Устройство для отбора высших гармоник

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 3(59 Н 02 М 5/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ списочник изоьгетк ця -н двтоесноьа свиДЕтеЛьСТВуан ,),г. т(56) 1Фабрикант В.Л., Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики, М., Высшая школафф, 1968, с, 81, рис, 257, 258.2. Авторское свидетельство СССР Р 838956, кл. Н 02 М 5/16, опублик. 1981.3. Авторское свидетельство СССР Р 145929, кл, Н 02 М 5/16, опублик. 1962.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРАВЫСШИХ ГАРМОНИК, содержащее выпрямитель, выход постоянного тока которого через первичную обмотку трансреактора соединен с выводами дляподключения нагрузки по постоянномутоку, вторичная обмотка трансреактора образует выходные выводы для подключения первой нагрузки по высшейгармонике, параллельно упомянутымвыводам для подключения нагрузки попостоянному току включена цепочкаиз двух последовательно соединенныхконденсаторов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличениякратности частоты отбираемых гармоник, а также расширения функциональных возможностей путем образованиядополнительных выходных выводов дляподключения нагрузок по высшим гармоникам, выпрямитель выполнен многофазным, первичная обмотка упомянутого трайсреактора выполнена в видедвух. секций, одни концы которых подключены к соответствующим выводамдля подключения нагрузки по постоянному току, а каждый иэ других кон зц;, 3.ДЯДЬЯ. А,цов соединен с соответствующим выходным выводом указанного многофаэного выпрямителя и дополнительновведены. многофазный и однофаэный,трансформаторы, дополнительный однофаэный выпрямитель, дополнительныйтрансреактор, переключающий элементи фаэоповоротная КС-цепочка, причемвторичная обмотка многофаэного трансформатора соединена в звезду и подключена ко входу многофазного выпрямителя, его первичная обмотка соедииена с выводами для подключения питающей сети, нулевая точка звездыуказанной вторичной обмотки и общаяточка соединения конденсаторов образуют выводы для подключения второйЖнагрузки по высшей гармонике, параллельно этим выводам подключена пер- фвичная обмотка однофазного трансфор- ффматора, вторичная обмотка которогосоединена со входом однофаэного выпрямителя, один выход постоянного то-,ака которого соединен с одним иэ ука-эанных выходных выводов для подключения нагрузки по постоянному току,а его другой выход через первичную ()обмотку дополнительного трансреакто- вд ра, зашунтированную через переключаю.щий элемент фазоповоротной Р С-цепочкой, соединен с другим выходнымвыводом для подключения нагрузки попостоянному току, а вторичная обмот- Й) ка дополнительного трансреактора об- ( разует выводы для подключения третьей .нагрузки по высшей гармонике.2. УстройсУво по и1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью отбора третьей и двух шестых гармоник, многофазный трансформатор выполнен трехфазным, а многофазный выпрямитель выполнен по трехфазной мос,товой схеме.Изобретение относится к устройствам умножения частоты и предназначено для комбинированной нагрузки,требующей источников постоянного тока и переменного тока повышенной частоты. 5Известно сглаживание двухполупериодного выпрямленного однофазногонапряжения, использующее фильтры,настроенные на вторую гармоникуПри замене в таком фильтре дроссе-ля на трансреактор можно получитьустройство отбора высшей гармоникис максимальной амплитудой1 ,Недостаток известного устройствасостоит в том, что значительна помеха от гармоники с ближайшей по величине амплитудой (четвертой гармоники),Известен также умножитель частоты, содержащий ферромагнитные сердеч- Оники с расположенными на них входными, управляющими, опорными и выходными обмотками, формирователь амплитудно-модулированного сигнала, генератор высокой частоты, демодуляторы,выпрямитель, подключенный к управляющей обмотке одного из сердечников идополнительные выпрямители, причемуправляющая обмотка каждого из остальных сердечников соединена черезсоответствующий дополнительный выпрямитель с выходной обмоткой предыдущего сердечника 2 3.Это устройство обеспечивает получение на выходе целого ряда частот,Недостаток этого устройства состоит 35в том, что оно является относительносложным, так как содержит специальныеисточники амплитудно-моделированногосигнала и постоянного напряжения,Наиболее близким к изобретению 40является устройство для отбора высших гармоник, содержащее выпрямитель,выход постоянного тока которого черезпервичную обмотку трансреактора соединен с выводами для подключения нагруэки по постоянному току, вторичнаяобмотка трансреактора образует выходные выводы для подключения первойнагрузки по высшей гармонике, параллельно упомянутым выводам для подключения нагрузки по постоянному току включена цепочка из двух последовательно соединенных конденсаторов Г 31.Недостатки этого устройства заключаются в том; что только косвенно 55использованы конструктивные воэможности трехфазной питающей сети, атакже в невозможности увеличениякратности частоты отбираемых гармо)ник, и невозможности подключения 6 Онескольких нагрузок по высшим гармоникам,Цель изобретения - увеличениекратности частоты отбираемых гармоник, а также расширение функционалных возможностей путем образованиядополнительных выходных выводов дляподключения нагрузок по высшим гармоникам.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для отборавысших гармоник, содержащем выпрямитель, выход постоянного тока которого через перв 1 чную обмоткутрансреактора соединен с выводами дляподключения нагрузки по постоянномутоку, вторичная обмотка трансреактора образует выходные выводы для подключения первой нагрузки по высшейгармонике, параллельно упомянутымвыводам для подключения нагрузки попостоянному току включена цепочкаиз двух последовательно соединенныхконденсаторов, выпрямитель выполненмногофазным, первичная обмотка упомянутого трансреактора выполнена ввиде двух секций, одни концы которыхподключены к соответствующим выводам для подключения нагрузки. по постоянному току, а каждый из другихконцов соединен с соответствующимвыходным выводом указанногомногофазного выпрямителя, и дополнительновведены многофазный и однофазныйтрансформаторы, дополнительный однофазный выпрямитель, дополнительный трансреактор, переключающий элемент и фаэоповоротная РС-цепочка, причем вторИчная обмотка многофазного трансформатора соединена в звезду и подключена ко входу многофазного выпрямителя, его первичная обмотка соединена с выводами для подключения питающей сети, нулевая точка звезды укаэанной вторичной обмотки и общая точка соединения конденсаторов образуют выводы для подключения второй нагрузки по высшей гармоникй, параллельно этим выводам подключена первичная обмотка однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого Соединена со входом однофазного выпрямителя, один выход постоянного тока которого соединен с одним из указанных выходных выводов для подключения нагрузки по постоянному току, а его другой вьход через первичную обмотку дополнительного транс- реактора, зашунтированную через переключающий элемеит фазоповоротной КС-цепочкой, соединен с другим выходным выводом для подключения нагрузки по постоянному току, а вторичная сбмотка дополнительного трансреактора образует выводы для подключения третьей нагрузки по высшей гармонике,Кроме того, в устройстве для отбора высших гармоник, с целью отбора третьей и двух шестых гармоник, многофазный трансформатор выполнен трехфаэным, а многофазный выпрямитель выполнен по трехфазной мостовой схеме.На Фиг,1 представлена принципиаль- том рассматриваемых дальше полярносная схема устройства для отбора выс- тей и сдвига фаз у двух источниковших гармоник; на фиг.2 - кривые на- шестых гармоник, Аналогично можнопряжений на входе и выходе устройст- отдавать всю мощность обоих источ-ва в трехфазном симметричном режиме, ников шестых гармоник на одну общуюусловно обозначаемом (1;1:1); на 5 нагрузку (например установку индукфиг. 3 - то же, например,.при чистом ционного нагрева) .двухфазном режиме токов в линии, Устроиство н ф, . рт ойство на фиг.1 работаетусловно обозначаемом (1:1:О); на следующим образом,фиг,4 - то же, например, при особом Выпрямитель 5 состоит из двухдвухфазном режиме токов в линии, ус трехфазных однополупериодных выпряловно обозначаемом (1:0,5:0,5), мителей, у которых четные гармоникиУстройство для отбора высших гар- (б-я, 12-я и т,д,) с ди т ) совпадают по Фамоник на фиг.1 имеет выводы 1, 2 и 3 зе, если одинако ьинаковы знаки постоянныхвторичных обмоток трех однофазных составляющих у этих выпрямителей, а( д ого трехфазного) трансформа нечетные гармоники (третья, девятаяторов, непоказанные первичные обмотки и т,д.) противоположны п ф . Дкоторых подсоединены к источнику нагрузки 9 по му9 по постоянному току иш стой га омнике .этитрехфазного напряжения, остальные . нагрузки 20 по шес рвыводы соединенных в звезду вторич- два однополупериодных выпрямителяпосле овательно и согласно,ных обмоток образуют нейтральный вы- соединены посл довод 4. К выводам 1, 2 и 3 подсоеди вследствие чего складываются ия постояннен вход трехфазного мостового выпря- ные составляющие их напряжений, амителя 5, на выходе которого две сек- также однотипные четные гармоники,ции первичной обмотки трансреактора нотипные нечетные гармоники,вычитаясь взаимно компенсируются.б включены согласно с двух сторон вычитаясь,к выводам 7 и 8 для нагрузки по по В нагрузке 13 по третьей гармоникестоянному току 9. Параллельно нагруз- токи пос о .и постоянных составляющих и одноке 9 включена цепочка последователь- типных четных р.тных га моник от упомянутыхно соединенных конденсаторов 10 и 11, однопол р дол пе ио ных выпрямителей наМежду средним выводом 12 этих конден- правле ь. рвлены вст ечно и взаимно компен 0 и ются а токи однотипных нечетныхсаторов и нейтральным выводом 4 вклю сируючена нагрузка 13 по третьей гармони- (гармоник складываются.ке параллельно которой подключен Поскольку у рольк в стройстве произвооднофазный трансформатор 14, элементы дится от р д У/тбо в х высших гармоник с13 и 14 могут быть также соединены преобладающими амплитудами, то це 35 почка конденсаторов 10 и 11 включепоследовательно.К трансформатору 14 подключен чтобы не шунтировать трансоднофазный мостовой выпрямитель 15, еакто 6 отбирающий шестую гармоик а секции первичной обмоткивыход которого через первый режимный нику, цпер еключатель 16 и дополнительный нс еакто а б включены согласно ст ансреактор 17 с параллельной Фазо- щ обеих сторон нагруа зки 9 по постоянтрансреактор сном току чтобы равнялись нулю сумповоротной цепью ( С (резистор 18 и о у У,ма ные намагничивающие ампервитки уконденсатор 19) подсоединен параллель- марно выводам 7 и 8 у выпрямителя 5, Ко кахдах ой из нечетных гармоник.Для увеличения отбираемой мощвторичным обмоткам трансреакторов 6ности по шестой гармонике предусмот 17 одсоединены соответственно,наг зка 20 и 21 (например обмотки " рен трансформатормато 14 и выпрямительнагрузка и15 с помощью которых напряжениедвухфазного двигателя) . Во втором Э ут етьей гармоники выпрямляется, приположении переключателя 16 к выходу тр ьчем пол ченная постоянная составляювыпрямителя 15 подключены выводы 22 чем у9оз- щая подается параллельно нагрузкедля подсоединения, например, тормоз/ратное0 основного выпрямителя (двухкрной обмотки поляризованного реле в цл овани ру 9)олуехфазном многофункциональном токо- использованил ование нагрузки , а потрех азном многазопово от- ченная вторая от третьей (шестая)н на от гармоника через доополнительный трансная цепь может быть отсоединенаакто 17 поступает на нагрузку 21.трансреакторат а 17 пе еключающим элер55 Без фазоповоротной цепи из резистоментом 23 она также может бытьа 18 и конденсатора 19 шестыеподключена параллельно вторичной об- рагармоники, поступающие на транс мотке трансреактора 17, причем в6 17 находятся в протиа:18 можно исполь- реакторы и , аней вместо резистора:если за начала обмоток братьзовать нагрузкузк 21, В последнем слу- вофазе, если60 ды отмеченные точками, с учечае, чтобы сдела рть п иблизительно 60 выводы, отмею оединяются вторичные ободинаковой мощность, отдаваемуюю на- том этого ст анс еакторов 6 и 17 для разкам 20 и 21, можно у трансреак- мотки трансреакторов ию по соеди- На фиг. для трех Фазного симметвторичную обмотку, которую под д -(1:1:1) аны сплошнить параллельно нагрузке 20 с Уче р ичного режима : : дной линией кривые фазных напряженийна выводах 1, 2 и 3 вторичной обмот-ки трехфазного трансформатора, относительно нейтрального вывода 4,пунктиром показаны выпрямленные отрицательные полуволны этих же напряжений. Напряжение на выходе мостовоготрехфазного выпрямителя 5 показаноредкой штриховкой между максимальными и минимальными мгновенными эна"чениями кривых, выполненных сплошной 10линией, заметна постоянная составляющая с шестой. гармоникой. Напряжение между выводами 12 и . 4 для на-.грузки по третьей гармонике показано густой штриховкой в виде стрелок,направленных от сплошной линии кпунктирной, заметна третья гармоника,На Фиг.З аналогично показаны кривые для чистого двухфазного режима(1:1:О), под которым подразумевается на входе выпрямителя 5 два равных по величине и противоположныхпо фазе напряжения на выводах обмоток 1 и 2 трехфазного трансформатора(относительно вывода 4), когда третьенапряжение равно нулю, Такой режимможно получить, если на Фиг.1 сделать разрыв цепи между выводом 3 ивходом выпрямителя 5, На Фиг.З заметно, что на выводах 7 и 8 устройства 30нет нечетных гармоник, но есть постоянная составляющая со второй иостальными четными гармониками.На фиг.4 аналогично показаны кривые для особого двухфазного режима35(1:0,5 ф 0,5)под которым подразумеваются на входе выпрямителя 5 два равных по величине и совпадающих пофазе напряжения (относительно вывода 4), когда третье противоположно 4 Опо Фазе, имея вдвое большую амплитуду. Такой режим можно получить, еслина Фиг.1 проводник от входного выводавыпрямителя 5 отсоединить, например,от вывода 3, подключив к выводу 2совместно с имеющимся там проводником от выпрямителя 5, На фиг.4 заметно,что на выходах 7 и 8 устройства есть постоянная составляющая совторой гармоникой, а на выводах 12-4,имеется первая гармоника (густая 5 Оштриховка стрелками),Дополнительно к фиг. 2-4 в таблице дано отношение величин к амплитуде О, фазного напряжения между однимиз вйводов 1, 2 и 3 обмоток трехфазного трансформатора и нейтральным вы.,водом 4; в двухфазных режимах дляО бралась амплитуда наибольшего, навфпряжения.,В первой строке таблицы дана постоянная составляющая в.нагрузке 9по постоянному току. Во второй строке для трехфазного симметричногорежима (1:1:1) дана амплитуда треть-ей гармоники в нагрузке 13, причем 65 вместо,сложения токов от двух трехфазных однополупериодных выпрямителей сделано сложение соответствующихнапряжений, что при вычислеНии выходной мощности равноценно. В особомдвухфазном режиме (1:0,5:0,5) напряжение на нагрузке 13 имеет частотупервой гармоники, о чем в таблиценаписано под чертой. В третьей строкетаблицы для симметричного режима(1 в 1".1) дана амплитуда шестой гармоники в нагрузке 20, в двухФазных режимах на этой нагрузке появляетсянапряжений второй гармоники. В четвертой строке таблицы дана амплитуда напряжения преобладающей гармоники на выходе выпрямителя 15, в трехфаэном симметричном режиме (1:1:1)это шестая гармоника (вторая оттретьей), а в особом двухфазном режиме (1:0,5:0,5) это вторая гармоника,Из фиг. 2-4 и таблицы видно, чтов трехфазном симметричном режимепредложенное устройство на нагрузке9 выделяет постоянную составляющую,на нагрузке 13 - третью гармонику,на нагрузке 20 - непосредственноотобранную шестую гармонику, нанагрузке 21 - шестую гармонику, полученную путем умножения третьей гармоники с помощью выпрямителя 15. Приэтом эквивалентное напряжение шестой гармоники на нагрузке 21 можетв 1,86 раза превышать аналогичноенапряжение на нагрузке 20. Кроме того, напРяжение, шестой гармоники нанагрузке 21 может быть сдвинуто поФазе. Используя особый двухфазныйрежим, можно производить ступенчатуюрегулировку с заменой третьей гармоники на первую, а шестой - на вторую, изменяя при этом постояннуюсоставляющую.Предложенное устройство можноприменить в следующих условиях,Для питания повышенной частотой300 Гц устройств автоматики, например, быстродействующих магнитныхусилителей, управляющих основной нагрузкой постоянного тока, также подсоединенной к предлагаемому устройству. Для индукционного нагрева частотой 150-300 Гц относительно малыхметаллических деталей (при воэможности полезно применить напряжениепостоянной составляющей, создаваемоев устройстве),Для питания повышенной частотой150-300 Гц вспомогательных двухфазных регулируемых высокоскоростныхдвигателей, когда основными потребителями являются, например, двигателипостоянного тока, которые подсоединены также к предложенному устройству.Получение источника 300 Гц для второй Фазы двигателя .обеспечиваетдополнительный трансреактор 17(см. фиг. 1), если подсоединена фазт поворотная цепь переключающим элементом 23. Вторую фазу для обоих повышенных частот (третьей и шестой гармоник) можно получить, подсоединив к выводам 7 и 8 (см,фиг.1) однофазный инвертор. Для двухфазного двигателя два источника третьих гармоник, сдвинутых по фазе на 90 , можно получить без инвертора, если к двум источникам трехфазных напряжений основной частоты, сдвинутых по фазена 30 , подсоединить по одному комплекту предложенного устройства.Можно применить предложенное устройство для получения трехфазного многофункционального токового релезащиты, которому наибольшее количество энергии потребуется от выводовнапряжения постоянной составляющей. 5 Таким образом, особенности предложенного устройства обеспечиваютувеличение кратности частоты отбираемых.гармоник (третья и шестая), агакже расширение функциональных возможностей путем образования двух выходов у шестой гармоники, что позволяет получить или два напряженияшестой гармоники, сдвинутые пофазе, или одно с повышенноймощностью. Режим на входе устройства1054860 Устинкикорей СоставительТехред В,Дал олин едакто Заказ 9115/ ж 687 Подписдарственного комитета СССР изобретений и открытий Ж, Раушская наб д. 4/5 ПП П ектн или Тир ВНИИПИ Гос по дела 3035, Москва