Двухзвенный резонансно-апериодический СФ ВНИИЖТа

Схема сглаживающего фильтра ВНИИЖТа (рисунок 22) представляет собой двухзвенный фильтр, первое звено которого состоит из реактора индуктивностью L_р1 и шести резонансных контуров — С₁ — L₁, С₂ — L₂, С₃ — L₃, С₄ — L₄, С₅ — L₅, С₆ — L₆, настроенных соответственно на частоты 100, 200, 300, 400, 500 и 600 Гц.

Второе звено содержит емкость С и реактор индуктивностью L_р2, параллельно которому включены емкость С_ш и индуктивность L_ш. Последние образуют контур, настроенный на частоту 300 Гц, что позволяет дополнительно подавить эту, наибольшую по значению, гармонику на выходе шестипульсового выпрямителя.

В настоящее время на тяговых подстанциях постоянного тока используется двухзвенный резонансно-апериодического СФ ЗСЖД со следующими параметрами элементов: С₁=144 мкФ, С₂=108 мкФ, С₃=96 мкФ, С₄=60 мкФ, С₅=48 мкФ, С₆=36 мкФ, L₁=17,59 мГн, L₂=5,86 мГн, L₃=2,93 мГн, L₄=2,64 мГн, L₅=2,11 мГн, L₆=1,95 мГн, L_p1=4,5; 5; 11 мГн, L_p2=5 мГн, С=204 мкФ, L_пр=18,4 мГн, С_пр=12 мкФ. Частотная характеристика СФ ВНИИЖТа представлена на рисунке 22.

Используя выражениЯ 1.27 — 1.36 можно рассчитать полное сопротивление последовательной и параллельной части СФ:

(1.33).

где С₁ — емкость параллельной части первого контура, первого звена СФ, мкФ;

С₂ — емкость параллельной части первого контура, второго звена СФ, мкФ;

С₃ — емкость параллельной части первого контура, третьего звена СФ, мкФ;

С₄ — емкость параллельной части первого контура, четвёртого звена СФ, мкФ;

С₅ — емкость параллельной части первого контура, пятого звена СФ, мкФ;

С₆ — емкость параллельной части первого контура, шестого звена СФ, мкФ;

С_пр — емкость последовательной части второго контура СФ, мкФ;

L₁ — индуктивность параллельной части первого контура, первого звена СФ, мГн;

L₂ — индуктивность параллельной части первого контура, второго звена СФ, мГн;

L₃ — индуктивность параллельной части первого контура, третьего звена СФ, мГн;

L₄ — индуктивность параллельной части первого контура, четвёртого звена СФ, мГн;

L₅ — индуктивность параллельной части первого контура, пятого звена СФ, мГн;

L₆ — индуктивность параллельной части первого контура, шестого звена СФ, мГн;

L_пр — индуктивность последовательной части второго контура СФ, мГн;

L_р1 — индуктивность реактора первого контура СФ, мГн;

L_р2 — индуктивность реактора второго контура СФ, мГн;

R_{р (n)} — активное сопротивление последовательной части СФ, Ом;

R_{с (n)} — активное сопротивление параллельной части СФ, Ом;

С — емкость параллельной части второго контура СФ, мкФ.

Таким образом, подставляя выражение 1.33, 1.34, 1.35, 1.36 в формулу 1.3, получаем формулу 1.37, по которой определяется, коэффициент сглаживания двухзвенного резонансно-апериодического СФ ВНИИЖТа для любой n-й гармоники, циклическая частота которой щ_n=2рfn:

где Z1 — полное сопротивление первого звена первого параллельного контура, Ом;

Z₂ — полное сопротивление второго звена первого параллельного контура, Ом;

Z₃ — полное сопротивление третьего звена первого параллельного контура, Ом;

Z₄ — полное сопротивление четвёртого звена первого параллельного контура, Ом;

Z₅ — полное сопротивление пятого звена первого параллельного контура, Ом;

Z₆ — полное сопротивление шестого звена первого параллельного контура, Ом.

Активное сопротивление запирающего контура СФ R_{р (n)}, так же как и активное сопротивление R_{с (n)} параллельной части в основном определяется сопротивлением соединительных проводов и переходным сопротивлением контактов и принимается равным соответственно 0,035 Ом и 0,1 Ом. На рисунке 23 приведена зависимость коэффициента сглаживания от частоты для двухзвенного резонансно-апериодического СФ ЗСЖД.

Расчет псофометрического напряжения для двухзвенного резонансно-апериодического СФ ВНИИЖТа, производим для шестипульсового выпрямителя при коэффициентах несимметрии питающих напряжений б_U = 2%, б_U = 10%, диапазоне изменения ёмкости конденсаторов в параллельной части от 100 до 700 мкФ. Зависимость псофометрического напряжения на выходе СФ от ёмкости в параллельной части для для двухзвенного резонансно-апериодического СФ ВНИИЖТа при коэффициентах несимметрии питающих напряжений б_U = 2%, б_U = 10% соответственно представлена на рисунках 24, 25.

Полученные графики изменения напряжений на входе и на выходе двухзвенного резонансно-апериодического СФ ВНИИЖТа от времени при токе нагрузки I_d=1000 A для шестипульсовых выпрямителей при коэффициенте нессиметрии б_u =0% приведена на рисунке 26.

Этот фильтр является самым эффективным из применяемых на тяговых подстанциях электрических железных дорог постоянного тока. Однако из экономических соображений использование его в настоящее время не является оправданным, так как снижение псофометрического напряжения на выходе фильтра ниже 3 — 5 В практически не изменяет напряжения шума в воздушных линиях связи из-за наличия в реальных эксплуатационных условиях других влияющих источников: линий электропередач напряжением 110 и 220 кВ, линий продольного электроснабжения напряжением 10 кВ и других.

Двухзвенные резонансно-апериодические сглаживающие фильтры обеспечивают высокие численные значения коэффициента сглаживания гармоник. На тяговых подстанциях постоянного тока при шестипульсовой схеме выпрямления, псофометрическое напряжение не превышает допустимое значение, даже при минимальных значениях L_p1, L_p2 и С. Однако затраты на их создание, эксплуатационные расходы, а также потери электрической энергии при применении двухзвенных СФ возрастают, также они имеют большие массогаборитные размеры.