АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР ПЕРЕМЕННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА Российский патент 2002 года по МПК H02M1/15 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано на подстанциях электропередач постоянного тока и электрифицированного транспорта, где необходимо, чтобы переменная составляющая выпрямленного тока в линии электропередачи и контактной сети не вызывала помех на средства связи выше допустимых, а также для выпрямителей различного назначения вместо обычных (пассивных) фильтров.

Известен активный фильтр переменной составляющей выпрямленного тока, в состав которого входят однофазный инвертор напряжения и устройство, создающее импульсы управления его запираемыми тиристорами [1].

Выход активного фильтра подключен через конденсатор к цепи выпрямленного тока параллельно выпрямителю и сглаживающему реактору. Устройство управления получает информацию от выпрямителя. Инвертор в соответствии с воздействием на него устройства управления создает такое переменное напряжение, под действием которого в цепь выпрямленного тока поступает компенсирующий ток (ток -i, где i - переменная составляющая выпрямленного тока).

Недостатки активного фильтра, выполненного по [1] и принятого за прототип: 1) сложность устройства управления, перерабатывающего большой объем информации от выпрямителя: величина и частота переменного напряжения на входе выпрямителя, фазовое положение импульсов управления вентилями, значение постоянной составляющей выпрямленного тока, 2) разная зависимость компенсирующего тока и переменной составляющей от параметров нагрузки выпрямителя и, как следствие этого, невозможность при разных нагрузках полной компенсации переменной составляющей выпрямленного тока.

Задача предлагаемого изобретения - создание активного фильтра переменной составляющей выпрямленного тока, более простого и, следовательно, более надежного, чем прототип, и, в отличие от прототипа, обеспечивающего полную компенсацию переменной составляющей выпрямленного тока во всем диапазоне изменения параметров нагрузки выпрямителя.

Сущность изобретения состоит в том, что для компенсации переменной составляющей выпрямленного тока применены последовательно соединенные транзисторный усилитель тока и однофазный трансформатор. На вход усилителя тока поступает информация от выпрямителя, а именно вторичный ток трансформатора тока, включенного в цепь выпрямленного тока между выпрямителем и сглаживающим реактором. Этот ток пропорционален переменной составляющей выпрямленного тока. Выводы вторичной обмотки однофазного трансформатора - это выход активного фильтра. Он присоединен через конденсатор к цепи выпрямленного тока параллельно выпрямителю и сглаживающему реактору. Параметры усилителя тока и однофазного трансформатора рассчитываются такими, чтобы в цепь выпрямленного тока поступал компенсирующий ток -i, где i - переменная составляющая выпрямленного тока. Усилитель тока обеспечивает выходную мощность активного фильтра, необходимую для всего диапазона изменения параметров нагрузки выпрямителя.

На чертеже приведена схема предлагаемого активного фильтра переменной составляющей выпрямленного тока.

В цепи выпрямленного тока последовательно соединены выпрямитель 1, трансформатор тока 2, сглаживающий реактор 3 и нагрузка выпрямителя 4. Применительно к электропередаче постоянного тока 1 - выпрямительная подстанция, а 4 - линия постоянного тока и инверторная подстанция. Применительно к электрифицированному транспорту 1 - тяговая подстанция, а 4 - контактная сеть и электровозы (или трамваи, троллейбусы). При других применениях выпрямителя нагрузкой может быть электролизная печь, аккумулятор и др.

Активный фильтр содержит транзисторный усилитель тока 5 и однофазный трансформатор 6. Вторичная обмотка трансформатора тока 2 соединена с входом усилителя тока 5. Один вывод вторичной обмотки трансформатора 6 через конденсатор 7 присоединен к цепи выпрямленного тока в точке А между реактором 3 и нагрузкой 4, другой вывод - к точке В, соединенной с отрицательным полюсом выпрямителя. Таким образом, выход активного фильтра присоединен через конденсатор 7 к цепи выпрямленного тока параллельно выпрямителю и сглаживающему реактору.

На вход усилителя тока 5 от трансформатора тока 2 поступает ток i/k, где i - переменная составляющая выпрямленного тока, a k - коэффициент трансформации трансформатора тока. Усилитель тока увеличивает ток в n раз, и поэтому в первичной обмотке трансформатора 6 проходит ток n•i/k. Отношение числа витков первичной W₁ и вторичной W₂ обмотки W₁/W₂=k/n. Поэтому с учетом указанных на чертеже начал обмоток трансформатора 6 через конденсатор 7 к точке А поступает ток -(n•i/k)•(k/n) = -i. К этой же точке А от выпрямителя через реактор 3 поступает выпрямленный ток I+i. В результате в цепи нагрузки 4 между точками А и В протекает только постоянная составляющая выпрямленного тока I. Таким образом, предлагаемый активный фильтр выполняет свою функцию - в нагрузке выпрямителя, в частности в линии постоянного тока, в контактной сети электрифицированного транспорта, отсутствует переменная составляющая выпрямленного тока.

Усилитель тока должен обеспечить выходную мощность активного фильтра во всем диапазоне изменения параметров нагрузки выпрямителя. Наибольшую выходную мощность должен иметь активный фильтр для электропередачи постоянного тока. Как указано в [2], выходная мощность такого активного фильтра равна 150 кВт. В настоящее время имеется возможность создать усилитель тока со столь большой выходной мощностью, применив мощные полевые транзисторы типа BSM300Gal700DN2 фирмы Сименс, имеющие напряжения коллектор-эмитер 1700 В, постоянный ток коллектора 300 А, импульсный ток коллектора 600 А.

Изложенное выше показывает, что задача предлагаемого изобретения, выполнена: предлагаемый активный фильтр проще и надежнее прототипа (не имеет сложного устройства управления) и обеспечивает полную компенсацию переменной составляющей выпрямленного тока во всем диапазоне изменения параметров нагрузки выпрямителя.

Источники информации
1 Патент Швеции PCT/SE 92/00714, кл. H 02 J 3/01, 1991. Reduction of disturbances in a power network.

2. Active DC filter HVDC system - a test installation in the Konti - Skan DC link at Lindom converter station. - Wenyan Zhang, Andres Aberg, Uno Jonson, Ove Loof. - IEEE Transaction on Power Delivery, Vol.8, N 3, July 1993.

Фильтр можно применять в устройствах электропередачи постоянного тока, электрифицированном транспорте, промышленных и специальных выпрямителях. Активный фильтр переменной составляющей выпрямленного тока состоит из последовательно соединенных транзисторного усилителя тока и однофазного трансформатора, которые совместно обеспечивают величину и полярность тока, компенсирующего переменную составляющую выпрямленного тока, а усилитель тока обеспечивает необходимую выходную мощность. Технический результат - повышение надежности. 1 ил.

Активный фильтр переменной составляющей выпрямленного тока, своим выходом присоединенный через конденсатор к цепи выпрямленного тока параллельно выпрямителю и сглаживающему реактору, получая информацию от выпрямителя, создает ток -i, где i - переменная составляющая выпрямленного тока, отличающийся тем, что он состоит из последовательно соединенных транзисторного усилителя тока и однофазного трансформатора.