Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцнвлнстическихРеспублик(23) Приоритет Н 02 М 1/14 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявител и и электрофизики АН Э нститут тер 4) ФИЛЬТР ДЛЯ СГЛАЖИВАНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ВЫПРЯМЛЕННОГНАПРЯЖЕНИЯ элементы, привторой выходины Г 43. м второй входной выводы объедине 0 игается тем,живания пульпряжения, соИзобретение относится к электротехнике и предназначено для сглаживания выходного напряжения регулируемых или нерегулируемых выпрямителей.Известны индуктивно-емкостныефильтры для однофазных нерегулируемых выпрямителей, состоящие из двухобмоточного сглаживающего дросселя,конденсатора и диодов для коммутации секций дросселя, причем обмоткидросселя имеют равное количество витков и переключаются периодическис последовательного соединения напараллельное и наоборот 11) и 2.Известно устройство для регулирования переменного напряжения, содержащее управляемый мост, сглаживающийдроссель с секционированной обмоткойи дополнительные тиристоры для коммутирования этих секций 1.3 1.Недостатком этих устройств является их сложность,Наиболее близким к иЗобретениюявляется фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, содержащий включенный между первым вход-,ным и первым выходным выводами сглаживающий дроссель с регулируемым количеством витков и с ферромагнитнымсердечником и управляемые ключевые 30 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.еи количеству управляемых ключевых элементов.Целью изобретения является упрощение устройства.Указанная цель достчто в фильтре для сглавацнй выпрямленного надержащем включенный между первымвходным и первым выходным выводамисглаживающий дроссель с регулируемымколичеством витков и с ферромагнитным сердечником, и управляемые ключевые элементы, причем второй входной и второй выходной выводы объединены, обмотка дросселя разделена наодну основную и и регулировочных секций, соединенных между собой последовательно через соответствующие управляемые ключевые элементы,Кроме того, начало и конец каждойрегулировочной секции через два соответствующих управляемых ключевых элемента соединены с началом последующей 5регулировочной секции, а отношения чисел витков первой . и каждой последующей регулировочных секций к числувитков первой регулировочной секциисоставляют геометрический ряд видаоР2 иКроме того, каждая регулировочнаясекция выполнена с помощью отводовв виде Кподсекций, где К=3,4,5.с одинаковым количеством витков, при чем 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 регулировочных секций к числу витков первой регулировочной секции составляют геометрическй ряд вида К,К,К, ,КНа фиг, 1 приведена схема предлагаемого фильтра для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения дляслучая К=4 и п=2; на Фиг. 2 - то же,для случая К=2 И п=З, на фиг. 3графики токов и напряжений, поясняющие работу фильтра (К=4, п=2),Фильтр для сглаживания пульсацийвыпрямленного напряжения (фиг,1) содержит сглаживающий дроссель, состоящий иэ магнитопровода 1 с немагнитным 45зазором, основной секции 2 и регулировочных секций 3 и 4 обмотки дросселя (в общем случае 1 прегулировочныхсекций), и восемь (в общем, случае К и,)управляемых однонаправленных ключевыхэлементов 5-12. Регулировочные секции 503 и 4 обмотки выполнены в виде трех(в общем случае К) подсекций.Начало основной секции 2 соединено через управляемые однонаправленные ключевые элементы 5-8 с началом, 55с отводами и с концом регулировочнойсекции 4, а начало регулировочнойсекции 4 через управляемые однонаправленные ключевые элементы 9-12 с началом, с отводами и с концом предыду щей регулировочной секции З.соответственно, Конец основной секции обмотки соединен с одним выходным выводом13, а начало первой регулировочнойсекции 3 - с одним входным выводом65 14 фильтра. Входной вывод 15 и выходной вывод 16 образуют общую точкувхода и выхОда фильтра.Согласно фиг. 2 фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения содержит сглаживающий дроссель,состоящий из магнитопровода 17 с немагнитным зазором, основной секции 18три (в общем случае и) регулировочныхсекций 19-21 и шесть (в общемслучае 2 п) управляемых ключевых элементов 22-27. Начало основной секции2 соединено через управляемые однонаправленные ключевые элементы 22 и23 с началрм и с концом регулировочной секции 21, а начало регулировочной секции 21 соединено через управляемые однонаправденные ключевыеэлементы 24 и 25 с началом и с,концомпредыдущей регулировочной секции 20и т.д,Начало первой регулировочной секции соединено с одним входным выводом .28, а конец. основной секции 18обмотки с одним выходным выводом 29.Другой входной 30 и выходной 31 выводы являются общей точкой входа ивыхода фильтра, Направление однонаправленных ключевых элементов определяется полярностью входного вы.прямленного напряжения.Сущиость работы схемы состоит .втом, что из-за электромагнитнойинерции накопления в дросселе электромагнитная энергия И, и магнитныйпоток Ф, а следовательно, и намагничивающая сила дросселя Г = 2 й /Ф немогут изменяться скачкообразно, С другой стороны, Р = ьгде ы - число витков обмотки сглаживающего дросселя, участвующее в работе в данныймомент, К мгновенное значение токанагрузки. Поэтому скачкообразное изменение количества витков, участвующих в работе, обуславливает скачкообразное изменение мгновенного значениятока нагрузкиПо этой же причине пределы изменения тока определяются числом витковотдельных секций обмотки сглаживающего дросселя, а относительное количество витков подсекций первой регулировочной секции равноИмпекс. "н мин.Ю 03 1 н мин,количество витков подсекций первойрегулировочной секции, Ж - количество витков основной секции, 1 нмакс,допустимое максимальное мгновенноезначение тока нагрузки,. 1 и , - допустимое минимальное мгновеййое значение тока нагрузки, ймакс, нмнн.двухкратная амплитуда пульсаций токанагрузки.Фильтр для сглаживания пульсацийвыпрямленного напряжения работаетследующим образом.961066 Порядок работы ключевых элементов5-12 схемы (фиг. 1) для промежуткавремени т-с 4 прИведен в таблице. Интервадывремени Работающие 5 5 5 5 6 б б б 7 7 7 7 8 8 8 8ключи9 10 11 12 9 10 11 12 9 10 11 12 9. 10 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 протекает ток н со средним значениеми пульсацией периодом Т/2 (фиг.З).5 Нагрузка фильтра Вн - активная, базисной величиной напряжения принято амплитудное значение выйрямленного напряжения Ор = Ом, а базисной величиной тока 1 рз = Ом/н10Для уменьшения двукратной амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения необходимо в промежутках временисз, когда выходное напряжение фильтра Оп мныне напряжения на вхо де фильтра О,постепенно увеличивать количество витков обмотки дросселя, т.е. каждый раз, когда мгновенное значение выходного напряжения фильтра достигает допустимой максимальной щ величины ОН п,с,при помощи ключей увеличивать скачкообразно количестВ промежутке времени с 4-С + Т/2включение ключевых элементов производится в обратной последовательности.При маленьких значениях входных 35пульсаций фильтра и выбором подходящих коммутационных функций ключевыхэлементов можно получить уменьшениедвукратной амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения в Кп раз,40где К- число подсекций в регулировочных секциях, и - число регулировочных секций.Одновременно с уменьшением пульсаций увеличивается частота пульсаций, 45вследствие чего остаточную пульсациюлегко подавить емкостью, включеннойпараллельно к выходным выводам фильтра, При этом ритмичное переключениечисла витков обмотки сглаживающегодросселя не меняет среднего значения 50выходного напряжения фильтраВ известном фильтре максимальноеуменьшение двукратной амплитуды пульсаций равно количеству ключевых элементов К и, а в предлагаемом Фильтре 55подавление пульсаций значительно выше. В предлагаемом фильтре количествоключевых элементов равно К и, а коли-,чество возможных разных чисел витковобмотки сглаживающего дросселя и связанное с этим уменьшение двукратнойамплитуды пульсаций равны К, гдеи - количество регулировочных секций,К- количество подсекций в регулировочной секции, 65 во витков обмотки, вследствие чего ток и напряжение нагрузки уменьшаются скачкообразно до допустимой минимальной величины ОнрииВ промежутках времени с 4-с + Т/2, когда выходное напряжение фильтра О превышает входное напряжение фильтра Ой 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 Оц мс При наличии двух регулировочных секций с тремя подсекциями "в каждой (п=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(п=З, К=З) количество ключевых элементов равно 9, а количество разных чисел витков обмотки - 27.При наличии четырех регулировочных секций без разделения их в подсекции (п=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 изобретения961066 ППП "Патент",род, ул,Проект Филиа г. Уж 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 щ и й с я 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 ющ и й с я тем, что начало и конец каждой регулировочной секции через 5 цва соответствующих управляемых ключевых элемента соединены с начальм последующей регулировочной секции, а отношения чисел витков первой икаждой 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 ющ и й с я тем, что каждая регулироВНИИПИ Заказ 7310/7 Тираж /21 Подписное вочная секция выполнена с помощью отводов в виде Кподсекций, 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 регулировочных секций к числу витков первой регулировочной секции составляют геометрический ряд вида К , К , КоКИИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 412658, кл. Н 02 М 1/14, 1971.2. Проблемы преобразовательнойтехники. Тезисы докладов всесоюзнойконференции. Киев, 1979 ч,1, с, 2831.3. Авторское свидетельство СССРР 624220, кл. О 05 Р 1/20, 1976.4. Авторское свидетельство СССРФ 777782, кл. Н 02 М 1/14, 1979,