ОДНОФАЗНЫЙ АКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2012 года по МПК G05F1/70 H02J3/18 H03H7/09 

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

Известен компенсатор реактивной мощности [1], содержащий трехфазный измерительный трансформатор напряжения, нагрузку, три однофазных датчика напряжения, трехфазный мостовой выпрямитель, три первых элемента сравнения, емкостный фильтр, усилители с регулируемым коэффициентом усиления, вторые элементы сравнения, задатчик напряжения на нагрузке, задатчик настройки компенсирующего напряжения, три идентичных блока регулирования, каждый из которых содержит однофазный выпрямитель, два управляемых однофазных выпрямителя с системами управления, два промежуточных конденсатора с датчиками напряжения, два однофазных инвертора с системами управления, тактирующий триггер, релейный двухпозиционный регулятор, имеющий гистерезис, дифференцирующую цепочку.

Недостатками данного устройства является невысокий КПД, инерционность работы, а также некорректность формирования сигнала ошибки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является трехфазный активный электрический фильтр [2], содержащий LC-фильтры, систему преобразования входной информации, включающую адаптер, входы которого соединены с фазами питающей сети, а выходы - с аналоговыми входами однокристальной ЭВМ, работающей по программе, записанной в блоке памяти, подключенном к однокристальной ЭВМ, которая через буферные каскады соединена с входами устройств управления памятью блока многозвенной импульсной модуляции, к устройствам управления памятью подключены блоки памяти, выходы устройств управления памятью через буферные каскады соединены с импульсными усилителями мощности.

Недостатками данного трехфазного активного электрического фильтра являются: невысокое быстродействие, сравнительно низкая глубина фильтрации.

Задача изобретения заключается в создании однофазного активного электрического фильтра с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Сущность изобретения заключается в следующем. Система преобразования входной информации соединена с входом синхронизованного с сетью системой формирования сигнала ошибки. Выход синхронизованной с сетью системой формирования сигнала ошибки соединен с инвертором. Выход инвертора соединен с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ). К выходу ШИМ подключен вход буферного каскада, выходы буферного каскада соединены с входами импульсного усилителя мощности, а к выходу импульсного усилителя мощности подключена входная цепь LC-фильтра. Выходы LC-фильтра подсоединены к фазе питающей сети.

На чертеже схематично изображен однофазный активный электрический фильтр. Он состоит из систем преобразования входной информации 1, синхронизованной с сетью системой формирования сигнала ошибки 2, инвертора 3, широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 4, буферного каскада 5, импульсного усилителя мощности 6, LC-фильтра 7, мощной нелинейной нагрузки 8, присоединенной к трехфазной электрической сети U, V, W, с нулевым проводом N.

Фильтр работает следующим образом. Системы преобразования входной информации 1 содержат делители, необходимые для согласования низковольтных цепей систем формирования сигнала ошибки 2, и выдают напряжения, пропорциональные напряжениям в фазе питающей сети. Эти напряжения поступают на систему формирования сигнала ошибки 2. На выходе синхронизованных с сетью систем формирования сигнала ошибки 2 формируется сигнал, мгновенные значения амплитуды и фазы которого равны мгновенным значениям амплитуд и фаз высших гармоник сигнала на выходе систем преобразования входной информации 1. Сигналы с выхода синхронизованных с сетью систем формирования сигнала ошибки 2 поступают на вход инвертора 3, в результате на выходе инвертора 3 получаются корректирующие сигналы, пропорциональные бесконечной сумме мгновенных значений высших гармоник напряжения, имеющихся в питающей сети. С выхода инвертора 3 корректирующий сигнал поступает на вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 4, который преобразует непрерывный корректирующий сигнал в дискретный сигнал. С выхода ШИМ 4 дискретный сигнал поступает на вход буферного каскада 5, а на выходе буферного каскада 5 вырабатывается два дискретных противофазных сигнала - дискретный сигнал положительной полярности и дискретный сигнал отрицательной полярности. Дискретные сигналы положительной и отрицательной полярности с выхода буферного каскада 5 поступают на положительные и отрицательные входы импульсного усилителя мощности 6, а с выхода импульсного усилителя мощности 6 усиленные дискретные сигналы поступают на вход LC-фильтра 7. С выхода LC-фильтра 7 восстановленный корректирующий сигнал подается в цепь фазы питающей сети, что ведет к компенсации высших гармоник напряжения.

Однофазный активный электрический фильтр позволяет использовать недорогие силовые модули на основе ключевых MOSFET-транзисторов, лучшие частотные свойства которых позволяют повысить тактовую частоту ШИМ, упростить выходные LC-фильтры и тем самым улучшить качество электрической энергии. Это позволяет снизить высшие гармонические составляющие в контролируемых точках энергетической системы, а также компенсировать реактивную составляющую мощности. Кроме того, отсутствие однокристальной ЭВМ позволит снизить массогабаритные показатели активного электрического фильтра.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ

1. Патент РФ №2187873 Н02J 3/18, 2002 г. «Компенсатор реактивной мощности».

2. Патент РФ №42720 7 Н03Н 7/9, 2004 г. «Трехфазный активный электрический фильтр» - прототип.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных трехфазных электроэнергетических сетях. Технический результат: снижение высших гармонических составляющих в контролируемых точках энергетической системы, компенсация реактивной составляющей мощности, снижение массогабаритных показателей активного электрического фильтра. Активный электрический фильтр содержит систему преобразования входной информации, соединенную с входом синхронизованного с сетью системы формирования сигнала ошибки. Выход синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки соединен с инвертором. Выход инвертора соединен с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ). К выходу ШИМ подключен вход буферного каскада, выходы буферного каскада соединены с входами импульсного усилителя мощности, а к выходу импульсного усилителя мощности подключена входная цепь LC-фильтра. Выходы LC-фильтра подсоединены к фазе питающей сети. Однофазный активный электрический фильтр позволяет использовать недорогие силовые модули на основе ключевых MOSFET-транзисторов, лучшие частотные свойства которых позволяют повысить тактовую частоту ШИМ, упростить выходные LC-фильтры и тем самым улучшить качество электрической энергии. 1 ил.

Однофазный активный электрический фильтр, содержащий систему преобразования входной информации, буферный каскад, импульсный усилитель мощности, LC-фильтр, отличающийся тем, что система преобразования входной информации соединена с входом синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки, выход синхронизованной с сетью системы формирования сигнала ошибки соединен с инвертором, выход инвертора соединен с входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ), а к выходу ШИМ подключен вход буферного каскада, выходы буферного каскада соединены с входами импульсного усилителя мощности, а к выходу импульсного усилителя мощности подключена входная цепь LC-фильтра, выходы LC-фильтра подсоединены к фазе питающей сети.