RU138899U1 - Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений - Google Patents
Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений Download PDFInfo
- Publication number
- RU138899U1 RU138899U1 RU2013146178/07U RU2013146178U RU138899U1 RU 138899 U1 RU138899 U1 RU 138899U1 RU 2013146178/07 U RU2013146178/07 U RU 2013146178/07U RU 2013146178 U RU2013146178 U RU 2013146178U RU 138899 U1 RU138899 U1 RU 138899U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminals
- key
- output
- input
- rack
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
1. Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений, содержащий входные и выходные выводы, включая общий заземленный нейтрально-нулевой вывод для подключения источника переменного тока с нейтральным выводом и нагрузки постоянного тока со средним нулевым выводом, два балластных дросселя, входной фильтровый конденсатор и выходную двухконденсаторную фильтровую стойку с заземленным средним выводом, мостовой коммутатор с двумя параллельно соединенными однонаправленными двухключевыми стойками, однонаправленную двухключевую электронную стойку и блок управления с цепями обратных связей по входным и выходным токам и напряжениям и основной группой импульсно-модулирующих и релейных выходных выводов, подключенных к управляющим выводам электронной стойки и мостового коммутатора, подключенного своими первыми диагональными выводами к крайним выводам фильтровой стойки и к разнополярным выходным выводам устройства, отличающийся тем, что в него введены четыре однонаправленные электронные диодно-ключевые стойки, образующие однофазный управляемый выпрямительный мост, а в блок управления введена дополнительная группа импульсно-модулирующих выходных выводов, подключенных к управляющим выводам диодно-ключевых стоек выпрямительного моста, который своими входными выводами переменного тока подключен к входным выводам устройства, а своими выходными выводами постоянного тока подключен через соответствующие балластные дроссели ко вторым диагональным выводам мостового коммутатора, заземленным через соответствующие ключи электронной стойки.2. Обратимый преобразователь переменного и постоянного
Description
Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в авиационно-космических системах электроснабжения, в частности, в полностью электрифицированных самолетах.
Известны обратимые преобразователи переменного напряжений (аналоги), содержащие входные ограничительные дроссели с заземляющими двунаправленными электронными ключами, неуправляемый диодно-мостовой трехфазный выпрямитель с выходной двухконденсаторной фильтровой стойкой (так называемая схема Виенна - выпрямителя с повышающими импульсными модуляторами) и понижающим импульсным регулятором напряжения (Чаплыгин Е.Е., Во Минь Тьинь, Нгуен Хоанг Ан. Виенна - выпрямитель-трехфазный корректор коэффициента мощности//Силовая электроника (приложение к ж. «Компоненты и технологии»), 2006, №1, с. 20-23, а также Овчинников Д.А., Кастров М.Ю., Лукин А.В., Малышков Г.М. Трехфазный выпрямитель с корректором коэффициента мощности // Практическая силовая электроника, 2002, №6, с. 5-15.)
К недостаткам указанных устройств (аналогов) относятся необходимость их дополнения вспомогательным инвертором синусоидального тока для обеспечения двунаправленности преобразования энергии, например, возможности рекуперации энергии из нагрузки в питающую сеть (при рекуперативном торможении электроприводных двигателей), а также низкие К.П.Д. и надежность из-за двухкаскадного последовательного преобразования энергии.
Известен обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений на базе обратимого (двунаправленного) корректора коэффициента мощности с непосредственной (однокаскадной) связью (аналог), содержащий управляемый обратимый мостовой импульсный преобразователь с предвключенными балластными дросселями использующий парные секции обмотки возбуждения нагрузочного электродвигателя, управляемый однофазный мостовой выпрямитель - реверсор и блок управления (Резников С.Б., Бочаров В.В., Корнилов А.Б., Электромагнитная совместимость коллекторного электропривода с трехфазной сетью переменного тока, электронный ж. «Инженерное образование», №08, август 2012 DOI:10.7463/0812.0450268).
Его недостатком является узкая функциональная возможность (обязательное использование в качестве нагрузки электродвигателя с электромагнитным возбуждением).
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству (протитипом) является обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений, содержащий трехфазный корректор коэффициента мощности по схеме Виенна-выпрямителя, последовательный понижающе-повышающий обратимый импульсный регулятор, цепи рекуперации энергии через мостовой трехфазный инвертор тока с промежуточным индуктивным накопителем и два мостовых реверсора (см. там же, рис. 1).
К недостаткам известного преобразователя переменного и постоянного напряжений (прототипа) относятся низкие К.П.Д. и надежность устройства из-за двухкаскадного последовательного преобразования электроэнергии с неизменным режимом модуляции и коммутационных перенапряжений на транзисторных ключах из-за ЭДС самоиндукции в индуктивностях предвключенных проводов и элементов монтажа.
Техническим результатом предложения является повышение К.П.Д. и надежности устройства за счет рационального чередования режимов модуляции в зависимости от соотношения входных и выходных напряжений и защиты силовых транзисторов от коммутационных перенапряжений без теплового рассеяния энергии.
Указанный технический результат обеспечивается БЛАГОДАРЯ тому, что в обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений, содержащий входные и выходные выводы, включая общий заземленный нейтрально-нулевой вывод для подключения источника переменного тока и нагрузки постоянного тока, два балластных дросселя, входной фильтровый конденсатор и выходную двухконденсаторную фильтровую стойку с заземленным средним выводом, мостовой коммутатор с двумя параллельно соединенными однонаправленными двухключевыми стойками, однонаправленную двухключевую электронную стойку и блок управления с цепями обратных связей по входным и выходным токам и напряжениям и основной группой импульсно-модулирующих и релейных выходных выводов, подключенных к управляющим выводам электронной стойки и мостового коммутатора, подключенного своими первыми диагональными выводами к крайним выводам фильтровой стойки и к разнополярным выходным выводам устройства, ВВЕДЕНЫ четыре однонаправленные электронные диодно-ключевые стойки, образующие однофазный управляемый выпрямительный мост, а в блок управления ВВЕДЕНА дополнительная группа импульсно-модулирующих выходных выводов, подключенных к управляющим выводам диодно-ключевых стоек выпрямительного моста, который своими входными выводами переменного тока подключен к входным выводам устройства, а своими выходными выводами постоянного тока подключен через соответствующие балластные дроссели ко вторым диагональным выводам мостового коммутатора, заземленным через соответствующие ключи электронной стойки, а также БЛАГОДАРЯ тому, что в его выпрямительный мост и в мостовой коммутатор ВВЕДЕНЫ по два снабберных конденсатора, каждый из которых включен между средними выводами пары смежных взаимно-противонаправленных диодно-ключевых стоек, соединенных между собой крайними диодным и ключевым выводами, соответственно, а дроссели выполнены с общим магнитопроводом и подключены к двухключевой электронной стойке разноименными выводами.
Лабораторные исследования макета устройства и его компьютерное моделирование подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.
На чертеже (Фиг.) представлены принципиальная силовая схема предлагаемого обратимого преобразователя переменного и постоянного напряжений, а также внешние цепи его блока управления.
Предлагаемый обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений содержит: входные и выходные выводы 1, 2 и 3, 4, включая общий заземленный нейтрально-нулевой вывод 1 для подключения источника питания переменного тока и нагрузки постоянного тока, два балластных дросселя 5, 6, входной фильтровый конденсатор 7, двухконденсаторную фильтровую стойку 8-9 с заземленным средним выводом, мостовой коммутатор с двумя параллельно соединенными однонаправленными двухключевыми стойками 10-11 и 12-13, выполненными на транзисторах, однонаправленную двухключевую электронную стойку 14-15 и блок управления 16. Блок управления содержит цепи 17 и 18 обратных связей по входным и выходным токам и напряжениям и основную группу 19 импульсно-модулирующих и релейных выходных выводов. Устройство содержит также четыре однонаправленные электронные диодно-ключевые стойки 20-21 и 22-23, образующие однофазный управляемый выпрямительный мост. Блок управления имеет также дополнительную группу 24 импульсно-модулирующих выходных выводов. Устройство содержит также четыре снабберных конденсатора 25, 26, 27 и 28. Балластные дроссели выполнены с общим магнитопроводом. Мостовой коммутатор 10, 11, 12, 13 подключен своими первыми диагональными выводами к крайним выводам фильтровой стойки 8-9 и к разнополярным выходным выводам 3, 4 устройства. Управляемый выпрямительный мост 20, 21, 22, 23 своими входными выводами переменного тока подключен к входным выводам 1, 2 устройства, а своими выходными выводами постоянного тока подключен через соответствующие первый и второй балластные дроссели 5 и 6 ко вторым диагональным выводам мостового коммутатора, заземленным через соответствующие ключи 14 и 15 электронной стойки. Каждый из снабберных конденсаторов 25, 26, 27, 28 включен между средними выводами пар смежных диодно-ключевых электронных стоек 20-22, 21-23 управляемого выпрямительного моста и мостового коммутатора, соответственно.
Основная группа 19 импульсно-модулирующих и релейных выходных выводов блока управления 16 подключена к управляющим выводам двухключевой электронной стойки 14-15 и мостового коммутатора 10, 11, 12, 13, а дополнительная группа 24 импульсно-модулирующих выходных выводов - к управляющим выводам управляемого выпрямительного моста 20, 21, 22, 23. При этом имеется возможность формирования на дополнительной группе 24 выходных выводов блока управления 16 также импульсно-модулирующих высокочастотных сигналов, регулируемых цепями 17 обратных связей по входным токам и напряжениям.
Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений работает следующим образом.
Входные выводы 1, 2 устройства подключают к источнику питания переменного тока, а выходные выводы 3, 4 и 1 - к нагрузке постоянного тока с промежуточным заземленным нулевым выводом.
На основных и дополнительных группах 19 и 24 выходных выводов блока управления 16 формируются высокочастотные широтно-импульсно модулируемые импульсные сигналы, управляемые с помощью цепей 17 и 18 обратных связей по входным и выходным токам и напряжениям.
Устройство может осуществлять прямое и обратное (рекуперативное) преобразование электроэнергии, причем на этапах «положительного» и «отрицательного» полупериодов переменного напряжения питающего источника U2-1. При этом на каждом полупериоде прямого и обратного преобразований необходимо выделять три чередующихся режима работы в зависимости от соотношений между абсолютными величинами мгновенных значений входного и выходного напряжений:
Режим «повышения» напряжения;
Режим «понижения» напряжения;
Режим «накопления, сохранения и дозирования энергии».
В каждом из указанных режимов могут существовать три временных интервала: нарастания тока (потокосцепления) дросселя; приближенного сохранения тока (потокосцепления) и частичного спадания тока (потокосцепления). При этом предпочтительными по К.П.Д. являются режимы с непрерывными токами дросселей.
В связи с наличием горизонтально-осевой симметрии расположения элементов силовой схемы устройства (верхней и нижней ее частей) представляется достаточным рассмотрение только этапа «положительного» полупериода напряжения U2-1 на входных выводах 1, 2, когда потенциал вывода 2 выше, чем потенциал заземленного вывода 1.
Все возможные режимы работы и токовые цепи для «положительного» полупериода напряжения источника питания сведены в прилагаемую таблицу. Там же указаны условия непрерывности токов дросселей в пределах рассматриваемых полупериодов, т.е. регулировочные характеристики прямого и обратного преобразований:
γИ=ΔtИМП/TШИМ - коэффициент заполнения импульса с длительностью ΔtИМП при широтно-импульсной модуляции с периодом TШИМ;
γД=ΔtДОЗЫ/TШИМ≤(1-γИ) - относительная длительность передачи выходной дозы энергии дросселя.
|U2-1| и UЗ-1 - абсолютные величины мгновенных значений напряжений источника питания и нагрузки.
В качестве наглядного примера рассмотрим наиболее универсальный (повышающее-понижающий) режим «накопления, сохранения и дозирования энергии», обозначенный в таблице под номером 3.
При очередном синхронном включении ключей 20 и 14 потокосцепление дросселя 5 нарастает вместе с током в цепи: 2-20-5-14-1 на интервале γИTШИМ=ΔtИМП. Затем ключ 20 выключается, а потокосцепление приблизительно сохраняется вместе с током в замкнутой накоротко цепи: 5-14-22-5 за счет ЭДС самоиндукции дросселя 5 на интервале паузы (1-γД-γИ)TШИМ (при малом активном сопротивлении обмотки дросселя). Затем ключ 14 выключается, а ключ 10 включается, после чего потокосцепление дросселя 5 частично снижается вместе с током по цепи: 5-10-8-1-22-5, передавая дозу (часть) накопленной к этому моменту электромагнитной энергии дросселя 5 в нагрузку за счет его ЭДС самоиндукции (независимо от соотношений между напряжениями |U2-1| и UЗ-1) на оставшемся интервале времени γДTШИМ=ΔtДОЗИР. После этого указанные процессы периодически повторяются, осуществляя преобразование энергии в соответствии с регулировочной характеристикой: .
Следует особо указать на обеспечение статической устойчивости процесса регулирования среднециклического значения потокосцепления (тока) и запасаемой электромагнитной энергии дросселя благодаря дуальному (двухаргументному) управлению по величинам двух аргументов: γИ и γД, в отличии от режимов «повышения» и «понижения» напряжений при их заданных значениях U2-1 и UЗ-1 обладающих только динамической устойчивостью с обязательным использованием цепей отрицательных обратных связей (иначе ток дросселя либо нарастает до недопустимого уровня, либо становится прерывистым-пульсирующим, снижая К.П.Д. преобразования). Это обстоятельство дополнительно повышает надежность и К.П.Д. устройства.
Следует также отметить, что в предложенной схеме подключения снабберных конденсаторов 42 и 43 обеспечивается не только формирование траектории процессов выключения транзисторных ключей для снижения их коммутационных потерь и напряжений, но и передача энергии, накапливаемой этими конденсаторами, в нагрузку (при очередном включении ключа), что также приводит к повышению надежности и К.П.Д. устройства.
Основную же роль в достижении заявленного технического результата играет рациональный поочередный выбор с помощью блока управления из всех перечисленных выше режимов с наибольшим К.П.Д., как при прямом, так и при обратном (рекуперативном) преобразовании.
Таким образом, в предложенном устройстве в отличие от прототипа обеспечивается технический результат: повышение К.П.Д. и надежности устройства за счет рационального чередования режимов преобразования и защиты силовых транзисторов от коммутационных перенапряжений без теплового рассеяния энергии.
Таблица. | |||||||
Режимы работы и токовые цепи. | |||||||
полупериоды напр. источн. | Токовые цепи Режимы работы. |
Цепи нарастания тока дросселя на интервале γи*Tшим=Δtимп. | Цепи приблиз. сохранения тока дросселя на интервале (1-γд-γи)*Tшим | Цепи частичного спада тока дросселя на интервале γд*Tшим=Δtдозы | Условия непрерывности токов дросселей (регулировачные характеристики) | ||
Положительный полупериод | Прямое преобразование энергии | 1 | Повышение напряжения | 2-20-5-14-1 | 5-10-8-1-22-5 | ||
2 | Понижение напряжения | 2-20-5-10-8-1 | 5-10-8-1-22-5 | UЗ-1=γИ·U2-1 | |||
3 | Накопление энергии | 2-20-5-14-1 | |||||
Сохранение энергии | 5-14-22-5 | ||||||
Дозирование энергии | 5-10-8-1-22-5 | ||||||
Обратное преобразование (рекуперация) энергии | 4 | Повышение напряжения | 3(8)-11-6-23-1 | 6-21-2(7)-1-3(8)-6 | |||
5 | Понижение напряжения | 3(8)-11-6-21-2(7)-1 | 6-21-2(7)-1-15-6 | U2-1=γИ·UЗ-1 | |||
6 | Накопление энергии | 3(8)-11-6-23-1 | |||||
Сохранение энергии | 6-23-1-15-6 | ||||||
Дозирование энергии | 6-21-2(7)-1-15-6 |
Claims (2)
1. Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений, содержащий входные и выходные выводы, включая общий заземленный нейтрально-нулевой вывод для подключения источника переменного тока с нейтральным выводом и нагрузки постоянного тока со средним нулевым выводом, два балластных дросселя, входной фильтровый конденсатор и выходную двухконденсаторную фильтровую стойку с заземленным средним выводом, мостовой коммутатор с двумя параллельно соединенными однонаправленными двухключевыми стойками, однонаправленную двухключевую электронную стойку и блок управления с цепями обратных связей по входным и выходным токам и напряжениям и основной группой импульсно-модулирующих и релейных выходных выводов, подключенных к управляющим выводам электронной стойки и мостового коммутатора, подключенного своими первыми диагональными выводами к крайним выводам фильтровой стойки и к разнополярным выходным выводам устройства, отличающийся тем, что в него введены четыре однонаправленные электронные диодно-ключевые стойки, образующие однофазный управляемый выпрямительный мост, а в блок управления введена дополнительная группа импульсно-модулирующих выходных выводов, подключенных к управляющим выводам диодно-ключевых стоек выпрямительного моста, который своими входными выводами переменного тока подключен к входным выводам устройства, а своими выходными выводами постоянного тока подключен через соответствующие балластные дроссели ко вторым диагональным выводам мостового коммутатора, заземленным через соответствующие ключи электронной стойки.
2. Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений по п.1, отличающийся тем, что в его выпрямительный мост и в мостовой коммутатор введены по два снабберных конденсатора, каждый из которых включен между средними выводами пары смежных взаимно противонаправленных диодно-ключевых стоек, соединенных между собой крайними диодным и ключевым выводами соответственно, а дроссели выполнены с общим магнитопроводом и подключены к двухключевой электронной стойке разноименными выводами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013146178/07U RU138899U1 (ru) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013146178/07U RU138899U1 (ru) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU138899U1 true RU138899U1 (ru) | 2014-03-27 |
Family
ID=50343233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013146178/07U RU138899U1 (ru) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU138899U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2634613C2 (ru) * | 2016-04-22 | 2017-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Управляемый выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности и дифференциальным выходом |
RU2747264C2 (ru) * | 2017-03-24 | 2021-05-04 | Таль | Силовой преобразователь импульсного типа, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одной фазой многофазного электрического приемника с по меньшей мере тремя фазами |
-
2013
- 2013-10-16 RU RU2013146178/07U patent/RU138899U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2634613C2 (ru) * | 2016-04-22 | 2017-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Управляемый выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности и дифференциальным выходом |
RU2747264C2 (ru) * | 2017-03-24 | 2021-05-04 | Таль | Силовой преобразователь импульсного типа, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одной фазой многофазного электрического приемника с по меньшей мере тремя фазами |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8958219B2 (en) | Non-isolated inverter and related control manner thereof and application using the same | |
JP6706811B2 (ja) | スナバ回路及びそれを用いた電力変換システム | |
EP2560276B1 (en) | Power conversion system | |
Shindo et al. | Z-source DC-DC converter with cascade switched capacitor | |
KR20080106240A (ko) | 인터리브 소프트 스위칭 브리지 파워 컨버터 | |
CN202221964U (zh) | 功率转换器系统 | |
JP2011234541A (ja) | 双方向dc/dcコンバータ | |
CN110739861A (zh) | 高频串联交流调压器 | |
RU163740U1 (ru) | Многофазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности | |
CN102474185A (zh) | 零电压转变软开关转换器 | |
JP2015070716A (ja) | Dc/dcコンバータ | |
Bascopé et al. | Multi-state commutation cells to increase current capacity of multi-level inverters | |
RU138899U1 (ru) | Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений | |
RU163741U1 (ru) | Многофазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности | |
US7688044B2 (en) | Device for transforming and stabilizing a primary AC voltage for supplying an electric load | |
JP6803993B2 (ja) | 直流電圧変換器、および直流電圧変換器の作動方法 | |
Kafle et al. | A new PWM Shoot-through control for voltage-fed quasi-z-source DC/DC converters | |
Ahmed et al. | A novel buck-boost ac-ac converter with inverting and non-inverting operation and no commutation problem | |
Kalpana | Configurations of modular push-pull buck dc-dc converters for 12KW telecom SMPS and its design | |
RU190083U1 (ru) | Импульсный преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения | |
RU139329U1 (ru) | Обратимый импульсный конвертор с обратноходовыми модуляторами | |
RU175601U1 (ru) | Двунаправленный импульсный преобразователь напряжений | |
RU183854U1 (ru) | Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты | |
CN213461552U (zh) | 一种ac-ac混合升压开关电容变换器 | |
RU124855U1 (ru) | Двухкаскадный преобразователь постоянного тока в постоянный |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201017 |