Источник переменного синусоидального напряжения

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве переменного синусоидального напряжения в системах автономного электроснабжения объектов.
Известен источник переменного синусоидального напряжения, содержащий последовательно соединенные аккумуляторную батарею, шины постоянного тока, инвертор, трехфазный фильтр, содержащий LC-контуры и клеммы для подключения нагрузки, причем трехфазный фильтр составлен из фильтров первой, второй и третьей фаз, при фильтр каждой фазы содержит согласующий трансформатор, первичная обмотка которого включена между соответствующими выходами инвертора и клеммой для подключения нагрузки, а вторичная обмотка образует последовательный замкнутый контур с контурами пятой и седьмой гармоник, при этом каждый из контуров пятой и седьмой гармоник содержит двухобмоточный дроссель, включенный по трансформаторной схеме, первичная обмотка которого соединена параллельно с соответствующим конденсатором, причем точка соединения первичных обмоток дросселей контуров пятой и седьмой гармоник соединена с точкой соединения первичных обмоток дросселей пятой и седьмой гармоник, а вторичная обмотка каждого из дросселей указанных контуров подключена ко входу соответствующего выпрямителя контуров, выход которого подключен к шине постоянного тока [1]. Данный источник отличается высоким качеством электрической энергии, имеет простую схему, технология изготовления которой отработана, однако ему свойственны и недостатки, среди которых можно выделить значительное падение напряжения на дросселях контуров, отсутствие ограничения токов в них, большие пульсации выпрямленного напряжения после выпрямителей и большая реактивная мощность, что увеличивает потери мощности.
Техническим результатом полезной модели является повышение КПД источника.
Требуемый технический результат достигается тем, что в источнике переменного синусоидального напряжения, содержащим функционально включенные: аккумуляторную батарею, шины постоянного тока, инвертор, трехфазный резонансный фильтр и клеммы для подключения нагрузки, причем указанный фильтр содержит три фильтра фаз, выполненных по идентичным схемам, при этом каждый фильтр фазы содержит согласующий трансформатор, первичная обмотка которого включена между соответствующим выходом инвертора и клеммой для подключения нагрузки, параллельные LC-контуры пятой и седьмой гармоник, точки соединения конденсаторов и дросселей контуров которых соединены перемычкой, а дроссели контуров соединенные последовательно между собой выполнены по трансформаторной схеме, при этом вторичные обмотки названных дросселей соединены с выпрямителями пятой и седьмой гармоник, соответственно, а выходы выпрямителей пятой и седьмой гармоник подключены к шинам постоянного тока, в каждый фильтр фазы введены ограничивающий дроссель, включенный между первым выводом вторичной обмотки согласующего трансформатора и точкой соединения конденсатора и катушки дросселя параллельного LC контура седьмой гармоники, и компенсирующий конденсатор, установленный между вторым выводом вторичной обмотки согласующего трансформатора и точкой соединения конденсатора и катушки дросселя параллельного LC контура пятой гармоники; выход каждого выпрямителя пятой и седьмой гармоник шунтирован полярным конденсатором, а выходы фаз инвертора снабжены компенсаторами реактивной мощности емкостного типа, включенными параллельно нагрузке.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема источника переменного синусоидального напряжения.
Источник переменного синусоидального напряжения содержит аккумуляторную батарею 1, шины постоянного тока 2, инвертор 3, трехфазный резонансный фильтр 4 и клеммы для подключения нагрузки 9 (9-1, 9-2, 9-3), причем указанный фильтр 4 содержит первый 5, второй 6 и третий 7 фильтры фаз, выполненные по идентичным схемам, при этом каждый из фильтров фазы 5, 6, 7 содержит: согласующий трансформатор 5-1, 6-1, 7-1 с первичной (не обозначена) и вторичной (не обозначена) обмотками, компенсирующий конденсатор 5-2, 6-2 и 7-2, LC-контур пятой гармоники 5-3, 6-3, 7-3, LC-контур седьмой гармоники 5-4, 6-4, 7-4, причем контур пятой гармоники 5-3, 6-3, 7-3 образован дросселем 5-5, 6-5, 7-5, выполненным по трансформаторной схеме с первичной (не обозначена) и вторичной (не обозначена) обмотками и конденсаторами 5-7, 6-7, 7-7, контур седьмой гармоники 5-4, 6-4, 7-4 образован дросселем 5-6, 6-6, 7-6 выполненным по трансформаторной схеме с первичной (не обозначена) и вторичной (не обозначена) обмотками и конденсатором 5-8, 6-8, 7-8 и ограничивающий дроссель 5-9, 6-9, 7-9. Вторичная обмотка 5-5, 6-5, 7-5 контура пятой гармоники 5-3 подключена к выпрямителю 5-10, 6-10, 7-10, который шунтирован полярным конденсатором 5-11, 6-11, 7-11, а вторичная обмотка дросселя 5-6, 6-6, 7-6 контура седьмой гармоники 5-4, 6-4, 7-4 подключена к выпрямителю 5-12, 6-12, 7-12, который шунтирован полярным конденсатором 5-13, 6-13, 7-13. К фазам инвертора 3 (не обозначены) подключены емкостные компенсаторы реактивной мощности 8 (8-1, 8-3, 8-4), при этом основным источником устройства является аккумуляторная батарея 1, к которой подключены шины постоянного тока 2, инвертор 3, подключенный к указанным шинам 2, преобразует постоянный ток указанной батареи 1 в переменный трехфазный ток с напряжением в форме неполного прямоугольника, в которой наибольшими по амплитуде высшими гармониками являются пятая и седьмая. Нейтрализация действий указанных гармоник происходит в фильтрах фаз 5, 6, 7, в которых первичная обмотка согласующего трансформатора 5-1, 6-1, 7-1 включена в рассечку первой фазы инвертора 3 между выходом инвертора и клеммой для подключения нагрузки 9-1. Вторичная обмотка указанного трансформатора 5-1, 6-1, 7-1 включена первым своим выводом (не обозначен) с комплектующим компенсатором 5-2, 6-2, 7-2, применение которого способствует уменьшению падения напряжения основной гармоники в индуктивных элементах фильтра, а вторым выводом (не обозначен), она подключена к ограничивающему дросселю 5-9, 6-9, 7-9, применение которого также уменьшает падение напряжения на фильтре. Контур пятой гармоники 5-3, 6-3, 7-3 образован параллельно включенными первичной обмоткой (не обозначен) дросселя 5-5, 6-5, 7-5 и конденсатором 5-7, 6-7, 7-7, а контур седьмой гармоники 5-4, 6-4, 7-4 образован параллельно включенными первичной обмоткой (не обозначена) дросселя 5-6, 6-6, 7-6 и конденсатором 5-8, 6-8, 7-8, при этом первичные обмотки дросселей 5-5, 6-5, 7-5 и 5-6, 6-6, 7-6 включены последовательно, при этом общая точка соединения элементов контура пятой гармоники соединена с компенсирующим конденсатором 5-2, 6-2, 7-2, а общая точка соединения элементов контура пятой гармоники соединена с компенсирующим конденсатором 5-2, 6-2, 7-2, а общая точка соединения элементов контура седьмой гармоники 5-4, 6-4, 7-4 соединена со свободным выводом ограничивающего дросселя 5-9, 6-9, 7-9, причем вторичные обмотки дросселей 5-5, 6-5, 7-5 и 5-6, 6-6, 7-6 включены параллельно входам соответствующих выпрямителей 5-10 (6-10, 7-10) и 5-12 (6-12, 7-12), выходы которых (не обозначены) шунтированы полярными конденсаторами 5-11, 6-11, 7-11 и 5-13, 6-13, 7-13, выполняющие функции сглаживающего фильтра, соответственно, при этом выпрямленное напряжение пятой и седьмой гармоник поступает для подзаряда аккумуляторной батареи 1 за счет электрических цепей конденсатора 5-11, 6-11, 7-11 шины постоянного тока 2 и конденсатора 5-13, 6-13, 7-13 шины постоянного тока 2. К фазам инвертора 3 (не обозначены) подключены емкостные компенсаторы реактивной мощности 8-1, 8-2 и 8-3.
Источник работает следующим образом. В статическом режиме аккумуляторная батарея 1 разряжаясь обеспечивает напряжение на шинах постоянного тока 2, которое инвертор 3 преобразует в трехфазное переменное напряжение с формой в виде неполного прямоугольника. Поскольку среди высших гармоник самыми низшими являются пятая и седьмая, то контуры фильтров фаз 5, 6, 7 трехфазного резонансного фильтра 4 настроены на пяти-семикратную частоту основной гармоники, поэтому в контурах 5-3, 6-3, 7-3 и 5-4, 6-4, 7-4 образуются электрические колебания указанных частот с помощью вторичных обмоток согласующих трансформаторов 5-1, 6-1, 7-1. Поскольку на всех элементах контуров возникли значительные падения напряжения за счет уменьшения ее индуктивной составляющей, а ограничивающий дроссель 5-9, 6-9, 7-9 способствует значительному уменьшению падения напряжения в контурах за счет ограничения протекающего тока.
Источники, принятые во внимание
1. Источник вторичного напряжения. Под ред. Ю.И. Конева. М., Радио и связь, 1990 стр. 207, рис 7.2, б.
2. Электрический справочник, Т2 Под ред В.Г. Герасимова М., МЭИ, 2003 стр. 475, рис. 37, 69, а.