Емкостный магнитно-связанный фильтр

 

Использование: изобретение может быть использовано в источниках вторичного электропитания с высокими требованиями к величине пульсаций напряжения. Сущность изобретения: устройство содержит основной конденсатор 1, два дополнительных конденсатора 2,3, соединенных последовательно с конденсатором 1, трансформатор тока 4, первичная обмотка 5 и вторичная обмотка 6 которого включены встречно-последовательно и подключены параллельно соответственно конденсаторам 2 и 3. Последовательная цепочка из конденсаторов 1-3 подключена к входным выводам для подключения источника постоянного тока, а цепочка из конденсаторов 1, 3 подключена к выходным выводам для подключения нагрузки . Введение дополнительных конденсаторов и трансформатора тока обеспечивает нулевые пульсации на выходе устройства при наличии переменной составляющей на входе. Это позволяет улучшить массогабаритные показатели фильтра. Кроме того, при определенных условиях возможно исключить ъ ежепа епъ ое влияние паразитных реактивноетеи реальных койденсаторов на величину пульсаций на выходе устройства и обеспечить регулирование фазовой задержки от -л/2 до л/2 . 2 з.п. ф-лы. 2 ил. VS 00 ся о о XI

СОЮЗ COSETCKMX сОциАлистическИх РЕСПУБЛИК (19 (11) (з1)з Н 02 M 1/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ .ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ...2 (21) 4744431/07:: конденсатора 2, 3, соединенных ооследова(22) 14.08.89 : тельно с конденсатором 1, трансформатор (46) 30.12.92. Бюл, hk 48 ... -. тока 4, первичная обмотка 5 и вторичная (71) Калужский научно-исследовательскйй обмотка 6 которого включены встречно-поинститут телемеханических устройств . - следовательно и подключены параллельно .(72) А,Г.Поликарпов и А.Н,Фролов: соответственно кондейсаторам 2 и 3. После(56) Поликарпов А.Г, и др. Магнитно-связан- довательная цепочка из конденсаторов 1-3 ныйсглаживающийфильтрдля импульсных подключена к входным выводам для подрегуляторов и преобразователей постоян- клвчения источника постоянного тока, а цейогонапряжения.3ТВА, подред. Ю,И.Коне- почка из конденсаторов 1, 3 подключена к ва, M,: Радио и связь, 1986, вып. 17, с. выходным выводам для йодключения на116-121.. : грузки. Введение дополнительных конденАвторское свидетельство СССР саторов и трансформатора тока

М l120464, кл, Н 02 M 3/335. 1984.: . обеспечивает нулевые пульсации на выходе

Авторское свидетельство СССР . устройства при наличии переменной со1ч 161818, кл, Н 02 M 1/14. 1962. - . ставляющей на входе. Это позволяет улуч- Б шить массогабаритные показатели фильтра.

{54) ЕМКОСТНЫЙ МАГНИТНО-СВЯЗАН- . Кроме того, при определенных условиях

НЫЙ ФИЛЬТР .. " : возможно исключить яежелагельное влия(57) Использование: изобретение может we паразитных реактивностей реальных бытьиспользовановисточникахвторичного койденсаторов на величййу пульсаций на электропитания с вйсокими требованиями к выходе устройства и обеспечить регулировеличине пульсаций напряжения. Сущность . вайие фазовой задержки от -л/2 до л/2, д изобретения: устройство содержит основ- 2 э.п, ф-лы, 2 ил.

НоА кОнденсатор 1, два дополнительных - О© (Я

1785067

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с высокими требованиями к величине пульсаций напряжения.

Известен магнитно-связанный сглаживающий фильтр индуктивного типа, содержащий сглаживающий Г-образный фильтр, состоящйй из первичной обмотки дросселя, включенной .последовательно в цепь нагрузки, конденсатЪра, включейного параллельно цепи нагрузки, и вторичной обмотки дросселя фильтра, соединенной началом с началом первичной обмотки дросселя, а . концом — через вспомогательный конденсатор с общим выводом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является фильтрдля сглаживания пульсаций выпрямленногб тока. состоящий из конденсатора и трансформатора, первичная обмотка которогб включена йоследователь lo с конденсатором на выводы пульсирующего напряжения, а вторичная обмотка его подключена последовательно к выходным выводам так, что ее напряжение находится в противофазе с переменной составляющей пульсирующего напряжения.

Недостатками известного устройства являются большие пульсации напряжения и низкие мэссогэбарит гые показатели с учеТоМ паразитных реактивностей конденсатора и имйульсного характера нагрузки, Целью изобретения является уменьшение пульсаций напряжения. улучшение массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в емкостный фильтр, содержащий входной, . выходной и общий выводы для подключения. соответственно, источнйка тока и нагрузки, основной конденсатор, одной обкладкой подключенный к общему выводу и индуктивный элемент, выполненный в ви, де трансформатора с двумя встречно-последовательно соединенными обмотками, одна из которых свободным выводом соединена с другой обкладкой основного конденсатора, а другая — включена между входным и выходным выводами введен емкостный элемент, включенный параллельно цепи из указанных встречно включенных обмоток трансформатора.

Кроме тогб; с целью снижения влияния паразитных реактивностей конденсаторов на величину пульсаций напряжения, емкостный элемент выполнен в виде одного дополнительного конденсатора, идентичного основному конденсатору, Кроме того, емкостный элемент может . быть йыполнен в виде двух дополнительных конденсаторов, соединенных последовательно, причем общая точка соединения дополнительных конденсаторов подключена к общей точке соединения обмоток трансформатора и к выходному выводу.

На фиг. 1 изображен емкостный магнитно-связанный фильтр с емкостным элементом в виде двух конденсаторов.

На фиг. 2 изобра>кен емкостный магнитно-связанный фильтр с емкостным элементом в виде Одного дополнительного конденсатора.

Емкостный магнитно-связанный фильтр (фиг. 1) содержит основной конденсатор 1, 15 первый дополнительный конденсатор 2, второй дополнительный конденсатор 3, соединенные последовательно с основным, трансформатор тока 4, первичная обмотка 5 и вторичная обмотка 6 которого включены

20 встречно-последовательно и подключены параллельно первому 2 и второму 3 дополнительным конденсаторам соответственно.

При этом входной сигнал подается на последовательно соединенные ОснОвнОй, первый

25 и второй дополнительные конденсаторы, а выходной снимается с основного и второго дополнительного конденсаторов.

Емкостной магнитно-.связанный фильтр (фиг. 2) содержит основной конденсатор 1.

30 дополнительный конденсатор 7, соединенный последовательно с основным, трансформатор тока 4, первичная 5 и вторичная 6 обмотки которого включены встречно-последовательно и подключены параллельно

35 дополнительному конденсатору 7. При этом входной сигнал подается между общей точкой обмоток трансформатора тока 4 и сво бодным выводом основного конденсатора

1, а выходной снимается с основного 1 и

40 дополнительного 7 конденсаторов.

Устройство работает следующим образом. Часть переменной составляющей

1в1 входного тока I -проходит через первичную обмотку 5 трансформатора тока 4, 45 что вызывает появление переменной составляющей этого тока Ig„.в его вторичной обмотке 6. Вся переменная составляющая . входного тока I- проходит через основной конденсатор 1, вызывая пульсации напря-.

50 жения на этом конденсаторе. Однако, ток I

3 в первом варианте и ток i<«z через дополнительный конденсатор7 во втором варианте вызывают на них пульсации, равные по

55 величине и противоположные по знаку пульсациям на основном конденсаторе 1. Таким образом, выходное напряжение, равное сумме напряжений на основном и втором дополнительном конденсаторе в первом ва1785067

15 (5) 20 (6)

0 Ос2 1 (7)

0 т С,ф . (8) (9) . 25 (10) (11) где.N — коэффициент трансформации трансформатора тока 4;

e1 — число витков первичной обмотки 5;

1212 — число витков вторичной обмотки 6;

D Uc2

Ояз, — — напряжение и ега произ- 35

DT водная йа втором вспомогательном конденсаторе 3;

0U.

Ос1, -„— напряжение и его произ40 водная на втором вспомогательном койденсаторе 2;

ОО

Uc, — — напряжение и его произ0Т водная на основном конденсаторе;

Ic1, Ic2 — токи первого и второго дополнительных конденсаторов соответственно;

С1, С2, С вЂ” величина емкости Aepaoro, второго дополнительных и основного конденсаторов соответственно;

1 — переменная составляющая входного тока;

D Овых

Овых, „-. напряжение на выходе . и его производная;

Свф — эффективная величина (с точки зрения пульсаций) выходной емкости:-! д, 1 1 - токи первичной 5 и вторичной 6 обмоток трансформатора тока 4. рианте, и равное сумме напряжений на основном и дополнительном конденсаторе во втором варианте не содержит переменной составляющей напряжения, вызванной током I, что эквивалентно бесконечно боль- 5 шой эффективной емкости по отношению к этому току.

Для получения необходимых соотношений между элементами схемы (фиг. 1) воспользуемся следующими очевидными 10 соотношениями:, N ОС2=ОС1 (1)

0 Ос2 . 0 Ос1 (2)

DT DT

Ic2 = C2 1 (3)

0 Ос2 DÒ с1=C1 0Т (4)

I =С

DT

Овых = Uc Uc2

0 Овых 0 Uc

DT DT (е.-; в11+ 1с1

, = IA= 1сг

Ig1= N Ig)y

Ш1

D — — производная по времени, DT

Решая совместно уравнения (1-11) можно получить:

Сф г (12)

С2 + М C1 C (N — 1 )

Как видно из (12) возможна ситуация когда Свф= со, Это происходит при выполнении условия

Сг+ игc1 = С(и -1). (13)

При этом на выходе пульсации напряжения отсутствуют.

Из анализа (13) вытекают два частных случая:

С1=0

С Сг

Сэф C2 C(N 1 ° .. (14)

Из(14) следует условие получения нулевых пульсаций;

C2 = C (N - 1) (15)

C2=0 (18) С,ф— где С12 — величина емкости дополнительного конденсатора.

Из (18) следует условие получения нулевых пульсаций во втором варианте:

С12

С (19) Здесь следует также отметить, что дополнительные конденсаторы испытывают воздействие только пульсаций напряжения на основном конденсаторе, а постоянная составляющая напряжения на них равна нулю. Поэтому возможно испол ьзоаа нЙЕ всяпо- могательнйх конденсаторов на значительно меньшее напряжение, чем основногон Это особенно важно в высоковольтных источниках вторичного электропитания.

Другой важной особенностью является воэможность ослабления нежелательнже

Сй С ф N2 С1 — С (N — 1)

Условие нулевых пульсаций иэ (16):

С1 — CN— - 1., (17) г :- -Таким образом, выбор величин дополнительных емкостей по заданной величине основной и коэффициента трансформации:. трансформатора тока 4 в соответствие с одним из уравнений (13, 15, 17) обеспечивает получение бесконечной эффективной емкости на выходе схемы гпри конечных значениях используемых элементов и, как следствие это о нулевых пульсаций напряжения.

Для второго варианта из аналогичных соображений можно получить;

1785067

6uz. 8

Составитель А.Фролов

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор

Корректор H.Ãóíüêî

Заказ 4369 Тйраж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5, Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 действия паразитных реактивностей используемых конденсаторов. Действительно, если выбрать второй вспомогательный конденсатор (фиг. 1) и вспомогательный конденсатор (фиг, 2),идентичными основно- 5 му конденсатору. то токи, протекающие через них,при выполнении условий (13, 15, 17 или 19) будут равны. Поэтому они будут вызывать одинаковые падения напряжения на паразитных реактивностях этих конденса- 10 торов. Но эти напряжения включены в противофазе друг другу по отношеййю к: выходному напряжению, что при "полном совпадении велйчйн паразитных реактивнйх сопротивлений конденсаторов позво- 15 ляет исключйть их влияние на выходное напряжение. Отсюда следует и другая возможность исключения влияния паразитной реактивности основного конденсатора. А именно; включение дополнительной реак- 20 тивности либо последовательно с ним, либо с вспомогательным конденсатором такой по значению, чтобы токи, протекающие через этй ветвирызывали одинаковые падения напряжения на них (сами токи по величине 25 могут быть разные).

Как видно из предшествующего, предложенное устройство может работать от входного источника тока и обеспечивает на

"выходе нулевые пульсации напряжения. 30

Это особенйо йажно при использований данного устройства в преобразователях постоянного напряжейия с прерывистым характером входного или выходного тока (например повышающая, полярно -инверти- 35 рующая схемы). Однако, она так.же эффективна и при фильтрации непрерывного тока, имеющего переменную составляющую, Формула изобретения

1. Емкостный магнитно-связанный фильтр, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного тока и нагрузки, основной конденсатор, одной обкладкой подключенной к общему выводу, и индуктивный элемент, выполненный в виде трансформатора с двумя встречно-последовательно соединенными обмотками, одна из которых свободным вйводом соедййена с другой обкладкой основного конденсатора, а другая включена между входным и выходным выводами, отличающийся тем. что, с целью уменьшения пульсаций выходного напряжения и улучшения массогабаритных показателей, дополнительно введен емкостный элемент, включенный параллельно цепи из уквзанных встречно включенных обмоток трансформатора. .2, Фильтр по и. 1, отличающийся тем, что емкостный элемент выполнен в виде одного дополнительного конденсатора, идентичного основному конденсатору.

3. Фильтр поп. 1,отл и чаю щийс я тем, что емкостный элемент выполнен в виде двух дополнительных конденсаторов, соединенных последовательно, причем общая точка соединения дополнительных конденсаторов подключена к общей точке соединения обмоток трансформатора и к выходному выводу.