Способ компенсации паразитных токов в электрической системе и устройство для компенсации паразитных токов

(57) Предложен способ компенсации паразитных токов в электрической системе с помощью устройства (1) для компенсации паразитных токов, электрическая система содержит источник напряжения (2) и соединенную с ним параллельно посредством проводника последовательную схему из индуктивности (L) и емкости (C), причем индуктивность (L) соединена с емкостью (C) последовательно посредством проводника. Для компенсации паразитных токов проводник соединения источника напряжения (2) с последовательной схемой из индуктивности (L) и емкости (С) или проводник последовательной схемы из индуктивности (L) и емкости (C) окружен намагничиваемым кольцом (3) с воздушным зазором устройства (1). В результате намагничивания намагничиваемого кольца (3) с помощью намагничивающей катушки (4) устройства (1) к проводнику соединения источника напряжения (2) с последовательной схемой из индуктивности (L) и емкости (C) или к проводнику последовательной схемы из индуктивности (L) и емкости (C) прикладывается компенсирующее напряжение (U_K). Технический результат - повышение надёжности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области силовой электроники. Оно исходит из способа компенсации паразитных токов в электрической системе и устройства для компенсации паразитных токов, соответствующих ограничительной части независимых пунктов формулы.

Уровень техники

Во многих электрических системах с источником напряжения, представляющим собой, например, источник напряжения электросети, предусмотрена также последовательная схема из индуктивности и емкости, соединенная посредством проводника с источником напряжения, причем индуктивность соединена тогда с емкостью последовательно посредством проводника. Обычно параллельно емкости может быть включена активная или пассивная электрическая нагрузка или источник тока, например вращающаяся электрическая машина с соответствующим электронным силовым устройством питания, причем вращающаяся электрическая машина обычно может эксплуатироваться в режиме двигателя или генератора.

Если источник напряжения представляет собой источник напряжения электросети переменного или постоянного напряжения, то предъявляются жесткие требования в отношении питания нежелательными переменными токами. Такие нежелательные переменные токи могут возникать с нагрузочной стороны электрической системы, т.е., например, от вращающейся электрической машины и ее электронного силового устройства питания. Важнейшей мерой ограничения упомянутых нежелательных переменных токов является расчет индуктивности и емкости. Уменьшение нежелательных переменных токов за счет расчета индуктивности и емкости возможно лишь очень ограниченно, и это связано с дополнительным весом, потребностью в площади и с дополнительными расходами.

Устройство такого типа описано в US 2005/0083627 А1. Оно содержит фильтрующую схему, которая посредством проводника соединена с источником напряжения электрической системы. Фильтрующая схема образована двумя параллельно включенными последовательными схемами из одной индуктивности и одной емкости каждая. Последовательно с фильтрующей схемой включена обмотка связующего трансформатора.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа и устройства для электрической системы, с помощью которых можно в наиболее значительной степени подавлять нежелательные переменные токи.

Эта задача решается посредством признаков п.1 и 7 формулы соответственно. В зависимых пунктах приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Электрическая система содержит источник напряжения и соединенную с ним посредством проводника последовательную схему из индуктивности и емкости, причем индуктивность соединена с емкостью последовательно посредством проводника. В предложенном способе проводник соединения источника напряжения с последовательной схемой из индуктивности и емкости или проводник последовательной схемы из индуктивности и емкости окружается намагничиваемым кольцом с воздушным зазором предложенного устройства для компенсации паразитных токов. За счет намагничивания этого намагничиваемого кольца посредством намагничивающей катушки устройства для компенсации паразитных токов к проводнику соединения источника напряжения с последовательной схемой из индуктивности и емкости или к проводнику последовательной схемы из индуктивности и емкости прикладывается компенсирующее напряжение. Оно представляет собой преимущественно переменное напряжение заданной частоты, которая соответствует частоте подавляемого переменного тока. Компенсирующее напряжение вызывает компенсацию нежелательной компоненты переменного напряжения в напряжении на конденсаторе, возникшей за счет нежелательного переменного тока на конденсаторе. Вследствие этой компенсации предпочтительно больше не протекает также никакого нежелательного переменного тока соответствующей частоты, так что могут быть предпочтительно соблюдены требования в отношении нежелательных переменных токов, которые обычно должны соблюдаться в электрических системах.

Предложенное устройство для компенсации паразитных токов содержит намагничиваемое кольцо с воздушным зазором, причем проводник соединения источника напряжения с последовательной схемой из индуктивности и емкости или проводник последовательной схемы из индуктивности и емкости окружен намагничиваемым кольцом с воздушным зазором для приложения компенсирующего напряжения за счет намагничивания намагничиваемого кольца посредством намагничивающей катушки. Устройство для компенсации паразитных токов имеет, тем самым, простую конструкцию, вследствие этого оно очень надежное, легкое и требует минимум места. Именно в случае применения в области тяги, т.е. когда электрическая система представляет собой, например, питаемое от сети постоянного напряжения электрическое рельсовое транспортное средство, простота, малая масса, надежность и небольшая занимаемая площадь являются основными требованиями, так что устройство для компенсации паразитных токов как раз предназначено для такого применения.

Эти и другие задачи, преимущества и признаки изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления в сочетании с чертежами.

Краткое описание чертежей

На чертежах изображают:

- фиг.1: первый вариант устройства для компенсации паразитных токов;

- фиг.2: второй вариант устройства для компенсации паразитных токов.

Используемые на чертежах ссылочные позиции и их значение перечислены в перечне. В принципе, на чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты представляют собой примеры объекта изобретения и не ограничивают изобретение.

Пути реализации изобретения

На фиг.1 изображен первый вариант устройства 1 для компенсации паразитных токов, а на фиг.2 - его второй вариант. Изображенная на фиг.1 и 2 электрическая система содержит источник напряжения 2 и соединенную с ним посредством проводника последовательную схему из индуктивности L и емкости C, причем индуктивность L соединена с емкостью C последовательно посредством проводника. Проводник соединения источника напряжения 2 с последовательной схемой из индуктивности L и емкости C или проводник последовательной схемы из индуктивности L и емкости C окружен намагничиваемым кольцом 3 с воздушным зазором устройства 1 компенсации паразитных токов, которое подробно поясняется ниже. Намагничиваемое кольцо может содержать, например, ферромагнитный материал и/или может быть выполнен шихтованным. В целом, для намагничиваемых колец возможны любые известные специалисту варианты и материалы. Кроме того, за счет намагничивания намагничиваемого кольца 3 посредством намагничивающей катушки 4 устройства 1 компенсации паразитных токов к проводнику соединения источника напряжения 2 с последовательной схемой из индуктивности L и емкости C или к проводнику последовательной схемы из индуктивности L и емкости C прикладывается компенсирующее напряжение U_K. Оно вызывает компенсацию нежелательной компоненты переменного напряжения в напряжении U_C на конденсаторе C, возникшей за счет нежелательного переменного тока на конденсаторе С. Вследствие этой компенсации предпочтительно больше не протекает также никакого нежелательного переменного тока соответствующей частоты. Требования в отношении нежелательных переменных токов, которые обычно должны соблюдаться в электрических системах, могут быть, таким образом, соблюдены. Такие нежелательные переменные токи вызываются электрической нагрузкой 10 электрической системы, т.е., например, вращающейся электрической машиной, ее электронным силовым устройством питания, причем такая электрическая нагрузка 10 включена обычно параллельно емкости C, как это показано на фиг.1 и 2.

Обычно для намагничивания намагничиваемого кольца 3 в намагничивающую катушку 4 посредством преобразовательного блока 5 с большим числом управляемых силовых полупроводниковых выключателей подается компенсирующий ток I_K. Намагничивающая катушка 4 и намагничиваемое кольцо 3 действуют по типу дифференциатора, т.е. компенсирующий ток I_K отводится, так что может быть получено желаемое компенсирующее напряжение U_K. Кроме того, посредством регулирующего устройства 6 на фиг.1 в зависимости от напряжения U_C на емкости C создается заданное значение I_Ksoll компенсирующего тока, причем управление управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 5 происходит посредством управляющего сигнала S, сформированного из заданного значения I_Ksoll компенсирующего тока с помощью управляющей схемы 7 устройства 1 компенсации паразитных токов. Заданное значение I_Ksoll компенсирующего тока образуется из отфильтрованного напряжения U_Cf на емкости C путем интегрирования с помощью интегрирующего блока 8 регулирующего устройства 6, причем отфильтрованное напряжение U_Cf на емкости C образуется за счет фильтрации напряжения U_C на емкости C с помощью полосового фильтра 9 регулирующего устройства 6. В результате фильтрации нежелательную компоненту U_Cf переменного напряжения в напряжении U_C на емкости C, вызванную компенсируемым нежелательным переменным током, который, в свою очередь, вызван электрической нагрузкой 10, выделяют в отношении частоты, а затем описанным выше образом получают заданное значение I_Ksoll компенсирующего тока.

В качестве альтернативы можно также создать заданное значение I_Ksoll компенсирующего тока с помощью регулирующего устройства 6 на фиг.2 в зависимости от напряжения U_L на индуктивности L, причем тогда управление управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 5 происходит посредством управляющего сигнала S, сформированного из заданного значения I_Ksoll компенсирующего тока с помощью управляющей схемы 7 устройства 1. Заданное значение I_Ksoll компенсирующего тока образуется путем интегрирования отфильтрованного напряжения U_Lf на индуктивности L с помощью интегрирующего блока 8 регулирующего устройства 6, причем отфильтрованное напряжение U_Lf на индуктивности L образуется из напряжения U_L на индуктивности L путем фильтрации с помощью полосового фильтра 9 регулирующего устройства 6. В результате фильтрации нежелательную компоненту U_Lf переменного напряжения в напряжении U_L на индуктивности L, вызванную компенсируемым нежелательным переменным током, который, в свою очередь, вызван электрической нагрузкой 10 и дополнительно источником напряжения 2, выделяют в отношении частоты, а затем описанным выше образом получают заданное значение I_Ksoll компенсирующего тока. Это позволяет в значительной степени подавить также нежелательный переменный ток, вызванный источником напряжения 2, как это может происходить, например, в источнике напряжения электрической питающей сети переменного или постоянного напряжения.

Устройство 1 для компенсации паразитных токов на фиг.1 и 2 содержит намагничиваемое кольцо 3 с воздушным зазором, причем проводник соединения источника напряжения 2 с последовательной схемой из индуктивности L и емкости C или проводник последовательной схемы из индуктивности L и емкости C окружен намагничиваемым кольцом 3 с воздушным зазором для приложения компенсирующего напряжения U_K за счет намагничивания намагничиваемого кольца 3 посредством намагничивающей катушки 4. Устройство 1 имеет, тем самым, простую конструкцию, очень надежное, легкое и требует минимум места. Именно в случае применения в области тяги, т.е. когда электрическая система представляет собой, например, питаемое от сети постоянного напряжения электрическое рельсовое транспортное средство, простота, малая масса, надежность и небольшая занимаемая площадь являются основными требованиями, так что устройство 1 как раз предназначено для такого применения.

Кроме того, уже упомянутый преобразовательный блок 5 с большим числом управляемых силовых полупроводниковых выключателей соединен с намагничивающей катушкой 4 для подачи компенсирующего тока I_K. В качестве преобразовательного блока возможен любой преобразовательный блок в виде преобразователя напряжения, преобразователя тока или матричного преобразователя.

Устройство 1 содержит также на фиг.1 регулирующее устройство 6, предназначенное для получения заданного значения I_Ksoll компенсирующего тока в зависимости от напряжения U_C на емкости C, регулирующее устройство 6 через управляющую схему 7 для формирования управляющего сигнала S из заданного значения I_Ksoll компенсирующего тока соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 5.

На фиг.1 регулирующее устройство 6 содержит интегрирующий блок 8 для формирования заданного значения I_Ksoll компенсирующего тока из отфильтрованного напряжения U_Cf на емкости C, причем регулирующее устройство 6 дополнительно содержит полосовой фильтр 9 для получения отфильтрованного напряжения U_Cf на емкости C из напряжения U_C на емкости C. Полосовой фильтр 9 позволяет выделить нежелательную компоненту U_Cf переменного напряжения в напряжении U_C на конденсаторе в отношении частоты, вызванную компенсируемым нежелательным переменным током, который, в свою очередь, вызван электрической нагрузкой 10. Затем описанным выше образом получают заданное значение I_Ksoll компенсирующего тока.

В качестве альтернативы фиг.1 устройство 1 содержит на фиг.2 регулирующее устройство, предназначенное для формирования заданного значения I_Ksoll компенсирующего тока в зависимости от напряжения U_L на индуктивности L. Регулирующее устройство 6 через управляющую схему 7 для формирования управляющего сигнала S из заданного значения I_Ksoll компенсирующего тока соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 5. На фиг.2 регулирующее устройство 6 содержит интегрирующий блок 8 для формирования заданного значения I_Ksoll компенсирующего тока из отфильтрованного напряжения U_Lf на индуктивности L, причем регулирующее устройство 6 дополнительно содержит полосовой фильтр 9 для получения отфильтрованного напряжения U_Lf на индуктивности L. Полосовой фильтр 9 позволяет выделить в отношении частоты нежелательную компоненту U_Lf переменного напряжения в напряжении U_L на индуктивности L, вызванную компенсируемым нежелательным переменным током, который, в свою очередь, вызван электрической нагрузкой 10 и дополнительно источником напряжения. Затем описанным выше образом получают заданное значение I_Ksoll компенсирующего тока. Это позволяет в значительной степени подавить также нежелательный переменный ток, вызванный источником напряжения 2, как это может происходить, например, в источнике напряжения электрической питающей сети переменного или постоянного напряжения.

Перечень ссылочных позиций

1 - устройство для компенсации паразитных токов

2 - источник напряжения

3 - намагничиваемое кольцо

4 - намагничивающая катушка

5 - преобразовательный блок

6 - регулирующее устройство

7 - управляющая схема

8 - интегрирующий блок

9 - полосовой фильтр

10 - электрическая нагрузка

1. Способ компенсации паразитных токов в электрической системе с помощью устройства (1) для компенсации паразитных токов, в котором электрическая система содержит источник напряжения (2) и соединенную с ним параллельно посредством проводника последовательную схему, содержащую индуктивность (L) и емкость (C), причем индуктивность (L) соединена с емкостью (C) последовательно посредством проводника, отличающийся тем, что проводник соединения источника напряжения (2) с последовательной схемой из индуктивности (L) и емкости (C) или проводник последовательной схемы из индуктивности (L) и емкости (C) окружают намагничиваемым кольцом (3) с воздушным зазором устройства (1) для компенсации паразитных токов, при этом компенсирующее напряжение (U_K) прикладывают к проводнику соединения источника напряжения (2) с последовательной схемой из индуктивности (L) и емкости (C) или к проводнику последовательной схемы из индуктивности (L) и емкости (C) путем намагничивания намагничиваемого кольца (3) с помощью намагничивающей катушки (4) устройства (1) для компенсации паразитных токов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для намагничивания намагничиваемого кольца (3) в намагничивающую катушку (4) подают компенсирующий ток (I_K) с помощью преобразовательного блока (5) устройства (1) для компенсации паразитных токов, при этом преобразовательный блок (5) содержит большое число управляемых силовых полупроводниковых выключателей.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что заданное значение (I_Ksoll) компенсирующего тока получают в зависимости от напряжения (U_C) на емкости (C) с помощью регулирующего устройства (6) устройства (1) для компенсации паразитных токов, при этом управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока (5) управляют посредством управляющего сигнала (S), сформированного с помощью управляющей схемы (7) устройства (1) для компенсации паразитных токов из заданного значения (I_Ksoll) компенсирующего тока.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что заданное значение (I_Ksoll) компенсирующего тока получают из отфильтрованного напряжения (U_Сf) на емкости (С) путем интегрирования с помощью интегрирующего блока (8) регулирующего устройства (6), при этом отфильтрованное напряжение (U_Сf) на емкости (С) получают путем фильтрации с помощью полосового фильтра (9) регулирующего устройства (б) из напряжения (U_С) на емкости (С).

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что заданное значение (I_Ksoll) компенсирующего тока получают в зависимости от напряжения (U_L) на индуктивности (L) с помощью регулирующего устройства (6) устройства (1) для компенсации паразитных токов, при этом управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока (5) управляют посредством управляющего сигнала (S), сформированного управляющей схемой (7) устройства (1) для компенсации паразитных токов из заданного значения (I_Ksoll) компенсирующего тока.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что заданное значение (I_Ksoll) компенсирующего тока получают путем интегрирования с помощью интегрирующего блока (8) регулирующего устройства (6) из отфильтрованного напряжения (U_Lf) на индуктивности (L), при этом отфильтрованное напряжение (U_Lf) на индуктивности (L) получают путем фильтрации с помощью полосового фильтра (9) регулирующего устройства (6) из напряжения (U_L) на индуктивности (L).

7. Устройство (1) для компенсации паразитных токов в электрической системе, содержащей источник напряжения (2) и соединенную с ним параллельно посредством проводника последовательную схему из индуктивности (L) и емкости (C), причем индуктивность (L) соединена с емкостью (C) последовательно посредством проводника, отличающееся тем, что проводник соединения источника напряжения (2) с последовательной схемой из индуктивности (L) и емкости (C) или проводник последовательной схемы из индуктивности (L) и емкости (C) окружен намагничиваемым кольцом (3) с воздушным зазором для приложения компенсирующего напряжения (U_K) путем намагничивания намагничиваемого кольца (3) с помощью намагничивающей катушки (4).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что с намагничивающей катушкой (4) соединен преобразовательный блок (5) с большим числом управляемых силовых полупроводниковых выключателей для подачи компенсирующего тока (I_K).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что содержит регулирующее устройство (6), предназначенное для создания заданного значения (I_Ksoll) компенсирующего тока в зависимости от напряжения (U_C) на емкости (C), причем регулирующее устройство (6) соединено через управляющую схему (7) с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока (5) для формирования управляющего сигнала (S) из заданного значения (I_Ksoll) компенсирующего тока.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что регулирующее устройство (6) содержит интегрирующий блок (8) для получения заданного значения (I_Ksoll) компенсирующего тока из отфильтрованного напряжения (U_Cf) на емкости (C), при этом регулирующее устройство (6) содержит полосовой фильтр (9) для получения отфильтрованного напряжения (U_Cf) на емкости (C) из напряжения (U_C) на емкости (C).

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что содержит регулирующее устройство (6), предназначенное для получения заданного значения (I_Ksoll) компенсирующего тока в зависимости от напряжения (U_L) на индуктивности (L), причем регулирующее устройство (6) соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока (5) через управляющую схему (7) для формирования управляющего сигнала (S) из заданного значения (I_Ksoll) компенсирующего тока.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что регулирующее устройство (6) содержит интегрирующий блок (8) для получения заданного значения (I_Ksoll) компенсирующего тока из отфильтрованного напряжения (U_Lf) на индуктивности (L), при этом регулирующее устройство (6) содержит полосовой фильтр (9) для получения отфильтрованного напряжения (U_Lf) на индуктивности (L) из напряжения (U_L) на индуктивности (L).