MD1058Z - Bidirectional alternating current voltage-to-alternating current voltage converter - Google Patents
Bidirectional alternating current voltage-to-alternating current voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- MD1058Z MD1058Z MDS20160021A MDS20160021A MD1058Z MD 1058 Z MD1058 Z MD 1058Z MD S20160021 A MDS20160021 A MD S20160021A MD S20160021 A MDS20160021 A MD S20160021A MD 1058 Z MD1058 Z MD 1058Z
- Authority
- MD
- Moldova
- Prior art keywords
- alternating current
- electronic
- series
- converter
- alternating
- Prior art date
Links
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 19
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 7
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012432 intermediate storage Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
Invenţia se referă la electrotehnică şi electroenergetică, şi anume la convertoarele de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ din sistemele electrice şi electroenergetice. The invention relates to electrical engineering and electroenergetics, namely to AC voltage converters in electrical and electroenergetics systems.
Este cunoscut convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ pe baza cheilor electronice, care conţine o sursă de curent alternativ, două condensatoare de filtrare, opt chei electronice de comutaţie, opt diode de returnare, opt diode şi opt rezistoare de comutaţie, un transformator de frecvenţă înaltă cu două bobine ce au două secţii, două inductanţe de stocare în ciclu a energiei [1]. The AC voltage to AC voltage converter based on electronic keys is known, which contains an AC source, two filtering capacitors, eight electronic switching keys, eight flyback diodes, eight diodes and eight switching resistors, a high-frequency transformer with two coils having two sections, two energy storage inductances in a cycle [1].
Dezavantajul acestui convertor constă în faptul că se utilizează un număr mare de elemente semiconductoare active şi pasive, ceea ce duce la majorarea costului instalaţiei şi a pierderilor de energie în ea. În convertorul de acest tip au loc pierderi mari de energie din cauza că comutaţia tuturor cheilor se efectuează în regim activ, totodată necesită rezistoare pentru limitarea supratensiunilor de comutaţie pe aceste chei. La majorarea costului şi la creşterea pierderilor de energie contribuie şi faptul că semibobinele transformatorului de frecvenţă lucrează numai pe durata timpului egală cu durata unui semiimpuls, ca urmare, acest transformator are o masă majorată. The disadvantage of this converter is that a large number of active and passive semiconductor elements are used, which leads to an increase in the cost of the installation and energy losses in it. In a converter of this type, large energy losses occur due to the fact that the switching of all keys is carried out in the active mode, at the same time, resistors are required to limit the switching overvoltages on these keys. The fact that the half-coils of the frequency transformer work only for a time equal to the duration of a half-pulse, as a result, this transformer has an increased mass, also contributes to the increase in cost and energy losses.
Este, de asemenea, cunoscut convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ pe baza cheilor electronice, care conţine o sursă de curent alternativ, un redresor comandat, format din patru chei electronice şi patru diode, un condensator de filtrare, un convertor de frecvenţă înaltă, care constă din patru chei electronice şi patru diode, un transformator de frecvenţă înaltă cu două bobine, un redresor comandat de frecvenţă înaltă, format din patru chei electronice şi patru diode, un condensator de filtrare şi un convertor de frecvenţă joasă care constă din patru chei electronice şi patru diode [2]. The AC voltage to AC voltage converter based on electronic keys is also known, which contains an AC source, a controlled rectifier consisting of four electronic keys and four diodes, a filtering capacitor, a high-frequency converter consisting of four electronic keys and four diodes, a high-frequency transformer with two coils, a high-frequency controlled rectifier consisting of four electronic keys and four diodes, a filtering capacitor and a low-frequency converter consisting of four electronic keys and four diodes [2].
Dezavantajul acestui convertor constă în faptul că se utilizează un număr mare de elemente semiconductoare active şi pasive, ceea ce duce la majorarea costului convertorului şi a pierderilor de energie în el. Totodată, în acest convertor se utilizează mai multe trepte de comutaţie, ce de asemenea contribuie la majorarea costului instalaţiei de comandă. The disadvantage of this converter is that it uses a large number of active and passive semiconductor elements, which increases the cost of the converter and energy losses in it. At the same time, this converter uses several switching stages, which also contributes to the increase in the cost of the control system.
Cea mai apropiată soluţie este convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ pe baza cheilor electronice, care conţine o sursă de curent alternativ, trei condensatoare de filtrare, patru chei electronice de curent alternativ, un transformator de frecvenţă înaltă cu două înfăşurări, una dintre care conţine două secţii, şi o bobină de inductanţă [3]. The closest solution is the AC to AC voltage converter based on electronic switches, which contains an AC source, three filtering capacitors, four AC electronic switches, a high-frequency transformer with two windings, one of which contains two sections, and an inductance coil [3].
Dezavantajul acestui convertor constă în faptul că se utilizează un număr mare de elemente feromagnetice şi elemente semiconductoare active, aceasta duce la majorarea costului convertorului şi a pierderilor de energie în el. Totodată, în acest convertor toate cheile electronice de curent alternativ lucrează în regim de comutaţie activ, ce duce la creşterea pierderilor de energie şi, ca urmare, la micşorarea randamentului convertorului. The disadvantage of this converter is that a large number of ferromagnetic and active semiconductor elements are used, which increases the cost of the converter and energy losses in it. At the same time, in this converter all electronic alternating current switches work in active switching mode, which leads to increased energy losses and, as a result, to a decrease in the efficiency of the converter.
Problema pe care o rezolvă invenţia constă în majorarea randamentului şi micşorarea costului convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ. The problem that the invention solves consists in increasing the efficiency and decreasing the cost of the AC voltage to AC voltage converter.
Convertorul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include o sursă de curent alternativ, conectată în serie cu n contururi unite consecutiv. Fiecare contur conţine câte două ramuri: prima - formată din două condensatoare de filtrare a armonicilor superioare, conectate în serie, şi a doua - formată din două chei electronice de curent alternativ, conectate în serie. Convertorul mai conţine un transformator de frecvenţă înaltă, format dintr-un miez feromagnetic cu întrefier, o bobină primară, formată din n secţii, fiecare fiind conectată între punctul de conexiune a două condensatoare de filtrare şi punctul de conexiune a două chei electronice din fiecare contur, şi o bobină secundară. Bobina secundară a transformatorului este conectată în serie la o cheie electronică de curent alternativ, ultimele fiind conectate în paralel la un condensator de filtrare a armonicilor superioare şi la a doua sursă de curent alternativ. Fiecare din cheile electronice de curent alternativ este formată din două tranzistoare unite între ele în serie în contrasens, totodată fiecare tranzistor este şuntat printr-o diodă. The converter, according to the invention, eliminates the above-mentioned disadvantages by including an alternating current source, connected in series with n consecutively connected circuits. Each circuit contains two branches: the first - formed by two capacitors for filtering higher harmonics, connected in series, and the second - formed by two electronic keys of alternating current, connected in series. The converter also contains a high-frequency transformer, formed by a ferromagnetic core with an air gap, a primary coil, formed by n sections, each being connected between the connection point of two filtering capacitors and the connection point of two electronic keys in each circuit, and a secondary coil. The secondary coil of the transformer is connected in series to an electronic key of alternating current, the latter being connected in parallel to a capacitor for filtering higher harmonics and to the second alternating current source. Each of the electronic alternating current keys consists of two transistors connected in series in the opposite direction, while each transistor is shunted by a diode.
Rezultatul tehnic al invenţiei constă în majorarea randamentului şi micşorarea cheltuielilor de confecţionare a convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ. The technical result of the invention consists in increasing the efficiency and reducing the manufacturing costs of the AC voltage to AC voltage converter.
Micşorarea cheltuielilor de confecţionare a convertorului se asigură prin simplificarea schemei electrice a convertorului, şi anume prin excluderea mai multor elemente funcţionale, în comparaţie cu cea mai apropiată soluţie: sunt excluse o cheie electronică de curent alternativ şi o bobină de inductanţă, utilizată pentru limitarea curenţilor la comutaţie. Micşorarea numărului de chei electronice de curent alternativ asigură şi micşorarea cheltuielilor de confecţionare a schemei de comandă a convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ. De asemenea, în convertorul propus se utilizează transformatorul de frecvenţă înaltă, a cărui bobină secundară conţine numai o secţie, pe când în soluţia cea mai apropiată se foloseşte un transformator de frecvenţă, bobina secundară a căruia conţine două secţii. Utilizarea unui astfel de transformator asigură micşorarea masei materialului conductor al înfăşurărilor şi a masei materialelor feromagnetice, ce de asemenea contribuie la micşorarea cheltuielilor de confecţionare a transformatorului, ca urmare, şi a convertorului. Micşorarea cheltuielilor de confecţionare a convertorului se datorează de asemenea şi micşorării numărului de legături dintre elementele funcţionale. The reduction of the manufacturing costs of the converter is ensured by simplifying the electrical diagram of the converter, namely by excluding several functional elements, in comparison with the closest solution: an electronic alternating current key and an inductance coil, used to limit the switching currents, are excluded. Reducing the number of electronic alternating current keys also ensures the reduction of the manufacturing costs of the control scheme of the converter of alternating current voltage to alternating current voltage. Also, in the proposed converter, a high-frequency transformer is used, the secondary coil of which contains only one section, while in the closest solution a frequency transformer is used, the secondary coil of which contains two sections. The use of such a transformer ensures the reduction of the mass of the conductive material of the windings and the mass of ferromagnetic materials, which also contributes to the reduction of the manufacturing costs of the transformer, and consequently, of the converter. The reduction in converter manufacturing costs is also due to the reduction in the number of connections between functional elements.
Majorarea randamentului convertorului bidirecţional de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ este o consecinţă a micşorării numărului de elemente semiconductoare active prin excluderea unei chei electronice de curent alternativ din schema funcţională în comparaţie cu cea mai apropiată soluţie şi prin micşorarea numărului de elemente inductive, deoarece în schema funcţională propusă nu se utilizează nicio inductanţă, în comparaţie cu elementul inductiv utilizat în schema celei mai apropiate soluţii. Excluderea acestor elemente, deci şi a pierderilor provocate de curenţi în acestea, contribuie la majorarea randamentului. De asemenea, la majorarea randamentului contribuie şi utilizarea unui transformator de frecvenţă înaltă, a cărui bobină secundară conţine numai o secţie, pe când în cea mai apropiată soluţie se foloseşte un transformator de frecvenţă, bobina secundară a căruia conţine două secţii, deci şi pierderile în transformatorul soluţiei propuse sunt mai mici, ceea ce asigură majorarea randamentului convertorului. Randamentul convertorului de asemenea se majorează şi datorită utilizării unui algoritm de comandă, ce asigură comutaţia cheilor electronice de curent alternativ la tensiunea nulă pe chei. The increase in the efficiency of the bidirectional AC voltage to AC voltage converter is a consequence of the reduction in the number of active semiconductor elements by excluding an AC electronic key from the functional scheme in comparison with the closest solution and by reducing the number of inductive elements, because in the proposed functional scheme no inductance is used, in comparison with the inductive element used in the scheme of the closest solution. The exclusion of these elements, and therefore the losses caused by currents in them, contributes to the increase in efficiency. Also, the use of a high-frequency transformer, whose secondary coil contains only one section, contributes to the increase in efficiency, while in the closest solution a frequency transformer is used, whose secondary coil contains two sections, therefore the losses in the transformer of the proposed solution are lower, which ensures the increase in the efficiency of the converter. The efficiency of the converter also increases due to the use of a control algorithm, which ensures the switching of the electronic alternating current keys at zero voltage on the keys.
Particularităţile menţionate contribuie la obţinerea rezultatului tehnic: micşorarea cheltuielilor de confecţionare şi majorarea randamentului convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ. The mentioned particularities contribute to obtaining the technical result: reducing manufacturing costs and increasing the efficiency of the AC voltage converter to AC voltage.
Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in Fig. 1-3, which represent:
- fig. 1, schema echivalentă a convertorului; - Fig. 1, equivalent circuit diagram of the converter;
- fig. 2, diagrama impulsurilor de comandă a cheilor electronice şi forma curbelor de tensiune la intrarea şi ieşirea convertorului; - Fig. 2, diagram of the control pulses of the electronic keys and the shape of the voltage curves at the input and output of the converter;
- fig. 3, diagrama impulsurilor de comandă a cheilor electronice şi forma curbelor de tensiune şi curent în elementele convertorului. - Fig. 3, diagram of the control pulses of the electronic keys and the shape of the voltage and current curves in the converter elements.
Enumerarea poziţiilor din fig. 1: Enumeration of positions in Fig. 1:
1 - sursa de curent alternativ, 2 - condensatoarele de filtrare a armonicilor superioare, 3 - bobina primară a transformatorului de frecvenţă înaltă, 4, 5 - cheile electronice de curent alternativ, 6 - bobina secundară a transformatorului de frecvenţă înaltă, 7 - transformatorul de frecvenţă înaltă, miezul feromagnetic al căruia este executat cu întrefier, 8 - cheia electronică de curent alternativ, 9 - condensatorul de filtrare a armonicilor superioare, 10 - sursa de curent alternativ. 1 - alternating current source, 2 - harmonic filtering capacitors, 3 - primary coil of the high-frequency transformer, 4, 5 - electronic alternating current switches, 6 - secondary coil of the high-frequency transformer, 7 - high-frequency transformer, the ferromagnetic core of which is made with an air gap, 8 - electronic alternating current switch, 9 - harmonic filtering capacitor, 10 - alternating current source.
Explicarea diagramelor din fig. 2: Explanation of the diagrams in Fig. 2:
21 - forma curbei impulsului de comandă, aplicat la cheile electronice 4 şi 8 ale tranzistorului de sus; 21 - the shape of the control pulse curve, applied to electronic keys 4 and 8 of the upper transistor;
22 - forma curbei impulsului de comandă, aplicat la cheile electronice 4 şi 8 ale tranzistorului de jos; 22 - the shape of the control pulse curve, applied to electronic keys 4 and 8 of the bottom transistor;
23 - forma curbei impulsului de comandă, aplicat la cheia electronică 5 a tranzistorului de sus; 23 - the shape of the control pulse curve, applied to the electronic key 5 of the upper transistor;
24 - forma curbei impulsului de comandă, aplicat la cheia electronică 5 a tranzistorului de jos; 24 - the shape of the control pulse curve, applied to the electronic key 5 of the bottom transistor;
25 - forma curbei tensiunii sursei de curent alternativ 1 (vezi fig.1); 25 - shape of the voltage curve of the alternating current source 1 (see fig. 1);
26 - forma curbei tensiunii în punctul de conexiune a cheilor electronice 4 şi 5; 26 - shape of the voltage curve at the connection point of electronic keys 4 and 5;
27 - forma curbei tensiunii în punctul de conexiune a cheii electronice 8 şi a bobinei secundare 6 a transformatorului 7 de frecvenţă înaltă (vezi fig.1); 27 - shape of the voltage curve at the connection point of the electronic key 8 and the secondary coil 6 of the high-frequency transformer 7 (see fig. 1);
28 - forma curbei tensiunii sursei de curent alternativ 10 (vezi fig.1). 28 - the shape of the voltage curve of the alternating current source 10 (see fig. 1).
Explicarea diagramelor din fig. 3: Explanation of the diagrams in Fig. 3:
31 - forma impulsului de comandă, aplicat la cheile electronice 4 şi 8; 31 - the shape of the control pulse, applied to electronic keys 4 and 8;
32 - forma impulsului de comandă, aplicat la cheia electronică 5; 32 - the shape of the control pulse, applied to the electronic key 5;
33 - forma curbei tensiunii în punctul de conexiune a condensatoarelor de filtrare 2 a armonicilor superioare din conturul N (vezi fig.1); 33 - shape of the voltage curve at the connection point of the 2 upper harmonic filtering capacitors in the N contour (see fig.1);
34 - forma impulsului tensiunii în punctul de conexiune a cheilor electronice 4 şi 5 (vezi fig.1); 34 - voltage pulse shape at the connection point of electronic keys 4 and 5 (see fig. 1);
35 - forma impulsului curentului, care trece prin bobina primară 3 a transformatorului 7 (vezi fig.1); 35 - the shape of the current pulse, which passes through the primary coil 3 of the transformer 7 (see fig. 1);
36 - forma impulsului curentului, care trece prin bobina primară 3 a transformatorului 7 (vezi fig.1); 36 - the shape of the current pulse, which passes through the primary coil 3 of the transformer 7 (see fig. 1);
37 - forma impulsului tensiunii în punctul de conexiune a cheii electronice 8 şi a bobinei secundare 6 a transformatorului 7 (vezi fig.1). 37 - the shape of the voltage pulse at the connection point of the electronic key 8 and the secondary coil 6 of the transformer 7 (see fig. 1).
Convertorul bidirecţional de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ include o sursă de curent alternativ 1, conectată în serie cu n contururi unite consecutiv. Fiecare contur conţine câte două ramuri: prima - formată din două condensatoare de filtrare 2 a armonicilor superioare, conectate în serie, şi a doua - formată din două chei electronice 4 şi 5 de curent alternativ, conectate în serie. Convertorul mai conţine un transformator 7 de frecvenţă înaltă, format dintr-un miez feromagnetic cu întrefier, o bobină primară, formată din n secţii 3, fiecare fiind conectată între punctul de conexiune a două condensatoare de filtrare 2 şi punctul de conexiune a două chei electronice 4 şi 5 din fiecare contur, şi o bobină secundară 6. Bobina secundară 6 a transformatorului 7 este conectată în serie la o cheie electronică 8 de curent alternativ, ultimele fiind conectate în paralel la un condensator de filtrare 9 a armonicilor superioare şi la a doua sursă de curent alternativ 10. Fiecare din cheile electronice 4, 5 şi 8 de curent alternativ este formată din două tranzistoare unite între ele în serie în contrasens, totodată fiecare tranzistor este şuntat printr-o diodă. The bidirectional converter of alternating current voltage to alternating current voltage includes an alternating current source 1, connected in series with n consecutively connected circuits. Each circuit contains two branches: the first - consisting of two capacitors for filtering higher harmonics 2, connected in series, and the second - consisting of two electronic keys 4 and 5 of alternating current, connected in series. The converter also contains a high-frequency transformer 7, formed by a ferromagnetic core with an air gap, a primary coil, formed by n sections 3, each being connected between the connection point of two filtering capacitors 2 and the connection point of two electronic keys 4 and 5 of each circuit, and a secondary coil 6. The secondary coil 6 of the transformer 7 is connected in series to an electronic key 8 of alternating current, the latter being connected in parallel to a filtering capacitor 9 of the higher harmonics and to the second alternating current source 10. Each of the electronic keys 4, 5 and 8 of alternating current is formed by two transistors connected to each other in series in the opposite direction, at the same time each transistor is shunted by a diode.
Convertorul funcţionează în felul următor. The converter works as follows.
La aplicarea tensiunii de curent alternativ de la sursa de curent alternativ 1 şi în prezenţa impulsurilor de comandă 21, 22, 23 şi 24 (vezi fig. 2) pentru cheile 4, 5 şi 8 pot fi asigurate două regimuri de lucru ale convertorului. Primul regim se asigură prin reglarea duratei impulsurilor de comandă 23 şi 24 la cheia electronică 5. Energia de la sursa de curent alternativ 1 în acest regim se acumulează în câmpul magnetic al transformatorului 7. Acest regim mai este numit „fly-back”. Regimul al doilea se asigură prin reglarea duratei impulsurilor de comandă 21 şi 22 la cheia electronică 4. În acest regim energia de la sursa de curent alternativ 1 se transmite direct la sursa de curent alternativ 10. Asemenea regim mai este numit „forward”. When applying alternating current voltage from the alternating current source 1 and in the presence of control pulses 21, 22, 23 and 24 (see Fig. 2) for the keys 4, 5 and 8, two operating modes of the converter can be ensured. The first mode is ensured by adjusting the duration of the control pulses 23 and 24 at the electronic key 5. The energy from the alternating current source 1 in this mode is accumulated in the magnetic field of the transformer 7. This mode is also called "fly-back". The second mode is ensured by adjusting the duration of the control pulses 21 and 22 at the electronic key 4. In this mode, the energy from the alternating current source 1 is transmitted directly to the alternating current source 10. Such a mode is also called "forward".
A fost analizat lucrul convertorului la aplicarea semiundei pozitive a tensiunii de la sursa de curent alternativ 1 (vezi fig. 1). La trecerea sinusoidei prin zero, la tranzistoarele de jos ale cheilor electronice 4, 5 şi 8 se aplică impulsurile de comandă 22 şi 24 (vezi fig. 2) şi tranzistoarele se deschid. În acest caz în procesul de transfer de energie de la sursa de curent alternativ 1 în sursa de curent alternativ 10 vor participa numai tranzistoarele de sus ale cheilor electronice 4, 5 şi 8. Fie că tensiunea surselor de curent alternativ 1 şi 10 este pozitivă (vezi fig. 2, curbele 25 şi 28 ). În acest moment, la tranzistorul de sus al cheii electronice 5 se aplică impulsul de comandă 32 (vezi fig. 3, pentru t0), care deschide acest tranzistor. Se formează un circuit din sursa de curent alternativ 1 - condensatorul de filtrare 2 - bobina primară 3 a transformatorului 7 - cheia electronică 5 - sursa de curent alternativ 1. Sub acţiunea sursei de curent alternativ 1 în acest circuit apare un curent (vezi fig. 3, curba 33), care creşte şi transferă energia din sursa de curent alternativ 1 în câmpul magnetic al transformatorului 7. Procesul va decurge până când se va stinge impulsul de comandă 32 (vezi fig. 3, pentru t1), aplicat la tranzistorul de sus al cheii electronice 5 şi, respectiv, închiderea acestei chei. Durata impulsului de comandă 32 se determină prin expresia: The converter operation was analyzed when applying the positive half-wave of the voltage from the AC source 1 (see Fig. 1). When the sinusoid passes through zero, the control pulses 22 and 24 (see Fig. 2) are applied to the lower transistors of the electronic keys 4, 5 and 8 and the transistors open. In this case, only the upper transistors of the electronic keys 4, 5 and 8 will participate in the process of energy transfer from the AC source 1 to the AC source 10. Let the voltage of the AC sources 1 and 10 be positive (see Fig. 2, curves 25 and 28 ). At this moment, the control pulse 32 (see Fig. 3, for t0) is applied to the upper transistor of the electronic key 5, which opens this transistor. A circuit is formed from the alternating current source 1 - the filtering capacitor 2 - the primary coil 3 of the transformer 7 - the electronic key 5 - the alternating current source 1. Under the action of the alternating current source 1, a current appears in this circuit (see Fig. 3, curve 33), which increases and transfers energy from the alternating current source 1 to the magnetic field of the transformer 7. The process will proceed until the control pulse 32 (see Fig. 3, for t1), applied to the upper transistor of the electronic key 5, is extinguished and, respectively, this key is closed. The duration of the control pulse 32 is determined by the expression:
, ,
unde T - perioada impulsurilor de frecvenţă înaltă, a cărei valoare este determinată de frecvenţa din diapazonul 10…100 kHz. where T - the period of high-frequency pulses, the value of which is determined by the frequency in the range 10…100 kHz.
De raportul dintre duratele impulsurilor de comandă 31 şi 32, aplicate la cheile electronice 4 şi 5, depinde raportul dintre valorile tensiunilor surselor de curent alternativ 1 şi 10. The ratio between the voltage values of the alternating current sources 1 and 10 depends on the ratio between the durations of the control pulses 31 and 32, applied to the electronic keys 4 and 5.
La închiderea cheii electronice 5, se formează două circuite. Primul circuit este format din bobina primară 3 a transformatorului 7 - dioda de sus a cheii electronice 4 - sursa de curent alternativ 1 - condensatorul de filtrare 2 - bobina primară 3 a transformatorului 7, al doilea circuit este format din bobina secundară 6 a transformatorului 7 - dioda de sus a cheii electronice 8 - sursa de curent alternativ 10 - bobina secundară 6 a transformatorului 7. Primul circuit asigură limitarea tensiunii de comutaţie a cheii electronice de curent alternativ la limita tensiunii de curent alternativ a sursei 1 (vezi fig. 2, curba 26), iar al doilea circuit asigură transferul de energie acumulată în câmpul magnetic al transformatorului 7 la sursa de curent alternativ 10 (în cazul de faţă ea este ca sarcină). Când tranzistorul de sus al cheii electronice 5 se închide, se aplică impulsul de comandă 31 la tranzistorul de sus al cheilor electronice 4 şi 8, tranzistorii se deschid şi scurtcircuitează dioda de sus a cheilor electronice 4 şi 8 (vezi fig. 3, pentru t2). Aceasta nu influenţează asupra procesului de transfer de energie din câmpul magnetic al transformatorului 7 către sursa de curent alternativ 10. Când curentul în bobina primară 3 a transformatorului 7 (vezi fig. 3, curba 35, pentru t3) îşi schimbă polaritatea, se începe al doilea regim de funcţionare a convertorului, regimul numit „forward”. Din acest moment începe, paralel cu procesul de transfer de energie acumulată în câmpul magnetic al transformatorului 7 către sursa de curent alternativ 10, un nou transfer de energie, care are loc direct de la sursa de curent alternativ 1, prin circuitul format din sursa de curent alternativ 1 - cheia electronică de curent alternativ 4 - bobina primară 3 a transformatorului 7 - condensatorul de filtrare 2 - sursa de curent alternativ 1 şi circuitul bobinei secundare 6 a transformatorului 7, către sursa de curent alternativ 10. Acest proces paralel are loc până când curentul în bobina primară 3 a transformatorului 7 (vezi fig. 3, curba 35, pentru t4) îşi schimbă polaritatea. În următorul moment se stinge impulsul de comandă 31, aplicat la tranzistorul de sus al cheii electronice 4 (vezi fig. 3, pentru t5). Cum se vede (fig. 3, curba 34, pentru t4 şi t5), comutaţia şi închiderea tranzistorului de sus al cheii electronice 4 au loc la tensiunea egală cu zero, ce micşorează pierderile de energie şi, ca urmare, conduce la majorarea randamentului convertorului. Din momentul t0 se aplică un nou impuls de comandă 32 la cheia electronică 5 şi procesul de funcţionare a convertorului se repetă într-un nou ciclu de lucru până când valoarea instantanee a tensiunii sursei de curent alternativ 1 nu se va micşora până la zero (vezi fig. 2, curba 25). When the electronic key 5 is closed, two circuits are formed. The first circuit consists of the primary coil 3 of the transformer 7 - the upper diode of the electronic key 4 - the alternating current source 1 - the filtering capacitor 2 - the primary coil 3 of the transformer 7, the second circuit consists of the secondary coil 6 of the transformer 7 - the upper diode of the electronic key 8 - the alternating current source 10 - the secondary coil 6 of the transformer 7. The first circuit ensures the limitation of the switching voltage of the electronic key of alternating current to the limit of the alternating current voltage of the source 1 (see Fig. 2, curve 26), and the second circuit ensures the transfer of energy accumulated in the magnetic field of the transformer 7 to the alternating current source 10 (in this case it is as a load). When the upper transistor of the electronic key 5 closes, the control pulse 31 is applied to the upper transistor of the electronic keys 4 and 8, the transistors open and short-circuit the upper diode of the electronic keys 4 and 8 (see Fig. 3, for t2). This does not influence the process of energy transfer from the magnetic field of the transformer 7 to the alternating current source 10. When the current in the primary coil 3 of the transformer 7 (see Fig. 3, curve 35, for t3) changes its polarity, the second operating mode of the converter begins, the so-called "forward" mode. From this moment, parallel to the process of transferring energy accumulated in the magnetic field of the transformer 7 to the alternating current source 10, a new energy transfer begins, which takes place directly from the alternating current source 1, through the circuit formed by the alternating current source 1 - the electronic alternating current key 4 - the primary coil 3 of the transformer 7 - the filtering capacitor 2 - the alternating current source 1 and the circuit of the secondary coil 6 of the transformer 7, to the alternating current source 10. This parallel process takes place until the current in the primary coil 3 of the transformer 7 (see Fig. 3, curve 35, for t4) changes its polarity. At the next moment, the control pulse 31, applied to the upper transistor of the electronic key 4 (see Fig. 3, for t5), turns off. As can be seen (Fig. 3, curve 34, for t4 and t5), the switching and closing of the upper transistor of the electronic key 4 take place at a voltage equal to zero, which reduces energy losses and, as a result, leads to an increase in the efficiency of the converter. From the moment t0, a new control pulse 32 is applied to the electronic key 5 and the converter operation process is repeated in a new working cycle until the instantaneous value of the voltage of the alternating current source 1 decreases to zero (see Fig. 2, curve 25).
La trecerea sinusoidei de tensiune a sursei de curent alternativ 1 (vezi fig.1) de la semiunda pozitivă la semiunda negativă prin zero (vezi fig. 2, curba 25) la tranzistoarele de jos ale cheilor electronice 4, 5 şi 8 se sting impulsurile de comandă 22 şi 24 (vezi fig. 2) şi se aplică impulsurile de comandă 21 şi 23 la tranzistoarele de sus ale cheilor electronice de curent alternativ 4, 5 şi 8, ce deschid aceste tranzistoare. În cazul semiundei negative la procesul de transfer al energiei de la sursa de curent alternativ 1 în sursa de curent alternativ 10 vor participa numai tranzistoarele de jos ale cheilor electronice 4, 5 şi 8. Procesul de comutaţie a cheilor electronice este asemănător cu comutaţia lor pe parcursul semiundei pozitive şi nu va fi analizat. When the voltage sinusoid of the alternating current source 1 (see Fig. 1) passes from the positive half-wave to the negative half-wave through zero (see Fig. 2, curve 25) at the lower transistors of the electronic keys 4, 5 and 8, the control pulses 22 and 24 (see Fig. 2) are turned off and the control pulses 21 and 23 are applied to the upper transistors of the electronic keys 4, 5 and 8, which open these transistors. In the case of the negative half-wave, only the lower transistors of the electronic keys 4, 5 and 8 will participate in the process of transferring energy from the alternating current source 1 to the alternating current source 10. The switching process of the electronic keys is similar to their switching during the positive half-wave and will not be analyzed.
Aplicabilitatea industrială a soluţiei propuse este determinată de faptul că convertorul bidirecţional de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ se confecţionează în baza componentelor electronice industriale, iar miezul feromagnetic al transformatorului de frecvenţă înaltă este executat cu întrefier, utilizat şi pentru stocarea intermediară a unei porţiuni de energie din cadrul procesului de conversie, fiind confecţionat în baza tipurilor standarde ale miezurilor feromagnetice. Tehnologia de producere a microcircuitelor imprimate este accesibilă pentru realizare atât în condiţii de laborator, cât şi la uzinele cu profil de producere a echipamentelor electronice de diferită destinaţie. The industrial applicability of the proposed solution is determined by the fact that the bidirectional converter of alternating current voltage to alternating current voltage is made on the basis of industrial electronic components, and the ferromagnetic core of the high-frequency transformer is made with an air gap, also used for the intermediate storage of a portion of energy in the conversion process, being made on the basis of standard types of ferromagnetic cores. The technology for producing printed microcircuits is accessible for implementation both in laboratory conditions and at factories with a profile for producing electronic equipment for various purposes.
Micşorarea cheltuielilor de confecţionare a instalaţiei se asigură prin excluderea mai multor elemente funcţionale în comparaţie cu cea mai apropiată soluţie, de exemplu sunt excluse o cheie electronică de curent alternativ şi o inductanţă pentru limitarea valorilor curenţilor de comutaţie, prin aceasta se asigură micşorarea numărului de elemente în convertorul propus. De asemenea, în convertorul propus se utilizează un singur transformator de frecvenţă înaltă cu o realizare constructivă simplificată cu două înfăşurări, pe când în cea mai apropiată soluţie se utilizează un transformator de frecvenţă înaltă, a cărui bobină secundară este confecţionată cu două secţii. Utilizarea unui transformator cu numai două înfăşurări asigură diminuarea consumului de materiale şi o utilizare mai eficientă a transformatorului de frecvenţă (se micşorează masa de material conductor necesar pentru asigurarea robusteţii convertorului propus, se măreşte coeficientul mutual al bobinelor). Prin aceasta se asigură micşorarea masei de material conductor şi a masei materialelor feromagnetice, ce contribuie la micşorarea cheltuielilor de confecţionare a convertorului. Cheltuielile de confecţionare a convertorului se micşorează, de asemenea, datorită reducerii numărului de legături dintre elementele funcţionale. The reduction of the installation manufacturing costs is ensured by excluding several functional elements compared to the closest solution, for example, an electronic alternating current key and an inductance for limiting the values of the switching currents are excluded, thereby ensuring the reduction of the number of elements in the proposed converter. Also, in the proposed converter a single high-frequency transformer with a simplified constructive design with two windings is used, while in the closest solution a high-frequency transformer is used, whose secondary coil is made of two sections. The use of a transformer with only two windings ensures the reduction of the consumption of materials and a more efficient use of the frequency transformer (the mass of conductive material necessary to ensure the robustness of the proposed converter is reduced, the mutual coefficient of the coils is increased). This ensures the reduction of the mass of conductive material and the mass of ferromagnetic materials, which contributes to the reduction of the converter manufacturing costs. The manufacturing costs of the converter are also reduced due to the reduction in the number of connections between the functional elements.
Majorarea randamentului convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ se obţine ca rezultat al micşorării numărului de elemente semiconductoare pasive, adică la excluderea unei chei electronice de curent alternativ din schema funcţională a celei mai apropiate soluţii şi la micşorarea numărului de elemente inductive, deoarece în schema funcţională propusă nu se utilizează nicio bobină de inductanţă pentru limitarea valorilor curenţilor de comutaţie, care este inclusă în schema funcţională a celei mai apropiate soluţii. Excluderea elementelor enumerate, deci şi a pierderilor provocate de curenţi în acestea, contribuie la majorarea randamentului convertorului. De asemenea, la majorarea randamentului contribuie şi utilizarea unui transformator de frecvenţă cu numai două înfăşurări, prin aceasta se asigură o masă totală mai mică a transformatorului de frecvenţă înaltă în convertorul propus în comparaţie cu transformatorul de frecvenţă, la care bobina secundară este confecţionată cu două semibobine, utilizat în cea mai apropiată soluţie, ca urmare, pierderile de energie în convertor sunt mai mici în comparaţie cu cele din cea mai apropiată soluţie, deci randamentul total al convertorului se majorează. The increase in the efficiency of the AC voltage to AC voltage converter is obtained as a result of reducing the number of passive semiconductor elements, i.e., by excluding an AC electronic key from the functional diagram of the closest solution and by reducing the number of inductive elements, since in the proposed functional diagram no inductance coil is used to limit the values of the switching currents, which is included in the functional diagram of the closest solution. The exclusion of the listed elements, and therefore of the losses caused by the currents in them, contributes to increasing the efficiency of the converter. Also, the use of a frequency transformer with only two windings contributes to the increase in efficiency, this ensures a lower total mass of the high-frequency transformer in the proposed converter compared to the frequency transformer, in which the secondary coil is made of two half-coils, used in the closest solution, as a result, the energy losses in the converter are lower compared to those in the closest solution, so the total efficiency of the converter increases.
Totalitatea particularităţilor indicate de realizare a convertorului bidirecţional de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent alternativ asigură obţinerea rezultatului invenţiei privind micşorarea cheltuielilor de confecţionare a convertorului şi majorarea randamentului lui de funcţionare. The totality of the indicated particularities of the realization of the bidirectional converter of alternating current voltage into alternating current voltage ensures the achievement of the result of the invention regarding the reduction of the manufacturing costs of the converter and the increase of its operating efficiency.
1. US 3517300 A 1970.06.23 1. US 3517300 A 1970.06.23
2. US 6067243 A 2000.05.23 2. US 6067243 A 2000.05.23
3. US 8644037 B2 2014.02.04 3. US 8644037 B2 2014.02.04
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20160021A MD1058Z (en) | 2016-02-16 | 2016-02-16 | Bidirectional alternating current voltage-to-alternating current voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20160021A MD1058Z (en) | 2016-02-16 | 2016-02-16 | Bidirectional alternating current voltage-to-alternating current voltage converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| MD1058Y MD1058Y (en) | 2016-07-31 |
| MD1058Z true MD1058Z (en) | 2017-04-30 |
Family
ID=56549961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| MDS20160021A MD1058Z (en) | 2016-02-16 | 2016-02-16 | Bidirectional alternating current voltage-to-alternating current voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD1058Z (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3517300A (en) * | 1968-04-16 | 1970-06-23 | Gen Electric | Power converter circuits having a high frequency link |
| US6067243A (en) * | 1996-06-06 | 2000-05-23 | I-Hits Laboratory Corporation | AC-AC/DC converter |
| MD727Y (en) * | 2013-01-23 | 2014-01-31 | Inst De Energetica Al Academiei De Stiinte A Moldovei | Device for controlling the alternating voltage (embodiments) |
| US8644037B2 (en) * | 2008-07-15 | 2014-02-04 | General Electric Company | AC-AC converter with high frequency link |
| MD742Y (en) * | 2013-01-23 | 2014-02-28 | Inst De Energetica Al Academiei De Stiinte A Moldovei | Alternating current voltage-to-direct current voltage conversion plant |
| MD842Y (en) * | 2014-05-14 | 2014-11-30 | Institutul De Energetică Al Academiei De Ştiinţe A Moldovei | Microinverter for photovoltaic panels |
| MD841Y (en) * | 2014-05-19 | 2014-11-30 | Institutul De Energetică Al Academiei De Ştiinţe A Moldovei | Converter of direct current voltage to direct current voltage |
| MD944Y (en) * | 2014-09-25 | 2015-08-31 | Institutul De Energetică Al Academiei De Ştiinţe A Moldovei | Inverter for photovoltaic module |
-
2016
- 2016-02-16 MD MDS20160021A patent/MD1058Z/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3517300A (en) * | 1968-04-16 | 1970-06-23 | Gen Electric | Power converter circuits having a high frequency link |
| US6067243A (en) * | 1996-06-06 | 2000-05-23 | I-Hits Laboratory Corporation | AC-AC/DC converter |
| US8644037B2 (en) * | 2008-07-15 | 2014-02-04 | General Electric Company | AC-AC converter with high frequency link |
| MD727Y (en) * | 2013-01-23 | 2014-01-31 | Inst De Energetica Al Academiei De Stiinte A Moldovei | Device for controlling the alternating voltage (embodiments) |
| MD742Y (en) * | 2013-01-23 | 2014-02-28 | Inst De Energetica Al Academiei De Stiinte A Moldovei | Alternating current voltage-to-direct current voltage conversion plant |
| MD842Y (en) * | 2014-05-14 | 2014-11-30 | Institutul De Energetică Al Academiei De Ştiinţe A Moldovei | Microinverter for photovoltaic panels |
| MD841Y (en) * | 2014-05-19 | 2014-11-30 | Institutul De Energetică Al Academiei De Ştiinţe A Moldovei | Converter of direct current voltage to direct current voltage |
| MD944Y (en) * | 2014-09-25 | 2015-08-31 | Institutul De Energetică Al Academiei De Ştiinţe A Moldovei | Inverter for photovoltaic module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD1058Y (en) | 2016-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105871217B (en) | Push-pull type isolation power supply and method for IGBT driving device | |
| RU2012140675A (en) | DC CONVERTER TO DC CONSTANT FOR HIGH VOLTAGE CONVERTER OF INPUT VOLTAGE TO OUTPUT | |
| CN107078642B (en) | Resonant DC-DC Converters | |
| CN202759382U (en) | Heavy-current high-frequency isolated DC-DC converter | |
| CN207732627U (en) | A Wide Voltage Input IGBT Driving Power Supply | |
| TWI481180B (en) | Dc-ac converter and conversion circuit | |
| US10205406B2 (en) | Passive boost network and DC-DC boost converter applying the same | |
| US10432110B2 (en) | Power converter having resonant frequencies around two and four times the switching frequency | |
| US9350255B2 (en) | DC-DC conversion device including pulse width modulation control | |
| CN202737771U (en) | Switching power supply circuit and switching power supply | |
| TWI543513B (en) | Resonant converter | |
| TWI586092B (en) | Single stage AC to DC converter | |
| MD841Z (en) | Converter of direct current voltage to direct current voltage | |
| MD1058Z (en) | Bidirectional alternating current voltage-to-alternating current voltage converter | |
| MD842Z (en) | Microinverter for photovoltaic panels | |
| CN103762864B (en) | Multichannel high_voltage isolation power supply for semiconductor switch series connection | |
| JP5888017B2 (en) | Half-bridge type DC / DC converter | |
| CN206620056U (en) | A kind of LLC DC converters of self-driving type synchronous rectification | |
| CN104796004B (en) | DC (direct current)-DC converter | |
| RU2016106150A (en) | DOUBLE DC / DC CONVERTER | |
| Minami et al. | Analysis of Class DE current driven low $ di/dt $ rectifier | |
| CN112737392A (en) | Isolated driving power supply for H-bridge inverter circuit | |
| CN106160427A (en) | Driver for isolating based on pulse generator | |
| CN206524755U (en) | Driver for isolating based on impulse generator | |
| MD742Z (en) | Alternating current voltage-to-direct current voltage conversion plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG9Y | Short term patent issued | ||
| KA4Y | Short-term patent lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration) |