FI94196C

FI94196C - Device for filtering harmonic harmonics

Info

Publication number: FI94196C
Application number: FI935907A
Authority: FI
Inventors: Matti Kaehkipuro; Nigel Smith
Original assignee: Kone Oy
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-25
Also published as: FI935907A0; FI94196B; GB2285350B; GB9424988D0; GB2285350A

Description

, 94196, 94196

LAITTEISTO HARMONISTEN YLIAALTOJEN SUODATTAMISEKSIEQUIPMENT FOR HARMONIC WAVE FILTERING

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen laitteisto yliaaltojen suodattamiseksi.The invention relates to an apparatus for filtering harmonics according to the preamble of claim 1.

Kolmivaiheisella diodisillalla tasasuunnataan kolmivaiheinen 5 vaihtojännite tasavirran tuottamiseksi. Diodisilta aiheuttaa verkkovirtaan harmonisia yliaaltoja. Erityisen ongelmallisia näistä ovat viides ja seitsemäs yliaalto, joiden amplitudi on monesti häiritsevän suuri.The three-phase diode bridge rectifies the three-phase AC voltage to produce direct current. The diode bridge causes harmonics in the mains. Particularly problematic of these are the fifth and seventh harmonics, whose amplitude is often disturbingly large.

Vaatimustasoa verkkoon kytkettävien laitteiden verkkovaikutuk-10 sille tiukennetaan jatkuvasti. Normaalisti käytetty verkkosuo-datin ei suodata edellä mainittuja viidettä ja seitsemättä yliaaltoa. Vastaava koskee myös yliaaltoja yksitoista ja kolmetoista.The level of requirements for the network impact of network-connected devices is constantly tightened. The normally used mains filter does not filter the above-mentioned fifth and seventh harmonics. The same applies to harmonics eleven and thirteen.

Keksinnön tarkoituksena on verkkoon kytketyn diodisilian 15 verkkoon aiheuttamien häiriöiden pienentäminen. Tämän aikaansaamiseksi keksinnölle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan ominaispiirteet.The object of the invention is to reduce the interference caused by the diode silicon 15 connected to the network. To achieve this, the invention is characterized by the features of the characterizing part of claim 1.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla pienennetään oleellisesti viidennen ja seitsemännen yliaallon osuutta verkkovirrassa 20 mitoittamalla suodattimen resonanssitaajuus kuusinkertaiselle verkkotaajuudelle. Yhdellä suodatuspiirillä saadaan näin • suodatettua kahta yliaaltoa. Vastaavasti 11. ja 13. yliaaltoa suodatetaan, kun resonanssitaajuus on kaksitoista kertaa verkkotaajuus jne. Erityisesti verkkoon jarruttavissa varavoi-25 makäytöissä näiden yliaaltojen haitallista vaikutusta joudutaan korjaamaan lisäämällä jarrutusvastuksen tehoa. Kytkemällä keksinnönmukaisesti suodatin tasavirtapiiriin jarrutusvastus ja sen ohjauselektroniikka voidaan korvata halvemmalla ja ' yksinkertaisemmalla ratkaisulla. Nyt esitetyllä ratkaisulla 30 saavutetaan riittävä suodatustaso edullisesti.The solution according to the invention substantially reduces the proportion of the fifth and seventh harmonics in the mains current 20 by dimensioning the resonant frequency of the filter to six times the mains frequency. One filter circuit can thus • filter two harmonics. Respectively, the 11th and 13th harmonics are filtered when the resonant frequency is twelve times the mains frequency, etc. Especially in the case of backup power braking in the network, the detrimental effect of these harmonics has to be corrected by increasing the braking resistor power. By connecting the filter to a DC circuit according to the invention, the braking resistor and its control electronics can be replaced by a cheaper and simpler solution. The present solution 30 advantageously achieves a sufficient level of filtration.

Keksintöä kuvataan seuraavassa sen erään suoritusesimerkin avulla viitaten piirustuksiin, joissa - kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen kytkennän, 2 94196 - kuvio 2 esittää verkkovirran taajuusspektriä tunnetussa ratkaisussa ja - kuvio 3 esittää verkkovirran taajuusspektriä käytettäessä keksinnön mukaista suodatusta.The invention will now be described, by way of example, with reference to the drawings, in which - Figure 1 shows a circuit according to the invention, 2 94196 - Figure 2 shows the frequency spectrum of a mains current in a known solution and - Figure 3 shows a mains frequency spectrum using filtering according to the invention.

5 Kuvio 1 esittää kolmivaiheisen diodisillan päävirtapiiriä, jossa on keksinnön mukainen yliaaltosuodatin. Syöttöverkon vaihejohtimet on yhdistetty diodisillan 2 tulojohtimiin 4, 6 ja 8, joissa kulkee verkkovirrat llrI2 ja I3. Diodisilta muodostuu kuuden diodin Dj — D6 siltakytkennästä ja diodisilta 10 syöttää virran I4 ensimmäisen ja toisen ulostulojohtimen 10 ja 12 kautta tasavirtapiirissä olevaa kondensaattoriin C2- Ensimmäiseen ulostulojohtimeen 10 on kytketty diodisillan 2 ja kondensaattorin (¼ väliin resonanssipiiri 14, joka on muodostettu kelan Lj ja kondensaattorin Cj rinnankytkennästä.Figure 1 shows the main circuit of a three-phase diode bridge with a harmonic filter according to the invention. The phase conductors of the supply network are connected to the input conductors 4, 6 and 8 of the diode bridge 2, where the mains currents llrI2 and I3 flow. The diode bridge consists of a bridge connection of six diodes Dj to D6, and the diode bridge 10 supplies current I4 through the first and second output conductors 10 and 12 to a capacitor C2 in the DC circuit. A resonant circuit 14 a parallel circuit.

15 Resonanssipiirin resonanssitaajuus, fres lasketaan kaavasta fres= 1/(2ttVLC) , jossa L = kelan Lj induktanssi ja C = kondensaattorin Cj kapasitanssi.15 The resonant frequency of the resonant circuit, fres is calculated from the formula fres = 1 / (2ttVLC), where L = inductance of the coil Lj and C = capacitance of the capacitor Cj.

Resonanssipiiri 14 on mitoitettu siten, että sen resonanssi-20 taajuus on kuusi kertaa verkon taajuus. Syöttöverkon taajuuden ollessa fn=50 Hz on resonanssipiirin resonanssitaajuus siten fres= 300 Hz. Tällä mitoituksella on yllättäen todettu olevan edullinen verkon vaihevirran viidettä ja seitsemättä harmonista yliaaltoa suodattava vaikutus.The resonant circuit 14 is dimensioned so that its resonant-20 frequency is six times the network frequency. When the frequency of the supply network is fn = 50 Hz, the resonant frequency of the resonant circuit is thus fres = 300 Hz. This dimensioning has surprisingly been found to have a beneficial filtering effect on the fifth and seventh harmonics of the network phase current.

25 Vastaavalla tavalla tasavirtapiiriin on kytketty toinen resonanssipiiri 16, jonka resonanssitaajuus on verkon taajuus kerrottuna luvulla 12. Resonanssipiiri 16 on muodostettu kondensaattorin C3 ja kelan 1^ rinnankytkennästä ja sillä saadaan vaimennettua yliaaltoja 11 ja 13. Edelleen resonanssipiirillä, 30 jonka resonanssitaajuus on verkon taajuus kerrottuna luvulla 18, voidaan suodattaa yliaallot 17 ja 19. Resonanssipiirien lukumäärä ja resonanssitaajuus määräytyy sovellutuksittaan • kulloisenkin tarpeen mukaan.Correspondingly, a second resonant circuit 16 is connected to the DC circuit, the resonant frequency of which is the network frequency multiplied by 12. The resonant circuit 16 is formed of parallel connection of capacitor C3 and coil 1 18, harmonics 17 and 19 can be filtered. The number of resonant circuits and the resonant frequency are determined by their application • according to the respective need.

Il IN I lll> III |ι| i 3 94196Il IN I lll> III | ι | i 3 94196

Yleisesti voidaan keksinnön mukainen tasavirtapiiriin kytkettävän resonanssipiirin resonanssitaajuus fres määritellä kaavalla: fres = 6 ' n · fn' 5 jossa n voi saada kokonaislukuarvoja, n = 1,2,3,...In general, the resonant frequency fres of a resonant circuit connected to a direct current circuit according to the invention can be defined by the formula: fres = 6 'n · fn' 5 where n can obtain integer values, n = 1,2,3, ...

Verkkovirrasta suodatettavat yliaallot fh ovat tällöin vastaavasti: fh = (6 · n - 1) · fn ja fh = (6 · n + l) fn.The harmonics fh to be filtered from the mains current are then respectively: fh = (6 · n - 1) · fn and fh = (6 · n + 1) fn.

10 Kuviot 2 ja 3 esittävät mittaustuloksia verkon vaihevirran Ij harmonisten yliaaltojen suuruuksista sekä ilman keksinnön mukaista ratkaisua (kuvio 2) että käytettäessä keksinnön mukaista resonanssipiiriä (kuvio 3). Käytetty resonanssipiiri oli muodostettu kondensaattorista, jonka kapasitanssi on 133,2 15 μΤ ja kelasta, jonka induktanssi L on noin 2 mH. Kuten mittaustuloksista ilmenee on viidennen harmonisen yliaallon (fh=250 Hz) vaimennus noin 5 dB ja seitsemännen harmonisen yliaallon (fh=350 Hz) vaimennus noin 10 dB käytettäessä keksinnön mukaista resonanssipiiriä 14.Figures 2 and 3 show the measurement results of the magnitudes of the harmonics of the phase phase current Ij of the network both without the solution according to the invention (Figure 2) and when using the resonant circuit according to the invention (Figure 3). The resonant circuit used was formed of a capacitor with a capacitance of 133.2 15 μΤ and a coil with an inductance L of about 2 mH. As can be seen from the measurement results, the attenuation of the fifth harmonic (fh = 250 Hz) is about 5 dB and the attenuation of the seventh harmonic (fh = 350 Hz) is about 10 dB when using the resonant circuit 14 according to the invention.

Claims

94196

An apparatus for attenuating harmonics (fh) caused by a diode bridge (2) connected to a three-wire network, by which the diode bridge (2) rectifies an AC voltage and supplies a capacitor (C2) connected between the output conductor (10,12) of the first and second diode bridge (2), that a resonant circuit (14) is connected between the diode bridge (2) and the capacitor (C2) to the second output conductor (10) of the diode bridge, the resonant frequency (fres) of which is substantially the frequency (fn) of the supply-10 network multiplied by 6 * n, where n is integer.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the resonant frequency (fres) of the resonant circuit (14) is substantially six times the frequency (fn) of the supply network.

Apparatus according to claim 1, characterized in that at least two resonant circuits (14, 16) are connected in series between the diode bridge (2) and the capacitor (C2) in the output conductor (10), the resonant frequency (fres) of which is substantially the supply network frequency (fn) multiplied at 6 * n, where n is an integer of 20 such that the resonant pairs (14,16) have different resonant frequencies (fres).

Apparatus according to claim 3, characterized in that the output conductor (10) has in series a resonant circuit (14) with a resonant frequency of six times the mains frequency and a resonant circuit (16) with a resonant frequency of twelve times the mains frequency.

Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the resonant circuit (14, 16) comprises a coil (L 1, L 3) and a capacitor (C 1; C 3) which are connected in parallel. tl tu 1 «I I: · I I i nl i 94196 PÄTENTKRAV