Сетевой фильтр


 


Владельцы патента RU 2446549:

Цветков Андрей Эрнестович (RU)
Кучин Владимир Сергеевич (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в использовании энергии повышающегося в нагрузке тока и, как следствие, экономии потребляемой нагрузкой электроэнергии. Сетевой фильтр включает в себя входные и выходные выводы для подключения его в разрыв линейных проводов. Между входными и выходными выводами включены катушки индуктивности с сердечниками, образующие вычитающий фильтр высоких частот, и, последовательно с ними, токовые фильтрующие индуктивности, например фильтры средних частот, с сердечниками. Токовые фильтрующие индуктивности снабжены дополнительными обмотками. Между линейными проводами включены не менее двух фильтро-корректирующих цепей. Каждая из фильтро-корректирующих цепей содержит электронный ключевой и реактивный элементы. Выходы дополнительных обмоток через детектирующие устройства подключены соответственно к электронным ключевым элементам фильтро-корректирующих цепей. Входные выводы фильтра связаны между собой через конденсатор. 1 з.п. ф-лы,1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока.

В настоящее время известно большое количество сетевых фильтров с различными характеристиками. Основные виды: неадаптивные фильтры, т.е. фильтры, не имеющие адаптивных элементов, параметры которых зависят от тока в цепи нагрузки, и адаптивные фильтры.

Известен адаптивный сетевой фильтр, содержащий магнитосвязанные катушки индуктивности на общем ферромагнитном сердечнике, включенные согласно в разрыв линейных проводов сети электропитания, и конденсаторы, связывающие линейные провода между собой и шиной заземления (Т.Уильямс, К.Армстронг. ЭМС для систем и установок. М.: ИД «Технологии», 2004, с.337, рис.8.10).

Недостатком этого фильтра является низкая эффективность при быстром кратковременном повышении или понижении тока в нагрузке как из-за внешних, так и из-за внутренних причин. Указанный фильтр не способен обеспечить фильтрацию одновременно и высокочастотных и среднечастотных изменений тока.

Известен адаптивный сетевой фильтр, описанный в первом варианте патента RU 2381614 (МПК Н02М 1/16, 10.02.2010 г.), выбранный в качестве прототипа, содержащий катушки индуктивности на ферромагнитных сердечниках, включенные в разрыв линейных проводов, и конденсаторы, связывающие линейные провода между собой и с шиной заземления, при этом катушки индуктивности зашунтированы дополнительно введенными ключевыми резистивными двухполюсниками.

Недостатком устройства является прекращение работы фильтрующих катушек индуктивности при срабатывании от повышенного напряжения шунтирующих двухполюсников, которые предназначены для защиты элементов фильтра, но не для защиты цепи нагрузки.

Задача изобретения - совершенствование конструкции сетевого фильтра.

Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на использование энергии повышающегося в нагрузке тока для уменьшения полной составляющей питающего тока и, как следствие, экономию потребляемой нагрузкой электроэнергии.

Блок-схема сетевого фильтра приведена на фиг.1.

Указанный технический результат достигается тем, что в сетевом фильтре, содержащем катушки индуктивности с сердечниками, включенные в разрыв линейных проводов, и конденсатор, связывающий линейные провода между собой, в каждый из линейных проводов дополнительно включена токовая фильтрующая индуктивность с сердечником, снабженная не менее чем одной дополнительной обмоткой, а между линейными проводами включены не менее чем две фильтро-корректирующие цепи, вход каждой из которых подключен к выходу одной из дополнительных обмоток.

Предпочтительно выполнение фильтро-корректирующих цепей в виде последовательно включенных электронного ключевого и реактивного элемента.

Сетевой фильтр включает в себя входные 1, 2 и выходные 3, 4 выводы для подключения его в разрыв линейных проводов. Между входными и выходными выводами 1, 3 и 2, 4 включены катушки индуктивности 5 и 6 с сердечниками, образующие вычитающий фильтр высоких частот, и, последовательно с ними, токовые фильтрующие индуктивности 7 и 8, например фильтры средних частот, с сердечниками. Токовые фильтрующие индуктивности 7 и 8 снабжены дополнительными обмотками 9 и 10. Между линейными проводами включены не менее двух, например две фильтро-корректирующие цепи А и Б. Каждая из фильтро-корректирующих цепей А и Б содержит электронный ключевой, соответственно 11 и 12, и реактивный 13 и 14 элементы. Выходы дополнительных обмоток 9 и 10 через детектирующие устройства 15 и 16 подключены соответственно к электронным ключевым элементам 11 и 12 фильтро-корректирующих цепей А и Б. Входные выводы фильтра 1 и 2 связаны между собой через конденсатор 17.

Сетевой фильтр работает следующим образом. При подключении нагрузки к выходным выводам 3, 4 ток начинает протекать по замкнутой цепи: входной вывод 1, катушка индуктивности 5 фильтра высоких частот, в которой происходит фильтрация токов высокой частоты, токовая фильтрующая индуктивность 7, в которой происходит фильтрация токов средней частоты, нагрузка, токовая фильтрующая индуктивность 8, катушка индуктивности 6, выходной вывод 2. Конденсатор 17 обеспечивает дополнительную фильтрацию высоких частот по входам 1, 2. При этом в дополнительных обмотках 9 и 10 создается напряжение, пропорциональное току в фильтрах средних частот 7 и 8 соответственно. Включение фильтро-корректирующих цепей А и Б происходит при достижении напряжением на дополнительных обмотках 9 и 10 порогов срабатывания детектирующих элементов 15 и 16. При этом данные пороги срабатывания зависят от вольт-амперных и частотно-временных характеристик детектирующих элементов 15 и 16 и могут быть выбраны, например, один больше другого. Если на дополнительной обмотке 9 создастся напряжение, при котором напряжение на детектирующем элементе 15 превысит порог срабатывания ключевого элемента 11, то ключевой элемент 11 включится и совместно с реактивным элементом 13 сделает активной фильтро-корректирующую цепь А. Если на обмотке 10 создастся напряжение, при котором напряжение на детектирующем элементе 16 превысит порог срабатывания ключевого элемента 12, то ключевой элемент 12 включится и совместно с реактивным элементом 14 сделает активной фильтро-корректирующую цепь Б. Постоянные времени детектирующих элементов 15 и 16 выбирают таким образом, что включение и выключение фильтро-корректирующих цепей происходит достаточно плавно, но не замедленно - в течение нескольких десятков периодов частоты питающего напряжения. При уменьшении тока в нагрузке, постоянном либо импульсном, процесс отключения фильтро-корректирующих цепей А и Б идет в обратном от описанного выше порядке. Подключение фильтро-корректирующих цепей А и Б приводит к отводу токов реактивного характера от нагрузки в эти параллельные цепи, что приводит в динамике к уменьшению углов сдвига фаз между током и напряжением в цепи относительно входа на клеммах 1, 2 и уменьшению подсчитываемой потребляемой мощности. При этом так как при уменьшении тока нагрузки происходит адаптивный процесс отключения фильтро-корректирующих цепей А и Б, то они дополнительной нагрузки не вносят, а работают только как компенсаторы.

Пример.

В качестве нагрузки использовали электрическую дрель. В этом случае ток при выключенном «курке» дрели в цепи отсутствует. В начале работы дрели в режиме без физической нагрузки возможно кратковременное стартовое увеличение потребляемого тока, которое будет скомпенсировано включением первой фильтро-корректирующей цепи А на небольшой промежуток времени.

В качестве детектирующего элемента 15 может быть использован, например, диодно-конденсаторный детектор с постоянной времени около 0,5 сек. Сигнал с него подается на ключевой элемент 11, в качестве которого используют, например, тиристорный твердотельный бесконтактный ключ, с порогом срабатывания 8 В. Срабатывание и отключение ключа может, например, иметь гистерезис около 2 В. Второй порог в фильтро-корректирующей цепи Б может быть выбран, например, на уровне 16 В, а постоянная времени диодно-конденсаторного корректора, например, 0,7 сек.

При начале работы дрелью ток, который она потребляет, и помехи в сети, которые она создает, будут зависеть от режимов работы - оборотов и физической нагрузки на режущем инструменте. Все выходящие за уровни порогов срабатывания детектирующих элементов токи, средние и импульсные, будут приводить к динамическому срабатыванию фильтро-корректирующих цепей А и Б. Это приведет к фильтрации и режиму экономии потребляемого активного тока. При отсутствии тока через нагрузку, в данном случае в дрели, фильтр немедленно отключит обе фильтро-корректирующие цепи и перейдет в режим нулевого собственного потребления энергии.

Измерения потребленной электрической энергии при разных режимах работы дрели в течение отрезков времени, равных 1 час, показали ее экономию в количестве от 7 до 35%.

Конденсатор используют емкостью, например, 1 мкФ.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый сетевой фильтр позволяет использовать энергию повышающегося и уменьшающегося в нагрузке тока для включения и отключения фильтро-корректирующих цепей и уменьшения полной составляющей питающего тока и, как следствие, экономить потребляемую нагрузкой электроэнергию.

1. Сетевой фильтр, содержащий катушки индуктивности с сердечниками, включенные в разрыв линейных проводов, и конденсатор, связывающий линейные провода между собой, отличающийся тем, что в каждый из линейных проводов дополнительно включена токовая фильтрующая индуктивность с сердечником, снабженная не менее чем одной дополнительной обмоткой, а между линейными проводами включены не менее чем две фильтро-корректирующие цепи, вход каждой из которых которой подключен к выходу одной из дополнительных обмоток.

2. Сетевой фильтр по п.1, отличающийся тем, что каждая фильтро-корректрирующая цепь содержит электронный ключевой и реактивный элементы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для повышения помехоустойчивости устройств релейной защиты и автоматики, питающихся от сети постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания на основе инверторов тока для установок индукционного нагрева и плазмохимического синтеза озона.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии, например в повышающих и понижающих преобразователях. .

Изобретение относится к электротехнике, конкретно, к области силовой электроники и может быть использовано в качестве управляемого устройства для запуска сетевого преобразователя напряжения, в частности, при построении источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, устройств электрохимической защиты подземных металлических сооружений от почвенной коррозии, коррозии блуждающими токами, работающих в импульсно-непрерывном режиме.

Изобретение относится к электротехнике для использования в преобразовательной технике в импульсных регуляторах напряжения, преобразователях частоты и напряжения большой мощности, работающих при повышенных входных напряжениях, например, в железнодорожном и городском транспорте.

Изобретение относится к преобразовательной и импульсной технике для питания потребителей импульсной мощности. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для подавления помех в проводах сетевого питания зданий, крупных вычислительных центров, больших ЭВМ, других электронных устройств большой мощности.

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к способам переключения тиристорое ь схемах формирования мощных импульсов тохз с высокими значениями параметров di/dt в открытом состоянии для создания мощных быстродействующих импульсных модуляторов и генераторов.

Изобретение относится к электротехнике . .

Изобретение относится к силовой электронике

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока, для предотвращения долговременной подачи избыточного напряжения в цепь нагрузки и для общего энергосбережения активной и реактивной энергии. Сущность изобретения: сетевой фильтр содержит включенные в разрывы каждого из линейных проводов катушку индуктивности с сердечником и токовую фильтрующую индуктивность с сердечником, снабженную не менее чем одной дополнительной обмоткой; включенные между линейными проводами конденсатор и не менее чем две фильтрокорректирующие цепи, вход каждой из которых подключен к выходу одной из дополнительных обмоток; включенные последовательно между линейными проводами катушку подмагничивания и балластные индуктивности с сердечниками и управляющими обмотками, которые одним из выводов подключены к одному из линейных проводов; пороговое решающее устройство, включенное на входе между линейными проводами; первые электронные коммутирующие устройства, включенные между одним из линейных проводов и входами управляющих обмоток; вторые электронные коммутирующие устройства, включенные параллельно балластным индуктивностям, при этом выходы порогового решающего устройства соединены с первыми и вторыми электронными коммутирующими устройствами, а катушка подмагничивания установлена, по меньшей мере, на один из сердечников катушек индуктивности. Устройство позволяет получить технический результат - существенно экономить потребляемую нагрузкой электроэнергию. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока, предотвращения долговременной подачи избыточного напряжения в цепь нагрузки и энергосбережения активной и реактивной энергии. Сущность изобретения: сетевой фильтр содержит включенные в разрывы каждого из линейных проводов катушку индуктивности с сердечником и токовую фильтрующую индуктивность с сердечником, снабженную не менее чем одной дополнительной обмоткой, включенные между линейными проводами конденсатор и не менее чем две фильтрокорректирующие цепи, вход каждой из которых подключен к выходу одной из дополнительных обмоток, включенные последовательно в линейные провода понижающие индуктивности с сердечниками и катушками создания противотока, контролирующее устройство, а также первые и вторые пары электронных ключей, при этом понижающие индуктивности своими выводами через первые и вторые пары электронных ключей подключены к линейным проводам, а контролирующее устройство включено между линейными проводами после фильтрокорректирующих цепей и его управляющие выходы соединены с первыми и вторыми парами электронных ключей. Технический результат - устройство позволяет существенно экономить потребляемую нагрузкой электроэнергию. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх