Устройство для сглаживания пульсаций постоянного тока

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕС1 1УБЛИ К (19) (И) (51) 4 Н 02 М 1/12 фи

/ с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /, Н AST0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий

1 (21) 3635248/24-07 (22) 19.08.83 (46) 30.05.86. Бюл. ¹ 20 (71 ) Производственное ордена Ленина объединение "Рижский электромашиностроительный завод" (72) В.Н. Мелешкин, Л.Ю. Вейцман, P.М. Берзин и М.М. Горбунов (53) 621.314.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 161818, кл. Н 02 М 1/12, 1964.

Авторское свидетельство СССР № 382208, кл. Н 02 М 1/12, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 607314, кл. Н 02 И 1/12, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СГЛЮКИВАНИЯ ПУЛЬ-, слций постоянного токА (57) 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 1 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 ларами 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 этот реактор. При этом обеспечивается получение коэффициента затухания, пропорционального 2п-й,степени частоты.

6 ил.

12349

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 электроподвижном с.оставе с импульсным регулированием режимов тяги. 10

Цель изобретения, — повышение коэффициента сглаживания.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства для сглаживания пульсаций постоян- 15 ного тока в виде трехзвенного сглаживающего фильтра; на фиг. 2 — рас.четная символическая схема устройства цо фиг. 1; на фиг. 3 — эквивалентная схема устройства по фиг. 1; 26 на фиг. 4 — электрическая схема устройства для случая и-звенного сглаживающего фильтра; на фиг. 5 и 6— соответственно расчетная и эквивалентная схемы устройства по фиг, 4.

Устройство по фиг. 1 содержит входной 1 и выходной 2 выводы, а также объединенные дополнительные входной 3 и выходной 4 выводы, образующие общий вывод, Между выводами

1 и 2 включена цепь из последовательно-согласно соединенных обмоток реакторов 5-7, образующих продольные ветви устройства. Между общими

Зг точками соединения обмоток реакторов 5, б и 6, 7 и общим выводом включены цепочки, состоящие из последовательно соединенных обмотки 8 двухобмоточного дросселя с конденсатором 9 и обмотки !О того же дросселя с конденсатором 11 соответственно.

Между выводами 2 и 4 включен конденсатор 12. Обмотки 8 и 10 двухобмоточного дросселя совместно с кондесаторами 9 и 11 и конденсатор 12 образуют поперечные ветви. Обмотки

8 и !О 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 иых Л и емкостных —,—. На фиг.3 yc и 6 приняты следующие обозначения: 3 6э 7* ° т индуктивности соответствующих эле3) з ментов схем по фиг, 1 и 4: С, С„

С. ..,.С, С„, — эквивалентные емкости соответствующих элементов указанных схем.

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

Устройство по фиг. 1 работает следующим образом.

Э

Собственные Ь !„и взаимная в индуктивности обмоток дросселя

1 должны быть связаны с взаимными

P p Р индуктивностями !., L u обмоток реактора соотношениями:

31 .р Р

В g6 61

3 p P

&1 51

D p Ъ,ю

На 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 допущению об отсутствии потерь в элементах фильтра.

Б Б 6 6 » 7 9(6

-i, }+ Л. Ь, „, (I,-i,)+ (.т,-i, )/Л.эс,; д(6),„Î(б1,) (6

-I, ) /jUC =1. !-„I +jdI I,+ L, I, l

+Д,)т (1 -i, ) +д-)Ь, (i,-I, }+

+(,-1, ) / C„„

,.,, „(:,-т, )+ ) 1L10 (т,-т,) +

6 7 ) } 11 } 16 5 ) 1,6 6

+3-Е7 i7 +(i7-I )/5-)С„

Ориентируясь на выбранные положительные направления входного напря4 жения . U и выходного тока I а также токов Т, I и I, в обмотках 5, 6 и 7 реактора, составим для указанных на фиг. 2 контуров уравнения по второму закону Кирхгофа:

1234931 где > — угловая частота гармонического сигнала, проходящего через фильтр: р р а

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

Сз, С„, и С, — емкости конденсаторов 9, 11 и 12.

Подставляя в приведеные уравнения параметры обмоток дросселя, выраженные через параметры обмоток 10 реактора, находим: где Ь =L +Ь +1,; Ь = L + Lа+

6 6 Б,6 56 6 65 6 6 7

Ь,з+Ь +

Полученным уравнениям соответствует эквивалентная схема фильтра, изображенная на фиг. 3,. Как видно, индуктивная связь между продольными

25 ветвями здесь отсутствует и потому реализуемый таким фильтром коэффициент затухания пропорционален 6-1 степени частоты. Кроме того, эквивалентные индуктивности в продольных ветвях фильтра значительно боль30 ше собственных индуктивностей обмоток реактора, из которых составлен реальный трехзвенный фильтр.

Сравнивая исходную и преобразованную системы уравнений, описывающих 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 и одинаковых

Г-образных LC-звеньев в отсутствие индуктивной связи между звеньями коэффициент сглаживания К (LCa ) и сраведлив в полосе эадерживания

dLC М1

При наличии идеальной индуктивной связи между обмотками реактора п-звенного фильтра и в условиях

55 полной компенсации ее негативного влияния посредством (n-1 ) -о бмо точного дросселя эквивалентная индук тивность каждой обмотки реактора возрастает в п раз, а Коэффициент сглаживания фильтра — в n" раз. т.е.

К = (пЬС )"= и"К

Однако на практике идельная магнитная связь между обмотками реактора недостижима. Поэтому преположим, что коэффициент магнитной связи 6 меньше единицы и одинаков для любой пары обмоток реактора. В этом случае индуктивность каждого звена превышает индуктивность одной единственной обмотки реактора более чем в (6 n) раз, а коэффициент сглаживания усовершенствованного фильтра возрастает в (& п)" раз

К = f 1. 1+(n-1)о) ЬС 1 1 > (Bn )" .К

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

1 6 Б 8 3 б о111 то для оценки эффективности предлагаемого устройства можно воспользоваться соотношением

К "= n " "К о

Приведенное выражение позволяет утверждать, что при коэффициенте магнитной связи между соседними обмотками реактора порядка 0,8 трехзвенный фильтр с компенсирующим двухобмоточным дросселем может обеспечить ослабление сигнала в полосе задерживания примерно в 15 раз, четырехэвенный — в 85 раз, а пятизвенный — более чем в 600 раэ.

Формула изобретения

Устройство для сглаживания пульсаций постоянного тока, содержащее входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника входного напряжения и нагрузки, продольную ветвь фильтра, состоящую иэ последовательно согласно включенных двух магнитосвязаниых реакторов, поперечную ветвь фильтра, подключенную одним концом к точке соединения реакторов продольной ветви, а дру1234931 гим — к общему выводу и состоящую из последовательно соединенных реактора и конденсатора, и выходной конденсатор, включенньй между выходным и общим выводами, о т л и ч а ю— щ е е с я 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 основнымн реакторами, и дополнительные поперечные ветви, аналогичные основным, каждая из которых включена между общим выводом и одной иэ соответствующих дополнительных общих точек соединения реакторов проР ° P

4сдСк /ШЕЮ

М долькой ветви, причем реакторы по,перечных ветвей фильтра выполнены с магнитной связью, величина которой равна сумме взаимных индуктивностей между всеми парами обмоток реакторов продольной в етви филь тра, ра сположенньгх по разные стороны вне точек подключения поперечных ветвей, вклю-!

О чающих эти реакторы, а собственная индуктивность каждого из реакторов поперечных ветвей равна сумме взаимных индуктивностей между всеми парами обмоток реакторов продольной !

5 ветви, расположенных по разные,стороны относительно точки подключения поперечной ветви фильтра, включающей этот реактор.

1234931

J God

Р д к

Jc0Lp

Составитель А. Кириллов

Техред В.Кадар Корректор Т. Колб

Редактор А. Лежнина

Заказ 2989/56

Тираж 631 Подписное

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