RU2446549C1

RU2446549C1 - Network filter

Info

Publication number: RU2446549C1
Application number: RU2011105329/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Кучин (RU); Владимир Сергеевич Кучин; Андрей Эрнестович Цветков (RU); Андрей Эрнестович Цветков
Original assignee: Владимир Сергеевич Кучин; Андрей Эрнестович Цветков
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-03-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: network filter comprises input and output leads for its connection into a break of linear wires. Between input and output leads there are inductance coils connected with cores forming a subtracting filter of high frequencies and serially with them, current filtering inductances, for instance, filters of average frequencies, with conductors. Current filtering inductances are equipped with additional windings. Between linear wires there are at least two filtering-correcting circuits connected. Each of filtering-correcting circuits comprises an electronic key and reactive elements. Outputs of additional windings via detecting devices are accordingly connected to electronic key elements of filtering-correcting circuits. Input outputs of the filter are connected between themselves via a capacitor.

EFFECT: using energy of current increasing in a load and saving energy consumed by a load.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to prevent abrupt changes in current in circuits with devices powered by an alternating current network.

В настоящее время известно большое количество сетевых фильтров с различными характеристиками. Основные виды: неадаптивные фильтры, т.е. фильтры, не имеющие адаптивных элементов, параметры которых зависят от тока в цепи нагрузки, и адаптивные фильтры.Currently, a large number of surge protectors with various characteristics are known. Main types: non-adaptive filters, i.e. filters that do not have adaptive elements, the parameters of which depend on the current in the load circuit, and adaptive filters.

Известен адаптивный сетевой фильтр, содержащий магнитосвязанные катушки индуктивности на общем ферромагнитном сердечнике, включенные согласно в разрыв линейных проводов сети электропитания, и конденсаторы, связывающие линейные провода между собой и шиной заземления (Т.Уильямс, К.Армстронг. ЭМС для систем и установок. М.: ИД «Технологии», 2004, с.337, рис.8.10).Known adaptive line filter containing magnetically coupled inductors on a common ferromagnetic core, included in accordance with the gap of the linear wires of the power supply network, and capacitors that connect the linear wires to each other and the ground bus (T. Williams, K. Armstrong. EMC for systems and installations. M .: Publishing House "Technologies", 2004, p.337, Fig. 8.10).

Недостатком этого фильтра является низкая эффективность при быстром кратковременном повышении или понижении тока в нагрузке как из-за внешних, так и из-за внутренних причин. Указанный фильтр не способен обеспечить фильтрацию одновременно и высокочастотных и среднечастотных изменений тока.The disadvantage of this filter is its low efficiency with a rapid short-term increase or decrease in current in the load due to both external and internal reasons. The specified filter is not able to provide filtering at the same time and high-frequency and mid-frequency current changes.

Известен адаптивный сетевой фильтр, описанный в первом варианте патента RU 2381614 (МПК Н02М 1/16, 10.02.2010 г.), выбранный в качестве прототипа, содержащий катушки индуктивности на ферромагнитных сердечниках, включенные в разрыв линейных проводов, и конденсаторы, связывающие линейные провода между собой и с шиной заземления, при этом катушки индуктивности зашунтированы дополнительно введенными ключевыми резистивными двухполюсниками.Known adaptive line filter described in the first version of patent RU 2381614 (IPC Н02М 1/16, 02/10/2010), selected as a prototype, containing inductors on ferromagnetic cores included in the breakdown of linear wires, and capacitors connecting linear wires between each other and with the grounding bus, while the inductors are shunted by additionally introduced key resistive two-terminal devices.

Недостатком устройства является прекращение работы фильтрующих катушек индуктивности при срабатывании от повышенного напряжения шунтирующих двухполюсников, которые предназначены для защиты элементов фильтра, но не для защиты цепи нагрузки.The disadvantage of this device is the termination of the filtering inductor when triggered by high voltage shunt two-terminal devices, which are designed to protect the filter elements, but not to protect the load circuit.

Задача изобретения - совершенствование конструкции сетевого фильтра.The objective of the invention is to improve the design of the surge protector.

Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на использование энергии повышающегося в нагрузке тока для уменьшения полной составляющей питающего тока и, как следствие, экономию потребляемой нагрузкой электроэнергии.The technical result of the proposed utility model is aimed at using the energy of the current increasing in the load to reduce the total component of the supply current and, as a result, save energy consumed by the load.

Блок-схема сетевого фильтра приведена на фиг.1.The block diagram of the line filter is shown in figure 1.

Указанный технический результат достигается тем, что в сетевом фильтре, содержащем катушки индуктивности с сердечниками, включенные в разрыв линейных проводов, и конденсатор, связывающий линейные провода между собой, в каждый из линейных проводов дополнительно включена токовая фильтрующая индуктивность с сердечником, снабженная не менее чем одной дополнительной обмоткой, а между линейными проводами включены не менее чем две фильтро-корректирующие цепи, вход каждой из которых подключен к выходу одной из дополнительных обмоток.The specified technical result is achieved by the fact that in the line filter containing inductors with cores included in the gap of the linear wires, and a capacitor connecting the linear wires to each other, each of the linear wires additionally includes a current filtering inductance with a core equipped with at least one additional winding, and between the linear wires included at least two filter-correcting circuits, the input of each of which is connected to the output of one of the additional windings.

Предпочтительно выполнение фильтро-корректирующих цепей в виде последовательно включенных электронного ключевого и реактивного элемента.It is preferable to perform filter-correcting circuits in the form of series-connected electronic key and reactive elements.

Сетевой фильтр включает в себя входные 1, 2 и выходные 3, 4 выводы для подключения его в разрыв линейных проводов. Между входными и выходными выводами 1, 3 и 2, 4 включены катушки индуктивности 5 и 6 с сердечниками, образующие вычитающий фильтр высоких частот, и, последовательно с ними, токовые фильтрующие индуктивности 7 и 8, например фильтры средних частот, с сердечниками. Токовые фильтрующие индуктивности 7 и 8 снабжены дополнительными обмотками 9 и 10. Между линейными проводами включены не менее двух, например две фильтро-корректирующие цепи А и Б. Каждая из фильтро-корректирующих цепей А и Б содержит электронный ключевой, соответственно 11 и 12, и реактивный 13 и 14 элементы. Выходы дополнительных обмоток 9 и 10 через детектирующие устройства 15 и 16 подключены соответственно к электронным ключевым элементам 11 и 12 фильтро-корректирующих цепей А и Б. Входные выводы фильтра 1 и 2 связаны между собой через конденсатор 17.The surge protector includes input 1, 2 and output 3, 4 conclusions for connecting it to the gap of linear wires. Between the input and output terminals 1, 3 and 2, 4, inductors 5 and 6 with cores are included, forming a subtracting high-pass filter, and, sequentially with them, current filtering inductors 7 and 8, for example medium-frequency filters, with cores. The filtering current inductors 7 and 8 are equipped with additional windings 9 and 10. At least two are connected between the linear wires, for example two filter-correcting circuits A and B. Each of the filter-correcting circuits A and B contains an electronic key, respectively 11 and 12, and jet 13 and 14 elements. The outputs of the additional windings 9 and 10 through the detecting devices 15 and 16 are connected respectively to the electronic key elements 11 and 12 of the filter-correcting circuits A and B. The input terminals of the filter 1 and 2 are connected through a capacitor 17.

Сетевой фильтр работает следующим образом. При подключении нагрузки к выходным выводам 3, 4 ток начинает протекать по замкнутой цепи: входной вывод 1, катушка индуктивности 5 фильтра высоких частот, в которой происходит фильтрация токов высокой частоты, токовая фильтрующая индуктивность 7, в которой происходит фильтрация токов средней частоты, нагрузка, токовая фильтрующая индуктивность 8, катушка индуктивности 6, выходной вывод 2. Конденсатор 17 обеспечивает дополнительную фильтрацию высоких частот по входам 1, 2. При этом в дополнительных обмотках 9 и 10 создается напряжение, пропорциональное току в фильтрах средних частот 7 и 8 соответственно. Включение фильтро-корректирующих цепей А и Б происходит при достижении напряжением на дополнительных обмотках 9 и 10 порогов срабатывания детектирующих элементов 15 и 16. При этом данные пороги срабатывания зависят от вольт-амперных и частотно-временных характеристик детектирующих элементов 15 и 16 и могут быть выбраны, например, один больше другого. Если на дополнительной обмотке 9 создастся напряжение, при котором напряжение на детектирующем элементе 15 превысит порог срабатывания ключевого элемента 11, то ключевой элемент 11 включится и совместно с реактивным элементом 13 сделает активной фильтро-корректирующую цепь А. Если на обмотке 10 создастся напряжение, при котором напряжение на детектирующем элементе 16 превысит порог срабатывания ключевого элемента 12, то ключевой элемент 12 включится и совместно с реактивным элементом 14 сделает активной фильтро-корректирующую цепь Б. Постоянные времени детектирующих элементов 15 и 16 выбирают таким образом, что включение и выключение фильтро-корректирующих цепей происходит достаточно плавно, но не замедленно - в течение нескольких десятков периодов частоты питающего напряжения. При уменьшении тока в нагрузке, постоянном либо импульсном, процесс отключения фильтро-корректирующих цепей А и Б идет в обратном от описанного выше порядке. Подключение фильтро-корректирующих цепей А и Б приводит к отводу токов реактивного характера от нагрузки в эти параллельные цепи, что приводит в динамике к уменьшению углов сдвига фаз между током и напряжением в цепи относительно входа на клеммах 1, 2 и уменьшению подсчитываемой потребляемой мощности. При этом так как при уменьшении тока нагрузки происходит адаптивный процесс отключения фильтро-корректирующих цепей А и Б, то они дополнительной нагрузки не вносят, а работают только как компенсаторы.The surge protector works as follows. When the load is connected to the output terminals 3, 4, the current begins to flow in a closed circuit: input terminal 1, the inductance coil 5 of the high-pass filter, in which the high-frequency currents are filtered, the current filtering inductance 7, in which the medium-frequency currents are filtered, the load, the current filtering inductance 8, the inductor 6, the output terminal 2. The capacitor 17 provides additional filtering of high frequencies at the inputs 1, 2. In this case, a voltage is created in the additional windings 9 and 10, in proportion current in the filters of medium frequencies 7 and 8, respectively. The filter-correcting circuits A and B are turned on when the voltage at the additional windings 9 and 10 reaches the thresholds of the detection elements 15 and 16. Moreover, these thresholds depend on the current-voltage and time-frequency characteristics of the detecting elements 15 and 16 and can be selected for example, one is bigger than the other. If a voltage is created on the additional winding 9 at which the voltage on the detecting element 15 exceeds the threshold of operation of the key element 11, then the key element 11 will turn on and together with the reactive element 13 will activate the filter-correcting circuit A. If a voltage is created on the winding 10, at which the voltage at the detecting element 16 will exceed the response threshold of the key element 12, then the key element 12 will turn on and together with the reactive element 14 will make the filter-correction circuit B. active. Constant the time of the detecting elements 15 and 16 is chosen in such a way that switching on and off the filter-correcting circuits occurs quite smoothly, but not slowly - over several tens of periods of the frequency of the supply voltage. With a decrease in the current in the load, either constant or pulsed, the process of disconnecting the filter-correcting circuits A and B goes in the opposite of the order described above. The connection of filter-correcting circuits A and B leads to the removal of reactive currents from the load into these parallel circuits, which leads to a dynamic decrease in the phase angle between the current and voltage in the circuit relative to the input at terminals 1, 2 and a decrease in the calculated power consumption. Moreover, since with a decrease in the load current an adaptive process of disconnecting the filter-correcting circuits A and B takes place, they do not introduce additional load, but only work as compensators.

Пример.Example.

В качестве нагрузки использовали электрическую дрель. В этом случае ток при выключенном «курке» дрели в цепи отсутствует. В начале работы дрели в режиме без физической нагрузки возможно кратковременное стартовое увеличение потребляемого тока, которое будет скомпенсировано включением первой фильтро-корректирующей цепи А на небольшой промежуток времени.An electric drill was used as a load. In this case, there is no current when the “trigger” of the drill is off in the circuit. At the beginning of the drill operation in a mode without physical activity, a short-term starting increase in the consumed current is possible, which will be compensated by switching on the first filter-correcting circuit A for a short period of time.

В качестве детектирующего элемента 15 может быть использован, например, диодно-конденсаторный детектор с постоянной времени около 0,5 сек. Сигнал с него подается на ключевой элемент 11, в качестве которого используют, например, тиристорный твердотельный бесконтактный ключ, с порогом срабатывания 8 В. Срабатывание и отключение ключа может, например, иметь гистерезис около 2 В. Второй порог в фильтро-корректирующей цепи Б может быть выбран, например, на уровне 16 В, а постоянная времени диодно-конденсаторного корректора, например, 0,7 сек.As the detecting element 15, for example, a diode-capacitor detector with a time constant of about 0.5 seconds can be used. The signal from it is supplied to the key element 11, for which, for example, a thyristor solid-state non-contact key is used, with a response threshold of 8 V. The activation and deactivation of the key may, for example, have a hysteresis of about 2 V. The second threshold in the filter-correction circuit B can be selected, for example, at 16 V, and the time constant of the diode-capacitor corrector, for example, 0.7 sec.

При начале работы дрелью ток, который она потребляет, и помехи в сети, которые она создает, будут зависеть от режимов работы - оборотов и физической нагрузки на режущем инструменте. Все выходящие за уровни порогов срабатывания детектирующих элементов токи, средние и импульсные, будут приводить к динамическому срабатыванию фильтро-корректирующих цепей А и Б. Это приведет к фильтрации и режиму экономии потребляемого активного тока. При отсутствии тока через нагрузку, в данном случае в дрели, фильтр немедленно отключит обе фильтро-корректирующие цепи и перейдет в режим нулевого собственного потребления энергии.When you start working with a drill, the current that it consumes and the interference in the network that it creates will depend on the operating modes - revolutions and physical load on the cutting tool. All currents that go beyond the threshold levels of the detecting elements, medium and pulsed currents, will lead to the dynamic response of the filter-correcting circuits A and B. This will lead to filtering and the mode of saving the consumed active current. If there is no current through the load, in this case in a drill, the filter will immediately turn off both filter-correcting circuits and switch to the zero self-energy consumption mode.

Измерения потребленной электрической энергии при разных режимах работы дрели в течение отрезков времени, равных 1 час, показали ее экономию в количестве от 7 до 35%.Measurements of the consumed electric energy at different operating modes of the drill for periods of time equal to 1 hour showed its savings in an amount of from 7 to 35%.

Конденсатор используют емкостью, например, 1 мкФ.A capacitor is used with a capacitance of, for example, 1 μF.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый сетевой фильтр позволяет использовать энергию повышающегося и уменьшающегося в нагрузке тока для включения и отключения фильтро-корректирующих цепей и уменьшения полной составляющей питающего тока и, как следствие, экономить потребляемую нагрузкой электроэнергию.Thus, in comparison with the prototype, the inventive line filter allows you to use the energy of the current increasing and decreasing in the load to turn on and off the filter-correcting circuits and reduce the total component of the supply current and, as a result, save the energy consumed by the load.

Claims

1. A line filter containing inductors with cores included in the gap of the linear wires, and a capacitor connecting the linear wires to each other, characterized in that each of the linear wires additionally includes a current filtering inductance with a core equipped with at least one additional winding , and between the linear wires included at least two filter-correcting circuits, the input of each of which is connected to the output of one of the additional windings.

2. The surge protector according to claim 1, characterized in that each filter-correcting circuit contains an electronic key and reactive elements.