Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M1/14 

(54) ФИЛЬТР ДЛЯ СГЛАЖИВАНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ВЫПРЯМЛЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для сглаживания выходного напряжения регулируемых или нерегулируемых выпрямителей.

Известны индуктивно-емкостные фильтры для однофазных нерегулируемых выпрямителей, состоящие из двухобмоточного сглаживающего дросселя, конденсатора и диодов для коммутации секций дросселя, причем обмотки дросселя имеют равное количество витков и.переключаются периодически с последовательного соединения на параллельное и наоборот ij и 2j.

Известно устройство для регулирования переменного напряжения, содержащее управляемый мост, сглаживающий дроссель с секционированной обмоткой и дополнительные тиристоры для ко адутирования этих секций C3j.

Недостатком этих устройств является их сложность.

Наиболее близким к изобретению является фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, содержащий включенный между первым вход-, ным и первым выходным выводами сглаживающий дроссель с регулируемым количеством витков и с ферромагнитным сердечником и управляемые ключевые

элементы, причем второй входной и второй выходной выводы объедине- ны L4.

В этом фильтре обмотка сглаживающего дросселя выполнена с отводами, причем начало обмотки и каждый из ее отводов через соответствующий управляемый ключевой элемент соединены с положительным входным выводом фильтра.

Недостатком известного фильтра является большое количество управляемых ключевьис элементов и секций об-. мотки сглаживающего дросселя, если требуется уменьшение двукратной амплитуды пульсаций выпрямленного тока больше 6 раз. Это объясняется тем, «то в известном фильтре количество формированных уровней выпрямленного

2в тока и связанное с этим уменьшение двукратной амплитуды пульсаций выг- прямленного-тока равны количеству секций обмотки сглаживающего дросселя, т.е. -и количеству управляемых ключевых элементов.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в фильтре для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, содсгржащем включенный между первым входным и первым выходным выводами сглаживающий дроссель с регулируемым количеством витков и с ферромагнитным сердечником, и управляемые ключевые элементы, причем второй входной и второй выходной выводы объединены, обмотка дросселя разделена на одну основную и п регулировочных секций, соединенных между собой последовательно через соответствующие управляег ые ключевые элементы.

того, начало и конец каждой регулировочной секции через два соответствующих управляемых ключевых элемента соединены с началом- последующей регулировочной секции, а отношения чисел витков первой и каждой последующей регулировочных секций к числу витков первой регулировочной секции составляют геометрический ряд вида

0 ti. тИ-1 , , I t

Кроме того, каждая регулировочная секция выполнена с помощью отводов в виде К-1 подсекций, где К 3,4, 5,... с одинаковым количеством витков, причем начало каждой секции через К управляемых ключевых.элементов соединено с началом, концом и отводами предыдущей регулировочной 9екции, а отношения чисел витков, первой и каждои последующей регулировочных секций к числу ви.тков первой регулировочной секции составляют геометрическ.1Й ряд вида К° ,К ,К . ...

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого фильтра для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения для случая и на фиг. 2 - то же, для случая и на фиг. 3 -. графики токов и напряжений, поясняющие работу фильтра (, ).

Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (фиг.1) содержит сглаживающий дроссель, состоящий из магнитопровода 1 с немагнитны зазором, основной секции 2 и регулировочных секций 3 и 4 обмотки дросселя (в общем случае т«-регулировоч:ных секций), и восемь, (в общем случае К- а управляемых однонаправленных ключевы элементов 5-12. Регулировочные секци 3 и 4 обмотки выполнены в виде трех (в общем случае К-1) подсекций.

Начало основной секции 2 соединено через управляемые однонаправленные Ключевые элементы 5-8 с началом, с отводами и с концом регулировочной секции 4, а начало регулировочной секции 4 через управляемые однонапраленные ключевые элементы 9-12 с началом, с отводами и с концом предыду щей регулировочной секции 3. соответственно. Конец основной секции обмотки соединен с одним выходным выводом 13, а начало первой регулировочной секции 3-е одним входным выводом14 фильтра. Входной вывод 15 и выходной вывод 16 образуют общую точку входа и выхода фильтра.

Согласно фиг. 2 фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения содержит сглаживающий дроссель состоящий из магнитопровода 17 с немагнитным зазором, основной секции 1 три (в общем случае п) регулировочных секций 19-21 и шесть (в общем случае 2п) управляемых ключевых элементов 22-27. Начало основной секции 2 соединено через управляемые однонаправленные ключевые элементы 22 и 23 с началрм и с концом регулировочной секции 21, а начало регулировочной секции 21 соединено через управляемые однонаправленные ключевые элементы 24 и 25 с началом и- с .концо предыдущей регулировочной секции 20 и т. д.

Начало первой регулировочной секции соединено с одним входным выводом .28, а конец, основной секции 18 обмотки с одним выходным выводом 29. Другой входной 30 и выходной 31 выводы являются общей точкой входа и выхода фильтра. Направление однонаправленных ключевых элементов определяется полярностью входного вы- 1 : прямленного напряжения.

Сущность работы схемы состоит:(в том, что из-за электромагнитной инерции накопления в дросселе электромагнитная энергия W и магнитный поток Ф, а следовательно, и намагничивающая сила дросселя F не могут изменяться скачкообразно. С дргой стороны, F оЛм, где и/; - число витков обмотки сглаживающего дросселя, участвующее в работе в данный момент, if мгновенное значение тока нагрузки. Поэтому скачкообразное измёнение количества витков, участвующих в работе, обуславливает скачкообразное изменение мгновенного значени тока нагрузки ц.

По этой же причине пределы изменения тока определяются числом витко отдельных секций обмотки сглаживающего дросселя, а относительное количество витков подсекций первой регулировочной секции равно

hw-QKc. н лин.

где ccJf иЦ

ЧЧ си 1иААИН.

количество витков подсекций первой регулировочной секции, U) - количество витков основной секции, нилсмкс. допустимое максимальное мгновенное значение тока нагрузки,. IMNSMH. °° пустимое минимальное мгновенное зна.чение тока нагрузки, идлсиссГ . двухкратная амплитуда пульсаций тока нагрузки.

Фильтр для сглаживания пульсаций :выпрямленного напряжения работает следующим образом.

Если постоянно замкнуты ключевые элементы 5 и 9 (фиг. 1), тогда из-за конечного значения индуктивности дросселя через него и нагрузку протекает ток if со средним значением JQ и пульсацией периодом Т/2 (фиг.З). Нагрузка фильтра R - активная, ба- зисной -величиной напряжения принято амплитудное значение выЛрямленного напряжения Uga д з базисной величиной тока Ig-d

Для уменьшения двукратной амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения необходимо в промежутках времени ., когда выходное напряжение фильтра Uj, меньше напряжения на входе фильтра Ug,nocTeneHHo увеличивать .количество витков обмотки дросселя, т.е. каждый раз, когда мгновенное значение выходного напряжения фильтра достигает допустимой максимальной величины иц;удр,,(.при помощи ключей увеличивать скачкообразно количестВ промежутке времени Т/2 включение ключевых элементов производится в обратной последовательности.

При маленьких значениях входных пульсаций фильтра и выбором подходящих коммутационных функций ключевых элементов можно получить уменьшение двукратной амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения в к раз, где К-1 - число подсекций в регулировочных секциях, п - число регулировочных секций.

Одновременно с уменьшением пульсаций увеличивается частота пульсаций, вследствие чего остаточную пульсацию легко подавить емкостью, включенной параллельно к выходным выводам фильтра. При этом ритмичное переключение числа витков обмотки сглаживающего дросселя не меняет среднего значения выходного напряжения фильтра.

В известном фильтре максимальное уменьшение двукратной амплитуды пульсаций равно количеству ключевых элементов Кп, а в предлагаемом фильтре подавление пульсаций значительно выше . 2 предлагаемом фильтре количество ключевых элементов равно К-п, а количестно возможных разных чисел витков обмотки сглаживающего дросселя и связанное с этим уменьшение двукратной амплитуды пульсаций равны к, где п - количество регулировочных секций, К-1 - количество подсекций в регулировочной секции.

во витков обмотки, вследствие чего ток и напряжение нагрузки уменьшаются скачкообразно до допустимой минимальной величины .

В промежутках времени Т/2, когда выходное напряжение фильтра иц превышает входное напряжение фильтра U0 необходимо постепенно уменьшать количество витков обмотки дросселя, т.е. когда мгновенное зкачение выходного напряжения уменьшается до допустимой минимальной величины, включением следующей комбинации ключевых элементов скачкообразно уменьшать количество витков обмотки дросселя и вследствие этого увеличиваются выходные ток и напряжение фильтра до допустимой максимальной величины UI AAQKOПорядок работы ключевых элементов

20 5-12 схемы (фиг. 1) для промежутка времени -14 приведен в таблице.

При наличии двух регулировочных секций с тремя подсекциями в каждой (п 2, К ) количество ключевых элементов равно 8, а количество разных чисел витков обмотки - 16.

При наличии трех регулировочных секций с двумя подсекциями в каждой (, ) количество ключевых элементов равно 9, а количество разных чисел витков обмотки - 27.

При наличии четырех регулировочны секций без разделени-я их в подсекции (, ) количество ключевых элементов равно 8, а количество разных чисел витков обмотки дроссе-. ля - 16.

Таким образом, предлагаемый фильт для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения обеспечивает существенное увеличение коэффициента фильтрации индуктивного сглаживающего фильтра и может быть использован в источниках электрического питания, содержащих однофазные или многофазные управляемые или неуправляемые выпрямители и целесообразен особенно при совместной работе с низковольтным выпрямителем, так как предлагае;мый сглаживакнций фильтр не уменьшает среднего значения выпрямленного напряжения.

Формула изобретения

Щ

I 1 I (

15

Фиг./ вочная секция выполнена с помощью отводов в виде К-1 подсекций, где К 3,4,5,..., -С одинаковым количеством витков, причем начало каждой секции через К управляемых ключевых элементов соединено с началом, концом и отводами предыдущей регулировочной секции, а отношения чисел витков пер;вой и каждой последующей регулировоч|ных секций к числу витков первой регулировочной секции составляют геометрический ряд вида к, к , К, . . . , . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 412658, кл. Н 02 М 1/14, 1971. 2.Проблемы преобразовательной техники. Тезисы докладов всесоюзной конференции. Киев, 1979 ч.1, с. 2831. 3.Авторское свидетельство СССР № 624220, кл. G 05 F 1/20, 1976. 4.Авторское свидетельство СССР № 777782, кл. Н 02 М 1/14, 1979.. 1 .