видах преобразователей, где необходимо высокое качество постоянного напряжения, например зарядных устройствах, выпрямителях для катодной защиты подземных металлических сооружений от электрохимической коррозии.

Известны однозвенные и многозвенные сглаживающие LC-фильтры, которые используются для снижения пульсаций выпрямленного напряжения (тока) в преобразователях.

Однозвенные сглаживающие LC-фильтры содержат конденсаторы с большими номинальными значениями емкости и реакторы (дроссели) с большой индуктивностью, имеющие значительные габариты и вес.

Многозвенные сглаживающие LC-фильтры имеют несколько реакторов и конденсаторов (Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник под редакцией Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1985).

В обоих случаях значительно увеличиваются габаритные размеры и вес преобразователей, использующих указанные LC-фильтры.

За прототип принят фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. Фильтр содержит трансформатор с первичной (компенсационной) и вторичной (основной) обмотками, зарядно-разрядный конденсатор, реле с замыкающим и размыкающим контактами. Первичная обмотка трансформатора (используемого в данном случае в качестве реактора) одним выводом соединена последовательно с конденсатором, который через замкнутый контакт реле соединен с входной и выходной (общей) цепью, а вторым выводом - с входом фильтра. Вторичная обмотка трансформатора включена между входным и выходным выводами фильтра. Замыкающий контакт реле включен параллельно цепи из первичной обмотки и конденсатора (авт. св. СССР N 1282278, H 02 М 1/14, 1987. "Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного тока").

Причинами, препятствующими получению указанного ниже технического результата при использовании прототипа являются следующие:
- необходимость слежения за минимальным и максимальным значениями напряжения пульсаций для включения и отключения реле и сложность точного определения этих величин. Эти величины не постоянны и зависят от множества факторов, например, величины тока нагрузки. Этот недостаток приводит к нестабильной работе схемы фильтра и неэффективному подавлению пульсаций;
- несовпадение по форме и по фазе наведенного в основной обмотке трансформатора напряжения, индуцированного из его компенсационной обмотки, которое получено в этой обмотке путем заряда и разряда конденсатора;
- большое выходное сопротивление фильтра.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в том, чтобы устранить указанные недостатки, эффективно снизить пульсации выпрямленного напряжения (тока), улучшить массогабаритные показатели, уменьшить выходное сопротивление, уровень радиопомех фильтра, а также иметь возможность автоматически изменить компенсирующее воздействие на переменную составляющую выходного напряжения при изменении уровня пульсаций на выходе фильтра.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен сглаживающий фильтр, содержащий реактор с основной обмоткой, включенной между входом и выходом фильтра, и компенсационной обмоткой, которая соединена последовательно с конденсатором. На выходе фильтра дополнительно введен конденсатор. Вывод компенсационной обмотки, соответствующий по фазе выводу основной обмотки, подключенному ко входу фильтра, присоединен к его выходу. Существенные признаки, отличительные от прототипа, в предложенном фильтре следующие:
- на выходе фильтра дополнительно введен выходной конденсатор;
- вывод компенсационной обмотки, соответствующий по фазе выводу основной обмотки, подключенному ко входу фильтра, присоединен к его выходу.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Сглаживающий фильтр содержит реактор 1 с основной обмоткой 2 и компенсационной обмоткой 3, конденсатор 4, конденсатор 5.

Сглаживающий фильтр работает следующим образом.

При протекании тока в основной обмотке 2 реактора 1 в компенсационной обмотке 3 наводится ЭДС той же частоты, что и переменная составляющая тока в реакторе 1.

При подключении к выходу фильтра вывода компенсационной обмотки, соответствующего по фазе выводу основной обмотки, подключенному ко входу фильтра, напряжение на компенсационной обмотке 3 будет противофазно напряжению на основной обмотке 2. Величина напряжения на компенсационной обмотке 3 будет определяться коэффициентом передачи
W_к/W_о,
где W_к - количество витков компенсационной обмотки 3;
W_о - количество витков основной обмотки 2.

Напряжение компенсационной обмотки 3 прикладывается к конденсаторам 4 и 5.

Постоянный ток в цепи - конденсатор 5 и конденсатор 4 отсутствует. При уменьшении напряжения, на конденсаторе 5 напряжение на компенсационной обмотке 3 и напряжение ранее заряженного конденсатора 4, суммируясь но абсолютной величине, прилагаются к конденсатору 5, дополнительно подзаряжая его и увеличивая напряжение на нем. При этом конденсатор 4 разряжается.

При увеличении напряжения на конденсаторе 5 конденсатор 4 заряжается до величины, равной разности напряжений на конденсаторе 5 и компенсационной обмотке 3. Далее процесс повторяется вновь. Таким образом уменьшается размах пульсаций на выходе сглаживающего фильтра и, соответственно, на нагрузке. Подключение дополнительного конденсатора 5 на выходе фильтра позволяет для получения одного и того же уровня пульсаций уменьшить индуктивность, а следовательно, и количество витков основной обмотки, что приводит к уменьшению массогабаритных показателей реактора. Кроме того, дополнительный конденсатор 5 обеспечивает уменьшение выходного сопротивления по сравнению с прототипом. Суммирование напряжения пульсаций и компенсирующего напряжения осуществляется не в реакторе, а на дополнительном конденсаторе, что приводит к уменьшению радиопомех по сравнению с прототипом.

Для управления процессами заряда-разряда конденсатора 4, включенного последовательно с компенсационной обмоткой, в предложенной схеме фильтра не требуется применения реле, что исключает коммутацию компенсационной цепи механическими контактами. Присоединение к выходу фильтра вывода компенсационной обмотки, т. е. непосредственно к нагрузке, позволяет, при изменении уровня пульсаций на выходе фильтра, автоматически изменять компенсирующее воздействие на переменную составляющую выходного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для снижения пульсаций выпрямленного напряжения в различных видах преобразователей. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в эффективном снижении пульсаций выпрямленного напряжения, уменьшении массогабаритных показателей, выходного сопротивления и уровня радиопомех фильтра. Данный технический результат достигается путем того, что сглаживающий фильтр, содержащий реактор с основной обмоткой, включенной между входом и выходом фильтра, и компенсационной обмоткой, соединенной последовательно с конденсатором, отличающийся тем, что на выходе фильтра дополнительно введен конденсатор, а вывод компенсационной обмотки, соответствующий по фазе выводу основной обмотки, подключенному ко входу фильтра, присоединен к его выходу. 1 ил.

Сглаживающий фильтр, содержащий реактор с основной обмоткой, включенной между входом и выходом фильтра, и компенсационной обмоткой, соединенной последовательно с конденсатором, отличающийся тем, что на выходе фильтра дополнительно введен конденсатор, а вывод компенсационной обмотки, соответствующий по фазе выводу основной обмотки, подключенному ко входу фильтра, присоединен к его выходу.