Устройство для уменьшения пульсаций напряжения постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК H02M1/12 

1 Изобретение относится к преобразо : вательной технике и может быть -исползовано для сглаживания гармоник пуль сирутащего напряжения на .выходе полупроводниковых преобразователей, яв- ляющихся источниками постоянного ток и питающих нагрузку различного назначения..

; Цель изобретения - повьшение поме I хоустойчивости и улучшение массога- i баритных показателей.

На чертеже показана схема устройства для уменьшения пульсаций напряжения постоянного тока на выходе не- точника 1, который питает нагрузку 2

Устройство 3 имеет реактор 4 с наружной 5, средней 6 внутренней 7 о бмотками, компенсирующий резистор 8, резонансные LC-депочки 9, кон- денсатор 10, входной 11 и выходной 12 вьшоды для подключения к устройству 3 источника 1 напряжения постоянного тока и его нагрузки 2, общий вывод 13, который соединен с источ- НИКОМ 1 и с его- -нагрузкой 2, Каждая ЬС-цепочка 9 содержит катушку 14 индуктивности и конденсатор 15. Наружная обмотка 5 соединена последовательно и согласно с внутренней обмоткой 7. Свободные вьтоды обмоток 5 и 7. подключены, соответственно к входному 11 и выходному 12 вьшодам устройства.3 . Средняя обмотка 6 ре- актора 4 образует с компенсирующим резистором 8 замкнутьй электрический контур компенсации. Резонансные LC-цепочки 9 подключены между общей точкой обмоток 5 и 7 реактора 4 и общим вьшодом 13 устройства 3, к этому же ,вьшоду подключен и конденсатор 10. Второй вывод конденсатора 10 соединен с выходным вьшодом 12 устройства. 3.

Устройство работает следующим йб- разом.

Процесс сглаживания гармоник пульсирующего напряжения описьшает уравнение частотной характеристики коэффициента сглаживания К напряжения, имеющее следующий вид:

tb х,

--- (1+

л.. . Pf -I. ч

и - ,, ±z,

.Z.) + Zjf

Z-, - + 2;ь - z&-, --

(О

где U и Uj - напряжение гармоник на входе и на выходе устройства 3;

Z, Z - сопротивление наружной 5 и внутренней 7 обмоток реактора 4;

г 4 Результирующее сопротивление С-цепочек 9 и сопротивление цепи конденсатора 10;

Zifi сопротивление взаимной индуктивности М между наружной 5 и внутренней 7 обмотками реактора 4} 2 ,Z(,, - сопротивления, вноси

мые из контура компен- сации в цепи обмоток 5 и 7 реактора 4 и н общую цепь LC-цепочек 9. В уравнении (1) верхние и цижние знаки перед сопротивлениями Zj и Z (, соответствуют согласному и встречному соединениям наружной 5 и внутренней 7 обмоток реактора 4;

Вносимые сопротивления и сопротивление взаимной, индуктивности можно определить соответственно по следующим формулам:

е ,.«

6.1

Jic... te -

z,+ z.

)«-L

(2)

„ 2,5 ZM- « MjjMijR

в«

. .f MjscJ L

(3)

U) MMR R +Iio

(4) (5)

где ot) - угловая частота сглаживаемых гармоник напряжения; ,Zjj - сопротивление взаимной индуктивности и Mjj меж ду наружной 5, средней 6 обмотками и между внутренней 7, средней 6 обмотками реактора 4;

Zs - сопротивление средней обмотки 6 реактора 4; Ze - сопротивление компенсирующего резистора 8; R,L - активное сопротивление и

индуктивность контура компенсации.

Из формул (1)-(5) следует, что сущность работы устройства состоит в следующем. Из контура компенсации в общую цепь цепочек 9 и в цепи оботок 5 и 7 реактора 4- вносятся сопротивления Z(,,Zj,2 и которые меют активную и реактивную составяющие, и реактивное сопротивление . Характер (индуктивный, емкостый) реа1 тивных составляющих сопротивлений Z, и Z и знак (отрицательный, положительный) активной составляющей сопротивления Z зависят от схемы соединения (встречное, согласное) между собой наружной 5 и внутренней 7 обмоток реактора 4. ак как в сопротивлении , активная составляющая результирующего сопротивления Z LC-цепочек 9 сегда положительна, сопротивление не имеет активной составляющей и активная составляющая сопротивления Zg имеет отрицательную величину толькд при согласном соединении обмоток 6 и 7. Только при таком соединении этих обмоток имеет место компенсация активного сопротивления в цепи LC-цепочек 9.

Компенсация реактивных составляющих сопротивления Z j, возможна при встречном и при согласном соединении обмоток 5 и 7 реактора 4 и обеспечивается соответствующей настройкой LC-цепочек 9. Поэтому только при согласном соединении обмоток 5 и 7 реактора 4 возможна полная ком

вающее действие. Чем качественнее компенсация составляющих сопротивле- ния Z, TZ,.,± Zj, тем меньще его модуль, больше коэффициент сглаживания и соответственно сглаживающее действие устройства 3.

При использовании устройства 3 в производственных условиях реактор 4 неизбежно подвергается влиянию электромагнитных полей, создаваемых токо- ведущими частями и силовым -оборудованием, и магнитных масс, образованных из металлических конструкций, ограждений, кожухов. Интенсивность этого влияния меняется, так как она определяется режимами работы силового оборудования и расстоянием от магнитных масс до реактора 4, которое может быть разным, например ограждения и кожуха удалены при настройке устройства 3 и приближены во время его работы. В результате таких влияний изменяются индуктивность, взаимная индуктивность и активное сопротивление обмоток реактора, что ухудшает компенсацию и снижает сглаживающее действие устройства 3. Вследствие изменения во времени интенсивное ти указанных влияний устранить отмеченные их отрицательные последствия не представляется возможным. Наиболее критичным элементом устройства 3 к влиянию электромагнитных полей и магнитных масс является средняя обмотка 6 реактора 4. Это Объясняется тем, что сопротивление Zj, определяющее процесс компенсации, имеет квадратичную зависимость от индуктивности и активного сопротьшления обмотки 6 реактора 4.

При конструктивном расположении обмотки 6 между обмотками 5 и 7 реактора 4 уменьшается нежелательное

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для сглаживания гармоник пульсирующего напряжения на вы- коде полупроводниковых преобразователей. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и улучшение мае- согабаритных показателей. Устройство 3 подключено к выходу источника 1 напряжения постоянного тока и включа ет реактор 4 с наружной 5,-средней 6 и внутренней 7 обмотками, компенсирующий резистор 8, резонансные LC-цепочки 9 и конденсатор 10. Обмотки 5 и 7 соединены последовательно и согласно и подключены к входному 11 и выходному 12 вьшодам. Обмотка 6 образует с резистором 8 замкнутый электрический контур компенсации. LC-цепочки 9 включены между общим выводом 13 и точкой соединения обмоток 5 и 7. Указанное выполне те реактора 4 и экранирующее действие его обмоток 5 и 7 по отношению к обмотке 6 у еньтает влияние электромагнитных полей и § магнитных масс. Использование шздук тинной связи мевду ббмотками 5-7 позволяет этим обмоткам выполнять функции отдельных реакторов в устройстве с полной компенсацией. В резуль- тате уменьшаются количество реакторов и установленная мощность. 1 ил. ff Ю

пенсация обеих составляющих сопротив- 45 влияние электромагнитных полей и ления ,±Z ,когца его модуль обращается в нуль или имеет ничтожно малую величину. Лолная компенсация обеспечивается при определенных значениях частоты, задаваемых настройкой LC-цепочек. Количество значений такой частоты равно числу LC-цепочек. Если значения частоты, на которой имеет место полная компенсация.

магнитных масс на процесс сглажив ния. Это объясняется тем, что нар ная 5 и внутренняя 7 обмотки реак ра 4 помимо ограничения тока, соз 50 ваемого пульсациями напряжения, в полняют функции экрана по отношен к средней обмотке 6 и увеличивает эффект внешних металлических экра нов, образуя с ними многослойный

равны частоте гармоник пульсирующего gg экран с воздушным зазором, дающий напряжения, сглаживаемых устройством высокую эффективность экранирования. 3, то коэффициент сглажива ния значи- Индуктивная связь между тремя об- тельно возрастает и за счет этого уст- мотками реактора 4 Дополнительно к ройство 3 реализует высокое сглажи- экранирующему действию его обмоток

45 влияние электромагнитных полей и

магнитных масс на процесс сглажива- ния. Это объясняется тем, что наружная 5 и внутренняя 7 обмотки реактора 4 помимо ограничения тока, созда- 50 ваемого пульсациями напряжения, выг полняют функции экрана по отношению к средней обмотке 6 и увеличивает эффект внешних металлических экранов, образуя с ними многослойный

51А29249

S и 7 зп еньшает отрицательные послед-составляющими сопротивлений Z и Z

ствия влияния электромйгнитных .полейсогласно соединенных обмоток 5 и 7

и магнитных масс. Это следует из то-реактора 4.

roi что при разных знаках величин При использовании изобретения .25 и Z (g, входящих в сопротивлениеповышается помехоустойчивость от 2jj ±Zj ,обусловленные указаннымвлияния электромагнитных полей и маг- йлиянием изменения реактивной состав-нистных масс на контур компенсации я{яющей сопротивления Z и реактивно-и улучшаются массогабаритные пока- г|о сопротивления взаимно уничто- юзатели реактора. я|ают друг друга. Для этого необходимо соблюдение условия М , ко-Формула изобретения

.Чорое обеспечивается при одинаковом v ч

J - с - Устройство для уменьшения пульЕОЯичестве вагонов обмоток 5и7. s /

f,„ Wсации напряжения постоянного тока.

При выполнении равенства М « Мл 15 ч. «

-«исодержащее входной, выходной и обуказанное влияние приводит к увели- « i -ч « , «

J.. Щий выводы для подключения, соответчению только активной составляющей «. « ,

i„ „ „ственно, источника напряжения постофпротивления Z Zx.tZ6i. что также «

Lк т ла в янного тока и нагрузки, двухобмоточIухудшает качество компенсации. Обес- „т

J..,ныи реактор, резонансные LC-цепоч1 ечив на частоте и компенсируемой on„

, один вьтод каждой из которых соег дрмонкки выполнение неравенства.,л

„. /-динен с общим выводом, а другой - с R «cJL, можно свести к минимуму .,

„ ..одним из вьшодов первой обмотки ре- Увеличение этой активной составляю-% ..

„актора, другой вывод которой соеди- щей и получить хорошее качество ком гя; входным вьшодом, конденсатор,

ции.включенный между выходным и общим выИспользование индуктивной связи компенсирующий резистор,

между тремя обмотками реактора 4 поз«отличающееся тем, что, с воляет его обмоткам 5 и 7 выполнять повышения помехоустойчивости

нкшш отдельных реакторов в устрой- улучшения массогабаритньпс показа- стве с полной компенсахщей. Благода- 30 ч.«

телей, реактор дополнительно снабжен ря этому уменьшается количество ре- « л ч

.третьей обмоткой, включенной согласакторов без ухудшения сглашшающего относительно первой и второй обдействия. Наличие индуктивной связи реактора и соединенной паралшаду обмотками 5 и 7 реактора 4 до- компенсирующим резистором,

полнительно позволяет уменьшить ус- 35а вторая обмотка соединена согласно тановленнун, мощность этих обмоток. последовательно с первой обмоткой

Это подтверждается тем. что в свободным вьшодом подключена к вь,ротивлениякходному выводу, причем первая и втоZ iZ i Ze - Z( ;рая обмотки реактора конструктивно

7 7 - 7 7, расположены соответственно снаружи и

внутри реактора, а его третья обмотHit реактивная составляющая Z име-ка расположена между первой и второй

ет одинаковый знак с индуктивнБо тобмотками