Фильтр для подавления высших гармоник тока Советский патент 1983 года по МПК H02M1/12 

(5) ФИЛЬТР ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ослабления пульсаций выходного напряжения статических преобразователей. Известны полосовые фильтры, стру туры которых содержат индуктивные и емкостные элементы, включенные посл довательно и параллельно каждой фаз защищаемого от высших гармоник объекта Cl 1. Существенными недостатками таких фильтров являются большие значения их установленной мощности, и следовательно, плохие массогабаритные показател;-. Известны заграждающие фильтры, представляющие собой параллельные резонансные контуры, включенные последовательно в цепь нагрузки. 23. Однако в последовательных элементах таких фильтров теряется значительная часть мощности основной частоты (до ТОКА +-5). Кроме того., как в Г1олосовых, так и в заграждающих фильтрах умен.ьшение их индуктивных сопротивлений, которые главным образом определяют потери мощности на основной частоте, приводит к увеличению габаритов конденсаторов и, следовательно, к ухудшению массогабаритных показателей в целом. Следует также отметить, что в заграждающих фильтрах установленная мощность, масса и габариты существенно зависят от того, какое число высших гармоник необходимо подавить. Чем больше это число, тем больше установленная мощность и хуже массогабаритнь1е показатели фильтра. Вместе с тем известно, что в ряде случаев например, при защите объектов, получающих питание от многофазных инверторов, достаточно подавлять только две ближайшие к основной высшие гармоники питающего напряжения с тем, чтобы обеспечить качество преобразуемой электроэнергии. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является фильтр для подавления высших гармоник тока, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузки, а вторичная соединена с батареей конденсаторов 3 Фильтр обладает меньшей установленной мощностью, чем фильтры приведенные выше, так как наличие трансформаторной связи позволяет свести до минимума величину емкости, которая в результате этого не оказывает существенного влияния на массоГабаритные показатели фильтра. Наряду с этим потери энергии на основной частоте в таком фильтре небольшие, поскольку число ритьспв в пёррииной обмотке может быть выбрано малым, а за счет большого числа витков во вторичной цепи есть возможность резко сократить габариты конденсатора. Однако при многофазном исполнении а также в случае необходимости подаBMtb, например, две высшие гармоника использование фильтра на базе однофазного трансформатора потребовало бы включения в каждую фазу двух индуктивных элементов фильтра, что привело бы к увеличению как установленной мощ ности, так и к ухудшению массогабарит ных показателей фильтра в целом. Другим недостатком фильтра является большая масса стали. Цель изобретения - повышение КПД ; и снижение массогабаритных показателей при многофазном исполнении. Доставленная цель достигается тем что в фильтр для подавления высших гармоник тока, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузки а вторичная соединена с батареей кондeнcatopoв, введена дополнительная ба тарея конденсаторов, первичная и вторичная обмотки трансформатора выполне ны многофазными, каждая фаза первичной обмотки включена последовательно в соответствующую фазу цепи на1- рузки, фазные вторичные обмотки объе.динены в две звезды, концы каждой из .которых подключены к соответствующей батарее конденсаторов, а магнитопровод трансформатора выполнен в виде двух одинаковых шихтованных из листов электротехнической стали пакетов с расположенными в них окнами, причем первичная обмотка в каждой фазё охватывает oднoвpe гннo два примыкающих один к другому„но разделенных немагнитным промежутком ярма разных пакетов, а вторичная обмотка в каждой фазе охватывает ярмо только одного из пакетов. На фиг. 1 изображена схема фильтра; на фиг. 2 - пакеты магнитопровода трансформатора индуктивного элемента; на фиг. 3 - схема соединения катушек многофазной первичной и трехфазной вторичной обмоток; на фиг.Лстыковка пакетов после размещения на них обмоток. Фильтр (фиг.1) состоит из трансформатора. ( индуктивного элемента) 1, содержащего два одинаковых магнитопровода 2 и 3 разделенных немагнитным промежутком, с общей многофазной первичной обмоткой с выводами t-lZ, включенной последовательно в каждую фазу защищаемой от высших гармоник нагрузки 13 и двумя трехфазными вторичными обмотками с выводами и 17-19, соединенными в звезду и подключенными к батареям конденсаторов 20 и 21. Магнитопроводы 2 и 3 (,фиг.2.) представляют собой пакеты шихтованные из листов электротехнической стали (или из другого ферромагнитного материала с малыми удельными потерями, включая и ферриты jc расположенными в них окнами 22 и немагнитным промежутком 23 между пакетами. В индуктивном элементе 1 первичная с выводами -12 и вторичные обмотки с выводами состоят.из отдельных катушек, включенных, например, в девяти и трехфазную системы так, как это показано на фиг.З. Для упрощения фиг.З подключение вторичных обмоток с выводами к батарее конденсаторов 20- не показано, так как оно аналогично подключению к батарее конденсаторов 21 обмоток с выводами 17-19. Магнитопроводы 2 и 3 могут шихтоваться либо из П-образных пластин внахлестку и собираться вместе с катушками, либо состоять (фиг.4) из двух зубчатых пакетов 24 и 25, разделенных немагнитным промежутком 23 и двух пакетов 26 и 27 без зубцов в виде параллелепипедов, которые после размещения на них катушек вторичных обмоток плотно прижимаются к зубчатым поверхностям двух других пакетов с уже расположенными на них первичными обмот ками. Фильтр работает следующим образом Токи двух ближайших к основной га моник ((Например, при девятифазной си стеме статического преобразователя постоянного тока в переменный 17 и 19)питающего напряжения, подавление которых обеспечивает требуемое качество электроэнергии, проходя через первичные обмотки -12 индуктивного элемента 1, создают соответствующие магнитные потоки в магнитопро водах 2 и 3. Эти потоки сцепляясь со вторичными обмотками с выводами и 17-19, наводят в них ЭДС. Вместе с тем вторичные обмотки с выводами , подключенные к блоку конденсаторов 20, и обмотки с еывода ми 17-19 подключенные к блоку конден саторов 21, представляет собой резонансные контуры соответственно для 17 и 19 гармоник. Поэтому во вторичных обмотках появляются резонансные токи, обусловленные ЭДС этих гармоник, которые в свою очередь создают магнитные потоки, направленные согласно с магнитными потоками, создаваемыми первичными токами, в одном пакете для 17 гар юники, а в другой для 19. В результате этого предлагаемый заграждающий фильтр представляет собой повышенное сопротивление для токов этих двух гармоник,из-за чего последние ослабляются более чем в раз. Первичная обмотка с выводами -12 является общей для двух отдельных пакетов индуктивного элемента 1 и имеет малое число витков в каждой фа зе, следовательно, она обладает малы сопротивлением на основной частоте. В то же время поскольку вторичные об мотки с выводами и 17-19 выпол няются с большим числом витков (например, R 20-100 083 большим, чем первичная), потребная для создания резонансных явлений емкость уменьшае ся в 00-10000 раз. Это позволяет достигнуть резонансных режимов в кон турах первичная обмотка - вторичная обмотка - блок конденсаторов при малых габаритах фильтра. Наряду с указанными преимуи ествами исполнение . индуктивного элемента 1 Фильтра в указанном выше варианте позволяет в 1,5-2 раза уменьшить его массу, габа риты и, следовательно, потери в стали, С другой стороны предлагаемая конструкция позволяет сохранить миимальное число конденсаторов в блоках, например осего три;.В резульате этого также умены1;ается масса и габариты фильтра и повышается его эффективност ь. Таким образом, в -предлагаемом ильтре в результате особого выполнения индуктивного элемента удается обеспечить повышение его эффективности, уменьшение массы и использовать этот фильтр для подавления сразу двух высших гармоник. Формула изобретения Фильтр для подавления высших гармоник тока, содержащий трансформатор первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузки,а вторичная соединена с батареей.кондечсаторов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и снижения массогабаритных показателей при много- фазном исполнении, в него введена дополнительная батарея конденсаторов, первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены многофазными, каж«дая фаза первичной обмотки включена последовательно в соответствующую фазу цепи нагрузки, фазные вторичные обмотки объединены в две звезды концы каждой ия которых подключены к соответствующей батарее конденсаторов, а магнитопровод трансформатора выполнен в виде двух одинаковых шихтованных из листов электротехнической стали пакетов с расположенными в них окнами, причем первичная обмотка в каждой Фазе охватывает одновременно два примыкающих один к другому, неразделенных немагнитным промежутком ярма разных пакетов, а вторичная обмотка в каждой фазе охватывает ярмо только одного из пакетов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Абрамов А. М., Зильберман А.Е. Резонансные фильтры для обеспечения синусоидальной формы выходного напряжения автономных инверторов. - В кн. Силовая полупроводниковая техника, вып. II, М., Инфорстандартэлектро, 1968. 2.Вертелецкий Д.С.,0зерянский А.А Тонкаль С.С. Особенности построения фильтров для однофазных инвер710032698

торов со ступенчатым модулированием 3. Лангин А. А. Расчет электричеСнапряжения. Пр о15лемы технической элек- ких фильтров. Рига Зинатне, 197, тродинамики, вып. 29, 1971, с.. с.21,

Ф&г./

/ч

/о.

в

J I

//

/7

//

;g o€3о-ЕЭffo ш

i

//

t

/2

//

/оГ

yjj дд ТГД Htf THJ йй mtf Вд И BH tBJ Bfl №й HTI fni

tij j ftrj цдГтТ пЯ ffrj ЯгтЧ |Г|,| ITTi ITfl кПл pffl ГТТ| Н Н 1 j

ггН тд гтп ГТТ1 tn fiff №И Нт жтп tTri пт од ПТ цд л ul tzil ЕХЛ

цп| Щ1 jiyj jvy ШЗ СОЗ |fj ц ПцП Щ иО UJJ пц ц ц 3«И

/4 /J «f

фуг.