фильтрующее устройство

Формула изобретения

Фильтрующее устройство, содержащее первую группу клемм, включающую плюсовую и минусовую клеммы для подключения источника выпрямленного напряжения и первую, вторую и третью клеммы для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы, вторую группу клемм, включающую плюсовую и минусовую клеммы для подключения потребителей постоянного тока и первую, вторую и третью клеммы для подключения потребителей трехфазного тока, а также дроссели с первого по третий и конденсаторы с первого по третий, причем минусовая клемма для подключения источника выпрямленного напряжения соединена с минусовой клеммой для подключения потребителей постоянного тока, отличающееся тем, что введен блок реле, содержащий реле постоянного тока, управляющее замыкающими контактами с первого по десятый и первым размыкающим контактом, и реле переменного тока, управляющее замыкающими контактами с одиннадцатого по двадцать второй и вторым размыкающим контактом, первая клемма обмотки реле постоянного тока подключена к минусовой клемме для подключения источника выпрямленного напряжения, а вторая клемма подключена к плюсовой клемме для подключения источника выпрямленного напряжения через второй размыкающий контакт, первая клемма реле переменного тока подключена к первой клемме для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы через первый размыкающий контакт, а вторая клемма подключена ко второй клемме для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы, плюсовая клемма для подключения источника выпрямленного напряжения соединена с плюсовой клеммой для подключения потребителей постоянного тока через последовательно соединенные первый замыкающий контакт, первый дроссель, второй замыкающий контакт, второй дроссель, третий замыкающий контакт, третий дроссель и четвертый замыкающий контакт, выход первого дросселя соединен с минусовой клеммой для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные пятый замыкающий контакт, первый конденсатор и шестой замыкающий контакт, выход второго дросселя соединен с минусовой клеммой для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные седьмой замыкающий контакт, второй конденсатор и восьмой замыкающий контакт, выход третьего дросселя соединен с минусовой клеммой для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные девятый замыкающий контакт, третий конденсатор и десятый замыкающий контакт, первая пластина первого конденсатора, соединенная с пятым замыкающим контактом, соединена со второй пластиной третьего конденсатора, соединенной с десятым замыкающим контактом, через четырнадцатый замыкающий контакт, первая пластина второго конденсатора, соединенная с седьмым замыкающим контактом, соединена со второй пластиной первого конденсатора через пятнадцатый замыкающий контакт, первая пластина третьего конденсатора соединена со второй пластиной второго конденсатора через шестнадцатый замыкающий контакт, первая, вторая и третья клеммы для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы соединены с входами первого, второго и третьего дросселей, соответственно, через соответствующие семнадцатый, восемнадцатый и девятнадцатый замыкающие контакты, а выходы первого, второго и третьего дросселей соединены с первой, второй и третьей клеммами для подключения потребителей трехфазного тока, соответственно, через соответствующие двадцатый, двадцать первый и двадцать второй замыкающие контакты, параллельно пятому замыкающему контакту подключен одиннадцатый замыкающий контакт, параллельно седьмому замыкающему контакту подключен двенадцатый замыкающий контакт, а параллельно девятому замыкающему контакту подключен тринадцатый замыкающий контакт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в преобразователях электроэнергии в качестве формирующего каскада для получения постоянного и квазисинусоидального напряжения.

Известно фильтрующее устройство, содержащее клеммы для подключения источника питания, клеммы для подключения нагрузки, между которыми включены фильтрующие элементы, а именно дроссель и конденсатор, причем дроссель включен последовательно с нагрузкой, а конденсатор - параллельно источнику питания [1].

Данное устройство имеет простую электрическую схему и нашло широкое применение в выпрямительных устройствах для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, однако в большинстве случаев коэффициент сглаживания упомянутого устройства мал, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является двухзвенное фильтрующее устройство, содержащее первую группу клемм, включающую плюсовую и минусовую клеммы для подключения источника выпрямленного напряжения и первую, вторую и третью клеммы для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы, вторую группу клемм, включающую плюсовую и минусовую клеммы для подключения потребителей постоянного тока и первую, вторую и третью клеммы для подключения потребителей трехфазного тока, а также дроссели с первого по третий и конденсаторы с первого по третий, причем минусовая клемма для подключения источника выпрямленного напряжения соединена с минусовой клеммой для подключения потребителей постоянного тока [2].

Данное устройство позволяет получить высокое качество выпрямленного напряжения за счет сглаживания его переменной составляющей, однако оно может применяться только в качестве сглаживающего фильтра в преобразователях электроэнергии (типа выпрямитель) с постоянным выходным напряжением; его затруднительно применять в преобразователях электроэнергии, имеющих как постоянное, так и переменное трехфазное выходные напряжения.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей фильтрующего устройства за счет использования одних и тех же фильтрующих элементов как для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, так и для нейтрализации высших гармоник в спектре трехфазного напряжения.

Этот технический результат достигается тем, что в фильтрующее устройство, содержащее первую группу клемм, включающую плюсовую и минусовую клеммы для подключения источника выпрямленного напряжения и первую, вторую и третью клеммы для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы, вторую группу клемм, включающую плюсовую и минусовую клеммы для подключения потребителей постоянного тока и первую, вторую и третью клеммы для подключения потребителей трехфазного тока, а также дроссели с первого по третий и конденсаторы с первого по третий, причем минусовая клемма для подключения источника выпрямленного напряжения соединена с минусовой клеммой для подключения потребителей постоянного тока, введен блок реле, содержащий реле постоянного тока, управляющее замыкающими контактами с первого по десятый и первым размыкающим контактом, и реле переменного тока, управляющее замыкающими контактами с одиннадцатого по двадцать второй и вторым размыкающим контактом, первая клемма обмотки реле постоянного тока подключена к минусовой клемме для подключения источника выпрямленного напряжения, а вторая клемма подключена к плюсовой клемме для подключения источника выпрямленного напряжения через второй размыкающий контакт, первая клемма реле переменного тока подключена к первой клемме для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы через первый размыкающий контакт, а вторая клемма подключена ко второй клемме для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы, плюсовая клемма для подключения источника выпрямленного напряжения соединена с плюсовой клеммой для подключения потребителей постоянного тока через последовательно соединенные первый замыкающий контакт, первый дроссель, второй замыкающий контакт, второй дроссель, третий замыкающий контакт, третий дроссель и четвертый замыкающий контакт, выход первого дросселя соединен с минусовой клеммой для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные пятый замыкающий контакт, параллельно которому подключен одиннадцатый замыкающий контакт, первый конденсатор и шестой замыкающий контакт, выход второго дросселя соединен с минусовой клеммой для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные седьмой замыкающий контакт, параллельно которому подключен двенадцатый замыкающий контакт, второй конденсатор и восьмой замыкающий контакт, выход третьего дросселя соединен с минусовой клеммой для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные девятый замыкающий контакт, параллельно которому подключен тринадцатый замыкающий контакт, третий конденсатор и десятый замыкающий контакт, первая пластина первого конденсатора, соединенная с пятым замыкающим контактом, соединена со второй пластиной третьего конденсатора, соединенной с десятым замыкающим контактом, через четырнадцатый замыкающий контакт, первая пластина второго конденсатора, соединенная с седьмым замыкающим контактом, соединена со второй пластиной первого конденсатора через пятнадцатый замыкающий контакт, первая пластина третьего конденсатора соединена со второй пластиной второго конденсатора через шестнадцатый замыкающий контакт, первая, вторая и третья клеммы для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы соединены с входами первого, второго и третьего дросселей соответственно через соответствующие семнадцатый, восемнадцатый и девятнадцатый замыкающие контакты, а выходы первого, второго и третьего дросселей соединены с первой, второй и третьей клеммами для подключения потребителей трехфазного тока соответственно через соответствующие двадцатый, двадцать первый и двадцать второй замыкающие контакты.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема фильтрующего устройства.

Устройство содержит первую группу клемм 1, включающую плюсовую 1-1 и минусовую 1-2 клеммы для подключения источника выпрямленного напряжения и первую 1-3, вторую 1-4 и третью 1-5 клеммы для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы, вторую группу клемм 2, включающую плюсовую 2-1 и минусовую 2-2 клеммы для подключения потребителей постоянного тока и первую 2-3, вторую 2-4 и третью 2-5 клеммы для подключения потребителей трехфазного тока, а также блок реле 3, содержащий реле 4 постоянного тока, управляющее замыкающими контактами с первого 4-1 по десятый 4-10 и первым размыкающим контактом 4-11, и реле 5 переменного тока, управляющее замыкающими контактами с одиннадцатого 5-1 по двадцать второй 5-12 и вторым размыкающим контактом 5-13, первая клемма обмотки реле 4 постоянного тока подключена к минусовой клемме 1-2 для подключения источника выпрямленного напряжения, а вторая клемма подключена к плюсовой клемме 1-1 для подключения источника выпрямленного напряжения через второй размыкающий контакт 5-13, первая клемма обмотки реле 5 переменного тока подключена к первой клемме 1-3 для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы через первый размыкающий контакт 4-11, а вторая клемма подключена ко второй клемме 1-4 для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы. Устройство также содержит дроссели с первого 6-1 по третий 6-3 и конденсаторы с первого 7-1 по третий 7-2, причем минусовая клемма 1-2 для подключения источника выпрямленного напряжения соединена с минусовой клеммой 2-2 для подключения потребителей постоянного тока, плюсовая клемма 1-1 для подключения источника выпрямленного напряжения соединена с плюсовой клеммой 2-1 для подключения потребителей постоянного тока через последовательно соединенные первый замыкающий контакт 4-1, первый дроссель 6-1, второй замыкающий контакт 4-2, второй дроссель 6-2, третий замыкающий контакт 4-3, третий дроссель 6-3 и четвертый замыкающий контакт 4-4, выход первого дросселя 6-1 соединен с минусовой клеммой 1-2 для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные пятый замыкающий контакт 4-5, параллельно которому подключен одиннадцатый замыкающий контакт 5-1, первый конденсатор 7-1 и шестой замыкающий контакт 4-6, выход второго дросселя 6-2 соединен с минусовой клеммой 1-2 для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные седьмой замыкающий контакт 4-7, параллельно которому подключен двенадцатый замыкающий контакт 5-2, второй конденсатор 7-2 и восьмой замыкающий контакт 4-8, выход третьего дросселя 6-3 соединен с минусовой клеммой 1-2 для подключения источника выпрямленного напряжения через последовательно соединенные девятый замыкающий контакт 4-9, параллельно которому подключен тринадцатый замыкающий контакт 5-3, третий конденсатор 7-3 и десятый замыкающий контакт 4-10, первая пластина первого конденсатора 7-1, соединенная с пятым замыкающим контактом 4-5, соединена со второй пластиной третьего конденсатора 7-3, соединенной с десятым замыкающим контактом 4-10, через четырнадцатый замыкающий контакт 5-4, первая пластина второго конденсатора 7-2, соединенная с седьмым замыкающим контактом 4-7, соединена со второй пластиной первого конденсатора 7-1 через пятнадцатый замыкающий контакт 5-5, первая пластина третьего конденсатора 7-3 соединена со второй пластиной второго конденсатора 7-2 через шестнадцатый замыкающий контакт 5-6, первая 1-3, вторая 1-4 и третья 1-5 клеммы для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы соединены с входами первого 6-1, второго 6-2 и третьего 6-3 дросселей соответственно через соответствующие семнадцатый 5-7, восемнадцатый 5-8 и девятнадцатый 5-9 замыкающие контакты, а выходы первого 6-1, второго 6-2 и третьего 6-3 дросселей соединены с первой 2-3, второй 2-4 и третьей 2-5 клеммами для подключения потребителей трехфазного тока соответственно через соответствующие двадцатый 5-10, двадцать первый 5-11 и двадцать второй 5-12 замыкающие контакты.

Устройство работает следующим образом. В статическом состоянии при отсутствии напряжения на клеммах 1-1 и 1-2 для подключения источника выпрямленного напряжения и на первой 1-3, второй 1-4 и третьей 1-5 клеммах для подключения трехфазного напряжения несинусоидальной формы реле 4 и 5 блока реле 3 будут обесточены, поэтому напряжения на фильтрующих элементах - дросселях 6-1, 6-2 и 6-3 и конденсаторах 7-1, 7-2 и 7-3, и плюсовой 2-1 и минусовой 2-2 шинах для подключения потребителей постоянного тока и первой 2-3, второй 2-4 и третьей 2-5 клеммах для подключения потребителей трехфазного тока будут отсутствовать. При появлении напряжения на клеммах 1-1 и 1-2 первой группы клемм 1 срабатывает реле 4 постоянного тока, размыкая контакт 4-11 в цепи питания реле 5 переменного тока и замыкая контакты 4-1...4-10. При этом образуется цепь протекания тока из следующих элементов схемы: плюсовая клемма 1-1 первой группы 1, замкнутый контакт 4-1, дроссель 6-1, замкнутый контакт 4-2, дроссель 6-2, замкнутый контакт 4-3, дроссель 6-3, замкнутый контакт 4-4, плюсовая клемма 2-1 второй группы клемм 2, внутреннее сопротивление потребителей постоянного тока минусовая клемма 2-2 и минусовая клемма 1-2.

Также образуются цепи зарядов конденсаторов 7-1, 7-2 и 7-3, то есть дроссели и конденсаторы образуют трехзвенный сглаживающий фильтр, который сглаживает пульсации в выпрямленном напряжении, обеспечивая потребителей постоянного тока энергией высокого качества.

При появлении напряжения на клеммах 1-3, 1-4 и 1-5 первой группы клемм 1 срабатывает реле 5 переменного тока, которое размыкает контакт 5-13 в цепи питания реле 4 постоянного тока и замыкает контакты 5-1...5-12. При этом образуются следующие цепи протекания трехфазного тока: клемма 1-3, замкнутый контакт 5-7, дроссель 6-1, замкнутый контакт 5-10, клемма 2-3; клемма 1-4, замкнутый контакт 5-8, дроссель 6-2, замкнутый контакт 5-11, клемма 2-4; клемма 1-5, замкнутый контакт 5-9, дроссель 6-3, замкнутый контакт 5-12, клемма 2-5, а также образуются цепи заряда конденсаторов 7-1...7-3, которые включены треугольником, а именно конденсатор 7-1 заряжается по цепи: выход дросселя 6-1, замкнутый контакт 5-1, конденсатор 7-1, замкнутый контакт 5-5, замкнутый контакт 5-2, выход дросселя 6-2.

Конденсатор 7-2 заряжается по цепи: выход дросселя 6-2, замкнутый контакт 5-2, конденсатор 7-2, замкнутый контакт 5-6, замкнутый контакт 5-3, выход дросселя 6-3. Конденсатор 7-3 заряжается по цепи: выход дросселя 6-3, замкнутый контакт 5-3, конденсатор 7-3, замкнутый контакт 5-4, замкнутый контакт 5-1, выход дросселя 6-1, то есть образуется трехфазный фильтр, нейтрализующий нежелательные высшие гармоники в трехфазном напряжении несинусоидальной формы источника, подключенного к клеммам 1-3, 1-4, 1-5. При этом потребители трехфазного тока, подключенные к клеммам 2-3, 2-4 и 2-5, обеспечиваются напряжением квазисинусоидальной формы. Величины коэффициента пульсаций постоянного напряжения на плюсовой 2-1 и минусовой 2-2 клеммах и коэффициента искажения синусоидальности напряжения на клеммах 2-3, 2-4 и 2-5 зависят от величин индуктивности дросселей 6-1...6-3 и емкостей конденсаторов 7-1...7-3.

Таким образом, введение блока реле позволяет использовать фильтрующие элементы как для сглаживания пульсаций в выпрямленном напряжении, так и для фильтрации гармоник в трехфазном напряжении, чем и достигается требуемый результат.

Источники информации

1. Источники электропитания РЭА, под ред. Г.С. Найвельта, М.: Радио и связь, 1986, с.160, рис 4-19.

2. Багуц В.П., Ковалев Н.П., Костроминов А.М. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, М.: Транспорт, 1991, с.86, рис.4-1 д (прототип).