Устройство для уменьшения пульсаций напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для сглаживания гармоник пульсирующего напряжения на выкоде полупроводниковых преобразователей . Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и улучшение маесогабаритных 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 результате уменьшаются количество реакторов и установленная мощность. 1 ил. ff Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 М 1/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к автогском г свидеткльствь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО;ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4090508/24-07 (22) 23,07.86 (46) 07.10.88.Бюл. Р 37 (71 ) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) О.И.Новиков (53) 621.314.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 382208, кл. Н 02 М 1/12, 1973..

Авторское свидетельство СССР

Ф 1201975, кл. Н 02 М I/12, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для сглаживания гармоник пульсирующего напряжения на.выходе полупроводниковых преобразователей. Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и улучшение массогабаритных показателей. Устройство 3 подключено к выходу источника 1

„„SU„„1429249 А1 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 выводам. 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 выполнение реактора 4 и зкранирующее действие его обмоток 5 и 7 по отношению к обмотке 6 уменьшает влияние злектромагнитных полей и гЯ 2 магнитных масс ° Использование индук тивной связи между обмотками 5 — 7 позволяет зтим обмоткам выполнять функции отдельных реакторов в устройстве с полной компенсацией. В резуль- = тате уменьшаются количество реакторов и установленная мощность. 1 ил.

1У мР

1429249

® М М„R

Z Z„

z, z6

1с +сд - 1, + ° -11 М45 М ++ L

R + Д L" (4) (5) zl3 ja М4Ъ где и3

«Z - В + Кь - Zs

1+ . 9. -,— "-) 2 + в — Ев

45 55

+ +Zb - ZS

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для сглаживания гармоник пульсирующего напряжения на выходе полу.проводниковых преобразователей, яв5 ляющихся источниками постоянного тока и питающих нагрузку различного назначения.

Цель изобретения — повьппение поме- 10

:хоустойчивости и улучшение массогабаритных показателей.

На чертеже показана схема устрой:- ства для уменьшения пульсаций напряжения постоянного тока на выходе ис, точника 1, который питает нагрузку 2.

Устройство 3 имеет реактор 4 с наружной 5 средней б внутренней 7

: обмотками, компенсирующий резистор

8, резонансные LC-цепочки 9, кон- 20 денсатор 10, входной 11 и выходной

12 выводы для подключения к устройству 3 источника 1 напряжения постоянного тока и его нагрузки 2, общий вывод 13, который соединен с источником 1 и с ere- -нагрузкой 2. Каждая LC-цепочка 9 содержит катушку

14 индуктивности и конденсатор 15, Наружная обмотка 5 соединена последовательно и согласно с внутренней обмоткой 7. Свободные выводы обмоток

5 и 7. подключены, соответственна к входному 11 и выходному 12 выводам устройства,3 . Средняя обмотка 6 реактора 4 образует с компенсирующим резистором 8 замкнутый электрический контур компенсации. Резонансные

LC-цепочки 9 подключены между общей точкой обмоток 5 и 7 реактора 4 и общим выводом 13 устройства 3, к 0 этому же выводу подключен и конденсатор 10. Второй вывод конденсатора 10 соединен с выходным выводом 12 уст ройства.3.

Устройство работает следующим образом.

Процесс сглаживания гармоник пульсирующего напряжения описывает уравнение частотной характеристики коэффициента сглаживания К напряжения, имеющее следующий вид: где U„ и U - напряжение гармоник на входе и на выходе устройства 3;

Z„„ Z> — сопротивление наружной

5 и внутренней 7 обмоток реактора 4;

Е, 25 — результирующее сопротивление С-цепочек 9 и сопротивление цепи конденсатора 10;

Z - сопротивление взаимной инд к тив но с ти M )3 между наружной 5 и внутренней

7 обмотками реактора 4;

Z,Е,Zg — сопротивления, вносимые из контура компен-.сации в цепи обмоток 5 и 7 реахтора 4 и в общую цепь LC-цепочек 9.

В уравнении (1) верхние и нижние знаки перед сопротивлениями Е„ и Е ь соответствуют согласному и встречному соединениям наружной

5 и внугренней 7 обмоток реактора 4.

Вносимые сопротивления и сопротивление взаимной индуктивности М ь можно определить соответственно по следующим формулам .

Ф ф

u) М R

Я 3й

Е5 6 + ?

Z д М К

Фй

25 ь +с 1 угловая частота сглаживаемых гармоник напряжения; сопротивление взаимной индуктивнасти M и М меж ду наружной 5, средней 6 обмотками и между внутренней 7, средней 6 обмотками реактора 4;

1429249

Z — сопротивление средней обмотки 6 реактора 4;

Z - сопротивление компенсирующего резистора 8;

R,Ь вЂ, активное сопротивление и

5 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 обмоток 5 и 7 реактора 4 вносятся соп-, ротивления Z „,Z g u Еь. -, которые имеют активную и реактивную составляющие, и реактивное сопротивление

Z . Характер (индуктивный, емкостный) реактивных 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, Так как в сопротивлении Z + 2< "- Z 25 . активная составляющая результирующего сопротивления Е LC-цепочек 9 всегда положительна, сопротивление .Z не имеет активной составляющей и активная составляющая сопротивления

2 имеет отрицательную величину только при согласном соединении об.моток 6 и 7. Только при таком соединении этих обмоток имеет место компенсация активного сопротивления в цепи LC-цепочек 9, Компенсация реактивных составляющих сопротивления Е 2„, Т Е > 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 компенсация обеих составляющих сопротив- 4> ления Е + Z + Z,когда его модуль У обращается в нуль или имеет ничтожно малую величину.,Полная компенсация обеспечивается при определенных значениях частоты, задаваемых настройкой Т.С-цепочек. Количество значений такой частоты равно числу LC-цепочек. Если значения частоты, на которой имеет место полная компенсация. равны частоте гармоник пульсирующего напряжения. сглаживаемых устройством

3, то коэффициент сглаживания значительно возрастает и за счет этого устройство 3 реализует высокое сглаживающее действие. Чем качественнее компенсация составляющих сопротивле- ния Z + Z + 2, тем меньше его мо" дуль, больше коэффициент сглаживания н соответственно сглаживающее действие устройства 3.

При использовании устройства 3 в производственных условиях реактор 4 неизбежно подвергается влиянию электромагнитных полей, создаваемых токоведущими 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. Вследст вие изменения во времени интенсивности укаэанных 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 Z>, определяющее процесс компенсацйи, име" ет квадратичную зависимость от индуктивности и активного сопротивления обмотки 6 реактора 4.

При конструктивном расположении обмотки 6 между обмотками 5 и 7 реактора 4 уменьшается нежелательное влияние электромагнитных пблей и магнитных масс на процесс сглаживания. Это объясняется тем, что наружная 5 и внутренняя 7 обмотки реактора 4 помимо ограничения тока, создаваемого пульсациями напряжения, вы. полняют функции экрана по отношению к средней обмотке 6 и увеличивает эффект внешних металлических экранов, образуя с ними многослойный экран с воздушным зазором, дающий высокую эффективность экранирования, Индуктивная связь между тремя обмотками реактора.4 дополнительно к экранирующему действию его обмоток

1429249

6 составляющими сопротивлений Е» и Zg согласно соединенных обмоток 5 и 7 реактора 4.

При использовании изобретения повышается помехоустойчивость от влияния электромагнитных пблей и маг" нистных масс на контур компенсации и улучшаются массогабаритные показатели реактора.

Составитель А. Кириллов

Редактор А,Козориз Техред А.Кравчук Корректор И.Муска

Заказ 5138/52 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

П роиэводственно-полиграфическое предприятие,. г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 и 7 уменьшает отрицательные последствия влияния электромагнитных .полей

И магнитных масс, Это следует из то" го что при разных знаках величин

Е ь и Еь, входящих в сопротивление

Ц » Е + Ея„,обусловленные указанным влиянием изменения реактивной составляющей сопротивления Zg< и реактивного сопротивления Е взаимно уничто- 10 ахают друг друга. Для этого необходиьфз соблюдение условия И,д М„ -, ко, орое обеспечивается при одинаковом оличестве вагонов обмоток 5 и 7. ри выполнении равенства М М, вмазанное влияние приводит к увеличению только активной составляющей сопротивлени Еь+ Е„ьй Z ., что также ухудшает качество компенсации. Обеспечив на частоте с ) компенсируемой 20 гармоники выполнение неравенства

R <« Ь, можно свести к минимуму увеличение этой активной составляющей и получить хорошее качество компенсации. 25

Использование индуктивной связи между тремя обмотками реактора 4 поз воляет.его обмоткам 5 и 7 выполнять функции отдельиыя реакторов и устройстве с полной компенсацией. Благода- З0

ys этому уменьшается количество реакторов без ухудшения сглаживающего действия. Наличие индуктивной связи между обмотками 5 и 7 реактора 4 дополнительно позволяет уменьшить установленную мощность этих обмоток.

Это подтверждается тем, что в соп-, ротивлениях

Š— Е.,ь+ Еф - Zg

Еъ- Еле+ Еь Ф Еьь их реактивная составляющая Е„имеет одинаковый знак с индуктивными

Формула изобретения

Устройство для уменьшения пульсаций напряжения постоянного тока, содержащее входной, выходной и общий выводы для подключения, соответственно, источника напряжения постоянного тока и нагрузки, двухобмоточный реактор, резонансные LC-цепочки; один вывод каждой из которых соединен с общим выводом, а другой - c одним из выводов первой обмотки реактора, другой вывод которой соединен с входным выводом, конденсатор, включенный между выходным и общим выводами, и компенсирующий резистор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и улучшения массогабаритных показателей, реактор дополнительно снабжен третьей обмоткой, включенной согласно относительно первой и второй обмоток реактора и соединенной параллельно с компенсирующим резистором, а вторая обмотка соединена согласно последовательно с первой обмоткой и свободным выводом подключена к вьг ходному выводу, причем первая и вто" рая обмотки реактора конструктивно расположены соответственно снаружи и внутри реактора, а его третья обмотка расположена между первой и второй обмотками.