PL226485B1 - Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia - Google Patents
Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięciaInfo
- Publication number
- PL226485B1 PL226485B1 PL409952A PL40995214A PL226485B1 PL 226485 B1 PL226485 B1 PL 226485B1 PL 409952 A PL409952 A PL 409952A PL 40995214 A PL40995214 A PL 40995214A PL 226485 B1 PL226485 B1 PL 226485B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- voltage inverter
- filter
- series
- voltage
- common
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 52
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia, w którym pomiędzy falownikiem napięcia (2) a silnikiem elektrycznym (3) w każdą gałąź poprzeczną włączony jest dławik jednozwojowy (6), połączony szeregowo z kondensatorem (5) o parametrach dobranych tak, aby tworzyły obwód rezonansowy o częstotliwości przełączeń tranzystorów falownika napięcia (2). Całość gałęzi poprzecznych połączona jest w gwiazdę. W każdą gałąź podłużną włączony jest dławik (4) posiadający uzwojenie pierwotne (P) i uzwojenie wtórne (W). Uzwojenia pierwotne (P) włączone są szeregowo w każdą z faz silnika elektrycznego (3), natomiast uzwojenia wtórne (W) wzajemnie połączone są szeregowo i tworzą obwód włączony z jednej strony do punktu neutralnego (7) gałęzi poprzecznych filtru (1), a z drugiej strony do obwodu zasilania falownika napięcia (2). Zachowana jest kolejność początków i końców uzwojeń wtórnych (W) dławików (4) umożliwiająca kompensowanie składowej wspólnej napięcia w punkcie neutralnym (7). Indukcyjność każdego uzwojenia wtórnego (W) nie przekracza 10% indukcyjności każdego uzwojenia pierwotnego (P).
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia. Znajduje on zastosowanie w elektrycznych układach napędowych z pięciofazowymi silnikami indukcyjnymi lub synchronicznymi, w których silnik zasilany jest z tranzystorowego falownika napięcia pracującego z modulacją szerokości impulsów. Takie układy napędowe powszechnie nazywane są napędami przekształtnikowymi.
W układach przekształtnikowych występują duże stromości napięć, które są przyczyną wielu niekorzystnych efektów: prądów łożyskowych, uszkodzeń łożysk silników, przyspieszonej degradacji izolacji maszyn elektrycznych, przepięć, zakłóceń elektromagnetycznych. Do eliminacji tych niekorzystnych zjawisk stosuje się różnego rodzaju filtry bierne, odpowiednio do rodzaju zjawisk.
Znane są filtry sinusoidalne wyjściowe falowników napięcia, które są obwodem elektrycznym z połączonymi indukcyjnościami L i pojemnościami C o parametrach dobieranych tak, aby uzyskać charakterystykę filtru dolnoprzepustowego. Indukcyjności są dławikami z jednym uzwojeniem. Filtry sinusoidalne mają charakterystykę filtrów dolnoprzepustowych odcinających wyższe harmoniczne o częstotliwości przełączeń tranzystorów falownika. Jednak całkowite wyeliminowanie tych wyższych harmonicznych nie jest możliwe jedynie przy zastosowaniu filtrów o charakterystyce dolnoprzepustowej, gdyż ograniczony musi być dopuszczalny spadek napięcia na filtrze. Zbyt duży spadek napięcia powoduje, że silnik nie może być zasilany napięciem znamionowym.
Znane są też filtry składowej wspólnej, których zadaniem jest zwiększenie impedancji obwodu elektrycznego dla składowej wspólnej prądu. W filtrach składowej wspólnej stosowane są najczęściej dławiki toroidalne o trzech cewkach. Zarówno filtry sinusoidalne, jak i filtry składowej wspólnej, włączane są szeregowo w obwód elektryczny pomiędzy zaciski wyjściowe falownika, a zaciski wejściowe silnika.
Ponadto znane są transformatory składowej wspólnej, które składają się z trzech symetrycznych uzwojeń pierwotnych oraz jednego uzwojenia wtórnego. Uzwojenia transformatora nawijane są na rdzeniu toroidalnym. Uzwojenia pierwotne włączane są szeregowo w obwód między falownik a silnik, natomiast do uzwojenia wtórnego dołączany jest rezystor. Znane są też rozwiązania filtrów składowej wspólnej, w których tworzy się alternatywny obwód niskoimpedanycyjny dla składowej wspólnej prądu.
Takie rozwiązania filtrów składowej wspólnej nie umożliwiają eliminacji składowej wspólnej napięcia, a jedynie jej ograniczenie. Ponadto, aby wyeliminować wszystkie znane niekorzystne efekty zasilania przekształtnikowego silników elektrycznych muszą być stosowane zarówno filtry sinusoidalne, jak i filtry składowej wspólnej.
Dotychczasowe znane filtry są przeznaczone jedynie do trójfazowych falowników i silników, i dlatego nie nadają się do coraz częściej spotykanych napędów elektrycznych pięciofazowych. Napędy pięciofazowe mają szereg bardzo korzystnych właściwości: większą niezawodność, mniejsze obciążenie przekształtnika, większy moment napędowy silnika, mniejsze drgania wału i mniejszy hałas.
Celem wynalazku jest praktycznie całkowite wyeliminowanie niedogodności znanych rozwiązań filtrów przez wprowadzenie nowej topologii pięciofazowego zintegrowanego filtru sinusoidalnego i składowej wspólnej.
Cel ten został osiągnięty przez zastosowanie dławików z podwójnymi uzwojeniami, oraz odpowiedniej topologii połączeń.
Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia charakteryzuje się według wynalazku tym, że pomiędzy falownikiem napięcia a silnikiem elektrycznym w każdą gałąź poprzeczną włączony jest dławik jednozwojowy połączony szeregowo z kondensatorem. Parametry dławika jednozwojowego i kondensatora dobrane są tak, aby tworzyły obwód rezonansowy o częstotliwości przełączeń tranzystorów falownika napięcia. Całość gałęzi poprzecznych połączona jest w gwiazdę. W każdą gałąź podłużną włączony jest dławik posiadający uzwojenie pierwotne i uzwojenie wtórne. Uzwojenia pierwotne włączone są szeregowo w każdą z faz silnika elektrycznego. Uzwojenia wtórne wzajemnie połączone są szeregowo i tworzą obwód włączony z jednej strony do punktu neutralnego gałęzi poprzecznych filtru, a z drugiej strony do obwodu zasilania falownika napięcia. Zachowana jest kolejność początków i końców uzwojeń wtórnych dławików umożliwiająca kompensowanie składowej wspólnej napięcia w punkcie neutralnym. Indukcyjność każdego uzwojenia wtórnego nie przekracza 10% indukcyjności każdego uzwojenia pierwotnego.
PL 226 485 B1
Podstawową zaletą zintegrowanego filtru według wynalazku jest uproszczenie konstrukcji filtrów wyjściowych falownika przez zastosowanie filtru mającego właściwości zarówno filtru sinusoidalnego, jak i filtru składowej wspólnej. W ten sposób ograniczono ilość użytych elementów magnetycznych, co powoduje, że taki zintegrowany filtr będzie mniejszy i tańszy w porównaniu z istniejącymi rozwiązaniami. Dodatkowo przez zastosowanie dławików z podwójnym uzwojeniem praktycznie całkowicie eliminuje się składową wspólną napięcia, a tym samym wyeliminowana zostaje składowa wspólna prądu.
Zintegrowany filtr według wynalazku umożliwia praktyczne wyeliminowanie wyższych harmonicznych, będących rezultatem przełączeń tranzystorów, w napięciu i prądzie zasilania silnika dzięki zastosowaniu filtru rezonansowego w gałęzi poprzecznej filtru. W ten sposób nie zwiększa się spadku napięcia zasilania silnika i ogranicza straty mocy w filtrze.
Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schematycznie zintegrowany filtr w przekształtnikowym układzie napędowym z pięciofazowym falownikiem napięcia i pięciofazowym silnikiem indukcyjnym.
Na rysunku przedstawiono schematycznie układ składający się z filtru 1 będącego przedmiotem wynalazku, falownika napięcia 2 oraz pięciofazowego silnika indukcyjnego 3. Fazy układu umownie oznaczono: A, B, C, D i E. Filtr składa się z pięciu jednakowych dławików 4. Każdy z dławików 4 ma dwa uzwojenia: pierwotne P oraz wtórne W. Początki uzwojeń P dołączone są do zacisków wyjściowych falownika 2. Końce uzwojeń wtórnych W dołączone są do zacisków wejściowych silnika 3 oraz do gałęzi poprzecznej filtru zawierającej szeregowo połączone kondensatory 5 i dławiki jednozwojowe 6. Gałąź poprzeczna filtru 1 połączona jest w gwiazdę. Wspólny punkt połączenia elementów gałęzi poprzecznej filtru oznaczony jest jako 7. Uzwojenia wtórne W dławików 4 połączone są szeregowo w ten sposób, że początek uzwojenia wtórnego W danego dławika 4 jest połączony z końcem uzwojenia wtórnego W kolejnego dławika 4, a zatem początek uzwojenia wtórnego W dławika 4 fazy A połączony jest z końcem uzwojenia wtórnego W dławika 4 fazy B itd. Początek uzwojenia wtórnego W dławika 4 fazy E dołączony jest do wspólnego połączenia 7 elementów gałęzi poprzecznej filtru 1. Koniec uzwojenia wtórnego W dławika 4 fazy A dołączony jest do obwodu wejściowego falownika 2 do punktu 8 dzielonej baterii kondensatorów 9, 10, która składa się z dwóch zastępczych pojemności 9 oraz 10. Każda spośród pięciu gałęzi podłużnych filtru 1 składa się z szeregowo połączonych kondensatorów 5 oraz dławików jednozwojowych 6. Nie ma znaczenia kolejność połączenia kondensatora 5 i dławika 6 w poszczególnych gałęziach. Podstawowe działanie wygładzające filtru 1 jest realizowane przez układ z cewkami W dławików 4 i kondensatorami 5. Elementy te tworzą filtr dolnoprzepustowy ograniczający wyższe harmoniczne napięcia i prądu zasilania silnika wynikające z częstotliwości przełączeń tranzystorów flmp falownika 2. Kondensatory 5 oraz dławiki 6 tworzą filtr o częstotliwości rezonansowej frez:
_ 1 ΐΓβΖ C5 L6 gdzie C5 jest pojemnością kondensatora 5 natomiast L6 jest indukcyjnością dławika 6. Z dokładnością nie gorszą od 10% spełniony musi być warunek, że frez = flmp Dzięki zastosowaniu filtru rezonansowego, składającego się z kondensatorów 5 i dławików jednozwojowych 6, praktycznie całkowicie eliminowane są harmoniczne napięcia i prądu o częstotliwości flmp przełączeń tranzystorów falownika 2.
Indukcyjność L4W uzwojenia W dławika 4 ma wartość spełniającą warunek:
L4W - 10% L4P gdzie L4P jest indukcyjnością uzwojenia pierwotnego P dławika 4.
Wszystkie dławiki, zarówno 4 jak i 5 mają rdzenie ferromagnetyczne. Uzwojenia P i W dł awików 4 nawinięte są tak, aby współczynnik k sprzężenia uzwojeń pierwotnych P oraz wtórnych W spełniał warunek k > 95%.
Działanie eliminujące składową wspólną napięcia jest zapewnione przez uzwojenia wtórne W dławików 4 włączone w sposób pokazany na rysunku. Napięcie między punktami 7 oraz 8 jest napięciem składowej wspólnej. Przy połączeniu między 7 i 8 szeregowo połączonych uzwojeń W dławików 4 następuje przepływ prądu przez wszystkie uzwojenia wtórne W. Ponieważ uzwojenia wtórne W oraz pierwotne P są magnetycznie sprzężone, to w uzwojenia pierwotne P indukują się napięcia przeciwne
PL 226 485 B1 do napięcia składowej wspólnej falownika 2. Konieczne przy tym jest takie połączenie początków i końców uzwojeń dławików 4 jak wyjaśniono wcześniej i pokazano na rysunku. Dzięki temu wypadkowe napięcie składowej wspólnej silnika 3 jest praktycznie równe zeru i w silniku nie płyną praktycznie żadne prądy upływnościowe.
W celu tłumienia niepożądanych rezonansów w filtrze 1 możliwe jest włączenie w gałęzi poprzecznej filtru oporników o rezystancji:
Rt < 10% Zo gdzie Z0 jest impedancją falową filtru sinusoidalnego.
Aby ograniczyć prąd w uzwojeniach wtórnych dławików 4 należy włączyć w szereg z uzwojeniami wtórnymi W rezystancję Ro < 20% Zo. Zastosowanie RT oraz R0 nie wpływa na istotę wynalazku.
Claims (1)
1. Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia, znamienny tym, że pomiędzy falownikiem napięcia (2) a silnikiem elektrycznym (3) w każdą gałąź poprzeczną włączony jest dławik jednozwojowy (6) połączony szeregowo z kondensatorem (5) o parametrach dobranych tak, aby tworzyły obwód rezonansowy o częstotliwości przełączeń tranzystorów falownika napięcia (2), przy czym całość gałęzi poprzecznych połączona jest w gwiazdę, a w każdą gałąź podłużną włączony jest dławik (4) posiadający uzwojenie pierwotne (P) i uzwojenie wtórne (W), przy czym uzwojenia pierwotne (P) włączone są szeregowo w każdą z faz silnika elektrycznego (3), natomiast uzwojenia wtórne (W) wzajemnie połączone są szeregowo i tworzą obwód włączony z jednej strony do punktu neutralnego (7) gałęzi poprzecznych filtru (1), a z drugiej strony do obwodu zasilania falownika napięcia (2), przy czym zachowana jest kolejność początków i końców uzwojeń wtórnych (W) dławików (4) umożliwiająca kompensowanie składowej wspólnej napięcia w punkcie neutralnym (7), zaś indukcyjność każdego uzwojenia wtórnego (W) nie przekracza 10% indukcyjności każdego uzwojenia pierwotnego (P).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL409952A PL226485B1 (pl) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL409952A PL226485B1 (pl) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL409952A1 PL409952A1 (pl) | 2016-05-09 |
PL226485B1 true PL226485B1 (pl) | 2017-07-31 |
Family
ID=55910487
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL409952A PL226485B1 (pl) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL226485B1 (pl) |
-
2014
- 2014-10-28 PL PL409952A patent/PL226485B1/pl unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL409952A1 (pl) | 2016-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10804812B1 (en) | Three phase AC/DC power converter with interleaved LLC converters | |
US7728544B2 (en) | System and method for controlling input line harmonics in a motor drive | |
US9479105B2 (en) | Input EMI filter for motor drive including an active rectifier | |
US20140152413A1 (en) | Coupled Inductor Structure | |
JP2008103716A (ja) | コモンモードフィルタ装置およびこのフィルタ装置を備えた可変速駆動装置 | |
KR20090092279A (ko) | 우세한 유도 특성을 지닌 부하 제어 방법 및 이 부하 제어 방법을 적용하는 장치 | |
US10790697B2 (en) | System for converting electrical energy supplied by a network and a conversion method implemented by means of such a conversion system | |
TWI625034B (zh) | Transformer | |
US11114992B2 (en) | Motor drive with a filter including a three-phase differential mode reactor with common mode damping | |
KR101286839B1 (ko) | 유도성인 임피던스에의 연결을 위한 장치 | |
US20130323136A1 (en) | Power supply arrangement with an inverter for producing a single-phase alternating current | |
PL226485B1 (pl) | Pięciofazowy zintegrowany filtr sinusoidalny i składowej wspólnej falownika napięcia | |
CA3011542C (en) | Filters for adjustable speed drives with low dc bus capacitance and methods of manufacture and use thereof | |
CN105374497A (zh) | 多相共模扼流圈 | |
EP3890173A1 (en) | Filter system for a converter circuit | |
EP2579280A1 (en) | Transformer for blocking zero sequence components | |
CN209805665U (zh) | 用于pwm逆变器输出端的无源滤波器 | |
CN113439313A (zh) | 共模扼流圈 | |
Pairodamonchai et al. | A novel non-zero sequence choke and its application in output EMI filters for PWM inverters | |
UA124582C2 (uk) | Трифазний фільтр гармонік струму | |
RU1814739C (ru) | Трехфазный преобразовательный трансформатор | |
CN113824297A (zh) | 用于降低纹波电流的方法和设备 | |
CN116114156A (zh) | 具有共模滤波器的变流器 | |
RU2007124680A (ru) | Устройство для обеспечения параллельной работы инверторов |