CZ298857B6 - Zpusob prevedení elektrického náboje a zarízení kprovádení tohoto zpusobu - Google Patents
Zpusob prevedení elektrického náboje a zarízení kprovádení tohoto zpusobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ298857B6 CZ298857B6 CZ20014300A CZ20014300A CZ298857B6 CZ 298857 B6 CZ298857 B6 CZ 298857B6 CZ 20014300 A CZ20014300 A CZ 20014300A CZ 20014300 A CZ20014300 A CZ 20014300A CZ 298857 B6 CZ298857 B6 CZ 298857B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- charge
- power
- node
- output
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 95
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 216
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 59
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 30
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 30
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 21
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 description 18
- 230000006870 function Effects 0.000 description 17
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 17
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 11
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 11
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 8
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 8
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 8
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 101100100125 Mus musculus Traip gene Proteins 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 1
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/443—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M5/45—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
- H02M5/4505—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
- Photoreceptors In Electrophotography (AREA)
- Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
- Supplying Of Containers To The Packaging Station (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Telephone Function (AREA)
- Vending Machines For Individual Products (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Zpusob prevedení elektrického náboje mezi zarízením pro uchování náboje (25) a prvním výkonovým terminálem (11), majícím první množinu uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3), pricemž tento zpusob zahrnuje vzájemnou výmenu náboje mezi zarízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vi1) z první množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3) skrze indukcnísekci (22, 26), nahrazení prvního uzlového bodu (Vi1) z první množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3)druhým uzlovým bodem (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3) po provedení prevedení predem stanoveného náboje mezi zarízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vi1) z první množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3), vzájemnou výmenu náboje mezi zarízením (25) pro uchovánínáboje a druhým uzlovým bodem (Vi1, Vi3) z první množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3) skrze indukcní sekci (22, 26). Pomer zvoleného náboje, vzájemne vymeneného mezi elektrostatickým zarízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vi1) zprvní množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3) a náboje, vymeneného mezi elektrostatickým zarízením (25) pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3), je roven pomeru elektrických proudu, proudících z prvního uzlového bodu (Vi1) z první množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3) a druhého uzlového bodu (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodu (Vi1, Vi2, Vi3). Zpusob muže zahrnovat výmenu náboje mezizarízením (25) pro uchování náboje a druhým výkonovým terminálem (12).
Description
Oblast techniky
Vynález se obecně týká převedení elektrické energie a konkrétně způsobu pro převedení střídavé5 ho proudu na stejnosměrný proud, tj. usměrnění střídavého proudu, převedení stejnosměrného proudu na střídavý proud, převedení stejnosměrného proudu na střídavý proud, převedení stejnosměrného proudu na stejnosměrný prou a regulace jalového výkonu a zařízení k provádění těchto způsobů. Ačkoliv vynález má širokou oblast použití, je zejména použitelný v systémech pro distribuci a přenos energie bez ohledu na to, zda se jedná o průmyslovou komerční či vojenskou oblast použití.
Dosavadní stav techniky
Standardní usměrňovači zařízení, převádějící střídavý proud na stejnosměrný proud a používající nelineární zařízení, jakými jsou např. diodové atyristorové můstky, způsobují harmonické složky a jalový výkon v dodávce třífázového střídavého proudu, poskytující elektrický proud daným zařízením. Harmonické složky a jalový výkon jsou způsobeny nerovnoměrným zatížením vstupních fází. To znamená, že proud je odebírán z fáze, když vstupní střídavé fázové napětí je vyšší než výstupní stejnosměrné napětí, zatímco žádný proud není odebírán z fáze, když vstupní střídavé fázové napětí je nižší než výstupní stejnosměrné napětí.
Růst počtu budičů motorů s regulací rychlosti a záložních zdrojů elektrické energie, které typicky vyžadují převedení střídavého proudu na stejnosměrný proud a následné převedení stejnosměrného proudu na střídavý proud k dosažení žádoucího střídavého napětí a frekvence na motoru, má za následek další deformaci tvaru vlny v dodávce střídavého proudu. Když se tvar vlny dodávky elektrického proudu zhorší, k čemuž např. dochází, když elektrárna zapojí generátor na námořní lodi do elektrické sítě, zařízení může začít špatně fungovat, přičemž tato skutečnost závisí na „čistém“ zdroji dodávky elektrické energie pro příslušnou operaci.
Cílem vynálezu bylo tudíž poskytnout způsob pro převedení energie, při kterém by se omezila deformace tvaru vlny dodávky střídavého proudu a zařízení k provádění tohoto způsobu.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je způsob převedení elektrického náboje mezi zařízení pro uchování náboje a prvním výkonovým terminálem, majícím první množinu uzlových bodů, přičemž podstata toho35 to způsobu spočívá v tom, že zahrnuje vzájemnou výměnu náboje mezi řízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů skrze indukční sekci, nahrazení prvního uzlového bodu z první množiny uzlových bodů druhým uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů pro provedení převedení předem stanoveného náboje mezi zařízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů, a vzájemnou výměnu nábo40 je mezi zařízením pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů skrze indukční sekci.
Výhodně při tomto způsobu druhý výkonový terminál má druhou množinu uzlových bodů a tento způsob dále zahrnuje vzájemnou výměnu náboje mezi zařízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů skrze indukční sekci, generování druhého řídicího signálu, který způsobí elektrické sepnutí od prvního uzlového bodu z druhé množiny uzlových bodů do druhého uzlového bodu z druhé množiny uzlových bodů pro provedení vzájemné výměny druhého zvoleného náboje, stanoveného řídicí jednotkou, mezi zařízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů, a vzájemnou výměnu náboje mezi zařízením pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů skrze indukční sekci.
-1 CZ 298857 B6
Výhodně způsob dále zahrnuje konfigurování prvního výkonového terminálu do formy výkonového terminálu pro střídavý proud a konfigurování druhého výkonového terminálu do formy výkonového terminálu pro střídavý proud.
Výhodně způsob zahrnuje konfigurování prvního výkonového terminálu do formy výkonového terminálu pro střídavý proud a konfigurování druhého výkonového terminálu do formy výkonového terminálu pro stejnosměrný proud.
Výhodně způsob dále zahrnuje konfigurování prvního výkonového terminálu do formy výkono10 vého terminálu pro stejnosměrný proud a konfigurování druhého výkonového terminálu do formy výkonového terminálu pro stejnosměrný proud.
Výhodně při způsobu množina výkonových terminálů zahrnuje první výkonový terminál a druhý výkonový terminál, přičemž vzájemná výměna náboje mezi zařízením pro uchování náboje a prv15 ním výkonovým terminálem se provede mezi libovolným jedním z množiny výkonových terminálů a zařízením pro uchování náboje, a vzájemná výměna náboje mezi zařízením pro uchování náboje a druhým výkonovým terminálem se provede mezi libovolným jedním z množiny výkonových terminálů a zařízením pro uchování náboje.
Výhodně první výkonový terminál a druhý výkonový terminál jsou identické výkonové terminály.
Výhodně vzájemná výměna náboje mezi zařízením pro uchování náboje a prvním výkonovým terminálem se střídá se vzájemnou výměnou náboje mezi zařízením pro uchování náboje a druhým výkonovým terminálem.
Výhodně vzájemná výměna náboje mezi zařízením pro uchování náboje a prvním výkonovým terminálem probíhá současně se vzájemnou výměnou náboje mezi zařízením pro uchování náboje a druhým výkonovým terminálem.
Výhodně zařízení pro uchování náboje je tvořeno množinou kondenzátorů.
Výhodně zařízení pro uchování náboje je tvořeno jedním jediným kondenzátorem.
Výhodně indukční sekce je tvořen množinou indukčních cívek.
Výhodně indukční sekce je tvořena jednou jedinou indukční cívkou.
Výhodně indukční sekce je tvořena vinutím jednofázového transformátoru.
Výhodně poměr zvoleného náboje, vzájemně vyměněného mezi elektrostatickým zařízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů a náboje, vyměněného mezi elektrostatickým zařízením pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů, je roven poměr elektrických proudů, proudících z prvního uzlového bodu z první množiny uzlových bodů a druhého uzlového bodu z první množiny uzlových bodů.
Výhodně poměr zvoleného náboje, vyměněného mezi elektrostatickým zařízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů, a náboje, vyměněného mezi elektrostatickým zařízením pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů, je roven poměru elektrických proudů, proudících do prvního uzlového bodu z druhé množiny uzlových a druhého uzlového bodu z druhé množiny uzlových bodů.
Dalším předmětem vynálezu je zařízení pro převedení náboje, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje indukční sekci, zařízení pro uchování náboje, spojené s indukční sekcí pro vytvoření rezonančního obvodu s indukční sekcí, první výkonový terminál, mající první množinu uzlových bodů, první množinu spínačů, spojující první výkonový terminál s rezonančním obvodem, řídicí jednotku pro řízení činnosti první množiny spínačů pro vzájemnou výměnu náboje mezi zařízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů skrze
-2CZ 298857 B6 indukční sekci, pro nahrazení prvního uzlového bodu z první množiny uzlových bodů druhým uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů po vzájemné výměně předem stanoveného náboje mezi zařízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů, a pro následnou vzájemnou výměnu mezi zařízením pro uchování náboje a druhým uzlo5 vým bodem z první množiny uzlových bodů skrze indukční sekci.
Výhodně řídicí jednotka je určena pro řízení činnosti první množiny spínačů pro vzájemnou výměnu prvního předem stanoveného množství náboje mezi prvním uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů a zařízením pro uchování náboje a pro vzájemnou výměnu druhého přelo dem stanoveného množství náboje mezi druhým uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů a zařízením pro uchování náboje, přičemž poměr prvního předem stanoveného množství náboje, vzájemně vyměněného mezi zařízením pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů, a druhého předem stanoveného množství náboje, vzájemně vyměněného mezi zařízením pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem z první množiny uzlových bodů, je roven poměru elektrických proudů, proudících z prvního uzlového bodu z první množiny uzlových bodů a druhého uzlového bodu z první množiny uzlových bodů.
Výhodně zařízení dále zahrnuje druhý výkonový terminál, mající druhou množinu uzlových bodů, a druhou množinu spínačů, spojujících druhý výkonový terminál a rezonanční obvod, přičemž řídicí jednotka je určena pro řízení činnosti druhé množiny spínačů pro vzájemnou výměnu třetího předem stanoveného množství náboje mezi prvním uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů a zařízením pro uchování náboje a pro vzájemnou výměnu čtvrtého předem stanoveného množství náboje mezi druhým uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů a zařízením pro uchování náboje, přičemž poměr třetího předem stanoveného množství náboje, vzájemně vyměněného mezi zařízením pro uložení náboje a prvním uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů, a čtvrtého předem stanoveného množství náboje, vzájemně vyměněného mezi zařízením pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem z druhé množiny uzlových bodů, je roven poměr elektrických proudů, proudících do prvního uzlového bodu z druhé množiny uzlových bodů a druhého uzlového bodu z druhé množiny uzlových bodů.
Výhodně náboj, převedení z prvního výkonového terminálu k zařízení pro uchování náboje, je střídavě následován nábojem, převedeným ze zařízení pro uchování náboje k druhému výkonovému terminálu.
Výhodně první výkonový terminál je konfigurován pro přejetí vícefázového proudu a druhý výkonový terminál je konfigurován pro dodávku vícefázového proudu.
Výhodně řídicí jednotka je určena pro řízení druhé množiny spínačů pro rekonstrukci tvaru vlny střídavého proudu na druhém výkonovém terminálu.
Výhodně první výkonový terminál je konfigurován pro přijetí vícefázového střídavého proudu a druhý výkonový terminál je konfigurován pro dodávku stejnosměrného proudu.
Výhodně první výkonový terminál je konfigurován pro přijetí stejnosměrného proudu a druhý výkonový terminál je konfigurován pro dodávku vícefázového střídavého proudu.
Výhodně první výkonový terminál je konfigurován pro přijetí stejnosměrného proudu a druhý výkonový terminál je konfigurován pro odebrání stejnosměrného proudu.
Výhodně první výkonový terminál je konfigurován pro přijetí vícefázového střídavého proudu a řídicí jednotka je určena pro řízení druhé množiny spínač pro vytvoření středního proudu, popsaného Fourierovými řadami.
Výhodně jedna z Fourierových složek je taková, že střední proud je mino fázi s napětím dodávky vícefázového střídavého proudu.
-3CZ 298857 B6
Výhodně jedna z Fourierových složek je taková, že střední proud je mimo fázi o 90 elektrických stupňů s napětím dodávky vícefázového střídavého proudu.
Výhodně Fourierova složka je tvořena takovou harmonickou složkou základní frekvence více5 fázového střídavého proudu, že střední proud poskytuje harmonickou složku toku proudu.
Výhodně první výkonový terminál a druhý výkonový terminál jsou identické terminály, které jsou spojen se sítí střídavého proudu, přičemž řídicí jednotka je určena pro řízení první množiny spínačů a druhé množiny spínačů pro řízení jalového proudu sítě střídavého proudu.
Výhodně zařízení dále zahrnuje rekuperační spínač, spojený se zařízením pro uchování náboje, přičemž řídicí jednotka je určena pro řízení rekuperačního spínače pro řízení zbytkového napětí zařízení pro uchování náboje.
Zařízení podle vynálezu představuje rezonanční zařízení pro převedení náboje, dále zařízení RCTA (RCTA = resonantní charge-transfer apparatus) a způsob podle vynálezu představuje způsob diferenciální a sekvenční rezonanční výměny náboje, dále způsob DSCI (DSCI = differential and sequintial resonant charge-interchange). Zařízení RCTA a způsob DSCI mají výhodu oproti známým zařízením pro převod energie, která spočívá vtom, že mimo jiné snižují deformaci tvaru vlny střídavého napájecího zdroje energie.
Zařízení RCTA zmenšuje tento problém tím, že odebírá náboje ze všech fází vícefázového napájecího zdroje energie úměrně k poměru proudů vstupních fází. Tím poskytuje energii prostou harmonických složek, odebírá energii při jednotném účiníku a nezavádí jalovou energii do dodávky střídavého proudu.
Kromě toho, poněvadž zařízení RCA může být obousměrné, může zavádět proud prostý harmonických složek do vícefázové dodávky střídavého proudu při základní frekvenci, rovněž i sloučit sinusový tvar vlny elektrického proudu s žádoucí frekvencí a fází.
Zařízení RCTA obecně pracuje ve dvou cyklech. V prvním cyklu se žádoucí náboj odebere z každé fáze napájecího zdroje energie k nabití zařízení pro uchování energie. V druhém cyklu se náboj na zařízení pro uchování energie vybije skrze výstup zařízení RCTA. Provedením velkého množství výše uvedených cyklů za sekundu zařízení RCTA může odebrat náboj z napájecího zdroje a produkovat náboj skrze výstup k vytvoření žádoucího výstupního tvaru vlny.
Tyto převody nábojů mohou nebo nemusí uskutečnit převod síťové energie ve směru ke vstupnímu koncovému bodu nebo od vstupního koncového bodu. Opakovanými výměnami náboje je možné dosáhnout síťového a regulovaného toku energie ve směru od vstupního koncového bodu k výstupnímu koncovému bodu nebo dodávku střídavého proudu s regulovaným jalovým výkonem.
Zařízení RCTA může pracovat buď s vícefázovým střídavým proudem nebo vícefázovým stejnosměrným proudem. Produkovaný tvar vlny může mít formu buď vícefázového střídavého proudu majícího žádoucí napětí a frekvenci nebo stejnosměrného proudu majícího žádoucí napětí a polaritu. Převod může být tvořen převodem ze střídaného proudu na střídavý proud nebo stejnosměrný, a převodem stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud nebo střídavý proud.
V případě regulace toku energie výměna náboje se ve většině aplikací provádí výměnou náboje mezi zdrojem energie a zařízením pro uchování energie a následnou výměnou náboje mezi zařízením pro uchování energie a výstupem. Avšak přímý tok energie mezi vstupním koncovým bodem a výstupním koncovým bodem může být rovněž realizován.
Regulováním procesu výměny náboje z každého koncového bodu může být odebírán elektrický proud nebo do každého koncového bodu může být přiváděn elektrický proud, přičemž v případě,
-4CZ 298857 B6 že tento proud je zprůměrován nízkopásmovým filtrem, potom se dosáhne proudový tok prakticky prostý zvlnění.
Výhodou vynálezu je to, že může používat vysokovýkonné tyristory, které pracují v samočinném režimu nebo režimu na bázi přirozené komutace. Tudíž nejsou žádoucí otvírací spínače, jakými jsou např. střídače s impulzovou šířkou modulací (PWM) používající bipolámí tranzistory s izolovanými hradly nebo řízení vypínaná hradla. V důsledku toho není žádoucí obvod pro řízení otevření těchto spínačů.
Vynález může použít konvenční tyristory, které jsou používány již více než 30 let. Na rozdíl od konvenčních výkonových elektronických obvodů, výkonové elektrické komponenty použité ve ío vynálezu jsou běžně dostupné a tudíž nemusí být nově vytvořeny. Rovněž tato zařízení mají nejvyšší jmenovité napětí, nejvyšší jmenovitý proud a jeden z nejnižších úbytků napětí v dopředném směru v porovnání s ostatními výkonovými elektronickými spínači. Tato zařízení rovněž mají nízké ztráty, nejsou nákladná a jsou dostupná v proudem. Tudíž je možné konstatovat, že zařízení
RCTA překonává dosavadní technologii pro vysokoproudové a vysokonapěťové aplikace.
Existuje mnoho aplikací pro zařízení RCTA a z působ DSCI. Tak např. zařízení RCTA může být použito v měniči střídavého proudu na střídavý proud, ve kterém k převodu energie dochází bez typické mezilehlé stejnosměrné vazby. Toto zařízení rovněž může být použito jako usměrňovač střídavého proudu na stejnosměrný proud, měnič stejnosměrného proudu na střídavý proud, více20 bránový měnič, kompenzátor harmonických složek, kompenzátor jalového výkonu a elektronický transformátor.
Znakem zařízení RCTA je převod vícefázového střídavého proudu, prostého harmonických složek, na buď vícefázový střídavý proud nebo stejnosměrný proud. To je dosaženo odebráním náboje, úměrného k poměru proudů vstupních fází, ze všech fází, provedených nabíjením zaří25 zení po uchování energie ze dvou vstupních fází, následovaným nahrazením jedné ze dvou těchto fází, třetí fází (tyto dvě operace představují výše uvedený způsob DSCI).
Provedením nabíjení v regulovaných intervalech se zatěžuje vícefázový střídavý zdroj energie na požadovanou hodnotu výkonu v libovolné části střídavého cyklu. Zatěžováním vícefázového střídavého zdroje energie se rovnoměrně udržuje vyrovnaný a konstantní výkon. Regulovaným nabíjením elektrický proud může být odebrán ze vstupu, který je ve fázi se vstupním napětím, tudíž vstupní výkon má jednotný účiník. To vylučuje požadavek na korekci fázového úhlu nebo kondenzátorů typu VAR na vstupu zařízení RCTA. Tato technika není omezen jen na třífázové střídavé výkonové systémy, avšak může být rozšířena na libovolný vícefázový systém.
Regulovaným vybíjením měnič střídavého proudu na střídavý prou může sloučit výstupní frekvenci na fázi.
Kromě toho měnič střídavého proudu na střídavý proud může provádět energii z dodávky střídavého proudu na střídavý koncový bod, který má frekvenci a fázi určenou jiným střídavým zdro40 jem energie, jakým je např. generátor. Zaváděný náboj může být ve fázi s napětím jiného střídavého zdroje energie k převodu skutečné činné energie nebo zavádění náboj může obsahovat část náboje, která je fázově posunuta vůči napětí jiného střídavého zdroje energie, takže převod zahrnuje jalový výkon. Tento provozní režim umožňuje regulovaný převod energie z jednoho střídavého zdroje energie na jiný střídavý zdroj energie, který má rozdílnou fázi, napětí a frekvenci.
Použití měniče střídavého proudu na střídavý proud je regulovanou operací převodu energie mezi systémy s rozdílnými napětími. To umožňuje regulovaný tok energie do systému, ve kterém může dojít k napěťové, fázové a frekvenční nestabilitě. Tak např. měnič střídavého proudu na střídavý prou se může použít v elektrické veřejné síti jako hradlový regulátor k regulaci žádou50 čího toku energie. Hradlový regulátor může regulovat tok energie skrze střídavé přenosové vedení a omezovat tok energie uvnitř tepelných limitů přenosových vedení. Hradlový regulátor může být rovněž použit k převodu energie z jednoho regionálního střídavého výkonového systému na
-5CZ 298857 B6 sousední střídavý výkonový systém. To může nahradit použití stejnosměrného spojovacího vedení mezi jednotlivými regionálními sítěmi.
V jiných aplikacích hradlový regulátor může regulovat tok energie k zeslabení subharmonické nestability regionální střídavé sítě.
Další aplikace měniče střídavého proudu na střídavý prou spočívá v převodu frekvence dodávky střídavého proudu na odlišnou výstupní frekvenci.To má široké použití, např. v pohonech motorů s proměnlivou rychlostí. Měnič střídavého proud na střídavý pro může dynamicky regulovat napětí, frekvenci, fázi, činný výkon a relativní výkon motoru na kontinuální bázi ve specifickém rozmezí. Poněvadž měnič střídavého proudu na střídavý proud může být regulován pro obousměrný tok energie, motor může být rovněž regulován pro dynamické brzdění v úplném čtyřkvadrantovém provozu.
V jiné aplikaci, ve které jednofázový transformátor je vložen do buď nabíjecího nebo vybíjecího cyklu, zařízení RCTA může tvořit elektrický transformátor s výstupní napěťovou regulací, změnou frekvence a fázovou regulací. Vstup a výstup může být buď stejnosměrný nebo střídavý.
Jednofázový transformátor poskytuje vyšší poměr mezi vstupním a výstupním napětím v širokém rozsahu ve srovnání s výše popsaným měničem střídavého proudu na střídavý proud. Jednofázový transformátor může být použit ke stupňovitému zvyšování nebo snižování vstupního napětí. Kromě toho jednofázový transformátor může být použit k dosažení úplné galvanické izolace mezi vstupem a výstupem. Poněvadž jednofázový transformátor je umístěn ve vysokofrekvenční sekci elektronického měniče, velikost magnetického jádra může být snížena.
Mimoto typický střídavý transformátor je napájen elektrickou energii v libovolný okamžik nezávisle na činiteli zatížení, což značné snižuje účinnost při nízké a průměrné zátěži. Ve vynálezu účinnost je relativně konstantní, poněvadž jádro transformátoru je napájeno energii pouze tehdy, když je výkon žádoucí.
Transformátor může být částí nabíjecího obvodu s tím, že je vložen mezi vstupní spínače a zařízení pro uchování náboje, nebo částí vybíjecího obvodu s tím, žeje vložen mezi zařízení pro uchování náboje a výstupní spínače.
Uvedené zařízení jednofázového transformátoru umožňuje použití zařízení RCTA jako regulovaný elektrický transformátor. V případě, že je žádoucí snížit napětí v dodávce střídavého proudu, elektronický transformátor nejen provádí transformaci napětí, regulace výstupního napětí a kompenzaci jalového výkonu, avšak rovněž působí jako elektronický přerušovač obvodu, čímž vylučuje potřebu mechanického spínacího přístroje.
Další aplikace elektrického transformátoru spočívá v použití tohoto transformátoru jako rozhraní mezi střídavým zdrojem elektrické energie a střídavou sítí. Výkon může být zvýšen z napětí na generátoru na napětí v přenosové síti. Poněvadž generátor nemusí pracovat při frekvenci střídavé sítě, je dosažena mnohem vyšší pružnost. Tak např. zdrojem elektrické energie může být turbína, generátor větrné nebo vodní elektrárny. Je dobře známé, že značně vyšší část výkonu může být zachycena pro jak větrnou tak i vodní elektrárnu, když generátor není nucen pracovat při konstantní frekvenci.
Další aplikace elektronického transformátoru spočívá v provedení snižování konfigurace převodu střídavého proudu na stejnosměrný pro stejnosměrné průmyslové procesy a v provedení zvyšování konfigurace převodu střídavého proudu na stejnosměrný prou na výstupu střídavého generátoru k přímému přenosu stejnosměrného proudu.
Použitím způsobu DSCI při usměrnění střídavého proudu na stejnosměrný proud výkon může být zcela regulován k poskytnutí vysoce regulovaného výstupu s minimálním zvlněním výstupního
-6CZ 298857 B6 stejnosměrného napětí. Energie v zařízení pro uschování náboje je rezonančně vybita do stejnosměrného výstupního koncového bodu.
Ve výhodném provedení třífázová dodávka střídavého proudu je aplikována na vstupní koncový bod zařízení RCTA, které prokazuje kladný, záporný nebo bipolámí stejnosměrný výstup. Na rozdíl od standardních technik používajících usměrňovacího můstku žádná izolace provedená transformátorem není žádoucí pro uzemňovací systém. Kromě toho, několik usměrňovačích modulů může pracovat paralelně s úplnou individuální regulací výkonu.
Znakem usměrňovače střídavého proudu na stejnosměrný proud je to, že výstupní polarita může být účinná ve velkém rozsahu stejnosměrného napětí s téměř okamžitou změnou polarity. Na rozdíl od standardních usměrňovačích procesů, ve kterých výstupní napětí je omezeno na maximální hodnotu závisející na vstupním střídavým napětím, ve vynálezu výstup může být značně zesílen, přičemž je omezen pouze selekcí aktivních a pasivních komponent. Schopnost zesílení má za následek v mnoha operacích to, že standardní napětí mohou být použita s vyloučením transformátorů a rovněž konstantní výstupky mohou být udržovány dokonce se značným poklesem střídavého napájecího zdroje energie. Tento pokles může mít formu cyklu nebo prodlužené časové periody.
Je možné provést několik následujících příkladů režimů napěťové regulace:
a) pulzní hustotní modulace zvýšením nebo snížením počtu nabíjecích a vybíjecích cyklů za předem stanovený časový interval,
b) regulace zbytkového napětí zařízení pro uchování náboje, typicky provedena v části vybíjecího cyklu zařízení pro uchování náboje,
c) regulace nabíjecí energie zařízení pro uchování náboje během nabíjecího cyklu, a d) regulace vybíjecí energie zařízení pro uchování energie v průběhu vybíjecího cyklu.
Důležitým znakem všech výše uvedených regulací je to, že většina z těchto regulací nevyžaduje otevírací spínače a spadá do kategorie operací s tzv. Jemnými spínači“.
Zařízení RCTA se může rovněž použít ve střídaěi, tj. měniči stejnosměrného proudu na střídavý proud, obrácením převodu střídavého proudu na stejnosměrný proud.
Měnič stejnosměrného proudu na střídavý proud může sloučit střídavý napájecí zdroj elektrické energie s regulovanou napěťovou amplitudou, konstantní nebo proměnnou frekvencí a zvoleným fázovým úhlem. Mimoto energie může být převedena ze stejnosměrného napájecího zdroje elektrické energie na střídavý koncový bod, který má frekvenci na fázi určenou střídavým napájecím zdrojem elektrické energie. Měnič stejnosměrného proudu na střídavý proud může současně produkovat nejen činný výkon se zavedeným proudem jsoucím ve fázi s napětím, avšak rovněž generovat současně jalový výkon s proudem jsoucím v předstihu před tvarem vlny střídavého napětí nebo ve zpoždění za tvarem vlny střídavého napětí.
Jednou aplikací, která využívá výhody duálního režimu usměrnění střídavého proudu na stejnosměrný a převodu stejnosměrného proudu na střídavý proud, je uschování energie v baterii.
Energie se může odebrat ze střídavého proudu v průběhu dostupnosti elektrické energie na střídavé elektrické síti, a naopak uchovaná energie se může zpět vrátit do střídavé sítě, když je elektrická energie žádoucí.
Další aplikace spočívá v použití motorů s proměnnou rychlostí. Operace spočívající v převodu stejnosměrného napětí na střídavé napětí může uspokojovat požadavky motoru na jak činný výkon tak i jalový výkon. Operace spočívající v usměrnění střídavého proudu na stejnosměrný proud je použitelná v průběhu regulovaného dynamického brzdění se střídačem poskytujícím činný výkon stejnosměrnému napájecímu zdroji.
-7CZ 298857 B6
Zařízení RCTA může být použito ke spojení více než dvou výkonových koncových bodů se zařízením na uchování náboje k vytvoření vícebránového střídače. Všechny tyto brány mohou být konfigurovány tak, aby měly obousměrný tok energie, a mohou být kombinace střídavých nebo stejnosměrných složek, což umožňuje převod elektrické energie nebo energie z libovolné brány k libovolné jiné bráně. Do takového vícebránového střídače může být integrován transformátor. To by umožňovalo spojení výkonových koncových bodů, které mají rozdílné napěťové hodnoty. Za účelem poskytnutí redundantního zdroje mohou být použity dvě vstupní střídavé výkonové sběrnice. Podobné tříbránové konfigurace mohou být kombinovány se zařízením pro uchování náboje k poskytnutí nepřerušitelné dodávky elektrické energie.
Zařízení RCTA může být použito jako statický voltampérový reaktivní regulátor, kompenzátor harmonických složek, napěťový regulátor nebo regulátor blikání.
Stručný přehled obrázků na výkresech
Za účelem lepšího pochopení vynálezu v následující části této přihlášky vynálezu je uveden popis příkladů provedení vynálezu, ve kterém jsou činěny odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje elektrické zapojení výkonového měniče s měničem frekvence a se schopností obousměrného toku výkonu, obr. 2 zobrazuje typické tvary vln výkonového měniče zobrazeného na obr. 1 a pracujícího při jednotkovém vstupním a výstupním účiníku, obr. 3 zobrazuje typické tvary vln měniče zobrazeného na obr. 1, pracujícího při jednotkovém vstupním účinku, napájecího jalovým výkonem a poskytujícího zesílení napětí, obr. 4 zobrazuje elektrické zapojení měniče stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud se schopností obousměrného toku výkonu, obr. 5 zobrazuje blokový diagram vícefázového měniče se vstupy na střídavý proud a stejnosměrný proud a výstupy na střídavý proud a stejnosměrný proud, obr. 6 zobrazuje elektrické zapojení dalšího provedení výkonového měniče se současně probíhajícími vstupními a výstupními operacemi, obr. 7 zobrazuje elektrické zapojení dynamického kompenzátoru jalového výkonu, obr. 8 zobrazuje typické tvary vln dynamického kompenzátoru jalového výkonu, zobrazeného na obr. 7, se dvěma operačními cykly, obr. 9 zobrazuje elektrické zapojení elektronického transformátoru, který kombinuje regulaci frekvence s transformací napětí, obr. 10 zobrazuje elektrické zapojení elektronického transformátoru se současně probíhajícími vstupními a výstupními operacemi, obr. 11 zobrazuje elektrické zapojení výkonového měniče používajícího tři kondenzátory, obr. 12 zobrazuje napětí na kondenzátoru a nabíjecí proudy výkonového měniče, používajícího tři kondenzátory a zobrazeného na obr. 11, pro typický nabíjecí proces, obr. 13 zobrazuje několik cyklů napěťového a proudového vstupu pro výkonový měnič zobrazený na obr. 11, obr. 14 zobrazuje výstupní napětí v několika cyklech střídavého proudu výkonového měniče zobrazeného na obr. 11, obr. 15 zobrazuje napětí na kondenzátoru a nabíjecí proudy výkonového měniče se třemi kondenzátory, zobrazeného na obr. 11, pro typický nabíjecí proces se zbytkovým napětím na kondenzátorech,
-8CZ 298857 B6 obr. 16 zobrazuje elektrické zapojení dalšího provedení výkonového měniče se třemi kondenzátory, obr. 17 zobrazuje skupinu parametrických operačních křivek toku reálného výkonu v závislosti na fázovém úhlu zbytkového napětí pro výkonový měnič se třemi kondenzátory zobrazený na obr. 11 a 16, obr. 18 zobrazuje skupinu parametrických operačních křivek toku jalového výkonu v závislosti na fázovém úhlu zbytkového napětí pro výkonový měnič se třemi kondenzátory zobrazený na obr. 11 a 16, obr. 19 zobrazuje skupinu parametrických operačních křivek pro regulaci toku vstupního výkonu ío danou činným výkonem v závislosti na úhlu toku činného výkonu pro výkonový měnič se třemi kondenzátory zobrazený na obr. 11 a 14, obr. 20 zobrazuje graf skupiny parametrických operačních křivek pro regulaci toku výstupního výkonu danou jalovým výkonem v závislosti na úhlu toku jalového výkonu pro výkonový měnič se třemi kondenzátory zobrazený na obr. 11 a 16, a obr. 21 zobrazuje elektrické zapojení výstupní sekce výkonového měniče s dodatečnými komutačními indukčními cívkami k omezení proudového poměru změny komutačních spínačů.
Příklady provedení vynálezu
I. Výkonový měnič střídavého proudu na střídavý proud
a. Elektrické zapojení
Obr. 1 zobrazuje elektrické zapojení jednoho příkladu zařízení RCTA použitého jako výkonový měnič 5 střídavého proudu na střídavý proud s frekvenčním měničem a se schopností obousměrného toku energie. Na tomto měniči střídavého proudu na střídavý proud je níže popsána základní struktura zařízení RCTA, rovněž i podstata způsobu DSCI. Existuje několik provedení zařízení RCTA a způsobu DSCI, avšak všechna tato provedení mají v podstatě stejnou základní strukturu resp. podstata jejich činnosti je v podstatě stejná.
Měnič střídavého proudu na střídavý prou může být přímo spojen se střídavou sítí bez použití transformátoru. To vylučuje transformátorové ztráty, rovněž i snižuje náklady na měnič, prostorové požadavky měniče a hmotnost měniče. Je zřejmé, že transformátor může být použit v případě, že je navrženo specifické zařízení, které vyžaduje rozdílné vstupní napětí.
Měnič 5 střídavého proudu na střídavý prou zahrnuje třífázový vstupní první výkonový terminál 11 pro přijmutí třífázové střídavé dodávky elektrické energie, třífázový nízkopásmový vstupní filtr 10, vstupní spínačovou sekci 20, vstupní indukční sekci 22, zařízení 25 pro uchování náboje, výstupní indukční sekci 26, výstupní spínačovou sekci 30, třífázový nízkopásmový výstupní filtr
40 a třífázový výstupní druhý výkonový terminál 12 pro dodávku výstupního napětí.
Třífázový nízkopásmový filtr 10 snižuje proudové zvlnění na nepatrnou hodnotu. Kromě toho, filtrace vysokých frekvencí snižuje jak kapacitní tak i induktivní hodnotu filtru. Třífázový nízkopásmový filtr 10 zahrnuje indukční cívku Lfil, Lfi2 a Lfi3 a kondenzátory Cfi/1, Cfi2/1 a CA2/3 v konfiguraci „L-C“ nebo konfiguraci „delta“. Rovněž by mohla být použita konfigurace „hvězda“. Při spínací frekvenci kolem 2000 Hz je mezní frekvence nízkopásmového vstupního filtru zvolena kolem asi 600 HZ.
Vstupní spínaěová sekce 20 reguluje nabíjení zařízení 25 pro uchování náboje z fází třífázového napájecího zdroje elektrické energie. Vstupní spínaěová sekce 20 zahrnuje šest vstupních spínačů Silp, Siln, Si2n, Si3p a Si3n, přičemž ke každé vstupní fázi jsou připojeny dva spínače s opačnou polaritou. Tyto vstupní spínače mohou být tvořeny konvenčními tyristory. Vstupní indukční
-9CZ 298857 B6 sekce 22 zahrnuje dvě indukční cívky Lal a La2. Indukční cívka Lal je zapojena do série mezi tři kladné vstupní spínače Silp, Si2p a Si3p a zařízení 25 pro uchování náboje, zatímco indukční cívka La2 je zapojena do série mezi tři záporné vstupní spínače Siln, Si2n a Si3n a zařízení 25 pro uchování náboje. Pouze jedna nabíjecí cívka může být použita, avšak z důvodu symetrie jsou zobrazeny dvě.
Zařízení 25 pro uchování náboje uchovává náboj ze vstupních fází a vybíjí uchovaný náboj k třífázovému výstupnímu druhému výkonovému terminálu 12. V tomto provedení zařízení 25 pro uchování náboje zahrnuje kondenzátor Co zapojený do série s indukčními cívkami Lal a La2.
Výstupní indukční sekce 26 je jednou částí rezonančního vybíjecího otvoru tvořeného zařízením 25 pro uchování náboje. Výstupní indukční sekce 26 zahrnuje dvě indukční cívky Lbl a Lb2. Pouze jedna nabíjecí indukční cívka může být použita, avšak z důvodu symetrie jsou zobrazeny dvě.
Výstupní spínačová sekce 30 reguluje vybíjení kondenzátoru Co. Výstupní spínačová sekce 20 zahrnuje šest výstupních spínačů Solp, Solln, So2p, So2n, So3p, přičemž každá výstupní fáze je spojena se dvěma spínači o opačné polaritě. Výstupní spínače mohou být tvořeny konvenčními tyristory.
Indukční cívka Lbl je zapojena do série mezi zařízení 25 pro uchování náboje a tři kladné výstupní spínače Solp, So2p a So3p, zatímco indukční cívka La2 je zapojena do série mezi zařízení 25pro uchování náboje a tři záporné výstupní spínače Soln, So2n a So3n.
Třífázový nízkopásmový výstupní filtr 40 zahrnuje libovolné zvlnění a poskytuje třífázový střídavý výstup téměř prostý harmonických složek. Třífázový nízkopásmový výstupní filtr 40 zahrnuje indukční cívky Lfol, Lfo2 a Lfo3 a kondenzátory Cfa3/1, Cfa2/1, Cfa2/3, Cfb3/1, Cfb2/1 a Cfb2/3 zapojené do konfigurace „C-L-C“ nebo konfigurace „Pí“. V případě, že je zvolena konfigurace „Pi“, elektrický obvod má výbornou symetrii.
b. Způsob DSCI
Za účelem vysvětlení principu způsobu DSCI a vlastní komutace v následující části je popsána matematická teorie pro operace s jednotkovými vstupními a výstupními účiníky.
Vstupní a výstupní fázové napětí může být definováno následovně:
| Kesinío/) | (la) |
| - 2λ7 3) | (lb) |
| )<4Ϊιι(αΜ + 2n! 3) | (1c) |
| (2a) | |
| -2xi 3) | (2b) |
| + 2xl3) | (2c) |
kde Voje špičkové vstupní fázové napětí, ω je frekvence střídavé dodávky elektrické energie, Vn, V,2 a Vl3 jsou uzlové body z první množiny, reprezentované v příkladu provedení vstupními fázovými napětími vstupních fází 1, 2 resp. 3, Vou je špičkové fázové výstupní napětí, coou je frekvence výstupního napětí, a V0], Vo2 a Vo3 jsou uzlové body z druhé množiny, reprezentované výstupními fázovými napětími výstupních fází 1, 2 resp. 3.
-10CZ 298857 B6
Mezi okamžitými vstupními fázovými napětími platí, že |Vh| > |Vij| > |Vik|, a dvě ze třech vstupních sdružených napětí jsou definována jako Va = |ν„ - Vyl a Vb = |Va - Vik|, kde i, j a k mohou být fáze 1, 2 nebo 3.
Za účelem nabití kondenzátoru Co a dosažení vlastní komutace tyristorů v čase ť = ť0 tyristory odpovídající nejvyšší a nejnižší absolutní hodnotě fázových napětí, t znamená, že vstupní fáze „i“ a „k“ jsou aktivovány. Tudíž diferenciální napětí Vb je přiloženo na sériovou kombinaci kondenzátoru Co a indukčních cívek Lal a La2. Diferenciální napětí Vb je přiloženo, dokud tyristor není sdružen se střední absolutní hodnotou fázového napětí, tj. dokud vstupní fáze ,j“ není aktivován v čase ť = t'i10
Za předpokladu, že t0' je rovna 0, nabíjecí proud a kondenzátorové napětí pro t0' < ť < t,' jsou kde
| 4(/ ')“4sin(fiW') | (3») |
| PX/')»r*(i-cos(fiW')) | (3b) |
| fi»,=i/V£Q | (4a) |
| z=JlTc. | (4b) |
| l.= V>IZ | (4c) |
| L “ Lal + La2, | (4d) |
Při ť = t)' tyristor fáze ,j“ je aktivován k přiložení diferenciálního napětí Va na kondenzátor Co. Kromě toho, přiložený napětí Vy k opačnému konci tyristorů sdruženého s fází „k“ způsobí, že tyristor sdružený s fází „k“ je vyveden z vlastní komutace.
Při ť = t2', kdy kondenzátor Co je zcela nabit na diferenciální napětí Vc(t2'), nabíjecí proud se stane nulovým a nabíjecí proces je dokončen. Napětí a proud v čase t/ > t2' jsou dány rovnicemi (5) a (6).
(5) v# ) - y.w i >+-«»(».(' -6)+^)] <6>
kde
4=(//z* +(v. i z π φ = ώΠ/,Ζ /(/’Ζ1 + (K. - Vt )T ] (8)
6-6 + («-iye F,-K(<·,) /, = 4(4)(9)
W,W)+4W+1). (10)
- 11 CZ 298857 B6
Náboje odebrané z fází „k“ a ,j“ jsou dány
Q, « Ort áa’(e>/,) + (F, - F,(/, tff2 (1 la) (Hb)
Za účelem odebrání výkonu prostého harmonických složek ze vstupu poměr mezi náboji odebranými z každé vstupní fáze musí být roven poměru mezi absolutními hodnotami vstupních fázo5 vých proudů. Poněvadž Qj = (Qj = -(Qj + Qk), čas tf je zvolen tak, že poměr mezi náboji odebranými ze dvou fází ,j“ a „k“ je stejný jako poměr mezi absolutními hodnotami vstupních fázových proudů ,j“ a „k“. Z toho vyplývá, že správný náboj je rovněž odebrán ze vstupní fáze „i“.
Pro jednotkový vstupní účiník poměr mezi proudy je identický s poměrem vstupních fázových napětí. Z toho vyplývá, že
(12)
Pří řešení rovnice (12) je nutné brát v úvahu, že existuje jedna specifická hodnota pro čas t,' pro každý vstupní fázový úhel (m j). Hodnota pro čas tf může být vypočtena a uložena v seznamu, načet je přečtena regulátorem, který aktivuje tyristory ve vhodném čase podle vstupního fázového úhlu.
Pro jednotkový výstupní účiník vybíjecí operace je opakem výše popsané nabíjecí operace. To znamená, že výstupní tyristory, které odpovídají dvěma nej vyšším absolutním hodnotám výstupního napětí, jsou aktivovány, načež je aktivován tyristor, který odpovídá nejnižší absolutní hodnotě výstupního napětí, takže poměr mezi náboji zavedenými do výstupních fází je roven poměru mezi výstupními fázovými proudy.
c. Příklady způsobu DSCI
1. Operace s jednotkovým účiníkem
V této části bude popsán výše uvedený nabíjecí cyklus na příkladě provedení měniče střídavého 25 proudu na střídavý proud zobrazeného na obr. 1. V tomto příkladě se náboj odebírá při jednotkovém účiníku, tudíž poměry mezi vstupními fázovými napětími jsou rovny poměrům mezi vstupními fázovými poměry. Pro snadné pochopení uvedené operace k popisu spínání budou použity vstupní fázové napětí spíše než vstupní fázové proudy.
Je zvolen vstupní fázový úhel 80 elektrických stupňů. Pro 480 V, 60 Hz a třífázový střídavý vstup fázová napětí jsou Vn = 386 V, Vj2 = -252 V a Vj3 = -134 V. (viz. rovnice la-lc)
Nabíjecí proces je zahájen při ť = ť0 aktivováním tyristoru Silp, který odpovídá nejvyšší absolutní hodnotě fázového napětí, a tyristoru Si3n, který odpovídá nejnižší absolutní hodnotě fázového napětí. Tudíž sdružené napětí Vb = 520 V e přiloženo na vstupní indukční cívky Lal a La2. Počáteční napětí na kondenzátoru Co je 0 V (viz rovnice 3b) a nabíjecí proud lei protékající tímto kondenzátorem se začne odchylovat od sinusového tvaru vlny, jak je to zřejmé z obr. 2 (viz. rovnice 3a). Proud Hi vstupní fáze 1 je stejný jako nabíjecí proud lei a proud 13i vstupní fáze 3 je opačný k proudu Hi pro první část nabíjecího cyklu.
Při času ť = ti' tyristor Si2n, který odpovídá střední absolutní hodnotě fázového napětí, je aktivován. Napětí na vstupní fázi 2 rovné -252 V zpátky způsobí předpětí na tyristoru Si3n k uvedení do vlastní komutace, když není ve stavu vlastní komutace.
- 12CZ 298857 B6
Pro druhou část nabíjecího cyklu diferenciální vstupní napětí Va = 637V. Poněvadž nabíjecí proud lei, protékající indukčními cívkami, a napětí Ve na kondenzátoru, nemohou nabíjet současně, proud lei a napětí Ve se nezmění, když tyristor Si2n je aktivován. Převod náboje pokračuje a je ukončen, když kondenzátor Co dosáhne maximálního napětí a nabíjecí proud protékající kondenzátorem se stane nulovým. Vodicí tyristory Silp a Si2n jsou v tomto okamžiku vyvedeny z vlastní komutace.
Při použití rovnice (12) a za předpokladu, že Co = 200 pF a Lal + La2 = 50 μΗ, tyristor Si2n se aktivuje, při t/ = 136 ps a vypíná v čase t2' = 334 ps. Jak je to zřejmé z obr. 2, proud odebíraný z kladné vstupní fáze i je součtem proudů dvou záporných vstupních fází 3 a 2 a opačných, pokud jde o polaritu. Spouštěcí čas t/ je zvolen tak, že poměr nábojů odebíraných z fází 2 a 3 je přímo úměrný vstupním fázovým napětím na fázích 2 a 3. To má rovněž za následek, že energie odebíraná ze vstupuje úměrná druhé mocnině vstupního napětí.
V následující části je popsána vybíjecí operace. V tomto příkladě, výstupní výkon je při jednotkovém účiníku, tudíž poměry výstupních fázových napětí jsou rovny poměrům výstupních fázových proudů. Pro lepší pochopení k popsání spínací jsou použity spíše výstupní fázová napětí, než výstupní fázové proudy.
Při výstupní frekvenci definované jako fou a napěťové amplitudě definované jako Vou může být stanoveno výstupní napětí. Tak např., pro výstupní fázový úhel 170 elektrických stupňů, tři výstupní fázová napětí jsou Voi = 69 V, Vo2 = 300 V a V03 = 368 V (viz. rovnice 2a-2c).
Vybíjecí cyklus se zahájí po nabíjecím cyklu, jak je to zřejmé z obr. 2. Nejprve se vybíjí dvě napětí s nejvyššími absolutními hodnotami. Jak je to zřejmé z obr. 2, tyristory So2p a So3n jsou aktivovány při t3' = 335 ps. Tudíž celé napětí na kondenzátoru Co je přiloženo na výstupní fázi 2 a 3.
Vybíjecí proud Ico začíná se sinusovým tvarem vlny, přičemž tento tvar se změní v čase t4', ve kterém se tyristor Sol aktivuje pro spojení kladného výhodu kondenzátoru Co s fází o nejnižší absolutní hodnotě fázového napětí, tj. s fází 1. Poněvadž napětí na výstupní fázi I je nižší, než je napětí na výstupní fázi 2, tyristor So2p se vyvede z vlastní komutace a nabíjení pokračuje na výstupních fázích i a 3. Pro poměry nábojů zavedených do fází 2 a I, které mají být přímoúměmé k výstupním fázovým napětím výstupních fází 2 a J_, je v tomto příkladě t4' = 579 ps.
Když napětí na kondenzátoru Co klesne na nulu v čase t5, rekuperační spínač Swo je sepnut k zabránění inverzního opětovného nabití kondenzátoru Co. Zbytková energie uložená ve výstupních indukčních cívkách Lbl a Lb2 je tudíž zavedena do výstupních fází 3 a J_. Kromě toho, když proud, protékající výstupními indukčními cívkami, se stane nulovým, tyristory Solp, So3n a Swo se uvedou do vlastní komutace a zahájí se další nabíjecí cyklus.
2. Zavedení jalového výkonu a zesílení výstupního napětí
Ve výše uvedeném příkladě spouštění výstupní výstupního tyristoru Solp je zvoleno k dosažení vyrovnaného, harmonických složek prostého, a jednotkového výstupního účiníku s žádoucí distribucí energie. To je speciální příklad a není typický, poněvadž většina zátěže odbírá činný výkon a měnič musí poskytovat dodávku činného výkonu. Kromě toho, žádoucí výstupní napětí může být vyšší než žádoucí vstupní napětí, což vede k požadavku, aby kondenzátor Co byl nabit na vyšší napětí.
V následujícím příkladě, zobrazeném na obr. 3, je popsána operace dodávky jalového výkonu a zvyšování napětí. Poněvadž v případě výstupu jalového výkonu poměry výstupních fázových napětí nejsou rovny poměrům výstupních fázových proudů, k popisu spínání budou použity síťové proudy.
-13CZ 298857 B6
Nabíjecí proces je podobný nabíjecímu procesu z předcházejícího procesuj poněvadž jsou odebírány pouze činné složky výkonu. Avšak, počáteční zbytkové napětí na kondenzátoru poskytuje zvýšení napětí. Poněvadž zbytkové napětí na kondenzátoru je - 100 V a není nulové, aktivování tyristoru Si2n je nepatrně posunuto z t,' = 136 ps na tf = 134 ps.
Pro výstupní napětí, určení rovnicemi (2a) až (2c), a výstupní proud předcházející výstupní napětí o 30 elektrických stupňů (π/6) je požadavek na výstupní fázový proud následující l*i - /««an(i»U + tety -68.344 (13i) la - * nty « 196.96Λ (13b)
1*2 - I**gxa(o>*j + 2*3 + tety - 1 -128.5&4 (13c)
Fázové proudy jsou uspořádány následujícím způsobem |IO2| > IW > Roil- Poněvadž výstupní ío fáze 2 vyžaduje proud s nejvyšší absolutní hodnotou a je kladná, tyristor So?p zůstává sepnut po celou dobu vybíjení, tyristory Solns So3n se podílejí na vybíjecí periodě.
To je rozdílná vybíjecí spínací sekvence ve srovnání s předcházejícím příkladem kvůli požadavku na jalový výkon. V předcházejícím příkladě tyristor So3p zůstává sepnut po celou dobu vybíjení, zatímco tyristory Sol a So2n se podílejí na vybíjecí periodě.
Další rozdíl spočívá vtom, že počáteční napětí kondenzátoru Co je -100 V. Toto regulované zbytkové napětí, které je ponecháno z předcházejícího nabití, zvyšuje vstupní energie, a tudíž zvyšuje výstupní výkon.
Ještě další rozdíl spočívá vtom, že maximální napětí na kondenzátoru Co se zvýší z napětí 1194 V na napětí 1294 V, tento napěťový rozdíl je dán zápornou počáteční hodnotou zbytkového napětí na kondenzátoru. To vede ke zvýšení výstupní energie o asi 18 %. Za předpokladu provozu při konstantní frekvenci měniče, výstupní výkon se zvýší o stejný činitel.
Kromě dodávky jalového výkonu, požadavek na výstupní napětí se zvýší o 10 % ke sdruženému výstupu 528 V rms. Tudíž výkon může být převeden z nízkonapěťové sítě na vysokonapěťovou síť, tj. v tomto případě z napětí 480 V na napětí 528 V.
Tyristor So2p se aktivuje při čase t3' = 360 pS. Poněvadž tyristor So3n má zápornější napěťovou hodnotu, tento tyristor se rovněž aktivuje v čase t3'. V čase t4' = 578 ps se aktivuje tyristor Sol. Tento časový okamžik je zvolen, poněvadž je to časový okamžik, při kterém poměr nábojů odebíraných z výstupních fází 1 a 3 je roven poměru výstupních proudů protékajících fázemi 1 a
3. Poněvadž napětí na výstupní fázi 1 (68 V) je vyšší než napětí na výstupní fázi 3 (-368 V), tyristor So3n se vyvede z vlastní komutace.
V čase t5' = 704 ps se kondenzátor Co opětovně nabije na napětí -100 V. Poněvadž toto napětí představuje zvolené zbytkové napětí pro další nabíjení, rekuperační spínač Swo se aktivuje k zablokování napětí a k zamezení dalšího opětovného nabíjení kondenzátoru. Po operaci se záporným negativním zbytkovým napětím mezi kondenzátor Co a tyristor Swo musí být zapojena další dioda k zamezení opětovného nabití kondenzátoru skrze spínač Swo.
Kromě toho, když se spustí spínač Swo, zbytková energie ve vybíjecích indukčních cívkách Lbl a Lb2 se převede na výstup. Rekuperační proud se stane nulovým v čase t6' = 760 ps a tyristory Swo, Soln a So2n se vyvedou z vlastní komutace. To ukončí vybíjecí cyklus a umožní zahájení
- 14CZ 298857 B6 dalšího nabíjecího cyklu za stejných počátečních podmínek jako v předcházejícím cyklu, zejména se zbytkovým napětím -100 V.
Regulace zbytkového napětí má mnoho důsledků. Zbytkové napětí může být sníženo nebo zvýše5 no spuštěním rekuperačního spínače Swo dříve nebo později. To způsobí, že výstupní energie za jeden cyklus se může zvýšit nebo snížit.
Mimoto regulací zbytkového napětí se energie může převést z nízkonapěťového napájecího zdroje na vyšší napěťový koncový bod. Tato zesilující operace v podstatě umožňuje zvýšit napětí ío na libovolnou úroveň. Ve skutečnosti transformační poměr je omezen jmenovitými napětími tyristorů a kondenzátorů. Avšak měnit energie navržený pro konkrétní napětí může pracovat se slabým vstupním napájecím zdrojem a poskytovat jmenovitý výstupní výkon bez zatěžování elektrických komponent. Výkonový měnič může rovněž pracovat s kladným zbytkovým napětím.
To snižuje výstupní energii na cyklus a vede k provozu výkonového měniče při frekvenci dosta15 tečné k omezení hodnoty harmonických složek v průběhu snižování výstupního výkonu.
Kromě toho, činný a jalový výstupní výkon jsou zcela regulovatelné. Pro stejný fázový úhel výstupního napětí zavedený výstupní proud může být zcela ve fázi s výstupním napětím, zcela předbíhat nebo se zpožďovat za výstupní napětí o 90 elektrických stupňů, nebo mezi výstupním proudem a výstupním napětím může být libovolný fázový posuv. Avšak se zvyšujícím se fázovým úhlem se musí minimalizovat zbytkové napětí. Mimoto, když se fázový rozdíl stane 90°, zbytkové napětí bude stejné jako počáteční napětí, avšak bude mít opačnou polaritu, poněvadž se žádná síťová energie nepřevede.
Druhým rekuperačním spínačem Swor měnič energie může pracovat jako obousměrný měnič energie. Když tok energie proudí z levé strany na pravou stranu, kondenzátor Co se nabije kladně. Naopak, když tok energie proudí z pravé strany na levou stranu, kondenzátor Co se nabije záporně.
Spínač Swi může být použit v nabíjecí operaci s otvíracími vstupními spínači pro tok energie proudící z levé strany na pravou stranu, zatímco spínač Swir se použije s otvíracími spínači pro tok energie proudící z pravé strany na levou stravu,
d. Generalizovaná operace
Z výše uvedených případů může být sestaven generalizovaný způsob, který poskytuje vlastní ko35 mutaci spínačů. Generalizovaný způsob nabíjecího cyklu pro daný vstupní fázový úhel zahrnuje
1) spuštění vstupního tyristorů, který odpovídá vstupnímu fázovému proudu s nejvyšší absolutní hodnotou, a který má stejnou polaritu jako vstupní fázový proud s nejvyšší absolutní hodnotou,
2) ze dvou zbývajících vstupních fází, spuštění vstupního tyristorů, který má opačnou polaritou vůči vstupnímu tyristorů spuštěného ve stupni 1), a který odpovídá výstupní fázi mající méně kladnou hodnotu napětí, když uvedená opačná polarita je kladnou polaritou, nebo který odpovídá výstupní fázi mající méně zápornou hodnotu napětí, když uvedená opačná polarita je zápornou polaritou,
3) spuštění dalšího vstupního tyristorů, který má opačnou polaritu vůči vstupnímu tyristorů spuštěnému ve stupni 1), ze dvou zbývajících vstupních fází v okamžiku, ve kterém poměr náboje odebraného ze dvou zbývajících vstupních fází je roven poměru vstupních proudů ze dvou zbývajících vstupních fází.
Generalizovaný způsob vybíjecího cyklu pro daný výstupní fázový úhel zahrnuje:
1) spuštění výstupního tyristorů, který odpovídá výstupnímu fázovému proudu majícímu nejvyšší absolutní hodnotu, a který má stejnou polaritu jako výstupní fázový proud mající nejvyšší absolutní hodnotu,
-15CZ 298857 B6
2) ze dvou zbývajících výstupních fází, spuštění výstupního tyristoru, který má opačnou polaritu vůči výstupnímu tyristoru spuštěnému ve stupni 1) a který odpovídá výstupní fázi mající více kladnou hodnotu napětí, když uvedená opačná polarita je kladnou polaritou, nebo který odpovídá výstupní fázi mající více zápornou hodnotu napětí, když uvedená opačná polarita je zápornou polaritou,
3) spuštění dalšího výstupního tyristoru, který má opačnou polaritu vůči výstupnímu tyristoru spuštěnému ve stupni 1), ze dvou zbývajících výstupních fází v čase, ve kterém poměr náboje zavedeného do dvou zbývajících výstupních fází je roven poměru výstupních proudů dvou zbývajících výstupních fází, ío 4) spuštění rekuperačního spínače, když napětí na kondenzátoru dosáhne předem nastavenou zbytkovou hodnotu.
II. Usměrňovač střídavého proudu na stejnosměrný proud
Zařízení RCTA se může použít jako usměrňovač střídavého proudu na stejnosměrný proud. Výstup na obr. 1 může být regulován tak, že napětí a proudy pro dvě výstupní fáze jsou vzájemně ekvivalentní, avšak mají opačnou polaritu.
Tak např., pro výstupní fázový úhel 60 elektrických stupňů, výstupní fázová napětí jsou
Voi = +0,87 Vou, Vo2 = 0,0 V a Vo3 = -0,87 Vou (viz rovnice 2). Kontinuální operace při tomto výstupním fázovém úhlu produkuje stejnosměrný výstup, poněvadž kladný náboj je zaveden do první výstupní fáze, žádný náboj není zaveden do druhé výstupní fáze a záporný náboj je zaveden do třetí výstupní fáze. Poněvadž žádná energie nebo náboj není zaveden do druhé fáze, výstup má konfiguraci se dvěma koncovými body. To má za následek, že napětí má mezi výstupní fází I a výstupní fází 3 může být zachováno při konstantní hodnotě, a tudíž reprezentuje stejnosměrný napájecí zdroj.
Poněvadž mezi žádné galvanické spojení mezi vstupem a výstupem buď kladný nebo záporný koncový bod může být vztažen k zemnímu potenciálu, takže je možné kladný a záporní stejno30 směrný zdroj. Neprovedením uzemnění žádného ze dvou koncových bodů se dosáhne úplného uvolnění stejnosměrného napájecího zdroje.
Stejnosměrný vybíjecí proces je dílčím procesem střídavého vybíjecího procesu a zahrnuje pro výše uvedený případ spuštění tyristoru Sol a So2 při zahájení vybíjecího cyklu. Když kondenzá35 tor dosáhne zvoleného zbytkového napětí, rekuperační spínač Swo se aktivuje, pokud jde o střídavý výstup. To zastaví opětovné nabíjení kondenzátoru Co a převede zbytkovou energii uloženou ve výstupních nabíjecích indukčních cívkách Lbl a Lbl k výstupním fázím I a 3. Poněvadž výstupní proud se stane nulovým, ke všem třem tyristorům Sopl, Son3 a Swo se přiloží předpětí a všechny tyto tři tyristory se vyvedou z vlastní komutace.
Zbývající spínače Soln, So2p, So2n a So3p se nepoužijí a mohou být vyloučeniny z elektrického zapojení zobrazeného na obr. 1. Pro obousměrné operace dva tyristory Soln a So3p jsou žádoucí.
Typická maximální hodnota stejnosměrného výstupního napětí je kolem 60 % efektivní hodnoty střídavého vstupního napětí bez zesilující operace. Se zesilující operace výstupní napětí může být zvýšeno regulací zbytkového napětí. Kromě toho, výstupní fáze může být změněna zjednoho vybíjecího cyklu k dalšímu vybíjecímu cyklu o 180 elektrických stupňů, což poskytuje úplné obrácení stejnosměrné polarity.
Tento usměrňovač prostý harmonických složek má jednotkový účiník. Když se energie odebírá z indukčního generátoru, nabíjecí cyklus se může regulovat odebíráním jalového výkonu, což poskytuje žádoucí budicí proud, nebo se může zlepšit účiník pro napájecí zdroj.
-16CZ 298857 B6
III. Měnič stejnosměrného proudu na střídavý proud
Tím, že usměrňovač střídavého proudu na stejnosměrný pracuje v obráceném směru, je dosažen měnič stejnosměrného proudu na střídavý proud s jak zesilovací schopností tak regulací jalového výkonu na střídavé straně.
Stejnosměrný nabíjecí proces je dílčím procesem střídavého nabíjecího procesu. Za předpokladu, že střídavý vstupní úhel je 60 elektrických stupňů, fázová napětí jsou Va = + 0,87 Vo, V,2 = 0,0 a Vj3 = -0,87 Vo (viz rovnice 1.) Pro jednotkový účiník, žádný náboj není odebrán z fáze 2 a ío vstupní napětí Va je 1,73 Vo. Vybíjecí proces je zahájen aktivováním vstupních tyristorů Silp a
Si3n při ť = 0. Nabíjecí proces pokračuje podle rovnice 3a a 3b zahrazením napětí Vb napětím
1,73 Vo. Nabíjecí proces pokračuje, dokud se nabíjecí proud nestane nulovým při t2' = π/ωο. Podle rovnice 3b, maximální napětí na kondenzátoru se stane dvojnásobkem vstupního napětí mezi vstupní fází 1 a 3.
Stejné nabíjecí podmínky se mohou dosáhnout, když třífázová střídavá dodávka elektrické energie se nahradí stejnosměrným výkonovým zdrojem VDc, který má identické vstupní napětí 1,73 Vo. Kladný stejnosměrný koncový bod je spojen se vstupem tyristorů Silp a záporným koncovým bodem příslušným tyristorů Si3n.
Poněvadž žádné další tyristory nejsou použity v nabíjecím procesu, zbývající čtyři vstupní tyristory mohou být vyloučeny. Avšak pro dvousměmé operace tyristory Siln a Si3p jsou žádoucí.
IV. Měnič stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud
Obvod zobrazený na obr. 1 se rovněž může použít jako měnič stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud. Stejnosměrný nabíjecí proces je identický s nabíjecím procesem prováděným usměrňovačem proudu na stejnosměrný proud.
Obr. 4 zobrazuje základní zapojení měniče stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud, který má obousměrnou schopnost. Stejnosměrný zdroj napájení je přiložen k prvnímu stejnosměrnému koncovému bodu 50, který je zapojen s druhou vstupní spínačovou sekcí 54 skrze vstupní filtr 52. Nabíjecí indukční cívky Lal a La2, kondenzátor Co, výstupní indukční cívky Lbl a Lb2 a rekuperační spínače Swor a Swo nejsou změněny. Druhý výstupní spínačová sekce 56 a druhý vý35 stupni filtr 57 jsou identické s druhou vstupní spínačovou sekcí 54 a druhým vstupním filtrem 52.
Tyristory Siln, Si2p, Swor, Soln a So2p mohou být vyloučeny, když je žádoucí pouze jednosměrný tok energie. Kromě toho, když záporné koncové body pro vstup a výstup mohou být vztaženy ke stejnému potenciálu, všechny dodatečné komponenty a nízkonapěťová část obvodu se mohou vyloučit, čímž se velmi zjednoduší tento elektrický obvod.
Napěťový úbytek v propustném směru skrze dva spínače vytváří hlavní ztráty pro minimální hodnotu regulovanou převodem stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud. Tato operace nevyžaduje žádné otevření spínačů a tyristory mohou být použity s operací spočívající v ,jem45 ném spínání“ a s vlastní komutací.
Stejná regulační pravidla se aplikují na tento měnič stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud v případě regulace s měničem střídavého proudu na střídavý proud. Výkon může být regulován jak měničem frekvence tak i zbytkovým napětím. Operací se zbytkovým napětím výkon může být převeden z nízkonapěťového stejnosměrného zdroje na vyšší stejnosměrný výstup. Nahrazením vstupních nebo výstupních nabízejících indukčních cívek jednofázovým transformátorem, jak to je níže popsáno, se umožní stejnosměrný převod energie s vysokým napěťovým zesílením nebo zeslabením. Napěťový poměr je určen převodem transformátoru a dostatečnou regulační schopností měniče.
-17CZ 298857 B6
V. Vícebránový měnič
V měniči zobrazeném na obr. 1, jedna vstupní sekce (třífázový nízkopásmový filtr 10 a vstupní spínačová sekce 20) a jedna výstupní sekce (výstupní spínačová sekce 30 a třífázový nízko5 pásmový výstupní filtr 40) jsou spojeny se zařízením 25 pro uschování náboje. Se dvěma rekuperačními spínači Swor a Swo obě sekce mohou být jako vstupní nebo výstupní. Jejich funkce se mohou přepínat z jednoho cyklu do dalšího cyklu.
Zařízení 25 pro uschování náboje, rekuperační spínače Swor a Swo, vstupní indukční sekce 22, výstupní indukční sekce 26 tvoří středovou sekci 33. Počet indukčních cívek může být snížen ze čtyř na jednu zapojením jedné jediné indukční cívky do série s kondenzátorem Co, což poskytuje stejnou rezonanční nabíjecí a vybíjecí periodu.
K vytvoření dodatečných vstupů, výstupů nebo dvousměmých sekcí může být poskytnuto více než dvě spojení se středovou sekcí 33. Obr. 5 zobrazuje vícebránový měnič mající tři střídavé koncové body, které jsou v zobrazeném provedení tvořeny prvním střídavým koncovým bodem 62, druhým střídavým koncovým bodem 64 a třetím střídavým koncovým bodem 66, a které jsou spojeny se středovou sekcí 33 skrze vstupní/výstupní spínačovou sekci 20 a vstupní/výstupní třífázový nízkopásmový filtr. Kromě toho, že účelem spojení stejnosměrného napájecího výkono20 vého zdroje a stejnosměrné zátěže dva stejnosměrné koncové body, které jsou v zobrazeném provedení tvořeny prvním stejnosměrným koncovým bodem 50 a druhým stejnosměrným koncovým bodem 59, jsou spojeny se středovou sekcí 33 skrze vstupní filtry 52, výstupní filtry 57, druhou vstupní spínačovou sekci 54 a druhou výstupní spínačovou sekci 56.
Tato konfigurace umožňuje použití mnohočetných výkonových zdrojů a zátěží. Výkon může být odebírán z mnohočetných výkonových zdrojů v časovém proloženém režimu nebo výkon může být převeden z jednoho výkonového zdroje na další výkonový zdroj pomalu nebo z jednoho nabíjecího cyklu na další nabíjecí cyklus. Poněvadž vícebránový měnič může pracovat se stejnosměrnými a střídavými výkonovými zdroji a zátěžemi, vícebránový měnič poskytuje maximální operační pružnost.
VI. Výkonový měnič se simultánní výměnou vstupního a výstupního náboje
Obr. 6 zobrazuje elektrické zapojení výkonového měniče se simultánní diferenciální a sekvenční výměnou náboje. Tento obvod je konfigurován jako měnič střídavého proudu na střídavý proud, avšak tento obvod může být stejně konfigurován jako usměrňovač střídavého proudu na stejnosměrný proud, měnič stejnosměrného proudu na střídavý proud a přímý měnič stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud.
Činnost tohoto obvodu se odlišuje od činnosti obvodu zobrazeného na obr. 1, tím že energie se přímo převádí ze vstupu na výstup s výjimkou prvního převodu ze vstupu na kondenzátor a v sekvenční operaci z kondenzátorů na výstup.
Tento obvod používá stejné vstupní spínače Silpu, Si2pu, Si3pu, Silni, Si2nl, Si3nl, výstupní spínače Solpu, So2pu, So3pu, Solní, So2nl, So3nl a spínačové operace jaké byly popsány v souvislosti s obvodem zobrazeným na obr. 1 pro proudový tok ve směru hodinových ručiček. Avšak druhá skupina vstupních spínačů, spínače Sil nu, Si2nu, Si3nu, Silpl, Si2pl, Si3pl a výstupních spínačů Sol nu, So2nu, So3nu, Solpl, So2pl, So3pl umožňuje regulaci proudového toku ve směru proti směru otáčení hodinových ručiček.
V operaci s proudovým tokem ve směru hodinových ručiček kladná fáze je sepnuta s jedním z tyristorů Silpu, Si2pu nebo Si3pu k hornímu mezilehlému vstupnímu koncovému bodu Piu, zatímco horní mezilehlý výstupní koncový bod Pou je sepnut s jedním z tyristorů Solpu, So2pu nebo So3pu k jedné z výstupních fází. Pro dokončení obvodu spodní mezilehlý výstupní koncový bod Pol je spojen skrze jeden ze zpětných tyristorů Solní, So2nl nebo So3nl k další výstupní fázi,
-18CZ 298857 B6 zatímco jeden z tyristorů Silni, Si2nl nebo Si3nl je spojen s druhou ze vstupních fází k spodnímu mezilehlému vstupnímu koncovému bodu PH.. Tím je uzavřen obvod skrze sériovou kombinaci kondenzátoru Csu a indukční cívky Lbl tvořící sériový rezonanční obvod. Druhý kondenzátor Csl a druhý indukční cívka Lb2 nejsou nutné, avšak jsou zapojeny k vytvoření symetrického obvodu a v některých aplikacích poskytují některé výhody, např. dodatečnou izolaci.
Selekce prvních dvou vstupních tyristorů a prvních dvou výstupních tyristorů je identická se selekcí v obvodě zobrazeném na obr. 1 pro příslušnou nabíjecí a vybíjecí operaci.
ío Se zobrazenou polaritou dvou kondenzátorů Csu a Csl proud proudící ve směru hodinových ručiček způsobí vyjmutí energie ze dvou spojených vstupních fází a přímé uložení této energie do dvou spojených výstupních fází. V případě, že z jedné ze vstupních fází se odebere dostatečné množství proudu, třetí vstupní fáze se spojí skrze zvolený vstupní spínač a nabíjecí proces pokračuje.
Stejným způsobem, když žádoucí náboj byl zaveden do jedné z výstupních fází, třetí výstupní fáze je připojena a nabíjecí proces pokračuje. K sepnutí třetího vstupního spínače může dojít před nebo po sepnutí třetího výstupního spínače v závislosti na vstupním a výstupním fázovém úhlu. Poněvadž nabíjecí proces ve směru hodinových ručiček pokračuje, zobrazená polarita kondenzátorů se obrátí a převod náboje pokračuje až k jeho ukončení. Převod náboje je funkcí počátečního napětí na kondenzátoru, v důsledku čehož převod náboje a energie na cyklus může být regulován s amplitudou napětí.
Když výstupní napětí je nižší než vstupní napětí, ze základní teorie vyplývá, že konečné napětí na kondenzátoru je vyšší. Za účelem regulace tohoto přírůstku napětí rekuperační spínač Sofwc se aktivuje, čímž zastaví libovolné opětovné nabíjení a převádění zbývající indukční energie na výstup. Když proud se stane nulovým, zbývající tři spínače se vyvedou ze stavu vlastní komutace. Vstupní spínače se vypnou, když rekuperační spínač Sofwc se aktivuje.
Když výstupní napětí je vyšší než vstupní napětí, konečné napětí na kondenzátoru je nižší v pří30 pádě, že se umožní dokončení procesu. K udržení stejné napěťové amplitudy na kondenzátoru pro sekvenční operaci, zesilující spínač Siqcc se aktivuje před tím, než se proud indukční cívky stane nulovým. To ukončí další výstupní vybíjení, avšak, když je aktivován ve správném časovém okamžiku, to vede k nabíjení kondenzátoru na žádoucí hodnotu. Spínače Sofwc a Siqcc umožňují regulaci napětí na kondenzátoru a tím toku energie.
Když se přeruší uvedený proud a polarita kondenzátoru je obrácena, operace probíhající proti směru hodinových ručiček se inicializuje spuštěním jednoho ze zvolených spínačů Silnu, Si2nu nebo Si3nu pro horní mezilehlý vstupní koncový bod Piu; Sol nu, So2nu nebo So3nu pro horní mezilehlý výstupní koncový bod Pou; Solpl, So2pl nebo So3pl pro spodní mezilehlý vstupní koncový bod Pil. Dva tyristory Sofwcc a Siqcc provádí rekuperaci a napěťovou regulaci v operaci prováděné proti směru hodinových ručiček.
Pro podmínky stejné jako podmínky popsané v souvislosti obr. 2, pro vstupní fázový úhel 80 elektrických stupňů a výstupní fázový úhel 170 elektrických stupňů, a pro střídavé napájecí napětí 4780 V, okamžité hodnoty vstupních a výstupních napětí jsou následující Vy = 368 V, Vj2 = -252 V, Vl3 = -134 V, Voui = 68 V, Vou2 = 300 V a Vou3 = -368 V. Použitím stejné výše popsané metodiky, spínače Silpu, Si3nl, So2pu, So3nl se aktivuje kzahájení sekvence probíhající po směru hodinových ručiček. Proud proudí od kladné vstupní fáze i ke kladné výstupní fázi 2 a vrací se od třetí záporní výstupní fáze 3 k záporné vstupní fázi 3.
Při stejné rezonanční periodě definované kondenzátorem a indukčními cívkami, tyristory Si2n 1 se aktivuje v čase asi 136 ps, čímž se vypne tyristor Si31. V čase asi 300 ps do vybití kladný výstupní tyristor Solnp se spustí k vypnutí tyristorů So2pu.
-19CZ 298857 B6
Poněvadž při těchto fázových úhlech vstupní napětí je vyšší než výstupní napětí (|Vu| > |Vu|), rekuperační spínač Sofwc se aktivuje zastavením opětovného nabíjení dvou kondenzátorů.
V tomto okamžiku se vstupní tyristory vypínají. V čase asi 334 ps do trvání převodu energie tyristoru vypínají. V čase asi 334 ps do trvání převodu energie výstupní proud se stane nulovým a zbývající spínač se vypnou. To uzavírá operaci probíhající ve směru hodinových ručiček.
Operace probíhající proti směru hodinových ručiček má identické vyjmutí energie ze vstupu a dodávku energie na výstup a používá opačnou polaritu tyristoru pro každé fázové spojení.
V tomto procesu proud proudí proti směru hodinových ručiček a polarita kondenzátoru se nabije ío do původního stavu.
Cyklická operace umožňuje téměř 100 % cyklu převodu energie. Jak operační frekvence tak i napětí na kondenzátoru reguluje výstupní výkon. Poněvadž napětí může být regulováno ve velkém rozsahu, výstupní výkon na cyklus je pouze omezen napěťovým a proudovým omezením aktivních a pasivních komponent. Tento obvod umožňuje intenzivní přeměnu frekvence nezávislou na výstupním výkonu, poněvadž výkon může být zcela regulován selekcí napětí na kondenzátoru. To má výhodu spočívající v udržení nízkého zvlnění frekvence na jak vstupu tak i na výstupu, když žádoucí výkon je nízký. Toto nízké zvlnění frekvence může být udržováno k nulovému výstupnímu výkonu s tím, že systém udržuje žádoucí napětí na výstupním filtru transformací j alového výkonu.
Porovnáním tohoto obvodu s obvodem níže uvedeného dynamického kondenzátoru jalového výkonu (kompenzátor DVC) zobrazeného na obr. 7 je možné konstatovat, že tento obvod může pracovat jako kompenzátor DVC použitím výstupních tyristorů. Je zřejmé, že systém umožňuje nejen regulovat výstupní výkon, avšak úplně regulovat jalový vstupní výkon.
VII. Kompenzátor harmonických složek
Při nabíjecí operaci, zobrazené na obr. 2, měnič střídavého napětí na střídavé napětí produkuje sinusový proud ve fázi s výstupním fázovým napětím. Při nabíjecí operaci zobrazené na obr. 3 pře30 vod náboje je takový, že jedna složka výstupního proudu je ve fázi s výstupním napětím (činný výkon) a druhá složka výstupního proudu je mimo fázi s výstupním napětím (jalový výkon).
Napěťové složky se mohou měnit v souvislosti se střídavým výstupním fázovým napětím. Obecně při regulaci moderního mikroprocesoru a programovatelných logických zařízení libovolný reprodukovatelný tvar vlny výstupního proudu může se sestavit v rámci opravy výsledku měniče střídavého proudu na střídavý proud.
Nejobecnější proudový tvar vlny, který může být sestaven je dán Fourierovými řadami pro první výstupní fázový proud:
/« » Σ»-1 * ” (A«cos(ne«.t) + (14)
Ostatní dvě fáze jsou definovány stejnou proudovou rovnicí, avšak jsou posunuty o 120 resp. 240 elektrických stupňů. Skupina všech třífázových proudů poskytuje v libovolném bodě výstupní fáze (ω0„ΐ) převod náboje všech tří výstupních fází.
Tudíž měnič střídavého proudu na střídavý proud může být konfigurován pro převod činného výkonu s B| rovným nule a jako kompenzátor jalového výkonu s A] rovným nule.
Zařízení RCTA může být konfigurováno jako kompenzátor harmonických složek, který kompen50 zuje harmonické složky na vedení generované různými zátěžemi v systému. Tato kompenzace harmonických složek může být konfigurována několika způsoby. Tak např., kompenzátor harmonických složek může mít vstupní koncový bod spojený s napájecím zdrojem nebo s libovolným jiným zdrojem pro uschování energie a výstupní koncový bod spojen se střídavým výstupním
-20CZ 298857 B6 systémem, který má harmonické složky, které je žádoucí kompenzovat. Systém pro kompenzaci harmonických složek by poskytoval kolísání síťové harmonické energie v průběhu střídavého cyklu. Kromě toho harmonický proud může být odebrán současně se vstupním výkonem.
Vlil. Kompenzace jalového výkonu (kompenzace VAR)
Zařízení RCTA může být rovněž použito jako dynamický kompenzátor jalového výkonu (kompenzátorem VAR) se schopností změnit jalový výkon v části střídavého cyklu. Kompenzátor DVC může přepnout tok jalového výkonu z úplného předstihu na úplné zpoždění v méně než desátém cyklu střídavé výkonové dodávky. Tato rychlost umožňuje použití kompenzátoru výkonové dodávky. Tato rychlost umožňuje použití kompenzátoru DVC jako kompenzátoru VAR pro regulaci blikání, napěťovou regulaci a standardní kompenzaci VAR.
Kompenzace DVC probíhá při vnitřní frekvenci značně vyšší než frekvence střídavé sítě. Ve spo15 jení s malým nízkofrekvenčním vypínacím filtrem, proud odebíraný při kompenzaci DVC je prostý harmonických složek, čímž jsou splněny všechny požadavky jak standardu IEEE 519— 1992 tak i standardu IEC 555-2.
Obvodové operace provádí měkké spínání a vlastní komutaci tyristorů s tím, že není žádoucí otevření spínačů a relativně nízký poměr dl/dt. Nízký poměr dl/dt je důležitý, poněvadž umožňuje použití standardního zařízení typu SCR s jak vysokým napětím tak vysokým výkonem. Tato zařízení jsou používána od roku 1970 v elektrickém průmyslu pro přenosy vysokého stejnosměrného napětí a další aplikace. Dostupnost tyristorů na vysoké napětí a vysoký výkon umožňuje použití topologie kompenzace DVC nejen pro průmyslové aplikace, avšak rovněž i pro více25 megawatové vysokonapěťové aplikace.
Kromě toho, zařízení typu SCR je nízkonákladovým výkonovým elektrickým zařízením, má nejnižší ztráty vodivosti a může být jednoduchým způsobem zapojeno do série k poskytnutí spínačů pro megavoltové operace. Aktivace takových spínačových sestav zcela navržena pro přímé spouštění nebo pro spouštění optickými vlákny.
Zbývající komponenty jsou rovněž standardní a nevyžadují žádné další nové technické řešení.
Kompenzátor DVC pracuje na stejných rezonančních principech způsobu DSCI stejně jako výše popsaný měnič střídavého proudu na střídavý proud. Pro měnič střídavého proudu na střídavý proud, první výměna náboje je nabíjecí operací kondenzátoru Co s energií odebranou z výkonového zdroje. Pro druhou výměnu náboje náboj na kondenzátoru je vybit do výstupního koncového bodu. Kompenzace DVC má rovněž dvě stejné výměny náboje, avšak při stabilních stavových podmínkách žádná síťová energie není převedena mezi kondenzátorem Co a střídavým výkono40 vým koncovým bodem. Účinkem sítě je změna energie mezi třemi střídavými vedeními.
Obr. 7 zobrazuje elektrické zapojení dynamického kompenzátoru VAR. Existuje několik variací tohoto obvodu, avšak základní operace je stejná nebo podobná.
Kompenzátor DVC může být přímo spojen se střídavou sítí 70 bez použití transformátoru. To vylučuje transformátorové ztráty, náklady na izolační transformátor, prostorové požadavky a hmotnost izolačního transformátoru. Transformátor může být použit v případě, že je žádoucí rozdílné výstupní napětí.
Vnitřní operační frekvence je zvolena na základě optimalizace výkonu a minimalizace komponent a provozních nákladů. S provozní frekvencí kolem 2400 Hz vypínací frekvence kolem 600 Hz je zvolena pro nízkopásmový vstupní filtr 72 k omezení proudového zvlnění na nepatrnou hodnotu. Filtrace vysokých frekvencí snižuje hodnoty jak kondenzátoru filtru tak i indukčních cívek. Komponenty filtru tvoří kondenzátory Cfi a indukční cívky Lfi. Kondenzátory filtry jsou zapojeny do konfigurace trojúhelník, avšak rovněž může být použita konfigurace hvězda.
-21 CZ 298857 B6
Středovou komponentou je kondenzátor Co, tento kondenzátor se typicky nabije zbytkovým napětím na začátku nabíjecího cyklu. Existují dvě sekce pro výměnu náboje, z nichž každá je zobrazena na jedné straně kondenzátoru. Na levé straně je zobrazena první sekce 76 pro výměnu náboje a na pravé straně je zobrazena druhá sekce 78 pro výměnu náboje. Tyto dvě sekce alternativně obracejí polaritu napětí na kondenzátoru Co a v průběhu procesu odebírají jalový proud ze třech fází střídavé sítě 70.
První sekce 76 pro výměnu náboje začíná se záporným zbytkovým napětím na kondenzátoru Co. ío Nabíjecí operace začíná aktivováním prvního spínače a druhého spínače z první skupiny 82 spínačů ke spojení první fáze a druhé fáze střídavého napájecího zdroje přes kondenzátor Co.
V průběhu převodu náboje je definována hodnota indukčních cívek La (za předpokladu, že hodnota kondenzátoru Co je blokována dalšími podmínkami). Indukční cívka Laje v první sekci 76 pro výměnu náboje tvořena dvěma indukčními cívkami Lal a La2. V druhé sekci 78 pro výměnu náboje je indukční cívka Lb tvořena dvěma indukčními cívkami Lbl a Lb2. Všechny čtyři indukční cívky mohou být nahrazeny jednou indukční cívkou zapojeno do série s kondenzátorem Co.
Převod náboje se zahájí jako polovina sinusového tvaru vlny. V části cesty skrze první sekci 76 pro výměnu náboje se dosáhne žádoucího převodu náboje druhé fáze a tyristor pro třetí fázi se následně spustí. Nabíjecí sekvence je zvolena tak, že aktivace tyristoru třetí fáze zpátky přiloží předpětí na tyristor druhé fáze k vyvedení tohoto tyristoru z vlastní komutace. Převod náboje pokračuje aje ukončen, když proud skrze kondenzátor se stane nulovým. V tomto okamžiku dva vodicí tyristory se vyvedou z vlastní komutace k dokončení nabíjecího cyklu.
Druhá sekce 78 pro výměnu náboje je zahájena po nabíjecím cyklu. Druhá sekce 78 pro výměnu náboje je konfigurována k dosažení identické výměny náboje se střídavou sítí jako první sekce 76 pro výměnu náboje. Druhá sekce 78 pro výměnu náboje se odlišuje od první sekce 76 pro výměnu náboje tím, že spojení s kondenzátorem Co je obráceno vůči spojení první sekce 76 pro výměnu náboje. Kvůli tomu obrácenému spojení napětí na kondenzátoru Co úplně obrací polaritu. Tudíž žádný výkon není odebírán ze sítě nebo převáděn do sítě, poněvadž energie v kondenzátoru Co se nemění.
Obr. 8 zobrazuje graf typického tvaru vlny při výměně náboje se dvěma cykly operace dyna35 mického kompenzátoru VAR zobrazeného na obr. 7. Komponenty byly zvoleny pro frekvenci úplné výměny náboje rovnou 4000 Hz, čímž se dokončí 2000 cyklů za sekundu pro první a druhou sekci pro výměnu náboje. Tato operace je dosažena s Co = 100 pF a La + Lb = 40 pF. Zvolené střídavé napětí je 480 V a tvary vln výměny náboje zobrazené na obr. 8 přísluší vstupnímu fázovému úhlu 40 elektrických stupňů. Rekuperační spínače Swa a Swb, zobrazené na obr. 7, nejsou žádoucí pro tuto operaci. Avšak spínače zapojené paralelně s kondenzátorem Co (Swal a Swbl) nebo sériově s kondenzátorem Co (Swa2 a Swb2) zvyšují regulační pružnost. Vstupní napětí a jalový proud jsou definovány následujícími rovnicemi:
Γ, » sm(of) - 252V Zr, * j* cos(fl>/)= 39 7A = -2*7 3) =-386K /Λ = Iricoa(a}t-2jr/3) = 59.6A sio(o>/+2λ7 3) = 134 V lnS /rj> cos^rf +2r/ 3) » -99.3Λ
Za předpokladu, že zbytkové napětí kondenzátoru Co je -1200 V, a to buď z předcházející operace nebo přednabitím se vstupním tvarem vlny, výměny náboje probíhá následujícím způsobem.
Použití generalizované metody pro nabíjení vstupní tyristory Sa2p a Sa3n jsou aktivovány při ť = 0, čímž se spojí fázová napětí V2 a V3 na kondenzátoru Co. Proud Ic protéká indukčními
-22CZ 298857 B6 cívkami Lal a La2, čímž se náboj odebere z fáze 2 a stejný náboj se zavede do fáze 3, jak je to zobrazeno na obr. 8.
Částečně skrze nabíjecí cyklus v čase tf se tyristory Salp aktivuje. Poněvadž napětí V) je více kladné než V2, na tyristor Sa2p je zpětně přiloženo předpětí a tento tyristor je vyveden z vlastní komutace. Výměna náboje pokračuje s fází i a fází 2. V čase t2' = 244 ps proud klesne na nulu a na dva vodicí tyristory Salp a Sa3n se zpětně přiloží předpětí a tyto tyristory se vyvedou z vlastní komutace.
Aktivace tyristorů v čase tl' je definována velikostí jalového proudu třech fází Iri, Ir2 a Ir3. ío Aktivace tyristorů v čase tf = 134 ps poskytuje převod náboje úměrný požadavku na jalový proud a vede k napětí na kondenzátoru rovnému počátečnímu zbytkovému napětí, avšak majícímu opačnou polaritu.
Dřívější aktivace tyristorů Salp vede k nabití kondenzátoru na vyšší napětí, čímž se kromě jalového výkonu odebírá činný výkon. Toto zvýšení napětí na kondenzátoru může být žádoucí z hlediska ztrát komponent nebo kvůli zvýšení toku jalového výkonu, která nevyžaduje změnu frekvence kompenzátoru DVC. Naproti tomu, zpožděná aktivace vede k převodu části energie kondenzátoru zpět do střídavého výkonového systému. V případě skutečného systému čas t/ může být vypočten v reálném čase nebo předem vypočten a uložen do referenční tabulky.
Uložená hodnota je funkcí vstupního fázového úhlu a napětí na kondenzátoru.
Pro druhou sekci 78 pro výměnu náboje je použit stejný generalizovaný způsob pro nabíjení. Výměna náboje v této sekci začíná v čase t3' ~ 250 ps aktivací tyristorů Sb2p a Sb3n. To znovu spojí kondenzátor Co ve fázi 2 a fázi 3 se správnou polaritou. Rozdíl operace probíhajících druhé sekci 78 pro výměnu náboje spočívá vtom, že proud protékající kondenzátorem má opačnou polaritu. Jak je to zobrazeno na obr. 8, proudový tok do fází během vybíjení v druhé sekci 78 pro výměnu náboje je identický s proudem odebíraným během výměny náboje probíhající v první sekci 76 pro výměnu náboje s tím, že žádný převod síťové energie netvoří střídavou dodávku elektrické energie.
V čase 134 ps od zahájení vybíjecího cyklu, tj. v čase t4' = 384 ps tyristor Sblp je aktivován, čímž se tyristor Sb2p uvede do vypnutého stavu, zatímco tyristor Sb3n zůstane zapnut. Vybíjecí proces pokračuje, dokud nenastane časový okamžik přibližně t5' = 494 ps, ve kterém proud klesne na nulu a tyristory Sblp a Sp3n se vypnou, čímž se napětí na kondenzátoru ponechá v původním stavu.
Pro po sobě jdoucí převody náboje se síťová napětí a proudy cyklicky mění. Tudíž spouštěcí sekvence a časování musí být určeno pro fázového úhlu proudu. Průměrný jalový proud je náboj poskytnutý v průběhu časového intervalu mezi jednotlivými převody náboje. To způsobuje, že jalový proud může být regulován frekvencí. Kromě toho jalový proud je rovněž funkcí zbytkového napětí na kondenzátoru Co. Toto napětí může v podstatě vytvořit libovolnou hodnotu a je pouze omezeno jmenovitými napěťovými a proudovými hodnotami tyristorů a kondenzátoru Co. To je hlavní výhoda, poněvadž typicky požadavek na jalový výkon se zvyšuje s klesajícím síťovým napětím. Zapojením jednoduchých kondenzátorů vedle sebe jalový proud je úměrný s klesajícím napětím, zatímco při použití kompenzátoru DVC jalový proud se může zvýšit nezávisle na síťovém napětí.
Z hlediska účinnosti jalové proudy protékají skrze pouze jednu skupinu tyristorů na fázi. To nejen poskytuje zjednodušení a vyšší pružnost, avšak rovněž snižuje ztráty na minimum.
IX. Elektronický střídavý transformátor
a. Převod střídavého proudu na střídavý proud
Měnič střídavého proudu na střídavý proud zobrazený na obr. 1 může poskytnout tvar vlny výstupního napětí, který splňuje požadavky na napětí, frekvenci a výstupní fázi. Když výstupní
-23CZ 298857 B6 frekvence je stejná jako vstupní frekvence, měnič střídavého proudu na střídavý prou se může použít jako střídavý regulovaný zdroj elektrické energie.
Pro některé aplikace, jako např. střídavé motory s proměnnou rychlostí, je žádoucí regulovat výstupní frekvenci a výstupní napětí. Ačkoliv měnič střídavého proudu na střídavý proud může měnit energii z nízkonapěťového koncového bodu na vysokonapěťový koncový bod, jeho transformace napětí je omezena. Standardní střídavý transformátor může být spojen se střídavým vstupem nebo střídavým výstupem k poskytnutí regulovaného střídavého výstupu s transformací napětí. Avšak tento systém má stále nevýhodu spočívající v tom, že má velký třífázový střídavý transformátor ve smyčce.
Obr, 9 zobrazuje elektrické zapojení elektrického transformátoru, který kombinuje regulaci frekvence s transformací napětí. Elektrický obvod je zapojen jako jednofázové zapojení s množinou šikmých linií indukujících počet fází nebo koncových bodů. Elektronický transformátor pracuje podle podobných principů jako měnič střídavého proudu na střídavý proud zobrazený na obr. 1. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že jednofázový transformátor nahrazuje výstupní indukační cívky.
Střídavý zdroj elektrické energie je přiložen ke vstupnímu koncovému bodu 102, který je spojen s kondenzátorem Co skrze druhý vstupní filtr 104 a druhou vstupní spínačovou sekci 106.
Hodnota vstupních indukčních cívek Lip a Lín určuje dobu trvání nabíjení.
Nabíjení ve vstupní sekci je identické s nabíjením ve vstupní sekci měniče střídavého proudu na střídavý proud zobrazeného na obr. 1.
Vybíjecí sekce je stejná jako vybíjecí sekce měniče střídavého proudu na střídavý proud zobrazeného na obr. 1 s tím, že má druhou výstupní spínačovou sekci 118 spojenou s výstupním koncovým bodem 120 skrze druhý výstupní filtr 119. Vybíjecí indukční cívky Lbl a Lb2 jsou nahrazeny transformátorem 117, který poskytuje indukčnost. Kromě toho, je přidán primární výstupní tyristor Sdch, který odpojuje transformátor 117 do kondenzátoru Co v průběhu nabíjecího cyklu.
Primární a sekundární transformátorový poměr výstupního transformátoru 117 je zvolen ke shodě žádoucího napěťového poměru mezi střídavým vstupním napětím a střídavým výstupním napětím. Kromě toho, svodová indukčnost, jak je to zřejmé z primární části transformátoru, je zvolena ke shodě hodnot výstupních indukčních cívek Lbl a Lb2 zobrazených na obr. 1.
Paralelní indukčnost transformátoru 117 může být zvolena tak, že je mnohem vyšší než rozptylová indukčnost. Tudíž paralelní indukčnost nemusí být brána v úvahu pro většinu operací v daném obvodě. Součet indukčností vinutí je efektivní hodnot svodové indukčnosti transformátoru a společně s kondenzátorem CO definuje vybíjecí periodu.
Energie kondenzátoru se vybíjí do střídavých výstupních fází stejným způsobem, jak tomu bylo v případě měniče střídavého proudu na střídavý proud.
Použitím obecného způsobu vybíjení tyristor Sdch je aktivován společně s kladným tyristorem Sop a záporným tyristorem Son fází s nejvyšším a druhým nejvyšším výstupním napětím za předpokladu jednotného výstupního účiníku. To vede ke spojení kondenzátoru Co s výstupními fázemi skrze druhý výstupní filtr 119 a transformátor 117. Když dostatečná energie je převedena do výstupní fáze s druhým nejvyšším výstupním napětím, tyristor s nejnižším výstupním napětím se spustí. To vypne tyristor pro druhý nejvyšší výstup a nabíjení pokračuje pro vedení s nejvyšším a nejnižším výstupem.
Rekuperační tyristor Swop může být aktivován k zamezení opětovného nabíjení kondenzátoru Co nebo k selekci zbytkového napětí na kondenzátoru Co. Tato aktivace převede energie ve svodové indukčnosti na výstup. Když se proud stane nulovým komutuj ící tyristory se vypnou a vybíjecí cyklus se dokončí.
-24CZ 298857 B6
Napěťová transformace může mít zesilující, zeslabující nebo izolační charakter. Operace umožňuje změnu frekvence, změnu fáze nebo obojí. Výstup může být regulován k umožnění regulace jak činného tak i jalového výkonu s tím, že vstup je výhodně omezen na odebírání pouze jalového výkonu. Tudíž elektronický transformátor může být současně regulátorem napětí a kompen5 zátorem jalového výkonu. Kromě toho tento transformátor může odebírat vyrovnaný vstup dokonce, když výstup je nevyrovnaný. Poněvadž jednofázový transformátor pracuje při vysoké frekvenci, jeho průřez může být značně snížen ve srovnání s průřezem standardního transformátoru s frekvencí 50 nebo 60 Hz. Transformátor může být dokonce účinněji použit, když magnetický tok je obrácen pro každý vybíjecí cyklus. Z tohoto hlediska se nabízí několik řešení, ío Tak např. dvě vstupní sekce s šesti dodatečnými výstupními tyristory by poskytly téměř úplný transformátorový cyklus.
Tento typ transformátoru má několik dodatečných výhod. Tento transformátor poskytuje značné snížení jak hmotnosti, tak objemu a poskytuje dodatečné operační výhody ve srovnání s konven15 čním výkonovým transformátorem. Na rozdíl od obvyklého transformátoru odebírajícího nepřetržitý magnetizační proud tento transformátor je magnetizován pouze v průběhu převodu energie. To má za následek to, že ztráty v tyristorech a transformátoru jsou konstantní částí okamžitého výkonu. Poněvadž nejpoužívanější transformátory mají průměrný zatěžovatel nižší než 30 % špičkového zatěžovatele, elektrický transformátor nejen zvyšuje kvalitu výkonu vlastní regulací a kompenzuje jalový výkon ze zátěže, avšak rovněž dosahuje vyšší účinnost pro většinu aplikací.
b. Převod střídavého proudu na stejnosměrný prou a převod stejnosměrného proudu na střídavý proud
Zapojení elektronického transformátoru zobrazené na obr. 9 umožňuje obnovu střídavého výstu25 pu. Kladné napětí může být obnoveno na jedné výstupní fázi a záporné napětí na druhé fázi, jak je to popsáno v souvislosti s výše uvedeným měničem střídavého proudu na stejnosměrný proud, k poskytnutí stejnosměrného napájecího zdroje na výstupu.
Použitím usměrňovače střídavého proudu na stejnosměrný prou jisté výstupní spínače na sekundární straně transformátoru mohou být vyloučeny. Kromě toho, dva výstupní spínače mohou být nahrazeny diodami, poněvadž výstupní spínání je provedeno na primární straně transformátoru tyristorem Sdch. Když napětí na výstupu sekundární strany transformátoru je obráceno v průběhu operace s duálními vstupními moduly, obnova poloviny tvaru vlny na výstupu je nahrazena úplnou usměrňovači konfigurací na bázi jednofázového můstku.
Pro převod stejnosměrného proudu na střídavý prou platí, že modifikace vstupního obvodu probíhá tak, jakje to popsáno v předcházející části. To umožňuje využití stejnosměrného napájecího zdroje a obvodu střídavého tvaru vlny nebo zavedení energie do střídavého napájecího zdroje.
Tento transformátor umožňuje dosáhnout značně vyššího napěťového rozdílu mezi vstupem a výstupem. Zesilovací nebo zeslabovací poměr je volitelný transformátorovým poměrem jednofázového transformátoru.
Další rozšíření tohoto obvodu se provede za účelem přímého převodu stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud ve velkém rozsahu stejnosměrného vstupního napětí.
Kromě toho využití transformátoru umožňuje úplnou galvanicko izolaci mezi vstupem a výstupem pro všechny výše popsané převody.
X. Elektrický transformátor se současně výměnou náboje mezi vstupem a výstupem
Elektronický transformátor zobrazený na obr. 9 používá dvě operace na bázi způsobu DSCI s mnohočetnými koncovými body, přičemž jedna z těchto operací je určena k nabíjení kondenzátoru Co a následně druhá z těchto operací je určena k vybíjení kondenzátoru Co. Tyto operace
-25CZ 298857 B6 se střídají, a tudíž elektronický transformátor má užitečný cyklu s asi 50 %. Přibližně polovina doby je použita pro nabíjení a druhá polovina pro vybíjení. Kromě toho náboj na bázi protéká v průměru skrze 2,5 tyristory.
Obr. 10 zobrazuje další provedení elektronického transformátoru. Tento transformátor značně zvyšuje výstupní výkon. Užitečný cyklus je téměř 100% a výkon prochází skrze jeden tyristor, čímž se poskytuje vyšší účinnost.
Tento modifikovaný transformátor se liší od výše uvedeného elektronického transformátoru tím, že nabíjecí operace a vybíjecí operace probíhají současně. Náboj odebíraný ze střídavého vstupního koncového boduje přímo proveden do střídavého výstupního koncového bodu.
Tento modifikovaný elektronický transformátor je založen na výkonovém měniči se současnou výměnou náboje mezi vstupem a výstupem zobrazeným na obr. 6 a nahrazuje výstupní indukční cívky jednofázovým transformátorem, jako tomu je u elektronického transformátoru zobrazeného na obr. 9. Modifikovaný elektronický transformátor zobrazený na obr. 9 je zobrazen s jedním transformátorem, poněvadž jednofázový transformátor poskytuje úplnou galvanickou izolaci mezi vstupem a výstupem. Jednofázový transformátor nejen má žádoucí převod pro napěťovou transformaci, avšak rovněž je navržen tak, že má svodovou indukčnost k duplikaci rezonanční funkce indukčních cívek Lbl a Lb2 zobrazených na obr. 6.
Jak je tomu u obvodu zobrazeného na obr. 6, ke vstupním a výstupním operacím dochází ve stejném cyklu, čímž se současně provede dříve uvedená operace na bázi způsobu DSCI. Aktivační sekvence pro jak vstupní tak i výstupní tyristory je shodná s výše popsanými aktivačními sekvencemi.
Jednofázový transformátor zobrazený na obr. 10 je zvolen k poskytnutí žádoucího převodu pro napěťovou transformaci a k poskytnutí svodové indukčnosti, která definuje ve spojení s kondenzátorem Cs rezonanci a periodu převodu energie.
Dvě skupiny tyristorů jsou spojeny s každým vstupním a výstupním koncovým bodem. Použitím fázového úhlu 80 elektrických stupňů pro vstup a 170 elektrických stupňů pro výstup a záporné polarity kondenzátorů Cs stejné výstupní tyristory Silpu a Si3nl současně se dvěma výstupními tyristory So2pu a So3nl se aktivují k zahájení operace probíhající ve směru hodinových ručiček.
V průběhu jedné části periody převodu tyristor Si2nl se spustí k vypnutí tyristoru Solnp, zatímco aktivace tyristoru Solnp ve správném časovém okamžiku vypíná výstupní tyristor So2pu. Rekuperační spínač Sfwc znovu reguluje napětí na kondenzátoru Cs dosažené opětovným nabitím a umožňuje převod energie ve svodové indukčnosti jednofázového transformátoru k výstupu.
Za předpokladu selekce vhodného převodu transformátoru funkce spínačů Siqcc a Siqccc zobrazených na obr. 6 může být vyloučena, čímž se omezí počet žádoucích komponent, poněvadž vstupní napětí je vyšší než efektivní výstupní napětí při pohledu z primární strany transformátoru.
Na konci převodu energie probíhajícího ve směru hodinových ručiček polarita kondenzátoru je obrácena a všechna tyristory jsou vypnuty. V tomto časovém okamžiku proudový tok proti směru hodinových ručiček je inicializován následující stejnou operací, avšak vstupní napětí, výstupní napětí a magnetický tok transformátoru jsou obráceny. Kromě toho poněvadž výkonový požadavek je snížen, spodní invertující frekvence nebo napětí na kondenzátoru může být zvolena. V důsledku toho na rozdíl od obvyklého transformátoru, u kterého magnetizační ztráty zůstávají stejné, ztráty transformátoru jsou sníženy s převodem energie. Důsledkem je téměř konstantní účinnost v úplném rozmezí zatěžovatele elektronického transformátoru.
Pro převod střídavého proud na střídavý proud, stejný obvod je aplikovatelný a pouze dva výstupní koncové body jsou žádoucí. Pro kladné napětí na výstupní fázi i a pro záporné napětí na
-26CZ 298857 B6 výstupní fázi 3 je výstupní tyristory Solpu, Solpl, So3nu a So3nl jsou žádoucí a zbývajících osm výstupních tyristorů může být vyloučeno.
Podobně pro převod stejnosměrného proudu na střídavý proud a pro převod stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud jen vstupní tyristory Silpu, Silpl, Si3nu a Si3n 1 jsou žádoucí. Pro cyklus ve směru hodinových ručiček tyristory Solpu a So3nl jsou aktivovány a zůstávají pro cyklus ve směru hodinových ručiček, zatímco tyristory Solpl a So4nu jsou použity pro cyklus proti směru hodinových ručiček. Tyto tyristory jsou vedeny z komutace na konci každého příslušného nabíjecího cyklu a převodu energie.
Sériový kondenzátorový rezonanční obvod zobrazený na obr. 6 může být modifikován k poskytnutí elektronického transformátoru zobrazeného na obr. 10. Tento obvod poskytuje s vhodnou regulací odebírání proudu prostého harmonických složek a dodávku výkonu prostého harmonických složek. Při střídavém výkonu nejen činný výkon je regulován, avšak jalový výkon může být současně odebírán k poskytnutí selektivně předbíhajícího nebo zpožděného vstupního proudu. Převod jednofázového transformátoru umožňuje buď zesílení nebo zeslabení výstupního výkonu. Na rozdíl od obvyklého střídavého transformátoru výstup není omezen na střídavou vstupní frekvenci a fázi, přičemž výstupní napětí může být regulováno. Kromě toho vstup a výstup není omezen na střídavý proud, což umožňuje rovněž převod stejnosměrného proudu na střídavý proud, převod střídavého proudu na stejnosměrný proud, rovněž i přímý převod stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud.
XI. Výkonový měnič v alternativní operační konfiguraci a. Obvod a jednosměrná operace
Způsob DSCI není omezen na zařízení pro uschování náboje s jedním jediným kondenzátorem, třífázový vstup nebo třífázový výstup. Operace na bázi způsobu DSCI může být použita s konfigurací pro rezonanční výměnu náboje, tj. s kondenzátorem sdruženým s každým vstupním koncovým bodem nebo výstupním koncovým bodem. Standardní technika rezonanční výměny je popsána, např. v patentu US 5 764 501.
Obr. 11 zobrazuje elektrické zapojení alternativního provedení měniče střídavého proudu na střídavý proud. Třífázový napájecí zdroj je spojen s nízkopásmovým vstupním filtrem 150, který zahrnuje sériové kombinace indukčních cívek Lfi a bočníkových kondenzátorů Cfi na jednu fázi.
Kondenzátory mohou být buď zapojeny do konfigurace hvězda nebo konfigurace trojúhelník. Na výstupu je použit stejný nízkopásmový výstupní filtr 168. Tento filtr je tvořen typickým filtrem na bázi Π-článku a zahrnuje kondenzátory Cfa a Cfb a indukční cívku Lfo.
Činnost výkonového měniče zahrnuje dva operační cykly. První cyklus je nabíjecím cyklem, během kterého se energie odebírá ze střídavého napájecího zdroje a nabíjí se kondenzátory Cf, C2 a C3. Pro tyto účely ve třetí spínačové sekci 152 je použito šest tyristorů Silp, Si2p, Si3p, Siln, Si2n, Si3n.
Vstupní spínačová sekce 152, zapojená mezi nízkopásmový filtr 150 a druhou vstupní indukční sekci 158 mající indukční cívky Lip a Lín, provádí sekci výkonu odebíraného z vedení střídavého napájecího zdroje. Tyto tyristory vstupní spínačové sekce 152 jsou dále označovány jako vstupní spínače.
Druhá skupina tyristorů Sclp, Sc2p, Sc3p, Sein, Sc2n, Sn3n kondenzátorové selekční sekce 154 je zapojena mezi druhou vstupní indukční sekci 158 a kondenzátorovou sekci 160, která má kondenzátory Cl, C2 a C3. Tyto tyristory jsou dále označovány jako kondenzátorové selekční spínače. Kondenzátorové selekční spínače určují polaritu a hodnotu napětí, na kterou jsou nabity kondenzátory Cl, C2 a C3. Kondenzátorové selekční spínače jsou zobrazeny jako tyristory, avšak další spínače mohou být použity. Je třeba upozornit na důležitou skutečnost, že žádné
-27CZ 298857 B6 otevření spínač není žádoucí v tomto obvodě, ačkoliv otvírací spínače mohou být použity ke zjednodušení některých operací za cenu zvýšení nákladů a spínačových ztrát.
Pro normální převod střídavého proudu na střídavý proud je žádoucí odebírat vstupní výkon prostý harmonických složek při jednotkovém účiníku. Tudíž energie, která je úměrná druhé mocnině okamžitého vstupního napětí, je odebrána z každého vstupního vedení. Opakování tohoto procesu při vysoké frekvenci, což je protiklad ke vstupní síťové frekvenci, vstupní filtr činí průměr toku energie, čímž poskytuje sinusový vstupní proud a vstupní výkon.
Rovněž výstupní výkon může být regulován změnou operační frekvence. Tato operace má v průběhu jednoho nabíjecího cyklu nebo případně několika nabíjecích cyklů odebrat takové množství energie, že průměrný výkon je úměrný druhé mocnině vstupního napětí. Požadavek na odebrání energie je funkcí vstupního napětí. Požadavek na odebrání energie je funkcí vstupního fázového úhlu ωί, kde ω je vstupní síťová úhlová frekvence. K obnovení sinusového výstupu je žádoucí nabití každého ze tří pracovních kondenzátorů na napětí úměrné výstupnímu tvaru vlny definovanému výstupním fázovým úhlem ω'ί, kde ω' je úhlová výstupní frekvence. V průběhu několika cyklů nabíjecí proces může odebírat energii ze vstupu s úhlem od nuly do 360 elektrických stupňů a musí nabít kondenzátory na napětí a polaritu, která představuje libovolný výstupní fázový úhel v rozsahu od 0 do 360 elektrických stupňů. Tento proces je popsán v souvislosti s obr. 11, přičemž tvary vln napětí a proudu jsou zobrazeny na obr. 12 a jejich hodnoty uvedeny v tabulce 1.
Za účelem lepšího pochopení je zvolen okamžitý vstupní úhel 80 elektrických stupňů a výstupní úhel 170 elektrických stupňů. Pro tři fáze a střídavý systém s napětím 480 V vstupní fázová napětí jsou zobrazena na tab. 1. První vstupní vedení je kladné, zatímco další dvě vedení jsou záporná, přičemž součet třech napětí je roven nule. Součet třech napětí je vždy roven nule ve vyrovnaném vedení a stejné pravidlo se rovněž aplikuje na proud. Výkon prostý harmonických složek je odebrán. Nabíjecí energie na vedení je uvedena v třetím sloupci v procentech celkové nabíjecí energie. Avšak s nízkopásmovým filtrem existuje možnost volby průměrných proudů v několika cyklech.
Požadavek na výstupní napět je uvede ve čtvrtém sloupci tabulky 1 pro výstupní tvar vlny třífázového systému s napětím 480 V a okamžitým fázovým úhlem 170 elektrických stupňů. V tomto příkladě, první dvě výstupní fáze jsou kladné a třetí výstupní fáze je záporná. Součet tří výstupních fází je roven opět nule.
Ke správnému nabití kondenzátorů a dosažení vyrovnaného toku energie ve třech kondenzátorech musí být vztaženo jedna k druhé druhou mocninou specifikovaného výstupního napětí. Tato nabíjecí energie je uvedena v posledním sloupci tabulky 1. Typicky k umožnění úplného výboje nabitých kondenzátorů do vstupního filtru, polarity kondenzátoru musí být identické k polaritě výstupního napětí a nabíjecí napětí každého kondenzátoru by mělo být proporcionální k napěťo40 vému požadavku odpovídající výstupní fáze a více než dvojnásobku tohoto napěťového požadavku. Když nabíjecí napětí není dostatečně vysoké, k úplnému vybití nemůže dojít.
Následující operace popisuje nabíjení skupiny třech kondenzátorů, které jsou ve shodě s výstupním fázovým úhlem, ze vstupních koncových bodů. Tato operační sekvence je zvolena kvůli tomu, že umožňuje použití spínačů, které nemusí být aktivací otevřeny. Tento obvod umožňuje takovou vlastní komutaci zařízení, že se k tyristorům, které se vypnou, nato přiloží přepětí.
Použitím generalizovaného způsobu pro nabíjení se tyristor Slp aktivuje, poněvadž fáze i má nejvyšší absolutní hodnotu fázového napětí. Ze dvou zbývajících vstupních fází tyristor Si3n je aktivován, poněvadž má opačnou polaritu vůči tyristorů Silp a má méně zápornou hodnotu napětí. Tím je na vstup horní indukční cívky Lip přiloženo napětí +385,9 V, zatímco napětí spodní vstupní indukční cívky Lín se stane -134,0 V.
-28CZ 298857 B6
Tabulka 1: Vstupní a výstupní napětí a energie
| vstup napětí při 90® | vstupní energie (%) | vyštípni napětí při 170° | výstupní enaxps {%) | |
| fáze 1 | 385.9 V | 64.7 % | 68.1 V | 2.0% |
| fáze 2 | -251.9 V | 27.5 % | 300.2 V | 39.1% |
| fáze 3 | -134.0 V | 7.8% | -368.3 V | 58.9% |
Poněvadž kondenzátor C3 vyžaduje nejvyšší absolutní hodnotu napětí a má zápornou hodnotu, tyristor Sc3n je aktivován ke spojení kondenzátoru C3 se zápornou indukční cívkou. Kromě toho buď kondenzátor Cl nebo C2 může být spojen se zápornou indukční cívkou Lpi. Pro operaci snejvyšším výkonem a s omezenou nabíjecí dobou je připojen kondenzátor vyžadující nízkou výstupní energii. Pro např. proud, tyristor Sclp se aktivuje k zapojení kondenzátoru Cl do série s kondenzátorem C3.
Alternativně tyristor Sc2p může být aktivován za účelem umožnění maximální hodnoty rekuperační doby tyristorového spínače. V obou případech jsou tyristory vyvedeny zvláštní komutace.
Uzavření čtyř spínačů Sclp se rezonanční LC obvod zapojí mezi vstupní fáze I a 3. Indukční hodnota je součtem hodnot indukčních cívek Lip a Lin, přičemž hodnota kondenzátoru je polovinou hodnoty samostatného kondenzátoru, poněvadž kondenzátory jsou zapojeny do série. Napětí a proud jsou popsány z hlediska času následujícími rovnicemi:
<(0 = /esÍn(a>/) 05)
Fc,(0 = -Kč,0) = (VP] - - cos(atf))/ 2 (16) kde « ~ VpA4CJ2tJJp+Lin) a
Nabíjecí napětí a nabíjecí proud pro kondenzátor mohou být přesně stanoveny. Doba, kterou kondenzátor vyžaduje k dosažení žádoucího napětí mohou být vypočteny použitím inverzních trigonometrických funkcí.
S výše uvedenou spínačovou selekcí kondenzátor Cl se nabije na dvojnásobek napětí výstupní fáze i. Toto napětí dosaženo v čase ti = 66 ps s jmenovitou indukčností 80 μΗ a jmenovitou kapacitou 100 pF, jak je to uvedeno v tabulce 2.
V čase ti se kladný kondenzátorový selekční spínač Sc2p aktivuje. Nabíjení kondenzátoru C2 se započne, zatímco nabíjení kondenzátoru C3 pokračuje. Výkon se dosud odebírá ze stejných dvou vstupních fází 1 a 3.
-29CZ 298857 B6
Poněvadž napětí kondenzátorů C2 je nižší než napětí na kondenzátorů Cl, na spínač Sclp je zpětně přiloženo předpětí a tento spínač přestane vodit, když je to nesměrový spínač, jako např. tyristor. Tudíž místo spínačů, které vyžadují aktivování pro vypnutí, mohou být použity řízené křemíkové usměrňovače (SCR).
Tabulka 2: Spínací čas, proud a napětí na kondenzátorů
| čas (psec) | prajá (A) | Vel (V) | Vc2 (V) | Vc3 (V) | vstupní epírvyr» | cedcAprm íli «pírvAa |
| 0+ | 0 | 0 | 0 | 0 | Silp-Si3n | Sclp-Sc3n |
| 66 | 360.1 | 131 | 0 | -131 | Silp-Si3n | Sc2p-Sc3n |
| 93 | 455.4 | 131 | 111 | -242 | Silp-Si2n | Sc2p-Sc3n |
| 222 | 0 | 131 | 574 | -705 |
Obr. 12 zobrazuje tvary vln napětí Vel, Vc2 a Vc3 na kondenzátorů a tvaru vlny nabíjecího ío proud leh. Výpočet nabíjecího proudu a napětí na kondenzátorů vychází ze stejných matematických rovnic s tím, že proud z první části vybíjení napětí na kondenzátorů C3 z prvního nabíjecího segmentu jsou použity jako výchozí podmínky.
V čase t2 = 93 ps energie, která je odebrána ze vstupní fáze 3 a je integrálem nabíjecího proudu vynásobeného napětím na vstupní fázi 3, dosahuje předem stanovené hodnoty a aktivuje vstupní spínač Si2n. Poněvadž napětí na vstupní fázi 2 je více záporné než napětí na vstupní fázi 3, na vstupní spínač Si3n je zpětně přiloženo předpětí a řízený křemíkový usměrňovač je vyveden z vlastní komutace. Nabíjecí napětí v tomto okamžiku je rozdíl mezi napětími na vstupní fázi i a vstupní fázi 2. Nová počáteční podmínka v čase t2 určí zbývající proud a nabíjecí napětí pro kondenzátory C2 a C3.
V čase t3 = 222 ps se nabíjecí proud stane nulovým a na všechny čtyři spínače Silp, Si2n, Sc2p a Sc3n se zpětně přiloží předpětí a tyto spínače se vyvedou z vlastní komutace. Aktivační body ti a t2 se vypočtou tak, že poměr energie nabitých kondenzátorů je úměrný druhé mocnění poměru výstupního napětí.
Na vstupní straně zvolená aktivační sekvence a aktivační časování vycházející z časů f a t2 definují správnou vstupní energii na všech třech fázích. Nabíjecí energie je úměrná okamžitému výkonu vyrovnaného třífázového vedení při specifikovaném vstupním fázovém úhlu. Vstupní distribuce energie je definována aktivační dobou třetího vstupního nabíjecího spínače (v tomto případě spínače Si2n v čase t2). Správná distribuce náboje kondenzátorů je definována časováním třetího kondenzátorového selekčního spínače (v tomto příklad spínače Sc2p v čase 11).
Stejná procedura je použita pro ostatní fázové úhly v rozmezí od 0 do 360 elektrických stupňů a ostatní výstupní fázové úhly. Ve všech případech aktivace spínačů v časech t0, t] a t2 je žádoucí s výjimkou případů, ve kterých buď vstupní nebo výstupní fáze je nulová. V předcházejícím případě ke spínání distribuční sekce došlo před spínáním vstupní sekce. K tomu dojde pouze v 50 % času, zatímco v ostatních časech se kondenzátor změní po tom, co se vstupní fáze změní. Výpočet aktivačních časů ti a t2 může být proveden buď v reálném čase nebo časování může být ulože40 no do dvourozměrné referenční tabulky, jakou je matice vstupních a výstupních fázových úhlů.
-30CZ 298857 B6
S nabitými kondenzátory výstupní spínače výstupní sekce 162 mohou být aktivovány současně k rezonančnímu vybití třech kondenzátorů do výstupních fází. Vybíjecí perioda je určena hodnotami kondenzátorů ve spojení s vybíjecími indukčními cívkami Lol. Lo2 a Lo3. Poněvadž součty kladných nábojů a záporných nábojů jsou si rovny, není žádoucí spojení tří kondenzátorů k neutrálními vodiči. Když napětí na třech kondenzátorech jsou identická s asi dvojnásobkem výstupního koncového napětí, výstupní proud se stává nulovým současně s napětím na kondenzátoru klesajícím k nulové hodnotě.
ío Poněvadž tato podmínka může být výjimečně splněna, tři ze šesti rekuperačních spínačů rekuperační spínací sekce 164 jsou aktivovány. To zamezuje opětovnému nabití kondenzátorů a převedení zbývající energie, uložené ve třech výstupních indukčních cívkách, do výstupních fází. Ve stejném časovém okamžiku výstupní spínače jsou vyvedeny z vlastní komutace a tyto spínače umožňují v průběhu úplné spínačové rekuperace opětovné nabití kondenzátorů. Pro další nabíjecí a vybíjecí proces se jak vstupní fázový úhel tak i výstupní fázový úhel změní v důsledku časového přírůstku At, kde At je časový interval mezi po sobě jdoucími nabíjecími a vybíjecími sekvencemi.
Použitím nabíjecí sekvence energie odebraná ze vstupuje úměrná energii poskytnuté za podmínek vyrovnané zátěže. Na rozdíl od nabíjení třech samostatných kondenzátorů ze třech samostat20 ných vstupních vedení, při kterém celkové nabíjecí energie jsou vždy identické, nabíjecí sekvence produkující malé rozdíly v celkové nabíjecí energii od jednoho nabití ke druhému. Energie na náboj může být popsána následujícími rovnicemi £( ω, ^) = Γ(ώ>, ef ficr-l-KX.
Parametr Γ (ω, ω') je jak funkcí ω, ω' tak i má kolísání amplitudy stejné jako nefiltrované usměrněné výstupní stejnosměrné napětí.
Průměrný výstupní výkon je dán rovnicí (i9) kde f je průměrný náboj nebo vybíjecí frekvence. Parametr Γ (ω, ω') je kontinuální funkcí vstupních a výstupních fázových úhlů a může být buď vypočten nebo uložen ve stejné referenční tabulce jako časy f at2a nabíjecí sekvence.
Časový interval mezi vybíjecími cykly je dán funkcí průměrného výkonu
Δ/ = £( , o>, ď) / (Ρ„Γ(<υ, d))
Poněvadž výstupní výkon a výstupní frekvence mohou být změněny od jednoho nabíjecího cyklu k dalšímu, ke změně může dojít v části střídavého cyklu. Omezující faktory jsou odezvami nízkopásmových vstupních a výstupních filtrů.
S nabíjecí periodou 220 ps a vybíjecí periodou 180 ps měnič může pracovat při frekvenci 2500 Hz. Pro specifikovanou hodnotu kondenzátoru to poskytuje výstupní výkon 115 kW.
V průběhu operace při frekvenci měniče, která je vysoká ve srovnání se vstupní nebo obnovenou výstupní fázovou frekvencí, malé nízkopásmové vstupní/výstupní filtry vyhlazují tvar vlny pro-31 CZ 298857 B6 dukovaný při přerušovaném nabíjecím procesu měniče. Obr. 13 zobrazuje jak třífázové proudy tak i napětí s jednoduchým L-C vstupním filtrem při frekvenci měniče 1800 Hz. Komponenty filtru jsou zvoleny k umožnění odebírání takového omezeného vstupního výkonu, že zvlněný proud je značně nižší než zvlněný proud doporučený směrnicemi IEEE 519 a IEC 555-2.
Normální provozní podmínky jsou dosaženy v méně než čtvrtině vstupního cyklu. Proud je sinusový s výjimkou nízkoúrovňového zvlnění při frekvenci měniče.
Vstupní proud je nejen sinusový, avšak je téměř ve fázi se vstupním napětím, což poskytuje ío téměř jednotkový vstupní výkonový faktor. Dochází pouze k nepatrnému fázovému posunu způsobenému vstupní filtrační sekcí. Jak to bude níže popsáno, tvar vstupního proudu může být modifikován a při operaci nepatrně více komplexní k regulaci měnič odebírá jak regulované činné tak i jalové složky výkonu.
Jako výstupní filtr může být zvolen nízkopásmový filtr ve formě Π-článku. Ten má větší útlum než LC vstupní filtr, avšak vyžaduje dva filtrové kondenzátory pro každou fázi.
Obr. 14 zobrazuje výstupní koncové napětí při obnovovací frekvenci pro vstupní podmínku zobrazenou na obr. 13. Tvary vln napětí a tvary vln proudu jsou téměř identické. Ve výstupních fázových napětích je zřetelná harmonická složka. Výstupní zátěž, jako je např. motor, by detekovala čistá terminálová napětí, jako kdyby tato napětí byla produkována rotačním generátorem. To je relativně důležité, poněvadž standardní motory, které jsou v současnosti v provozu, není nutné nahrazovat speciálními motory pro provoz ve spojení s pohony s variabilními pohony.
b. Obousměrný výkonový tok s regulací zbytkového napětí
Většina procesů ve skutečnosti je vratných, pokud energetické ztráty jsou zanedbatelné. To je rovněž případ měniče. V souvislosti s obr. 11 nabíjení třech kondenzátorů Cl, Cl a C3 může být provedeno z fázového napěťového koncového bodu na pravé straně aktivováním třech kondenzátorů, na které je dopředně přiloženo předpětí. Indukční cívka Loxu a kondenzátor Cx tvoří rezonanční obvod, který nabíjí kondenzátor na dvojnásobek síťového koncového napětí. To je inverze výše popsaného vybíjecího cyklu. Komponenty, které nejsou použity, jsou pouze rekuperační spínače. Poněvadž výkonový tok proudí v opačném směruje zřejmé, že pro výstupní fázový úhel jsou použity spínače, které byly jalové při stejném fázovém úhlu a toku energie v opačném provozním směru. Kondenzátory jsou nabity na stejnou polaritu jako ve vstupní fázi.
Tento náboj vyjadřuje napětí elektrického fázového úhlu na levém střídavém koncovém bodě.
K vybíjení těchto kondenzátorů se použije inverzní proces. V souvislosti s obr. 12 a tabulkou 2 je nutné uvést, že aktivováním tyristoru Sc2n se spojí nejvíce kladně nabitý kondenzátor C2 se spodní indukční cívkou Lin a aktivováním tyristoru Sc3p se spojí záporný kondenzátor C3 s horní indukční cívkou Lip. Ve stejném okamžiku se aktivují tyristory Siln a Si2p k uložení energie do kladné fáze 1 a záporné fáze 2 za předpokladu, že stejný fázový úhel na levé straně je 80 elektrických stupňů. Když energie uložená do fáze 2 dosáhne předem stanovené hodnoty, tyristor Si3 se spustí ke spojení záporné fáze 3 a přiložení zpětného předpětí na tyristor Si2p. Krátký okamžik potom co napětí na kondenzátoru C2 se stane nulový, druhý kladný kondenzátor se spojí skrze spínač Sein, vybíjení pokračuje a, poněvadž se proces zahájil s vyrovnaným vedením, napětí na obou kondenzátorech se stane současně nulovým. S dodatečnou energií ve dvou indukčních cívkách spínač Swa spojený skrze indukční cívku Lip a Lin, se aktivuje. To spojí dvě indukční sekce a zamezuje částečnému opětovnému nabití kondenzátorů. Když se proud stane nulovým, tento spínač se vyvede z vlastní komutace a další kondenzátorový cyklus může být zahájen.
Ke zvýšení výstupního výkonu, kondenzátor C2 se opětovně nabije na záporné napětí, např. na napětí tvořící 30 % vstupního fázového napětí. Kromě toho spuštění spínače Swa je zpožděno, takže kondenzovaný Cl a C3 se rovněž opačně nabijí na stejný procentní podíl jejich vstupního
-32CZ 298857 B6 napětí. Toto zbytkové napětí je počátečním napětím pro další nabíjecí cyklus a zvyšuje vstupní nabíjecí energii. Jak to bylo výše uvedeno, tato regulace zbytkového napětí umožňuje regulaci výstupního výkonu při daném inverzním frekvenčním poměru. Kromě toho, výkon může být převeden z nízkonapěťového třífázového systému na vyšší třífázový systém.
Obr. 15 zobrazuje pro stejný fázový úhel 80 elektrických stupňů a výstupní fázový úhel 170 elektrických stupňů napětí na kondenzátor a nabíjecí proud. Tento výsledek by měl být porovnán s podmínkou zbytkového napětí při stejných fázových úhlech, jakje to zobrazeno na obr. 12. Časování je identické a energie odebraná ze vstupního koncového bodu se zvýší o 30%. Vyšší kondenzátorové napětí umožňuje převedení energie na vyšší výstupní koncový bod. Při zvolených invertujících komponentách maximální hodnotě. Avšak provedení regulace zbytkového napětí umožňuje zesílení výstupu. Zesilující činitel je pouze omezen napěťovými a proudovými omezeními zvolených komponent.
V případě úbytku napětí na vstupu o 50 % zesilovací režim operace umožňuje udržet výstupní napětí a výkon s omezeným zatížením elektrických komponent.
Měnič může pracovat v obou směrech s přidáním rekuperačního spínače. Regulace zbytkového napětí umožňuje převod regulovaného výkonu z nízkonapěťového koncového bodu na vysoko20 napěťový koncový bod. Z toho vyplývá, že tato konfigurace může být použita pro motory s proměnnou rychlostí, které poskytují dynamické brzdění s úplným výkonem.
c. Vícebránová operace
Tento výkonový měnič má středovou část zahrnující tři kondenzátory Cl, C2 a C3. Na levé straně vstupní/výstupní brána je spojena se třemi kondenzátory používající částečně sekvenční proces. Tento obvod je dále označován jako sekvenční brána SP. Tato brána zahrnuje nízkopásmovou filtrovací sekci. Na pravé straně je sekce paralelních bran PP, poněvadž buď nabíjení nebo vybíjení všech kondenzátorů je provedeno výhodně současně. Jedna může spojovat kondenzátory několika sekvenčních bran SP nebo několika paralelních bran PP. To by umožnilo spojení několika napájecích zdrojů rovněž i spojení zátěží ke stejnému společnému bodu. Výkon může být selektivně regulován od sekvenčních bran SP do paralelních bran PP nebo od paralelních bran PP k sekvenčním branám SP, což činí tak vícebránový měnič. Žádný tvar vlny nemůže být při paralelní bráně PP obnoven od napájecího zdroje paralelní brány PP, pokud vstup a výstup jsou ve fázi. Tato regulace může být žádoucí pro několik aplikací, jakou je např. aplikace UPS.
XII. Alternativní elektrická konfigurace
Další provedení měniče střídavého proudu na střídavý proud je zobrazena na obr. 16. Jeho výhoda ve srovnání s měničem střídavého proudu na střídavý proud zobrazených na obr. 11 spočívá v omezených spínačových ztrátách.
S výkonovým měničem zobrazeným na obr. 11 je kladný proud tak i záporný proud musí procházet skrze dva tyristory pro nabíjecí cyklus. Poněvadž standardní tyristor má napěťový spád v dopředném směru 1,6 V, typické tyristorové ztráty jsou řádově 4,8 V.To vede k tyristorovým ztrátám 1,5% pro měnič střídavého proudu na střídavý proud s napětím480 V. Provedení zobrazené na obr. 16 omezuje nabíjecí ztráty o jednu polovinu, poněvadž proud prochází skrze pouze jeden tyristor namísto dvou tyristorů. Tato zvýšená účinnost omezuje tyristorové ztráty z 1,5 % na 1,0 %. Pro měnič s výkonem 100 kW tyto omezené ztráty vytváří výkon 500 W. Za předpokladu ceny 10 $/W zařízení pracují přes 20 let ušetří 5,000 $.
Ze srovnání provedení zobrazeného na obr. 11 s provedením zobrazeným na obr. 16 je zřejmé, že cena by měla jít nahoru, poněvadž počet tyristorů byl zvýšen z 12 na 18. Avšak počet tyristorů je zavádějící. Velikost tyristorů je rovněž funkci povrchové plochy tyristorů. Tytistor je omezen na rozptyl výkonu 80/cm2. Z toho vyplývá, že pro tuto konfiguraci požadavek na vstupní plochu
-33 CZ 298857 B6 tyristoru klesá z 13 cm2 na 6,5 cm2. Šest dodatečných aktivačních systémů zvyšuje náklady, avšak, poněvadž se velikost tyristorové sestavy nezvyšuje, celkové náklady na zařízení jsou stejné.
S výjimkou omezených ztrát provedení na obr. 16 je podobné, pokud jde o provoz, obvod zobrazenému na obr.l 1. Pro stejný vstupní a výstupní fázový úhel se operace zahájí spojením kladné vstupní fáze 1 s kondenzátorem Cl a záporné vstupní fáze 3 s kondenzátorem C3 aktivací tyristorů Slpl a S3n3. V čase ti = 66 ps se kondenzátor Cl nabije na žádoucí napětí a kondenzátor C2 se spojí s kladnou vstupní fází I aktivací tyristoru Slp2. V čase t2 = 93 ps z fáze ío 3 je odebrána žádoucí energie. Tudíž tyristor S2n3 se spustí ke spojení záporné vstupní fáze 2 s kondenzátorem C3.
Další rozdíl od obvodu zobrazeného na obr. 11 spočívá v použití dvou spojených indukčních cívek Li a Lin se třemi těsně spojenými vinutími na jednu indukční cívku. V průběhu nabíjecího cyklu se použije pouze vodič 6 u spodní indukční cívky Lin, zatímco u horní indukční cívky spínač je vytvořen od vodiče 1 k vodiči 2 v čase Tyristory Slpl přestane být ovládán kvůli spojení indukčnosti ve vodiči 1 se vstupním napětím na vodiči 2.
Celkový proud skrze horní nebo spodní indukční cívku se nezmění pro dvě konfigurace a význam indukční cívky se trochu ovlivnil.
Změna na výstupu tohoto výkonového měniče byla učiněna vyloučením filtrové indukční cívky a druhého filtrového kondenzátoru. Výstupní filtrová konfigurace je cenově účinná pro pohony s proměnnou rychlostí částečným použitím indukčnosti motory jako filtru. To je učiněno skrze vyloučení části filtru, který má napěťové zvlnění při základní invertuj ící frekvenci s hloubkou modulace asi 15 %, avšak to je řádově ve velikosti nižší než pro měnič typu PWM a o několik řádů nižší než v dV/dt a tudíž je poskytnout dostatečný výkon jako pohon s proměnnou lychlostí.
Vybíjecí operace je stejná jako vybíjecí operace popsaná v souvislosti sobr. 11. Tento měnič může rovněž pracovat v opačném směru, avšak jsou žádoucí dodatečné rekuperační spínače.
XIII. Regulace toků činného a jalového výkonu.
a. Úvod
Energie do pracovního kondenzátoru sekce paralelního portu PP, jak to bylo popsáno v předchá35 zející části, se může buď zvyšovat nebo snižovat regulací zbytkového napětí na kondenzátoru. To stejně lze aplikovat na sekci sekvenční brány. Poněvadž sekce paralelní brány může pracovat jako jak vstupní sekce tak i výstupní sekce, regulace toku činného a jalového výkonu sekce paralelní brány je popsána na vstupní a výstupní bráně. Tato teoretická implementace popisuje nejen pružnost systému obvodu, avšak rovněž i specifické techniky žádoucí ke splnění požadav40 ků na regulaci toku činného a jalového výkonu pro reálné zátěže, jako je např. indukční motor. Následující popis začíná s regulací toku činného výkonu za předpokladu, že sekce paralelní brány je spojena s třífázovým střídavým napájecím zdrojem. Avšak, poněvadž paralelní brána je dvousměmá, tato regulace je aplikována rovněž na výstupní sekci sekvenční brány.
Po vybíjecím cyklu regulace toku činného výkonu zbytkového napětí je ve fázi nebo mimo fázi o 180 elektrických stupňů s napětím na třífázovém systému. Distribuce zbytkového napětí odlišná od distribuce fázového úhlu odebírá jalový výkon.
b. Regulace toku činného výkonu použitím regulace počátečního napětí
Vstupní napětí na první fázi je dáno rovnicí (21) a vstupní proud je dán rovnicí (22)
VÁ S r.sin(ttJř) f2n
-34CZ 298857 B6 /(/) =/sin (ar). (22)
I = Io (1 + γ), kde Io je proudová amplituda a kde γ je parametr, který popisuje množství zbytkového napětí na kondenzátoru. Z toho vyplývá, že s počátečním napětím na kondenzátoru rovným nulové hodnotě žádoucí proud je dosažen regulací frekvence měniče, jak je to dáno rovnicí (23)
/. = 2C/F,.
Upravená rovnice (22) je následující /(0=40 +y)án(a>0 w /(/) = 2<σ/(1+χ);ώ>(<»/). (24a)
Hodnota γ definuje počáteční napětí na kondenzátoru, co se týče vstupního napětí daného rovnicí (25). To se použije pro všechny vstupní fáze.
Vfotí) = (25)
Výstupní výkon je potom určen,
PfV = /fl) FWV » 2C.fi 1 + Y)V?sin2(ú)/) - Pfifil + γ) (26)
Podle rovnic (25) a (26) platí, že výstupní výkon může být regulován regulací vstupního napětí na kondenzátoru bez nabíjecí frekvence f měniče. To stejné se aplikuje na ostatní dvě fáze, takže výstupní výkon je nezávislý na čase. Je důležité, že výstup se může měnit ve velkém rozsahu. Pro operaci se zvýšeným výkonem hodnota γ je kladná, což poskytuje zesílení výkonu a vyžaduje, podle rovnice (25) záporné zbytkové napětí. Pro operaci se sníženým výkonem je žádoucí záporná hodnota γ. To snižuje výstupní výkon, v souladu s rovnicí (26), a vyžaduje zbytkové napětí o stejné polaritě jako vstupní napětí. Poněvadž γ se stane -1, zbytkové napětí se stane identickým se vstupním napětím a žádný výkon neproudí. Z toho plyne, že pro rozmezí -1 < □ γ < 0 výstupní výkon se může regulovat při frekvenci měniče omezené operační podmínkami, které omezují výstupní harmonické složky na zvolenou hodnotu. Na druhém konci rozmezí výkonu, kde se uskutečňuje činnost při maximální frekvenci, γ > 0, se operace provádí při režimu zesíleného výkonu a výkon se může zvýšit. Tento zesilující režim je rovněž použit k převodu výkonu z nízkonapěťového koncového bodu na vysokonapěťový koncový bod.
c. Kombinovaná regulace činného a jalového výkonu
V předcházející sekci zesilující a zeslabující režimy byly popsány s γ < 0 resp. γ > 0. Když se hodnota γ definuje rovnicí γ = r.cos(P), podmínka na zbytkové napětí při zesilujícím režimu se může definovat jako γ - -r, β = π a r=V]/V0, zatímco tato podmínka v zeslabujícím režimu je dána γ = r a β = 0.
Hodnota β rovná 0 a π vede k regulaci toku činného výkonu s jalovým výkonem rovným nulové hodnotě.Hodnota a je fázový úhel mezi počátečním napětím a vstupním napětím.
Poněvadž je možné regulovat fázový úhel v průměru opětovné distribuce, existuje volba opětovné distribuce celkové zbytkové energie pro fázový úhel.
Zbytkové napětí na třech kondenzátorech může být definováno následovně E^lCV^lCť.r'. (27)
Počáteční napětí na první fázi může být dáno rovnicí
-35CZ 298857 B6
F, (/) » V*ráa(oft+β) · ^28^
Výměna náboje mezi kondenzátorem a vstupním koncovým bodem je dána rovnicí
Δβ » C(FZ - F) = 2CF,(«n(e»/) - r +£)). (29)
Vynásobením druhého členu frekvencí f měniče se dosáhne průměrný síťový proud /(/) = 2CFe/((l - rcos(j?))sin(a>/)-rsin(/0 cos(fl/)). (30)
Je zjištěno, že první proudový člen je ve fázi se vstupním napětím a je nyní jak funkcí poměru r zbytkového napětí tak i fázového úhlu β. Druhý člen je mimo fázi se vstupním napětím a představuje jalový proud. Tento proud je přímo úměrný zbytkovému napětí. Při fázovém úhlu 0 nebo π jalový výkon je nulový a nastane operace v zesilujícím resp. zeslabujícím režimu. Vynásobením proudu napětí a sečtením se všemi třemi členy se dosáhne tok činného výkonu
P(^ = 3FCF.7(l-rcOS(^). (31)
To omezí výkonový tok zeslabujícího režimu β = 0 a výkonový tok zesilujícího režimu pro β = π.
Pro rovnice (30) a (31) se rovněž dosáhne toho, že členy činného proudu a jalového výkonu se stanou nulovými, když = cos'(l/r). (32)
Poněvadž člen druhého proudu není nulový, znamená to, že se odebírá pouze jalový výkon a že se úplná energie ve všech třech kondenzátorech nemění. To poskytuje operaci používající statický kompenzátor jalového napětí.
Clen jalového výkonu na fázi je dán rovnicí
Qf -2Cr7(2sin()?)sin sin(<v/)cos(a>í)). (33)
Kromě toho tato regulace a výkon jsou dosaženy bez produkce harmonických složek. Obr. 17 zobrazuje tok činného výkonu jako funkci rozmezí od 0 do 2,0. Tok záporného výkonu vytváří obracení výkonu. To umožňuje regulaci obousměrného toku výkonu. Je zřejmé, že pro nulový fázový úhel výkon může být regulován zcela s poměrem zbytkového napětí od 0 do 1. Poněvadž zbytkový poměr r se stane vyšším, tok výkonu proudí v opačném směru. Při fázovém úhlu 180 elektrických stupňů výstup může být teoreticky zesílen na libovolnou hodnotu.
Obr. 18 zobrazuje tok jalového výkonu v závislosti na fázovém úhlu. Se stejnou zbytkovou energií je možné dosáhnout skoku z regulace úplného předbíhajícího jalového výkonu na regulaci úplného zpožděného jalového výkonu selekcí opětovné distribuce úhlu β. Otázkou je, proč je důležitá regulace jalového výkonu. Jedním důležitým důvodem je to, že se spřádací indukčním strojem, jakým je např. generátor nebo motor se setrvačníkem, který může vyžadovat okamžitý výkonový výstup, vytvoření napětí a zvýšení úplného výkonu spotřebovává dlouhou časovou periodu. Avšak, když se jalový výkon zavede do stroje pro případ odebírání vysokého výkonu, úplný výstupní výkon může být odebrán okamžitě. Když žádný jalový výkon neproudí skrze vinutí stroje, existuje možnost volby použití výkonu z jiného zdroje, např. baterie, k produkování jalového výkonu v několika cyklech a získání schopnosti dosažení rychlého vzestupu činného výstupního výkonu z indukčního generátoru.
-36CZ 298857 B6
Poněvadž jak fázový úhel tak i poměr r mezi zbytkovým a počátečním napětím jsou regulačními faktory pro činný a jalový výkon, činný výkon je vynesen na obr. 19 tak, jako by byl závislý na jalovém výkonu. Je zřejmé, že je možné dosáhnout současně regulace libovolného toku činného a jalového výkonu se selekcí vhodných hodnot r a β. Bod (0, 1), kde r = 0, představuje normální režim operace, kde výstupní výkon je regulován frekvencí měniče. Pohyb přímo nahoru představuje operaci v zesilujícím režimu s β = π. Pohyb dolů představuje operaci v zeslabujícím režimu s β = 0. Pohyb podél osy x se dosáhne pouze podmínkou regulace toku jalového výkonu. Tomu odpovídá řešení rovnice (33). Obr. 19 zobrazuje regulaci toku vstupního výkonu pro žádoucí ío vstupní výkon odebíraný zbuď generátoru nebo libovolného jiného systému svíce koncovými body. Parametr r a fázový úhel β odpovídají napěťové a fázové konfiguraci na vnitřních kondenzátorech měniče. To umožňuje nepřetržitou regulaci žádoucího výstupního výkonu vyžadovanou zátěží a rovněž dovoluje současné odebírání jalového výkonu z generátoru k dosažení optimálních operačních podmínek. Operátor elektrárny má možnost volby nastavení budicího napětí generátoru k dosažení shody s fázovým úhlem generátoru a napájení jalového výkonu sítě. To není případ indukčního generátoru, se kterým je žádoucí dosáhnout shody se zátěží generátoru pro optimální výkon, poněvadž indukční generátor rovněž pracuje jako regulovatelný generátor jalového výkonu.
Výstupní konec měniče střídavého proudu na střídavý proud nebo měniče stejnosměrného proudu na střídavý proud pracuje stejně jako vstupní měniče střídavého proudu na střídavý proud nebo vstup měniče střídavého proudu na stejnosměrný proud. Aplikují se stejné dynamické procesy, avšak napětí na kondenzátoru musí být vyšší než výstupní napětí na vedení k usnadnění převodu kladného výkonu. Když se ponechá poměr r rovný počátečnímu napětí na kondenzátoru normali25 zován k výstupnímu napětí na vedení, dosáhne se podobný diagram. Je rovněž definován úhel a jako úhel mezi výstupním fázovým úhlem a úhlem kondenzátorové distribuce a je možné potom vytvořit diagram převodu činného a jalového výkonu. Obr. 20 zobrazuje diagram převodu činného a jalového výkonu pro různé počáteční hodnoty R. Pouze část diagramu, ve které tok činného výkonu je kladný, je předmětem zájmu, avšak jiná část je rovněž aplikovatelná pro obousměrný tok. Tento diagram je stejný jako diagram zobrazený na obr. 19, avšak převrácený kolem osy x.
Na kladné ose y, s fázovým úhlem a rovným nule žádný výkon není převeden. Při R = 2 a a = 0 úplný výkon je převeden s celou energií, kteráje vybita. Když se napětí na kondenzátoru zvyšuje, převod se zvyšuje lineárně, zatímco uschovaná energie se zvyšuje s mocninou napětí. Rozdíl v energii zůstává jako zbytkové napětí na kondenzátoru a může být použit jako počáteční podmínka dalšího nabíjecího cyklu. Pro r > 2 zbytkové napětí na kondenzátorech je opak počátečního napětí. Pro 1 > r > 2 převod úplné energie kondenzátoru není energeticky možný a zbytkové napětí má stejnou polaritu jako počáteční napětí. Toto zbytkové napětí může být nástrojem pro odebrání dodatečné energie na další nabíjecí cyklus, což poskytuje vyšší napětí k umožnění převodu zvýšeného výkonu.
Operace pro činný výkon > 1 může být modifikována a použitím rekuperační operace. Poněvadž napětí na kondenzátoru dosahuje nuly nebo v libovolném pozdějším čase, nabíjení kondenzátoru může být zabráněno nebo zastaveno, a energie ve výstupní indukční cívce může být úplně pře45 vedena na výstupní koncové napětí. Aktivací při správném čase je možné zvolit zbytkové napětí a počáteční energii pro další nabíjecí cyklus. Tím je dosažena žádoucí regulace výstupního výkonu a regulace vstupního jalového výkonu.
Poněvadž velmi málo zátěží má čistě odporový charakter, je výhodné dodávat jak činný tak i jalový výkon opětovnou distribucí úplné energie přetrvávající z předcházejícího nabíjecího cyklu se specifickým úhlem a. Tento úhel odpovídá úhlu naměřenému vzhledem ke kladné ose y a zvětšuje se ve směru proti směru hodinových ručiček. Poněvadž se tento úhel zvětšuje, jalový výkon se zvyšuje, zatímco činný výstupní výkon se snižuje. Existují dva body, ve kterých činný výkon je nulový a měnič produkuje pouze jakový výkon s buď předbíhajícím nebo zpožděným
-37CZ 298857 B6 fázovým úhlem. Jak nabíjecí cyklus tak i vybíjecí cyklus je žádoucí koordinovat. Regulace operace může být provedena regulací probíhající v reálném čase. Avšak žádoucí výpočet může být značně omezen použitím předem sestavených referenčních tabulek. Optimální regulační architektura je předmětem selekce regulačních algoritmů, výpočtů a složitosti zvolených operačních podmínek.
XIV. Způsob DSCI s další obvodovou topologií
Zařízení RCTA a způsob DSCI jsou univerzální a mohou být použity s velkým počtem zařízení pro uschování energie, jak je to zobrazeno na obr. 11, nebo s transformátorem, jak je to zobrazeno na obr. 9 a 10. Zařízení RCTA a způsob DSCI mohou být použity jako část vstupu nebo výstupu takových hybridních obvodů. Ve skutečnosti zařízení RCTA a způsob DSCI mohou být nabíjecím zdrojem libovolného přenosového vedení nebo impulzy vytvářejícího obvodu. Podobně, zařízení RCTA a způsob DSCI mohou být použity ve spojení s určitým počtem násobiček/děliček s tím, že nabíjejí tato zařízení buď přímo nebo skrze magneticky spojená zařízení. Zařízení pro uschování energie může být tvořeno jediným kondenzátorem, jak je to zobrazeno na obr. 1, nebo sériově zapojenou konfigurací zobrazenou na obr. 10, nebo může být tvořeno množinou kondenzátorů integrovanou společně s pasivními a aktivními elektrickými nebo elektronickými zařízeními.
Atraktivní znaky topologie způsobu DSCI mohou být kombinovány s velkým počtem obvodů pro násobení napětí. Zatímco obvody pro násobení napětí značně deformují tvar vlny střídavého vstupu, zařízení odebírá výkon prostý harmonických složek při jednotkovém nebo svoleném účiníku. Kromě toho obvod pracující podle způsobu DSCI dodává výkon do násobícího obvodu při mnohem vyšší frekvenci a tudíž používá mnohem více elektrických komponent násobícího obvodu, čímž se redukuje hmotnost a obvod takového zařízení pro danou hodnotu výkonu. Kombinace vstupu s výkonem prostým harmonických složek a použití velkého počtu komponent činí napěťovou násobičku modifikovanou použitím způsobu DSCI aplikovatelnou pro větší počet výkonových aplikací.
Zejména důležitá je integrace topologie obvodu na bázi způsobu DSCI s obvody popsanými v patentových dokumentech přihlašovatele Limpaecher. Způsobu DSCI může být součástí nabíjecí nebo vybíjecí operace v těchto obvodech. Tento způsob může být rovněž použit jako součást cyklické operace mezilehlého zařízení.
Na rozdíl od zařízení používající topologii obvodu na bázi způsobu DSCI, která vyžaduje aktivování spínačů s pevnými stavy, tato technologie je relativně pokročilá a může být použito neomezené množství kombinací analogových, digitálních nebo hybridních regulačních obvodů. Pro většinu aplikací je žádoucí monitorovat vstupní, výstupní a operační stav obvodu k optimalizaci výkonu a přijetí správné činnosti v případě výskytu chyby. Je žádoucí dodatečná komunikace k umožnění dávkového monitorování regulace operačního stavu.
XV. Komunikační regulace
Pro třífázový nabíjecí a vybíjecí cyklus obvodu zobrazeného na obr. 1 pouze jeden tyristor má úplnou polovinu sinusové vlny. Maximum dl/dt je při začátku nebo konci poloviny sinusové vlny a je dáno součinem ωΐθ. Pro maximální hodnotu amplitudy proudu Io rovnou 1 kA a rezonanční nabíjecí periodu rovnou 250 ps je dl/dt = 12,6 A/ps. To je uvnitř tyristorů s maximem dl/dt = 500A/ps, s doporučeným opakováním dl/dt = 200 A/ps. Proudy ostatních dvou vodicích tyristorů jsou částí stejné sinusové vlny a proud sleduje, jak je to zřejmé z obr. 8, převod vodivosti z jednoho tyristorů na druhý tyristor v čase t/. To poskytuje vysokou zapínací a vypínací hodnotu dl/dt, která by mohla poškodit tyristory a zvýšit tyristorové ztráty. Byl učiněn pokus o regulaci tyristorové komunikace v převodu střídavého proudu na střídavý proud a stejnosměrného proudu na střídavý proud instalací komunikačních indukčních cívek Lm, zobrazených na obr. 21.
-38CZ 298857 B6
Pro každou výstupní fázi malá komutační indukční cívka Lm je zapojena mezi tyristorovou sestavou a výstupní filtrační kondenzátory. Tyto indukční cívky jsou typicky řádově nižší o 20 % ve srovnání s výstupními indukčními cívkami Lb a dvě z nich jsou částí rezonančního vybíjecího obvodu ve všech časových okamžicích. S těmito indukčními cívkami komutace dl/dt je dána Δ V/(2Lm), kde Δ V je napěťový rozdíl mezi dvěma napětími na výstupních kondenzátorech začleněných do komutačního procesu. Regulační systém vyžaduje vzít v úvahu komutační čas a aktivuje poslední tyristor dříve o jednu polovinu komutační periody. Předaktivační doba je jednoduše stanovena jako tpr = Lm * Idc/Δ V, kde Idc je vybíjecí proud v komutační době. Použití tohoto přístupu vyžaduje malé indukční cívky, které jednoduše omezují dl/dt na 50 A/ps.
dl/dt rekuperačního tyristorů může být omezena rovněž zapojením malé indukční cívky do série. S rekuperačním proudem jsoucím obvykle částí úplné amplitudy tato komutační indukční cívka může být menší. Kromě toho je výhodné zvolit dl/dt tyristorů blíže k maximální hodnotě dl/dt specifikace tyristorů s pravidelně opakujícím se impulzem k omezení obracení napětí na kondenzátoru. Tato hodnota dl/dt indukčnosti rekuperačního obvodu a zpoždění vypnutí tyristorů vede k danému obrácení napětí na kondenzátoru Co. Tato skutečnost není zanedbatelná, avšak nevytváří žádný problém, když tyto účinky jsou brány v úvahu regulačním algoritmem.
XVI. Regulace
Za účelem vysvětlení regulace výstupního výkonu v následující části je ve stručnosti popsána regulace frekvence měniče a regulace zbytkového napětí. Při regulaci frekvence výstupní výkon nebo proud se zvýší buď zvýšením poměru energie nebo výměnou energie, ke které dochází v průběhu jednoho cyklu výměny energie. Typicky energie na jeden nabíjecí cyklus, rozdělený mezipulzní periodou na po sobě jdoucí vybíjecí operace, poskytuje žádoucí výstupní výkon.
Naproti tomu regulace zbytkového napětí umožňuje regulaci množství energie nebo výměny náboje na další operaci výměny náboje. Z toho vyplývá, že regulace zbytkového napětí umožňuje takovou regulaci nabíjecí energie na jeden nabíjecí cyklus, že výstupní výkon při libovolné frekvenci měniče může být regulován zbytkovým napětím.
Oba operační režimy mohou být kombinovány k dosažení nejvyšší operační pružnosti. Regulační operace může být provedena zařízeními s pevnými stavy, které nejsou otvíracími spínači, a operace může být klasifikována jako „měkké spínání“, kde k zapnutí nebo vypnutí dochází při nulové hodnotě. Měkké spínání typicky snižuje spínačové ztráty, vylučuje požadavek na tlumení a omezuje požadavek na dl/dt obvodu a spínačů. To umožňuje použít vyzkoušené a sofistikované tyristory s vyšším jmenovitým operačním napětím, vyšším jmenovitým operačním proudem, nižšími ztrátami, nižší cenou a vyšší pružností ve srovnání s libovolným spínačem dostupným na trhu nebo ve výzkumu. Spínače, které mají jak otvírací tak i zavírací schopnost mohou být nahrazeny libovolným spínačem poskytujícím v obvodě uzavírající spínačovou operační funkci. Ve skutečnosti existuje aplikace, kde tyto spínače mohou být žádoucí k dosažení vyšší rychlosti, dodatečné regulační pružnosti nebo rychlejší spínačové rekuperace.
Tato regulace není omezena pouze na regulaci frekvence nebo regulaci zbytkového napětí. Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že dodatečná regulace může být dosažena v libovolném z popsaných obvodů, když výměna náboje je regulována přímo vstupním spínači. Regulační vstupní energie nebo velikosti výměny náboje tok výkonu nebo proudu může být rovněž regulován. Takový typ regulace by ve většině případů vyžadoval použití regulovaných otvíracích spínačů a nevedl by k „měkkému spínání“. Avšak dodatečná regulační pružnost nebo ostatní užitečné operace mohou vést k preferenční selekci dodatečné sekce vstupních spínačů.
K regulaci operace je žádoucí regulátor, který monitoruje vstupní a výstupní koncové body kromě měniče napětí a proudu, ke správné činnosti spínačů. Tato regulační funkce může být provedena buď, např. analogovými obvody, digitálními regulátory nebo mikroprocesory.
-39CZ 298857 B6
V jednom výhodném provedení je použito programovatelné logické zařízení integrované s digitálními vyhledávacími tabulkami. Tyto vyhledávací tabulky mohou obsahovat většinu rozhodujících časových hodnot, které mhou být použity programovatelným logickým zařízením. Mikroprocesor může být použit pro monitorování operace a měření vstupních a výstupních analogo5 vých parametrů. Tento mikroprocesor může provádět všechny výpočty pro regulaci v reálném čase, avšak většinová část operace může být uložena do vyhledávací tabulky. Údaje ve vyhledávací tabulce mohou mít formu vícerozměrné tabulky nebo takovou formu, že součinitel polynomu může být použit ke generování vyhledávacích tabulkových hodnot.
Správná operace nabíjecího cyklu závisí pouze na správném časování jednoho jediného spínače. Když se nabíjecí cyklus dokončí, procesor může přesně určit chybu toho spínacího případu. Podobně pro vybíjecí operaci správné časování závisí zejména na aktivaci třetích výstupních spínačů. Kromě toho správné zbytkové napětí závisí na správné aktivaci rekuperačního spínače. Když vybíjení je dokončeno, mikroprocesor může vypočítat na základě naměřeného převodu náboje a zbytkového napětí na kondenzátoru chyby operace se dvěma spínači. Ve skutečnosti vypočítat přesný výkon může být obtížné a tento výkon se může měnit v důsledku teplotních účinů pasivních výkonových komponent a zpoždění a jiných parametrů změn aktivních spínačů. Mikroprocesor může monitorovat výkon a modifikovat uloženou vyhledávací tabulku k aktivnímu minimalizování chyby pro změny vstupu, výstupu nebo vnitřních operačních podmínek měni20 če na kontinuální bázi, a tím ke generování v reálném čase zlepšené vyhledávací tabulky s mnohem vyšším rozlišením.
Výše uvedená provedení vynálezu jsou pouze příkladná a odborníkovi v daném oboru jsou zřejmé rovněž i další modifikace těchto provedení. Rozsah ochrany není omezen výše uvedenými příklady provedení a je určen následujícími přiloženými patentovými nároky.
Claims (5)
1. Způsob převedení elektrického náboje mezi zařízením pro uchování náboje (25) a prvním výkonovým terminálem (11), majícím první množinu uzlových bodů (Vil, Vi
2, Vi3), vyzná35 č e n ý tím, že zahrnuje vzájemnou výměnu náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) skrze indukční sekci (22, 26), nahrazení prvního uzlového bodu (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) druhým uzlovým bodem (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) po provedení převe40 dění předem stanoveného náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3), a vzájemnou výměnu náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem (Vil, Vi3) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) skrze indukční sekci (22, 26).
45 2. Způsob podle nároku 1, při kterém druhý výkonový terminál má druhou množinu uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3), vyznačený tím, že způsob dále zahrnuje vzájemnou výměnu náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vol) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3) skrze indukční sekci (22, 26), generování druhého řídicího signálu, který způsobí elektrické sepnutí od prvního uzlového bodu 50 (Vol) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3) do druhého uzlového bodu (Vo2, Vo3) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3) po provedení vzájemné výměny druhého
-40CZ 298857 B6 zvoleného náboje, stanoveného řídicí jednotkou, mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vol) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3), a vzájemnou výměnu náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem (Vo2, Vo3) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3) skrze indukční sekci (22, 26).
3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že dále zahrnuje konfigurování prvního výkonového terminálu (11) do formy výkonového terminálu pro střídavý proud a konfigurování druhého výkonového terminálu (12) do formy výkonového terminálu pro střídavý proud.
10
4. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že dále zahrnuje konfigurování prvního výkonového terminálu (11) do formy výkonového terminálu pro střídavý proud a konfigurování druhého výkonového terminálu (12) do formy výkonového terminálu pro stejnosměrný proud.
5. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že dále zahrnuje konfigurování prvního
15 výkonového terminálu (11) do formy výkonového terminálu pro stejnosměrný proud a konfigurování druhého výkonového terminálu (12) do formy výkonového terminálu pro stejnosměrný proud.
6. Způsob podle nároku 2, při kterém množina výkonových terminálů zahrnuje první výkonový
20 terminál (11) a druhý výkonový terminál (12), vyznačený tím, že vzájemná výměna náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním výkonovým terminálem (11) se provede mezi libovolným jedním z množiny výkonových terminálů a zařízením (25) pro uchování náboje, a vzájemná výměna náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje (25) a druhým výkonovým terminálem (12) se provede mezi libovolným jedním z množiny výkonových
25 terminálů a zařízením (25) pro uchování náboje.
7. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že první výkonový terminál (11) a druhý výkonový terminál (12) je identické výkonové terminály.
30
8. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že vzájemná výměna náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním výkonovým terminálem (11) se střídá se vzájemnou výměnou náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a druhým výkonovým terminálem (12).
9. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že vzájemná výměna náboje mezi zaříze35 ním (25) pro uchování náboje a prvním výkonovým terminálem (11) probíhá současně se vzájemnou výměnou náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a druhým výkonovým terminálem (12).
10. Způsob podle nároku 1, vyznačený 40 tvořeno množinou kondenzátorů.
11. Způsob podle nároku 1, vyznačený tvořeno jedním jediným kondenzátorem.
45
12. Způsob podle nároku 1, vyznačený množinou indukčních cívek.
13. Způsob podle nároku 1, vyznačený jednou jedinou indukční cívkou.
14. Způsob podle nároku 1, vyznačený vinutím jednofázového transformátoru.
tím, že zařízení (25) pro uchování náboje je tím, že zařízení (25) pro uchování náboje je tím, že indukční sekce (22, 26) je tvořena tím, že indukční sekce (22, 26) je tvořena tím, že indukční sekce (22, 26) je tvořena
-41 CZ 298857 B6
15. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že poměr zvoleného náboje, vzájemně vyměněného mezi elektrostatickým zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) a náboje, vyměněného mezi elektrostatickým zařízením (25) pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem (Vi2, Vi3) z první
5 množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3), je roven poměru elektrických proudů, proudících z prvního uzlového bodu (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) a druhého uzlového bodu (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3).
16. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že poměr zvoleného náboje, vyměněného ío mezi elektrostatickým zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vol) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3), a náboje, vyměněného mezi elektrostatickým zařízením (25) pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem (Vo2, Vo3) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3), je roven poměru elektrických proudů, proudících do prvního uzlového bodu (Vo2) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3) a druhého uzlového bodu
15 (Vo2, Vo3) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3).
17. Zařízení pro převedení náboje, vy z n a č e n é tím, že zahrnuje indukční sekci (22, 26), zařízení (25) pro uchování náboje, spojené s indukční sekcí (22, 26) pro vytvoření rezonančního obvodu s indukční sekcí (22, 26),
20 první výkonový terminál (11), mající první množinu uzlových bodů (Vil, VÍ2, Vi3), první množinu spínačů (Silp, Si2p, Si3p, Siln, Si2n, Si3n), spojující první výkonový terminál (11) s rezonančním obvodem, řídicí jednotku pro řízení činnosti první množiny spínačů (Silp, Si2p, Si3p, Siln, Si2n, Si3n) pro vzájemnou výměnu náboje mezi zařízení (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) skrze
25 indukční sekci (22, 26), pro nahrazení prvního uzlového bodu (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) druhým uzlovým bodem (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) po vzájemné výměně předem stanoveného náboje mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) a pro následnou vzájemnou výměnu mezi zařízením (25) pro uchování náboje a druhým uzlovým
30 bodem (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) skrze indukční sekci (22, 26).
18. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 17, vyznačené tím, že řídicí jednotka je určena pro řízení činnosti první množiny spínačů (Silp, Si2p, Si3p, Siln, Si2n, Si3n) pro vzájemnou výměnu prvního předem stanoveného množství náboje mezi prvním uzlovým bodem
35 (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) a zařízením (25) pro uchování náboje a pro vzájemnou výměnu druhého předem staveného množství náboje mezi druhým uzlovým bodem (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) a zařízením (25) pro uchování náboje, přičemž poměr prvního předem stanoveného množství náboje, vzájemně vyměněného mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vil) z první množiny uzlových bodů
40 (Vil, Vi2, Vi3), a druhého předem stanoveného množství náboje, vzájemně vyměněného mezi zařízením (25) pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem (Vi2, Vi3) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3), je roven poměru elektrických proudů, proudících z prvního uzlového bodu (Vil) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3) a druhého uzlového bodu (Vi2, VI3) z první množiny uzlových bodů (Vil, Vi2, Vi3).
19. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 18, vyznačené tím, že dále zahrnuje druhý výkonový terminál (12), mající druhou množinu uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3), a druhou množinu spínačů (Solp, So2p, So3p, Soln, So2n, So3n), spojujících druhý výkonový terminál (12) a rezonanční obvod, přičemž
50 řídicí jednotka je určena pro řízení činnosti druhé množiny spínačů (Solp, So2p, So3p, Soln, So2n, So3n) pro vzájemnou výměnu třetího předem stanoveného množství náboje mezi prvním uzlovým bodem (Vol) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3) a zařízením (25) pro
-42CZ 298857 B6 uchování náboje a pro vzájemnou výměnu čtvrtého předem stanoveného množství náboje mezi druhým uzlovým bodem (Vo2, Vo3) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3) a zařízením (25) pro uchování náboje, přičemž poměr třetího předem stanoveného množství náboje, vzájemně vyměněného mezi zařízením (25) pro uchování náboje a prvním uzlovým bodem (Vol)
5 z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3), a čtvrtého předem stanoveného množství náboje, vzájemně vyměněného mezí zařízením (25) pro uchování náboje a druhým uzlovým bodem (Vo2, Vo3) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3), je roven poměru elektrických proudů, proudících do prvního uzlového bodu (Vol) z druhé množiny uzlových bodů (Vol, Vo2, Vo3) a druhého uzlového bodu (Vo2, Vo3) z druhé množiny uzlových bodů
10 (Vol, Vo2, Vo3).
20. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že náboj, převedený z prvního výkonového terminálu (11) k zařízení (25) pro uchování náboje, je střídavě následován nábojem, převedeným ze zařízení (25) pro uchování náboje k druhému výkonovému
15 terminálu (12).
21. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že první výkonový terminál (11) je konfigurován pro přijetí vícefázového proudu a druhý výkonový terminál (12) je konfigurován pro dodávku vícefázového proudu.
22. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že řídicí jednotka je určena pro řízení druhé množiny spínačů (Solp, So2p, So3p, Soln, So2n, So3n) pro rekonstrukci tvaru vlny střídavého proudu na druhém výkonovém terminálu (12).
25
23. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že první výkonový terminál (11) je konfigurován pro přijetí vícefázového střídavého proudu a druhý výkonový terminál (12) je konfigurován pro dodávku stejnosměrného proudu.
24. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že první výkono30 vý terminál (11) je konfigurován pro přijetí stejnosměrného proudu a druhý výkonový terminál (12) je konfigurován pro dodávku vícefázového střídavého proudu.
25. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že první výkonový terminál (11) je konfigurován pro přijetí stejnosměrného proudu a druhý výkonový terminál (12)
35 je konfigurován pro odebrání stejnosměrného proudu.
26. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že první výkonový terminál (11) je konfigurován pro přijetí vícefázového střídavého proudu a řídicí jednotka je určena pro řízení druhé množiny spínačů (Solp, So2p, So3p, Soln, So2n, So3n) pro vytvoření
40 středního proudu, popsaného Fourierovými řadami.
27. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 26, vyznačené tím, že jedna z Fourierových složek je taková, že střední proud je ve fázi s napětím dodávky vícefázového střídavého proudu.
28. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 26, vyznačené tím, že jedna z Fourierových složek je taková, že střední proud je mimo fázi o 90 elektrických stupňů s napětím dodávky vícefázového střídavého proudu.
50
29. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 26, vyznačené tím, že Fourierova složka je tvořena takovou harmonickou složkou základní frekvence vícefázového střídavého proudu, že střední proud poskytuje harmonickou složku toku proudu.
30. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že první výkonový
55 terminál (11) a druhý výkonový terminál (12) jsou identické terminály, které jsou spojeny se sítí
-43 CZ 298857 B6 střídavého proudu, přičemž řídicí jednotka je určena pro řízení první množiny spínačů (Silp, Si2p, Si3p, Siln, Si2n, Si3n) a druhé množiny spínačů (Solp, So2p, So3p, Soln, So2n, So3n) pro řízení jalového proudu sítě střídavého proudu.
5 31. Zařízení pro převedení náboje podle nároku 19, vyznačené tím, že dále zahrnuje rekuperační spínač, spojený se zařízením (25) pro uchování náboje, přičemž řídicí jednotka je určena pro řízení rekuperačního spínače pro řízení zbytkového napětí zařízení (25) pro uchování náboje.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/329,596 US6118678A (en) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | Charge transfer apparatus and method therefore |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20014300A3 CZ20014300A3 (cs) | 2002-05-15 |
| CZ298857B6 true CZ298857B6 (cs) | 2008-02-27 |
Family
ID=23286161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20014300A CZ298857B6 (cs) | 1999-06-10 | 2000-06-09 | Zpusob prevedení elektrického náboje a zarízení kprovádení tohoto zpusobu |
Country Status (26)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6118678A (cs) |
| EP (1) | EP1192625B1 (cs) |
| JP (1) | JP4598334B2 (cs) |
| KR (1) | KR100694683B1 (cs) |
| CN (1) | CN100354993C (cs) |
| AT (1) | ATE373311T1 (cs) |
| AU (1) | AU764384B2 (cs) |
| BR (1) | BR0011735A (cs) |
| CA (1) | CA2376185C (cs) |
| CZ (1) | CZ298857B6 (cs) |
| DE (1) | DE60036378T2 (cs) |
| EA (1) | EA008239B1 (cs) |
| ES (1) | ES2293910T3 (cs) |
| HK (1) | HK1045757B (cs) |
| HU (1) | HUP0202069A3 (cs) |
| IL (2) | IL146848A0 (cs) |
| MX (1) | MXPA01012673A (cs) |
| MY (1) | MY120620A (cs) |
| NO (1) | NO20015948L (cs) |
| NZ (1) | NZ515904A (cs) |
| PL (1) | PL353824A1 (cs) |
| TR (1) | TR200103563T2 (cs) |
| TW (1) | TW498597B (cs) |
| UA (1) | UA83615C2 (cs) |
| WO (1) | WO2000077802A1 (cs) |
| ZA (1) | ZA200109962B (cs) |
Families Citing this family (102)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6201382B1 (en) * | 1996-10-08 | 2001-03-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Low noise and energy loss power supply apparatus and voltage converter |
| US6208098B1 (en) * | 1998-03-02 | 2001-03-27 | Yaskawa Electric America, Inc. | Variable frequency drive noise attenuation circuit |
| WO2000031413A1 (de) * | 1998-11-26 | 2000-06-02 | Aloys Wobben | Azimutantrieb für windenergieanlagen |
| US6118678A (en) * | 1999-06-10 | 2000-09-12 | Limpaecher; Rudolf | Charge transfer apparatus and method therefore |
| US6414853B2 (en) * | 1999-11-24 | 2002-07-02 | American Superconductor Corporation | Method and apparatus for controlling a phase angle of AC power to keep DC voltage from an energy source constant |
| CN1289813C (zh) * | 2000-05-12 | 2006-12-13 | 阿洛伊斯·沃本 | 风力设备 |
| US6438006B1 (en) * | 2000-09-25 | 2002-08-20 | L-3 Communications Corporation | Miniature, high voltage, low ripple, high efficiency, high reliability, DC to DC converter |
| US6631080B2 (en) * | 2001-06-06 | 2003-10-07 | Hybrid Power Generation Systems Llc | Systems and methods for boosting DC link voltage in turbine generators |
| GB2376357B (en) * | 2001-06-09 | 2005-05-04 | 3D Instr Ltd | Power converter and method for power conversion |
| DE50110759D1 (de) * | 2001-09-25 | 2006-09-28 | Abb Schweiz Ag | Energieerzeugungseinrichtung |
| US6556457B1 (en) * | 2002-01-03 | 2003-04-29 | Kokusan Denki Co., Ltd. | Method of controlling inverter power generation apparatus |
| US6937483B2 (en) * | 2002-01-16 | 2005-08-30 | Ballard Power Systems Corporation | Device and method of commutation control for an isolated boost converter |
| TWI237916B (en) * | 2002-05-13 | 2005-08-11 | Sun Bridge Corp | Cordless device system |
| GB2389250B (en) * | 2002-05-31 | 2005-12-21 | Bowman Power Systems Ltd | High-frequency generator |
| US6703719B1 (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-09 | General Electric Company | Systems and methods for managing a battery source associated with a microturbine power generating system |
| EP1467094B2 (en) * | 2003-04-08 | 2017-03-01 | GE Energy Power Conversion GmbH | A wind turbine for producing electrical power and a method of operating the same |
| US6836098B1 (en) * | 2003-06-10 | 2004-12-28 | O'brien Robert Neville | Battery charging method using supercapacitors at two stages |
| JP4596866B2 (ja) * | 2003-09-09 | 2010-12-15 | パナソニック株式会社 | モータ駆動装置 |
| JP4021431B2 (ja) * | 2004-08-10 | 2007-12-12 | ファナック株式会社 | コンバータ装置、インバータ装置及びｄｃリンク電圧の制御方法 |
| US7631482B2 (en) * | 2004-08-30 | 2009-12-15 | Aerojet-General Corporation | Multiple phase power supply for rocket engines |
| US8572945B2 (en) * | 2004-08-30 | 2013-11-05 | Aerojet Rocketdyne, Inc. | High voltage multiple phase power supply |
| JP4056512B2 (ja) * | 2004-09-28 | 2008-03-05 | ファナック株式会社 | モータ駆動装置 |
| WO2006074457A2 (en) * | 2005-01-03 | 2006-07-13 | Aci Power Systems, Inc. | Ac voltage regulation system and method |
| US7659700B2 (en) * | 2005-02-04 | 2010-02-09 | Princeton Power Systems, Inc. | Charge-transfer apparatus and method |
| US7402983B2 (en) * | 2005-02-04 | 2008-07-22 | Princeton Power Systems, Inc. | Method for use of charge-transfer apparatus |
| US8514601B2 (en) | 2009-08-17 | 2013-08-20 | Ideal Power Converters, Inc. | Power conversion with added pseudo-phase |
| US9397580B1 (en) * | 2006-06-06 | 2016-07-19 | Ideal Power, Inc. | Dual link power converter |
| CN101523710B (zh) * | 2006-06-06 | 2014-03-05 | 威廉·亚历山大 | 通用功率变换器 |
| FR2903247B1 (fr) * | 2006-06-29 | 2008-09-12 | Valeo Equip Electr Moteur | Procede et dispositif de charge d'un element de stockage d'energie electrique, notamment un ultracondensateur |
| US8381540B2 (en) * | 2006-11-15 | 2013-02-26 | Crosspoint Solutions, Llc | Installable HVAC systems for vehicles |
| US8030880B2 (en) * | 2006-11-15 | 2011-10-04 | Glacier Bay, Inc. | Power generation and battery management systems |
| US8863540B2 (en) * | 2006-11-15 | 2014-10-21 | Crosspoint Solutions, Llc | HVAC system controlled by a battery management system |
| US7612531B2 (en) * | 2007-01-31 | 2009-11-03 | Spx Corporation | Deep discharge battery dynamic charging system and method |
| US7633261B2 (en) * | 2007-03-27 | 2009-12-15 | Honeywell International Inc. | Primary battery with internal voltage regulator |
| WO2008137836A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-13 | The University Of Alabama | Converter control of variable-speed wind turbines |
| US7738271B1 (en) * | 2007-06-08 | 2010-06-15 | Science Applications International Corporation | Controlled resonant charge transfer device |
| US7800348B2 (en) * | 2007-11-21 | 2010-09-21 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Motor drive with VAR compensation |
| JP2011517276A (ja) * | 2008-04-18 | 2011-05-26 | エー ビー ビー リサーチ リミテッド | 伝送線路制御のための装置および方法 |
| US8274405B2 (en) * | 2008-09-03 | 2012-09-25 | GM Global Technology Operations LLC | System and method for device management on a dedicated short-range communication network |
| US8120206B2 (en) * | 2008-09-10 | 2012-02-21 | Hamilton Sundstrand Corporation | Method of detecting a sustained parallel source condition |
| DE102008056748A1 (de) * | 2008-11-11 | 2010-05-20 | Austriamicrosystems Ag | Spannungskonverter |
| US8352091B2 (en) | 2009-01-02 | 2013-01-08 | International Business Machines Corporation | Distributed grid-interactive photovoltaic-based power dispatching |
| EP2432110B1 (en) * | 2009-04-23 | 2018-03-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
| WO2010136033A1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Vestas Wind System A/S | Converter system for a wind turbine |
| US20100321968A1 (en) * | 2009-06-18 | 2010-12-23 | Hamilton Sundstrand Corporation | Load fault handling for switched reluctance or induction type machines |
| WO2011008567A2 (en) | 2009-06-29 | 2011-01-20 | Ideal Power Converters, Inc. | Power transfer devices, methods, and systems with crowbar switch shunting energy-transfer reactance |
| US8421271B2 (en) * | 2009-08-31 | 2013-04-16 | General Electric Company | Apparatus for transferring energy using onboard power electronics and method of manufacturing same |
| US8030884B2 (en) * | 2009-08-31 | 2011-10-04 | General Electric Company | Apparatus for transferring energy using onboard power electronics and method of manufacturing same |
| US7923862B2 (en) * | 2009-10-06 | 2011-04-12 | General Electric Company | Reactive power regulation and voltage support for renewable energy plants |
| GB0921909D0 (en) * | 2009-12-16 | 2010-01-27 | Psymetrix Ltd | Generator control apparatus and method |
| US8000118B1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-08-16 | Varentec Llc | Method and system for delivering a controlled voltage |
| US8339110B2 (en) * | 2010-04-05 | 2012-12-25 | International Business Machines Corporation | Single stage hybrid charge pump |
| EP2577833B1 (en) * | 2010-06-01 | 2018-03-14 | ABB Schweiz AG | Interface arrangement between ac and dc systems using grounding switch |
| US9391554B2 (en) | 2010-08-25 | 2016-07-12 | University Of Alabama | Control of a permanent magnet synchronous generator wind turbine |
| US20120114009A1 (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-10 | Jeffrey Melvin | Forward-flyback power supply using an inductor in the transformer primary and method of using same |
| US9290097B2 (en) | 2010-11-05 | 2016-03-22 | Robert Louis Steigerwald | Apparatus for transferring energy using onboard power electronics with high-frequency transformer isolation and method of manufacturing same |
| WO2012075189A2 (en) | 2010-11-30 | 2012-06-07 | Ideal Power Converters Inc. | Photovoltaic array systems, methods, and devices with bidirectional converter |
| JP5649440B2 (ja) * | 2010-12-28 | 2015-01-07 | 株式会社東芝 | 電力制御システム |
| US9762115B2 (en) * | 2011-02-03 | 2017-09-12 | Viswa N. Sharma | Bidirectional multimode power converter |
| US8531858B2 (en) | 2011-02-18 | 2013-09-10 | Ideal Power, Inc. | Power conversion with current sensing coupled through saturating element |
| US8779711B2 (en) | 2011-04-20 | 2014-07-15 | Princeton Power Systems, Inc. | Induction motor driver |
| KR101813011B1 (ko) | 2011-05-27 | 2017-12-28 | 삼성전자주식회사 | 무선 전력 및 데이터 전송 시스템 |
| US8988900B2 (en) | 2011-06-03 | 2015-03-24 | Texas A&M University System | DC capacitor-less power converters |
| US9543853B2 (en) | 2011-06-03 | 2017-01-10 | The Texas A&M University System | Sparse and ultra-sparse partial resonant converters |
| US20120326679A1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-12-27 | James Lau | Device for optimizing energy usage in multiphase ac power source |
| US8379417B2 (en) * | 2011-07-06 | 2013-02-19 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Power converter and integrated DC choke therefor |
| FR2980053B1 (fr) * | 2011-09-13 | 2013-10-04 | Renault Sa | Procede de surveillance du filtre capacitif d'un chargeur de batterie. |
| US9391538B2 (en) | 2011-09-21 | 2016-07-12 | Princeton Power Systems, Inc. | Switched power converter |
| US10236817B2 (en) * | 2011-11-11 | 2019-03-19 | The Boeing Company | Integrated control architecture and method for a bi-directional AC-to-AC converter |
| WO2013095685A1 (en) | 2011-12-23 | 2013-06-27 | North Carolina State University | Switched-capacitor dc-dc converter |
| US9531289B2 (en) * | 2012-04-27 | 2016-12-27 | Raytheon Company | Electro-mechanical kinetic energy storage device and method of operation |
| US8824179B2 (en) | 2012-08-14 | 2014-09-02 | Rudolf Limpaecher | Soft-switching high voltage power converter |
| US10782721B2 (en) * | 2012-08-27 | 2020-09-22 | Stem, Inc. | Method and apparatus for balancing power on a per phase basis in multi-phase electrical load facilities using an energy storage system |
| US20140254223A1 (en) * | 2013-03-07 | 2014-09-11 | Rudolf Limpaecher | Method and system for a high speed soft-switching resonant converter |
| US9373963B2 (en) | 2013-05-24 | 2016-06-21 | Raytheon Company | Energy transfer and storage apparatus for delivery of pulsed power |
| EP2808996B1 (en) * | 2013-05-27 | 2017-04-19 | HS Aerospace Dijon | Voltage-controlled DC link for variable frequency generator excitation |
| WO2015073224A2 (en) | 2013-11-18 | 2015-05-21 | Rensselaer Polytechnic Institute | Methods to form and operate multi-terminal power systems |
| DE102014008536A1 (de) * | 2014-06-16 | 2015-12-17 | Rwe Deutschland Ag | Elektrische Hausanschlussleitung |
| US9287701B2 (en) * | 2014-07-22 | 2016-03-15 | Richard H. Sherratt and Susan B. Sherratt Revocable Trust Fund | DC energy transfer apparatus, applications, components, and methods |
| US9494139B2 (en) * | 2014-07-31 | 2016-11-15 | General Electric Company | System and method for controlling a power output of a wind turbine generator |
| KR101809787B1 (ko) * | 2015-03-10 | 2017-12-15 | 엘에스산전 주식회사 | 배터리 전력 공급 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템 |
| JP2016195509A (ja) * | 2015-04-01 | 2016-11-17 | 富士電機株式会社 | ループコントローラ及び配電系統管理システム |
| WO2017027681A1 (en) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | Barthold Lionel O | Column-switched multi-module dc-to-dc power transformation system |
| US9755538B2 (en) * | 2015-11-12 | 2017-09-05 | Abb Schweiz Ag | Active AC-link power converter |
| WO2017201125A1 (en) * | 2016-05-18 | 2017-11-23 | The Regents Of The University Of California | Battery energy storage control systems and methods |
| WO2018075113A2 (en) | 2016-07-21 | 2018-04-26 | Tolga Dinc | Magnetic-free non-reciprocal circuits based on sub-harmonic spatio-temporal conductance modulation |
| WO2018215071A1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-11-29 | Abb Schweiz Ag | Energy storage system |
| US10811982B2 (en) * | 2017-07-21 | 2020-10-20 | Solaredge Technologies Ltd. | Single inductor multiple output (SIMO) converter and control thereof |
| TWI643445B (zh) * | 2017-07-23 | 2018-12-01 | 光寶科技股份有限公司 | 電源供應裝置 |
| US11183846B2 (en) | 2017-12-22 | 2021-11-23 | Raytheon Company | System and method for modulating high power in a submersible energy storage vessel utilizing high voltage DC transmission |
| TWI662779B (zh) * | 2018-07-27 | 2019-06-11 | 台達電子工業股份有限公司 | 逆變器裝置及其控制方法 |
| WO2021061085A1 (en) | 2019-09-23 | 2021-04-01 | Seabourne Solutions, Llc | Power generator |
| CN110557025B (zh) * | 2019-09-29 | 2021-01-26 | 三峡大学 | 一种适用于直流微网的多端口双向dc-dc变换器 |
| DE112020005837T5 (de) * | 2019-11-28 | 2022-09-22 | Rohm Co., Ltd. | Komparatorschaltung und ad-wandler |
| US11418031B2 (en) | 2020-05-08 | 2022-08-16 | Raytheon Company | Actively-controlled power transformer and method for controlling |
| US11677264B2 (en) | 2020-11-09 | 2023-06-13 | Electronic Power Design, Inc. | System and method for a backup power supply |
| CN112630821B (zh) * | 2020-12-30 | 2024-01-12 | 核工业北京地质研究院 | 一种应用于地震数据采集的变频控制装置及其控制方法 |
| CN113030540B (zh) * | 2021-03-01 | 2022-07-26 | 湖南大学 | 一种分布式新能源并网的基波和谐波电能双向计量方法 |
| CN113285454B (zh) * | 2021-04-22 | 2022-11-11 | 广西大学 | 一种宽频带动态谐波能量存储与利用方法 |
| JP2023038109A (ja) * | 2021-09-06 | 2023-03-16 | 株式会社日立製作所 | 送電網監視システム及び送電網監視方法 |
| TWI814174B (zh) * | 2021-12-13 | 2023-09-01 | 國立臺灣科技大學 | 電壓控制方法 |
| GB2619562A (en) * | 2022-06-10 | 2023-12-13 | Eta Green Power Ltd | A motor control controller system and methods |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3963945A (en) * | 1974-03-14 | 1976-06-15 | Compagnie Generale D'electricite | Device for producing electrical pulses |
| US3982167A (en) * | 1975-07-31 | 1976-09-21 | General Electric Company | Current control system for high frequency link cycloconverter |
| US4096557A (en) * | 1974-05-30 | 1978-06-20 | Schwarz Francisc C | Controllable four quadrant a.c. to a.c. and d.c. converter employing an internal high frequency series resonant link |
| US4717998A (en) * | 1985-07-22 | 1988-01-05 | Agence Nationale De Valorisation De La Recherche (A.N.V.A.R.) | Static device for control of energy-exchange between electrical generating and/or receiving systems |
| US5010471A (en) * | 1989-06-26 | 1991-04-23 | Robert F. Frijouf | Three-phase AC-to-AC series resonant power converter with reduced number of switches |
| US5270914A (en) * | 1992-01-10 | 1993-12-14 | Lauw Hian K | Series resonant converter control system and method |
| US5357419A (en) * | 1992-04-06 | 1994-10-18 | D.C. Transformation Inc. | Compact and efficient transformerless power conversion system |
| US5412557A (en) * | 1992-10-14 | 1995-05-02 | Electronic Power Conditioning, Inc. | Unipolar series resonant converter |
| US5559685A (en) * | 1994-10-12 | 1996-09-24 | Electronic Power Conditioning, Inc. | Voltage clamped parallel resonant converter with controllable duty cycle |
| US5602725A (en) * | 1994-09-21 | 1997-02-11 | The Research And Development Institute At Montana State University | Special purpose power control devices using 3-phase PWM converters for three phase AC power |
| WO1999019974A2 (en) * | 1997-10-15 | 1999-04-22 | Reliance Electric Industrial Company | Power loss reduction in power conversion circuitry |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1083139A (en) * | 1963-10-10 | 1967-09-13 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to electrical pulse generators |
| US3663940A (en) * | 1970-05-21 | 1972-05-16 | Nasa | Controllable, load insensitive power converters |
| US3849717A (en) * | 1970-08-13 | 1974-11-19 | R Ostreicher | Circuit for operation of gas discharge lamps |
| FR2133206A5 (cs) * | 1971-04-13 | 1972-11-24 | Comp Generale Electricite | |
| US3839666A (en) * | 1971-04-26 | 1974-10-01 | Ni Elektrotekhnichesky I Z Ura | Polyphase high voltage inverter |
| US3743914A (en) * | 1972-01-17 | 1973-07-03 | Burroughs Corp | Half wave voltage divider |
| JPS48101517A (cs) * | 1972-04-07 | 1973-12-20 | ||
| US3849670A (en) * | 1973-04-13 | 1974-11-19 | Webster Electric Co Inc | Scr commutation circuit for current pulse generators |
| IT1118548B (it) * | 1979-04-04 | 1986-03-03 | Wabco Westinghouse Spa | Convertitore statico autorisonante a regolazione estesa |
| US4274134A (en) * | 1979-04-09 | 1981-06-16 | Megapulse Incorporated | Method of and apparatus for high voltage pulse generation |
| US4473875A (en) * | 1982-01-21 | 1984-09-25 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Inductive storage pulse circuit device |
| JPS6077679A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-02 | Toshiba Corp | 多倍圧整流回路 |
| US4523269A (en) * | 1983-11-16 | 1985-06-11 | Reliance Electric Company | Series resonance charge transfer regulation method and apparatus |
| US4642476A (en) * | 1984-06-05 | 1987-02-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Reversing-counterpulse repetitive-pulse inductive storage circuit |
| US4613765A (en) * | 1984-06-05 | 1986-09-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Series-counterpulse repetitive-pulse inductive storage circuit |
| US4885974A (en) * | 1984-09-28 | 1989-12-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Overpulse railgun energy recovery circuit |
| US4636930A (en) * | 1985-10-01 | 1987-01-13 | Maxim Integrated Products, Inc. | Integrated dual charge pump power supply and RS-232 transmitter/receiver |
| US4649468A (en) * | 1985-11-06 | 1987-03-10 | At&T Information Systems Inc. | Voltage divider circuit |
| US4797899A (en) * | 1986-12-15 | 1989-01-10 | Maxim Integrated Products, Inc. | Integrated dual charge pump power supply including power down feature and rs-232 transmitter/receiver |
| US4812961A (en) * | 1987-05-15 | 1989-03-14 | Linear Technology, Inc. | Charge pump circuitry having low saturation voltage and current-limited switch |
| US4807104A (en) * | 1988-04-15 | 1989-02-21 | Motorola, Inc. | Voltage multiplying and inverting charge pump |
| US6118678A (en) * | 1999-06-10 | 2000-09-12 | Limpaecher; Rudolf | Charge transfer apparatus and method therefore |
-
1999
- 1999-06-10 US US09/329,596 patent/US6118678A/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-06-06 MY MYPI20002529A patent/MY120620A/en unknown
- 2000-06-09 MX MXPA01012673A patent/MXPA01012673A/es active IP Right Grant
- 2000-06-09 AT AT00944643T patent/ATE373311T1/de not_active IP Right Cessation
- 2000-06-09 DE DE60036378T patent/DE60036378T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-09 PL PL00353824A patent/PL353824A1/xx unknown
- 2000-06-09 IL IL14684800A patent/IL146848A0/xx active IP Right Grant
- 2000-06-09 CA CA2376185A patent/CA2376185C/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-06-09 EP EP00944643A patent/EP1192625B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-09 CZ CZ20014300A patent/CZ298857B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2000-06-09 JP JP2001503188A patent/JP4598334B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-06-09 TW TW089111253A patent/TW498597B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-06-09 AU AU58709/00A patent/AU764384B2/en not_active Ceased
- 2000-06-09 BR BR0011735-8A patent/BR0011735A/pt not_active IP Right Cessation
- 2000-06-09 HU HU0202069A patent/HUP0202069A3/hu unknown
- 2000-06-09 CN CNB008087245A patent/CN100354993C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2000-06-09 EA EA200200024A patent/EA008239B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2000-06-09 KR KR1020017015882A patent/KR100694683B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2000-06-09 ES ES00944643T patent/ES2293910T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-09 NZ NZ515904A patent/NZ515904A/en not_active IP Right Cessation
- 2000-06-09 WO PCT/US2000/016018 patent/WO2000077802A1/en active IP Right Grant
- 2000-06-09 TR TR2001/03563T patent/TR200103563T2/xx unknown
- 2000-09-06 UA UA2002010285A patent/UA83615C2/ru unknown
-
2001
- 2001-11-29 IL IL146848A patent/IL146848A/en not_active IP Right Cessation
- 2001-12-04 ZA ZA200109962A patent/ZA200109962B/en unknown
- 2001-12-05 NO NO20015948A patent/NO20015948L/no not_active Application Discontinuation
-
2002
- 2002-09-16 HK HK02106776.5A patent/HK1045757B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3963945A (en) * | 1974-03-14 | 1976-06-15 | Compagnie Generale D'electricite | Device for producing electrical pulses |
| US4096557A (en) * | 1974-05-30 | 1978-06-20 | Schwarz Francisc C | Controllable four quadrant a.c. to a.c. and d.c. converter employing an internal high frequency series resonant link |
| US3982167A (en) * | 1975-07-31 | 1976-09-21 | General Electric Company | Current control system for high frequency link cycloconverter |
| US4717998A (en) * | 1985-07-22 | 1988-01-05 | Agence Nationale De Valorisation De La Recherche (A.N.V.A.R.) | Static device for control of energy-exchange between electrical generating and/or receiving systems |
| US5010471A (en) * | 1989-06-26 | 1991-04-23 | Robert F. Frijouf | Three-phase AC-to-AC series resonant power converter with reduced number of switches |
| US5270914A (en) * | 1992-01-10 | 1993-12-14 | Lauw Hian K | Series resonant converter control system and method |
| US5357419A (en) * | 1992-04-06 | 1994-10-18 | D.C. Transformation Inc. | Compact and efficient transformerless power conversion system |
| US5412557A (en) * | 1992-10-14 | 1995-05-02 | Electronic Power Conditioning, Inc. | Unipolar series resonant converter |
| US5602725A (en) * | 1994-09-21 | 1997-02-11 | The Research And Development Institute At Montana State University | Special purpose power control devices using 3-phase PWM converters for three phase AC power |
| US5559685A (en) * | 1994-10-12 | 1996-09-24 | Electronic Power Conditioning, Inc. | Voltage clamped parallel resonant converter with controllable duty cycle |
| WO1999019974A2 (en) * | 1997-10-15 | 1999-04-22 | Reliance Electric Industrial Company | Power loss reduction in power conversion circuitry |
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ298857B6 (cs) | Zpusob prevedení elektrického náboje a zarízení kprovádení tohoto zpusobu | |
| US5905371A (en) | Sequential discharge and its use for rectification | |
| US6236580B1 (en) | Modular multi-level adjustable supply with series connected active inputs | |
| CA2558001C (en) | Multilevel converter based intelligent universal transformer | |
| US7659700B2 (en) | Charge-transfer apparatus and method | |
| US8824179B2 (en) | Soft-switching high voltage power converter | |
| US5986907A (en) | Method and apparatus for rectification derectification and power flow control | |
| WO1997001213A9 (en) | Rectification, derectification and power flow control | |
| CZ238994A3 (en) | Compact transformer-free voltage converter | |
| US20140254223A1 (en) | Method and system for a high speed soft-switching resonant converter | |
| CA2844939C (en) | Power conversion system and method | |
| EP0440988B1 (en) | Three-phase voltage stiff convertor | |
| WO2017027681A1 (en) | Column-switched multi-module dc-to-dc power transformation system | |
| Lie et al. | Capacitor clamped multi-level matrix converter: Space vector modulation and capacitor balance | |
| RU2089035C1 (ru) | Двенадцатифазный обратимый самокоммутируемый преобразователь | |
| Pyakuryal | Control of harmonics in 6-pulse rectifiers | |
| Yancey | Performance Evaluation of a Multi-Port DC-DC Current Source Converter for High Power Applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20140609 |