Устройство для уменьшения пульсаций напряжения постоянного тока

(51)4 Н 0 3 м"Юг ИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО;ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБР(71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) О.И.Новиков(56) Авторское свидетельство СССР 9 382208, кл. Н 02 М 1)12, 1973.Авторское свидетельство СССР У 1201975, кл. Н 02 М 1/12, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для сглаживания гармоник пульсирующего напряжения на.выходе полупроводниковых преобразователей. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и улучшение массогабаритных показателей. Устройство 3 подключено к выходу источника 1 напряжения постоянного тока и включа " ет реактор 4 с наружной 5, средней 6 и внутреннейобмотками, компенсирующий резистор 8, резонансные 1.С-цепочки 9 и конденсатор 10. Обмотки 5 и 7 соединены последовательно и согласно и подключены к входному 11 и выходному 12 выводам, Обмотка 6 образует с резистором 8 замкнутый электрический контур компенсации, 1.С-це" почки 9 включены между общим выводом 13 и точкой соединения обмоток 5 и 7. Указанное выполнение реактора 4 и зкранирующее действие его обмоток 5 и 7 по отношению к обмотке б уменьшает влияние злектромагнитных полей и магнитных масс. Использование индук тивной связи между обмотками 5 - 7 позволяет зтим обмоткам выполнять Функции отдельных реакторов в устройстве с полной компенсацией. В резуль- р тате уменьшаются количество реакторов и установленная мощность. 1 ил, 1 У ьРь+Хь - ЕЬ 1 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для сглаживания гармоник пульсирующего напряжения на выходе полу.проводниковых преобразователей, яв 5ляющихся источниками постоянного токаи питающих нагрузку различного назначения.Цель изобретения - повьппение поме :хоустойчивости и улучшение массогабаритных показателей.На чертеже показана схема устрой: ства для уменьшения пульсаций напряжения постоянного тока на выходе ис, точника 1, который питает нагрузку 2,Устройство 3 имеет реактор 4 с наружной 5 средней б внутренней 7 : обмотками, компенсирующий резистор 8, резонансные ЬС-цепочки 9, кон денсатор 10, входной 11 и выходной 12 выводы для подключения к устройству 3 источника 1 напряжения постоянного тока и его нагрузки 2, общий вывод 13, который соединен с источником 1 и с его -нагрузкой 2. Каждая ЬС-цепочка 9 содержит катушку 14 индуктивности и конденсатор 15, Наружная обмотка 5 соединена последовательно и согласно с внутренней обмоткой 7. Свободные выводы обмоток 5 и 7 подключены, соответственно к входному 11 и выходному 12 выводам устройства,3 . Средняя обмотка 6 реактора 4 образует с компенсирующим резистором 8 замкнутый электричес" кий контур компенсации. Резонансные ЬС-цепочки 9 подключены между общей точкой обмоток 5 и 7 реактора 4 и общим выводом 13 устройства 3, к этому же выводу подключен и конденсатор 10. Второй вывод конденсатора 10 соединен с выходным выводом 12 уст ройства.3.Устройство работает следующим образом.Процесс сглаживания гармоник пульсирующего напряжения описывает уравнение частотной характеристики козФФициента сглаживания К напряжения, имеющее следующий вид: где У и 11 - напряжение гармоникна входе и на выходеустройства 3;Е, Е - сопротивление наружной5 и внутренней 7 обмоток реактора 4;Е, 2 - результирующее сопротивление С-цепочек 9 исопротивление цепи конденсатора 10;Еи - сопротивление взаимнойиндуктивности М междунаружной 5 и внутренней7 обмотками реактора 4;,Е ,Е - сопротивления, вносимые из контура компен-."сации в цепи обмоток 5и 7 реахтора 4 и в общую цепь ЬС-цепочек 9.В уравнении (1) верхние и нижние знаки перед сопротивлениями Е и Е ь соответствуют согласному и встречному соединениям наружной 5 и внугренней 7 обмоток реактора 4. Вносимые сопротивления и сопротивление взаимной индуктивности Мь можно определить соответственно по следующим Формулам;Е 1 ь- сдфМ КЕ ф е.аае. аа.еа +Е 5 Еб Е 5 ДМ рЕ й- -- а --Е 5 Еь+д Ь угловая частота сглаживаемых гармоник напряжения;сопротивление взаимной индуктивности М- и Ммежду наружной 5, средней 6обмотками и между внутренней 7, средней б обмотками реактора 4;Е - сопротивление средней об"мотки 6 реактора 4;Еб - сопротивление компенсирующего резистора 8;К,Ь в , активное сопротивление и5индуктивность контура компенсации.Из формул (1)-(5) следует, чтосущность работы устройства состоитв следующем. Из контура компенсациив общую цепь цепочек 9 и в цепи обмоток 5 и 7 реактора 4 вносятся соп",ротивления Еь,Еи Еь., которыеимеют активную и реактивную составляющие, и реактивное сопротивление2 Характер (индуктивный, емкостный) реактивных составляющих сопротивлений Еь и Е и знак (отрицательный, положительный) активнойсоставляющей сопротивления Еь зависят от схемы соединения (встречное,согласное) между собой наружной 5 ивнутренней 7 обмоток реактора 4,Так как в сопротивлении Е+ 21"- 2 25. активная составляющая результирующего сопротивления Е ЬС"цепочек 9всегда положительна, сопротивление.Ед не имеет активной составляющей иактивная составляющая сопротивления2 имеет отрицательную величинутолько при согласном соединении об.моток 6 и 7. Только при таком соединении этих обмоток имеет место компенсация активного сопротивления вцепи ЬС-цепочек 9,Компенсация реактивных составляющих сопротивления Е +2, Т Е ь возможна при встречном и при согласном соединении обмоток 5 и 7 реактора 4 иобеспечивается соответствующей настройкой ЬС-цепочек 9. Поэтому толькопри согласном соединении обмоток 5и 7 реактора 4 возможна полная компенсация обеих составляющих сопротивления Е + Е + Е ,когда его модуль9обращается в нуль или имеет ничтожно малую величину.,Полная компенсация обеспечивается при определенныхзначениях частоты, задаваемых настройкой ЬС-цепочек. Количество значений такой частоты равно числу ЬС-цепочек. Если значения частоты, на которой имеет место полная компенсация.равны частоте гармоник пульсирующегонапряжения. сглаживаемых устройством3, то коэффициент сглаживания значи"тельно возрастает и за счет этого устройство 3 реализует высокое сглаживающее действие. Чем качественнее компенсация составляющих сопротивле-ния Е, + Е,+ Е , тем меньше его мо" дуль, больше коэффициент сглаживания н соответственно сглаживающее действие устройства 3.При использовании устройства 3 в производственных условиях реактор 4 неизбежно подвергается влиянию электромагнитных полей, создаваемых токо- ведущими частями и силовым оборудованием, и магнитных масс, образованных из металлических конструкций, ограждений, кожухов. Интенсивность этого влияния меняется, так как она определяется режимами работы силового оборудования и расстоянием от магнитных масс до реактора 4, которое может быть разным, например ограждения и кожуха удалены при настройке устройства 3 и приближены во время его работы. В результате таких влияний изменяются индуктивность, взаимная индуктивность и активное сопротивление обмоток реактора, что ухудшает компенсацию и снижает сглаживающее действие устройства 3. Вследствие изменения во времени интенсивности укаэанных влияний устранить отмеченные их отрицательные последствия не представляется возможным. Наиболее критичным элементом устройства 3 к влиянию электромагнитных полей и магнитных масс является средняя обмотка 6 реактора 4. Это объясняется тем, что сопротивление Е , определяющее процесс компенсгцйи, име" ет квадратичную зависимость от индуктивности и активного сопротивления обмотки 6 реактора 4.При конструктивном расположении обмотки 6 между обмотками 5 и 7 реактора 4 уменьшается нежелательное влияние электромагнитных полей и магнитных масс на процесс сглаживания. Это объясняется тем, что наружная 5 и внутренняя 7 обмотки реактора 4 помимо ограничения тока, создаваемого пульсациями напряжения, вы. полняют функции экрана по отношению к средней обмотке 6 и увеличивает эффект внешних металлических экранов, образуя с ними многослойный экран с воздушным зазором, дающий высокую эффективность экранирования,Индуктивная связь между тремя обмотками реактора.4 дополнительно к экранирующему действию его обмоток1429249 6составляющими сопротивлений 2 и Е согласно соединенных обмоток 5 и 7 реактора 4.При использовании изобретения повышается помехоустойчивость от влияния электромагнитных пблей и маг" нистных масс на контур компенсации и улучшаются массогабаритные показатели реактора. Составитель А. Кириллов Редактор А,Козориз Техред А.Кравчук КорректорИ.МускаЗаказ 5138/52 Тираж 666 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Проиэводственно-полиграфическое предприятие,. г. Ужгород, ул, Проектная, 4 55 и 7 уменьшает отрицательные последствия влияния электромагнитных .полей И магнитных масс, Это следует из то" го, что при разных знаках величин5 Ев и 2 в , входящих в сопротивление ЦФ 2+ Е ,обусловленные указанным влиянием изменения реактивной составляющей сопротивления Ец и реактивного сопротивления Е взаимно уничто О ахают друг друга. Для этого необходив) соблюдение условия И,дМ, ко,орое обеспечивается при одинаковомоличестве вагонов обмоток 5 и 7.ри выполнении равенства МвМм 15 вмазанное влияние приводит к увелифению только активной составляющей СОпротивления Еу + Е,вй Ецчто также усудшает качество компенсации. Обесйечив на частоте сд компенсируемой 20 гармоники выполнение неравенства К С сдЬ, можно свести к минимуму , увеличение этой активной составляющей и получить хорошее качество компенсации. 2 бИспользование индуктивной связи между тремя обмотками реактора 4 поз" воляет его обмоткам 5 и 7 выполнять функции отдельных реакторов и устройстве с полной компенсацией, Благода- ЗО ря этому уменьшается количество реакторов без ухудшения сглаживающего действия. Наличие индуктивной связи между обмотками 5 и 7 реактора 4 до" полнительно позволяет уменьшить установленную мощность этих обмоток.Это подтверждается тем, что в соп-, ротивлениях 2+ 2, - ,2- 2,;40Ев+ 2,+ Ев, ф Еввих реактивная составляющая 2 имеет одинаковый знак с индуктивными Формула изобретенияУстройство для уменьшения пуль- саций напряжения постоянного тока, содержащее входной, выходной и общий выводы для подключения, соответственно, источника напряжения постоянного тока и нагрузки, двухобмоточный реактор, резонансные ЬС-цепоч" ки; один вывод каждой из которых соединен с общим выводом, а другой - с одним из выводов первой обмотки реактора, другой вывод которой соединен с входным выводом, конденсатор, включенный между выходным и общим выводами, и компенсирующий резистор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и улучшения массогабаритных показателей, реактор дополнительно снабжен третьей обмоткой, включенной согласно относительно первой и второй об" маток реактора и соединенной параллельно с компенсирующим резистором, а вторая обмотка соединена согласно последовательно с первой обмоткой и свободным выводом подключена к вьг ходному выводу, причем первая и вто" рая обмотки реактора конструктивно расположены соответственно снаружи и внутри реактора, а его третья обмотка расположена между первой и второй обмотками.