ТРЕХФАЗНЫЙ АКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2002 года по МПК H02M1/15 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных электроэнергетических системах.

Известен активный электрический фильтр (см. патент РФ 2121222, кл.⁶ H 04 В 3/54, H 03 H 7/01, 1998 г.), содержащий LC- фильтры, систему преобразования входной информации, включающую адаптер, входы которого соединены с фазами питающей сети, а выход - с аналоговым входом однокристальной ЭВМ, работающей по программе, записанной в блоке памяти, подключенном к однокристальной ЭВМ, которая через буферные каскады соединена с входами устройств управления памятью блока многозонной импульсной модуляции, к устройствам управления памятью подключены блоки памяти, выходы устройств управления памятью через буферные каскады соединены с импульсными усилителями мощности.

Недостаток известных активных фильтров заключается в том, что для воспроизведения в нагрузке заданного однополярного сигнала необходимо в силовой части иметь кроме импульсного усилителя мощности также и демодулятор с таким комплексом транзисторных ключей, что и в импульсном усилителе мощности. В случае, если необходимо воспроизвести в нагрузке импульсного усилителя мощности знакопеременный сигнал, необходимо в силовой части схемы иметь кроме импульсного усилителя мощности два демодулятора, т.е. необходим утроенный комплект транзисторов на каждую фазу, что приводит к увеличению массы известного активного фильтра.

Технический эффект заключается в улучшении качества электрической энергии в автономных электроэнергетических системах путем снижения высших гармонических составляющих напряжения в контролируемых точках энергетической системы, питающей мощные нелинейные нагрузки.

Сущность изобретения заключается в том, что в трехфазном активном электрическом фильтре, содержащем информационные трансформаторы тока, которые выдают напряжение, пропорциональное мгновенным значениям токов в фазах питающей сети, выходы которых соединены с аналоговыми входами однокристальной ЭВМ, выходом соединенной с входом буферного каскада, к фазам питающей сети подсоединены одним концом выходы вторичных обмоток согласующих трансформаторов тока, вторые концы которых соединены между собой в узел, а первичные их обмотки соединены с выходами импульсных усилителей мощности, входы которых соединены с выходами логических элементов типа НЕ и релейных элементов, а входы логических элементов типа НЕ подсоединены к выходам релейных элементов, входы которых соединены с выходами сумматоров рассогласования, отрицательными входами подсоединенных к выходам импульсных усилителей мощности, а положительными - к выходам сумматоров, при этом одни концы выходов вторичных обмоток информационных трансформаторов тока соединены между собой в узел, а вторые их концы соединены с положительными входами сумматоров и с аналоговыми входами однокристальной ЭВМ, работающей по программе, записанной в блоке памяти, которая проводит гармонический анализ для получения мгновенного значения напряжения, пропорционального первой гармонике тока в питающей сети, поступающего через буферный каскад на отрицательные входы сумматоров.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

На схеме показаны согласующие трансформаторы тока 1, вторичные обмотки которых одним концом подсоединены к фазам питающей сети в точках a, b, c, вторые концы которых соединены в узел, а первичные их обмотки соединены с выходами импульсных усилителей мощности 2, входы которых соединены с выходами логических элементов типа НЕ 3 и релейных элементов 4. Входы логических элементов типа НЕ 3 подсоединены к выходам релейных элементов 4. Выходы сумматоров рассогласования 5 соединены с входами релейных элементов 4. Отрицательные входы сумматоров рассогласования 5 подсоединены к выходам импульсных усилителей мощности 2, а положительные их входы - к выходам сумматоров 6. Выходы вторичных обмоток информационных трансформаторов тока 7 одним концом соединены с входом трехканального адаптера 8 и положительными входами сумматоров 6, а вторые их концы соединены в узел. Выход адаптера 8 соединен с входом однокристальной ЭВМ 9, работающей по программе, записанной в блоке памяти 10, подключенном к однокристальной ЭВМ 9, выход которой соединен с входом буферного каскада 11, выходы которого соединены с отрицательными входами сумматоров 6.12- мощная нелинейная нагрузка в фазах питающей сети.

Фильтр работает следующим образом.

Информационные трансформаторы тока 7 выдают напряжение, пропорциональное мгновенным значениям токов i_aТ в фазах питающей сети ниже контролируемых точек а, в, с. Эти напряжения через адаптер 8 поступают на аналоговый вход однокристальной ЭВМ 9, которая проводит его гармонический анализ для получения мгновенного значения первой (основной) гармоники напряжения, пропорциональной первой гармонике тока в питающей сети. Это напряжение поступает через буферный каскад 11 на отрицательные входы сумматоров 6, на положительные входы этих сумматоров поступает напряжение с информационных трансформаторов тока 7, пропорциональное мгновенному значению тока в питающей сети ниже контролируемых точек a, b, c. В результате на выходах сумматоров 6 получается напряжение, пропорциональное бесконечной сумме мгновенных значений высших гармоник тока, имеющихся в питающей сети ниже контролируемых точек a, b, c. С выходов сумматоров 6 сигнал поступает на положительные входы сумматоров рассогласования 5, а на отрицательные их входы поступает напряжение с выходов импульсных усилителей мощности 2. Сигнал рассогласования с выходов сумматоров рассогласования 5 поступает на входы релейных элементов 4, с выходов которых сигнал поступает непосредственно на отрицательные входы импульсных усилителей мощности 2, а через логические элементы типа НЕ 3 - на положительные входы импульсных усилителей мощности 2.

В связи с наличием в цепи замкнутой системы автоматического регулирования напряжения импульсных усилителей мощности 2, релейных элементов 4 система входит в режим автоколебаний и с высокой точностью воспроизводит на выходах усилителей мощности 2 сигнал, имеющийся на положительных входах сумматоров рассогласования 5. Напряжения на выходах импульсных усилителей мощности 2 преобразуются с помощью согласующих трансформаторов тока 1 в токи высших гармоник, которые поступают в контролируемые точки a, b, c питающей сети. Для узла а, например, справедливы на основании закона Кирхгофа для токов уравнения:


где ω₁ - угловая частота основной (первой) гармоники питающей сети;
- бесконечная сумма мгновенных значений высших гармоник тока в фазе А питающей сети ниже узла а.

Тогда
i_a(t) = I_maxa•sin(ω₁t+ϕ_a).
Таким образом, ветвь питающей сети выше контролируемой точки а свободна от высших гармоник тока, что приводит к минимальному значению коэффициента искажения напряжения (K_ис) в контролируемой точке а и выше нее. Имеется также в виду, что ток в питающей сети i_aТ(t) ниже точек a, b, c сохраняет свою форму и величину вне зависимости от того, есть ли в точках a, b, c узлы или их нет.

По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет втрое уменьшить необходимое для работы активного электрического фильтра количество силовых транзисторов и диодов. Кроме того, из схемы активного фильтра исключаются также пассивные электрические LC-фильтра. В связи с этим уменьшаются масса и стоимость предлагаемого активного электрического фильтра.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных электроэнергетических системах. Технический результат заключается в улучшении качества электрической энергии в автономных электроэнергетических системах путем снижения высших гармонических составляющих напряжения в контролируемых точках энергетической системы, питающей мощные нелинейные нагрузки. Достигается это тем, что устройство содержит систему преобразования входной информации, подключенную к фазам питающего напряжения и включающую адаптер, выход которого соединен с аналоговым входом однокристальной ЭВМ, выход которой соединен с входом буферного каскада, к фазам питающей сети подсоединены одним концом выходы вторичных обмоток согласующих трансформаторов тока, вторые концы которых соединены между собой в узел, а первичные их обмотки соединены с выходами импульсных усилителей мощности, входы которых соединены с выходами логических элементов типа НЕ и релейных элементов, а входы логических элементов типа НЕ подсоединены к выходам релейных элементов, входы которых соединены с выходами сумматоров рассогласования, отрицательными входами подсоединенных к выходам импульсных усилителей мощности, а положительными - к выходам сумматоров, отрицательные входы которых соединены с выходом буферного каскада. При этом выходы вторичных обмоток информационных трансформаторов тока одним концом соединены с входом адаптера и положительными входами сумматоров, а вторые их концы соединены в узел. 1 ил.

Трехфазный активный электрический фильтр, содержащий информационные трансформаторы тока, которые выдают напряжение, пропорциональное мгновенным значениям токов в фазах питающей сети, выходы которых соединены с аналоговыми входами однокристальной ЭВМ, выходом соединенной с входом буферного каскада, отличающийся тем, что к фазам питающей сети подсоединены одним концом выходы вторичных обмоток согласующих трансформаторов тока, вторые концы которых соединены между собой в узел, а первичные их обмотки соединены с выходами импульсных усилителей мощности, соответствующие входы которых соединены с выходами логических элементов типа НЕ и релейных элементов, а входы логических элементов типа НЕ подсоединены к выходам релейных элементов, входы которых соединены с выходами сумматоров рассогласования, отрицательными входами подсоединенных к выходам импульсных усилителей мощности, а положительными - к выходам сумматоров, при этом одни концы выходов вторичных обмоток информационных трансформаторов тока соединены между собой в узел, а вторые их концы соединены с положительными входами сумматоров и с аналоговыми входами однокристальной ЭВМ, работающей по программе, записанной в блоке памяти, которая проводит гармонический анализ для получения мгновенного значения напряжения, пропорционального первой гармонике тока в питающей сети, поступающего через буферный каскад на отрицательные входы сумматоров.