ДЕМПФИРОВАННЫЙ СЕТЕВОЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам, позволяющим уменьшать импульсные помехи в однофазной или трехфазной электрической сети.
Известны демпфированные сетевые фильтры (ССФ), предназначенные для подавления одной высшей гармоники тока несинусоидальной нагрузки в однофазной или трехфазной сети [1, 2].
1
2
2
1
2
1
2
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является схемное решение, известное из [1] (фиг.1), которое содержит основной конденсатор C, последовательно включенные дополнительный конденсатор C и катушку индуктивности L, причем C и L настроены на резонанс напряжения на частоте 50 Гц (частота промышленной электрической сети). Демпфирующий резистор R включен параллельно резонансному звену CL с таким условием, чтобы не рассеивать электрическую мощность на частоте сети, а осуществлять демпфирование всего резонансного звена CCL, настроенного на резонанс напряжения на выбранной гармонике (например, третьей, как наиболее важной для промышленной сети с нейтралью 0,4 кВ).
Недостатки прототипа:
импульсные помехи в сети подавляются слабо, неэффективно, за счет относительно большой величины сопротивления резистора R;
сложность настройки резонанса на частоте 50 Гц.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью, является повышение качества электроснабжения, снижение потерь электроэнергии в электрических сетях за счет подавления импульсных помех в сети, а также упрощение настройки резонанса на частоте 50 Гц.
Технический результат достигается тем, что в демпфированном сетевом фильтре, содержащем основной конденсатор, последовательно включенные дополнительный конденсатор и катушку индуктивности, образующие первое резонансное звено, причем дополнительный конденсатор и катушка индуктивности настроены на резонанс напряжения на частоте 50 Гц, и демпфирующий резистор, включенные параллельно первому резонансному звену с таким условием, чтобы осуществлять демпфирование всего резонансного звена, настроенного на резонанс напряжения на выбранной гармонике, согласно полезной модели параллельно катушке индуктивности подключена RC-цепь из второго резистора и третьего конденсатора, причем величина емкости третьего конденсатора выбирается на порядок меньше величины основного конденсатора, а величина сопротивления второго резистора выбирается на порядок меньше величины сопротивления основного резистора.
При этом величина сопротивления второго резистора может быть выбрана равной нулю.
Заявляемая полезная модель поясняется следующими графическими материалами.
Фиг.1 - схема наиболее близкого аналога.
Фиг.2 - схема заявляемого демпфированного сетевого фильтра.
Заявляемый демпфированный сетевой фильтр (фиг.2) содержит основной конденсатор 1, последовательно включенные дополнительный конденсатор 2 и катушку индуктивности 3 образующие полное резонансное звено 1, 2, 3, и демпфирующий резистор 4.
Последовательно включенные дополнительный конденсатор 2 и катушка индуктивности 3 образуют первое резонансное звено 2, 3.
Демпфирующий резистор 4 включен параллельно первому резонансному звену 2, 3. Параллельно катушке индуктивности 3 подключена RC-цепь из второго резистора 5 и третьего конденсатора 6.
Дополнительный конденсатор 2 и катушка индуктивности 3 настроены на резонанс напряжения на частоте 50 Гц. Демпфирующий резистор 4 включен параллельно первому резонансному звену 2, 3 с таким условием, чтобы осуществлять демпфирование всего резонансного звена 1, 2, 3, настроенного на резонанс напряжения на выбранной гармонике.
Величина емкости третьего конденсатора 6 выбирается на порядок меньше величины основного конденсатора 1, а величина сопротивления второго резистора 5 выбирается на порядок меньше величины сопротивления основного резистора 4.
Величина сопротивления второго резистора 5 может быть выбрана равной нулю.
Заявляемый демпфированный сетевой фильтр работает следующим образом.
При включении устройства в сеть в первый момент, согласно закона коммутации для электрических конденсаторов (напряжение на конденсаторе не может измениться скачком) напряжение на всех конденсаторах равно нулю, поэтому сеть в этот момент нагружена в основном на втором резисторе 5. Возникает бросок тока, по величине которого следует выбрать параметры второго резистора 5 и его защитного аппарата. Аналогично, при возникновении резкого импульса напряжения в сети, он будет гаситься во втором резисторе 5, поскольку величина его сопротивления много меньше величин индуктивных сопротивлений элементов сети на высоких частотах, соответствующих коротком импульсу.
В результате импульсная помеха будет подавляться сильнее, более эффективно, чем в прототипе, поскольку на высоких частотах эквивалентное активное сопротивление заявляемого демпфированного сетевого фильтра будет определяться только резистором 5. Меняя в небольших пределах (±20%) емкость конденсатора 6, относительно небольшой емкости по сравнению с конденсатором 2, можно более просто добиться резонанса напряжения на частоте 50 Гц в первом резонансном звене 2, 3.
Пример 1.
1
2
R=50 Ом, R≈5 Ом
1
3
Если C≈1800 мкф, U=450 В, то C≈100 мкф, U=100 В
Пример 2.
1
C≈1000 мкф, при 16,6 квар
2
C≈9000 мкф (третья гармоника)
1
R≈20 Ом
3
2
C≈100 мкф, R≈2 Ом
Таким образом, в заявляемой полезной модели
1
- достигается уменьшение вплоть до возможного минимума потерь активной энергии на частоте 50 Гц в основном демпфирующем резисторе R;
2
- осуществляется точная настройка на частоту 50 Гц контура LC;
- происходит эффективное подавление импульсных помех в сети.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Бородуллин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт. 1983, с.66.
2. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. - М.: Энергоатомиздат. 1994, с.272.