СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ПАРАЗИТНЫХ ТОКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ПАРАЗИТНЫХ ТОКОВ
METHOD FOR COMPENSATION OF STRAY CURRENTS IN ELECTRICAL SYSTEM AND STRAY CURRENT COMPENSATION DEVICE

Область техники
Изобретение относится к области силовой электроники. Оно исходит из способа компенсации паразитных токов в электрической системе и устройства для компенсации паразитных токов, соответствующих ограничительной части независимых пунктов формулы.
Уровень техники
Во многих электрических системах с источником напряжения, представляющим собой, например, источник напряжения электросети, предусмотрена также последовательная схема из индуктивности и емкости, соединенная посредством проводника с источником напряжения, причем индуктивность соединена тогда с емкостью последовательно посредством проводника. Обычно параллельно емкости может быть включена активная или пассивная электрическая нагрузка или источник тока, например вращающаяся электрическая машина с соответствующим электронным силовым устройством питания, причем вращающаяся электрическая машина обычно может эксплуатироваться в режиме двигателя или генератора.
Если источник напряжения представляет собой источник напряжения электросети переменного или постоянного напряжения, то предъявляются жесткие требования в отношении питания нежелательными переменными токами. Такие нежелательные переменные токи могут возникать с нагрузочной стороны электрической системы, т.е., например, от вращающейся электрической машины и ее электронного силового устройства питания. Важнейшей мерой ограничения упомянутых нежелательных переменных токов является расчет индуктивности и емкости. Уменьшение нежелательных переменных токов за счет расчета индуктивности и емкости возможно лишь очень ограниченно, и это связано с дополнительным весом, потребностью в площади и с дополнительными расходами.
Устройство такого типа описано в US 2005/0083627 А1. Оно содержит фильтрующую схему, которая посредством проводника соединена с источником напряжения электрической системы. Фильтрующая схема образована двумя параллельно включенными последовательными схемами из одной индуктивности и одной емкости каждая. Последовательно с фильтрующей схемой включена обмотка связующего трансформатора.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание способа и устройства для электрической системы, с помощью которых можно в наиболее значительной степени подавлять нежелательные переменные токи.
Эта задача решается посредством признаков п.1 и 7 формулы соответственно. В зависимых пунктах приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Электрическая система содержит источник напряжения и соединенную с ним посредством проводника последовательную схему из индуктивности и емкости, причем индуктивность соединена с емкостью последовательно посредством проводника. В предложенном способе проводник соединения источника напряжения с последовательной схемой из индуктивности и емкости или проводник последовательной схемы из индуктивности и емкости окружается намагничиваемым кольцом с воздушным зазором предложенного устройства для компенсации паразитных токов. За счет намагничивания этого намагничиваемого кольца посредством намагничивающей катушки устройства для компенсации паразитных токов к проводнику соединения источника напряжения с последовательной схемой из индуктивности и емкости или к проводнику последовательной схемы из индуктивности и емкости прикладывается компенсирующее напряжение. Оно представляет собой преимущественно переменное напряжение заданной частоты, которая соответствует частоте подавляемого переменного тока. Компенсирующее напряжение вызывает компенсацию нежелательной компоненты переменного напряжения в напряжении на конденсаторе, возникшей за счет нежелательного переменного тока на конденсаторе. Вследствие этой компенсации предпочтительно больше не протекает также никакого нежелательного переменного тока соответствующей частоты, так что могут быть предпочтительно соблюдены требования в отношении нежелательных переменных токов, которые обычно должны соблюдаться в электрических системах.
Предложенное устройство для компенсации паразитных токов содержит намагничиваемое кольцо с воздушным зазором, причем проводник соединения источника напряжения с последовательной схемой из индуктивности и емкости или проводник последовательной схемы из индуктивности и емкости окружен намагничиваемым кольцом с воздушным зазором для приложения компенсирующего напряжения за счет намагничивания намагничиваемого кольца посредством намагничивающей катушки. Устройство для компенсации паразитных токов имеет, тем самым, простую конструкцию, вследствие этого оно очень надежное, легкое и требует минимум места. Именно в случае применения в области тяги, т.е. когда электрическая система представляет собой, например, питаемое от сети постоянного напряжения электрическое рельсовое транспортное средство, простота, малая масса, надежность и небольшая занимаемая площадь являются основными требованиями, так что устройство для компенсации паразитных токов как раз предназначено для такого применения.
Эти и другие задачи, преимущества и признаки изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления в сочетании с чертежами.
Краткое описание чертежей
На чертежах изображают:
- фиг.1: первый вариант устройства для компенсации паразитных токов;
- фиг.2: второй вариант устройства для компенсации паразитных токов.
Используемые на чертежах ссылочные позиции и их значение перечислены в перечне. В принципе, на чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты представляют собой примеры объекта изобретения и не ограничивают изобретение.
Пути реализации изобретения
K
C
На фиг.1 изображен первый вариант устройства 1 для компенсации паразитных токов, а на фиг.2 - его второй вариант. Изображенная на фиг.1 и 2 электрическая система содержит источник напряжения 2 и соединенную с ним посредством проводника последовательную схему из индуктивности L и емкости C, причем индуктивность L соединена с емкостью C последовательно посредством проводника. Проводник соединения источника напряжения 2 с последовательной схемой из индуктивности L и емкости C или проводник последовательной схемы из индуктивности L и емкости C окружен намагничиваемым кольцом 3 с воздушным зазором устройства 1 компенсации паразитных токов, которое подробно поясняется ниже. Намагничиваемое кольцо может содержать, например, ферромагнитный материал и/или может быть выполнен шихтованным. В целом, для намагничиваемых колец возможны любые известные специалисту варианты и материалы. Кроме того, за счет намагничивания намагничиваемого кольца 3 посредством намагничивающей катушки 4 устройства 1 компенсации паразитных токов к проводнику соединения источника напряжения 2 с последовательной схемой из индуктивности L и емкости C или к проводнику последовательной схемы из индуктивности L и емкости C прикладывается компенсирующее напряжение U. Оно вызывает компенсацию нежелательной компоненты переменного напряжения в напряжении U на конденсаторе C, возникшей за счет нежелательного переменного тока на конденсаторе С. Вследствие этой компенсации предпочтительно больше не протекает также никакого нежелательного переменного тока соответствующей частоты. Требования в отношении нежелательных переменных токов, которые обычно должны соблюдаться в электрических системах, могут быть, таким образом, соблюдены. Такие нежелательные переменные токи вызываются электрической нагрузкой 10 электрической системы, т.е., например, вращающейся электрической машиной, ее электронным силовым устройством питания, причем такая электрическая нагрузка 10 включена обычно параллельно емкости C, как это показано на фиг.1 и 2.
K
K
K
C
Ksoll
Ksoll
Ksoll
Cf
Cf
C
Cf
C
Ksoll
Обычно для намагничивания намагничиваемого кольца 3 в намагничивающую катушку 4 посредством преобразовательного блока 5 с большим числом управляемых силовых полупроводниковых выключателей подается компенсирующий ток I. Намагничивающая катушка 4 и намагничиваемое кольцо 3 действуют по типу дифференциатора, т.е. компенсирующий ток I отводится, так что может быть получено желаемое компенсирующее напряжение U. Кроме того, посредством регулирующего устройства 6 на фиг.1 в зависимости от напряжения U на емкости C создается заданное значение I компенсирующего тока, причем управление управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 5 происходит посредством управляющего сигнала S, сформированного из заданного значения I компенсирующего тока с помощью управляющей схемы 7 устройства 1 компенсации паразитных токов. Заданное значение I компенсирующего тока образуется из отфильтрованного напряжения U на емкости C путем интегрирования с помощью интегрирующего блока 8 регулирующего устройства 6, причем отфильтрованное напряжение U на емкости C образуется за счет фильтрации напряжения U на емкости C с помощью полосового фильтра 9 регулирующего устройства 6. В результате фильтрации нежелательную компоненту U переменного напряжения в напряжении U на емкости C, вызванную компенсируемым нежелательным переменным током, который, в свою очередь, вызван электрической нагрузкой 10, выделяют в отношении частоты, а затем описанным выше образом получают заданное значение I компенсирующего тока.
Ksoll
L
Ksoll
Ksoll
Lf
Lf
L
Lf
L
Ksoll
В качестве альтернативы можно также создать заданное значение I компенсирующего тока с помощью регулирующего устройства 6 на фиг.2 в зависимости от напряжения U на индуктивности L, причем тогда управление управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 5 происходит посредством управляющего сигнала S, сформированного из заданного значения I компенсирующего тока с помощью управляющей схемы 7 устройства 1. Заданное значение I компенсирующего тока образуется путем интегрирования отфильтрованного напряжения U на индуктивности L с помощью интегрирующего блока 8 регулирующего устройства 6, причем отфильтрованное напряжение U на индуктивности L образуется из напряжения U на индуктивности L путем фильтрации с помощью полосового фильтра 9 регулирующего устройства 6. В результате фильтрации нежелательную компоненту U переменного напряжения в напряжении U на индуктивности L, вызванную компенсируемым нежелательным переменным током, который, в свою очередь, вызван электрической нагрузкой 10 и дополнительно источником напряжения 2, выделяют в отношении частоты, а затем описанным выше образом получают заданное значение I компенсирующего тока. Это позволяет в значительной степени подавить также нежелательный переменный ток, вызванный источником напряжения 2, как это может происходить, например, в источнике напряжения электрической питающей сети переменного или постоянного напряжения.
K
Устройство 1 для компенсации паразитных токов на фиг.1 и 2 содержит намагничиваемое кольцо 3 с воздушным зазором, причем проводник соединения источника напряжения 2 с последовательной схемой из индуктивности L и емкости C или проводник последовательной схемы из индуктивности L и емкости C окружен намагничиваемым кольцом 3 с воздушным зазором для приложения компенсирующего напряжения U за счет намагничивания намагничиваемого кольца 3 посредством намагничивающей катушки 4. Устройство 1 имеет, тем самым, простую конструкцию, очень надежное, легкое и требует минимум места. Именно в случае применения в области тяги, т.е. когда электрическая система представляет собой, например, питаемое от сети постоянного напряжения электрическое рельсовое транспортное средство, простота, малая масса, надежность и небольшая занимаемая площадь являются основными требованиями, так что устройство 1 как раз предназначено для такого применения.
K
Кроме того, уже упомянутый преобразовательный блок 5 с большим числом управляемых силовых полупроводниковых выключателей соединен с намагничивающей катушкой 4 для подачи компенсирующего тока I. В качестве преобразовательного блока возможен любой преобразовательный блок в виде преобразователя напряжения, преобразователя тока или матричного преобразователя.
Ksoll
C
Ksoll
Устройство 1 содержит также на фиг.1 регулирующее устройство 6, предназначенное для получения заданного значения I компенсирующего тока в зависимости от напряжения U на емкости C, регулирующее устройство 6 через управляющую схему 7 для формирования управляющего сигнала S из заданного значения I компенсирующего тока соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 5.
Ksoll
Cf
Cf
C
Cf
C
Ksoll
На фиг.1 регулирующее устройство 6 содержит интегрирующий блок 8 для формирования заданного значения I компенсирующего тока из отфильтрованного напряжения U на емкости C, причем регулирующее устройство 6 дополнительно содержит полосовой фильтр 9 для получения отфильтрованного напряжения U на емкости C из напряжения U на емкости C. Полосовой фильтр 9 позволяет выделить нежелательную компоненту U переменного напряжения в напряжении U на конденсаторе в отношении частоты, вызванную компенсируемым нежелательным переменным током, который, в свою очередь, вызван электрической нагрузкой 10. Затем описанным выше образом получают заданное значение I компенсирующего тока.
Ksoll
L
Ksoll
Ksoll
Lf
Lf
Lf
L
Ksoll
В качестве альтернативы фиг.1 устройство 1 содержит на фиг.2 регулирующее устройство, предназначенное для формирования заданного значения I компенсирующего тока в зависимости от напряжения U на индуктивности L. Регулирующее устройство 6 через управляющую схему 7 для формирования управляющего сигнала S из заданного значения I компенсирующего тока соединено с управляемыми силовыми полупроводниковыми выключателями преобразовательного блока 5. На фиг.2 регулирующее устройство 6 содержит интегрирующий блок 8 для формирования заданного значения I компенсирующего тока из отфильтрованного напряжения U на индуктивности L, причем регулирующее устройство 6 дополнительно содержит полосовой фильтр 9 для получения отфильтрованного напряжения U на индуктивности L. Полосовой фильтр 9 позволяет выделить в отношении частоты нежелательную компоненту U переменного напряжения в напряжении U на индуктивности L, вызванную компенсируемым нежелательным переменным током, который, в свою очередь, вызван электрической нагрузкой 10 и дополнительно источником напряжения. Затем описанным выше образом получают заданное значение I компенсирующего тока. Это позволяет в значительной степени подавить также нежелательный переменный ток, вызванный источником напряжения 2, как это может происходить, например, в источнике напряжения электрической питающей сети переменного или постоянного напряжения.
Перечень ссылочных позиций
1 - устройство для компенсации паразитных токов
2 - источник напряжения
3 - намагничиваемое кольцо
4 - намагничивающая катушка
5 - преобразовательный блок
6 - регулирующее устройство
7 - управляющая схема
8 - интегрирующий блок
9 - полосовой фильтр
10 - электрическая нагрузка