PL171511B1 - Sposób przetwarzania mocy i urzadzenie do przetwarzania mocy PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Sposób przetwarzania mocy i urzadzenie do przetwarzania mocy PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number
PL171511B1
PL171511B1 PL93305435A PL30543593A PL171511B1 PL 171511 B1 PL171511 B1 PL 171511B1 PL 93305435 A PL93305435 A PL 93305435A PL 30543593 A PL30543593 A PL 30543593A PL 171511 B1 PL171511 B1 PL 171511B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
voltage
capacitors
circuit
phase
charging
Prior art date
Application number
PL93305435A
Other languages
English (en)
Inventor
Rudolf Limpaecher
Original Assignee
Dc Transformation Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dc Transformation Inc filed Critical Dc Transformation Inc
Publication of PL171511B1 publication Critical patent/PL171511B1/pl

Links

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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08144—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in thyristor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1864—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein the stepless control of reactive power is obtained by at least one reactive element connected in series with a semiconductor switch
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/125—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M3/135—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M3/137—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/142—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • 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
    • H02M5/02—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 without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—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 without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/25—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/257—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • 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
    • H02M5/02—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 without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—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 without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/25—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/257—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M5/2573—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 without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with control circuit
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/1552—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a biphase or polyphase arrangement
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4826—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode operating from a resonant DC source, i.e. the DC input voltage varies periodically, e.g. resonant DC-link inverters
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

1 . Sposób przetwarzan i a mocy, podczas którego przetwarza s i e moc ze zródla n a p i e c i a , przy czym la duje s i e ze zródla napiecia wiele pola- czonych szeregowo kondensatorów, znamienny tym, ze odwraca s i e p olaryzacje wybranych kondensatorów sposród wielu kondensatorów, laczy s i e e l e kt ry cz ni e wiele kondensatorów dla t ra nsformacji n a p i e c i a , pobiera s i e moc z wielu kondensatorów przy przetransformowanym napieciu i powtarza s i e t e sekwencje etapów wiele razy w ciagu sekundy 2 Urzadzenie do przetwarzania mocy, zawierajace uklad maga- zynowania e ne r g i i zawierajacy wiele kondensatorów tworzacych wie- lokrotne s t o p ni e, z których kazdy zawiera jeden lub wiecej z tych wielu kondensatorów polaczonych szeregowo, znamienne tym, ze zawiera uklad ladowania zawierajacy polaczone szeregowo tyr ys t or ( 2 6 ) , diody (30 , 31) i cewke indukcyjna ( 3 2 ) , przy czym diody (30) i (31) sa dolaczone równolegle do kondensatorów ( 2 1 , 22, 23, 24) ukladu magazynowania e n e r g i i , a kondensator (20) j e s t dolaczony do masy, urzadzenie zawiera takze uklad odwracania napiecia zawiera- jacy tyry st or y (34, 35, 36) i cewki indukcyjne (37, 38, 3 9 ) , przy czym kazdy t y r y s t o r ( 34, 35, 36) w polaczeniu szeregowym z cewka indu- kcyjna ( 3 7 , 38, 39) j e s t dolaczony do wlasciwego kondensatora ( 2 1 , 23, 25) tworzacego wraz z nimi obwód rezonansowy wspomagajacy odwracanie polaryzacji tego kondensatora i urzadzenie zawiera uklad rozladowania zawierajacy t y r y s t o r (40) dolaczony do ukladu magazy- nowania energii zawierajacego kondensatory (2 0, 21, 22, 23, 24, 25) i t y r ys to ry (27, 28, 2 9 ) , przy czym diody (D1, D2) stanowia polaczenia wielokrotnych s t op ni kondensatorów (20, 21, 22, 23, 24, 25), które t o polaczenia w pierwszym s t a n i e pracy stanowia mala impedancje i w drugim s t a n i e pr acy stanowia duza impedancje FIG. 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania mocy i urządzenie do przetwarzania mocy, które umożliwiają bezpośrednie zwiększanie lub zmniejszanie mocy prądu stałego lub przemiennego bez użycia transformatorów z rdzeniem magnetycznym. Działanie urządzeniajest realizowane przy pomocy półprzewodnikowych przyrządów łączących, kondensatorów, dławików, korzystnie bezrdzeniowych, i układu sterującego przełączaniem.
Podstawowa zasada przetwornika jest przedstawiona w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 663 940, który dotyczy sterowanego przetwornika nieczułego na zmiany obciążenia.
Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 808 512 beztransformatorowy zasilacz mocy, w którym dwa zespoły identycznych kondensatorów, z włączonymi pomiędzy nimi diodami prostującymi, są włączone w połączeniu szeregowym pomiędzy parę końcówek zasilających dołączonych do źródła prądu przemiennego. Te dwa zespoły kondensa171 511 torów są ładowane naprzemiennie w kolejnych półokresach napięcia przemiennego dostarczanego przez końcówki zasilające. Różnica potencjałów uzyskana na każdym kondensatorze odpowiada ilorazowi wartości szczytowej zasilającego napięcia przemiennego przez liczbę kondensatorów każdego zespołu. Następnie te dwa zespoły kondensatorów są naprzemiennie rozładowywane równolegle przez poszczególne, odpowiadające im diody, elementy przełączające, takie jak tyrystory, i wspólne obciążenie prądu stałego.
Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 636 930 monolityczny układ scalony zawierający zespoły ładowania i rozładowania z podwajaniem napięcia i odwracaniem lub bez odwracania, który służy do przetwarzania jednobiegunowego napięcia zasilania w dwubiegunowe napięcie zasilania o większej wartości. Jednobiegunowe napięcie wejściowe jest doprowadzane do pierwszego zewnętrznego kondensatora przekazującego energię poprzez pierwszy zespół tranzystorów typu MOS podczas pierwszego okresu czasu. Źródło jednobiegunowego napięcia wejściowego jest połączone szeregowo z pierwszym kondensatorem przekazującym energię, a szeregowa kombinacja napięć jest doprowadzana do pierwszego zewnętrznego kondensatora rezerwowego poprzez drugi zespół tranzystorów typu MOS podczas drugiego okresu czasu. Napięcie występujące na pierwszym zewnętrznym kondensatorze rezerwowymjest doprowadzane do drugiego kondensatora przekazującego energię podczas pierwszego okresu czasu poprzez trzeci zespół tranzystorów typu MOS. Napięcie na drugim kondensatorze przekazującym energię jest doprowadzane do drugiego zewnętrznego kondensatora rezerwowego o polaryzacji odwróconej przez czwarty zespół tranzystorów typu MOS podczas drugiego okresu czasu. Tranzystor z podwójnym kolektorem i poprzecznym złączem jest dołączony jako element ustalający napięcie pomiędzy potencjał masy i dwie dwubiegunowe linie wyjściowe prądu stałego układu energetycznego w celu zapewnienia prawidłowych warunków początkowych dla układu. W podłożu półprzewodnikowym są wytworzone przyrządy zmniejszające wzmocnienie i gromadzące nośniki mniejszościowe, które w innym przypadku byłyby wstrzykiwane do właściwych, pasożytniczych przyrządów czterowarstwowych ze złączem pnpn, wytwarzanych w wyniku struktury układu.
Znane są z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 807 104 sposób i układ ładowania i rozładowania ze zwielokrotnianiem napięcia i odwracaniem, które służą do dostarczania na wyjściu dodatniego lub ujemnego napięcia albo ich obu. Napięcie to ma określoną wartość będącą całkowitą wielokrotnością wartości napięcia zasilania energetycznego układu. W jednym wykonaniu pierwszy kondensator jest ładowany do napięcia zasilania. Do pierwszego kondensatora jest doprowadzone napięcie zasilania energetycznego w celu przekazywania zasilania o podwojonym napięciu. Drugi i trzeci kondensator są ładowane ładunkiem wytwarzanym w wyniku doprowadzenia do nich podwojonego napięcia zasilania. Drugi kondensator jest stosowany do magazynowania ładunku z pierwszego kondensatora w celu dostarczania ciągłego napięcia wyjściowego o wartości, która jest równa podwójnej wartości napięcia zasilania. Trzeci kondensator może mieć odpowiednią budowę dla wytwarzania przekazywanego ujemnego napięcia, które jest stosowane do ładowania czwartego kondensatora dostarczającego ujemne napięcie wyjściowe o podwójnej wartości napięcia zasilania.
Znane są z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 812 961 sposób i układ ładowania i rozładowania z przełącznikiem ograniczającym prąd. Układ ma końcówkę zasilania dołączoną do źródła napięcia, końcówkę masy, pierwszy kondensator połączony szeregowo z pierwszym i drugim przełącznikiem pomiędzy końcówką zasilania a końcówką masy. Trzeci przełącznik jest połączony równolegle z pierwszym przełącznikiem i pierwszym kondensatorem. Drugi kondensator jest połączony szeregowo z czwartym i piątym przełącznikiem pomiędzy wspólną końcówką pierwszego przełącznika i pierwszego kondensatora a końcówką masy. Trzeci kondensator jest połączony szeregowo z szóstym przełącznikiem pomiędzy masą i wymienioną wspólną końcówką. Wspólna końcówka trzeciego kondensatora i szóstego przełącznika jest dołączona do końcówki dodatniego napięcia. Czwarty kondensator jest połączony szeregowo z siódmym przełącznikiem pomiędzy masą i wspólną końcówką drugiego kondensatora i piątego przełącznika. Wspólna końcówka czwartego kondensatora i siódmego przełącznika jest dołączona do końcówki ujemnego napięcia, a ósmy przełącznik jest połączony równolegle z drugim kondensatorem i piątym przełącznikiem. Zamknięcie pierwsze6 go, drugiego, siódmego i ósmego przełącznika podczas pierwszej fazy roboczej powoduje wytworzenie napięcia na pierwszym kondensatorze, a zamknięcie trzeciego, czwartego, piątego i szóstego przełącznika podczas drugiej fazy roboczej powoduje przekazanie podwojonego napięcia do drugiego i trzeciego kondensatora. Podczas następnej pierwszej fazy roboczej do czwartego kondensatora jest doprowadzane podwojone napięcie o znaku ujemnym. Trzeci przełącznik stanowi tranzystor bipolarny mający bazę, kolektor i emiter, dołączony do obwodu polaryzacji doprowadzającego dodatnie napięcie do bazy tranzystora bipolarnego, skutkiem czego ten tranzystor ma małe napięcie nasycenia ograniczające prąd.
Sposób przetwarzania mocy, według wynalazku polega na tym, że odwraca się polaryzację wybranych kondensatorów spośród wielu kondensatorów, łączy się elektrycznie wiele kondensatorów dla transformacji napięcia, pobiera się moc z wielu kondensatorów przy przetransformowanym napięciu i powtarza się tę sekwencję etapów wiele razy w ciągu sekundy.
Urządzenie do przetwarzania mocy, według wynalazku zawiera układ ładowania zawierający połączone szeregowo tyrystor, diody i cewkę indukcyjną przy czym diody są dołączone równolegle do kondensatorów układu magazynowania energii, a kondensator jest dołączony do masy. Urządzenie zawiera także układ odwracania napięcia zawierający tyrystory i cewki indukcyjne. Każdy tyrystor w połączeniu szeregowym z cewką indukcyjną jest dołączony do właściwego kondensatora tworzącego wraz z nimi obwód rezonansowy wspomagający odwracanie polaryzacji tego kondensatora. Urządzenie zawiera układ rozładowania zawierający tyrystor dołączony do układu magazynowania energii zawierającego kondensatory i tyrystory. Diody stanowią połączenia wielokrotnych stopni kondensatorów, które to połączenia w pierwszym stanie pracy stanowią małą impedancję i w drugim stanie pracy stanowią dużą impedancję.
W drugim wykonaniu urządzenie według wynalazku zawiera układ ładowania zawierający połączone szeregowo kondensator, cewkę indukcyjną i tyrystor, dołączony szeregowo do kondensatorów układu magazynowania energii. Urządzenie zawiera także układ odwracania napięcia zawierający połączone szeregowo diody i połączone równolegle tyrystory z dołączonymi do nich cewkami indukcyjnymi. Każdy tyrystor w połączeniu szeregowym z cewką indukcyjną jest dołączony do właściwego kondensatora tworzącego wraz z nimi obwód rezonansowy wspomagający odwracanie polaryzacji tego kondensatora. Urządzenie zawiera układ rozładowania zawierający tyrystory dołączone do układu magazynowania energii zawierającego kondensatory. Tyrystory stanowią połączenia wielokrotnych stopni kondensatorów, które to połączenia w pierwszym stanie pracy stanowią małą impedancję i w drugim stanie pracy stanowią dużą impedancję.
Do układu ładowania, układu odwracania i układu rozładowania są dołączone trzy wyjścia układu sterowania, którego pierwsze wejście jest dołączone do wejścia mocy, drugie wejście jest dołączone do obciążenia i trzecie wejście jest dołączone do układu zewnętrznego.
Cewki indukcyjne układu odwracania napięcia są dołączone rozłącznie do poszczególnych kondensatorów.
Tyrystory układu odwracania napięcia są włączone pomiędzy kondensatory i cewki indukcyjne w szeregowych obwodach rezonansowych.
Korzystnie każdy z tyrystorów jest zastąpiony przez półprzewodnikowy prostownik sterowany.
Korzystnie każdy z tyrystorów jest zastąpiony przez crossatron.
Korzystnie każdy z tyrystorów jest zastąpiony przez przyrząd wyłączany bramką.
Korzystnie cewki indukcyjne są włączone w obwodach indukcyjnych.
Korzystnie cewki indukcyjne są cewkami z rdzeniem powietrznym.
Do wyjścia układu rozładowania jest dołączony filtr wielkiej częstotliwości.
Pomiędzy wejściem mocy i układem ładowania jest włączony filtr wielkiej częstotliwości.
Układ ładowania zawiera cewkę indukcyjną połączoną szeregowo ze źródłem napięcia.
W innym wykonaniu układ ładowania zawiera cewkę indukcyjną i tyrystor połączone szeregowo ze źródłem napięcia.
Kondensatory tworzą N stopni, z których każdy zawiera dwa spośród tych kondensatorów połączonych szeregowo i ma pierwszą końcówkę, drugą końcówkę i końcówkę ładującą dołą171 511 czoną elektrycznie do wspólnego węzła, w którym dwa kondensatory tego stopnia są połączone razem, oraz dołączoną do układu ładowania.
Układ ładowania zawiera przełączniki, korzystnie tyrystory, do łączeniapierwszej i drugiej końcówki każdego stopnia kondensatorów ze wspólnym węzłem podczas ładowania.
Do pierwszej końcówki i końcówki ładującej stopnia kondensatorów jest dołączona każda cewka indukcyjna.
Jeden koniec połączonych szeregowo kondensatorów stanowi pierwszą końcówkę, a drugi koniec stanowi drugą końcówkę, do których to końcówek pierwszej i drugiej jest dołączony układ rozładowania.
Każda cewka indukcyjna jest dołączona do pierwszej końcówki rozładującej stopnia kondensatorów przy odwróceniu polaryzacji jednego z dwóch kondensatorów w tym stopniu.
Układ rozładowania zawiera wyjściową cewkę indukcyjną i przełącznik, korzystnie tyrystor do łączenia kondensatorów z wyjściową cewką indukcyjną w fazie rozładowania.
Układ rozładowania zawiera diodę dołączoną do wyjścia urządzenia.
Jedno wejście układu sterowania jest dołączone do wyjścia filtru wielkiej częstotliwości i równocześnie do wejścia obciążenia.
Korzystnie filtr ma wejście transformowanego napięcia.
Korzystnie filtr ma wejście napięcia przemiennego.
Korzystnie źródło napięcia stanowi źródło sygnału przemiennego o częstotliwości fs.
Korzystnie układ ładowania zawiera wiele obwodów przenoszących ładunki, zawierających cewki indukcyjne i tyrystory, z których każdy obwód jest dołączony do innej fazy wielofazowej linii energetycznej prądu przemiennego. Układ rozładowania zawiera wiele obwodów doprowadzających ładunek, zawierających cewki indukcyjne i tyrystory, z których każdy obwód jest dołączony do innej fazy wielofazowej linii energetycznej prądu przemiennego.
Do układu rozładowania jest dołączony oddzielny przyrząd magazynujący energię, korzystnie cewka indukcyjna.
W innym wykonaniu urządzenie zawiera wiele układów ładowania, zawierających cewki indukcyjne i tyrystory, które są dołączone do różnych faz wielofazowej linii energetycznej prądu przemiennego i do pojemnościowego układu magazynowania. Elementy każdego układu ładowania tworzą z elementami pojemnościowego układu magazynowania obwód rezonansowy, wiele układów doprowadzających zawierających cewki indukcyjne i tyrystory, które są dołączone do różnych faz wielofazowej linii energetycznej i do pojemnościowego układu magazynowania oraz układ sterowania dołączony do wszystkich faz wielofazowej linii energetycznej, do pojemnościowego układu magazynowania i do układów wyzwalania tyrystorów.
Układy ładowania i układy doprowadzające mają wspólne elementy, korzystnie cewka indukcyjna jednego układu ładowania jest także cewką indukcyjną odpowiedniego układu doprowadzającego.
Pojemnościowy układ magazynowania zawiera wiele kondensatorów, połączonych szeregowo, do których jest dołączony układ ładowania zawierający tyrystor, diody lub kondensator i cewkę indukcyjną oraz układ odwracania polaryzacji zawierający tyrystory i cewki indukcyjne, korzystnie diody. Cewki indukcyjne są dołączone rozłącznie do wybranych kondensatorów i tworzą wraz z nimi obwody rezonansowe wspomagające odwracanie polaryzacji kondensatorów, do których jest dołączony układ rozładowania zawierający tyrystory.
Korzystnie pojemnościowy układ magazynowania stanowi kondensator.
Korzystnie układy ładowania i układy doprowadzające mają wspólną cewkę indukcyjną.
Urządzenie według wynalazku zawiera szereg kombinacji wejściowej cewki indukcyjnej i wejściowego przełącznika w połączeniu równoległym z pojemnościowym układem magazynowania.
Sposób przetwarzania mocy i urządzenie do przetwarzania mocy według wynalazku spełniają zadanie bez użycia transformatora. Urządzenie zawiera wiele połączonych szeregowo kondensatorów ładowanych do określonego napięcia przez układ ładowania z wejściowego źródła napięcia. Polaryzacja wybranych ładowanych kondensatorów jest odwracana w wyniku działania układ zawierającego wiele cewek indukcyjnych dołączonych z możliwością przełączenia do wybranych ładowanych kondensatorów w celu utworzenia obwodów rezonansowych wspomagających odwracanie polaryzacji, pobieranie mocy z kondensatorów przez układ rozładowania i transformację napięcia wejściowego, co jest zupełnie nowym rozwiązaniem.
Zaletą sposobu i urządzenia według wynalazku jest zapewnienie przetwarzania z dużą sprawnością i bez wytwarzania harmonicznych. Wyeliminowanie transformatora w połączeniu z działaniem przy dużej częstotliwości przetwarzania umożliwia uzyskanie urządzenia o małym ciężarze, nie mającego strat w rdzeniu transformatora i nie wytwarzającego trzeciej harmonicznej. Przy dużym stosunku transformacji wejściowego prądu stałego do wyjściowego prądu stałego, beztransformatorowe urządzenie do przetwarzania mocy przenosi ładunek wejściowy bezpośrednio na wyjście bez potrzeby stosowania łącza prądu przemiennego. Operacje ładowania, transformowania i rozładowania występują zwykle w określonej kolejności i zapewniają pełną izolację między sieciami energetycznymi wejściową i wyjściową. Beztransformatorowe urządzenie do przetwarzania mocy umożliwia pełną kontrolę przepływu mocy i dzięki temu zapewnia poprawę stabilności sieci energetycznej. Pewna liczba scalonych modułów tego urządzenia jest łatwa do realizacji w pojedynczym układzie jako stopień transformacji napięcia, konwerter lub inwerter mocy, regulator wyjściowy, korektor kąta fazowego oraz szybki wyłącznik mocy.
Budowa urządzenia według wynalazku jest szczególnie właściwa do uzyskania rozdziału wysokiego napięcia stałego przy przetwarzaniu prądu przemiennego w prąd stały i przy jego zwiększaniu w rozdzielniach mocy w celu przesyłania energii przy wysokim napięciu stałym, a także przy zwiększaniu napięcia stałego dla rozdziału napięcia stałego zamiast napięcia przemiennego i w końcu przy przetwarzaniu mocy prądu stałego w moc wielofazowego prądu przemiennego dla odbiorców wielkich mocy.
Beztransformatorowe urządzenie do przetwarzania mocy umożliwia transformowanie napięcia stałego lub przemiennego, przetwarzanie prądu przemiennego w prąd stały lub odwrotnie oraz zwiększanie lub zmniejszanie prądu przemiennego lub prądu stałego. W połączeniu z logicznym układem sterującym i półprzewodnikowymi przyrządami łączącymi uzyskuje się napięcie wyjściowe na poziomie mocy rzędu megawata przy sprawności porównywalnej ze sprawnością typowych, nieregulowanych transformatorów mocy prądu przemiennego.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie beztransformatorowe urządzenie do przetwarzania mocy i przebiegi elektryczne dla przetwornika prądu przemiennego w prąd przemienny, fig. 2 trójstopniowy układ transformacyjny zwiększania napięcia w urządzeniu z fig. 1, fig. 3 trójstopniowy układ transformacyjny zmniejszania napięcia stałego, fig. 4 - czteroćwiartkowy układ zwiększania i zmniejszania napięcia, fig. 5 - jednofazowy, trójstopniowy układ transformacji prądu przemiennego w prąd przemienny, fig. 6 - moduł jednofazowego, trójstopniowego przetwornika prądu przemiennego w prąd stały ze zmniejszaniem napięcia, fig. 7 - wielofazowy układ przetwarzania prądu przemiennego w prąd stały, fig. 8 - układ trójstopniowego modułu przetwarzania prądu stałego w jednofazowy prąd przemienny ze zmniejszaniem napięcia, fig. 9 - wielofazowy układ generatora mocy biernej i filtrowania harmonicznych dla sieci trójfazowej, fig. 10 - wykresy napięcia, prądu biernego i mocy dla sieci trójfazowej oraz fig. 11 - urządzenie do przetwarzania mocy w połączeniu z cewką indukcyjną magazynującą energię, w uproszczonym schemacie elektrycznym.
Figura 1 przedstawia schematycznie beztransformatorowe urządzenie do przetwarzania mocy i przebiegi elektryczne dla przetwornika prądu przemiennego w prąd przemienny bez zmiany fazy i/lub częstotliwości, zarówno dla zwiększania jak i zmniejszania napięcia.
W celu realizacji funkcji przy maksymalnej przepustowości mocy, minimalnym ciężarze, minimalnej objętości i minimalnych wymaganiach dotyczących filtrowania elektrycznego, wewnętrzna częstotliwość robocza urządzeniajest znacznie większa od częstotliwości linii prądu przemiennego. Cykl pracy urządzenia obejmuje zwykle okres ładowania, cykl przetwarzania i okres rozładowania.
Na wejściu 10 urządzenia do przetwarzania mocy jest włączony filtr 11 wielkiej częstotliwości, do którego jest dołączony układ ładowania 12. Układ ładowania 12 steruje ładowaniem zespołu kondensatorów przy wielkich częstotliwościach i małych stratach oraz zawiera zwykle
171 511 łączniki i cewkę indukcyjną włączoną szeregowo. Zespół kondensatorów jest ładowany do napięcia o wartości dwukrotnie większej od wartości chwilowej napięcia na wejściu 10.
Okres ładowania jest wyrażony wzorem:
Tc= π ^(lT Csk) gdzie Lc jest indukcyjnością cewki indukcyjnej i Csk jest pojemnością skuteczną zespołu ładowanych kondensatorów. Zespół kondensatorów jest umieszczony w układzie odwracania 14 i stanowi jego główny element składowy. Stosując współczesne przyrządy łączące, można zespół kondensatorów ładować całkowicie lub tylko częściowo.
Wówczas gdy łączniki ładujące powracają do normalnego stanu elektrycznego, zespół kondensatorów zostaje elektrycznie odizolowany od wejścia i rozpoczyna się następny cykl odwracania. Podczas cyklu odwracania polaryzacja elektryczna części kondensatorów zostaje zmieniona na odwrotną. W cyklu odwracania napięcie zostaje zwiększone lub zmniejszone. Cykl odwracania trwa przez okres czasu zbliżony do czasu ładowania. Proces odwracania kończy się, gdy napięcie części kondensatorów w zespole kondensatorów, zwykle połowy kondensatorów zostanie odwrócone.
Trzeci i ostatni okres stanowi cykl rozładowania, gdy energia zgromadzona w zespole kondensatorów jest rozładowywana w układzie rozładowania 15. Dzięki zastosowaniu drugiego filtru 16 wielkiej częstotliwości, tętnienia o wielkich częstotliwościach nie pojawiają się na wyjściu. Ponadto korzystne jest zastosowanie wyjściowej cewki indukcyjnej do sterowania przepływem energii wyjściowej, czasem rozładowania i minimalizacją strat energii.
Zasadniczym elementem jest układ sterowania 18, który kontroluje parametry wejścia 10 i wyjścia 20, takie jak napięcie wejściowe i wyjściowe, poziom obciążenia i krytyczne parametry wewnętrzne urządzenia oraz wytwarza sygnały' 22, 23, 24 włączające elementy łączące.
Praca urządzenia przy wysokiej częstotliwości sprawia, że sinusoidalne napięcie wyjściowe może być odtworzone przy minimalnej filtracji na wejściu i wyjściu. Ponadto napięcie lub moc wyjściowa mogą być regulowane trzema podstawowymi sposobami: Przez ładowanie kondensatorów do określonego poziomu i regulację częstotliwości cyklu urządzenia można zwiększać lub zmniejszać napięcie. Drugi sposób regulacji polega na pracy urządzenia przy stałej częstotliwości cyklu i regulacji przez zmianę wejściowego poziomu ładowania. W trzecim sposobie oba poprzednie sposoby można połączyć. Przy wyborze sposobu uwzględnia się określone elementy, budowę urządzenia i wymagania operacyjne.W jedno urządzenie może być połączonych wiele modułów pracujących równolegle. Takie moduły pracują z przesunięciem fazowym przebiegów dla minimalizacji wymagań dotyczących filtrów wejściowych i wyjściowych. Ponadto, ponieważ moduł może ulec uszkodzeniu, należy wbudować w urządzenie układ rezerwacji.
Figura 1 przedstawia także przebiegi napięć i prądów w kilku punktach urządzenia do przetwarzania mocy. Dla uproszczenia przyjęto tylko 18 cykli pracy urządzenia w ciągu jednego okresu prądu przemiennego. Sinusoidalne napięcie wejściowe Vwe wytwarza prąd ładowania Ic mający obwiednię sinusoidalną. Prąd wyjściowy Iwy układu odwracania 14 ma podobny przebieg, jest jednak przesunięty w czasie o jeden okres. Układ wyjściowy 15 wytwarza prąd If i jego działanie jest takie, że powoduje pewną filtrację. Całkowicie odfiltrowany prąd obciążenia Iob reprezentuje wejściowy przebieg sinusoidalny zmodyfikowany co do amplitudy, zależnie od regulowanej przekładni zwiększającej lub zmniejszającej wartość na wyjściu. Ponadto między przebiegiem wejściowym i wyjściowym występuje przesunięcie fazowe, którego wartość odpowiada cyklowi pracy urządzenia. W celu ograniczenia przesunięcia do jednego stopnia, urządzenie jest sterowane z częstotliwością 21,6 kHz przy przetwarzaniu z częstotliwością 60 Hz. Realizuje się to, stosując współczesne przyrządy półprzewodnikowe lub łączniki plazmowe, takie jak crossatrony.
Figura 2 przedstawia trójstopniowy układ transformacyjny zwiększania napięcia w urządzeniu do przetwarzania mocy. Ponieważ transformacja prądu stałego w prąd stały wymaga zastosowania małej liczby elementów i jest koncepcyjnie jednym z najprostszych zastosowań urządzenia według wynalazku, na jej przykładzie zostanie wyjaśniona zasada działania tego
171 511 urządzenia. Figura 2 przedstawia uproszczony układ zwiększający napięcie stałe, w· którym dla uproszczenia nie pokazano filtru wejściowego, filtru wyjściowego i układu sterującego.
Przed przystąpieniem do opisu urządzenia zostanie przedstawione przetwarzanie prądu stałego w prąd siały. Jedyną cechą wspólną podstawowej zasady przetwarzania i urządzenia według wynalazku jest to, ze oba urządzenia pracują przy wielkiej częstotliwości przełączania i umożliwiają regulację napięcia wyjściowego.
Wynalazek zapewnia jako pierwszy układ przełączający do wytwarzania prądu przemiennego z wejściowego prądu stałego. Uzyskany prąd przemienny jest doprowadzany do uzwojenia pierwotnego transformatora wielkiej częstotliwości. Przekładnia transformatora jest wykorzystana do ustalenia podstawowej przekładni zwiększającej lub zmniejszającej napięcie. W końcu w celu wytworzenia prądu stałego przetransformowany prąd przemienny jest prostowany i filtrowany dla otrzymania prądu stałego o wymaganej wartości.
Pracaprzy wielkiej częstotliwości umożliwia zmniejszenie powierzchni przekroju poprzecznego transformatora, która jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości przetwarzania i wprost proporcjonalna do napięcia wyjściowego. Takie wymiarowanie transformatora powoduje jednak, że przy większych napięciach transformatory są ciężkie i mają obniżoną sprawność.
W urządzeniu według wynalazku transformator i związane z nim wady zostały wyeliminowane. W zakresie większych napięć uzyskuje się dużą sprawność. Przetworniki mogą być zaprojektowane do pracy w zakresie napięć i mocy stosowanych w przemysłowych sieciach energetycznych.
Na fig. 2 sześć kondensatorów 20, 21, 22, 23, 24, 25 jest ładowanych równolegle w momencie To do biegunowości odpowiadającej tyrystorom CSRO 26, CSR1 27, CSR2 28 i CSR3 29 przez diody D1 31 i D2 30. W urządzeniu z fig. 2 zastosowano zamiast diod dwa tyrystory. Dzięki zastosowaniu cewki indukcyjnej L0 do ładowania rezonansowego, kondensatory ładują się do podwójnej wartości napięcia wejściowego Vwe 33.
W tym sposobie zwiększania napięcia zespół kondensatorów jest ładowany w naprzemiennej sekwencji tak, że każdy sąsiedni kondensator ma przeciwną biegunowość napięcia. Napięcie całkowicie naładowanego zespołu kondensatorów wynosi więc zero. Dwa połączone szeregowo kondensatory można traktować jako stopień i tworzyć podstawowy blok o współczynniku przekładni napięciowej równym dwa. W celu zwiększenia przekładni napięciowej dołącza się dodatkowe stopnie.
Okres ładowania jest określony przez wartość indukcyjności wejściowej cewki indukcyjnej L0 32 i wartości pojemności równoległych kondensatorów - sześć razy C1. Półsinusoidalny okres ładowania jest określony przez wartości parametrów elementów i jest wyrażony wzorem:
Tc= π ^(óL!· C0) przy czym jest to przedział czasu między momentami To i Ti Maksymalna wartość prądu jest wyrażona wzorem: _
Imax = Vwe Y(6Ci/L(i)
Wówczas, gdy tyrystory 26, 27, 28, 29 włączają tyrystory 35, 36, 37, cykl odwracania rozpoczyna się wkrótce po momencie Ti.
Celem cyklu odwracania zwiększającego napięcie jest zmiana polaryzacji połowy kondensatorów zespołu, tak, żeby wszystkie kondensatory miały tę samą polaryzację. W powyższym schemacie polaryzacja kondensatorów C2, C4 i C6 jest odwrócona w stosunku do dodatniego napięcia wyjściowego. Okres odwróconej polaryzacji kondensatorów C2, C4 i C6 występuje między momentami Tii T2 i jest wyrażony wzorem:
T1= π TL · C2)
Zastosowanie łącznika jednokierunkowego, takiego jak tyrystor, tyrystor GTO lub crossatron, jest istotne dla procesu odwracania. Takie łączniki lub układy łączące uniemożliwiają
171 511 powrotny przepływ prądu w obwodzie poprzez cewkę indukcyjną i umożliwiają pobieranie przetworzonej energii w sposób sprawny i kontrolowany.
Przebiegi napięcia w funkcji czasu na kondensatorach oznaczonych numerami parzystymi i nieparzystymi są. pokazane na wykresie umieszczonym w le,wvm dn1nvm rroui fg. 7 Prąd ma »UV^U. ULjl... --- j------- --------------j--- -- j---, -----j-----O----C —---C---- — ponownie kształt połówki sinusoidy, a jego wartość maksymalna jest wyrażona wzorem:
Imax = 2Vwe V(C2/L,)
Warunki pracy kondensatorów C4 i C6 są identyczne, jak warunki pracy kondensatora C2. W cyklu odwracania napięcie na zespole kondensatorów ma przebieg wyrażony wzorem:
Vzesp = 4N VWe (1-cos ( π · t/T1) gdzie N jest liczbą stopni, trzy dla podanego przykładu. Dla danego układu zwiększającego napięcie, pomijając straty, uzyskuje się współczynnik 12. Dodatnie napięcie na zespole kondensatorów Ci do C6 może byc wówczas dołączone do wyjścia.
Z punktu widzenia pracy układu, maksymalne napięcie na zespole kondensatorów może kilkakrotnie przekraczać wartość odfiltrowanego napięcia wejściowego. Można czekać na zakończenie procesu odwracania, jednak w omawianym układzie można rozpoczynać cykl rozładowania w celu skróeeeinia całkowitego okresu działania urządzenia, jak tylko cykl odwracania jest wykonany w 50%. Wcześniejsze rozpoczęcie rozładowania powoduje pozostawanie napięcia resztkowego na kondensatorach i komplikuje cykl ładowania i funkcję sterowania.
Doprowadzenie przetworzonej energii do wyjścia kończy cykl pracy urządzenia według wynalazku. W większości zastosowań realizuje to tyrystor SCR7 40 i wyjściowa cewka indukcyjna Lwy 41. Ponadto ważnym elementem jest dioda rozładowcza D3 42 włączona w układzie. Ten układ umożliwia całkowite i sprawne przekazywanie energii wyjściowej przez wybór wysokiego napięcia wyjściowego wyjściowej cewki indukcyjnej i filtru.
Przy impedancji wyjściowej filtru mniejszej od impedancji układu wyjściowego urządzenia według wynalazku, znaczna ilość energii jest przekazywana do wyjściowej cewki indukcyjnej. Część energii wróciłaby do kondensatorów, przeładowując je do przeciwnej polaryzacji, jednak działanie diody rozładowczej uniemożliwia rozładowanie i podtrzymuje przepływ prądu tak długo, aż napięcie kondensatorów osiągnie wartość zero. W tym momencie rozpoczyna się następny cykl rozładowania, podczas gdy pozostała energia wyjściowej cewki indukcyjnej przepływa do filtru wyjściowego, jak to pokazuje asymetryczny przebieg prądu. Dioda rozładowcza nie tylko umożliwia przekazanie całej energii do obciążenia, ale również ma częściowe działanie filtrujące, jak to pokazuje przebieg prądu w wyjściowej cewce indukcyjnej, pokazany w lewym dolnym rogu fig. 2.
Pokazano dwa przebiegi napięcia na kondensatorach. Kondensatory o numerach nieparzystych są po prostu ładowane do polaryzacji dodatniej w przedziale czasu między momentami To i Tj, pozostają na tym poziomie między momentami Ti i T2 i są rozładowywane w trzeciej części cyklu pracy urządzenia, między momentami T2 i T3. Z wykresu w lewym dolnym rogu fig. 2 widać, że kondensatory o numerach parzystych, takie jak kondensator C2, są ładowane do polaryzacji ujemnej w czasie między momentami To i Ti, zmieniają polaryzację z ujemnej na dodatnią w czasie między momentami To i Tii są rozładowywane wraz z kondensatorami o numerach nieparzystych w czasie między momentami T2 i T3. Napięcie na zespole kondensatorów utrzymuje wartość zerową podczas wstępnego cyklu ładowania kondensatorów, a podczas cyklu odwracania przybiera wartość maksymalną, jak to pokazano na wykresie w lewym górnym rogu fig. 2.
Zostanie teraz opisana transformacja zmniejszająca prąd stały uzyskany z prądu· stałego w urządzeniu według wynalazku.
Figura 3 przedstawia schemat elektryczny i kilka wybranych przebiegów napięć i prądów dla trójstopniowego układu transformacji prądu stałego w prąd stały. W dodatku wybrano układ transformacji napięcia o polaryzacji ujemnej na wejściu 1 wyjściu. Odwracając polaryzację
171 511 wszystkich pokazanych przyrządów półprzewodnikowych, można łatwo zmienić urządzenie na inwerter zmniejszający napięcie dodatnie na napięcie dodatnie.
W cyklu transformacji zmniejszającej napięcie wykorzystuje się te same trzy podcykle ładowania, odwracania i rozładowania kondensatorów urządzenia według wynalazku. Zasadni cza różnica polega na tym, ze proces wewnętrzny w urządzeniu jest wykonywany w odwrotnej kolejności, co zostanie wyjaśnione w następującym rozważaniu. Zamiast ładować kondensatory połączone równolegle i rozładowywać je połączone szeregowo, jak w przypadku zwiększania napięcia, przy zmniejszaniu napięcia kondensatory są ładowane w połączeniu szeregowym i rozładowywane w połączeniu równoległym.
Ładowanie rozpoczyna się w momencie włączenia wejściowego tyrystora SCR0 61. Poprzez wejściową cewkę indukcyjną Lwe 62 zespół kondensatorów C1, C2, C3, C4, C5 i C6 jest ładowany do potencjału elektrycznego bliskiego podwójnej wartości napięcia wejściowego Vwe. Ponieważ kondensatory są ładowane w połączeniu szeregowym, ich polaryzacja jest plus-minus-plus-minus, jak to zaznaczono powyżej kondensatorów na schemacie. Jest to taki sam stan, jaki w układzie zwiększającym napięcie ma miejsce bezpośrednio przed rozładowaniem.
Drugi podokres jest inicjowany przez wyzwolenie tyrystorów SCR1 66, SCR2 67 i SCR3 68 w momencie T1. Przy prawidłowym doborze cewek indukcyjnych L1 70, L2 71 i L3 72, odwracanie zostaje zakończone w momencie T2. Podczas tego cyklu biegunowość napięcia kondensatorów o numerach nieparzystych zmienia się w taki sam sposób i z taką regulacją przedziału czasu, jak opisano powyżej dla układu zwiększającego napięcie. Dzięki użyciu łączników jednokierunkowych, takich jak tyrystory, nie ma wstecznego przepływu prądu. Polaryzacja napięcia kondensatorów po cyklu odwracania jest oznaczona poniżej kondensatorów. W tym momencie napięcie między skrajnymi zaciskami zespołu kondensatorów wynosi zero, jak to pokazano na wykresie w prawym górnym rogu fig. 3. W układzie zwiększającym napięcie jest to stan początkowy.
Po zakończeniu odwracania, cykl oddawania energii jest inicjowany przez wyzwolenie tyrystorów SCR4 73, SCR5 74 i SCR6 75 w momencie T2. Diody D1 63, D2 64 i D3 65 uzupełniają układ rozładowania. Czas rozładowania jest również zależny od wartości indukcyjności wyjściowej cewki indukcyjnej Lwy 76, ustalającej czas rozładowania w przedziale między momentami T2 i T3. Dioda rozładowcza Dr 78 zapobiega ponownemu ładowaniu zespołu kondensatorów, umożliwia całkowite ich rozładowanie i wspomaga proces filtracji wyjściowej.
Wówczas, gdy dioda rozładowcza Dr 78 zaczyna przewodzić, tyrystory wyjściowe zaczynają odzyskiwać zdolność zaporową i cykl ponownego ładowania może się znowu rozpocząć. Ten typ przetwornika zmniejszającego napięcie ma ograniczoną wydajność i umożliwia ograniczanie prądu i mocy. Przy wykryciu uszkodzenia odbiornika można wyłączyć układ, wstrzymując podawanie impulsów wyzwalających z układu sterowania. W tym momencie przetwornik zmniejszający napięcie działa po prostu jako wyłącznik prądu stałego.
Przebiegi napięć są pokazane na wykresach w lewym górnym rogu, a wraz z nimi są pokazane także momenty podawania impulsów wyzwalających na bramki poszczególnych tyrystorów. Pokazane są także prądy łącznika wyjściowego i wyjściowej cewki indukcyjnej, przy założeniu, że wszystkie tyrystory wyjściowe są włączane równocześnie. Jeżeli obciążenie wyjściowe jest małe, można ograniczyć wymagania dotyczące filtrowania wyjściowego poprzez stopniowe podawanie energii na wyjście przez rozładowywanie dwóch kondensatorów na raz. Włączając dwie dodatkowe diody do obwodu w punktach A i B, można najpierw rozładować kondensatory C5 i C6 przez włączenie tylko tyrystora 75, następnie rozładowuje się kondensatory C3 i C4 przez włączenie tyrystora 74. W końcu rozładowuje się kondensatory Cl i C2 przez włączenie tyrystora 73. Diody włączone w punktach A i B zapobiegają ponownemu ładowaniu rozładowanych kondensatorów.
Zostanie teraz opisana operacja zwiększająca i zmniejszająca napięcie w czterech ćwiartkach.
W podanym powyżej opisie przedstawiono przetwornik prądu stałego w prąd stały dla zwiększania napięcia o biegunowości dodatniej i zmniejszania napięcia o biegunowości ujemnej. Analiza obu obwodów wykazuje, że zmieniając kilka elementów można uzyskać układ, którego
171 511 napięcie wyjściowe ma biegunowość przeciwną niż biegunowość napięcia wejściowego. Pojedyncze urządzenie według wynalazku może łączyć wszystkie możliwe lub wybrane warianty polaryzacji napięcia wejściowego i wyjściowego.
Fjrriigo 4 w «ehd t-narie idpruwm ipr)nncfnnnirmvp n r7aH7pnip u/pdłiio- u/vn^(7_ ku, które może zwiększać napięcie o biegunowości dodatniej lub ujemnej do napięcia o tej samej lub przeciwnej biegunowości. Urządzenie działa jako przetwornik zwiększający napięcie przy przepływie energii z lewej strony na prawą, a w odwrotną stronę zachodzi transformacja zmniejszająca napięcie. Transformacja w obu kierunkach zapewnia przy wszystkich pokazanych elementach warianty pracy w czterech pełnych ćwiartkach płaszczyzny. Można wykorzystywać wszystkie lub tylko część wariantów.
Tabela na fig. 4 podaje elementy wymagane dla określonego wariantu pracy, w którym element X jest elementem dla układu zwiększającego napięcie i element Y jest elementem dla układ zmniejszającego napięcie. Dla określonej lub wielowariantowej operacji układy muszą zawierać wszystkie elementy z kolumn występujących w tabeli. Układ zmieniający polaryzację umożliwia przepływ energii w obu kierunkach bez dodatkowego elementu.
Na przykład układ przetwarzania prądu przemiennego w prąd stały może być uzyskany przez równoległe połączenie dwóch inwerterów. Jeden inwerter jest wówczas wykorzystany do przetwarzania napięcia dodatniego w napięcie dodatnie w czasie dodatniej połówki okresu napięciaprzemiennego, a drugi inwerter dla ujemnej połówki okresu - do przetwarzania napięcia ujemnego w napięcie dodatnie. Ponieważ sekcja łączników wysokiego napięcia jest drogim elementem, wykorzystuje się ja maksymalnie i łączy się realizację obu funkcji w jednym urządzeniu. Dla podanego powyżej przykładu przetwarzania prądu przemiennego w prąd stały ze zwiększaniem napięcia w układzie transformator/prostownik, obie funkcje mogą być realizowane w jednym urządzeniu. Wymaga to użycia wielu elementów X w kolumnie pierwszej od +WE do +WY i w kolumnie trzeciej od -WE do -WY. W tym przykładzie wysokonapięciowy tyrystor SCR5 i związana z nim, nie pokazana dioda rozładowcza są wspólne dla obu połówek okresu.
Reasumując, urządzenie według wynalazku wykazuje duży stopień elastyczności działania przy różnych biegunowościach napięcia wejściowego i wyjściowego tak, że wszystkie możliwe lub wybrane warianty mogą być realizowane przez jeden moduł urządzenia.
Zostanie teraz opisana transformacja prądu przemiennego w prąd przemienny, zwłaszcza urządzenie przetwarzające jednofazowy prąd przemienny w prąd przemienny. Urządzenie wykorzystuje dwa moduły równoległe, z których każdy pracuje w stanie odwracania.
Figura 5 przedstawia urządzenie, które umożliwia regulację przepływu energii w obu kierunkach. Przy przepływie energii z lewej strony na prawą, napięcie przemienne jest odwracane i zwiększane. Przepływ energii może być także odwrotny tak, że energia przepływa z prawej strony na lewą i regulowane napięcie jest zmniejszane.
Opis zostanie rozpoczęty od podania na wejście dodatniego napięcia przy przepływie energii z lewej strony. Włączenie tyrystorów SCR1, SCR2 i SCR4 rozpoczyna ładowanie górnych kondensatorów Cl do C6 poprzez diody Dl, D2 i D3. Dolny moduł nie jest czynny w ciągu dodatniego napięcia wejściowego, ajego elementy chłodzą się. Okres ładowania napięciem dodatnim jest regulowany przez dobór indukcyjności cewki indukcyjnej L1, a napięcie na kondensatorze osiąga wartość bliską podwójnej wartości chwilowej napięcia wejściowego, pod warunkiem, że cykl pracy urządzenia według wynalazku jest dobrany tak, że jest znacznie krótszy od okresu prądu przemiennego. W tych warunkach praca urządzenia przebiega prawie identycznie do pracy wyżej omówionego układu przetwarzania prądu stałego, z wyjątkiem wolno zmieniającego się napięcia wejściowego. Polaryzacja kondensatorów po zakończeniu okresu ładowania jest zaznaczona obok ich symboli. Włączenie tyrystorów SCR4, SCR5 i SCR6 powoduje rozpoczęcie cyklu odwracania, w ciągu którego następuje zmiana polaryzacji kondensatorów C1, C3 i C5. Powoduje to wytworzenie na górnym zespole kondensatorów ujemnego napięcia sześciokrotnie większego od napięcia na pojedynczym kondensatorze. Włączenie tyrystora SCR7 powoduje rozpoczęcie cyklu rozładowania ujemnego napięcia wyjściowego poprzez cewkę indukcyjną L5. Wówczas, gdy napięcie na zespole kondensatorów zmienia się z ujemnego na dodatnie, tyrystor SCR8 zostaje włączony, co uniemożliwia ponowne nała14
171 511 dowanie przez część energii z cewki indukcyjnej L5 zespołu kondensatorów do przeciwnej polaryzacji. Tyrystor SCR8 działa tak, jak wcześniej opisana dioda rozładowcza, jednak zastosowanie przyrządu przełączanego jest niezbędne dla pracy układu przy przemiennym napięciu wyjściowym. Wówczas, gdy prąd z cewki indukcyjnej L5 płynie do tyrystora SCR8, tyrystor SCR7 odzyskuje zdolność zaporową i rozpoczyna się następny cykl ładowania przy nieco zmienionym napięciu wejściowym. Cewka indukcyjna L5 w połączeniu z filtrem wyjściowym dostarcza częściowo odfiltrowany wyjściowy prąd przemienny.
Praca górnego modułu urządzenia według wynalazku przy dodatnim napięciu wejściowym i ujemnym napięciu wyjściowym jest realizowana wielokrotnie w ciągu okresu, aż wejściowe napięcie przemienne nie zmieni się na ujemne. W tym momencie górny moduł przestaje pracować i pracę rozpoczyna dolny moduł urządzenia.
Praca dolnego modułu przy ujemnym napięciu wejściowym i dodatnim napięciu wyjściowym przebiega tak samo, z wyjątkiem odwrotnej biegunowości. Cykl ładowania rozpoczyna się w momencie włączenia tyrystorów SCR10, SCR11 i SCR12 ładujących kondensatory C7 do C12 przy polaryzacji takiej, jak pokazano na schemacie. Odwracanie jest realizowane przy użyciu tyrystorów SCR13, SCR14 i SCR15, a oddawanie mocy do obciążenia realizuje tyrystor SCR16. Tyrystor SCR17 realizuje dla dodatniego napięcia wyjściowego funkcję diody rozładowczej. W układzie występują dwie wyjściowe cewki indukcyjne, po jednej dla każdej polaryzacji. Jedną cewkę indukcyjną można wyeliminować.
Regulacja napięcia wyjściowego i mocy jest dokonywana przez sterowanie włączaniem łączników tyrystorowych przy wykorzystaniu sterownika i modułu włączającego, nie pokazanego dla uproszczenia schematu. Sterownik wyczuwa warunki na wejściu i wyjściu układu i steruje urządzeniem w taki sposób, jak opisano powyżej dla przypadku transformacji prądu stałego. Dodatkowo w celu zabezpieczenia przed uszkodzeniem kontrolowane są również wewnętrzne punkty diagnostyczne urządzenia według wynalazku.
Figura 5 przedstawia także w górnej części dwa wykresy napięciowe - z lewej strony wejściowe napięcie przemienne podawane na kondensatory, a z prawej strony odwrócone napięcie wyjściowe. Przy pracy urządzenia ze stałą częstotliwością, kształt napięcia wyjściowego odpowiada bezpośrednio napięciu wejściowemu. Dla korekcji zniekształcenia napięcia wejściowego można dokonać zmiany częstotliwości w ciągu okresu napięcia przemiennego.
Powyższa jednofazowa transformacja prądu przemiennego w prąd przemienny umożliwia regulowaną transformację napięcia przemiennego. Przy właściwym sterowaiu można dodatkowo realizować inne funkcje, takie jak włączanie i wyłączanie mocy, praca jako wyłącznik obwodu, jako sterownik rozruchu urządzenia, filtr harmonicznych lub generator przeciwharmonicznych.
Układ z fig. 5 umożliwia także sterowany przepływ energii ze strony prawej na lewą. Przy takim kierunku przepływu energii układ zmniejsza napięcie, przy czym stopień zmniejszenia napięcia jest określony liczbą zastosowanych stopni. Dodatkową regulację uzyskuje się przez wybór częstotliwości przetwarzania. Z wyjątkiem łączników rozładowczych, wykorzystane są wszystkie pozostałe elementy. Łącznik rozładowczy jest jedynym elementem pracującym tylko na wyjściu układu transformacji. W stanie pracy ze zmniejszaniem napięcia, górny moduł urządzenia transformuje ujemne napięcie wejściowe z prawej strony na dodatnie i zmniejszone napięcie wyjściowe z lewej strony, podczas gdy dolny moduł wytwarza ujemne napięcie wyjściowe z lewej strony, przy dodatnim napięciu wejściowym z prawej strony. W tym stanie pracy zespoły kondensatorów są ładowane wysokim napięciem w połączeniu szeregowym, a końcówki kondensatorów mają naprzemienną biegunowość. W cyklu odwracania zmienia się polaryzacja połowy kondensatorów na taką, jak pokazana na schemacie, co umożliwia przekazywanie energii na lewą stronę. Dodatkowe tyrystory SCR9 i SCR19, nie wykorzystywane przy transformacji ze zwiększaniem napięcia, spełniają tu funkcję łączników dla dodatniego i ujemnego okresu. Układy filtrujące na obu wejściach, których nie pokazano, zapewniają wygładzanie napięć sieci wejściowej i wyjściowej.
Powyższy moduł urządzenia według wynalazku, przetwarzający jednofazowy prąd przemienny, może być użyty jako blok strukturalny w dwukierunkowym, wielofazowym, sterowanym systemie transformacji napięcia z kątem przesunięcia fazowego 180°.
Zostanie teraz opisana transformacja/odwracanie prądu przemiennego w prąd stały.
W znanych rozwiązaniach wytwarzanie wysokiego napięcia stałego z wejściowego prądu przemiennego wymaga przetwarzania prądu przemiennego, po którym następuje etap prostowaniy W cuctpmorh pnprdptvr7nvfh ctnfiiip my 7t/vlc1p trflnęfnrmatnr neadn nmerniennoan n
HALA.. H ~ f oj - mX i- o* ----------* z τ jen—n----g * o £, ~ ~ częstotliwości sieci do realizacji zwiększania napięcia i etap prostowania przy wysokim napięciu. Jest to proces o dużej sprawności, jednak wymagane są filtry do tłumienia harmonicznych wytwarzanych w procesie prostowania. Ponadto wymagana jest korekcja współczynnika mocy. Wytwarzana jest w ten sposób moc napięcia stałego przekraczającego 1 megawolt dla przesyłania energii na dalekie odległości.
W celu zmniejszenia ciężaru i wymiarów sprzętu można zastosować przetwornik Schwarza, w którym najpierw prostuje się prąd przemienny, przetwarza się prąd stały w prąd przemienny o wielkiej częstotliwości, transformuje się prąd przemienny przy pomocy znacznie zmniejszonego transformatora, a w końcu prostuje się zwiększone napięcie przemienne o wielkiej częstotliwości w celu wytworzenia prądu stałego. Proces przetwarzania przy wielkiej częstotliwości powoduje zmniejszenie ciężaru transformatora, jednak kosztem zmniejszenia sprawności. Ponadto sprawność pogarsza się dalej, gdy napięcie wyjściowe znacznie przekracza 50kV.
W przeciwieństwie do tego w urządzeniu według wynalazku wykorzystuje się bezpośrednio wejściowy prąd przemienny, natomiast transformator nie jest wcale wymagany. Ponadto w procesie przetwarzania nie są wytwarzane harmoniczne, a współczynnik mocy na wejściu prądu przemiennego jest we wszystkich praktycznych zastosowaniach równy jedności. W wyniku wyeliminowania transformatora i filtrów harmonicznych, przetwarzanie prądu przemiennego w prąd stały w urządzeniu według wynalazku nie tylko może rywalizować z rozwiązaniami przemysłowymi pod względem sprawności przy tym samym poziomie napięcia i mocy, ale także urządzenie jest bardziej ekonomiczne i znacznie mniejsze.
Wyjściowe napięcie stałe może być uzyskane przy użyciu dwóch modułów urządzenia, jak to opisano powyżej. Jeden moduł przetwarza dodatni, natomiast drugi ujemny, wejściowy prąd przemienny na wysokie napięcie stałe.
Figura 6 przedstawia drugie rozwiązanie, w którym w jednym module połączone są dwie funkcje. Napięcia dodatnie i ujemne są transformowane na napięcia dodatnie. Występuje tu suma elementów podanych w pierwszej i trzeciej kolumnie tabeli z fig. 4. Łączenie funkcji związanych z małym napięciem wejściowym i łączna realizacja funkcji związanych z dużym napięciem wyjściowym ma w wielu zastosowaniach sens techniczny i ekonomiczny, ponieważ zapewnia równocześnie w dwóch sekcjach przełączania wysokiego napięcia wyjściowego wykorzystanie tyrystora SCR191 diody rozładowczej Dr.
Przy dodatnim napięciu przemiennym tyrystory SCR1, SCR2, SCR3, SCR4, SCR5 i SCR6 są włączane w celu rozpoczęcia cyklu ładowania. W wyniku tego kondensatory są ładowane i uzyskują polaryzację taką, jak pokazana poniżej ich symboli na schemacie. Dla dodatniego napięcia wejściowego włączenie tyrystorów SCR7, SCR8 i SCR9 rozpoczyna cykl odwracania. Powoduje to polaryzację kondensatorów taką, jak pokazana powyżej ich symboli na schemacie. W wyniku odwrócenia jest uzyskiwane napięcie wyjściowe o wartości 2nVwe, gdzie 2 wynika z rezonansowego charakteru procesu ładowania, a n jest liczbą kondensatorów w zespole. Włączenie tyrystora SCR19 rozpoczyna cykl rozładowywania na wyjściu poprzez wyjściową cewkę indukcyjną L5. Kondensatory Cwe i Cwy są elementami wejściowymi i wyjściowymi układu filtrującego. Dioda rozładowcza Dr uniemożliwia przejście napięcia zespołu kondensatorów do wartości ujemnej i zapewnia dużą sprawność przenoszenia energii. Działanie urządzenia w sekwencji odpowiadającej dodatniemu napięciu wejściowemu jest powtarzane tak długo, jak napięcie wejściowe jest dodatnie.
Wówczas, gdy wejściowe napięcie przemienne zmienia się na ujemne, sterownik i moduł wyzwalający, którego nie pokazano, włączają tyrystory SCR10, SCR11, SCR12, SCR13, SCR14 i SCR15. Kondensatory uzyskują polaryzację taką, jak oznaczona w kółeczkach. W celu wytworzenia napięcia wyjściowego o dodatniej polaryzacji, tyrystory SCR16, SCR17 i SCR18 są stosowane do odwrócenia polaryzacji drugiego zespołu kondensatorów. Cykl rozładowania
171 511 jest identyczny, jak w przypadku pracy przy dodatnim napięciu wejściowym i ponownie są wykorzystywane tyrystory SCR19 i dioda rozładowcza Dr.
Prąd wejściowy i wyjściowy mają przebieg taki, jak pokazano nie w skali na wykresach w górnej części fig. 6 i zawierają wie-le przebiegów okresowych wpisanych w obwiednię utworzoną przez napięcie wejściowe. Stosując filtr wyjściowy wielkiej częstotliwości uzyskuje się przebieg zwiększonego napięcia prawie identyczny, jak przebieg wyjściowy prostownika pełnookresowego. Dla zmniejszenia tętnień o częstotliwości sieci zasilającej, wprowadzanych do urządzenia, na wyjściu muszą być dodane typowe filtry używane w układach jednofazowej transformacji prądu przemiennego w prąd stały/prostowania. Podobnie jak w typowych, pełnookresowych układach prostowniczych z filtracją napięcia, powstają zniekształcenia fazowe i są wytwarzane harmoniczne, ponieważ w czasie, gdy napięcie wejściowe ma małą wartość, prostowane napięcie jest mniejsze niż odfiltrowane napięcie wyjściowe i energia nie jest przekazywana. Odnosi się to do procesu prostowania realizowanego przez urządzenie, jednak w mniejszym stopniu, ponieważ przekładnia transformacji urządzenia może być dobrana dowolnie duża, bez istotnego wpływu na sprawność systemy. Takie harmoniczne mogą być całkowicie stłumione zarówno w jedno jak i wielofazowych układach przetwarzania prądu przemiennego w prąd stały.
Jednym ze sposobów eliminacji harmonicznych wejściowych jest dołączone do układu pokazanego na fig. 6 cewki indukcyjnej L6 i tyrystorów SCR20 i SCR21. Zadaniem tych elementów jest odwrócenie polaryzacji zespołu kondensatorów, gdy jego napięcie jest zbyt małe. Przez odwrócenie polaryzacji całego zespołu kondensatorów uzyskuje się to, że rozpoczynają one działanie przy niezerowym napięciu o polaryzacji przeciwnej niż napięcie wejściowe. W wyniku tego zespół kondensatorów jest ładowany powtórnie tak długo, aż napięcie ma wystarczająco dużą wartość dla zapewnienia całkowitego rozładowania do wyjściowej sieci napięcia stałego. Proces ładowania jest realizowany w takim stopniu, aby otrzymać w okresie wejściowego prądu przemiennego właściwą ilość energii i ładunku w celu uniknięcia wytwarzania harmonicznych. Dla dodatniego napięcia wejściowego proces przebiega następująco. Jeżeli po naładowaniu kondensatorów ich napięcie jest zbyt małe, zostają włączone następujące tyrystory SCR12, SCR13, SCR14 i SCR15. Prąd przepływa przez cewkę indukcyjną L6 tak długo, aż kondensatory zmienią swoją polaryzację. Wartość indukcyjności cewki indukcyjnej jest dobierana tak, żeby optymalizować ten proces. Po dokonaniu całkowitego odwrócenia polaryzacji zespołu kondensatorów, rozpoczyna się nowy cykl ładowania przy dodatnim napięciu wejściowym. Ponieważ kondensatory mają napięcie początkowe o biegunowości ujemnej, zespół zostanie załadowany do większego napięcia. Ten proces może być powtarzany kilka razy, aż napięcie będzie dostatecznie duże. Dla ujemnego napięcia wejściowego można zastosować taką samą procedurę przez dobranie właściwych łączników.
W tabeli na fig. 6 zestawiono wszystkie łączniki używane w różnych operacjach. Opisany proces odwracania polaryzacji kondensatorów jest określony w linii: odwracanie.
W celu ilościowego obliczenia procesu ładowania wielokrotnego, przyjęto napięcie wejściowe Vi i napięcie początkowe Vci na kondensatorze. Napięcie końcowe Vcf na kondensatorze jest wyrażone wzorem:
Vcf = 2V1- Vc
To równanie jest słuszne tak długo, jak napięcie początkowe kondensatora jest mniejsze od napięcia wejściowego. Dla pierwszego cyklu ładowania uzyskujemy napięcie ładowania Vci = 2V|, ponieważ napięcie początkowe kondensatora wynosi zero. Po pierwszym cyklu ładowania energia w kondensatorach jest wyrażona wzorem:
E, = 12CVi gdzie C jest pojemnością pojedynczego kondensatora. Przez odwrócenie polaryzacji wszystkich kondensatorów napięcie początkowe Vci dla drugiego cyklu ładowania jest równe -2Vi, co daje napięcie ładowania Vc2 = 4V, i energię E2 = 4E,. Ten proces można powtarzać aż do osiągnięcia
171 511 po n cyklach napięcia kondensatora Vcn = 2nVi i energię En = n E1. Zastosowanie tego cyklu odwracania w połączeniu z właściwymi przedziałami czasu pomiędzy cyklami ładowania umożliwia takie obciążenie wejścia prądu przemiennego, aż nie są wytwarzane harmoniczne, a skuteczne obciążenie sieci prądu przemiennego ma charakter rezystancyjny.
Zmodyfikowany sposób ładowania można zastosować w wielofazowej sieci prądu przemiennego, gdzie nie jest wymagane całkowite odwrócenie polaryzacji zespołu kondensatorów w kolejnych cyklach. Dzięki ładowaniu sekwencyjnemu z różnych faz o przeciwnej biegunowości można wyeliminować odwracanie polaryzacji zespołu kondensatorów i niektóre łączniki, przy zastosowaniu bardziej złożonego układu sterowania. Zostanie to omówione dalej.
Zostanie teraz opisana transformacja/inwersja wielofazowego prądu przemiennego w prąd stały.
Urządzenie przetwarzające jednofazowy prąd przemienny w prąd stały, opisane w poprzednim paragrafie, można wykorzystać jako blok strukturalny. Większość przetworników dużej mocy ma wejście wielofazowe dołączone do zacisków wyjściowych elektrowni. Jednofazowy moduł transformator/prostownik zwiększający napięcie, którego układ wejściowy został opisany Jest modyfikowany w celu umożliwienia zasilania z więcej niż jednej fazy. Ta modyfikacja przewodzenia wraz z właściwym sterowaniem łącznikami i wyzwalaniem daje wejście i wyjście wolne od harmonicznych, bez użycia filtrów.
Zrównoważony układ wielofazowy wytwarza stałą moc, gdy pracuje na liniowe obciążenie rezystancyjne. Aby symulować takie obciążenie rezystancyjne, urządzenie musi pobierać z jednej fazy moc, która jest proporcjonalna do kwadratu chwilowej wartości napięcia linii. W przypadku prostego sposobu ładowania, opisanego dla procesu transformacji prądu przemiennego w prąd stały, urządzenie nie może przekazywać energii do obciążenia podczas występowania małego napięcia przemiennego. Dla rozwiązania tego problemu jest stosowany powtarzalny proces ładowania i odwracania przy zasilaniu napięciem jednofazowym. Zostanie teraz opisany drugi sposób stosowany przy zasilaniu wielofazowym. Struktura i sposób działania urządzenia są możliwe do stosowania dla generatorów mocy biernej, filtrów harmonicznych i korekcji przy mocy w niezrównoważonej linii.
Figura 7 przedstawia schematycznie trójfazowy przetwornik prądu przemiennego w prąd stały. Moduł pojemnościowego układu magazynowania TPCS zawiera elementy takie, jak pokazane na fig. 6, z dwoma dodatkowymi układami wejściowymi dołączonymi do elektrycznego punktu A z fig. 6. Dzięki dwóm dodatkowym filtrom wejściowym F urządzenie jest zasilane ze wszystkich trzech faz sieci, przy dodatnim i ujemnym napięciu przemiennym. Na wyjściu jest uzyskiwane stałe i zwiększone napięcie stałe o stałej mocy. Sterowana energia może być pobierana ze wszystkich trzech faz przy dowolnym napięciu, zwłaszcza gdy napięcie jest małe, dzięki czemu nie są wytwarzane harmoniczne w liniach wejściowych prądu przemiennego i tętnienia w linii prądu stałego.
Cykl ładowania fazy 1 jest sterowany przez tyrystory SCR2 i SCR10, przy założonym przebiegu napięcia Vi(t) = A cos(wt). Fazy 2 i 3 są sterowane tyrystorami SCR20, SCR21 i SCR22, SCR23. Przebiegi są pokazane na górze fig. 7. Określając wartość regulowanego i odfiltrowanego stałego napięcia wyjściowego Vdc = 3*A, odwrócone napięcie wyjściowe musi wynosić przynajmniej 6*A i dlatego kondensatory są ładowane przynajmniej do napięcia A. Przy stosowaniu ładowania rezonansowego, minimalne napięcie linii ma wartość bezwzględną A/2. W fazie 3 są wytwarzane harmoniczne, gdy nie jest z niej pobierana energia przy elektrycznym kącie fazowym pomiędzy 0-60 i 180-240 stopni. Problem ten jest rozwiązywany przez stosowanie sekwencji kolejnych ładowań przy obu polaryzacjach, co zostanie opisane dla pierwszych 30 stopni w oparciu o przebiegi napięcia z fig. 7. W ciągu zmiany kąta fazowego o pierwszych 30 stopni, kondensatory są ładowane z fazy 2 do wymaganego napięcia A i stosowana jest operacja ładowania z jednej fazy, Problem polega na tym . że wartość bezwzględna napięcia linii dla fazy 3 jest mniejsza od A/2. W wyniku włączenia tyrystora SCR23, kondensatory ładują się do wartości ujemnej 2V3 i pobierają energię E3 = 2V32, przyjmując dla uproszczenia pojemność równą 1. Wówczas gdy zespół kondensatorów jest naładowany do polaryzacji ujemnej, zostaje włączony tyrystor SCR1 dla dokonania ładowania w dodatniej połówce fazy 1. Powoduje to, że zespół kondensatorów zostaje naładowany do napięcia V31 = 2(V1 - V3).
171 511
Ze względu na to, że napięcie V3jest ujemne, napięcie, do którego kondensatory są naładowane, jest większe od napięcia A. W tym momencie urządzenie dokonuje odwrócenia, po którym następuje cykl pobierania energii. n
Całkowita pobrana i przeniesiona energia wynosi Et = 2(Vi - V3f. Energia pobrana z fazy 1 wynosi E3i,i ='2Vi(Vi - 2V3). Proces dwustopniowego ładowania zwiększa wartość energii pobranej.
Proces dwustopniowego ładowania może być odwrócony, gdy pierwsze ładowanie jest z fazy 1, a po nim następuje ładowanie z fazy 3. Całkowita pobrana energia jest taka sama, jednak energia pobrana z fazy 1 wynosi Ei3,i = 2Vi , a z fazy 3 - E133 = 2V3(V3 - 2Vj).
Wykres w prawym górnym rogu fig. 7 przedstawia przepływ energii w zakresie pierwszych 30 stopni. Krzywa górna przedstawia całkowity przepływ energii pobranej z obu faz. Dwie pozostałe krzywe przedstawiają energię pobraną z fazy 3, przy czym w przypadku dolnej krzywej występuje sekwencja ładowania, w której po fazie 3 jest wykorzystywana faza i, a w przypadku środkowej krzywej występuje sekwencja, w której po fazie i jest wykorzystywana faza 3. Energia pobrana z fazy i stanowi różnicę pomiędzy energią całkowitą i energią oddawaną zgodnie 7 krzywymi pokazanymi dla fazy 3. Energia pobierana z określonej fazy różni się drastycznie w zależności od kolejności ładowania, co może być w pełni wykorzystane dla optymalnego sterowania procesem przetwarzania realizowanym przez urządzenie według wynalazku.
W punkcie odpowiadającym 30 stopniom napięcie fazy 3 staje się dodatnie i proces dwustopniowego ładowania jest dokonywany między fazą 3 a ujemną fazą 2. Proces ten trwa aż do momentu, gdy napięcie fazy 3 osiągnie wartość A/2 przy kącie fazowym 60 stopni. W tym punkcie następuje zamiana ról między fazą 3 a fazą i i proces jest kontynuowany.
Sterownik kontroluje napięcie wejściowe i wyjściowe i steruje sekwencją włączania łączników i przedziałami czasu między ładowaniami. Kilka modułów urządzenia może być użytych dla zwiększenia przenoszonej mocy i zmniejszenia wymagań co do filtracji i wielkiej częstotliwości. Niektóre cewki indukcyjne, filtry wejściowe i wyjściowe mogą być wspólne.
Reasumując, urządzenie według wynalazku pracujące jako przetwornik wielofazowego prądu przemiennego w prąd stały może być tak zbudowane, że umożliwia stały przepływ mocy i eliminację filtracji wszystkich harmonicznych prądu przemiennego, jak również filtracji tętnień po stronie prądu stałego. Ponadto jest utrzymywany współczynnik mocy równy jedności, ponieważ nie ma przesunięcia fazowego między prądem a napięciem.
Zostanie teraz opisane przetwarzanie prądu stałego w prąd przemienny.
Powtórne przetwarzanie wysokiego napięcia stałego w wielofazowy prąd przemienny może być dokonywane na końcu długiej linii przesyłowej prądu stałego lub na końcu systemu rozdziału mocy prądu stałego. Moc prądu stałego może być przetwarzana na symetryczne wyjście trój- lub wielofazowe napięcia przemiennego przy stałym obciążeniu wejścia prądu stałego. Wyjście może być dokładnie dopasowane do fazy, częstotliwości i napięcia istniejącej sieci lub do określonych wymagań co do wyjścia. W procesie przetwarzania urządzenie według wynalazku linia prądu stałego jest obciążona równomiernie, a wyjściowe napięcie lub moc regulowanego prądu przemiennego są wolne od harmonicznych. Moc prądu stałego jest zmniejszona zgodnie z wymaganym poziomem napięcia przemiennego bez potrzeby stosowania drogich transformatorów, filtrów harmonicznych na wyjściu prądu przemiennego i filtrów wejściowych na wejściu prądu stałego.
Inwerter urządzenia jest przetwornikiem mocy, w którym normalnie moc przepływa ze źródła wysokiego napięcia stałego do obciążenia prądu przemiennego. Jego typowy sposób sterowaniajest określany jako praca inwertera ze zmienną modulacją częstotliwości wyjściowej. Urządzenie według wynalazku i jego układ sterowania odtwarzają nieograniczoną rodzinę przebiegów wyjściowych. Jednym z przebiegów może być wymagane napięcie przemienne o danej wartości częstotliwości i fazie.
W celu odtworzenia przebiegu prądu przemiennego urządzenie jest całkowicie zasilane z linii prądu stałego, lecz przy stale zmiennych okresach ładowania podczas występowania wyjściowego prądu przemiennego. Okres ładowania jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu chwilowej wartości wymaganego napięcia wyjściowego. Wówczas, gdy zmienia się wymagana
171 511 moc prądu przemiennego, okresy ładowania zmieniają się odwrotnie do wymaganej mocy. Inwerter może również pracować przy stałej częstotliwości, lecz ze zmienną amplitudą. Wymaga to sterowania zmienną amplitudą napięcia wyjściowego, przy czym energia wyjściowa w impulsie jest proporcjonalna do kwadratu chwilowej wartości wymaganego napięcia wyjściowego. Każde rozwiązanie ma zalety i wady.
Poniżej zostanie opisany sposób działania, w którym są połączone sposoby sterowania ze zmienną częstotliwością i ze zmienną amplitudą.
Figura 8 przedstawia moduł zasilany prądem stałym i odtwarzający jedną fazę wielofazowej linii prądu przemiennego. Dla uproszczenia pominięto układ sterowania. Filtr wysokiego napięcia stałego umożliwia szeregowe ładowanie zespołu kondensatorów składającego się z trójstopniowego modułu. Po włączeniu tyrystora SCR1 zespół kondensatorów jest ładowany rezonansowo przez cewkę indukcyjną L1. W celu odtworzenia dodatniego napięcia wyjściowego są zastosowane łączniki odwracające w postaci tyrystorów SCR2, SCR3 i SCR4. Polaryzacja kondensatorów przed i po dodatnim cyklu odwracania jest oznaczona przez górny i dolny zespół znaków. Środkowy zespół znaków obok kondensatorów pokazuje odwrotną polaryzację kondensatorów dla ujemnego napięcia przemiennego. Cykl rozładowania przy dodatnim napięciu wyjściowymjest początkowany przez włączenie tyrystorów SCR8, SCR9, SCR10 i SCR11, SCR12, SCR13. Tyrystor SCR20 jest zastosowany, tak jak poprzednio, jako łącznik rozładowczy uniemożliwiający powtórne ładowanie zespołu kondensatorów. Umożliwia to przepływ maksymalnej mocy przy szczytowej wartości przebiegu przez rozładowanie wszystkich kondensatorów równocześnie. Podczas dolnej części przebiegu prądu przemiennego kondensatory są rozładowywane wolniej przy zastosowaniu rozładowania sekwencyjnego. Pokazany układ elektryczny umożliwia taki sposób rozładowania kondensatorów C1 i C2 przez włączenie najpierw tyrystorów SCR10 i SCR13. Włączenie następnie tyrystorów SCR9 i SCR12, podczas gdy tyrystory SCR10 i SCR13 jeszcze przewodzą, umożliwia rozładowanie kondensatorów C3 i C4. Dioda D3 jest dodana, żeby uniemożliwić ponowne ładowanie kondensatorów Cl i C2. W końcu jest rozładowywany zespół kondensatorów C5 i C6, Cl, przy zastosowaniu diody Dl jako diody blokującej, żeby uniemożliwić ponowne ładowanie kondensatorów C3 i C4. Ten sposób ładowania i rozładowywania umożliwia wygładzenie przebiegu wyjściowego dla dolnej części napięcia przemiennego, a w związku z tym zmniejszenie wymagań co do filtracji dużej częstotliwości. Wadą jest dodatkowy koszt diod i związany z nimi spadek napięcia i straty mocy.
Półokres ujemny jest odtwarzany w podobny sposób. Cykl ładowania jest identyczny. Różnica powstaje przy ujemnym cyklu odwracania, gdy włączane są tyrystory SCR5, SCR6 i SCR7. Przy ujemnym napięciu wyjściowym wykorzystuje się tyrystory SCR14, SCR15, SCR16, SCR17, SCR18 i SCR19. Diody D2 i D4 umożliwiają wolniejsze rozładowanie. Wgórnej części fig. 8 są pokazane schematycznie przebiegi prądów ładowania i rozładowania. Dla uproszczenia pokazano tylko ograniczoną liczbę okresów.
W celu odtworzenia całkowitego wyjściowego przebiegu wielofazowego, wymaganych jest kilka takich modułów, z których każdy jest właściwie sterowany. Jeżeli przez obciążenie są wytwarzane zrównoważone harmoniczne, główny układ sterowania steruje przebiegami wyjściowymi w celu tłumienia tych harmonicznych. Napięcie wyjściowe powstaje po prostu na zasadzie superpozycji szeregu częstotliwości, przy czym napięcie o każdej częstotliwości jest sterowane amplitudowo i fazowo.
Zostanie teraz opisany przetwornik zmiennej częstotliwości.
Powyżej opisano, że urządzenie według wynalazku pobiera stałą moc z sieci wielofazowego prądu przemiennego lub z linii prądu stałego. Moc ta jest wykorzystywana do odtworzenia sieci wielofazowego prądu przemiennego przy regulowanym napięciu wyjściowym. Odtworzenie sieci prądu przemiennego nie jest ograniczone do częstotliwości wejściowej. Umożliwia to zastosowanie układu transformacji prądu przemiennego w prąd przemienny w urządzeniu jako bezpośredniego połączenia między dwiema niezależnymi sieciami pracującymi z różnymi częstotliwościami lub różnymi fazami.
Ponadto układ przetwarzania prądu przemiennego w prąd przemienny jest na przykład sterowany tak, żeby wytwarzać napięcie wyjściowe o zmiennej częstotliwości dla sterowania liniowymi silnikami indukcyjnymi dużej mocy. Ponieważ każda faza wyjściowa urządzenia może być sterowana oddzielnie, funkcje dwóch faz mogą być przełączane w ciągu podcyklu, powodując zmianę sekwencji faz dla natychmiastowej zmiany kierunku obrotu silników indukcyjnych.
Przetwornik zwiększający prąd przemienny w urządzeniu może być włączony między generatorem i siecią energetyczną. To znacznie poprawia stabilność elektromechaniczną sieci energetycznej, ponieważ nie jest wtedy wymagana dokładna synchronizacja generatora z siecią. Rzeczywiście można wyeliminować większość przekładni mechanicznych generatorów, ponieważ przetwornik prądu przemiennego w prąd przemienny może skutecznie przetwarzać i transformować zrównoważone napięcie wyjściowe generatora o określonej częstotliwości w celu dopasowania go do częstotliwości sieci energetycznej.
Reasumując, urządzenie według wynalazku, pracujące jako przetwornik prądu przemiennego w prąd przemienny może być sterowane tak, żeby wytwarzać zmienną częstotliwość przy równoczesnym sterowaniu amplitudą, ze sprawnością podobną do uzyskiwanej w typowych transformatorach prądu przemiennego. Nie ma tu ograniczenia górnej częstotliwości, jakie ma miejsce w przetworniku cyklonowym. Ponadto nie wprowadza się do sieci wejściowej harmonicznych ani zniekształceń fazowych.
Zostanie teraz opisany sterowany generator mocy biernej.
Moduły urządzenia mogą być realizowane jako układ szybkiego korektora kąta fazowego, zarówno dla mocy biernej z wyprzedzeniem kąta fazowego, jak i z opóźnieniem kąta fazowego. Przy omawianiu transformacji mocy prądu przemiennego w moc prądu stałego, moduł urządzenia według wynalazku pobiera moc lub ładunek z linii o niskim napięciu i przekazuje ją do innej linii mającej jedną lub drugą polaryzację a także wyższe napięcie chwilowe. Przy szybkich charakterystykach roboczych urządzenia, taki generator mocy biernej może odpowiadać w części okresu prądowi przemiennemu.
Przy właściwym sterowaniu korekcja kąta fazowego jest dokonywana bez wytwarzania harmonicznych lub zniekształceń fazowych. W przypadku symetrycznych sieci wielofazowych układ generatora mocy biernej według wynalazku nie wymaga magazynowania energii w części okresu, co jest normalnie wymagane w działających systemach. Jednak w przypadku korekcji mocy biernej jednofazowej, istniejące zespoły kondensatorów mogą być wykorzystywane w połączeniu z modułami do sterowania przepływem energii biernej. Dzięki pobieraniu ładunku z linii lub oddawaniu go z powrotem do linii w ciągu całego okresu, zostaje całkowicie wyeliminowane wytwarzanie harmonicznych. Jest to dokonywane, tak jak wszystkie opisywane operacje urządzenia, bez wymuszonej komutacji elementów przełączających. Komutacja naturalna czyli samokomutacja modułów urządzenia znacznie zwiększa niezawodność całego systemu i zmniejsza stopień złożoności sprzętu.
W sieci wielofazowej sterowanie mocą bierną przez urządzenie jest realizowane przez niezależne, jednofazowe sterowniki. Wymagania dotyczące magazynowania energii zostają zmniejszone, jeżeli zespoły kondensatorów magazynujących energię są dzielone pomiędzy jednofazowe generatory mocy biernej. Ponieważ w sieci symetrycznej suma energii biernej i prądu biernego na wejściu i wyjściu zespołu magazynującego energię jest równa zeru we wszystkich momentach okresu prądu przemiennego, taki wspólny zespół zostaje znacznie zmniejszony. Zespół kondensatorów i jego stopnie ładujące i rozładowujące mogą być całkowicie wyeliminowane, jeżeli prąd bierny jest pobierany z jednej linii i bezpośrednio oddawany do drugiej linii.
Figura 9 przedstawia sterowany generator mocy biernej dla sieci trójfazowej z przewodem zerowym, który można również zastosować w sieciach o większej liczbie faz. Przewód zerowy nie jest konieczny, ponieważ moduły urządzenia według wynalazku pracującego jako generator mocy biernej mogą być włączone bezpośrednio między fazami.
Na fig. 9 jest pokazany moduł pojemnościowego układu magazynowania TPCS z obydwoma sekcjami, niskonapięciową i wysokonapięciową, włączonymi do wszystkich trzech faz sieci energetycznej. Ten układ jest modułem generatora i działa jako sterowany generator mocy biernej i filtr harmonicznych. Oba końce są wykorzystywane do pobierania lub oddawania ładunku. Przy wytwarzaniu mocy biernej są wykorzystywane głównie końcówki niskonapięciowe. Przy realizacji funkcji filtrowania harmonicznych końcówki niskonapięciowe są wykorzystywane głównie do pobierania energii z sieci, a końcówki wysokonapięciowe do oddawania energii.
Układ sterujący ST generatora mocy biernej steruje albo prądem biernym albo przepływem mocy biernej. Sterowanie jednym z nich powoduje automatyczne sterowanie drugim. Zostanie to wyjaśnione na przykładzie i udowodnione matematycznie.
Zakładamy, że generator mocy biernej jest dołączony tak, jak pokazano na fig. 9, do trzech faz sieci z obciążeniem biernym. Napięcia i prądy bierne są wyrażone wzorami:
V1 = Vm cos(w*t) Ir1 = Iro cos(w*t - π/2)
V2 = Vm cos(w*t + 2π/3) 1r2 = Iro cos(w*t + π/6)
V3 = Vm cos(w*t + 4π/3) 1r3 = Iro cos(w*t + 5π/6)
Figura 10 przedstawia przebiegi napięcia V, prądu biernego Ir i mocy biernej Pr trzech faz 1, 2,3. Działanie jest przedstawione dla kąta w*t = π/12, czyli 15 stopni.
Z przebiegów tych wynika, że energia powinna być pobierana z sieci, gdy moc bierna jest ujemna. Praca układu rozpoczyna się od włączenia tyrystora SCR4 dla naładowania kondensatora z fazy 2 przez cewkę indukcyjną L2. Okres ładowaniajest zależny od wartości indukcyjności cewki indukcyjnej.
Poniższe tabele przedstawiają parametry pracy generatora mocy biernej.
Tabela 1
Sekwencje pracy generatora mocy biernej
Operacja Łącz- nik Vp/Vm Vf/Vm Vk/Vm Q/CVm E/Eo
l.Ładowanie fazy 2 SCR4 0,00 -0,707 -1,414 +1,414 -1,000
2.Rozładowanie SCR5 -1,414 -0,259 +0,897 -2,311 +0,598
fazy 3
3.Ładowanie fazy 2 SCR4 +0,897 -0,707 -2,311 +3,207 -2,268
4.Rozładowanie SCR5 -2,311 -0,259 +1,793 -4,104 +1,062
fazy 3
5.Rozładowanie SCR2 +1,793 +0,966 +0,139 +1,654 +1,598
fazy 1
6.Ładowanie fazy 2 SCR4 +0,139 -0,707 -1,553 +1,692 -1,196
7.Odwracanie polar. SCR14 -1,553 0, 00 +1,553 0, 00 0, 00
kondensatora
8.Rozładowanie SCR2 +1,553 +0,966 + 0, 379 +1,174 +1,134
fazy 1
9.Ładow’anie fazy 2 SCR4 +0,379 -0,707 -1,553 +1,692 -1,196
171 511
Tabela II
Wyniki operacji generatora mocy biernej
Operacj a AQt/CVm — IrA t AEt/E0 Pr At/E0
Faza 1 +1,654 +1,691 +1,598 +1,634
Faza 2 +4,622 + 4, 620 -3,268 -3,268
Faza 3 -6,415 -6,311 +1,660 +1,634
Energia całkowita -0,139 0, 00 -0,010 0,00
Energia resztkowa +0,139 0, 010
W pierwszej kolumnie tabeli I podano operacje i fazy biorące w nich udział, a w drugiej kolumnie łączniki sterujące. Następnie kolumny podają napięcie początkowe Vp zespołu kondensatorów względem napięcia maksymalnego Vm fazy, napięcie fazowe Vf względem napięcia maksymalnego Vm, napięcie końcowe Vk zespołu kondensatorów względem napięcia maksymalnego Vm, znormalizowany ładunek Q przekazany do fazy i w końcu energię E przekazaną do fazy, znormalizowaną względem energii Eo zespołu kondensatorów naładowanych do napięcia maksymalnego Vm.
Z operacji 1 widać, ze energia jest pobierana z fazy 2, a zespół kondensatorów jest ładowany do podwójnego napięcia fazowego Vf. Dodatnia liczba w kolumnie ładunku Q wskazuje, że jest indukowany prąd dodatni. Napięcie końcowe Vk zespołu kondensatorów po operacji 1 jest napięciem początkowym Vp zespołu kondensatorów w operacji 2. Operację 2 rozpoczyna włączenie tyrystora SCR5 dostarczającego do fazy 3 ujemny ładunek i energię. Napięcie końcowe Vk zespołu kondensatorów i przekazany ładunek Q są wyrażone wzorami:
Vk = 2Vt - Vp AQ = C(Vp - Vk)
Energia wprowadzona do fazy 3 jest wyrażona wzorem:
AE = C(Vp2 -Vf2) /2 i jest dodatnia. Operacja 3 jest drugim cyklem ponownego ładowania z fazy 3. Następuje zwiększenie przekazywanej energii w stosunku do energii z operacji 1, co jest spowodowane początkowym napięciem kondensatora.
Operacja 4 określa drugie przekazywanie ładunku do fazy 3. Zespół kondensatorów ma wówczas dodatnie napięcie końcowe Vk o znacznej amplitudzie, w wyniku czego ładunek i energia są oddawane do fazy 1. Zespół kondensatorów jest wtedy gotowy do następnego ładowania z fazy 2. W tej sekwencji cykli energia jest pobierana z fazy 2 i jest oddawana do faz 1 i 3. * ' “
W tabeli II pokazano wyniki pięciu opisanych operacji. W drugiej kolumnie podano całkowite przepływy ładunku AQt, które są porównywane ilościowo z wartościami teoretycznymi uzyskanymi przez pomnożenie prądu biernego Ir przez dany przedział czasu At, co podano w trzeciej kolumnie. Przedział czasu został dobrany w celu oddania wymaganego ładunku do fazy 2. Operacja jest tak dobrana, aby dokładnie zrównoważyć przepływ ładunku między fazami 1 i 3. W czwartej kolumnie podano energię AEt pobieraną lub oddawaną z trzech faz i porównywaną z wartościami teoretycznymi energii PrAT podanymi w piątej kolumnie. Nie śledzi się przy tym przepływu energii, ponieważ przy bezpośrednim przepływie prądu przepływ energii zachodzi automatycznie. W tabeli II podano także przepływ netto ładunku i energii, który
171 511 dla wszystkich trzech faz powinien wynosić zero. Rachunek zgadza się, z wyjątkiem energii resztkowej zespołu kondensatorów. Energia ta jest wykorzystywana w następnej operacji.
Do tego punktu operacje polegały na prostych działaniach ładowania i rozładowania. Operacje 6, 7 i 8 w tabeli I określają ważną sekwencję operacji, gdy napięcie zespołu kondensa torów w urządzeniu według wynalazku ma nieprawidłową biegunowość dla oddania ładunku do fazy 1. Wymaga to albo całkowitego odwrócenia napięcia w urządzeniu albo zewnętrznego dodania układu odwracającego zawierającego cewkę indukcyjnąL7 i tyrystory SCR13 i SCR14. Po operacji 6 ponownego ładowania, zespół kondensatorów ma nadal napięcie ujemne. Przez włączenie tyrystora SCR14 polaryzacja zespołu kondensatorów jest zmieniana, zanim może być dokonana operacja oddania ładunku do fazy 1.
Operacja sterownia wydaje się złożona, jednak układ sterowania jest łatwy do zaprojektowania i wykonania. Układ sterowania wykrywa prąd bierny i porównuje go z wartością wstępnie zaprogramowaną. Częstotliwość operacji jest dobrana tak, aby spełniać wymagania dotyczące generacji mocy biernej. Metodą obliczeniową określa się rozkład przepływu prądu biernego między trzema fazami i wybiera się z serii sekwencji operacji najkorzystniejszą dla spełnienia wymagań dotyczących rozdziału prądu biernego w zakresie ograniczeń operacyjnych urządzenia według wynalazku.
Opisane sterowanie mocą bierną jest modyfikowane do działania pomiędzy fazami, gdy nie jest dostępny przewód zerowy. Taka operacja wymaga zastosowania dodatkowego zespołu łączników po stronie końcówek niskonapięciowych modułu. Dodatkowo wzrasta złożoność układu, jednak daje to też pewne korzyści. Szereg modułów może pracować równolegle, przy czym część z nich jest zaprojektowana specjalnie dla realizacji określonej operacji i pracuje pomiędzy określonymi fazami.
Urządzenie według wynalazku podczas pracy opisanej w tym punkcie dotyczącym generatora mocy biernej wykorzystuje tylko końcówki przednie urządzenia jako kondensator. Dla prostej korekcji mocy biernej nie są wymagane takie operacje, jak zwiększenie napięcia i można w zamian zastosować prosty kondensator. Ten sposób pracy z użyciem końcówek przednich jest stosowany nie tylko do generacji mocy biernej, lecz także w innych operacjach przedstawionych w tym opisie. Bez użycia urządzenia do zwiększania lub zmniejszania napięcia można wytwarzać jednofazowe lub wielofazowe napięcie przemienne, napięcie stałe lub wyjściowe napięcie o innym przebiegu. Wejście może być zasilane z sieci prądu przemiennego lub ze źródła prądu stałego. Ograniczeniem jest tylko zakres napięcia wyjściowego. Napięcie wyjściowe o takiej samej lub zmniejszonej wartości jest bardziej praktyczne.
Magazynowanie energii indukcyjnej
Podstawowa budowa urządzenia według wynalazku umożliwia całkowite rozłączenie elektryczne pomiędzy wejściem i wyjściem. Magazynowanie energii indukcyjnej wymaga zastosowania urządzenia o znacznie mniejszym ciężarze i objętości. Zastosowanie urządzenia według wynalazku jako łącznika otwierającego lub odłączającego umożliwia praktyczną realizację systemu magazynowania energii indukcyjnej.
Figura 11 przedstawia uproszczony schemat urządzenia z pojemnościowym układem magazynowania TPCS 60, które umożliwia wprowadzenie wielkiego prądu i energii magnetycznej do cewki indukcyjnej 61 ze źródła mocy. Przy zastosowaniu dwóch lub więcej modułów, ładowanie jest praktycznie ciągłe. Ponadto rozładowczy tyrystor SCRr 62 jest wykorzystywany do realizacji przepływu prądu w czasie krótkiego okresu ponownego ładowania. Rozładowczy tyrystor 62 jest odłączany w momentach, gdy pojemnościowy układ magazynowania 60 oddaje energię do cewki indukcyjnej 61.
Wówczas gdy energia osiągnie pożądana wartość, układ ładowania jest zatrzymywany, a wyjściowy tyrystor SCRwy 63 włączany w celu oddania zmagazynowanej energii. W tym momencie pojemnościowy układ magazynowania 60 dołączony do cewki indukcyjnej 61 przez tyrystor SCRwe 64 przedstawia sobą mały i rozładowany zespół kondensatorów. Ponadto ten zespół jest całkowicie odizolowany od cewki indukcyjnej, gdy tylko tyrystor SCRwe 64 zostaje spolaryzowany wstecznie. Jeżeli wyjściowy interfejs jest właściwie zaprojektowany, można zatrzymać przepływ prądu wyjściowego, gdy nowy ładunek dopływa z modułu ładującego do cewki indukcyjnej tak długo, jak dopływający z pojemnościowego układu magazynowania 60 rn sil prąd chwilowy jest większy od prądu wyjściowego. To powoduje polaryzację wsteczną wyjściowego tyrystora SCRwy 63 i wyłączenie go. W tym momencie rozpoczyna się nowy cykl ładowania cewki indukcyjnej. Obwód filtrujący 65 jest dodawany dla ochrony elementów.
wet snp r\r7t7 uktad dprnwiinia imnnkami wv7wfl1imp vmi Πΐτ7νηπi_ s LV1V »» UXliV jvn ν X »» m»»>». ’ j J >*»*. uj j » * V*.
je on dane określające warunki zewnętrzne i wyjściowe oraz wytwarza sygnały wyzwalające łączniki.
Urządzenie według wynalazku jest bardzo niezawodne. Uszkodzenie zespołu półprzewodnikowego w typowych przetwornikach bezpośrednio powoduje zwarcie linii prądu stałego lub zwarcie międzyfazowe. Podobne uszkodzenie w urządzeniu według wynalazku nie powoduje takiego uszkodzenia i wymaga znacznie mniejszego zabezpieczenia i mniej sprzętu naprawczego. W podstawowych warunkach pracy względnie małe kondensatory są ładowane z linii lub rozładowywane na limę. Zwarcie zespołu półprzewodnikowego nie powoduje udaru prądowego i jest łatwiejsze do usunięcia. Przy zastosowaniu wielu modułów pracujących równolegle, uszkodzony moduł jest izolowany, a pozostałe elementy kontynuują pracę jedynie przy zmniejszeniu maksymalnej przepływającej mocy.
Praca podstawowego urządzenia według wynalazku ma trzy etapy, to jest ładowanie kondensatorów, odwracanie polaryzacji zespołu kondensatorów i rozładowywanie zespołu kondensatorów o odwróconej polaryzacji. Dany etap jest na ogół zakończony, zanim zacznie się następny etap. Jeżeli zostaje wykryte uszkodzenie i sekwencja zostaje przerwana, prąd zwarciowy nie płynie z wejścia na wejście. W tym momencie urządzenie zostaje odizolowane bez potrzeby użycia powietrznych wyłączników wydmuchowych wielkiej mocy. Jest to szczególnie korzystne po stronie napięcia stałego, ponieważ tam uszkodzenia są dużo trudniejsze do usunięcia. Układ transformacji prądu przemiennego w prąd przemienny, przetwornik prądu przemiennego w prąd stały i inwerter prądu stałego w prąd przemienny mogą być użyte jako skuteczne, wysokonapięciowe wyłączniki dużej mocy. Ponadto z zasady działania każdego opisanego urządzenia wynika, że ma on maksymalna przepustowość mocy i nie może być przeciążony. Urządzenie jest wykorzystywane jako skuteczny ogranicznik mocy lub prądu.
Zostanie teraz opisane działanie urządzenia do przetwarzania mocy.
Jeśli chodzi o transformację prądu stałego w prąd stały, w dotychczasowych rozwiązaniach przy zwiększaniu prądu stałego było wymagane, aby prąd stały był najpierw przetwarzany w prąd przemienny o dużej częstotliwości. Następnie była realizowana transformacja napięciowa przy pomocy transformatora, a prąd przemienny był przetwarzany powrotnie w prąd stały. Transformator nie tylko powoduje zwiększenie ciężaru urządzenia, ale jest również głównym elementem powodującym zmniejszenie sprawności. Ponadto kalibrowanie do dużych mocy i wysokich napięć rzędu i00 kV jest niepraktyczne. Według wynalazku ładunek wejściowy jest przenoszony bezpośrednio na wyjście w wysoce sprawnym procesie transformacji pośredniego napięcia elektrycznego. Nie występuje tu transformacja prądu przemiennego w prąd przemienny. Wyeliminowane są całkowicie transformatory, które wymagają wtórnego kalibrowania napięciowego, są ciężkie, zajmują dużą objętość i wprowadzają straty w rdzeniach magnetycznych.
Jeśli chodzi o transformację prądu przemiennego w prąd przemienny, typowy system rozdziału mocy prądu przemiennego jest oparty na zdolności transformacji napięcia w transformatorach z rdzeniem żelaznym, pracujących zwykle przy małej częstotliwości 50 lub 60 Hz. Urządzenia te są duże i mają stalą przekładnię napięciową określoną przez stosunek zwojów. Urządzenie według wynalazku eliminuje transformator i wszystkie jego niedogodności dla systemu rozdziału napięcia przemiennego poprzez przenoszenie elektrostatyczne mocy wejściowej na wyjście, z równoczesną możliwością jej regulacji.
W przypadku wzajemnego łączenia systemów prądu przemiennego, w celu połączenia ze sobą dwóch niezależnych, niezsynchronizowanych systemów energetycznych, jest obecnie niezbędne przetworzenie prądu przemiennego w prąd stały i następnie ponownie w prąd przemienny o właściwej fazie i częstotliwości. Urządzenie według wynalazku umożliwia bezpośrednie przenoszenie mocy z jednego systemu wielofazowego do drugiego systemu wielofazowego bez użycia łącza prądu stałego. Połączenie wzajemne łączem prądu stałego jest korzystne ze względu na stabilność sieci energetycznej, zostało więc zachowane w urządzeniu
171 511 według wynalazku dla połączeń wzajemnych transformujących prąd przemienny w prąd przemienny.
W dotychczasowych rozwiązaniach prostowanie wielofazowego prądu przemiennego o dużej mocy powoduje nieodłącznie wytwarzanie harmonicznych na wejściu prądu przemiennego. Wymagana filtracja harmonicznych znacznie zwiększa nakłady na rozdział energii. W urządzeniu według wynalazku przy transformacji prądu przemiennego w prąd stały i jego zwiększaniu, nie występuje transformator i potrzeba filtrowania harmonicznych. W przypadku pracy urządzenia przy wysokiej częstotliwości, wymagane są tylko małe filtry na wejściu prądu przemiennego i wyjściu prądu stałego.
Przy rozdziale mocy prądu stałego, w celu usunięcia uszkodzenia linii przesyłowej wysokiego napięcia, jest obecnie niezbędne całkowite odłączenie linii prądu stałego od zacisków wejściowych napięcia przemiennego układu przetwarzającego. W rezultacie linie przesyłowe prądu stałego są obecnie 'stosowane do transportu energii na duże odległości i do łączenia ze sobą niezależnych systemów energetycznych. Urządzenie według wynalazku umożliwia natomiast realizację całkowitego rozdziału prądu stałego przy bezpośrednim zmniejszeniu prądu stałego, eliminując wszystkie problemy związane z systemem rozdziału prądu przemiennego. Uszkodzenia w linii odgałęzienia prądu stałego można łatwo usunąć przez chwilowe przerwanie procesu przetwarzania. Łączniki odłączające są wówczas otwierane lub zamykane w stanie bez obciążenia.
W obecnych rozwiązaniach uzyskanie zmiennej częstotliwości wyjściowej jest skomplikowane. Jako urządzenie do regulacji dużej mocy jest stosowany cyklokonwerter, który przetwarza bezpośrednio moc wielofazowego prądu przemiennego z częstotliwości wielkiej na mniejszą. Jeżeli jest stosowane źródło o częstotliwości 60 Hz, częstotliwość wyjściowa cyklokonwertera zmienia się zwykle od zera do 10 Hz, przy czym górna częstotliwość graniczna zakresu jest ograniczona do wartości około 40% częstotliwości wejśiowej. Wynikowy przebieg o małej częstotliwości jest utworzony z fragmentów przebiegu o pierwotnej częstotliwości. Można uzyskać napięcie wyjściowe o przebiegu zbliżonym do sinusoidalnego. Wytwarzana jest jednak duża moc bierna i harmoniczne. Ponadto ograniczona jest wartość napięcia wyjściowego.
W przeciwieństwie do tego urządzenie według wynalazku umożliwia sprawne wytwarzanie przebiegu wyjściowego o zmiennej częstotliwości i zmiennym napięciu. Regulowana częstotliwość wyjściowa jest większa lub mniejsza od częstotliwości źródła mocy. Dotyczy to także napięcia wyjściowego. Co najważniejsze, urządzenie według wynalazku przy zmianach częstotliwości i napięcia nie powoduje wytwarzania harmonicznych, zakłócenia przebiegu wejściowego lub mocy biernej. Ponadto częstotliwość wyjściowa, faza wyjściowa i moc wyjściowa są regulowane przy sprawności podobnej do sprawności transformatora mocy prądu przemiennego. Zmiana wirowania faz może być dokonana w ciągu ułamka okresu, przy regulowanym napięciu wyjściowym, dla uzyskania optymalnych warunków rozruchu, regulacji momentu obrotowego lub sterowania prędkością silnika indukcyjnego. Ponadto urządzenie do przetwarzania zmiennej częstotliwości z dużą sprawnością może być także zasilane bezpośrednio przez wejściowy prąd stały z taką samą sprawnością i wynikami.
Regulacja mocy biernej i filtry harmoniczne są realizowane w urządzeniu według wynalazku tak, że zawiera ono szybki układ korekcji kąta fazowego i regulacji mocy biernej jako część urządzenia do przetwarzania napięcia lub jako odrębny układ. W przypadku szybkich charakterystyk roboczych urządzenia, układ korekcji kąta fazowego i regulacji mocy biernej reaguje w czasie części okresu prądu przemiennego. Urządzenie według wynalazku nie tylko reguluje przepływ mocy biernej w sposób ciągły od zera do jej wartości maksymalnej, lecz także dokonuje wymaganej korekcji kąta fazowego zarówno wyprzedzającego jak i opóźniającego się.
Korekcja kąta fazowego jest dokonywana bez wytwarzania harmonicznych lub zniekształceń fazowych. W przypadku zrównoważonych wielofazowych sieci energetycznych układ korekcji i regulacji według wynalazku nie wymaga magazynowania energii w długim okresie czasu, co jest wymagane w większości działających układów. Układ korekcji i regulacji według wynalazku ma charakterystyki podobne do charakterystyk silnika synchronicznego pracującego bez obciążenia mechanicznego. Główna różnica polega na tym, ze układ korekcji i regulacji według wynalazku nie ma części ruchomej, jest bardziej ekonomiczny w eksploatacji, ma znacznie większą sprawność i reaguje szybciej.
Charakterystyki robocze układu korekcji i regulacji umożliwiają jego zaprogramowanie iibb*krrnutemo/cb 07 unnnych -fllótw ha baimznycipmw/olż
Ιίνν^,Χ V ’« uuj VIX iilu v »T XXVXX lxlVlllV£jH J VII, bela eulm iuu juiw juruu ufKitiLiei juiv bez wymagania istotnego magazynowania energii. Takie działanie jest możliwe, ponieważ urządzenie według wynalazku może pobierać moc bierną i harmoniczną lub ładunek w części okresu, gdy napięcie przemienne ma małą wartość, i może przekazywać ją do innej fazy, w której występuje wyższe napięcie. Czynne filtry harmoniczne mogą być zaprogramowane tak, żeby równocześnie tłumić szereg częstotliwości harmonicznych. Wynalazek umożliwia eliminację dużych kondensatorów i magazynowania energii biernej.
W dotychczasowych rozwiązaniach, przy prostowaniu prądu przemiennego lub regulacji obciążenia prądu przemiennego, wymagane jest zastosowanie biernej lub czynnej filtracji dla wytłumienia wytworzonych harmonicznych. Natomiast urządzenie według wynalazku realizuje skutecznie tę funkcję bez zniekształcenia harmonicznych w wejściowej sieci energetycznej prądu przemiennego.
W przypadku, gdy harmoniczne i moc bierna są wytwarzane przez nieliniowe i bierne obciążenia prądu przemiennego zasilane przez urządzenie według wynalazku, urządzenie to tłumi je skutecznie tak, że harmoniczne są zrównoważone na wyjściu prądu przemiennego. Czynne filtrowanie harmonicznych i wytwarzanie mocy biernej jest realizowane bez potrzeby magazynowania dużej energii w zespołach kondensatorów lub w dużych cewkach indukcyjnych. Ponadto układ filtrowania harmonicznych reaguje na wymaganą zmianę poziomu filtrowania harmonicznych w ciągu ułamka okresu.
171 511
FIG. 3
171 511
ELEMENT + WE + WY + WE - WY -WE + WY -WE -WY Nr
SCR 1 SCR2 X Y X,Y X,Y Y X 8 1 82
SCR3 SCR4 X Y Χ.Υ X,Y Y X 83 84
SCR5 SCR6 X Y X,Y X,Y Y X 85 86
SCR7 SCR8 X X,Y Y 87 88
SCR9 SCR 10 Y Χ.Υ X 90 91
FIG. 4
171 511
FIG. 5
171 511
TABELA ŁAĆZEŃ
FUNKCJA CYKL DODATNI CYKL UJEMNY
ŁADOWANIE 1.2,3,4,5,6 10,1 1,12,13,14,15
ODWRACANIE 7,8,9 16,17,18
ROZŁADOWYWANIE 19 19
ODWRACANIE WEJŚCIA 20,1 1,12,13,14,15 21,2,3,4,5,6
FIG. 6
FIG. 7
171 511
FIG. 8
171 511
’ r
SCR7 SCR9
SCRI I
SCRI3 SCRI4
FIG. 9
FIG. 10
62 63
FIG. 11
171 511
Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 6,00 zł

Claims (31)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób przetwarzania mocy, podczas którego przetwarza się moc ze źródła napięcia, przy czym ładuje się ze źródła napięcia wiele połączonych szeregowo kondensatorów, znamienny tym, że odwraca się polaryzację wybranych kondensatorów spośród wielu kondensatorów, łączy się elektrycznie wiele kondensatorów dla transformacji napięcia, pobiera się moc z wielu kondensatorów przy przetransformowanym napięciu i powtarza się tę sekwencję etapów wiele razy w ciągu sekundy.
  2. 2. Urządzenie do przetwarzania mocy, zawierające układ magazynowania energii zawierający wiele kondensatorów tworzących wielokrotne stopnie, z których każdy zawiera jeden lub więcej z tych wielu kondensatorów połączonych szeregowo, znamienne tym, że zawiera układ ładowania, zawierający połączone szeregowo tyrystor (26), diody (30, 31) i cewkę indukcyjną (32), przy czym diody (30) i (31) są dołączone równolegle do kondensatorów (21, 22, 23, 24) układu magazynowania energii, a kondensator (20) jest dołączony do masy, urządzenie zawiera także układ odwracania napięcia zawierający tyrystory (34, 35, 36) i cewki indukcyjne (37, 38, 39), przy czym każdy tyrystor (34, 35, 36) w połączeniu szeregowym z cewką indukcyjną (37, 38,39) jest dołączony do właściwego kondensatora (21,23,25) tworzącego wraz z nimi obwód rezonansowy wspomagający odwracanie polaryzacji tego kondensatora i urządzenie zawiera układ rozładowania zawierający tyrystor (40) dołączony do układu magazynowania energii zawierającego kondensatory (20, 21, 22, 23, 24, 25) i tyrystory (27, 28, 29), przy czym diody (D1, D2) stanowią połączenia wielokrotnych stopni kondensatorów (20,21,22,23,24,25), które to połączenia w pierwszym stanie pracy stanowią małą impedancję i w drugim stanie pracy stanowią dużą impedancję.
  3. 3. Urządzenie do przetwarzania mocy, zawierające układ magazynowania energii zawierający wiele kondensatorów tworzących wielokrotne stopnie, z których każdy zawiera jeden lub więcej z tych wielu kondensatorów połączonych szeregowo, znamienne tym, że zawiera układ ładowania zawierający połączone szeregowo kondensator (60), cewkę indukcyjną (62) i tyrystor (61), dołączony szeregowo do kondensatorów (C1, C2, C3, C4, C5, C6) układu magazynowania energii, urządzenie zawiera także układ odwracania napięcia zawierający połączone szeregowo diody (63,64,65) i połączone równolegle tyrystory (66,67,68) z dołączonymi do nich cewkami indukcyjnymi (70, 71, 72), przy czym każdy tyrystor (66, 67, 68) w połączeniu szeregowym z cewką indukcyjną (70, 71, 72) jest dołączony do właściwego kondensatora (C1, C3, C5) tworzącego wraz z nimi obwód rezonansowy wspomagający odwracanie polaryzacji tego kondensatora i urządzenie zawiera układ rozładowania zawierający tyrystory (73, 74, 75) dołączone do układu magazynowania energii zawierającego kondensatory (C1, C2, C3, C4, C5, C6), przy czym tyrystory (73, 74) stanowią połączenia wielokrotnych stopni kondensatorów (C1, C2, C3, C4, C5, C6), które to połączenia w pierwszym stanie pracy stanowią małą impedancję i w drugim stanie pracy stanowią dużą impedancję.
  4. 4. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że do układu ładowania (12), układu odwracania (14) i układu rozładowania (15) są dołączone trzy wyjścia układu sterowania (18), którego pierwsze wejście (19) jest dołączone do wejścia (10) mocy, drugie wejście (20) jest dołączone do obciążenia (17) i trzecie wejście (21) jest dołączone do układu zewnętrznego.
  5. 5. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że cewki indukcyjne (37,38,39), (70,71,72) układu odwracania napięcia są dołączone rozłącznie do poszczególnych kondensatorów (21,23, 25), (C1, C3, C5).
  6. 6. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że tyrystory (34, 35,36), (66, 67, 68) układu odwracania napięcia są włączone pomiędzy kondensatory (21,23,25), (C1, C3, C5) i cewki indukcyjne (37, 38, 39), (70,71,72) w szeregowych obwodach rezonansowych.
  7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że każdy z tyrystorów (34,35, 36), (66, 67, 68) jest zastąpiony przez półprzewodnikowy prostownik sterowany.
  8. 8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że każdy z tyrystorów (34, 35, 36), (66,
    Ζσ Αβλ łon nro rtonmnu nr7O7 r»rr>CeQtrf\T3
    V f y UUJ JVJl -ŁjCAO 1 j· VI 0LiOiAl.l vu .
  9. 9. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że każdy z tyrystorów (34, 35, 36) jest zastąpiony przez przyrząd wyłączany bramką.
  10. 10. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że cewki indukcyjne (37, 38,39), (70, 71, 72) są włączone w obwodach indukcyjnych.
  11. 11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że cewki indukcyjne (37, 38, 39), (70, 71, 72) są cewkami z rdzeniem powietrznym.
  12. 12. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że do wyjścia układu rozładowania (15) jest dołączony filtr (16) wielkiej częstotliwości.
  13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że pomiędzy wejściem (10) mocy i układem ładowania (12) jest włączony filtr (11) wielkiej częstotliwości.
  14. 14. Urządzeni e weUgig zastrz. 4, znanuenny tym, ka układ ładowania zawiera 6ewk<t indukcyjną (32/ (62) połącukną załogowo ze źródłem napięcia.
  15. 15. Uradzenie według zastrz. 4, zamnuenne Ι,!», że ukł ad ładowańia7awi8ra cewkę indukcyjz ą (32/(()2( i lgrustor (26), (60) potoczone szeregowo ze źródłem napięcia.
  16. 16. Urządzenie według zastrz. 2 aiZn 3. znemtenne tyn^, uc kondenkanory^OjZy,22,73, 74, 75) , (Cl, C2, C 3, Gz, Ce, C6) tworzą N stopni, z których każdy zawiera dwa spośród tych kondeisatorów po)ącuonyag gze'regowz i mapierwszm koń do wkę, dig (C ZąUcówką i (odiowkę jedującądołdkzoną e1eętryyznię dz wspólwego węzła, w którym dwa kondensatory tego stopnia są połączooe r^zem, orae dułągazng di uklnam ienow anim
  17. 17. UąeąUadni ewedług wist z. )ó , znamienne tym , że układ logowania zawiera przełączniki, k6azyoeliic tyiystoty (2(, 28,29), 4o łączmniapie rwmej ż długiej koiło Oz,· ki kiβUeyo sto/nia kondcotatorów ze wspolnym węszem goUezgy ładwwNin.
  18. 18. Ł.Trządzenie wuyług zgztrz, 1 7, znemienne tym,że do ciarwszeo Ozacówki i kOacówU ^(ίο) stopi5ia konηο^^όw jest doipczooz dażgy cewto indukc^m a (3at38, 39), (70, 71, 721.
    )9. U4aąd5enie według z ytrz. wo, znamienne tyka, den WtniaupoZąąuonzc0 róąreyowo ąyndeoróturPw ,ϋ) 21, 22,23, 24i 75/ (O, C2, C3, C4, Cg, Co) stenów i eierw(da k.0[łcOooΊląi ]<Ο0Ϊ., steaowidnlgąanńeewaz,do kiótykN td Uzńcówed pieowsze, o diugiii jes( 0ł0ozenny ukłuci eoziadowatya.
  19. 20. Urządzenie według aastrz. 19 , znamnenne tym, es każda cewka ia dzUcyjZ a ,Π, dz, di/ iko, , d2) t)r) dołyc(.57,58158), wo ząj gódcówki (dzłędującej jlcentó Uondenąatoeów paza kewąódzniuóul aiy/acc, aaknego z ónóco kgzdaaąetoznw w tym stopniu.
  20. 21. Urządzenńe wwdleg /ηζπ'ζ. ił, ζ^ι^θη^ ,ym, żc u0łzdrceładowani c zawiui6 wąjściową cewkę mnąeaspnąSAl ji j76)i przenośnik, korde/tme tytysidt jd0),(75) 80 8))ζοηίη 74,7eęsatorów (20,21,
  21. 22,23,24,25), (Cl, C2, C3, C4, C5, C6) z wyjściową cewką indukcyjną (41), (16) u zadze soziudowatuz.
    od. LUządzeoi ewedług zastra. 15, ζηί^η,1(^ι,' tym , Ueukłu4 ruzładow ania zaw tera łWlga (O8)dżląeaonc do wyjanio urąeUeanie.
  22. 23. Uodydzenią łezłZde uasirz. 4, znamienne tym, że jedno wejście (20) układu sterowania (18) jes5 άο^ο,^) do wy(śc Ϊ3ίίΗηι 146) wielkiee częstożE wożwi i e^\^^oi^i^c^aktk dz wej 138, 38),(76^3 (17).
  23. 24)υ^4ζεηϊζ w ękiug 23- ζ,βηηίζηζζ tym, Oe filis Π6)ma wejście transformowanego naoięciw.
    io. Uoóodzenią wokdng 445,1(.23 , enamiznce tom, ża filtr (ϋ, 143 W7jście -3ρΪ0)ϊζ Crzere)eneego.
  24. 26.Urządzenie wwoOig zastrz. 14, znamienne tym, że źródło napięcia stanowi źródło sygnałs proemienneóo o wzęeloiliwości ił.
    (07. υ^η^ηΐε weOlkg oas łrz.2 zlbo 3, znamienne tym, że układ ładowania zawiera wiele obwodówprzenoszócuód ładgnkłt zawierająeeeh cewkż i gduke/Ong (L /LU, Ld( i łyeo(iorg (SCWÓl SCR2, oCRd, SCRO, SCRU, SCRO), ζ610ιοΑι każOy gOwodjuso dgłga6yny do moe,
    171 511 fazy wielofazowej linii energetycznej prądu przemiennego i układ rozładowania zawiera wiele obwodów doprowadzających ładunek, zawierających cewki indukcyjne (L4, L5, L6) i tyrystory (SCR7, SCR8, SCR9, SCR10, SCR11, SCR12), z których każdy obwód jest dołączony do innej fazy wielofazowej linii energetycznej prądu przemiennego.
  25. 28. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że do układu rozładowania jest dołączony oddzielny przyrząd magazynujący energię, korzystnie cewka indukcyjna (61).
  26. 29. Urządzenie do przetwarzania mocy, zawierające układ magazynowania energii zawierający wiele kondensatorów tworzących wielokrotne stopnie, z których każdy zawiera jeden lub więcej z tych wielu kondensatorów połączonych szeregowo, znamienne tym, że zawiera wiele układów ładowania, zawierających cewki indukcyjne (L1, L2, L3) i tyrystory (SCR1, SCR2, SCR3, SCR4, SCR5, SCR6), które są dołączone do różnych faz wielofazowej linii energetycznej prądu przemiennego i do pojemnościowego układu magazynowania (TPCS), przy czym elementy każdego układu ładowania tworzą z elementami pojemnościowego układu magazynowania (TPCS) obwód rezonansowy, wiele układów doprowadzających zawierających cewki indukcyjne (L4, L5, L6) i tyrystory (SCR7, SCR8, SCR9, SCR10, SCR11, SCR12), które są dołączone do różnych faz wielofazowej linii energetycznej i do pojemnościowego układu magazynowania (TPCS) oraz układ sterowania (ST) dołączony do wszystkich faz wielofazowej linii energetycznej, do pojemnościowego układu magazynowania (TPCS) i do układów wyzwalania tyrystorów.
  27. 30. Urządzenie według zastrz. 29, znamienne tym, że układy ładowania i układy doprowadzające mają wspólne elementy, korzystnie cewka indukcyjna jednego układu ładowania jest także cewką indukcyjną odpowiedniego układu doprowadzającego.
  28. 31. Urządzenie według zastrz. 29, znamienne tym, że pojemnościowy układ magazynowania (TPCS) zawiera wiele kondensatorów (20,21,22,23,24, 25), (C1, C2, C3, C4,C5, C6) połączonych szeregowo, do których jest dołączony układ ładowania zawierający tyrystor (26), (61), diody (30, 31) lub kondensator (60) i cewkę indukcyjną (32), (62) oraz układ odwracania polaryzacji zawierający tyrystory (34,35,36), (66, 67,68) i cewki indukcyjne (37,38,39), (70, 71,72), korzystnie diody (63, 64, 65), przy czym cewki indukcyjne (37,38,39), (70,71,72) są dołączone rozłącznie do wybranych kondensatorów (21, 23, 25), (C1, C3, C5) i tworzą wraz z nimi obwody rezonansowe wspomagające odwracanie polaryzacji kondensatorów, do których jest dołączony układ rozładowania zawierający tyrystory (40), (73,74, 75).
  29. 32. Urządzenie według zastrz. 29, znamienne tym, że pojemnościowy układ magazynowania (TPCS) stanowi kondensator.
  30. 33. Urządzenie według zastrz. 29, znamienne tym, że układy ładowania i układy doprowadzające mają wspólną cewkę indukcyjną.
  31. 34. Urządzenie według zastrz. 32, znamienne tym, że zawiera szereg kombinacji wejściowej cewki indukcyjnej i wejściowego przełącznika w połączeniu równoległym z pojemnościowym układem magazynowania (TPCS).
PL93305435A 1992-04-06 1993-04-02 Sposób przetwarzania mocy i urzadzenie do przetwarzania mocy PL PL PL PL PL PL PL171511B1 (pl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/864,031 US5270913A (en) 1992-04-06 1992-04-06 Compact and efficient transformerless power conversion system
PCT/US1993/003146 WO1993020610A1 (en) 1992-04-06 1993-04-02 Compact and efficient transformerless power conversion system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
PL171511B1 true PL171511B1 (pl) 1997-05-30

Family

ID=25342362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL93305435A PL171511B1 (pl) 1992-04-06 1993-04-02 Sposób przetwarzania mocy i urzadzenie do przetwarzania mocy PL PL PL PL PL PL

Country Status (18)

Country Link
US (4) US5270913A (pl)
EP (2) EP0881737A2 (pl)
JP (1) JPH07506715A (pl)
KR (1) KR950701466A (pl)
CN (1) CN1079083A (pl)
AU (1) AU676156B2 (pl)
BG (1) BG99098A (pl)
BR (1) BR9306199A (pl)
CA (1) CA2132971A1 (pl)
CZ (1) CZ238994A3 (pl)
HU (1) HUT68539A (pl)
MY (1) MY109821A (pl)
PL (1) PL171511B1 (pl)
RU (1) RU94045899A (pl)
SG (1) SG47673A1 (pl)
TW (1) TW266342B (pl)
WO (1) WO1993020610A1 (pl)
ZA (1) ZA932316B (pl)

Families Citing this family (104)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5270913A (en) * 1992-04-06 1993-12-14 D.C. Transformation, Inc. Compact and efficient transformerless power conversion system
US5526253A (en) * 1993-09-22 1996-06-11 Advanced Micro Devices, Inc. Low power voltage boost circuit with regulated output
US6125047A (en) * 1993-12-14 2000-09-26 Seagate Technology, Inc. Regulated inverting power supply
US5734207A (en) * 1994-05-06 1998-03-31 Miklinjul Corporation Voltage polarity memory system and fuse-switch assembly usable therewith
US5905371A (en) * 1995-06-23 1999-05-18 D.C. Transformation, Inc. Sequential discharge and its use for rectification
KR100193895B1 (ko) * 1996-01-26 1999-06-15 김영환 챠지펌프 회로
FR2747857B1 (fr) * 1996-04-18 1998-05-22 Gec Alsthom Transport Sa Dispositif a empilement de thyristors et de diodes de roue libre
US5682067A (en) * 1996-06-21 1997-10-28 Sierra Applied Sciences, Inc. Circuit for reversing polarity on electrodes
US5986907A (en) * 1996-06-21 1999-11-16 Limpaecher; Rudolf Method and apparatus for rectification derectification and power flow control
US5774348A (en) * 1996-06-24 1998-06-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Light-weight DC to very high voltage DC converter
US7084864B1 (en) * 1996-11-29 2006-08-01 Texas Instruments Incorporated Computer display with switched capacitor power supply
WO1998035433A1 (en) * 1997-02-11 1998-08-13 The Foxboro Company Current converter and system
US5751139A (en) * 1997-03-11 1998-05-12 Unitrode Corporation Multiplexing power converter
DE19711018A1 (de) * 1997-03-17 1998-10-01 Siemens Ag Gleichspannungs-Transformator
SE521290C2 (sv) * 1997-03-24 2003-10-21 Abb Ab Anläggning för överföring av elektrisk effekt mellan ett växelspänningsnät och en likspänningssida
US5798671A (en) * 1997-04-04 1998-08-25 Renaissance Systems, Inc. Charge coupled, silicon controlled power supply/battery charger
US6104172A (en) * 1997-07-01 2000-08-15 Power-One Power factor corrector
JP3229253B2 (ja) * 1997-09-13 2001-11-19 イビデン産業株式会社 信号重畳装置
US6608997B1 (en) * 1998-11-04 2003-08-19 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for varying the power level of a transmitted signal
IL127302A0 (en) * 1998-11-26 1999-09-22 Rotem Ind Ltd Pulsed power generator with energy recovery and energy regulation
US6150731A (en) * 1999-02-16 2000-11-21 Electric Boat Corporation Integrated high frequency marine power distribution arrangement with transformerless high voltage variable speed drive
US7259479B1 (en) * 1999-02-18 2007-08-21 Robertshaw Controls Company Transformerless power supply, dual positive or dual negative supplies
US6163019A (en) * 1999-03-05 2000-12-19 Abb Metallurgy Resonant frequency induction furnace system using capacitive voltage division
US6232750B1 (en) * 1999-06-08 2001-05-15 Enrey Corporation Battery charger with enhanced charging and charge measurement processes
US6118678A (en) * 1999-06-10 2000-09-12 Limpaecher; Rudolf Charge transfer apparatus and method therefore
DE19935249C2 (de) * 1999-07-27 2001-09-27 Texas Instruments Deutschland Gleichspannungswandler
US6366028B1 (en) * 2000-01-28 2002-04-02 Cmg Equipment, Llc Battery powered light
CN1370346A (zh) * 2000-06-19 2002-09-18 三菱电机株式会社 励磁控制装置及励磁控制方法
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
US6778347B2 (en) 2000-11-20 2004-08-17 Seagate Technology Llc Load balancing circuit for a dual polarity power supply with single polarity voltage regulation
US6603227B2 (en) * 2001-04-16 2003-08-05 Briggs & Stratton Corporation Small engine vehicle including a generator
US6777846B2 (en) 2001-04-16 2004-08-17 Briggs & Stratton Corporation Vehicle including a three-phase generator
US6483682B1 (en) * 2001-06-21 2002-11-19 Northrop Grumman Corporation Electric power distribution system employing a fight-through switch
US6510068B1 (en) 2001-07-17 2003-01-21 Douglas A. Bors Pulse width modulation utilizing a shifted control signal
US7388306B2 (en) * 2001-08-06 2008-06-17 Emerson Electric, Co. Appliance control system with power controller
TW533672B (en) * 2001-08-20 2003-05-21 Macroblock Inc Transformer-free AC/DC conversion circuit
US6466460B1 (en) 2001-08-24 2002-10-15 Northrop Grumman Corporation High efficiency, low voltage to high voltage power converter
US6597591B2 (en) * 2001-12-03 2003-07-22 Adda Corporation Transformerless AC/DC converter
FR2834143B1 (fr) * 2001-12-20 2004-02-27 Thales Sa Hacheur serie a commutation synchrone
US6987366B2 (en) * 2002-12-31 2006-01-17 Sun Yu Step down circuit for an LED flashlight
US6984897B2 (en) * 2003-01-23 2006-01-10 Spellman High Voltage Electronics Corporation Electro-mechanical energy conversion system having a permanent magnet machine with stator, resonant transfer link and energy converter controls
FR2852748B1 (fr) * 2003-03-18 2005-06-03 Hacheur serie a commutation synchrone et faibles pertes
US6867553B2 (en) * 2003-04-16 2005-03-15 General Electric Company Continuous mode voltage fed inverter
DE10349557B4 (de) * 2003-10-22 2010-09-09 Infineon Technologies Ag Verwendung einer Kondensatoranordnung und Verfahren zur Ansteuerung
US20050139259A1 (en) * 2003-12-30 2005-06-30 Robert Steigerwald Transformerless power conversion in an inverter for a photovoltaic system
US7219673B2 (en) * 2004-08-25 2007-05-22 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation Transformerless multi-level power converter
US20060071639A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Nanotechnologies, Inc. Method and circuitry for charging a capacitor to provide a high pulsed power discharge
US7327587B2 (en) * 2004-09-30 2008-02-05 General Electric Company System and method for power conversion
US7148660B2 (en) * 2004-09-30 2006-12-12 General Electric Company System and method for power conversion using semiconductor switches having reverse voltage withstand capability
US7886239B2 (en) * 2005-08-04 2011-02-08 The Regents Of The University Of California Phase coherent differtial structures
US7633182B2 (en) 2005-11-09 2009-12-15 Bae Systems Advanced Technologies, Inc. Bipolar pulse generators with voltage multiplication
US20070283612A1 (en) * 2006-06-08 2007-12-13 Fancy Free, Ltd. Lighted fishing rod
WO2008018802A2 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 Eaton Power Quality Company A cyclo-converter and methods of operation
US9219407B2 (en) 2006-08-10 2015-12-22 Eaton Industries Company Cyclo-converter and methods of operation
US7952306B2 (en) * 2007-06-01 2011-05-31 Progress Rail Services Corp Power system with multiple generator units
US7876061B2 (en) * 2007-06-01 2011-01-25 Progress Rail Services Corp. Power system with multiple generator units
US7738271B1 (en) 2007-06-08 2010-06-15 Science Applications International Corporation Controlled resonant charge transfer device
PL213859B1 (pl) * 2008-03-27 2013-05-31 Univ West Pomeranian Szczecin Tech Sposób ksztaltowania impulsu wysokiego napiecia w module generatora i uklad generatora impulsów wysokiego napiecia
ATE545190T1 (de) * 2008-07-09 2012-02-15 Sma Solar Technology Ag Dc/dc-wandler
EP2144359A2 (de) * 2008-07-09 2010-01-13 SMA Solar Technology AG DC/DC- Wandler
US7839027B2 (en) * 2008-10-09 2010-11-23 The Aes Corporation Frequency responsive charge sustaining control of electricity storage systems for ancillary services on an electrical power grid
JP5600881B2 (ja) * 2009-03-06 2014-10-08 セイコーエプソン株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ回路、電気光学装置及び電子機器
US7923862B2 (en) * 2009-10-06 2011-04-12 General Electric Company Reactive power regulation and voltage support for renewable energy plants
US8624561B1 (en) * 2009-12-29 2014-01-07 Solarbridge Technologies, Inc. Power conversion having energy storage with dynamic reference
WO2011111058A2 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 Epcos India Private Limited A switched capacitor bank
WO2011120523A2 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Vestas Wind Systems A/S Method of operating a wind turbine, wind turbine, wind turbine controlling system, and processing system
US8339110B2 (en) 2010-04-05 2012-12-25 International Business Machines Corporation Single stage hybrid charge pump
US8552878B2 (en) 2010-04-05 2013-10-08 International Business Machines Corporation Voltage drop cancellation
US9716428B2 (en) * 2010-05-26 2017-07-25 Lionel O. Barthold High voltage capacitive power transformer
US9083196B2 (en) 2010-07-30 2015-07-14 Byd Company Limited Circuits and methods for heating batteries in parallel using resonance components in series
US9214706B2 (en) * 2010-07-30 2015-12-15 Byd Company Limited Battery heating circuits and methods using resonance components in series based on charge balancing
US9120394B2 (en) 2010-07-30 2015-09-01 Byd Company Limited Battery heating circuits and methods based on battery discharging and charging using resonance components in series and multiple charge storage components
US9209644B2 (en) 2010-07-30 2015-12-08 Byd Company Limited Circuits and methods for heating batteries in series using resonance components in series
US9160041B2 (en) 2010-07-30 2015-10-13 Byd Company Limited Battery heating circuits and methods using resonance components in series and bridging charge storage components
US8994332B2 (en) 2010-07-30 2015-03-31 Byd Company Limited Battery heating circuits and methods using voltage inversion based on predetermined conditions
CN102074753B (zh) 2010-07-30 2012-07-04 比亚迪股份有限公司 一种电池的加热电路
US9065293B2 (en) 2010-12-23 2015-06-23 Byd Company Limited Battery heating circuits and methods using transformers
US8886363B2 (en) * 2011-02-02 2014-11-11 Arista Power Inc. Energy storage and power management system
US8649188B2 (en) * 2011-10-31 2014-02-11 General Electric Company Solid state pulsed power generator
US9362814B2 (en) 2011-12-23 2016-06-07 North Carolina State University Switched-capacitor DC-DC converter
US9762145B2 (en) 2012-01-17 2017-09-12 Massachusetts Institute Of Technology Enhanced stacked switched capacitor energy buffer circuit
US9407164B2 (en) 2012-02-03 2016-08-02 Massachusetts Institute Of Technology Systems approach to photovoltaic energy extraction
WO2013120539A1 (de) * 2012-02-18 2013-08-22 Baur Prüf- Und Messtechnik Gmbh Schaltungsanordnung zur erzeugung einer prüfspannung insbesondere zur isolations prüfung von verlegten energiekabeln
JP5990979B2 (ja) * 2012-03-30 2016-09-14 ブラザー工業株式会社 画像形成装置
WO2014011706A1 (en) * 2012-07-09 2014-01-16 Inertech Ip Llc Transformerless multi-level medium-voltage uninterruptible power supply (ups) systems and methods
KR101315143B1 (ko) * 2012-08-22 2013-10-14 전북대학교산학협력단 높은 승압 비를 갖는 고효율 ｄｃ/ｄｃ 컨버터
KR102027628B1 (ko) * 2012-12-18 2019-10-01 트럼프 헛팅거 게엠베하 + 코 카게 고주파수 전력을 생산하기 위한 방법 및 부하에 전력을 공급하기 위한 전력 컨버터를 갖는 전력 공급 시스템
CN203456389U (zh) 2013-08-23 2014-02-26 艾默生电气公司 一种继电器驱动电路
WO2015069516A1 (en) 2013-10-29 2015-05-14 Massachusetts Institute Of Technology Switched-capacitor split drive transformer power conversion circuit
BR112016020693B8 (pt) * 2014-03-19 2023-04-25 Siemens Ag Método para compensar um ou mais componentes cc em um sistema elétrico
JP6559970B2 (ja) * 2014-11-05 2019-08-14 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． コンバータ装置、インバータ装置及び交流機駆動装置
WO2016179515A1 (en) 2015-05-07 2016-11-10 Apple Inc. Transformerless ac line isolator
CN107666154A (zh) * 2016-08-05 2018-02-06 国家电网公司 一种柔性直流停运站并入直流网络的方法
US10924261B2 (en) * 2017-05-22 2021-02-16 Arm Limited Efficient power distribution
US10997322B2 (en) 2017-05-22 2021-05-04 Arm Limited Efficient power distribution
US10666038B2 (en) 2017-06-30 2020-05-26 Smart Wires Inc. Modular FACTS devices with external fault current protection
US10756542B2 (en) 2018-01-26 2020-08-25 Smart Wires Inc. Agile deployment of optimized power flow control system on the grid
US10396533B1 (en) 2018-02-22 2019-08-27 Smart Wires Inc. Containerized power flow control systems
RU2706181C1 (ru) * 2018-10-29 2019-11-14 Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП") Активная фазовращающая система
RU2701046C1 (ru) * 2019-01-10 2019-09-24 Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП") Активный перестраиваемый двухзвенный полосовой фильтр
WO2020233803A1 (en) 2019-05-21 2020-11-26 Abb Schweiz Ag Modular cascaded charge-pump converter
TWI729732B (zh) * 2020-03-13 2021-06-01 國立高雄科技大學 無變壓器交流轉交流轉換電路
CN112401105B (zh) * 2020-11-13 2023-07-21 南京苏曼等离子科技有限公司 一种高压电场低温等离子体冷杀菌系统电路和装置
US11394308B1 (en) 2021-05-05 2022-07-19 Arm Limited Apparatuses and methods for power isolation

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB975911A (en) * 1961-05-18 1964-11-25 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to pulse generators
GB988777A (en) * 1962-01-09 1965-04-14 Atomic Energy Authority Uk Make switch for fast electrical discharge
NL287603A (pl) * 1962-01-12
GB1087933A (en) * 1963-10-10 1967-10-18 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to electrical pulse generators
GB1083139A (en) * 1963-10-10 1967-09-13 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to electrical pulse generators
GB1161347A (en) * 1966-10-21 1969-08-13 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to apparatus comprising Capacitative Stores for Electrical Energy
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
DE2052382A1 (de) * 1970-10-26 1972-04-27 Meggl F Verfahren zur Übertragung von elektn scher Energie zwischen zwei galvanisch ge trennten Stromkreisen
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 (pl) * 1972-04-07 1973-12-20
US4274134A (en) * 1979-04-09 1981-06-16 Megapulse Incorporated Method of and apparatus for high voltage pulse generation
GB2104737A (en) * 1981-08-07 1983-03-09 British Aerospace Voltage multiplying power supply
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
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
DE3709351A1 (de) * 1987-03-21 1988-09-29 Heraeus Gmbh W C Strahlfuehrungsoptik fuer laserstrahlung
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
US5270913A (en) * 1992-04-06 1993-12-14 D.C. Transformation, Inc. Compact and efficient transformerless power conversion system

Also Published As

Publication number Publication date
BG99098A (en) 1995-11-30
MY109821A (en) 1997-08-30
WO1993020610A1 (en) 1993-10-14
AU3945293A (en) 1993-11-08
HU9402820D0 (en) 1994-12-28
JPH07506715A (ja) 1995-07-20
CN1079083A (zh) 1993-12-01
SG47673A1 (en) 1998-04-17
RU94045899A (ru) 1997-04-20
EP0881737A2 (en) 1998-12-02
BR9306199A (pt) 1998-06-23
HUT68539A (en) 1995-06-28
EP0635172A4 (en) 1995-05-17
CZ238994A3 (en) 1995-09-13
TW266342B (pl) 1995-12-21
AU676156B2 (en) 1997-03-06
US5561597A (en) 1996-10-01
CA2132971A1 (en) 1993-10-14
US5270913A (en) 1993-12-14
US5357419A (en) 1994-10-18
US5764501A (en) 1998-06-09
ZA932316B (en) 1994-01-18
KR950701466A (ko) 1995-03-23
EP0635172A1 (en) 1995-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL171511B1 (pl) Sposób przetwarzania mocy i urzadzenie do przetwarzania mocy PL PL PL PL PL PL
US5905371A (en) Sequential discharge and its use for rectification
US7659700B2 (en) Charge-transfer apparatus and method
US8824179B2 (en) Soft-switching high voltage power converter
AU764384B2 (en) Charge transfer apparatus and method therefor
US7402983B2 (en) Method for use of charge-transfer apparatus
US6014323A (en) Multiphase power converter
US9350250B2 (en) High voltage DC/DC converter with cascaded resonant tanks
WO1997001213A9 (en) Rectification, derectification and power flow control
US5986907A (en) Method and apparatus for rectification derectification and power flow control
CA2853556C (en) Double-rectifier for a multi-phase contactless energy transmission system
EP4002667A1 (en) Dc-dc converter of power conversion system
US10193440B1 (en) Switch network of a multilevel power converter architecture
EP3930163A1 (en) Dc-dc power converter
RU2372706C1 (ru) Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока
JP2023523867A (ja) 電力変換器
US3790877A (en) Power delivery system for a tank load characterized by series-connected inverter bridges and a high voltage source
RU2137283C1 (ru) Непосредственный преобразователь частоты
SU900386A1 (ru) Тиристорный преобразователь многофазного переменного напр жени в посто нное
RU2194353C2 (ru) Непосредственный преобразователь частоты
SU1443114A1 (ru) Устройство дл частотного управлени асинхронным двигателем
SU771822A1 (ru) Преобразователь частоты с непосредственной св зью и искусственой коммутацией
You et al. Constructing a novel power converter by matrix converter theory and Z-source inverter concepts for ISA 42 v powernet system
JPS6311033A (ja) 電源装置