Устройство для сглаживания пульсаций постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК H02M1/12 

i

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для сглаживания пульсаций напряжения или тока при непосредственном преобразовании электроэнергии постоянного или переменного тока, например, в системах электроснабжения электрифицированных железных дорог и на электроподвилсном составе с импульсным регулированием режимов тяги.

Цель изобретения,- повышение коэффициента сглаживания.

На фиг, 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства для сглаживания пульсаций постоянного тока в виде трехзвенного сглаживающего фильтра; на. фиг. 2 - рас- .четная символическая схема устройства по фиг. 1; на фиг. 3 - эквивалентная схема устройства по фиг. 1; на фиг. 4 - электрическая схема устройства для случая п-звенного сглживающего фильтра; на фиг. 5 и 6 - соответственно расчетная и эквивалентная схемы устройства по фиг, 4. I

Устройство по фиго 1 содержит

входной 1 и выходной 2 выводы, а также объединенные дополнительные входной 3 и выходной 4 выводы, обра- ззгющие общий вывод. Между выводами 1 и 2 включена цепь из последовательно-согласно соединенных обмоток реакторов 5-7, образующих продольные ветви устройства. Между общими точками соединения обмоток реакторов 5, 6 и 6, 7 и общим выводом включены цепочки, состоящие из последовательно соединенных обмотки 8 двух- обмоточного дросселя с конденсатором 9 и обмотки 10 того.же дросселя с конденсатором 11 соответственно. Между выводами 2 и 4 включен конденсатор 12, Обмотки 8 и 10 двухобмо- точного дросселя совместно с кон- десаторами 9 и 11 и конденсатор 12 образуют поперечные ветви. Обмотки 8 и 10 двухобмоточного дросселя: индуктивно связаны между собой и подключены к соответствующим конденсаторам одноименными зажимами. На фиг, 2 и 5 элементы устройства по фиг, 1 и 4 представлены в виде комплексных сопротивлений - индуктив1

7--, Ha фиг.З

ных jcJL и емкостных

и G приняты следующие обозначения: Lg, Lj, L,..L, L, - эквивалентные индуктивности соответствующих зле234931 2

f

ментов схем по фиг. 1 и 4: С.

to

9 11

С,...С, С, - эквивалентные емкости соответствующих элементов указанных схем.

Устройство по фиг. 4 отличается от устройства по фиг. 1 использованием п-обмоточного реактора и введением дополнительных поперечных ветвей, включенных и выполненных аналогично устройству по фиг. 1 ,

Устройство по фиг. 1 работает следующим образом,

Собственные L, L, и взаимная индуктивности обмоток дросселя должны быть связаны с взаимными

-р

--S.e 6,7 и Ь обмоток реактора соотношениями:

индуктивностями Lt

L«

bj

ТЛ L.

ь,1

f L

5,1

P F

4,10 Чт

Ha расчетной символической схеме трехзвенного фильтра (фиг, 2),.его элементы представлены комплексными сопротивлениями - индуктивными и емкостными. Активные составляющие сопротивлений в расчетной схеме приняты равными нулю, что соответствует опущению об отсутствии потерь в элементах фильтра.

Ориентируясь на выбранные положительные направления входного напряжения и и выходного тока I, а также токов tj. , 1 1 обмотках 5, 6 и 7 реактора, составим для указанных на фиг. 2 контуров уравнения по второму закону Кирхгофа:

и -. i6+J i iT+J-JL(is- -ij ..) (is-iJ/juiC,; ju)L(,ju3Lj,(i,-ij (i,-I,) J.(-jJirj,+jcx)L,I,

, (I,-I,)4

+ (i,-lj/jcjc,;

i4 f6-i.

,, (,)

-f(,)/ju)c .icjL,i +ju)L

7,6

I.

+J.JL, I, +(,- )/ju)C

11

3

где uJ - угловая частота гармонического сигнала, проходящего через фильтп;

L , и собственные индуктивности обмоток 5, 6 и 7 реактора;

Сд, С, и С, - емкости конденсаторов 9, 11 и 12.

Подставляя в приведение уравнения параметры обмоток дросселя, выраженные через параметры обмоток реактора, находим:

и juJi i5 + {i5-i)/j«)Cg;.

(ij-ij /jcOCg ja)(,)/ju)C, ;

(,)/jJc,,,i,-f(T,-i )/jcjc, ,

где Ь,ь ;ч., L, L% L L , L, Lj,.L L ;

Полученным уравнениям соответствет эквивалентная схема фильтра, изображенная на фиг. 3. Как видно, индуктивная связь между продольными ветвями здесь отсутствует и потому реализуемый таким фильтром коэффициент затухания пропорционален 6-1 степени частоты. Кроме того, эквивалентные индуктивности в продольных ветвях фильтра значительно больше собственных индуктивностей обмоток реактора, из которых составлен реальный трехзвенный фильтр.

Сравнивая исходную и преобразованую системы уравнений, описьшающих соотственно реальный и эквивалентный фильтры, можно заключить о том, что введение двухобмоточного дросселя в трехзвенный фильтр позволяет осуществить полную компенсацию нежелательных ЭДС взаимоиндукции в обмотках его реактора исключительно за счет ЭДС само- и взаимоиндукции, наводимых в обмотках этого дросселя

Устройство по фиг. 4 работает аналогично устройству по фиг. 1.

При использовании п одинаковых Г-образных LC-звеньев в отсутствие индуктивной связи между звеньями коэффициент сглаживания Ko X.(LCoj ) и сраведлив в полосе задерживания .

При наличии идеальной индуктивной связи между обмотками реактора п-звенного фклътра и в условиях полной компенсации ее негативного влияния посредством (п-1)-обмоточного дросселя эквивалентная индук314

тивность каждой обмотки реактора возрастает в п раз, а г оэффициент сглаживания фильтра - в п раз. т.е.

К (nLCtcl )

Однако на практике идельная магнитная связь между обмотками реактора недостижима. Поэтому преположим,

что коэффициент магнитной связи б меньше единицы и одинаков для любой пары обмоток реактора. В этом случае индуктивность каждого звена пре- вьппает индуктивность одной единственной обмотки реактора более чем в ( п) раз, а коэффициент сглаживания усовершенствованного фильтра возрастает в (& п) раз

20

К { l+(n-l)Sl (en ).К„

Если учесть, что коэффициент магнитной связи между обмотками реактора находится в обратной зависимости от расстояния между ними, и представить эту зависимость в виде убывающей геометрической прогрессии

I , о f S , 6 ,,,,) S

ti-i)

то для оценки эффективности предлагаемого устройства можно воспользоваться соотношением

К Ко ..

Приведенное выражение позволяет утверждать, что при коэффициенте магнитной связи между соседними обмотками реактора поряд1 а 0,8 трех- эвенный фильтр с компенсирующим

двухобмоточным дросселем может обеспечить ослабление сигнала в полосе задерживания примерно в 15 раз, че- тырехзвенный - в 85 раз, а пятизвен- ный - более чем в 600 раз.

Формулаизобретения

Устройство для сглаживания пульсаций постоянного тока, содержащее

входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника входного напряжения и нагрузки, продольную ветвь фильтра, состоящую из последовательно согласно включенных двух магнитосвязанных реакторов, поперечную ветвь фильтра, подключенную одним концом к точке соединения реакторов продольной ветви, а другим - к общему выводу и состоящую из последовательно соединенных реактора и конденсатора, и вькодной конденсатор, включенный между выходным и общим выводами, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента сглаживания, в него введены дополнительные реакторы, включенные в продольную ветвь между выходным выводом и цепью основных реакторов последовательно с основными реакторами, и дополнительные поперечные ветви, аналогичные основным, каждая из которых включена между общим выводом и одной из соответствующих дополнительных общих точек соединения реакторов про

долькой ветви, причем реакторы по- ,перечных ветвей фильтра выполнены i с магнитной связью, величина которой равна сумме взаимных индуктив- ностей между всеми парами обмоток реакторов продольной ветви фильтра,расположенных по разные стороны вне точек подключения поперечных ветвей, включающих эти реакторы, а собственная индуктивность каждого из реакторов поперечных ветвей равна сумме взаим- ньпс индуктивностей между всеми парами обмоток реакторов продольной ветви, расположенных по разные.стороны относительно точки подключения поперечной ветви фильтра, включакщей этот реактор.

is

о2

1-7

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для сглаживания пульсаций постоянного тока. Цель изобретения - повышение коэффициента сглаживания. Устройство содержит продольную и поперечные ветви. Продольная ветвь состоит из последовательно и согласно соединенных обмоток реакторов 5, 6, 7 и включена между входным и выходным 2 выводами. Каждая из поперечных ветвей включена между соответствующей одной из общих точек соединения обмоток реакторов 5, 6, 7 и общим выводом, образованным соединением входного вывода 3 с выходным 4. Поперечные ветви состоят из обмоток 8, 10 двухобмоточного реактора, соединенных соответственно с конденсаторами 9, 11. Между выводами 2 и 4 включен конденсатор 12. Реакторы поперечных ветвей выполнены с магнитной связью, величина которой равна сумме взаимных индуктивностей между всеми парами обмоток реакторов продольной ветви, расположенных по разные стороны вне точек подключения поперечных ветвей. Собственная индуктивность каждого реактора поперечных ветвей равна сумме взаимных индуктивностей между всеми парами обмоток реакторов продольной ветви, расположенных по разные стороны относительно точки подключения поперечной ветви, включающей зтот реактор. При этом обеспечивается получение коэффициента затухания, пропорционального 2п-й .степени частоты. 6 ил. (Л СО | QD 00 о4« Фиг,Г

If

,

3 о

фиг.

Off

J

5

ф(/г.5

/.«с

yw.

Cg

Ск-Г

30

фиг.К

Редактор А. Лежнина

Составитель А. Кириллов

Техред В.Кадар Корректор Т. Колб

Заказ 2989/56Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

/.п

с

W

гг

-о «