RU2501142C2 - Power three-phase harmonic filter for supply current of non-linear loads - Google Patents
Power three-phase harmonic filter for supply current of non-linear loads Download PDFInfo
- Publication number
- RU2501142C2 RU2501142C2 RU2011144267/07A RU2011144267A RU2501142C2 RU 2501142 C2 RU2501142 C2 RU 2501142C2 RU 2011144267/07 A RU2011144267/07 A RU 2011144267/07A RU 2011144267 A RU2011144267 A RU 2011144267A RU 2501142 C2 RU2501142 C2 RU 2501142C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- windings
- winding
- capacitors
- group
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filters And Equalizers (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системах электропитания с использованием частотного преобразователя для погружных электродвигателей в нефтедобывающей промышленности и прочих потребителей с нелинейной нагрузкой.The invention relates to electrical engineering and may find application in power supply systems using a frequency converter for submersible motors in the oil industry and other consumers with non-linear load.
Нелинейная нагрузка вызывает гармонические искажения напряжения питающей сети за счет высших гармоник тока, в трехфазных цепях, как правило, 5-й, 7-й, 11-й, 13-й, и т.д.Non-linear load causes harmonic distortion of the supply voltage due to higher current harmonics, in the three-phase circuits, as a rule, the 5th, 7th, 11th, 13th, etc.
Высшие гармоники тока нагрузки в системах электроснабжения искажают форму напряжения на шинах питающих трансформаторов, увеличивают потери энергии в подводящих сетях, вызывают преждевременное старение изоляции, за счет чего снижается надежность и долговечность электрооборудования. Именно поэтому в развитых странах введены государственные стандарты, регламентирующие допустимые уровни гармонических искажений напряжения, вызванные током нагрузки (в России действует ГОСТ 13109-97).Higher harmonics of the load current in power supply systems distort the voltage shape on the buses of the supply transformers, increase energy losses in the supply networks, cause premature aging of the insulation, thereby reducing the reliability and durability of electrical equipment. That is why in developed countries, state standards have been introduced that regulate the allowable levels of harmonic voltage distortions caused by the load current (GOST 13109-97 applies in Russia).
Известен пассивный широкополосный фильтр (патент US №6,127,743, H02J 1/02, 2000.03.10), состоящий из многообмоточного реактора и батареи конденсаторов. Данный фильтр включает в себя блокирующую катушку индуктивности и фильтрующий элемент, содержащий индуктивные и емкостные элементы, которые образуют разветвленные цепи. Этот фильтр, эффективно уменьшает широкий диапазон высших гармоник тока, потребляемого из системы электропитания.Known passive broadband filter (US patent No. 6,127,743,
Недостатком указанного фильтра гармоник тока является то, что поскольку все индуктивные элементы фильтра намотаны на общем магнитном сердечнике, между ними существует магнитная связь, которая индуцирует в блокирующем элементе гармоники токов, проникающие непосредственно в систему силового электроснабжения, увеличивая общий ток высших гармоник, тем самым снижая эффективность подавления гармоник таким фильтром, и для ее восстановления приходится увеличивать и умощнять блокирующий элемент, что, помимо увеличения стоимости, приводит иногда к недопустимому снижению напряжения на нагрузке при ее номинальном значении, а при малых нагрузках, особенно в режимах, близких к холостому ходу, входное напряжение недопустимо возрастает.The disadvantage of this harmonic current filter is that since all inductive filter elements are wound on a common magnetic core, there is a magnetic coupling between them, which induces current harmonics in the blocking element that penetrate directly into the power supply system, increasing the total current of higher harmonics, thereby reducing the efficiency of harmonic suppression with such a filter, and for its restoration it is necessary to increase and power up the blocking element, which, in addition to increasing the cost, leads When, to an unacceptable decrease in the voltage at the load at its nominal value, and at low loads, especially in modes close to idling, the input voltage increases unacceptably.
Наиболее близким техническим решением является устройство с магнитным шунтом, предназначенное для подавления гармоник токов, генерируемых нагрузкой (патент №US 2006/0197385 A1, H02J 1/02, 2006.07.09), имеющее вход, подключенный к системе силового электроснабжения, и выход, соединенный с нагрузкой, состоящее из: магнитного сердечника, имеющего три стержня, причем каждый стержень соответствует одной из трех фаз системы силового электропитания; по крайней мере одного магнитного шунта, проходящего через все стержни и магнитно связанного со стержнями в их средней части; при этом первая и вторая часть сердечника на любой из двух сторон шунта содержат для каждой фазы - первый элемент с реактивным сопротивлением, включающий в себя фазную обмотку, имеющую один конец для соединения с первой фазой и второй конец, причем эта фазная обмотка находится на первой части сердечника; для каждой фазы - второй элемент с реактивным сопротивлением, включающий в себя первую обмотку, образующую разветвленную цепь, размещенную на второй части и имеющую первый конец, соединенный со вторым концом фазной обмотки и второй конец, соединенный с конденсатором, причем этот конденсатор имеет второй вывод, соединенный с другой фазой или с соответствующим конденсатором, подключенным к другой фазе; при этом фазная блокирующая обмотка и соответствующая резонирующая обмотка, образующая разветвленную цепь, для каждой фазы магнитно связаны при помощи магнитного шунта, а сердечник имеет по крайней мере один немагнитный зазор.The closest technical solution is a device with a magnetic shunt, designed to suppress harmonics of currents generated by the load (patent No. US 2006/0197385 A1,
Благодаря такому выполнению, во-первых, уменьшаются габариты фильтра, а во-вторых, снижается напряжение холостого хода и тем самым повышается его надежность.Thanks to this embodiment, firstly, the dimensions of the filter are reduced, and secondly, the open circuit voltage is reduced and thereby its reliability is increased.
Однако данному техническому решению присущ существенный недостаток, заключающийся в резкой зависимости токов блокирующей и особенно резонирующей обмоток от емкости конденсаторной батареи. Даже при отклонениях от номинальной в 5-10%, допускаемых заводами-изготовителями конденсаторов, превышение тока может достигать 30-40% и приводить к недопустимому перегреву обмоток. Поэтому приходится либо завышать сечение проводников обмоток, либо проводить тщательную отбраковку конденсаторов в процессе изготовления фильтров; и то, и другое приводит к их удорожанию. Этот недостаток особенно остро ощущается при изготовлении мощных фильтров, например, для частотно-регулируемых электроприводов мощностью 200-2000 кВт. В этом случае емкость конденсаторов велика, и в каждой фазе приходится включать параллельно несколько однотипных конденсаторов. Выход одного из них из строя может привести к аварийной ситуации из-за увеличения тока в 2-3 раза.However, this technical solution has a significant drawback, which consists in a sharp dependence of the currents of the blocking and especially resonating windings on the capacitance of the capacitor bank. Even with deviations from the nominal value of 5-10% allowed by capacitor manufacturers, excess current can reach 30-40% and lead to unacceptable overheating of the windings. Therefore, it is necessary either to overestimate the cross section of the winding conductors, or to conduct a thorough rejection of capacitors in the process of manufacturing filters; both that and another leads to their rise in price. This drawback is especially acute in the manufacture of powerful filters, for example, for variable frequency drives with a capacity of 200-2000 kW. In this case, the capacitance of the capacitors is large, and in each phase it is necessary to include several of the same type capacitors in parallel. The failure of one of them can lead to an emergency due to an increase in current by 2-3 times.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, выражается в расширении функциональных возможностей за счет улучшения качества потребляемого из сети тока, улучшении массогабаритных характеристик системы электропитания с использованием частотного преобразователя, и повышении надежности.The technical result obtained by carrying out the invention is expressed in expanding the functionality by improving the quality of the current consumed from the network, improving the overall dimensions of the power supply system using a frequency converter, and increasing reliability.
Указанный технический результат достигается тем, что в силовом трехфазном фильтре гармоник тока питания нелинейных нагрузок имеющем входы, для подключения к системе электропитания, и выходы, для соединения с нагрузкой, содержит магнитный сердечник с одним или несколькими немагнитными зазорами, имеющий три стержня, причем каждый стержень соответствует одной из трех фаз системы силового электропитания; для каждой фазы содержит первый элемент, включающий в себя первую фазную обмотку, имеющую один конец для соединения с входом и второй конец; для каждой фазы содержит второй элемент, включающий в себя обмотку, имеющую первый конец, соединенный со вторым концом фазной обмотки и второй конец, соединенный с первым выводом конденсатора первой группы; для каждой фазы содержит третий элемент, состоящий из обмотки для магнитной связи с нагрузкой; отличающийся тем, что на каждом стержне магнитного сердечника, соответствующего одной из трех фаз, размещены первая и намотанные встречно с ней вторая и третья обмотки, второй конец каждой фазной обмотки соединен с соответствующим фазным выходом, причем, конденсаторы первой группы своими вторыми выводами подключены либо ко вторым концам вторых обмоток смежных фаз, образуя соединение конденсаторов в треугольник, либо вторые выводы конденсаторов первой группы соединены между собой, подключены к общему проводу и, образуют соединение конденсаторов первой группы в звезду, первые концы третьих обмоток соединены между собой, образуя соединение третьих обмоток в звезду, а ко вторым концам третьих обмоток присоединены первыми выводами по два конденсатора второй группы, вторые выводы которых соединены со вторыми концами вторых обмоток двух смежных фаз.The specified technical result is achieved by the fact that in the power three-phase harmonic filter of the supply current of nonlinear loads having inputs for connecting to the power supply system, and outputs for connecting to the load, it contains a magnetic core with one or more non-magnetic gaps having three rods, each rod corresponds to one of the three phases of the power supply system; for each phase contains a first element including a first phase winding having one end for connecting to an input and a second end; for each phase comprises a second element including a winding having a first end connected to a second end of the phase winding and a second end connected to a first terminal of a capacitor of the first group; for each phase contains a third element consisting of a winding for magnetic coupling with the load; characterized in that on each rod of the magnetic core corresponding to one of the three phases, the first and second and third windings are wound in opposite directions, the second end of each phase winding is connected to the corresponding phase output, and the capacitors of the first group are connected either to their second terminals or to the second ends of the second windings of adjacent phases, forming a connection of capacitors in a triangle, or the second terminals of the capacitors of the first group are interconnected, connected to a common wire and form a cond connection nsatorov first group to the star, the first ends of the third windings are interconnected to form a compound of third windings in star, and to the second ends of the third windings are connected first terminals of two capacitors of the second group, the second terminals of which are connected to the second ends of the second windings of the two adjacent phases.
Указанный технический результат достигается также тем, что в силовом трехфазном фильтре гармоник тока питания нелинейных нагрузок магнитный сердечник может содержать, по крайней мере, один магнитный шунт, проходящий через все стержни, разделяющий их на две части, и магнитно связанный с этими частями; при этом на первой части стержня расположена фазная обмотка, а на второй части стержня - вторая и третья обмотки.The indicated technical result is also achieved by the fact that in the power three-phase harmonic filter of the supply current of nonlinear loads, the magnetic core can contain at least one magnetic shunt passing through all the rods, dividing them into two parts, and magnetically connected with these parts; while on the first part of the rod there is a phase winding, and on the second part of the rod - the second and third windings.
Указанный технический результат достигается также тем, что силовой трехфазный фильтр гармоник тока питания нелинейных нагрузок, имеющий входы для подключения к системе электропитания и выходы для соединения с нагрузкой, содержит магнитный сердечник с одним или несколькими немагнитными зазорами, имеет три стержня, причем каждый стержень соответствует одной из трех фаз системы силового электропитания; для каждой фазы содержит первый элемент, включающий в себя фазную обмотку, имеющую один конец для соединения с входом и второй конец; для каждой фазы содержит второй элемент, включающий в себя обмотку, имеющую первый конец, соединенный со вторым концом фазной обмотки и второй конец, соединенный с первым выводом конденсатора первой группы; для каждой фазы содержит третий элемент, состоящий из обмотки для связи с нагрузкой; отличающийся тем, что на каждом стержне магнитного сердечника, соответствующего одной из трех фаз, размещены первая и намотанные встречно с ней вторая и третья обмотки, первый конец каждой третьей обмотки соединен с вторым концом соответствующей фазной обмотки, а второй конец каждой третьей обмотки присоединен к соответствующему фазному выходу, вторые выводы конденсаторов первой группы подключены к смежным фазным выходам, причем, между фазными выходами для соединения с нагрузкой также подключена вторая группа конденсаторов, образующих соединение треугольник, либо между фазными выходами подключена своими первыми выводами вторая группа конденсаторов, вторые выводы которых соединены между собой, подключены к общему проводу и, образуют соединение конденсаторов второй группы в звезду.The specified technical result is also achieved by the fact that the power three-phase harmonic filter of the supply current of non-linear loads, which has inputs for connecting to the power supply system and outputs for connecting to the load, contains a magnetic core with one or more non-magnetic gaps, has three rods, each rod corresponding to one of the three phases of the power supply system; for each phase contains a first element including a phase winding having one end for connecting to the input and a second end; for each phase comprises a second element including a winding having a first end connected to a second end of the phase winding and a second end connected to a first terminal of a capacitor of the first group; for each phase contains a third element consisting of a winding for communication with the load; characterized in that on each rod of the magnetic core corresponding to one of the three phases, the first and second and third windings are wound in opposite directions, the first end of each third winding is connected to the second end of the corresponding phase winding, and the second end of each third winding is connected to the corresponding phase output, the second outputs of the capacitors of the first group are connected to adjacent phase outputs, and, between the phase outputs for connecting to the load, a second group of capacitors is also formed, forming compound of the triangle or between the phase outputs connected by their first terminals of the second group of capacitors, second terminals of which are connected together, are connected to ground and to form a compound of the second group of capacitors in a star.
Указанный технический результат достигается также тем, что в силовом трехфазном фильтре гармоник тока питания нелинейных нагрузок к выводам каждой фазной обмотки могут быть параллельно подключены шунтирующие конденсаторы третьей группы.The indicated technical result is also achieved by the fact that in the three-phase power harmonic filter of the supply current of non-linear loads, shunt capacitors of the third group can be connected in parallel to the terminals of each phase winding.
Расширение функциональных возможностей за счет повышения качества потребляемого из сети тока и улучшение массогабаритных характеристик системы электропитания с использованием частотного преобразователя, а также повышение надежности фильтра, обеспечивается использованием по каждой фазе второй и третьей резонирующих обмоток, намотанных встречно с фазной обмоткой и размещенных на одном из стержней трехстержневого сердечника, на котором размещена соответствующая фазная обмотка, и подключением вторых концов третьей резонирующей обмотки по каждой фазе через соответствующие конденсаторы первой и второй групп к вторым концам вторых резонирующих обмоток двух смежных фаз.The expansion of functionality by improving the quality of current consumed from the network and improving the overall dimensions of the power supply system using a frequency converter, as well as increasing the reliability of the filter, is ensured by the use of a second and third resonant windings wound in opposite phases with a phase winding and placed on one of the rods a three-core core, on which the corresponding phase winding is placed, and by connecting the second ends of the third resonant winding threads for each phase through the respective capacitors of the first and second groups to the second ends of the second resonant windings of two adjacent phases.
На Фиг.1 представлена схема электрическая принципиальная первого варианта исполнения фильтра, содержащего конденсаторы первой группы, образующие соединение в треугольник.Figure 1 presents the electrical schematic diagram of the first embodiment of the filter containing capacitors of the first group, forming a connection in a triangle.
На Фиг.2 представлена схема электрическая принципиальная второго варианта исполнения фильтра, содержащего конденсаторы первой группы, образующие соединение в звезду.Figure 2 presents the electrical schematic diagram of a second embodiment of a filter containing capacitors of the first group forming a connection in a star.
На Фиг.3 представлена схема электрическая принципиальная третьего варианта исполнения фильтра, содержащего по каждой фазе третьи резонирующие обмотки, подключенные к выходу фильтра и конденсаторы второй группы, образующие соединение в треугольник.Figure 3 presents an electrical schematic diagram of a third embodiment of a filter, comprising, in each phase, third resonant windings connected to the output of the filter and capacitors of the second group forming a connection in a triangle.
На Фиг.4 представлена схема электрическая принципиальная четвертого варианта исполнения фильтра, содержащего по каждой фазе третьи резонирующие обмотки, подключенные к выходу фильтра и конденсаторы второй группы, образующие соединение в звезду.Figure 4 presents the electrical schematic diagram of the fourth embodiment of the filter, containing in each phase third resonant windings connected to the output of the filter and capacitors of the second group forming a connection in a star.
На Фиг.5 представлена схема электрическая принципиальная пятого варианта исполнения фильтра, содержащего по каждой фазе конденсаторы, шунтирующие фазную обмотку.Figure 5 presents the electric circuit diagram of the fifth embodiment of the filter, containing in each phase capacitors shunting the phase winding.
На Фиг.6 представлен первый вариант размещения обмоток на сердечнике фильтра, содержащем магнитный зазор на каждом стержне.Figure 6 presents the first embodiment of the placement of the windings on the filter core, containing a magnetic gap on each rod.
На Фиг.7 представлен второй вариант размещения обмоток на сердечнике фильтра, содержащем магнитный шунт и два магнитных зазора на каждом стержне.Figure 7 shows a second embodiment of placing the windings on the filter core containing a magnetic shunt and two magnetic gaps on each rod.
На Фиг.8 представлен третий вариант размещения обмоток на сердечнике фильтра, содержащем магнитный шунт и шесть магнитных зазоров на каждом стержне.On Fig presents a third variant of placing the windings on the filter core containing a magnetic shunt and six magnetic gaps on each rod.
На Фиг.9 представлены частотные характеристики элементов заявляемого фильтра.Figure 9 presents the frequency characteristics of the elements of the inventive filter.
Силовой трехфазный фильтр гармоник тока питания нелинейных нагрузок во всех вариантах исполнений (см. Фиг.1 - 5) для каждой фазы содержит: фазные обмотки индуктивностей 1 - 3 (L11. L12 и L13), подключенные своими началами (помечены точками) к соответствующим входам фильтра 4-6 (А, В, С); резонирующие вторые обмотки 7-9 (L21. L22 и L23), подключенные своими концами к соответствующим концам фазных обмоток индуктивностей 1-3, а началами к первым выводам соответствующих конденсаторов 10-12 (С21, С22, С23), образующих первую группу; резонирующие третьи обмотки индуктивностей 13-15 (L31. L32 и L33).The three-phase power filter for harmonics of the supply current of non-linear loads in all versions (see Figs. 1-5) for each phase contains: phase windings of inductors 1 - 3 (L11. L12 and L13) connected by their own beginnings (marked with dots) to the corresponding inputs filter 4-6 (A, B, C); resonant second windings 7-9 (L21. L22 and L23), connected at their ends to the corresponding ends of the phase windings of inductors 1-3, and the beginnings to the first terminals of the corresponding capacitors 10-12 (C21, C22, C23) forming the first group; resonating third windings of inductors 13-15 (L31. L32 and L33).
В первом и втором вариантах исполнений силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок (см. Фиг.1, 2) фазные обмотки индуктивностей 1-3 (L11. L12 и L13) своими концами подключены к соответствующим выходам фильтра 16-18 (A1, B1, C1); резонирующие третьи обмотки индуктивностей 13-15 (L31. L32 и L33) своими концами подключены друг к другу и образуют соединение в звезду; к началам резонирующих третьих обмоток индуктивностей 13-15 присоединены своими первыми выводами по два конденсатора, образующих вторую группу, соответственно, конденсаторы 19 и 20 (С31, С32), 21 и 22 (С33, С34), 23 и 24 (С35, С36). Вторые выводы конденсаторов 19 и 20 (С31, С32) второй группы присоединены к началам вторых резонирующих обмоток 7 и 8 (L21. L22), вторые выводы конденсаторов 21 и 22 (С33, С34) второй группы присоединены к началам вторых резонирующих обмоток 7 и 9 (L22. L23), вторые выводы конденсаторов 23 и 24 (С35, С36) второй группы присоединены к началам вторых резонирующих обмоток 8 и 9 (L22. L23).In the first and second versions of the power three-phase filter of harmonics of the supply current of non-linear loads (see Fig. 1, 2) the phase windings of inductors 1-3 (L11. L12 and L13) are connected by their ends to the corresponding outputs of the filter 16-18 (A1, B1 , C1); the resonating third windings of inductors 13-15 (L31. L32 and L33) are connected to each other with their ends and form a connection in a star; to the beginnings of the resonating third inductors 13-15 are connected by their first terminals two capacitors each, forming the second group, respectively,
В первом варианте исполнения силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок (см. Фиг.1) вторые выводы конденсаторов первой группы 10-12 (С21, С22, С23) подключены к началам вторых резонирующих обмоток индуктивностей 8, 9 и 7, соответственно.In the first embodiment of the power three-phase filter of harmonics of the supply current of nonlinear loads (see Figure 1), the second terminals of the capacitors of the first group 10-12 (C21, C22, C23) are connected to the beginnings of the second
Во втором варианте исполнения силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок (см. Фиг.2) вторые выводы конденсаторов первой группы 10-12 (С21, С22, С23) соединены между собой, подключены к общему проводу и образуют соединение конденсаторов в звезду.In the second embodiment of the power three-phase filter of harmonics of the supply current of non-linear loads (see Figure 2), the second terminals of the capacitors of the first group 10-12 (C21, C22, C23) are interconnected, connected to a common wire and form a connection of capacitors in a star.
В третьем, четвертом и пятом вариантах исполнений силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок (см. Фиг.3, 4, 5) вторые выводы конденсаторов первой группы 10-12 (С21, С22, С23) присоединены к смежным выходам фильтра 16-18 (A1, B1, C1), а именно: конденсатор 10 - к выходу 18 (C1); конденсатор 11 - к выходу 16 (A1); конденсатор 12 - к выходу 17 (В1); кроме того, вторые выводы конденсаторов первой группы 10-12 соединены с первыми выводами конденсаторов второй группы 25-27 (С31, С32, С33), соответственно.In the third, fourth and fifth versions of the power three-phase filter for harmonics of the supply current of non-linear loads (see Figs. 3, 4, 5), the second terminals of the capacitors of the first group 10-12 (C21, C22, C23) are connected to adjacent outputs of the filter 16-18 (A1, B1, C1), namely: capacitor 10 - to the output 18 (C1); capacitor 11 - to the output 16 (A1); capacitor 12 - to the output 17 (B1); in addition, the second terminals of the capacitors of the first group 10-12 are connected to the first terminals of the capacitors of the second group 25-27 (C31, C32, C33), respectively.
В третьем и пятом вариантах исполнений силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок (см. Фиг.3 и 5) вторые выводы конденсаторов второй группы 25-27 (С31, С32, С33) присоединены к вторым выводам конденсаторов первой группы 10-12 (С21, С22, С23) смежных фаз, а именно: второй вывод конденсатора 25 (С31) - к второму выводу конденсатора 11 (С22); второй вывод конденсатора 26 (С32) - к второму выводу конденсатора 12 (С23); второй вывод конденсатора 27 (С33) - к второму выводу конденсатора 10 (С21), и образуют соединение конденсаторов второй группы в треугольник.In the third and fifth versions of the power three-phase filter of harmonics of the supply current of nonlinear loads (see Figs. 3 and 5), the second terminals of the capacitors of the second group 25-27 (C31, C32, C33) are connected to the second terminals of the capacitors of the first group 10-12 (C21 , C22, C23) of adjacent phases, namely: the second terminal of the capacitor 25 (C31) - to the second terminal of the capacitor 11 (C22); the second terminal of the capacitor 26 (C32) - to the second terminal of the capacitor 12 (C23); the second terminal of the capacitor 27 (C33) - to the second terminal of the capacitor 10 (C21), and form a connection of the capacitors of the second group in a triangle.
В четвертом варианте исполнения силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок (см. Фиг.4) вторые выводы конденсаторов второй группы 25-27 (С31, С32, С33) соединены между собой, подключены к общему проводу и образуют соединение конденсаторов в звезду.In the fourth embodiment, the power three-phase filter of harmonics of the supply current of non-linear loads (see Figure 4), the second terminals of the capacitors of the second group 25-27 (C31, C32, C33) are interconnected, connected to a common wire and form a connection of capacitors in a star.
В третьем, четвертом и пятом вариантах исполнений силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок (см. Фиг.3, 4, 5) для каждой фазы третьи резонирующие обмотки индуктивностей 13-15 (L31. L32 и L33) своими концами подключены к концам фазных обмоток индуктивностей 1-3 (L11. L12 и L13), соответственно, а началами присоединены к соответствующим выходам фильтра 16-18 (А1, В1, С1).In the third, fourth and fifth versions of the power three-phase filter of harmonics of the supply current of non-linear loads (see Figs. 3, 4, 5) for each phase, the third resonant windings of inductors 13-15 (L31. L32 and L33) are connected to their ends by phase ends inductance windings 1-3 (L11. L12 and L13), respectively, and connected to the corresponding outputs of the filter 16-18 (A1, B1, C1).
В пятом варианте исполнения силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок (см. Фиг.5) параллельно фазным обмоткам индуктивностей 1-3 (L11. L12 и L13) присоединены шунтирующие конденсаторы 28-30 (С41-С43). Аналогично пятому варианту шунтирующие конденсаторы могут быть присоединены параллельно фазным обмоткам индуктивностей по схемам третьего и четвертого исполнений силового трехфазного фильтра гармоник тока питания нелинейных нагрузок.In the fifth embodiment of the power three-phase filter of harmonics of the supply current of non-linear loads (see Figure 5), shunt capacitors 28-30 (C41-C43) are connected in parallel to the phase windings of inductors 1-3 (L11. L12 and L13). Similarly to the fifth embodiment, shunt capacitors can be connected in parallel with the phase windings of inductances according to the schemes of the third and fourth versions of the power three-phase filter of harmonics of the supply current of nonlinear loads.
В силовом трехфазном фильтре гармоник тока питания нелинейных нагрузок во всех вариантах исполнений фазные обмотки 1-3, резонирующие вторые обмотки 7-9 и третьи резонирующие обмотки 13-15 каждой фазы размещаются на одном из трех стержней трехстержневого Ш-образного магнитного сердечника, начала обмоток помечены точками (см. Фиг.6-8), при этом магнитный сердечник на каждом из трех стержней может содержать: один зазор 31 (см. Фиг.6); два зазора 32, 33 и магнитный шунт 34, проходящий через все стержни, (см. Фиг.7); или, например, шесть зазоров 35-40 и магнитный шунт 34, проходящий через все стержни, (см. Фиг.8). Магнитный шунт, разделяет все стержни на две части, и магнитно связан с этими частями; при этом на первой части стержня расположена фазная обмотка, а на второй части стержня - вторая и третья резонирующие обмотки.In the three-phase power filter of harmonics of the supply current of nonlinear loads in all versions, the phase windings 1-3, the resonating second windings 7-9 and the third resonant windings 13-15 of each phase are located on one of the three rods of the three-rod W-shaped magnetic core, the beginning of the windings are marked points (see Fig.6-8), while the magnetic core on each of the three rods may contain: one gap 31 (see Fig.6); two
Резонирующие вторые обмотки 7-9 и третьи резонирующие обмотки 13-15 совместно с подключенными к ним конденсаторами образуют резонансные цепи, при этом первая группа резонирующих цепей, содержащая вторые обмотки 7-9 настраивается на резонансную частоту, меньшую частоты 5-й гармоники частоты питающей сети (50 Гц для Фиг.9), вторая группа резонирующих цепей, содержащая третьи обмотки 13-15 - на частоту, большую частоты 5-й гармоники, но так, чтобы результирующая резонансная частота фильтра в целом была меньше частоты 5-й гармоники частоты питающей сети. На Фиг.9. представлены частотные характеристики заявляемого фильтра и его элементов: 41 - частотная характеристика первого резонирующего элемента, 42 - частотная характеристика второго резонирующего элемента, 43 - частотная характеристика фильтра в целом при согласованной нагрузке; где Iо - текущее значение тока через обмотку; Iн - номинальное значение тока протекающего через блокирующую фазную обмотку.The resonant second windings 7-9 and the third resonant windings 13-15 together with the capacitors connected to them form resonant circuits, while the first group of resonant circuits containing the second windings 7-9 is tuned to a resonant frequency lower than the frequency of the 5th harmonic of the mains frequency (50 Hz for Fig. 9), the second group of resonant circuits containing the third windings 13-15 - at a frequency higher than the frequency of the 5th harmonic, but so that the resulting resonant frequency of the filter as a whole was less than the 5th harmonic frequency of the supply frequency network. In Fig.9. the frequency characteristics of the inventive filter and its elements are presented: 41 - frequency response of the first resonating element, 42 - frequency response of the second resonating element, 43 - frequency response of the filter as a whole with an agreed load; where Io is the current value of the current through the winding; In - the nominal value of the current flowing through the blocking phase winding.
При этом фазные и резонирующие вторые и третьи обмотки через конденсаторы первой и второй групп подключены друг к другу встречно, что обеспечивает вычитание токов протекающих по этим обмоткам. В этом случае для первого и второго вариантов исполнения фильтра (см. Фиг.1, 2) удается получить в режиме номинальной нагрузки коэффициент гармоник потребляемого тока порядка 5-6% вместо 7-8% при использовании LC-фильтра, содержащего только фазные обмотки с подключенными на выходе конденсаторами. Для третьего, четвертого и пятого вариантов исполнения фильтра (см. Фиг.3, 4, 5) удается получить в диапазоне изменения токов нагрузки от 100 до 75% номинального значения коэффициент гармоник потребляемого тока порядка не более 8%, что в 1,4-1,6 раз лучше по сравнению с использованием LC-фильтра, содержащего только фазные обмотки с подключенными на выходе конденсаторами. В пятом варианте исполнения фильтра (см. Фиг.5) для улучшения фильтрации потребляемого тока на частотах 21-й - 29-й гармоник частоты питающей сети, что бывает необходимо при использовании в схемах преобразователей с частотой модуляции 2-3 кГц, параллельно блокирующим фазным обмоткам 1-3 подключены корректирующие конденсаторы 28-30.In this case, the phase and resonant second and third windings through the capacitors of the first and second groups are connected to each other counterclockwise, which ensures the subtraction of the currents flowing through these windings. In this case, for the first and second filter versions (see Figs. 1, 2), it is possible to obtain in the nominal load mode the harmonic coefficient of the current consumption of about 5-6% instead of 7-8% when using an LC filter containing only phase windings with connected capacitors at the output. For the third, fourth and fifth filter versions (see Figs. 3, 4, 5), it is possible to obtain a harmonic coefficient of the consumed current of the order of no more than 8% in the range of load currents from 100 to 75% of the nominal value, which is 1.4- 1.6 times better than using an LC filter containing only phase windings with capacitors connected to the output. In the fifth embodiment of the filter (see Figure 5), to improve the filtering of the consumed current at the frequencies of the 21st to 29th harmonics of the frequency of the supply network, which is necessary when using converters with a modulation frequency of 2-3 kHz in parallel with blocking phase windings 1-3 connected correction capacitors 28-30.
Заявляемый силовой трехфазный фильтр гармоник тока питания нелинейных нагрузок может быть изготовлен в условиях серийного производства с использованием стандартного оборудования.The inventive three-phase power filter of harmonics of the current supply of nonlinear loads can be manufactured in mass production using standard equipment.
Размещение в фильтре по каждой из фаз на одном стержне трех фазного магнитного сердечника фазной блокирующей обмотки, второй и третьей резонирующих обмоток и включение их встречно уменьшает гармонические составляющие фазных токов, а подключение третьих резонирующих обмоток через конденсаторы второй группы к смежным фазам расширяет диапазон изменения токов нагрузки фильтра при его эффективном подавлении гармонических составляющих тока до значений требуемых ГОСТ, тем самым уменьшаются массогабаритные размеры фильтра и повышается его надежность.Placing in the filter for each phase on one rod of the three phase magnetic core of the phase blocking winding, the second and third resonating windings and turning them on counter-decreases the harmonic components of the phase currents, and connecting the third resonant windings through the capacitors of the second group to adjacent phases extends the range of variation of the load currents filter with its effective suppression of the harmonic components of the current to the values required by GOST, thereby reducing the overall dimensions of the filter and increasing its reliability.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011144267/07A RU2501142C2 (en) | 2011-11-02 | 2011-11-02 | Power three-phase harmonic filter for supply current of non-linear loads |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011144267/07A RU2501142C2 (en) | 2011-11-02 | 2011-11-02 | Power three-phase harmonic filter for supply current of non-linear loads |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011144267A RU2011144267A (en) | 2013-05-10 |
RU2501142C2 true RU2501142C2 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=48788582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011144267/07A RU2501142C2 (en) | 2011-11-02 | 2011-11-02 | Power three-phase harmonic filter for supply current of non-linear loads |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2501142C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU205207U1 (en) * | 2021-04-13 | 2021-07-02 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | Passive LC filter adapted to the frequency fluctuation of the power supply |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2046490C1 (en) * | 1993-06-08 | 1995-10-20 | Ивановский государственный энергетический университет им.В.И.Ленина | Device for improving power supply characteristics in three-wire networks |
US6043569A (en) * | 1998-03-02 | 2000-03-28 | Ferguson; Gregory N. C. | Zero phase sequence current filter apparatus and method for connection to the load end of six or four-wire branch circuits |
-
2011
- 2011-11-02 RU RU2011144267/07A patent/RU2501142C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2046490C1 (en) * | 1993-06-08 | 1995-10-20 | Ивановский государственный энергетический университет им.В.И.Ленина | Device for improving power supply characteristics in three-wire networks |
US6043569A (en) * | 1998-03-02 | 2000-03-28 | Ferguson; Gregory N. C. | Zero phase sequence current filter apparatus and method for connection to the load end of six or four-wire branch circuits |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU205207U1 (en) * | 2021-04-13 | 2021-07-02 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | Passive LC filter adapted to the frequency fluctuation of the power supply |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011144267A (en) | 2013-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102332808B (en) | Comprise the inverter filtering device of differential mode and common mode and comprise the system of this inverter filtering device | |
US8212416B2 (en) | Device for filtering harmonics | |
US20070258273A1 (en) | Polyphase line filter | |
US9479105B2 (en) | Input EMI filter for motor drive including an active rectifier | |
US9312753B2 (en) | Power converter with low common mode noise | |
US20040239470A1 (en) | Harmonic filtering circuit with special transformer | |
JPS6367435B2 (en) | ||
JP5051227B2 (en) | Common mode filter, output filter, and power converter for power converter | |
RU133987U1 (en) | FILTER HARMONIC OF POWER SUPPLY OF NONLINEAR LOADS | |
RU2501142C2 (en) | Power three-phase harmonic filter for supply current of non-linear loads | |
US5663636A (en) | Method for reducing waveform distortion in an electrical utility system and circuit for an electrical utility system | |
CN200944530Y (en) | Power filter | |
RU2377710C1 (en) | Alternating voltage source with energy regeneration | |
RU2714964C1 (en) | Device for compensation of reactive power of modular structure of shc mc | |
US9973001B2 (en) | Zero sequence, fifth harmonic filter for five-phase power distribution system | |
RU167845U1 (en) | FILTER-COMPENSATING DEVICE | |
US10298113B2 (en) | Filter for a power network | |
Zhao et al. | Optimized Filter Design for Common-Mode Current Reduction in Four-Wire Inverter-Fed Motors | |
RU2809838C1 (en) | Three-phase filter compensating device | |
RU2714925C1 (en) | Filter compensating device | |
EP3891767A1 (en) | Inverter design comprising a nonlinear inductor | |
SU1146771A1 (en) | Compensation filter for three phase a.c.supply network | |
RU2690689C1 (en) | Filter compensating plant | |
RU205207U1 (en) | Passive LC filter adapted to the frequency fluctuation of the power supply | |
EA025827B1 (en) | Three-phase balance-to-unbalance autotransformer (embodiments) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141103 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20161027 |