RU158872U1 - HIGH VOLTAGE AUTONOMOUS INVERTER WITH MULTI-PHASE OUTPUT - Google Patents
HIGH VOLTAGE AUTONOMOUS INVERTER WITH MULTI-PHASE OUTPUT Download PDFInfo
- Publication number
- RU158872U1 RU158872U1 RU2015145604/07U RU2015145604U RU158872U1 RU 158872 U1 RU158872 U1 RU 158872U1 RU 2015145604/07 U RU2015145604/07 U RU 2015145604/07U RU 2015145604 U RU2015145604 U RU 2015145604U RU 158872 U1 RU158872 U1 RU 158872U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- key element
- output
- voltage
- converter cell
- primary winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Высоковольтный автономный инвертор с многофазным выходом, содержащий делитель напряжения, выполненный в виде цепочки из соединенных последовательно конденсаторов, которая подключена к источнику постоянного напряжения, причем каждая пара конденсаторов этого делителя образует преобразовательную ячейку, первый и второй выводы которой подключены к первичной обмотке одной из фаз выходного трансформатора, а в составе преобразовательной ячейки предусмотрены управляемые ключевые элементы и вентильная цепь из двух последовательно соединенных диодов, общая точка которых соединена со средней точкой цепочки конденсаторов, отличающийся тем, что крайние выводы конденсаторной цепочки соединены соответственно первым ключевым элементом с первым выводом преобразовательной ячейки, подключенным к аноду первого диода вентильной цепи, вторым ключевым элементом со вторым выводом преобразовательной ячейки, к которому при помощи третьего ключевого элемента подключен катод второго диода вентильной цепи, выводы преобразовательной ячейки соединены соответственно с одним из крайних и средним выводами первичной обмотки выходного трансформатора, а четвертый ключевой элемент включен между положительным выводом делителя напряжения и вторым крайним выводом указанной первичной обмотки выходного трансформатора.A high-voltage autonomous inverter with a multiphase output, comprising a voltage divider, made in the form of a chain of capacitors connected in series, which is connected to a constant voltage source, each pair of capacitors of this divider forming a converter cell, the first and second conclusions of which are connected to the primary winding of one of the phases of the output transformer, and the control cell includes controllable key elements and a valve circuit of two series-connected diodes, the common point of which is connected to the midpoint of the capacitor chain, characterized in that the extreme terminals of the capacitor chain are connected, respectively, by the first key element to the first output of the converter cell connected to the anode of the first diode of the valve circuit, the second key element to the second output of the converter cell, to to which, using the third key element, the cathode of the second diode of the valve circuit is connected, the conclusions of the converter cell are connected respectively to one of the extreme and the middle terminals of the primary winding of the output transformer, and the fourth key element is connected between the positive terminal of the voltage divider and the second extreme terminal of the specified primary winding of the output transformer.
Description
«Область техники, к которой относится полезная модель»“The technical field to which the utility model belongs”
Заявляемая полезная модель относится к преобразователям электроэнергии постоянного тока повышенного напряжения в переменный ток. Такие преобразователи предназначены для электровозов с питанием от контактной сети постоянного тока повышенного напряжения (12 или 24 кВ), для мощных стационарных электроприводов с асинхронными двигателями 6-12 кВ и для специальной электрофизической аппаратуры.The inventive utility model relates to converters of direct current electric power of increased voltage to alternating current. Such converters are designed for electric locomotives powered by a high voltage direct current contact network (12 or 24 kV), for powerful stationary electric drives with 6-12 kV asynchronous motors, and for special electrophysical equipment.
«Уровень техники» Известен инвертор, содержащий полностью управляемые вентили и трансформатор, обмотки которого включены по нулевой схеме и посредством указанных вентилей соединены с источником постоянного напряжения 20 кВ [1] и выше.“BACKGROUND OF THE INVENTION” An inverter is known that contains fully controllable valves and a transformer, the windings of which are turned on in the zero circuit and are connected to a constant voltage source of 20 kV [1] and above by means of these valves.
Работоспособность этого инвертора достигается за счет того, что в качестве вентилей использованы газоразрядные лампы с сеточным управлением (разработка фирмы EES - США). Они рассчитаны на работу в жестко заданных условиях по температуре, нагрузке и перенапряжениям. Поэтому их не рекомендуется использовать в бортовых преобразователях транспортных средств и в других установках повышенной надежности.The efficiency of this inverter is achieved due to the fact that gas-discharge lamps with grid control (developed by EES - USA) are used as valves. They are designed to work in hard-set conditions for temperature, load and overvoltage. Therefore, they are not recommended for use in vehicle on-board converters and other high-reliability installations.
Известен также автономный инвертор блочного исполнения, содержащий последовательно соединенные преобразовательные ячейки, каждая из которых состоит из конденсатора, встречно-параллельно которому подключен обратный диод, и подключенного к ним инвертора на силовых транзисторах, выходы которого подключены к нагрузке [2].Also known is an autonomous inverter of block execution, containing series-connected converter cells, each of which consists of a capacitor, an inverse-diode connected in parallel to it, and an inverter connected to power transistors connected to them, the outputs of which are connected to the load [2].
Недостаток такого инвертор состоит в том, что при высоком входном напряжении необходимо большое число последовательно включенных ячеек. Это эквивалентно последовательному соединению силовых переключательных элементов (обычно IGB-транзисторов). Известно [3], что они резко ухудшают свои характеристики при последовательном соединении. Поэтому сейчас автономные инверторы даже на номинальное напряжение 3 кВ для силовых и вспомогательных цепей электровозов и вагонов [4] выполняют на тиристорах. Только при относительно небольшой мощности (до 250 кВт) используют инверторы на IGBT [5].The disadvantage of such an inverter is that with a high input voltage, a large number of cells in series are required. This is equivalent to a series connection of power switching elements (usually IGB transistors). It is known [3] that they sharply worsen their characteristics when connected in series. Therefore, now autonomous inverters even for a rated voltage of 3 kV for power and auxiliary circuits of electric locomotives and cars [4] are performed on thyristors. Only at relatively low power (up to 250 kW) are IGBT inverters used [5].
В качестве прототипа можно принять высоковольтный автономный инвертор с многофазным выходом, содержащий делитель напряжения, выполненный в виде цепочки из соединенных последовательно идентичных конденсаторов, которая подключена к источнику постоянного напряжения, причем каждая пара конденсаторов этого делителя образует преобразовательную ячейку, выходы которой подключены к первичной обмотки одной из фаз выходного трансформатора, а в составе преобразовательной ячейки предусмотрены управляемые ключевые элементы и цепочка из последовательных диодов, средняя точка которой соединена со средней точкой цепочки конденсаторов [6, 7].As a prototype, you can take a high-voltage autonomous inverter with a multiphase output, containing a voltage divider, made in the form of a chain of connected in series identical capacitors, which is connected to a constant voltage source, and each pair of capacitors of this divider forms a converter cell, the outputs of which are connected to the primary winding of one from the phases of the output transformer, and the control cell includes controllable key elements and a chain of after ovatelnyh diodes, the midpoint of which is connected to a midpoint capacitors chain [6, 7].
Недостаток прототипа заключается в том, что входящие в состав ячеек ключевые элементы, т.е. IGB-транзисторы, образуют чисто последовательную цепь, при пробое которой имеет место глухое короткое замыкание (КЗ) высоковольтного источника постоянного напряжения. В этом контуре КЗ нет никаких токоограничивающих элементов и ток КЗ достигает значительной величины. Это делает инвертор непригодным для систем ответственного назначения по критерию отказоустойчивости.The disadvantage of the prototype is that the key elements included in the cells, i.e. IGB-transistors form a purely sequential circuit, in the breakdown of which there is a dull short circuit (short circuit) of a high-voltage source of constant voltage. There are no current limiting elements in this short circuit and the short circuit current reaches a significant value. This makes the inverter unsuitable for critical systems for fault tolerance.
«Раскрытие полезной модели»“Disclosure of a utility model”
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении надежности инвертора в системах, не допускающих перерывов электропитания, например, в электровозах постоянного тока 24 кВ.The technical result of the claimed utility model is to increase the reliability of the inverter in systems that do not allow power interruptions, for example, in 24 kV DC electric locomotives.
Для достижения вышеуказанного технического результата предложен высоковольтный автономный инвертор с многофазным выходом, содержащий делитель напряжения, выполненный в виде цепочки из соединенных последовательно конденсаторов, которая подключена к источнику постоянного напряжения, причем каждая пара конденсаторов этого делителя образует преобразовательную ячейку, первый и второй выводы которой подключены к первичной обмотке одной из фаз выходного трансформатора, а в составе преобразовательной ячейки предусмотрены управляемые ключевые элементы и вентильная цепь из двух последовательно соединенных диодов, общая точка которых соединена со средней точкой цепочки конденсаторов, при этом крайние выводы конденсаторной цепочки соединены соответственно первым ключевым элементом с первым выводом преобразовательной ячейки, подключенным к аноду первого диода вентильной цепи, вторым ключевым элементом со вторым выводом преобразовательной ячейки, к которому при помощи третьего ключевого элемента подключен катод второго диода вентильной цепи, выводы преобразовательной ячейки соединены соответственно с одним из крайних и средним выводами первичной обмотки выходного трансформатора, а четвертый ключевой элемент включен между положительным выводом делителя напряжения и вторым крайним выводом указанной первичной обмотки выходного трансформатора.To achieve the above technical result, a high-voltage autonomous inverter with a multiphase output is proposed, comprising a voltage divider made in the form of a chain of capacitors connected in series, which is connected to a constant voltage source, with each pair of capacitors of this divider forming a converter cell, the first and second conclusions of which are connected to the primary winding of one of the phases of the output transformer, and as part of the converter cell, controllable cell elements and a valve circuit of two series-connected diodes, the common point of which is connected to the midpoint of the capacitor chain, while the extreme terminals of the capacitor chain are connected, respectively, by the first key element to the first output of the converter cell connected to the anode of the first diode of the valve circuit, the second key element with the second terminal of the converter cell, to which the cathode of the second valve circuit diode is connected using the third key element, the converter terminals th cell are respectively connected to one of the outer and middle pin of the output transformer primary winding, and a fourth key element connected between the positive terminal of the voltage divider and the second end terminal of said output transformer primary winding.
«Краткое описание чертежей»"Brief Description of the Drawings"
Сущность полезной модели иллюстрируется на чертежах, где:The essence of the utility model is illustrated in the drawings, where:
- фиг. 1 - принципиальная схема инвертора;- FIG. 1 is a circuit diagram of an inverter;
- фиг. 2 - диаграмма выходного напряжения для одной фазы.- FIG. 2 is a diagram of the output voltage for one phase.
«Осуществление полезной модели»"Implementation of a utility model"
Инвертор содержит идентичные преобразовательные ячейки 1А-1Е, которые соединены последовательно и эта цепь подключена к источнику 2 постоянного напряжения величиной. Подробно на фиг. 1 показана схема ячейки 1А; она содержит конденсаторы 3 и 4, которые являются частью входного конденсаторного делителя напряжения. Имеются также диоды 5 и 6; их средняя точка соединена со средней точкой цепи конденсаторов 3-4. Крайние точки указанных цепочек конденсаторов 3-4 и диодов 5-6 соединены между собой ключевыми элементами (КЭ) 8 и 9, причем диод 5 подключен к ключевому элементу 8 через ключевой элемент 15.The inverter contains identical converter cells 1A-1E, which are connected in series and this circuit is connected to a
На выходе преобразовательной ячейки предусмотрен трансформатор 10; его первичная обмотка состоит из секций 11-12 со средней точной 13. Эта точка посредством ключевого элемента КЭ 9 соединена с входной клеммой «минус» конденсаторной ячейки. Крайние точки секций 11-12 обмотки посредством ключевых элементов 7 и 8 соединены с клеммой «плюс» ячейки.A
К вторичной обмотке 14 подключают потребители переменного тока; число фаз определяется количеством ячеек 1. Например, в схеме на фиг. 1 показано 6 ячеек 1А-1Е, что позволяет сформировать 6-фазное напряжение или две системы 3-фазных напряжений. Соответственно обмотки трансформаторов 10 могут быть размещены на одном 6-фазном сердечнике или на двух стандартных сердечниках [8, 9].To the secondary winding 14 connect consumers of alternating current; the number of phases is determined by the number of cells 1. For example, in the circuit of FIG. 1 shows 6 cells 1A-1E, which allows the formation of a 6-phase voltage or two systems of 3-phase voltages. Accordingly, the windings of
Принцип формирования напряжений фаз показан на фиг. 2. Пусть в исходном состоянии ключевые элементы 7, 8, 9 и 15 выключены, все конденсаторы 3-4 заряжены от источника 2 напряжением каждый, где m - количество ячеек 1.The principle of phase voltage generation is shown in FIG. 2. Suppose that in the initial state the
При включении в момент ключевых элементов 9 и 15 напряжение конденсатора 4 прикладывается к секции 11 обмотки; ток замыкается по контуру -5-15-11-9-. В момент включают ключевой элемент 8 и выключают ключевой элемент 15, в результате чего к секции 11 обмотки будет приложено суммарное напряжение конденсаторов 3-4, т.е. Ток замыкается по контуру -8-11-9-.When turned on at the time of the
В момент выключают ключевой элемент 8, отключая конденсатор 3 из контура питания секции 11 обмотки, и включают ключевой элемент 15. Теперь эта обмотка находится под напряжением конденсатора 4 (контур -5-15-11-9- К моменту закончено формирование положительной полуволны напряжения в обмотке 14. В этот момент выключают ключевой элемент 9 и включают ключевой элемент 7, образуя контур -7-12-6-. При этом ток замещается током, магнитный поток в сердечнике трансформатора 10 меняет направление и в обмотке 14 начинается формирование отрицательной полуволны напряжения фазы А, т.е.At the moment, turn off the key element 8, disconnecting the
Далее в процессе формирования кривой выходного напряжения включают в момент ключевой элемент 9. К секции 12 обмотки будет прикладываться суммарное напряжение конденсаторов 3 и 4, т.е., а ток секции (полуобмотки) 12 замыкается по контуру 3+-7-12-9-. В момент выключают ключевой элемент 9, и секцию 12 обмотки питает конденсатор 3 по контуру - 7-12-6-. В момент заканчивается формирование отрицательной полуволны и опять начинается формирование положительной полуволны, для чего выключают ключевой элемент 7 и включают ключевые элементы 9 и 15. Далее формирование полуволны повторяют, как описано выше от момента, т.е. от начала периода.Further, in the process of generating the output voltage curve, the key element 9 is turned on at the moment. The total voltage of the
Все ячейки 1А-1Е функционируют идентично. Их работа отличается только сдвигом фаз, что позволяет генерировать многофазное выходное напряжение. На фиг. 2 показано формирование фазного напряжения в ячейке 1Б со сдвигом по отношению к напряжению ячейки 1А.All cells 1A-1E function identically. Their work differs only in phase shift, which allows the generation of a multiphase output voltage. In FIG. 2 shows the formation of phase voltage in cell 1B with a shift relative to the voltage of cell 1A.
Анализ диаграмм по фиг. 2 показывает, что в процессе работы инвертора конденсаторы 3 и 4 разряжаются одинаково, что является условием нормальной работы конденсаторного делителя.The analysis of the diagrams of FIG. 2 shows that during operation of the inverter, the
Преимущество данного инвертора заключается в том, что секции 11-12 обмотоки трансформатора включены последовательно в цепь IGB-транзисторов, что исключает возможность сквозного пробоя этой цепи и повышает надежность работы инвертора.The advantage of this inverter is that sections 11-12 of the transformer windings are connected in series to the IGB transistor circuit, which eliminates the possibility of through breakdown of this circuit and increases the reliability of the inverter.
Источники информацииInformation sources
1. Бирнбах К.А. Высоковольтный автономный инвертор. Патент РФ №2473163, кл. Н02М 3/15, оп. 20.01.2013, фирма EES (США);1. Birnbach K.A. High voltage autonomous inverter. RF patent No. 2473163, cl.
2. Малахов А.П. и др. Частотно регулируемый электропривод. Патент РФ №2293432, кл. Н02Р 25/22, оп. 10.02.2007, НГТУ;2. Malakhov A.P. etc. Frequency-controlled electric drive. RF patent No. 2293432, cl. H2P 25/22, op. 02/10/2007, NSTU;
3. Устройства силовой электроники железнодорожного подвижного состава/В.М. Антюхин, А.А. Богомяков, Ю.А. Евсеев и др.; под ред. Ю.М. Инькова и Ф.И. Ковалева - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2011. - 471 с. 3. Devices of power electronics of railway rolling stock / V.M. Antyukhin, A.A. Bogomyakov, Yu.A. Evseev et al .; under the editorship of Yu.M. Inkova and F.I. Kovaleva - M .: Federal State Budgetary Educational Establishment "Educational and Methodological Center for Education in Railway Transport", 2011. - 471 p.
4. Электровозы ЭП10, ЭП20. Техническая документация. Электрооборудование. НЭВЗ;4. Electric locomotives EP10, EP20. Technical documentation. Electrical equipment. NEVZ;
5. Яцук В.Г. Высоковольтный преобразователь напряжения для пассажирских вагонов. Патент РФ №2403667, кл. Н02М 7/5387, оп. 12.06.2010;5. Yatsuk V.G. High voltage voltage converter for passenger cars. RF patent No. 2403667, cl.
6. Синявский И.В. Преобразователь постоянного напряжения. Патент РФ №2345473, кл. Н02М 3/24, оп.27.01.2009, ВЭлНИИ;6. Sinyavsky I.V. DC / DC Converter RF patent No. 2345473, cl.
7. Пустоветов М.Ю. Теоретическое исследование устройства питания вспомогательный цепей электровоза. Электроника и электрооборудование транспорта. 2015, №1, с. 18-20, рис. 1;7. Pustovetov M.Yu. Theoretical study of the power supply device auxiliary circuits of an electric locomotive. Electronics and electrical equipment of transport. 2015, No. 1, p. 18-20, fig. one;
8. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. 1970, 442 с. 8. Vasyutinsky S.B. Questions of theory and calculation of transformers. 1970, 442 p.
9. Хныков А.В. Теория и расчет многообмоточных трансформаторов. 2003, 141 с. 9. Khnykov A.V. Theory and calculation of multi-winding transformers. 2003, 141 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015145604/07U RU158872U1 (en) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | HIGH VOLTAGE AUTONOMOUS INVERTER WITH MULTI-PHASE OUTPUT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015145604/07U RU158872U1 (en) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | HIGH VOLTAGE AUTONOMOUS INVERTER WITH MULTI-PHASE OUTPUT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU158872U1 true RU158872U1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015145604/07U RU158872U1 (en) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | HIGH VOLTAGE AUTONOMOUS INVERTER WITH MULTI-PHASE OUTPUT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU158872U1 (en) |
-
2015
- 2015-10-23 RU RU2015145604/07U patent/RU158872U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8824179B2 (en) | Soft-switching high voltage power converter | |
RU2011100177A (en) | ELECTRIC POWER TRANSMISSION PLANT | |
RU2681839C1 (en) | Independent electric supply system | |
EP2945246B1 (en) | Voltage adjusting apparatus | |
RU2454779C1 (en) | Two-directional down converter of constant voltage | |
AU2021240158A1 (en) | Efficient electric power conversion | |
JP2015012750A (en) | Power conversion device | |
US20150249400A1 (en) | Converter | |
JP2016226223A (en) | Seven-level power converter | |
RU158872U1 (en) | HIGH VOLTAGE AUTONOMOUS INVERTER WITH MULTI-PHASE OUTPUT | |
RU2348545C1 (en) | Traction motor for multisystem electric locomotive (versions) | |
US20180240627A1 (en) | Direct-current interruption device | |
US11128225B2 (en) | DC-to-DC converter and method for operating a DC-to-DC converter | |
RU115132U1 (en) | AUTONOMOUS INVERTER VOLTAGE CONVERTER | |
RU143222U1 (en) | MULTI-MOTOR AUXILIARY DC ELECTRIC MOTOR ACTUATOR | |
RU63620U1 (en) | DC / DC Converter | |
RU2368937C1 (en) | Ac voltage controller | |
JP2017042013A (en) | Electric power conversion system | |
RU158492U1 (en) | CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE | |
RU2755531C1 (en) | Guaranteed electric locomotive power supply system | |
RU187714U1 (en) | AC-DC ELECTRIC CONVERTER | |
RU2016132167A (en) | TRACTION POWER PLANT | |
RU2462807C1 (en) | Constant voltage converter | |
RU178094U1 (en) | Reversible pulse converter for on-board power supply system | |
US20140376286A1 (en) | Power conversion apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20181024 |