專利名稱：40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧波抑制器，具體說(shuō)是一種低頻諧波抑制器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及其用途。
由于中國(guó)電網(wǎng)的工頻為50HZ(有的國(guó)家為60HZ)，

圖1所示的裝置，對(duì)于電網(wǎng)來(lái)講是可行的，因?yàn)殡娋W(wǎng)的電壓為380/220V，電流很大，可以達(dá)到上千安培。若以2000安培為例電網(wǎng)的總負(fù)載為220V/1000A＝0.1Ω，二次濾波100HZ＝1/(2π√LC)，設(shè)定L＝12.67mH，C＝200μF，在基波50HZ下，LC的阻抗等于Z2＝|jωL+1/(jωC)|＝12Ω即在二次振蕩的LC在50HZ下的阻抗約為12Ω。當(dāng)電流從電網(wǎng)進(jìn)入用戶時(shí)，從二次諧波電路分流的基波電流(50HZ)僅有1/120(假設(shè)負(fù)載為0.1Ω，雖然很大，但基本上不會(huì)影響電網(wǎng)的運(yùn)行)。
但是，當(dāng)負(fù)載不是很大時(shí)，例如負(fù)載為20Ω或10Ω時(shí)，二次濾波的阻抗與負(fù)載相當(dāng)，那么，濾波器的消耗就太大了，就不具備使用價(jià)值了。例如，對(duì)于空調(diào)器，一般功率4000W，阻抗為24Ω左右，如使用上述二次LC濾波，電流損失非常大，空調(diào)器根本無(wú)法工作。
若既要做到二次諧振，又要使基波阻抗很大，就需要大電感，這樣又不具備經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，上述裝置不適合小功率低頻濾波。
圖2給出一種Π型濾波電路，其中，X為負(fù)載，L，L’為電感，C，C’為電容。即在負(fù)載與電源的兩導(dǎo)線之間各串聯(lián)一電感，然后在兩導(dǎo)線之間的電感的兩端連接電容。圖2’給出一種T型濾波電路，其中，X為負(fù)載，L，L’為電感，C，C’為電容。即在負(fù)載與電源的導(dǎo)線之間串聯(lián)兩個(gè)電感，然后在兩電感之間與另一根導(dǎo)線之間連接一電容，在與負(fù)載的電感的一端與另一個(gè)導(dǎo)線之間連接導(dǎo)線，這兩種電路也很難對(duì)某低于二次-40次的諧波起到很好的分離作用，可能解決了三次濾波，卻增加了五次諧波，由于負(fù)載特性很復(fù)雜，無(wú)法對(duì)某一次低次諧波進(jìn)行可靠的濾波，而且由于電容與電路直接連接，將會(huì)產(chǎn)生很大的脈沖電流，污染電路，該濾波器本身可能是諧波源，且濾波電路與負(fù)載直接電連接，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多次低頻選擇。
由于低次諧波與基波頻段十分接近，用以上的電路形式解決濾波問(wèn)題時(shí)，基波有很大的分量通過(guò)濾波電路；而且，傳統(tǒng)的濾波器通過(guò)電路連接，又產(chǎn)生新的諧波，因此，如何使得負(fù)載＞1Ω時(shí)的電器對(duì)低頻段可靠濾波，而又不產(chǎn)生新的諧波源影響電路成為難點(diǎn)。
在本發(fā)明完成之前，尚未見(jiàn)到有與本發(fā)明相同的低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器在人們的日常生活中使用，而且應(yīng)用于洗衣機(jī)、空調(diào)器或跑步機(jī)等家用電器，未見(jiàn)到有與本發(fā)明相同的低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器在市場(chǎng)上有銷售，也未見(jiàn)到有與本發(fā)明相同的低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器在文獻(xiàn)中有記載。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，其特征在于它是由鐵芯，初級(jí)繞組L1，可以為一個(gè)或者n個(gè)的次級(jí)繞組L2、L3、...LN，以及與LN對(duì)應(yīng)個(gè)數(shù)的諧振電容C2、C3、...CN，所組成，諧振電容C2、C3、...CN，的兩端連接于次級(jí)繞組L2、L3、...LN的兩端，所說(shuō)的初級(jí)繞組L1的線徑為0.5～3.5m/m CU，還可以為0.6～4.0m/m Al，匝數(shù)為1～500匝，
所說(shuō)的次級(jí)繞組L2、L3、...LN的線徑為0.1～3.0m/m CU，還可以為0.6～4.0m/m Al，匝數(shù)為1～2000匝，所說(shuō)的諧振電容C2、C3、...CN，額定電壓為50V～1500V，定值為0.01PF～500μF且LNCN參數(shù)滿足200≤1/√LnCn≤15000。
在上述技術(shù)方案中，在所說(shuō)的次級(jí)繞組L2、L3、...LN，以及與LN對(duì)應(yīng)個(gè)數(shù)的諧振電容C2、C3、...CN之間還可以串聯(lián)電阻R2、R3、...RN，或開(kāi)關(guān)K2、K3、...KN。
在上述技術(shù)方案中，所說(shuō)的鐵芯為冷軋鐵芯，也可以為熱軋鐵芯或由鐵基微晶、納米材料制成的鐵芯。
在上述技術(shù)方案中，所說(shuō)的鐵芯帶有縫隙，縫隙的寬度可以為0-10mm。
根據(jù)上述技術(shù)方案所制成的40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，將其初級(jí)繞組L1的一端連接電源導(dǎo)線，另一端連接于家用電器，如洗衣機(jī)，空調(diào)器或電動(dòng)跑步機(jī)，用于對(duì)所說(shuō)的家用電器，提供一種低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，使得負(fù)載＞1Ω時(shí)的電器對(duì)低頻段能夠進(jìn)行可靠濾波。
圖3給出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)狀態(tài)示意圖；圖4給出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)(連接有電阻)以及工作原理示意圖。
在圖中，X為負(fù)載，L為電感，L2、L3、...LN為次級(jí)繞組，C2、C3、...CN為諧振電容，P是本發(fā)明低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，a，b是本發(fā)明接點(diǎn)。
將電源導(dǎo)線連接本發(fā)明的初級(jí)繞組L1的一端，將初級(jí)繞組L1的另一端連接于負(fù)載，這就形成了磁耦合線性變壓器次級(jí)諧振。
當(dāng)電流經(jīng)過(guò)本發(fā)明40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，S側(cè)為想要濾波的頻率的諧振電路，比如二次濾波LC回路，L＝12.67mH，C＝200μF，L為次級(jí)線圈電感，即次級(jí)線圈與電容諧振。
當(dāng)電流I經(jīng)過(guò)回路時(shí)，I＝I1cos(ωt+α1)+I2cos(ωt+α2)+...+Incos(ωt+αn)I2＝I21cos(ωt+α1)+I22cos(ωt+α2)+...+I2ncos(ωt+αn)U＝2πfL1L1(原邊電感)I在鐵芯中產(chǎn)生磁通Φ＝Φ1+Φ2+Φ3+…Φn由于各次諧波對(duì)于各次磁通來(lái)講勢(shì)必產(chǎn)生激勵(lì)，以Φ2為例，Φ流經(jīng)二次回路時(shí)，
ε2＝dΦ/dt除了Φ2(二次磁通)外(假定L，C為理想狀態(tài)下時(shí))Φ2在L2、C2振蕩下會(huì)產(chǎn)生大小相等方向相反的-Φ2，由于諧振，二次回路將產(chǎn)生很大的諧振電流，該二次電流又會(huì)產(chǎn)生-Φ2，-Φ2又反作用于Φ，從而抑制了Φ由于二次分量受到的抑制。反映在電路中就是I中的分解I2被抑制。
上述諧波抑制通過(guò)磁耦合實(shí)現(xiàn)，解決了低頻濾波LC在基波下與負(fù)載阻抗可以比較而使得損耗很大的問(wèn)題。
鐵芯帶縫隙，可以使電流經(jīng)過(guò)時(shí)，B線性不飽和，保證原邊I變化時(shí)，L2，L3，…Ln數(shù)據(jù)穩(wěn)定，確保相應(yīng)的電容在相應(yīng)的頻率下諧振。
根據(jù)負(fù)載實(shí)際諧波水平，依據(jù)以上分析，可以同時(shí)增加3次、4次甚至多次濾波。
下面分析電流在各次諧振電路中，基波在各次諧振中的電流情況(以下分析是在電感，電容皆在理想狀態(tài)下的分析)Vn1＝nn/n1V1且V1＝L1di1/dtIn1＝nn/n1*L1di1/dt*jωCn③且L1/Ln＝n12/nn2L1＝n12/nn2Ln①且假設(shè)Ln，Cn在n次諧振時(shí)即√LnCn＝1/nωLnCn＝1/n2ω2②將①，②代入③In1＝nn/n1*di1/dt*ωLnCn*n12/nn2＝n1/nnω2I1*1/n2ω2＝1/n2*n1/nnI1其中，ω＝2πf，f是基波頻率，Imnm次振蕩回路中的n次電流，In負(fù)載流經(jīng)的電流中n次分量，Φn磁場(chǎng)中的n次磁通分量，n1原邊匝數(shù)，n2次邊L匝數(shù)，nnn次振蕩的n匝數(shù)，L1原邊電感，
Ln次邊n次諧振電感，振蕩回路諧振次數(shù)越高，回路中的基波電流越小，且該電流與n1/nn成正比，如果想要提高功率，可以使n1/nn盡量的小。
由于2次以上諧波分量電流一般相對(duì)與基波較小，所以n次振蕩中主要為I≈1/n*(n1/nn)I1+(n次振蕩電路)由此可以通過(guò)改變n1/nn的匝數(shù)以及相應(yīng)的諧波次數(shù)來(lái)選擇不同的LC參數(shù)。
由于此回路皆采用線形元件，且Inn電流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)抑制了主電路中的n次分量，而且抑制是通過(guò)磁路抑制，并未影響電路特性，從而起到抑制低頻諧波電流的效果，同時(shí)通過(guò)電磁耦合對(duì)n次諧波抑制之外，對(duì)n次頻率附近的諧波也起到抑制作用。
對(duì)于三相電源，本發(fā)明同樣適用。將本發(fā)明的原邊繞組的兩端分別接入三相電源的三根導(dǎo)線和負(fù)載之間。
圖5給出本發(fā)明在三相電源電路中的連接狀態(tài)示意圖。
在有可能某次回路中出現(xiàn)大電流的情況下，視情況可以在Ln與Cn之間串聯(lián)一個(gè)電阻Rn，以降低電流；有時(shí)也會(huì)因?yàn)榭刂菩枰?，在Ln與Cn之間串聯(lián)開(kāi)關(guān)Kn。
本發(fā)明有下面一些作用和積極效果本發(fā)明對(duì)家用電器，如洗衣機(jī)、空調(diào)器、電熱水器等提提供了一種低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，該發(fā)明使得負(fù)載＞1Ω時(shí)的電器對(duì)低頻段能夠進(jìn)行可靠諧波抑制，而又不產(chǎn)生新的諧波源，影響電路。
權(quán)利要求
1.一種40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，其特征在于它是由鐵芯，初級(jí)繞組L1，可以為一個(gè)或者n個(gè)的次級(jí)繞組L2、L3、...LN，以及與LN對(duì)應(yīng)個(gè)數(shù)的諧振電容C2、C3、...CN，所組成，諧振電容C2、C3、...CN，的兩端連接于次級(jí)繞組L2、L3、...LN的兩端，所說(shuō)的初級(jí)繞組L1的線徑為0.5～3.5m/m CU，還可以為0.6～4.0m/m Al，匝數(shù)為1～500匝，所說(shuō)的次級(jí)繞組L2、L3、...LN的線徑為0.1～3.0m/m CU，還可以為0.6～4.0m/m Al，匝數(shù)為1～2000匝，所說(shuō)的諧振電容C2、C3、...CN，額定電壓為50V～1500V，定值為0.01PF～500μF，且LN，CN參數(shù)滿足200≤1/√LnCn≤15000。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，其特征在于在所說(shuō)的次級(jí)繞組L2、L3、...LN，以及與LN對(duì)應(yīng)個(gè)數(shù)的諧振電容C2、C3、...CN之間還可以串聯(lián)電阻R2、R3、...RN，或開(kāi)關(guān)K2、K3、...KN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，其特征在于所說(shuō)的鐵芯為冷軋鐵芯，也可以為熱軋鐵芯或由鐵基微晶、納米材料制成的鐵芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，其特征在于所說(shuō)的鐵芯帶有縫隙，縫隙的寬度可以為0-10mm。
5.根據(jù)上述技術(shù)方案所制成的40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器，其特征在于所說(shuō)的40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器主要用于洗衣機(jī)，空調(diào)器或電動(dòng)跑步機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種40次以下低頻對(duì)稱諧波以及奇次諧波抑制器及其用途,它是由鐵芯,初級(jí)繞組L
文檔編號(hào)H02J3/01GK1384579SQ0213521
公開(kāi)日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2002年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月15日
發(fā)明者李曉雨 申請(qǐng)人:李曉雨