UA140349U - Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти - Google Patents

Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти Download PDF

Info

Publication number
UA140349U
UA140349U UAU201905283U UAU201905283U UA140349U UA 140349 U UA140349 U UA 140349U UA U201905283 U UAU201905283 U UA U201905283U UA U201905283 U UAU201905283 U UA U201905283U UA 140349 U UA140349 U UA 140349U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
frequency converter
filter
harmonics
level
reducing
Prior art date
Application number
UAU201905283U
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитро Валерійович Хачатуров
Роман Анатолійович Богданов
Андрій Вікторович Ольшевський
Євген Борисович Петрик
Дмитро Сергійович Кашкаров
Олексій Сергійович Ясько
Юрій Юрійович Ремез
Original Assignee
Дмитро Валерійович Хачатуров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитро Валерійович Хачатуров filed Critical Дмитро Валерійович Хачатуров
Priority to UAU201905283U priority Critical patent/UA140349U/uk
Priority to RU2019136880A priority patent/RU2731680C1/ru
Priority to US16/728,206 priority patent/US11271469B2/en
Publication of UA140349U publication Critical patent/UA140349U/uk

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/02Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/75Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/77Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means arranged for operation in parallel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти містить принаймні один пасивний LC фільтр, виконаний з можливістю зниження рівня вищих гармонік і сформований із накопичувальних елементів, а також індуктивних елементів, встановлених на стрижневій основі з магнітного матеріалу. Пасивний LC фільтр містить принаймні дві паралельні ланки, кожна з яких послідовно з'єднана з окремим керованим випрямлячем перетворювача частоти. LC фільтр виконаний з можливістю роботи принаймні з однією активною ланкою, кожна із ланок LC фільтра включає блок накопичувальних елементів з контактором. При цьому індуктивна складова LC фільтра включає принаймні два набори індуктивних елементів, встановлених на окремих основах і з'єднаних між собою.

Description

Корисна модель належить до електротехніки, зокрема до систем електроживлення з використанням перетворювача частоти (ПЧ) для заглибних електродвигунів в нафтовидобувній промисловості та інших споживачів з нелінійним навантаженням.
Нелінійне навантаження, як відомо, викликає спотворення напруги мережі живлення за рахунок вищих гармонік струму в трифазних ланцюгах, як правило, 5-ої, 7-ої, 11-ої, 13-0ої тощо.
Вищі гармоніки струму навантаження в системах електропостачання спотворюють форму напруги на шинах трансформаторів, збільшують втрати енергії в підвідних мережах, викликають передчасне старіння ізоляції, за рахунок чого знижується надійність і довговічність електрообладнання. Саме тому в розвинених країнах введено державні стандарти, що регламентують допустимі рівні гармонічних спотворень напруги, викликаних струмом навантаження.
Із заявки на винахід США (МгО05 2006/0197385 А1, НО 1/02, 2006.07.09) відомим є пристрій з магнітним шунтом, призначений для зниження гармонік струмів, що генеруються навантаженням, що має вхід, підключений до системи силового електропостачання, і вихід, з'єднаний з навантаженням, що складається з: магнітного сердечника, який має три стрижня, причому кожний стрижень відповідає одній з трьох фаз системи силового електроживлення.
При цьому перша і друга частина сердечника на будь-якій з двох сторін шунта містять для кожної фази - перший елемент з реактивним опором, що включає в себе фазну обмотку, що має один кінець для з'єднання з першою фазою і другий кінець, причому ця фазна обмотка знаходиться на першій частині сердечника. Для кожної фази - другий елемент з реактивним опором, що включає в себе першу обмотку, що утворює розгалужений ланцюг, розміщений на другій частині і має перший кінець, з'єднаний з другим кінцем фазної обмотки і другий кінець, з'єднаний з конденсатором, причому цей конденсатор має другий вивід, з'єднаний з іншою фазою або з відповідним конденсатором, підключеним до іншої фази. При цьому фазна блокуюча обмотка і відповідна резонуюча обмотка, що утворює розгалужений ланцюг, для кожної фази магнітно пов'язані за допомогою магнітного шунта, а сердечник має, принаймні, один немагнітний зазор.
До недоліків описаного технічного рішення можна віднести відсутність можливості відпрацьовувати зниження струму навантаження понад 50 95 від номінального, що може
Зо привести до збільшення коефіцієнта нелінійних спотворень (КНС) до рівня, що перевищує допустимий, зокрема, складає більше 5 905.
Також із рівня техніки (патент 59356503 від 31.05.2016 МПК НО) 1/02) відомим є пристрій зниження гармонік перетворювача частоти, що містить щонайменше один пасивний ІС фільтр, а також щонайменше один активний фільтр гармонік з перемикачем для оперативного перемикання одного з фільтрів з метою зниження щонайменше однієї групи гармонік.
Пасивний С фільтр виконаний з можливістю зниження вищих гармонік і сформований із накопичувальних елементів, а також індуктивних елементів, встановлених на стрижневій основі з магнітного матеріалу із зазором з високою проникністю.
До недоліків описаного технічного рішення можна віднести відносно високий коефіцієнт нелінійних спотворень (КНС) при значенні навантаження менше 50 95 від номінального, що може зокрема складати більше 5 95. Також відоме рішення здатне працювати на одній частоті живильної мережі 50 або 60 Гц, що знижує його функціональність.
Приймаємо дане технічне рішення за найближчий аналог.
Технічною задачею корисної моделі є забезпечення розширення функції пристрою зниження гармонік перетворювача частоти.
Технічний результат, отриманий від реалізації винаходу, полягає у розширенні функціональності пристрою зниження гармонік перетворювача частоти за допомогою збільшення діапазону зміни навантаження, а також забезпеченні можливості роботи від частоти мережі живлення 50; 60 Гц.
Поставлена задача вирішується тим, що пасивний С фільтр містить принаймні дві паралельні ланки, кожна з яких послідовно з'єднана з окремим керованим випрямлячем перетворювача частоти, причому І С фільтр виконаний з можливістю роботи принаймні з однією активною ланкою. Кожна із ланок ЇС фільтра включає блок накопичувальних елементів з контактором, при цьому індуктивна складова С фільтра включає принаймні два набори індуктивних елементів, встановлених на окремих основах і з'єднаних між собою.
Заявлений пристрій виконаний з можливістю використання частини об'єму накопичувальних елементів в залежності від частоти мережі живлення. При цьому відбувається перехід на роботу з однією активною ланкою при зниженні навантаження до 50 95 від номінального.
Основа кожного набору індуктивних елементів містить верхні і нижні ярма з вертикальними бо стрижнями між ними, при цьому вертикальні стрижні виконані з помітними розривами, котрі заповнені немагнітним матеріалом
Також, відповідно до описаного варіанта реалізації технічного рішення, основа принаймні двох наборів індуктивних елементів закріплена у рамному каркасі з направляючими елементами у нижній частині.
Відповідно до можливого варіанта реалізації, індуктивну складову І С фільтра встановлено у окремому відсіку перетворювача частоти з примусовим повітряним охолодженням.
Суть корисної моделі пояснюється, але не обмежується, наступними графічними матеріалами: фіг. 1 - перетворювач частоти з пристроєм зниження рівня гармонік; фіг. 2 - принципова електрична схема перетворювача частоти; фіг. З - принципова електрична схема перетворювача частоти в режимі роботи при навантаженні понад 50 95 від номінальної; фіг. 4 - принципова електрична схема перетворювача частоти в режимі роботи при навантаженні менше 50 95 від номінальної; фіг. 5 - індуктивна складова пасивного І С фільтра (конструкція); фіг. 6 - графік залежності КНС від навантаження.
Заявлена корисна модель може бути реалізована у перетворювачах частоти для різних споживачів нелінійного навантаження з метою зниження негативного впливу споживачів на мережу живлення, зокрема наведено приклад реалізації ПЧ 1 (фіг.1) заглибного електродвигуна (на зображеннях не показаний). Корпус 2 ПЧ розділений на відсіки для розміщення електротехнічного обладнання і містить відсіки під установку елементів пристрою зниження рівня гармонік.
Пристрій З зниження рівня гармонік перетворювача частоти 1 містить принаймні один пасивний ІС фільтр З (ПФ) (фіг. 2), виконаний з можливістю зниження рівня вищих гармонік, зокрема 5-ї і 7-ї а, також інших груп гармонік, залежно від виконаних налаштувань і сформований з накопичувальних елементів 4, встановлених в окремому відсіку 5 ПЧ, які можуть бути представлені у вигляді конденсаторів. Вказаний ПФ також включає індуктивні елементи 7 (дроселі), встановлені на стрижневій основі 6 з магнітного матеріалу, зокрема електротехнічної сталі. У трифазному виконанні ПФ містить щонайменше два набори індуктивних елементів
Зо (дроселів), встановлених на окремих основах і з'єднаних між собою по входу. На кожну фазу попарно встановлені набори дроселів вхідні, вихідні та резонансні, з'єднані з блоком накопичувачів 4.
Індуктивна складова ІС фільтра, зокрема дроселі, встановлені в окремому відсіку 8 ПЧ, з примусовим повітряним охолодженням, реалізованим за допомогою щонайменше одного вентилятора 9 системи охолодження ПЧ.
Пасивний С фільтр містить щонайменше дві паралельні ланки 10, 11 (фіг. 2-5), кожна з яких послідовно з'єднана з окремими керованими випрямлячами 12, 13 перетворювача частоти 1, причому С фільтр виконаний з можливістю роботи, принаймні з однією активною ланкою при зниженні струму навантаження понад 50 95 від номінального. Дане технічне рішення дозволяє утримувати значення коефіцієнта нелінійних спотворень, КНС у межах 5 95 при падінні навантаження більше 50 95 від номінального (показано на графіку фіг. 6).
Відповідно до заявленого технічного рішення, струм на вході пристрою зниження рівня гармонік поділяється між двома гілками 10, 11 (Фіг. 3) рівномірно, отримуючи значення Іном/2. В ході експлуатації струм навантаження може змінюватися у межах 1-100 95 від номінального значення. При зниженні струму навантаження Ін на 50 95, в результаті Іном - Іном/4, ЩО призводить до підвищення КН.
У ході роботи ПЧ, контролер 14 системи управління знімає дані з датчиків 15, 16, постійно контролюючи значення струмів. Після того як було зафіксовано заниження Ін нижче допустимого значення, зокрема більше 50 95 від номінального, контролером 14 подається сигнал на відключення однієї гілюим ПФ, за допомогою відключення керованого випрямляча (діода) 12 ПЧ і контактора 17 блока конденсаторів 4. Також можливий варіант реалізації з програмованим дворежимним контактором, на вході ПФ, що відключає одну з гілок, або використання окремих контакторів для кожної з гілок.
Після відключення однієї ланки 10 ПФ струм перетікає по ланці 11 (фіг. 4) з відкритим випрямлячем 13, досягаючи номінального значення з мінімальним значенням КНС.
Кожна з ланок І С фільтра містить блок накопичувальних елементів 4 з контактором 17 (фіг. 4), виконаний з можливістю використання частини обсягу накопичувальних елементів в залежності від частоти мережі живлення. Зокрема перехід із частоти бОГц на частоту в 50 Гц з похибкою не більше ж 1 Гц здійснюється шляхом відключення частини накопичувальних бо елементів керованим контактором 17.
Конструктивне виконання (фіг. 5) індуктивної складової ПФ забезпечує зручність монтажу і підвищує ремонтопридатність. Згідно із заявленим варіантом реалізації основи, принаймні два набори індуктивних елементів 7 закріплені в рамному каркасі 18 з направляючими елементами 19 у нижній частині. Основа 6 кожного набору індуктивних елементів 7 містить верхнє 20 і нижнє 21 ярмо з вертикальними стрижнями 22 між ними, при цьому вертикальні стрижні виконані з видимими розривами 23 в поперечному перерізі, які заповнені немагнітним матеріалом, наприклад склотекстолітом. Зазначені видимі розриви підвищують добротність коливального контуру, зменшуючи потік розсіювання.
Заявлена корисна модель може бути використана, як для 6-ти, так і для 12-ти пульсного ПЧ.
Реалізація описаного технічного рішення забезпечує досягнення заявленого технічного результату, розширюючи можливість експлуатації ПЧ на різних частотах напруги мережі живлення, а також дозволяє підтримувати КНС у межах 5 95 незалежно від коливань струму навантаження.

Claims (6)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ
1. Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти, що містить принаймні один пасивний І С фільтр, виконаний з можливістю зниження рівня вищих гармонік і сформований із накопичувальних елементів, а також індуктивних елементів, встановлених на стрижневій основі з магнітного матеріалу, який відрізняється тим, що пасивний І С фільтр містить принаймні дві паралельні ланки, кожна з яких послідовно з'єднана з окремим керованим випрямлячем перетворювача частоти, причому І С фільтр виконаний з можливістю роботи принаймні з однією активною ланкою, кожна із ланок ЇС фільтра включає блок накопичувальних елементів з контактором, при цьому індуктивна складова ЇС фільтра включає принаймні два набори індуктивних елементів, встановлених на окремих основах і з'єднаних між собою.
2. Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти за п. 1, який відрізняється тим, що виконаний з можливістю використання частини об'єму накопичувальних елементів в залежності від частоти мережі живлення.
3. Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти за п. 1, який відрізняється тим, що Зо пасивний І С фільтр виконаний з можливістю переходу на роботу з однією активною ланкою при зниженні навантаження до 50 95 від номінального.
4. Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти за п. 1, який відрізняється тим, що основа кожного набору індуктивних елементів містить верхні і нижні ярма з вертикальними стрижнями між ними, при цьому вертикальні стрижні виконані з помітними розривами, котрі заповнені немагнітним матеріалом.
5. Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти за п. 1, який відрізняється тим, що основа принаймні двох наборів індуктивних елементів закріплена у рамному каркасі з направляючими елементами у нижній частині.
6. Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти за п. 1, який відрізняється тим, що індуктивну складову С фільтра встановлено у окремому відсіку перетворювача частоти з примусовим повітряним охолодженням.
UAU201905283U 2019-05-20 2019-05-20 Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти UA140349U (uk)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201905283U UA140349U (uk) 2019-05-20 2019-05-20 Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти
RU2019136880A RU2731680C1 (ru) 2019-05-20 2019-11-18 Устройство и способ подавления гармоник на выходе преобразователя частоты
US16/728,206 US11271469B2 (en) 2019-05-20 2019-12-27 Device and method for suppressing harmonic distortions at the output of variable frequency drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201905283U UA140349U (uk) 2019-05-20 2019-05-20 Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA140349U true UA140349U (uk) 2020-02-25

Family

ID=71116440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU201905283U UA140349U (uk) 2019-05-20 2019-05-20 Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11271469B2 (uk)
RU (1) RU2731680C1 (uk)
UA (1) UA140349U (uk)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807090C1 (ru) * 2020-02-28 2023-11-09 СиЭрЭрСи ЦИНДАО СЫФАН РОЛЛИН СТОК РИСЁРЧ ИНСТИТЬЮТ КО., ЛТД. Тяговый преобразователь и способ управления им

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU205207U1 (ru) * 2021-04-13 2021-07-02 Дмитрий Валерьевич Хачатуров Пассивный LC-фильтр, адаптированный к колебаниям частоты источника питания

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE504303C2 (sv) * 1994-10-25 1996-12-23 Asea Brown Boveri Trefasig filterutrustning
CA2498993C (en) * 2005-03-01 2012-03-20 1061933 Ontario Inc. Harmonic mitigating device with magnetic shunt
WO2012149430A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Todd Shudarek Combined active and passive harmonic mitigation devices and applications thereof
EP2856596B1 (en) * 2012-06-01 2016-06-01 ABB Technology Ltd. A filter apparatus, a method for filtering harmonics in an electrical power transmission or distribution system, and such a system
RU176107U1 (ru) * 2017-07-10 2018-01-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Устройство гибридной компенсации высших гармоник
RU2670093C1 (ru) * 2017-07-17 2018-10-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) Устройство для компенсации реактивной мощности электроподвижного состава

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807090C1 (ru) * 2020-02-28 2023-11-09 СиЭрЭрСи ЦИНДАО СЫФАН РОЛЛИН СТОК РИСЁРЧ ИНСТИТЬЮТ КО., ЛТД. Тяговый преобразователь и способ управления им

Also Published As

Publication number Publication date
US20200373828A1 (en) 2020-11-26
RU2731680C1 (ru) 2020-09-07
US11271469B2 (en) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2253044C (en) An apparatus and method to reduce common mode voltage from current source drives
US7969755B2 (en) Apparatus for electrical power transmission
KR100860728B1 (ko) 다상 전원선 필터
US20080252142A1 (en) Apparatus for Electrical Power Transmission
US9130541B2 (en) Active EMC filter
RU2414043C1 (ru) Бестрансформаторный преобразователь частоты для регулируемого средневольтного электропривода
US20120038167A1 (en) Reconfigurable power converter module
UA140349U (uk) Пристрій зниження рівня гармонік перетворювача частоти
JP2003047257A (ja) コンバータ回路
JP6609063B2 (ja) 電力変換装置、電力変換システム、および電力変換システムの使用方法
RU205207U1 (ru) Пассивный LC-фильтр, адаптированный к колебаниям частоты источника питания
Mishra et al. LC filter design method for pulse width modulated inverter Fed induction motor drive
RU2714964C1 (ru) Устройство компенсации реактивной мощности модульной конструкции ПТК МК
Jakka et al. Implementation of flexible large power transformers using modular solid state transformer topologies enabled by sic devices
WO2020115360A1 (en) Inverter design comprising a nonlinear inductor
RU133987U1 (ru) Фильтр гармоник тока питания нелинейных нагрузок
CN220022607U (zh) 共模电压和共模电流抑制电路
KR101034989B1 (ko) 전원품질개선장치
WO2024069750A1 (ja) 電力変換システム
RU2576249C2 (ru) Масштабируемый по мощности и частоте инвертор
Large et al. Matrix converter solution for aircraft starting
Toscani et al. Fault tolerant digital control of 2 MVA parallelable frequency converters for harbor applications
Morton Impact of System Impedance on Harmonics Produced by Variable Frequency Drives (VFDs)
Andreh et al. Simulation model of harmonics reduction technique using shunt active filter by cascade multilevel inverter method
Cazacu et al. Peak inrush currents for multiple-step capacitor banks in automatic power factor correction