DE3012747A1

DE3012747A1 - Rectifier circuit with increased power factor - has LC filter in primary transformer circuit tuned to harmonics of mains frequency

Info

Publication number: DE3012747A1
Application number: DE19803012747
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Kleische
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Sendertechnik GmbH
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1981-10-01
Also published as: DE3012747C2

Abstract

Rectifier circuitry to provide dc from incoming mains and to improve the power factor of the unit. An LC filter circuit is connected into the primary, mains, circuit of the unit to improve the waveform through the transformer circuit. The resonant frequency of the LC circuit is chosen to reduce overvoltage peaks and improve the current phase angle. Usually the frequency is the fifth but maybe the ninth or thirteenth harmonic of the mains frequency. The LC filter may be connected in the transformer (T) primary or secondary but must be followed by the bridge rectifier (G) and a reservoir capacitor (Co). The LC circuit is tuned to the fifth, ninth or thirteenth harmonic of the supply frequency.

Description

Netzteil. mit Wechselspannungseingang und GleichrichternPower adapter. with AC voltage input and rectifiers

Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzteil, wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben.The invention relates to a power supply unit as described in the preamble of Claim 1 specified.

Durch nichtlineare Verbraucher entstehen in Stromversorgungsnetzen Oberschwingungen. Diese Oberschwingungen sind sehr unerwünscht, da sie zusätzliche Verluste und unangenehme Einflüsse auf weitere Verbraucher am gleichen Netz zur Folge haben.Non-linear consumers arise in power supply networks Harmonics. These harmonics are very undesirable as they are additional Losses and unpleasant influences on other consumers on the same network Have consequence.

Bei sinusförmiger Kurvenform wird das Verhältnis von Wirkleistung PW zur Scheinleistung PS als Leistungsfaktor (Verschiebungsfaktor) cos# = PW/PS bezeichnet, wobei # der Phasenverschiebungswinkel zwischen Strom und Spannung ist. Bei nicht sinusförmiger Kurvenform bezieht sich der cos-Wert auf die Grundschwingung. Das Verhältnis der Wirkleistung PW zur Scheinleistung PS wird bei verzerrter Kurvenform als totaler Leistungsfaktor ½ = bezeichnet. Dabei ist V der Ver@errungsfaktor, er kennzeichent den Oberschwingungsgehalt der Kurvenform.In the case of a sinusoidal curve, the ratio of active power PW for apparent power PS as power factor (shift factor) cos # = PW / PS where # is the phase shift angle between current and voltage. In the case of a non-sinusoidal curve, the cos value relates to the fundamental oscillation. The ratio of the active power PW to the apparent power PS is in the case of a distorted curve shape as total power factor ½ = designated. Where V is the gain factor, it characterizes the harmonic content of the waveform.

Netzteil zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung, die Gleichrichter, insbesondere eine Gleichrichterbrücke, mit nachgeschaltetem Energiespeicher zur Glättung von Brummspannungen (z.B. einen Siebkondensator) aufweisen, haben einen totalen Leistungsfaktor, der merklich unterhalb eins liegt. Eine praktizierte Maßnahme zur Verringerung der den totalen Leistungsfaktor beeinträchtigenden Oberschwingungen bei Stromrichtern besteht in der Verwendung von Filtern an den Anschlußklemmen des Stromrlchters, die in Form von Saugkreisen oder Hochpässen die störenden Oberschwingungsströme kurzschließen.Power supply unit for converting AC voltage into DC voltage, the Rectifier, in particular a rectifier bridge, with a downstream energy store for smoothing ripple voltages (e.g. a filter capacitor) have a total power factor, which is well below one. A measure practiced to reduce the harmonics affecting the total power factor in the case of converters, filters are used on the terminals of the Stromrlchters, in the form of suction circuits or high passes, the disturbing harmonic currents short circuit.

Derartige Filter sind recht aufwendig.Such filters are quite expensive.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung des totalen Leistungsfai-tors, insbesondere bei Gleichrichtern mit Netztransformator und Ladekondensator.The object of the invention is to improve the total performance factor, especially for rectifiers with mains transformers and charging capacitors.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben sind. Vorteilhafte leiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the features in claim 1 are given. Advantageous ladder formations can be found in the subclaims.

In einem Netzteil, das ausgehend von Wechselspannung Gleichspannung liefert und das hinter Gleichrichtern, bevorzugt einer Gleichrichterbrücke, einen Energiespeicher zur Glättung von Brummspannungen aufweist, ist den Gleichrichtern ein Sperrkreis aus einer Spule und einem Kondensator vorgeschaltet, der im wesentlichen ouS di.e fünfte, neunte oder dreizehnte Harmonische der Grundwelle der Eingangswechselspannungs abgestimmt ist. Dadurch werden Ladestromspitzen für den Energie sondere Siebkondensator, die in den Netzzuleitungen trotz sinusförmiger Netzspannung auftreten, abgeflacht und dafür Vorbreitert, wodurch wiederum durch Oberwellen verursachte Verluste reduziert und der totale Leistungsfaktor verbessert wird.In a power supply unit that is based on AC voltage and DC voltage supplies and that behind rectifiers, preferably a rectifier bridge, one Having energy storage for smoothing ripple voltages is the rectifier upstream of a blocking circuit consisting of a coil and a capacitor, which is essentially ouS di.e fifth, ninth or thirteenth harmonic of the fundamental wave of the input alternating voltage is matched. Through this are charging current peaks for the energy Special filter capacitor that is in the mains supply despite the sinusoidal mains voltage occur, flattened and prepared for it, which in turn is caused by harmonics Losses are reduced and the total power factor is improved.

Es hat sich als am zweckmäßigsten erwiesen, den :perrkreis in den Primärkreis eines zumeist der Gleichrichterbrücke vorgeschalteten Transformators zu legen, da man dort mit einem kleineren Kondensator im Sperrkreis auskommt, wenn der Primärkreis hochohmiger als der Sekundärkreis ist. It has proven to be the most appropriate to use the lock circle in the Primary circuit of a transformer usually connected upstream of the rectifier bridge because you can get by with a smaller capacitor in the trap circuit if the primary circuit has a higher resistance than the secondary circuit.

Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einphasigen Netzanschluß beschrieben. Die Erfindung kann aber sinngemäß auch bei dreiphasigen Systemen angewendet werden. Based on the drawing, a preferred embodiment of the Invention described for single-phase network connection. The invention can, however, analogously can also be used in three-phase systems.

Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines üblichen Netzteiles, Fig. 2 einen zugehörigen Stromverlauf, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild nach der Erfindung und Fig. 4 den Verlauf des totalen Leistungsfaktors # in Abhängigkeit von der gewählten Resonanzfrequenz des Sperrkreises. They show: FIG. 1 a basic circuit diagram of a conventional power supply unit, FIG. 2 shows an associated current curve, FIG. 3 shows a basic circuit diagram according to the invention and FIG. 4 shows the course of the total power factor # as a function of the selected one Resonance frequency of the trap circuit.

In Fig. 1 ist von den Wechselspannungs-Netzeingangsklemmen 1 und 2 ausgehend ein Primärkreis eines Netztransformators T vorgesehen. Äuf der Sekundärseite des Netztrans- formators T folgt eine Gleichrichterbrücke G, der als Energiespeicher zur Aussiebung von Brummspannungen ein Siebkondensator Co nachgeschaltet ist.In Fig. 1 is of the AC mains input terminals 1 and 2 starting from a primary circuit of a network transformer T is provided. On the secondary side of network trans- formator T is followed by a rectifier bridge G, the A filter capacitor Co is connected downstream as an energy store for filtering out ripple voltages is.

Bei einer Gleichrichterbrücke nach Fig. 1 ergibt sich bei sinusförmiger Netzspannung ein Verlauf des Stromes I nach Fig. 2. Der Kondensator wirkt als Energiespeicher, die Aufladung erfolgt nur jeweils in den Spitzen der Ladespannung, daher ergibt sich ein impulsförmiger Ladestrom, also eine stark verzerrte Stromkurve; der totale Leistungsfaktor liegt typisch in der Größenordnung von 0,7.In the case of a rectifier bridge according to FIG. 1, a sinusoidal Mains voltage a curve of the current I according to Fig. 2. The capacitor acts as an energy store, the charging takes place only in the peaks of the charging voltage, therefore results a pulsed charging current, i.e. a strongly distorted current curve; the total Power factor is typically on the order of 0.7.

Im Gegensatz zu den bekannten, aufwendigen Filtern erfolgt bei der vorliegenden Erfindung die Verbesserung des totalen I,eistungsfaktors durch einen Parallelkreis L, C, der in Serie zum Netztransformator T geschaltet ist (Fig. 3).In contrast to the well-known, complex filters, the present invention the improvement of the total efficiency factor by a Parallel circuit L, C, which is connected in series with the mains transformer T (Fig. 3).

Dies kann sowohl auf der primären Seite des ransformato.s als auch auf der sekundären Seite erfolgen. Die Reson~szfrequenz fres des Parallelkreises L, C ist so gewählt, daß sich für den Ladestrom-Impuls ein möglichst großer Stromflußwinkel und eine möglichst niedrige Stromspitze ergeben.This can be done on the primary side of the ransformato.s as well on the secondary side. The resonance frequency fres of the parallel circuit L, C is chosen so that the largest possible current flow angle is possible for the charging current pulse and result in the lowest possible current peak.

Untersuchungen zeigten daß dies insbesondere für die fünfte und in etwas geringerem Maße auch für die neunte und dreizehnte Harmonische der Netzfrequenz der Fall ist.Studies have shown that this is particularly true for the fifth and in to a somewhat lesser extent for the ninth and thirteenth harmonics of the mains frequency the case is.

In Fig. 4 sind diese Untersuchungsergebnisse dargestellt.These test results are shown in FIG. 4.

Der beste Wert für den totalen Leistungsfaktor # wird bei der Abstimmung des Parallelkreises L, C auf die fünfte Harmonische der Netzfrequenz fNetz erreicht. Wenn die Mindestforderung für den totalen Leistungsfaktor o,8 beträgt, so sind aber auch die Abstimmungen des Parallelkreises auf die neunte und dreizehnte Harmonische von Interesse. Der Aufwand und Raumbedarf für den Parallelkreis wird dann geringer als bei der Abstimmung auf die fünfte Harmonische.The best value for the total power factor # is given in the vote of the parallel circuit L, C reached to the fifth harmonic of the network frequency fNetz. But if the minimum requirement for the total power factor is 0.8, then also the tuning of the parallel circle to the ninth and thirteenth harmonics of interest. The effort and space required for the parallel circuit is then less than when tuning to the fifth harmonic.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims power supply with alternating savings and rectifiers and downstream energy storage for smoothing ripple voltages as well as with a series reactor and a capacitor connected in parallel, characterized in that that the series choke and the capacitor form a parallel circuit (L, C), which is essentially on the fourth or a higher harmonic of the fundamental wave of the AC input voltage (terminals 1, 2) is matched.

2. Power supply according to Q-nspruch 1, marked / eichnet that the parallel circuit (L, C) is tuned to the fifth, ninth, or thirteenth harmonic.

part according to claim 1 or 2, characterized in that the parallel circle (L, C) is in the primary circuit of a transformer (T) that feeds the rectifiers (G) is upstream.

4. Power supply according to one of the preceding claims, marked by using a power supply unit with a filter capacitor (Co) as an energy store.

5. Power supply unit according to claim 1, characterized by the application at a power supply unit with a switching regulator, which is connected downstream of the filter capacitor (Co) is.