N-проводный помехоподавляющий фильтр Советский патент 1992 года по МПК H02M1/12 

ел

С

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в технике связи для подавления электромагнитных помех в электрических цепях. Цель изобретения - повышение надежности при использовании в трехфазной сети питания переменного тока с изолированной нейтралью путем уменьшения тока короткого замыкания между фазой и корпусом до безопасного значения. Фильтр содержит 2N конденсаторов 1(), N-обмоточный дроссель 2 с сердечником и шесть конденсаторов 4. Дроссель 2 снабжен магнитным шунтом крестообразной формы. Величины емкостей конденсаторов 1 и 4 выбираются такими, чтобы ток короткого замыкания не превышал допустимого значения и при этом обеспечивалась одинаковая эффективность подавления несимметричных и симметричных помех. 7 ил.

фие.1

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться о технике связи для подавления электромагнитных помех о электрических цепях.

Цель изобретения - повышение надеж- ности при использовании в трехфазной сети питания переменного тока с изолированной нейтралью путем уменьшения тока короткого замыкания между фазой и корпусом до безопасного значения.

На фиг.1 приведена электрическая принципиальная схема N-проводного поме- хоподавляющего фильтра при N 4; на фиг.2 - N-обмоточный дроссель при N 4; на фиг.З - варианты конструкции крестооб- разного магнитного шунта; на фиг.4 - распределение напряжений на проходных конденсаторах фильтра при замыкании фазы на корпус; на фиг.5-7 - эквивалентные схемы П-образных фильтров нижних частот.

N-проводный помехоподавляющий фильтр (фиг.1) содержит 2N конденсаторов 1, включенных между каждым проводом и корпусом, N-обмоточный дроссель 2 с сердечником 3, две группы конденсаторов4, по N 1 конденсаторов в каждой, включенные по обе стороны N-обмоточного дросселя между одним из проводов и остальными N- 1 проводами. N-обмоточный дроссель (фиг.2) содержит сердечник 3 в виде кольца, магнитный шунт 5 крестообразной формы, обмотки 6i,...,. N-проводный помехоподавляющий фильтр работает следующим образом. Обмотки 6i,...,6N N-проводного дросселя 2 (в данном случае - четырехпро- водного), включаемые соответственно в фазные провода (А,В,С), и нулевой провод (О) трехфазной четырехпроводной сети с изолированной нейтралью имеют равное число витков. Полярностьсоединения обмо- ток в фильтре такова, что намагничивающие силы, создаваемые одинаковыми по величине и фазе токами несимметричных помех нп, замыкающимися через землю, направлены согласно и создают поток ФНп. замы- кающийся по кольцевому магнитопроводу 3 (см. фиг.2), т.е. по пути без воздушных зазоров, за счет чего индуктивное сопротивление для токов inn велико. При этом токи помех, будучи малыми по своей природе, не вызывают насыщения магнитопровода.

Рабочие токи ip удовлетворяют известному условию iPA + ip + ipc+ ip 0, поэтому при выбранной полярности обмоток создаваемые ими намагничивающие силы урав- новешивают друг друга, так что потоки Фр не могут замыкаться по кольцевому сердечнику, т.е. являются потоками рассеяния и поэтому практически не намагничивают этот сердечник. Аналогично токи симмет-

ричных помех Сп,т.е. токи, не замыкающиеся через землю, удовлетворяют условию Icn А+ icn B+ lcnC + Icn 0, поэтому создаваемые ими потоки ФСп также являются потоками рассеяния. Потоки Фр и ФСп замыкаются по воздуху и, главным образом, по магнитному шунту крестообразной формы, который позволят увеличить эти потоки, а значит и индуктивность рассеяния Цп. (На фиг. 2 направление потоков Фр и ФСп показано для момента времени, когда ip° KL -0,5 ipA ; lp° 0; icn A icn8 -0,5iCnC: icn° - 0).

Магнитный шунт выполняется шихтованным из листового ферромагнитного ма- териала; варианты его конструкции показаны на фиг.З.

Большое индуктивное сопротивление для токов несимметричных помех позволяет обеспечить требуемое вносимое затухание фильтра при малых емкостях, включаемых между проводными фильтрами и корпусом; эти емкости реализуются в виде проходных конденсаторов 1, как правило одинаковой емкости (Ci).

При замыкании на корпус одной из фаз трехфазной сети питания с изолированной нейтралью корпус фильтра приобретает потенциал этой фазы, а ток к между фазой и корпусом является геометрической суммой токов, протекающих через проходные конденсаторы, включенные в нулевой провод фильтра и в два других фазных привода. Поскольку падение напряжения во всех проводах на частоте0сети питания fc пренебрежимо мало по сравнению с напряжением сети, то при коротком замыкании фазы на корпус оба проходных конденсатора, включенные в нулевой привод, оказываются под действием фазного напряжения сети Уф, а включенные в два других провода - под действием линейных напряжений v3 (см. фиг,4). Геометрическое суммирование токов дает

1к 16ПтсиФС1

В системах с изолированной нейтралью по условиям техники безопасности величина тока IK ограничивается: I д, где д - допустимое значение тока короткого замыкания (порядка нескольких миллиампер).

Тем самым определяется максимальное допустимое значение емкости проходного конденсатора 1:

Ci 1д/().

Поскольку токи несимметричных помех во всех проводах одинаковы по величине и фазе, эквивалентная индуктивность любой обмотки дросселя, связанная с этими токами, равна Un + . где Мнп - коэффициент взаимоиндукции любой пары обмоток, практически равный . Индуктивность вместе с двумя конденсаторами 1 образует П-образный фильтр нижних частот, служащий для подавления несимметричных помех. Эквивалентная схема фильтра для токов несимметричных помех в области относительно низких частот имеет вид, показанный на фиг.5. Частота среза несимметричного фильтра 1

2л

Un Ci

Подавление симметричных помех осуществляется симметричным П-образ- ным фильтром нижних частот, образованным конденсаторами 1 и 4 и индуктивностями рассеяния LCn двух обмоток дросселя, включенных в два фазных провода (фиг.6) или в фазный и нулевой (фиг.7). Значения частоты среза фильтра соответственно

v o.sunid + СО

2lF

1

VQ.5Un(Ci +C4)

Очевидно, что Тф-ф fф-o.

В общем случае по разным проводам фильтра распространяются токи помех, различные по величине и фазе. Обнаружено, это при этом в предлагаемом фильтре эффективность подавления несимметричных помех зависит от АЧХ несимметричного фильтра (показанного на фиг.5), но и от АЧХ симметричного фильтра (фиг.6.7). Поэтому симметричный фильтр не должен уступать несимметричному фильтру по величине вносимого затухания, а значит должно выполняться условие тф-ф fH; емкость с

конденсатора 4 определяется из соотношения

(-1)

1-СП

Поскольку Un, то емкость Сп

обычно на 1-2 порядка больше емкости CL

Формула изобретения

N-проводный помехоподавляющий

фильтр по авт. св. № 1312699. отличающ и и с я тем, что, с целью повышения надежности при использовании в трехфазной сети питания переменного тока с изолированной нейтралью путем уменьшения тока короткого замыкания между фазой и

корпусом до безопасного значения,величину емкости Ci каждого из указанных 2N конденсаторов выбирают из условия

г. я 1 16лгтсиф

где 1Д - допустимый ток короткого замыкания между фазой и корпусом;

1)ф и fc - фазное напряжение и частота трехфазной сети, и дополнительно введены две группы конденсаторов, по три конденсатора в каждой, включенные по разные стороны N-обмоточ- ного дросселя, причем каждый из конденсаторов указанных групп включен между соответствующим одним из фазных проводОВ фильтра и его нулевым проводом, а величину емкости С каждого из конденсаторов этих групп выбирают из условия

г г г4 LH - 1 С-СН Un )

где LHn - величина индуктивности одной обмотки N-обмоточного дросселя;

Lcn - величина индуктивности рассеяния обмотки с учетом указанного введенного магнитного шунта, имеющего

крестообразную форму.

6

А Фр фр

б

И

W/7

Фиг.З

сп

ФигЛ

bj/n4 ЭМ/t/i

(риг 5

сп