Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцн влнстических

Республик ()963066 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

И11 М. Кл. (22) Заявлено 090281 {21) 3244686/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Н 02 М 1/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (S3) УДК621. 314. .56(088.8) Опубликовано 2 0982. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 2309-82 р

1 (72) Авторы . изобретения

Ю.Э. СооЯРв В.В. Сарв и П.И. Там (71) Заявитель

Институт термофизики и электрофизики AH 3c (54) ФИЛЬТР ДЛЯ СГЛАЖИВАНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ВЫПРЯМЛЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для сглаживания выходного напряжения регулируемых или нерегулируемых выпрямителей.

Известны индуктивно-емкостные

I фильтры для однофазных нерегулируемых выпрямителей, состоящие из двух обмоточного сглаживающего дросселя, конденсатора и диодов для коммутации секций дросселя, причем обмотки дросселя имеют равное количество витков и переключаются периодически с последовательного соединения на параллельное и наоборот (1) и (2).

Известно устройство для регулирования переменного напряжения, содержащее управляемый мост, сглаживающий дроссель с секционированной обмоткой и дополнительные тиристоры для коммутирования этих секций 1.3 1.

Недостатком этих устройств является их сложность.

Наиболее близким к иЗобретению является фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, со- 35 держащий включенный между первым вход-, ным и первым выходным выводами сглаживающий дроссель с регулируемым количеством витков и с ферромагнитным сердечником и управляемые ключевые ЗО элементы, причем второй входной и второй выходной выводы объедине- . ны Г43.

В этом фильтре обмотка сглаживающего дросселя выполнена с отводами, причем начало обмотки и -каждый из ее отводов через соответствующий управляемый. ключевой элемент соединены с положительным входным выводом фильтра.

Недостатком известного фильтра .является большое количество управляемых ключевых элементов и секций обмотки сглаживающего дросселя, если требуется уменьшение двукратной амплитуды пульсаций выпрямленного тока больше 6 раз. Это объясняется тем, что в известном фильтре количество формированных уровней выпрямленного тока и связанное с этим уменьшение двукратной амплитуды пульсаций вы-. прямленного тока равны количеству секций обмотки сглаживающего дросселя, т.е. -и количеству управляемых ключевых элементов.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в фильтре для сглаживания пульвацнй выпрямленного напряжения, со961066 держащем включенный между первым входным и первым выходным выводами сглаживающий дроссель с регулируемым количеством витков и с ферромагнитным сердечником, и управляемые ключевые элементы, причем второй входной и второй выходной выводы объединены, обмотка дросселя разделена на одну основную и и регулировочных секций, соединенных между собой последовательно через соответствующие управляемые ключевые элементы.

Кроме того, начало и конец каждой регулировочной секции через два соответствующих управляемых ключевых элемента соединены с началом-последующей 5 регулировочной секции, а отношения чисел витков первой . и каждой последующей регулировочных секций к числу витков первой регулировочной секции составляют геометрический ряд вида о

Кроме того, каждая регулировочная секция выполнена с помощью отводов в виде К-1 подсекций, где K=3,4,5,..., . с одинаковым количеством витков, при-25 чем начало каждой секции через К управляемых ключевых. элементов соединено с началом, концом и отводами предыдущей регулировочной секции, à отношения чисел витков, первой и каж- 30 дой последующей регулировочных секций к числу витков первой регулировочной секции составляют геометрическ„й ppsarZ Za ZZza aК,К,К,...,К

На фиг. 1 приведена схема предла- 35 гаемого фильтра для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения для случая К=4 и n=2; на фиг. 2 — то же, для случая К=2 И п=3, на фиг. 3 . графики токов и напряжений, поясняю- 4р щие работу фильтра (К=4, n=2).

Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (фиг.1) содержит сглаживающий дроссель, состоящий иэ магнитопровода 1 с немагнитным45 зазором, основной секции 2 и регулировочных секций 3 и 4 обмотки дросселя (в общем случае 1прегулировочных секций), и восемь {в общем, случае К и,) управляемых однонаправленных ключевых элементов 5-12. Регулировочные секции 5 )

3 и 4 обмотки выполнены в виде трех (в общем случае К-1) подсекций.

Начало основной секции 2 соединеi но через управляемые однонаправленные ключевые элементы 5-8 с началом, 55 с отводами и с концом регулировочной секции 4, а начало регулировочной секции 4 через управляемые однонаправ. ленные ключевые элементы 9-12 с началом, с отводами и с концом предыду-60 щей регулировочной секции З.соответственно. Конец основной секции обмотки соединен с одним выходным выводом

13, а начало первой регулировочной секции 3 — с одним входным выводом.

14 фильтра. Входной вывод 15 и выходной вывод 16 образуют общую точку входа и выхода фильтра.

Согласно фиг. 2 фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения содержит сглаживающий дроссель, состоящий из магнитопровода 17 с немагнитным зазором, основной секции 18 три (в общем. случае n) регулировочных секций 19-21 и шесть (в общем случае 2п) управляемых ключевых элементов 22-27. Начало основной секции

2 соединено через управляемые однонаправленные ключевые элементы 22 и

23 с началом и с концом регулировочной секции 21, а начало регулировочной секции 21 соединено через управляемые однонаправденные ключевые элементы 24 и 25 с началом и c,êoíöoì предыдущей регулировочной секции 20 и т.д.

Начало первой регулировочной секции соединено с одним входным выводом .28, а конец. основной секции 18 обмотки с одним выходным выводом 29.

Другой входной 30 и выходной 31 выводы являются общей точкой входа и выхода фильтра. Направление однонаправленных ключевых элементов определяется полярностью входного вы-,1 прямленного напряжения.

Сущиость работы схемы состоит .в том, что из-за электромагнитной инерции накопления в дросселе электромагнитная энергия И„, и магнитный поток Ф, а следовательно, и намагничивающая сила дросселя F = 2M /Ф не могут изменяться скачкообразно. С другой стороны, F = M i где ы — число витков обмотки сглаживающего дросселя, участвующее в работе в данный момент, К мгновенное значение тока нагрузки. Поэтому скачкообразное изменение количества витков, участвующих в работе, обуславливает скачкообразное изменение мгновенного значения тока нагрузки

По этой же причине пределы изменения тока определяются числом витков отдельных секций обмотки сглаживающего дросселя, а относительное количество витков подсекций первой регулировочной секции равно

1нмакс. 1н мин. (1 4s мин. количество витков подсекций первой регулировочной секции, Ж вЂ” количество витков основной секцйи, 1„ сп, допустимое максимальное мгновенное значение тока нагрузки, . 1ц„„ „, — допустимое минимальное мгновеййое значение тока нагрузки, и макс н мин. двухкратная амплитуда пульсаций тока нагрузки.

Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения работаег следующим образом.

961066

Порядок работы ключевых элементов

5-12 схемы (фиг. 1) для промежутка времени t<-й4 прИведен в таблице.

Интервады времени сз t4.

Работающие 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 ключи

9 10 11 12 11 12

1. Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, содерЕсли постоянно замкнуты ключевые элементы 5 и 9 (фиг. 1), тогда из-за конечного значения индуктивности дросселя через него и нагрузку проте( кает ток i> co средним значением и пульсацией периодом Т/2 (фиг.З).

Нагрузка фильтра R — активная, базисной величиной напряжения принято амплитудное значение выйрямленного напряжения U = U, а базисной величиной тока $ а = 0„„/R

Для уменьшения двукратной амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения необходимо в промежутках времени сз, когда выходное напряжение фильтра UH м ныне напряжения на вхо- 15 де фильтра Ue,ïîñòåïåííî увеличивать количество витков обмотки дросселя, т.е. каждый раз, когда мгновенное значение выходного напряжения фильтра достигает допустимой максимальной щ величины 0имакс,при помощи ключей увеличивать скачкообразно количестВ промежутке времени с, - „ + т/2

I включение ключевых элементов производится в обратной последовательности.

При маленьких значениях входных 35 пульсаций фильтра и выбором подходящих коммутационных функций ключевых элементов можно получить уменьшение двукратной амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения в К раз, 40 где К-1 — число подсекций в регулировочных секциях, n — число регулировочных секций.

Одновременно с уменьшением пульсаций увеличивается частота пульсаций, 45 вследствие чего остаточную пульсацию легко подавить емкостью, включенной параллельно к выходным выводам фильтра. При этом ритмичное переключение числа витков обмотки сглаживающего дросселя не меняет среднего значения 5О выходного напряжения фильтра.

В известном фильтре максимальное уменьшение двукратной амплитуды пульсаций равно количеству ключевых элементов К и, а в предлагаемом фильтре 55 подавление пульсаций значительно выше. В предлагаемом фильтре количество ключевых элементов равно К.п, а коли-, чество возможных разных чисел витков обмотки сглаживающего дросселя и свя- 60 занное с этим уменьшение двукратной амплитуды пульсаций равны К, где и — количество регулировочных секций, К-1 - количество подсекций в регулировочной секции. 65 во витков обмотки, вследствие чего ток и напряжение нагрузки уменьшаются скачкообразно до допустимой минимальнойй величины U > мин

В промежутках времени t<-t<+ Т/2, когда выходное напряжение фильтра

U„ превышает входное напряжение фильтра 0й необходимо постепенно уменьшать количество витков обмотки дросселя, т.е. когда мгновенное значение выходного напряжения уменьшается до допустимой минимальной величины, включением следующей комбинации ключевых элементов скачкообразно уменьшать количество витков обмотки дросселя и вследствие этого увеличиваются выходные ток и напряжение фильтра до допустимой максимальной величины 04 маке.

При наличии двух регулировочных секций с тремя подсекциями "в каждой .(n=2, К = 4) количество ключевых элементов равно 8, а количество разных чисел витков обмотки — 16.

При наличии трех регулировочных секций с двумя подсекциями в каждой (n=-Ç, К=3) количество ключевых элементов равно 9, а количество разных чисел витков обмотки — 27.

При наличии четырех регулировочных секций без разделения их в подсекции (n=4, К=2) количество ключевых элементов равно 8, а количество разных чисел витков обмотки дроссе-. ля — 16.

Таким образом, предлагаемый фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения обеспечивает существенное увеличение коэффициента фильтрации индуктивного сглаживающего фильтра и может быть использован в источниках электрического питания, содержащих однофазные или многофазные управляемые или неуправляемые выпрямители и целесообразен особенно при совместной работе с низковольтным выпрямителем, так как предлагаемый сглаживающий фильтр не уменьшает среднего значения выпрямленного напряжения.

Формула изобретения

961066

Фиг1 жащий включенный между первым входным и первым выходным выводами сглаживающий дроссель с регулируемым количеством витков и с ферромагнитным сердечником, и управляемые ключевые элементы, причем второй входной и второй выходной выводы объединены, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения, обмотка дросселя разделена на одну основную и и регулировочных секций, соединенных между собой ф последовательно через соответствующие управляемые ключевые элементы.

2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что начало и конец каждой регулировочной секции через цва соответствующих управляемых ключевых элемента соединены с качалкам последующей регулировочной секции, а отношения чисел витков первой и каждой последующей регулировочных секций к числу витков первой регулировочной секции составляют геометрический ряд вида 2, 2", 2,...,2"

3. Фильтр по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что каждая регулироВНИИПИ Заказ 7310/72

Тираж 721 Подписное,Филиал ППП "Патент", r. .Ужгород, ул.Проектная,4 вочная секция выполнена с помощью отводов в виде К-1 подсекций, где

К = 3,4,5,...,..с одинаковым количеством витков, причем начало каждой секции через К управляемых ключевых элементов соединено с началом, концом и отводами предыдущей регулировочной секции, а отношения чисел витков первой и каждой последующей регулировоч ных секций к числу витков первой регулировочной секции составляют reoI метрический ряд вида К, К, К о

К И-4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 412658, кл. Н 02 М 1/14, 197I.

2. Проблемы преобразовательной техники. Тезисы докладов всесоюзной конференции. Киев, 1979 ч.1, с. 2831.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 624220, кл. G 05 F 1/20, 1976.

4. Авторское свидетельство СССР

9 777782, кл. Н 02 М 1/14, 1979.