Устройство для отбора высших гармоник

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ВЫСШИХ ГАРМОНИК, содержащее выпрямитель , выход постоянного тока которого через первичную обмотку трансреактора соединен с выводами для подключения нагрузки по постоянному току, вторичная обмотка трансреактора образует выходные выводы для подключения , первой нагрузки по высшей гармонике, параллельно упомянутым выводам для подключения нагрузки по постоянному току включена цепочка . из двух посл.едовательно соединенных конденсаторов, отличающеес я тем, что, с целью увеличения кратности частоты отбираемых гармоник , а также расширения функциональных возможностей путем образования дополнительных выходных выводов для подключения нагрузок по высшим гармоникам , выпрямитель выполнен многофазным , первичная обмотка упомянутого трансреактора выполнена в виде двух.секций, одни конщл которых подключены к соответствующим выводам для подключения нагрузки по постоянному току, а каждый из других кон} p /4 fT 4 JTi ; цов соединен с соответствуюищм выходным выводом указанного многофазного выпрямителя и дополнительно введены, многофазный и однофазный ,трансформаторы, дополнительный одно;фазный выпрямитель, дополнительный трансреактор, переключающий элемент и фазоповоро.тная RС-цепочка, причем вторичная обмотка многофазного трансформатора соединена в звезду и подключена ко входу многофазного выпрямителя , его первичная обмотка соединена с выводами для подключения питающей сети, н.улевая точка звез.ды указанной вторичной обмотки и общая точка соединения конденсаторов образуют выводы для под1 лючения второй j нагрузки по высшей гармонике, параллельно этим выводам подключена пер вичная обмотка однофазного трансфорС матора, вторичная обмотка которого соединена со входом однофазного выпрямителя , один выход постоянного To-;s ка которого соединен с одним из указанных выходных «выводов для подключения нагрузки по постоянному току, о а его другой выход через первичную обмотку дополнительного трансреактоСП ра, зашунтированную через переключаю4 щий элемент фазоповоротной R С-цепочкой , соединен с другим выходным 00 выводом для подключения нагрузки по о: постоянному току, а вторичная обмотка дополнительного трансреактора образует выводы для подключения третьей .нагрузки по высшей гармонике. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью отбора третьей и двух шестых гармоник , многофазный трансформатор выполнен трехфазным, а многофазный выпрямитель выполнен по трехфазной мостовой схеме.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51):Н 02 М 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3337031/24-07 (22) 15.09.81 (46) 15.11..83. Бюл. 9 42 (72) А.Ф. Березовский (53) 621.314.263(088.8) (56) 1 ° Фабрикант В.Л., Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики. М., Высшая школа, 1968, с. 81, рис. 257, 258.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 838956, кл. H 02 M 5/16, апублик. 1981.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 145929, кл, Н 02 М 5/16, опублик. 1962. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА

ВЫСШИХ ГАРМОНИК, содержащее выпрямитель, выход постоянного тока которого через первичную обмотку трансреактора соединен с выводами для подключения нагрузки по постоянному току, вторичная обмотка трансреактора образует выходные выводы для подключения первой нагрузки по высшей гармонике, параллельно упомянутым выводам для подключения нагрузки по постоянному току включена цепочка из двух последовательно соединенных конденсаторов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения кратности частоты отбираемых гармоник, а также расширения функциональных возможностей путем образования дополнительных выходных выводов для подключения нагрузок по высшим гармоникам, выпрямитель выполнен многофазным, первичная обмотка упомянутого трайсреактора выполнена в виде двух. секций, одни концы которых подключены к соответствующим выводам для подключения нагрузки по постоянному току, а каждый иэ других кон, IJов соединен с соответствующим выходным выводом указанного многофаэного выпрямителя и дополнительно введены. многофазный и однофаэный ,трансформаторы, дополнительный однофаэный выпрямитель, дополнительный трансреактор, переключающий элемент и фаэоповоротная RC-цепочка, причем вторичная обмотка многофаэного трансформатора соединена в звезду и подключена ко входу многофазного выпрямителя, его первичная обмотка соеди иена с выводами для подключения питающей сети, нулевая точка звезды указанной вторичной обмотки и общая точка соединения конденсаторов образуют выводы для подключения второй

S нагрузки по высшей гармонике, параллельно этим выводам подключена пер- g+ вичная обмотка однофазного трансфор- матора, вторичная обмотка которого С соединена со входом однофаэного выпрямителя, один выход постоянного то-,а ка которого соединен с одним иэ укаf эанных выходных выводов для подключения нагрузки по постоянному току, а его другой выход через первичную (,,) обмотку дополнительного трансреактора, зашунтированную через переключающий элемент фазоповоротной R С-цепочкой, соединен с другим выходным выводом для подключения нагрузки по постоянному току, а вторичная обмот- С5 ка дополнительного трансреактора об- (» разует выводы для подключения третьей .нагрузки по высшей гармонике.

2. Устройст во по и ° 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью отбора третьей и двух шестых гармоник, многофазный трансформатор выполнен трехфазным, а многофазный выпрямитель выполнен по трехфазной мос,товой схеме.

1054860

Изобретение относится к устройствам умножения частоты и предназначено для комбинированной нагрузки, требующей источников постоянного тока и переменного тока повышенной частоты. 5

Известно сглаживание двухполупериодного выпрямленного однофазного напряжения, использующее фильтры, настроенные на вторую гармонику °

При замене в таком фильтре дроссе-I ля на трансреактор можно получить устройство отбора высшей гармоники с максимальной амплитудой 1 .

Недостаток известного устройства состоит в том, что значительна помеха от гармоники с ближайшей по величине амплитудой (четвертой гармоники), Известен также умножитель частоты, содержащий ферромагнитные сердеч- О ники с расположенными на них входными, управляющими, опорными и выходными обмотками, формирователь амплитудно-модулированного сигнала, генератор высокой частоты, демодуляторы, выпрямитель, подключенный к управляющей обмотке одного из сердечников и дополнительные выпрямители, причем управляющая обмотка каждого из остальных сердечников соединена через соответствующий дополнительный выпрямитель с выходной обмоткой предыдущего сердечника <.2 3.

Это устройство обеспечивает получение на выходе целого ряда частот, Недостаток этого устройства состоит 35 в том, что оно является относительно сложным, так как содержит специальные источники амплитудно-моделированного сигнала и постоянного напряжения.

Наиболее близким к изобретению 40 является устройство для отбора высших гармоник, содержащее выпрямитель, выход постоянного тока которого через первичную обмотку трансреактора соединен с выводами для подключения на- 4 груэки по постоянному току, вторичная обмотка трансреактора образует выходные выводы для подключения первой нагрузки по высшей гармонике, параллельно упомянутым выводам для подключения нагрузки по по<-тоянному току включена цепочка из двух последовательно соединенных конденсатоpoi) L3 3.

Недостатки этого устройства заключаются в том; что только косвенно Ы использованы конструктивные воэможности трехфазной питающей сети, а также в невозможности увеличения кратности частоты отбираемых гармо)ник, и невозможности подключения нескольких нагрузок по высшим гармоникам.

Цель изобретения — увеличение кратности частоты отбираемых гармоник, а также расширение функционал . ных возможностей путем образования дополнительных выходных выводов для подключения нагрузок по высшим гармоникам.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для отбора высших гармоник, содержащем выпрямитель, выход постоянного тока которого через первичную обмотку трансреактора соединен с выводами для подключения нагрузки по постоянному току, вторичная обмотка трансреактора образует выходные выводы для подключения первой нагрузки по высшей гармонике, параллельно упомянутым выводам для подключения нагрузки по постоянному току включена цепочка из двух последовательно соединенных конденсаторов, выпрямитель выполнен многофазным, первичная обмотка упомянутогo трансреактора выполнена в виде двух секций, одни концы которых подключены к соответствующим выводам для подключения нагрузки. по постоянному току, а каждый из других концов соединен с соответствующим выходным выводом указанного многофазного выпрямителя, и дополнительно введены многофазный и однофазный трансформаторы, дополнительный однофазный выпрямитель, дополнительный трансреактор, переключающий элемент и фаэоповоротная Р С-цепочка, причем вторИчная обмотка многофазного трансформатора соединена в звезду и подключена ко входу многофазногo выпрямителя, его первичная обмотка соединена с выводами для подключения питающей сети, нулевая точка звезды укаэанной вторичной обмотки и общая точка соединения конденсаторов образуют выводы для подключения второй нагрузки по высшей гармоникй, параллельно этим выводам подключена первичная обмотка однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого Соединена со входом однофазного выпрямителя, один выход постоянного тока которого соединен с одним из указанных выходных выводов для под-! ключения нагрузки по постоянному току, а его другой вь|ход через первич.ную обмотку дополнительного трансреактора, зашунтированную через переключающий элемеит фазоповоротной

RC-цепочкой, соединен с другим выходным выводом для подключения нагрузки по постоянному току, а вторичная сбмотка дополнительного трансреактора образует выводы для подключения третьей нагрузки по высшей гармонике.

Кроме того,. в устройстве для отбора высших гармоник, с целью отбора третьей и двух шестых гармоник, многофазный трансформатор выполнен трехфаэным, а многофазный выпрямитель выполнен по трехфазной мостовой схеме.

1054860

На фиг.1 представлена принципиаль- том рассматриваемых дальше полярносная схема устройства для отбора выс- тей и сдвига фаз у двух источников ших гармоник; на фиг.2 — кривые на- шестых гармоник, Аналогично можно пряжений на входе и выходе устройст- отдавать всю мощность обоих источ -ва в трехфазном симметричном режиме, ников шестых гармоник на одну общую условно обозначаемом (1:1:1); на 5 нагрузку (например установку индукфиг. 3 — то же, например,.при чистом ционного нагрева) . двухфазном режиме токов в линии, Устройство н ф .. р т ойство на фиг.1 работает условно обозначаемом (1:1:О); на следующим образом. фиг,4 — то же, например, при особом Выпрямитель 5 состоит из двух двухфазном режиме токов в линии, ус- )0 трехфазных однополупериодных выпряловно обозначаемом (1:0,5:0,5), мителей, у которых четные гармоники

Устройство для отбора высших гар- (6-я, 12-я и т.д,) с д и т ) совпадают по фамоник на фиг.1 имеет выводы 1, 2 и 3 зе, если одинако ь инаковы знаки постоянных вторичных обмоток трех однофазных составляющих у этих выпрямителей, а (д orî трехфазного) трансформа- нечетные гармоники (третья, д вятая торов, непоказанные первичные обмотки и т.д.) противоположны и ф . Д которых подсоединены к источнику нагрузки 9 по му

9 по постоянному току и ш стой га омнике .эти трехфазного напряжения, остальные нагрузки 20 по шес р выводы соединенных в звезду вторич- два однополупериодных выпрямителя после овательно и согласно, ных обмоток образуют нейтральный вы- соединены посл до вод 4. К выводам 1, 2 и 3 подсоеди- о вследствие чего складываются и я постояннен вход трехфазного мостового выпря- ные составляющие их напряжений, а мителя 5, на выходе которого две сек- также однотипные четные гармоники, ции первичной обмотки трансреактора нотипные нечетные гармоники, вычитаясь взаимно компенсируются.

6 включены согласно с двух сторон вычитаясь, к выводам 7 и 8 для нагрузки по по- 5 В нагрузке 13 по третьей гармонике стоянному току 9. Параллельно нагруз- токи пос о .

<и постоянных составляющих и одноке 9 включена цепочка последователь- типных четных р. тных га моник от упомянутых но соединенных конденсаторов 10 и 11, однопол> р д ол пе ио ных выпрямителей наМежду средним выводом 12 этих конден- правле ы р влены вст ечно и взаимно компенО и ются а токи однотипных нечетных саторов и нейтральным выводом 4 вклю- ЗО сирую чена нагрузка 13 по третьей гармони- (гармоник складываются. ке параллельно которой подключен Поскольку у р ольк в стройстве произвооднофазный трансформатор 14, элементы дится от р д У

1 тбо в х высших гармоник с

13 и 14 могут быть также соединены преобладающими амплитудами, то це35 почка конденсаторов 10 и 11 включепосл едо в ат ель н о .

К трансформатору 14 подключен чтобы не шунтировать трансоднофазный мостовой выпрямитель 15, еакто 6 отбирающий шестую гармоик а секции первичной обмотки выход которого через первый режимный нику, ц пер еключатель 16 и дополнительный нс еакто а 6 включены согласно с т ансреактор 17 с параллельной фазо- щ обеих сторон нагру а зки 9 по постоянтрансреактор с ном току чтобы равнялись нулю сумповоротной цепью R С (резистор 18 и о у У, ма ные намагничивающие ампервитки у конденсатор 19) подсоединен параллель- мар но выводам 7 и 8 у выпрямителя 5. Ко кажд аж ой из нечетных гармоник.

Для увеличения отбираемой мощвторичным обмоткам трансреакторов 6 ности по шестой гармонике предусмот17 одсоединены соответственно, наг зка 20 и 21 (например обмотки " рен трансформатор мато 14 и выпрямитель нагрузка и

15 с помощью которых напряжение двухфазного двигателя) . Bo втором Э у т етьей гармоники выпрямляется, приположении переключателя 16 к выходу тр ь чем пол ченная постоянная составляювыпрямителя 15 подключены выводы 22 чем у

9 оз- щая подается параллельно нагрузке для подсоединения, например, тормоз5 (ратное основного выпрямителя (двухкр ной обмотки поляризованного реле в л овани ру 9) олуехфазном многофункциональном токо- использовани л ование нагрузки, а по påõ азном мног азопово от- ченная вторая от третьей (шестая) н на от гармоника через до ополнительный трансная цепь может быть отсоединена акто 17 поступает на нагрузку 21. трансреактора т а 17 пе еключающим элеР

55 Без фазоповоротной цепи из резистоментом 23 она также может быть а 18 и конденсатора 19 шестые подключена параллельно вторичной об- ра гармоники, поступающие на транс мотке трансреактора 17, причем в

6 17 находятся в протиа -18 можно исполь- реакторы и, а ней вместо резистораесли за начала обмоток брать зовать нагрузку зк 21. В последнем слу- вофазе, если

60 ды отмеченные точками, с учечае, чтобы сдела р ть п иблизительно о выводы, отме ю оединяются вторичные ободинаковой мощность, отдаваемую ю на- том этого с т анс еакторов 6 и 17 для разкам 20 и 21, можно у трансреак- мотки трансреакторов и ю по соеди- На фиг. для трех фазного симметвторичную обмотку, которую под д— (1:1:1) аны сплошнить параллельно нагрузке 20 с уче- 65 р ичного режима : : д

1054860 ной линией кривые фазных напряжений на выводах 1, 2 и 3 вторичной обмот- ки трехфазного трансформатора, относительно нейтрального вывода 4,пунктиром показаны выпрямленные отрицательные полуволны этих же напряже- 5 ний. Напряжение на выходе мостового трехфазного выпрямителя 5 показано редкой штриховкой между максималь ными и минимальными мгновенными значениями кривых, выполненных сплошной линией, заметна постоянная составляющая с шестой гармоникой. Напряжение между выводами 12 и . 4 для на-. грузки по третьей гармонике показано густой штриховкой в виде стрелок, направленных от сплошной линии к пунктирной, заметна третья гармоника.

На фиг.3 аналогично показаны кривые для чистого двухфазного режима (1:1:О), под которым подразумевается на входе выпрямителя 5 два равных по величине и противоположных по фазе напряжения на выводах обмоток 1 и 2 трехфазного трансформатора (относительно вывода 4), когда третье25 напряжение равно нулю. Такой режим можно получить, если на фиг.l сделать разрыв цепи между выводом 3 и входом выпрямителя 5. На фиг.3 заметно, что на выводах 7 и 8 устройства ЗО нет нечетных гармоник, но есть постоянная составляющая со второй и остальными четными гармониками.

На фиг.4 аналогично показаны кривые для особого двухфазного режима 35 (1:0,5з0,5)„под которым подразумеваются на входе выпрямителя 5 два равных по величине и совпадающих по фазе напряжения (относительно вывода 4), когда третье противоположно 4() по фазе, имея вдвое большую амплитуду. Такой режим можно получить, если на фиг.l проводник от входного вывода выпрямителя 5 отсоединить, например, от вывода 3, подключив к выводу 2 совместно с имеющимся там проводником от выпрямителя 5, На фиг.4 заметно, что на выходах 7 и 8 устройства есть постоянная составляющая со второй гармоникой, а на выводах 12-4. имеется первая гармоника (густая штриховка стрелками), Дополнительно к фиг. 2-4 в таблице дано отношение величин к амплитуде О„,ф фазного напряжения между одним из вйводов 1, 2 и 3 обмоток трехфаз- 55 ного трансформатора и нейтральным вы,водом 4; в двухфазных режимах для

0 бралась амплитуда наибольшего. наФф пряжения. .В первой строке таблицы дана по- 60 стоянная составляющая в.нагрузке 9 по постоянному току. Во второй строке для трехфазного симметричного режима (1:1:1) дана амплитуда треть- ей гармоники в нагрузке 13, причем вместо,.сложения токов от двух трехфазных однополупериодных выпрямителей сделано сложение соответствующих напряжений, что при вычислении выходной мощности равноценно. В особом двухфазном режиме (1:0,5:0,5) напряжение на нагрузке 13 имеет частоту первой гармоники, о чем в таблице написано под чертой. В третьей строке таблицы для симметричного режима (1вl.".1) дана амплитуда шестой гармоники в нагрузке 20, в двухфазных режимах на этой нагрузке появляется напряжений второй гармоники. В четвертой строке таблицы дана амплитуда напряжения преобладающей гармоники на выходе выпрямителя 15, в трехфаэном симметричном режиме (1:1:1) это шестая гармоника (вторая от третьей), а в особом двухфазном режиме (1:0,5:0,5) это вторая гарМоника, Из фиг. 2-4 и таблицы видно, что в трехфазном симметричном режиме предложенное устройство на нагрузке

9 выделяет постоянную составляющую, на нагрузке 13 — третью гармонику, на нагрузке 20 — непосредственно отобранную шестую гармонику, на нагрузке 21 — шестую гармонику, полученную путем умножения третьей гармоники с помощью выпрямителя 15. При этом эквивалентное напряжение шестой гармоники на нагрузке 21 может в 1,86 раза превышать аналогичное напряжение на нагрузке 20. Кроме того, напряжение,шестой гармоники на нагрузке 21 может быть сдвинуто по фазе. Используя особый двухфазный режим, можно производить ступенчатую регулировку с заменой третьей гармоники на первую, а шестой — на вторую, изменяя при этом постоянную составляющую.

Предложенное устройство можно применить в следующих условиях.

Для питания повышенной частотой

300 Гц устройств автоматики, например, быстродействующих магнитных усилителей, управляющих-основной нагрузкой постоянного тока, также подсоединенной к предлагаемому устройству. Для индукционного нагрева частотой 150-300 Гц относительно малых металлических деталей (при воэможности полезно применить напряжение постоянной составляющей, создаваемое в устройстве) ..

Для питания повышенной частотой

150-300 Гц вспомогательных двухфазных регулируемых высокоскоростных двигателей, когда основными потребителями являются, например, двигатели постоянного тока, которые подсоединены также к предложенному устройству.

Получение источника 300 Гц для второй фазы двигателя .обеспечивает дополнительный трансреактор 17

1054860

Строка, Отношение

9 к Ume велйчины

1г1:1 (фиг. 2) 1:0,5:0,5 (фиг . 4) 1:1:0 (фиг. 3) 0,95

1,17

1,65

025 (1-я) 0 412 (3-я) U13

0 85 (2-я) 0 636 (2-я) 0 0994 (6-я) 3 U2p

0 212 (2-я) 15 8ых2

0 175 (6-я) (см. фиг. 1), если подсоединена фаз т. поворотная цепь переключающим элементом 23. Вторую фазу для обоих повышенных частот (третьей.и шестой гармоник) можно получить, подсоединив к выводам 7 и 8 (см.фиг.l) однофазный инвертор. Для двухфазного двигателя два источника третьих гармоник, сдвинутых по фазе на 90, можно получить без инвертора, если к двум источникам трехфазных напряжений основной частоты, сдвинутых по фазе на 30, подсоединить по одному комплекту предложенного устройства.

Можно применить предложенное устройство для получения трехфазного многофункционального токового реле защиты, которому наибольшее количество энергии потребуется от выводов напряжения постоянной составляющей.

S Таким образом, особенности предложенного устройства обеспечивают увеличение кратности частоты отбирае мых гармоник (третья и шестая), а гакже расширение функциональных возможностей путем образования двух выходов у шестой гармоники, что позволяет получить или два напряжения шестой гармоники, сдвинутые по фазе, или одно с повышенной мощностью.

Режим на входе устройства

1054860

Составитель Л. Устинкина

Редактор A. Долинич Техред В.Далекорей Корректорй. Зимокосов

Заказ 9115/55

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4