Фильтр для подавления высших гармоник тока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (11)) 003269

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 25. 12. 81 (21) 3371920/24-07 (53)M. Кл.

Н 02 М 1/12 с присоединением заявки М

Государетвекиый комитет (23) Приоритет (53) У g 621. 314.

088.8) Опубликовано 07. 03. 83. Бюллетень ¹ Э

Дата опубликования описания 07.03.83

I30 делам иэобретеиий и открытий т " =

Н. Н. Левин, Н. А. Сингаевский и С.И. Ш енок- (72) Авторы изобретения

1 Ф (71) Заявитель (54) ФИЛЬТР ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ВЬ!СВИХ ГАРМОНИК

ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для ослабления пульсаций выходного напряжения статических преобразователей.

Известны полосовые фильтры, струк-5 туры которых содержат индуктивные и емкостные элементы, включенные последовательно и параллельно каждой фазе защищаемого от высших гармоник объекта 1 . i0

Существенными недостатками таких фильтров являются большие значения их установленной мощности, и следовательно, плохие массогабаритные показатели.

Известны заграждающие фильтры, представляющие собой параллельные резонансные контуры, включенные последовательно в цепь нагрузки, (2 3.

Однако в последовательных элементах таких фильтров теряется значительная часть мощности основной частоты (до

4-5i). Кроме того, как в полосовых, так и в заграждающих фильтрах уменьшение их индуктивных сопротивлений, которые главным образом определяют потери мощности на основной частоте, приводит к увеличению габаритов конденсаторов и, следовательно, к ухудшению массогабаритных показателей в целом. Следует также отмет;1ть, что в заграждающих фильтрах установленная мощность, масса и габариты существенно зависят от того, какое чис ло высших гармоник необходимо подавить. Чем больше это число, тем больше установленная мощность и хуже мас- . согабаритные показатели Фильтра. Вместе с тем известно, что в ряде случаев например, при защите объектов, получающих питание от многофазных инверторов, достаточно подавлять только две ближайшие к основной высшие гармоники питающего напряжения с тем, чтобы обеспечить качество преобразуемой электроэнергии.

3 10032

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является фильтр для подавления высших гармоник тока, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузки, а вторичная соединена с батареей конденсаторов(3 ).

Фильтр обладает меньшей установленной мощностью, чем фильтры приведенные 1@ выше, так как наличие трансформаторной связи позволяет свести до минимума величину емкости, которая в результате этого не оказывает существенного влияния на массогабаритные показатели фильтра. Наряду с этим потери энергии на основной частоте в таком фильтре небольшие, поскольку число pMTKAR в первичной обмотке может быть выбрано малым, а за счет 20 большого числа витков во вторичной цепи есть возможность резко сократить габариты конденсатора.

Однако при многофазном исполнении«i а также в случае необходимости пода- 25 вить, например, две высшие гармоники использование фильтра на базе однофазного трансформатора потребовало Гы включения в каждую фазу двух индуктивных элементов фильтра, что привелозо бы к увеличению как установленной мощности, так и к ухудшению массогабаритных показателей фильтра в целом. Другим недостатком фильтра является большая масса стали.

Цель изобретения - повышение КПД;

35 и снижение массогабаритных показателей при многофазном исполнении.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтр для подавления высших ао гармоник тока, содержащий трансформа1 тор, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузки, а вторичная соединена с батареей конденсаторов, введена дополнительная батарея конденсаторов, первичная и вто45 ричная обмотки трансформатора выполнены многофазными, каждая фаза первичной обмотки включена последовательно в соответствующую фазу цепи нагрузки, фазные вторичные обмотки объе- динены в две звезды, концы каждой из которых подключены к соответствующей батарее конденсаторов, а магнитопровод трансформатора выполнен в виде двух одинаковых шихтованных из листов электротехнической стали пакетов с расположенными в них окнами, причем первичная обмотка в каждой фазе охватывает одновре ".íío рва примыкающих один к другому „ но разделенных немагнитным промежутком ярма разных пакетов, а вторичная обмотКа в каждой фазе охватывает ярмо только одного из пакетов.

На фиг. 1 изображена схема фильтра; на фиг. 2 - пакеты магнитопровода трансформатора индуктивного элемента; на фиг. 3 - схема соединения катушек многофаэной первичной и трехфазной вторичной обмоток; на фиг.4стыковка пакетов после размещения на них обмоток.

Фильтр (фиг.1) состоит из трансформатора (индуктивного элемента ) 1, содержащего два одинаковых магнитопровода 2 и 3 разделенных немагнитным промежутком, с общей многофазной первичной обмоткой с выводами 4-12, включенной последовательно в каждую фазу защищаемой от высших гармоник нагрузки 13 и двумя трехфазными вторичными обмотками с выводами 14-16 и 17-19, соединенными в звезду и подключенными к батареям конденсаторов 20 и 21. Иагнитопроводы 2 и 3 (фиг.2) представляют собой пакеты шихтованные из листов электротехнической стали (или из другого ферромагнитного материала с малыми удельными потерями, включая и ферриты ) с расположенными в них окнами 22 и немагнитным промежутком 23 между пакетами.

В индуктивном элементе 1 первичная с выводами 4-12 и вторичные обмотки с выводами 14-19 состоят.из отдельных катушек, включенных, например, в девяти и трехфазную систе. мы так, как это показано на фиг.3.

Для упрощения фиг.3 подключение вторичных обмоток с выводами 14-16 к батарее конденсаторов 20 не показано, так как оно аналогично подключению к батарее конденсаторов 21 обмоток с выводами 17-19. Иагнитопроводы 2 и 3 могут шихтоваться либо из П-образных пластин внахлестку и собираться вместе с катушками, либо состоять (фиг.4) иэ двух зубчатых пакетов 24 и 25, разделенных немагнитным промежутком 23 и двух пакетов 26 и 27 без зубцов в виде параллелепипедов, которые после размещения на них катушек вторичных обмоток плотно прижимаются к зубчатыж поверхностям двух других пакетов с

5 10032 уже расположенными на них первичными обмот ками.

Фильтр работает следующим образом.

Токи двух ближайших к основной гармоник (например, при девятифазной си- стеме статического преобразователя постоянного тока в переменный 17 и

19)питающего напряжения, подавление которых обеспечивает требуемое качество электроэнергии, проходя че- tO рез первичные обмотки 4-12 индуктивного элемента 1, создают соответствующие магнитные потоки в магнитопроводах 2 и 3. Эти потоки сцепляясь со вторичными обмотками с выводами 14-1615 и 17-19, наводят в них ЭДС.

Вместе с тем вторичные обмотки с выводами 14-16, подключенные к блоку конденсаторов 20, и обмотки с выводами 17-19 подключенные к блоку конден-2о саторов 21, представляет собой резонансные контуры соответственно для

17 и 19. гармоник. Поэтому во вторичных обмотках появляются резонансные токи, обусловленные ЭДС этих гармо- 2s ник, которые в свою очередь создают магнитные потоки, направленные согI ласно с магнитными потоками созда1 ваемыми первичными токами, в одном пакете для 17 гар: оники, а в другой щ для 19. В результате этого предлагаемый заграждающий фильтр представ. ляет собой повышенное сопротивление для токов этих двух гармоник,из-за чего последние ослабляются более чем в 5-10 раз.

Первичная обмотка с выводами 4-12 является общей для двух отдельных пакетов индуктивного элемента 1 и имеет малое число витков в каждой фазе, следовательно, она обладает малым сопротивлением на основной частоте.

В то же время поскольку вторичные обмотки с выводами 14-16 и 17-19 выполняются с большим числом витков (на45 пример, в 20-100 раз большим, чем первичная), потребная для создания резонансных явлений емкость уменьшает ся в 400-10000 раз. Это позволяет достигнуть резонансных режимов в контурах первичная обмотка — вторичная обмотка - блок конденсаторов при малых габаритах фильтра. Наряду с указанными преимушествами исполнение индуктивного элемента 1 Фильтра в указанном выше варианте позволяет в

1,5-2 раза уменьшить его массу, габа риты и, следовательно, потери в стали. С другой стороны предлагаемая

69 конструкция позволяет сохранить минимальное число конденсаторов в блоках, например осего три;.В результате этого также уменьшается масса и габариты фильтра и повышается его эффективность.

Таким образом,. в предлагаемом фильтре в результате особого выполнения индуктивного элемента удавтся обеспечить повышение его эффективности, уменьшение массы и использовать этот фильтр для подавления сразу двух высших гармоник. формула изобретения

Фильтр для подавления высших гармоник тока, содержащий трансформатор первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузки,а вторичная соединена сбатареей конденсаторов, о тл ич аю щи йс я тем, что, с целью повышения КПД и снижения массогабаритных показателей при многофазном исполнении, в него введена дополнительная батарея конденсаторов, первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены многофазными, каж дая фаза первичной обмотки включена последовательно в соответствующую фазу цепи нагрузки, фазные вторичные обмотки объединены в две звезды концы каждой из которых подключены к соответствующей батарее конденсаторов, а магнитог ровод трансформатора выполнен в виде двух одинаковых. шихтованных из листов электротехнической стали пакетов с расположенными в них окнами, причем первичная обмотка в каждой фазе охватывает одновременно два примыкающих один к другому, но разделенных немагнитным промежутком ярма разных пакетов, а вторичная обмотка в каждой фазе охватывает ярмо только одного из пакетов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Абрамов А. М., Зильберман А.Е.

Резонансные фильтры для обеспечения синусоидальной формы выходного напряжения автономных инверторов. - В кн.

Силовая полупроводниковая техника. вып. !1, К., "Инфорстандартэлектро", 1968.

2. Вертелецкий Д.С.,Озерянский А.А

Тонкаль С.С. Особенности построения фильтров для однофазных инвер100 32б9 торов со ступенчатым модулированием 3. Лангин Я. А. Расчет электричеснапряжения. Проблемы технической элек- ких фильтров. Рига "Зинатне", 1974, тродинамики, вып. 29, 1971, с.39-42. с.21, 1003269

1003269

Составитель Л. Устинкина

Редактор С.Юскив Техред С. Мигунова Корректор И. Шулла

Заказ 1584/42 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4