Емкостный магнитно-связанный фильтр Советский патент 1992 года по МПК H02M1/14 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с высокими требованиями к величине пульсаций напряжения.

Известен магнитно-связанный сглаживающий фильтр индуктивного типа, содержащий сглаживающий Г-образный фильтр, состоящий из первичной обмотки дросселя, включенной последовательно в цепь нагрузки, конденсатора; включенного параллельно цепи нагрузки, и вторичной обмотки дросселя фильтра, соединенной началом с началом первичной обмотки дросселя, а концом - через вспомогательный конденсатор с общим выводом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного тока, состоящий из конденсатора и трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с конденса- тором на выводы пульсирующего напряжения, а вторичная обмотка его подключена последовательно к выходным выводам так, что ее напряжение находится в противофазе с переменной составляющей пульсирующего напряжения.

Недостатками известного устройства являются большие пульсации напряжения и низкие массогабаритные показатели с учетом паразитных реэктивностей конденсатора и импульсного характера нагрузки.

Целью изобретения является уменьшение пульсаций напряжения, улучшение мас- согабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в емкостный фильтр, содержащий входной, выходной и общий выводы подключения, соответственно, источника тока и нагрузки, основной конденсатор, одной обкладкой подключенный к общему выводу и индуктивный элемент, выполненный в виде трансформатора с двумя встречно-последовательно соединенными обмотками, одна из которых свободным выводом соединена с другой обкладкой основного кондейсато- ра, а другая - включена между входным и выходным выводами введен емкостный элемент, включенный параллельно цепи из указанных встречно включенных обмоток трансформатора.

Кроме того, с целью снижения влияния паразитных реактивностей конденсаторов на величину пульсаций напряжения, емкостный элемент выполнен в виде одного дополнительного конденсатора, идентичного основному конденсатору.

Кроме того, емкостный элемент может быть выполнен в виде двух дополнительных

конденсаторов, соединенных последовательно, причем общая точка соединения дополнительных конденсаторов подключена к общей точке соединения обмоток трансформатора и к выходному выводу.

На фиг. 1 изображен емкостный магнитно-связанный фильтр с емкостным элементом в виде двух конденсаторов.

На фиг. 2 изображен емкостный магнитно-связанный фильтр с емкостным элементом в виде одного дополнительного конденсатора.

Емкостный магнитно-связанный фильтр (фиг. 1) содержит основной конденсатор 1.

первый дополнительный конденсатор 2, второй дополнительный конденсатор 3, соединенные последовательно с основным, трансформатор тока А, первичная обмотка 5 и вторичная обмотка 6 которого включены

встречно-последовательно и подключены параллельно первому 2 и второму 3 дополнительным конденсаторам соответственно. При этом входной сигнал подается на последовательно соединенные основной, первый

и второй дополнительные конденсаторы, а выходной снимается с основного и второго дополнительного конденсаторов.

Емкостной магнитно-связанный фильтр (фиг. 2) содержит основной конденсатор 1.

дополнительный конденсатор 7, соединенный последовательно с основным, трансформатор тока 4,первичная 5 и вторичная б обмотки которого включены встречно-последовательно и подключены параллельно

дополнительному конденсатору 7. При этом входной сигнал подается между общей точкой обмоток трансформатора тока 4 и свободным выводом основного конденсатора 1, а выходной снимается с основного 1 и

дополнительного 7 конденсаторов.

Устройство работает следующим образом. Часть переменной составляющей I а) 1 входного тока I проходит через первичную обмотку 5 трансформатора тока 4,

что вызывает появление переменной составляющей этого тока его вторичной обмотке 6. Вся переменная составляющая входного тока 1 проходит через основной конденсатор 1, вызывая пульсации напря-.

жения на этом конденсаторе. Однако, ток С2 через второй дополнительный конденсатор 3 в первом варианте и ток 1С12 через дополнительный конденсатор во втором варианте вызывают на них пульсации,равные по

величине и противоположные по знаку пульсациям на основном конденсаторе 1. Таким образом, выходное напряжение, равное сумме напряжений на основном и отором дополнительном конденсаторе в первом варианте, и равное сумме напряжений на основном и дополнительном конденсаторе во втором варианте не содержит переменной составляющей напряжения, вызванной током f , что эквивалентно бесконечно большой эффективной емкости по отношению к этому току.

Для получения необходимых соотношений между элементами схемы (фиг. 1} воспользуемся следующими очевидными соотношениями:

где N - коэффициент трансформации трансформатора тока 4;

(а - число витков первичной обмотки 5;

- число витков вторичной обмотки 6;

DUc2

напряжение и его произUc2,

DT

водная на втором вспомогательном конденсаторе 3;

DUci

- напряжение и его произUci,DT

водная на втором вспомогательном конденсаторе 2;

.. D Uc

Uc. p. Y напряжение и его производная на основном конденсаторе;

1с1, 1с2 - токи первого и второго дополнительных конденсаторов соответственно;

Ci, С2, С - величина емкости первого, второго дополнительных и основного конденсаторов соответственно;

lv переменная составляющая входного тока;

ивых, -р Ух-напряжение на выходе

и его производная;

Сэф - эффективная величина (с точки зрения Пульсаций) выходной емкости;

Ц. Ujj-токи первичной 5 и вторичной 6 обмоток трансформатора тока 4.

D

DT

- производная по времени.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Решая совместно уравнения (1-11) можно получить:

C(C2+N2CQ

Сэф

(12)

С2 + N2 Ci - С ( N - 1 ) Как видно из (12) возможна ситуация когда Сэф оо . Это происходит при выполнении условия

С2 + N2Ci С (N -1).(13)

При этом на выходе пульсации напряжения отсутствуют.

Из анализа (13) вытекают два частных случая:

СС2

Сэф

(14)

C2-C(N-1) Из (14) следует условие получения нулевых пульсаций:

C2 C(N-1)(15)

С2 0

гС N2 Ci,,.ч

Сэф -sО 6)

N2Ci-C(N-1)l

Условие нулевых пульсаций из (16):

.(17)

N2

Таким образом, выбор величин дополнительных емкостей по заданной величине основной и коэффициента трансформации трансформатора тока 4 в соответствие с одним из уравнений (13, 15, 17) обеспечивает получение бесконечной эффективной емкости на выходе схемы при конечных значениях используемых элементов и, как следствие этого нулевых пульсаций напряжения.

Для второго варианта из аналогичных соображений можно получить:

r3rf C(N-1)C12

иф ( N - 1 ) Ci2 - С где Ci2 - величина емкости дополнительного конденсатора.

Из (18) следует условие получения нулевых пульсаций во втором варианте:

Сгс-м тг-09).

Здесь следует также отметить, что дополнительные конденсаторы испытывают воздействие только пульсаций напряжения на основном конденсаторе, а постоянная составляющая напряжения на них равна нулю. Поэтому возможно использование вспомогательных конден саторов на значительно меньшее напряжение, чем основ ногЪ. Это Особенно важно в высоковольтных источниках вторичного электропитания.

Другой важной особенностью является возможность ослабления нежелательное

08)

действия паразитных реактивностей используемых конденсаторов. Действительно, если выбрать второй вспомогательный конденсатор (фиг. 1) и вспомогательный конденсатор (фиг, 2),идентичными основном/Конденсатору, то то,ки,протекающие через выполнении условий (13,15,17 или 19} будут равны. Поэтому они будут вы- зывать одинаковые падения напряжения на паразитных реактивностях этих конденсаторов. Но эти напряжения включены в про- тивофазе друг другу по отношению к выходному напряжению, что при полном совпадении величин паразитных реактивных сопротивлений конденсаторов позволяет исключить их влияние на выходное напряжение. Отсюда следует и другая возможность исключения влияния паразитной рёЖгивмсти основного конденсатора. А именно, включение дополнительной реактивности либо последовательно с ним, либо с вспомогательным конденсатором та кой по значению, чтобы токи,протекающие через эти ветви вызывали одинаковые падения напряжения на них (сами токи по величине могут быть разные).

Как видно из предшествующего, предложенное устройство может работать от входного источника тока и обеспечивает на выходе нулевые пульсации напряжения. Это особенно SalKHO при исТюльз бвании данного устройства в преобразователях постоянного напряжения с прерывистым характером входного или выходного тока (например повышающая, полярно -инвертирующая схемы). Однако, ока так.же эффек; тивна и при фильтрации непрерывного тока, имеющего переменную составляющую. Формула изобретения

1. Емкостный магнитно-связанный

фильтр, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного тока и нагрузки, основной конденсатор, одной обкладкой

подключенной к общему выводу, и индуктивный элемент, выполненный в виде трансформатора с двум встречно-последовательно соединенными обмотками, одна из которых свободным выводом соединена с другой обкладкой основного конденсатора, а другая включена между входным и выходным выводами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций выходного напряжения и улучшения массогабаритных показателей, дополнительно введен емкостный элемент, включенный параллельно цепи из указанных встречно включенных обмоток трансформатора.

2,Фильтр по п. 1,отличающийся тем, что емкостный элемент выполнен в виде одного дополнительного конденсатора, идентичного основному конденсатору.

3.Фильтр по п. 1,отличающийся тем, что емкостный элемент выполнен в виде двух дополнительных конденсаторов, соединенных последовательно, причем общая точка соединения дополнительных конденсаторов подключена к общей точке соединения обмоток трансформатора и к выходному

выводу.

Использование: изобретение может быть использовано в источниках вторичного электропитания с высокими требованиями к величине пульсаций напряжения. Сущность изобретения: устройство содержит основной конденсатор 1, два дополнительных конденсатора 2,3, соединенных последовательно с конденсатором 1, трансформатор тока 4, первичная обмотка 5 и вторичная обмотка 6 которого включены встречно-последовательно и подключены параллельно соответственно конденсаторам 2 и 3. Последовательная цепочка из конденсаторов 1-3 подключена к входным выводам для подключения источника постоянного тока, а цепочка из конденсаторов 1, 3 подключена к выходным выводам для подключения нагрузки. Введение дополнительных конденсаторов и трансформатора тока обеспечивает нулевые пульсации на выходе устройства при наличии переменной составляющей на входе. Это позволяет улучшить массогабаритные показатели фильтра. Кроме того, при определенных условиях возможно исключить ъ ежепа епъ ое влияние паразитных реактивноетеи реальных койденсаторов на величину пульсаций на выходе устройства и обеспечить регулирование фазовой задержки от -л/2 до л/2 . 2 з.п. ф-лы. 2 ил. VS 00 ся о о XI