RU172182U1 - Импульсный преобразователь напряжения - Google Patents
Импульсный преобразователь напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU172182U1 RU172182U1 RU2016150255U RU2016150255U RU172182U1 RU 172182 U1 RU172182 U1 RU 172182U1 RU 2016150255 U RU2016150255 U RU 2016150255U RU 2016150255 U RU2016150255 U RU 2016150255U RU 172182 U1 RU172182 U1 RU 172182U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- terminals
- pulse
- rack
- external
- Prior art date
Links
Images
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
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
- H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
- H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в автономных комбинированных электротехнических комплексах постоянно-переменного напряжения, в частности - в источниках гарантированного и бесперебойного питания с модульно-масштабируемой архитектурой космических летательных аппаратов в качестве универсального модуля многофункционального импульсного преобразователя.Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет взаимного преобразования дифференциальных постоянных и двух переменных напряжений в широких диапазонах действующих значений и частот.К дополнительным техническим результатам предложения относятся: повышение качества потребляемой и преобразованной электроэнергии за счет снижения коэффициентов несинусоидальности напряжений и токов, коррекции коэффициента мощности, стабилизации и выравнивания напряжений на дифференциальных внешних выводах постоянных напряжений, стабилизации амплитуды напряжения на вспомогательных внешних выводах переменного напряжения и обеспечения внешних вольтамперных характеристик с заданной жесткостью - от «источника тока» до «источника напряжения».Указанные технические результаты обеспечиваются благодаря тому, что в импульсный преобразователь напряжений, содержащий дифференциальные внешние выводы 1-2-3 постоянных напряжений и первую пару внешних выводов 4-5 переменного напряжения для подключения основного источника электропитания и нагрузки, двухконденсаторную фильтровую стойку 6-7, фильтровый конденсатор 8, инвертор синусоидального тока 9 со звеном высокой частоты, состоящий из балластного реактора 10, трансформатора 11 с первичной и вторичной обмотками 12 и 13, электронных модуляторной двухключевой и рекуперативной двухвентильных стоек 14-15 и 16-17, шунтирующего ключа 18 с обратным диодом и циклоконвертора с двунаправленными вентилями 19-20, а также блок управления 21 с выводами 22, 23 обратных связей и с основными импульсно-сигнальными и импульсно-модуляторными выводами 24 и 25, введены вторая пара внешних выводов 26-27 переменного напряжения для подключения дополнительного источника электроэнергии, мостовой коммутатор 28 с двунаправленными управляемыми ключами с 29 по 32 и однофазный Виенна-выпрямитель 33, состоящий из двухдиодной стойки 34-35, электронного двунаправленного ключа 36 и дроссельно-конденсаторной стойки 37-38, а блок управления снабжен дополнительными импульсно-модуляторными и импульсно-сигнальными выводами 39 и 40, и благодаря тому, что в него введен уравнительный делитель напряжений 41, состоящий из двухсекционного уравнительного реактора 42-43 и двух диодно-ключевых стоек 44-45 и 46-47, а блок управления снабжен вспомогательными импульсно-модуляторными выводами 48, а также благодаря тому, что в него введены пара вспомогательных внешних выводов 49-50 переменного напряжения для подключения нагрузки со стабилизированной амплитудой напряжения и индуктивно-емкостный фильтр 51-52. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в автономных комбинированных электротехнических комплексах постоянно-переменного напряжения, в частности - в источниках гарантированного и бесперебойного питания с модульно-масштабируемой архитектурой космических летательных аппаратов в качестве универсального модуля многофункционального импульсного преобразователя.
Известен импульсный преобразователь напряжений (аналог) - обратимый конвертор, содержащий пару входных внешних выводов для подключения источника электропитания постоянного напряжения и дифференциальные выходные внешние выводы для подключения дифференциальной нагрузки постоянных напряжений с возможным режимом рекуперации накопленной энергии в источник, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, два двухобмоточных трансформаторных реактора (трансреактора), входной расщепленно-двухключевой модулятор с промежуточным накопительным конденсатором и устройством рекуперации энергии рассеяния трансреакторных обмоток, выходной модулятор с двумя коммутирующими и двумя шунтирующими электронными ключами и блок управления с цепями обратных связей и импульсно-модуляторными выводами (С. Резников, С. Климова, И. Харченко, В. Смирнов, В. Савостьянов. Резервно-аккумуляторные источники бесперебойного питания для автономных и сетевых систем электроснабжения со звеном постоянного повышенного напряжения//Силовая электроника, №2, 2016, с. 64-68, стр. 66, рис. 2).
К недостаткам указанного устройства (аналога) относятся: узкие функциональные возможности из-за неспособности взаимного преобразования постоянного и переменного и двух постоянных напряжений, относительно низкий КПД обратного преобразования с потерями в цепи разрядки промежуточного накопительного конденсатора и из-за жесткости коммутации электронных ключей в обоих направлениях преобразования, а также большие коммутационные помехоизлучения из-за жесткой коммутации.
Из известных устройств наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является импульсный преобразователь напряжений (прототип) - двунаправленный инверторно-выпрямительный преобразователь, содержащий входные внешние выводы постоянного напряжения и выходные внешние выводы переменного напряжения для подключения источника электропитания и нагрузки, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, инвертор синусоидального тока со звеном высокой частоты, состоящий из двухобмоточного трансформатора с двухсекционными обмотками, накопительно-демодуляторного балластного реактора, электронных модуляторной двухключевой и двух рекуператорных двухвентильных стоек шунтирующего электронного ключа, устройства рекуперации энергии рассеяния обмоток трансформатора в виде однотактного ключевого модулятора и циклоконвертора с двунаправленными управляемыми вентилями, демпферно-снабберные узлы для «мягкой» коммутации ключей, а также блок управления с цепями обратных связей по внешним токам и напряжениям и с импульсно-модуляторными и импульсно-сигнальными выводами (см. там же, стр. 66, рис. 2).
К недостаткам указанного известного устройства (прототипа) относятся: узкие функциональные возможности из-за неспособности взаимного преобразования дифференциальных постоянных и двух переменных напряжений в широких диапазонах действующих значений и частот, низкое качество потребляемой и преобразованной электроэнергии, а именно - высокие коэффициенты несинусоидальности (искажений) напряжений и токов, низкие значения коэффициентов мощности, а также неэффективные стабилизация и выравнивание напряжений на дифференциальных внешних выводах постоянных напряжений, неспособность стабилизации амплитуды переменного напряжения при питании от источника с нестабильным переменным напряжением и неспособность обеспечения внешних вольтамперных характеристик с заданной жесткостью - от «источника тока» до «источника напряжения».
Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет взаимного преобразования дифференциальных постоянных и двух переменных напряжений в широких диапазонах действующих значений и частот.
К дополнительным техническим результатам предложения относятся: повышение качества потребляемой и преобразованной электроэнергии за счет снижения коэффициентов несинусоидальности напряжений и токов, коррекции коэффициента мощности, стабилизации и выравнивания напряжений на дифференциальных внешних выводах постоянных напряжений, стабилизации амплитуды напряжения на вспомогательных внешних выводах переменного напряжения и обеспечения внешних вольтамперных характеристик с заданной жесткостью - от «источника тока» до «источника напряжения».
Указанные технические результаты обеспечиваются благодаря тому, что в импульсный преобразователь напряжений, содержащий дифференциальные внешние выводы постоянных напряжений и первую пару внешних выводов переменного напряжения для подключения основного источника электропитания и нагрузки, двухконденсаторную фильтровую стойку, фильтровый конденсатор, инвертор синусоидального тока со звеном высокой частоты, состоящий из балластного реактора, трансформатора с первичной и вторичной обмотками, электронных модуляторной двухключевой и рекуперативной двухвентильных стоек, шунтирующего ключа с обратным диодом, циклоконвертора с двунаправленными вентилями, а также блок управления с выводами обратных связей и с основными импульсно-сигнальными и импульсно-модуляторными выводами, введены вторая пара внешних выводов переменного напряжения для подключения дополнительного источника электроэнергии, мостовой коммутатор с двунаправленными управляемыми ключами и однофазный Виенна-выпрямитель, состоящий из двухдиодной стойки, электронного двунаправленного ключа и дроссельно-конденсаторной стойки, а блок управления снабжен дополнительными импульсно-модуляторными и импульсно-сигнальными выводами, и благодаря тому, что в него введен уравнительный делитель напряжений, состоящий из двухсекционного уравнительного реактора и двух диодно-ключевых стоек, а блок управления снабжен вспомогательными импульсно-модуляторными выводами, а также благодаря тому, что в него введены пара вспомогательных внешних выводов переменного напряжения для подключения нагрузки со стабилизированной амплитудой напряжения и индуктивно-емкостный фильтр.
Экспериментальные исследования лабораторного макета и компьютерное моделирование предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.
На чертеже представлены силовая схема и каналы управления предлагаемого импульсного преобразователя напряжений.
Импульсный преобразователь напряжений содержит: дифференциальные внешние выводы 1-2-3 постоянных напряжений, первую пару внешних выводов 4-5 переменного напряжения, включая заземленные, для подключения основного источника электропитания и нагрузки, двухконденсаторную фильтровую стойку 6-7 с заземленным средним выводом, шунтирующую внешние выводы постоянного напряжения, фильтровый конденсатор 8 с заземленным первым выводом и инвертор синусоидального тока 9 со звеном высокой частоты. Указанный инвертор состоит из балластного реактора 10, трансформатора 11 с первичной и вторичной двухсекционными обмотками 12 и 13, электронных модуляторной двухключевой и рекуперативной двухвентильных управляемых стоек 14-15 и 16-17, шунтирующего ключа 18, зашунтированного обратным диодом (внутренним или внешним), и циклоконвертора в виде двухвентильной стойки 19-20 с двунаправленными вентилями (например, симисторами или встречно-параллельными тиристорными парами).
Устройство содержит также блок управления 21 с выводами 22, 23 обратных связей по токам и напряжениям и с основными импульсно-сигнальными и импульсно-модуляторными выводами 24 и 25. Устройство также содержит вторую пару внешних выводов 26-27 переменного напряжения для подключения дополнительного источника электроэнергии, мостовой четырехплечевой коммутатор 28 с двунаправленными управляемыми ключами 29-30 и 31-32 и однофазный Виенна-выпрямитель 33 с удвоением амплитуды напряжения и коррекцией коэффициента мощности, состоящий из выпрямительной двухдиодной стойки 34-35, электронного двунаправленного ключа 36 и дроссельно-конденсаторной стойки 37-38, зашунтированной этим ключом. Блок управления имеет также дополнительные импульсно-модуляторные выводы 39 и импульсно-сигнальными выводы 40. Кроме перечисленного устройство содержит уравнительный делитель напряжений 41, состоящий из двухсекционного уравнительного реактора 42-43 с заземленным средним межсекционным выводом и двух диодно-ключевых стоек 44-45 и 46-47. Блок управления имеет также вспомогательные импульсно-модуляторные выводы 48. Устройство помимо указанного содержит пару вспомогательных внешних выводов 49-50 переменного напряжения для подключения нагрузки со стабилизированной амплитудой напряжения и индуктивно-емкостный Г-образный фильтр 51-52.
Кроме всего перечисленного на чертеже показаны демпферно-снабберные узлы, установленные в полной аналогии с прототипом и состоящие из демпферных дросселей 53, 54, снабберных конденсаторов 55, 56 и зарядно-разрядных двухдиодных стоек 57-58, 59-60 и аналогичных элементов для демпферно-снабберного узла обеспечения «мягкой» коммутации шунтирующего ключа 18 (61, 62, 63, 64).
Модуляторная двухключевая стойка 14-15 своим средним выводом подключена к первому крайнему выводу фильтровой стойки 6-7, а своими крайними выводами подключена к крайним выводам первичной обмотки 12 трансформатора 11 со средним межсекционным выводом, заземленным через балластный реактор 10, и к крайним выводам рекуператорной двухвентильной стойки 16-17 со средним выводом, заземленным через шунтирующий ключ 18. Дроссельно-конденсаторная стойка 37-38 Виенна-выпрямителя 33 включена своими крайними выводами между соседними выводами выпрямительной двухдиодной стойки 34-35 и фильтровой стойки 6-7. Мостовой коммутатор 28 своей первой парой диагональных выводов подключен к незаземленным внешним выводам 4 и 26 первой и второй их пар (4-5 и 26-27) внешних выводов переменного напряжения, а своей второй парой диагональных выводов подключен к средним выводам дроссельно-конденсаторной стойки 37-38 Виенна-выпрямителя 33 и двухвентильной стойки 19-20 циклоконвертора.
Каждая из диодно-ключевых стоек 44-45 и 46-47 уравнительного делителя напряжений 41 своим средним выводом подключена к соответствующему крайнему выводу уравнительного реактора 42-43, а своими крайними выводами шунтирует крайние выводы фильтровой стойки 6-7. Индуктивно-емкостный Г-образный фильтр 51-52 подключен своим крайним дроссельным выводом к среднему выводу двухдиодной стойки 34-35 Виенна-выпрямителя, а выводами конденсатора 52 - к вспомогательным внешним выводам 49-50, из которых один (50) заземлен. Адреса подключения основных и дополнительных импульсно-модуляторных и импульсно-сигнальных выводов 24, 25, 39, 40 и 48 блока управления 21 к управляющим выводам электронных ключей и вентилей показаны на чертеже.
В качестве всех вышеуказанных однонаправленных электронных ключей могут использоваться ключевые транзисторы или двухоперационные (запираемые по управлению) тиристоры, в качестве двунаправленного ключа - диодно-транзисторные пары (как на чертеже), в качестве всех однонаправленных вентилей - обычные (однооперационные) тиристоры, в качестве двунаправленных вентилей (19, 20) - симисторы или встречно-параллельные тиристорные пары, а в качестве двунаправленных ключей (29-32) коммутатора (28) - электромеханические реле или контакторы (или твердотельные полупроводниковые реле в случае допустимости гальванических утечек токов).
Импульсный преобразователь напряжений работает следующим образом. На импульсно-модуляторных выводах блока управления, управляющих ключами, формируются высокочастотные прямоугольные импульсы с постоянным периодом широтно-импульсной модуляции (Тшим) и регулируемой длительностью импульса: tи=γи⋅Тшим/2, где γи - коэффициент заполнения (относительная длительность) импульса, регулируемый в зависимости от величин и знаков разностей между сигналами в цепях обратных связей и эталонных. На импульсно-сигнальных выводах, управляющих вентилями, формируются кратковременные (игольчатые) одиночные импульсы или «пачки» импульсов с низкими частотами следования, соответствующими частотам синусоидальных напряжений на внешних выводах переменных напряжений.
Устройство может выполнять следующие функции, работая в соответствующих режимах: 1) обратимое преобразование постоянных напряжений (униполярного или дифференциальных) в постоянное (другого регулируемого или/и стабилизированного уровней) с гальванической развязкой и переключаемой полярностью выхода, т.е. режим обратимого конвертора с реверсивным выходом; 2) обратимое преобразование постоянных напряжений (униполярного или дифференциальных) в переменное однофазное (регулируемой или/и стабилизируемой амплитуды) или в регулируемый переменный ток нагрузки (например, сети или синхронного электродвигателя) с произвольно заданным или изменяющимся напряжением, т.е. режим регулируемого двунаправленного инверторно-выпрямительного преобразователя; 3) совместное преобразование переменного напряжения с нестабильными частотой и амплитудой (например, от электромашинного магнитоэлектрического генератора при нестабильной скорости вращения) в постоянные напряжения (униполярное или дифференциальные) и в переменные напряжения двух видов: а) с той же частотой, но со стабильной амплитудой и б) со стабильными частотой и амплитудой, т.е. режимы выпрямителя, преобразователя частоты и стабилизатора переменного напряжения. В указанных режимах осуществляются коррекция коэффициента мощности и уравнительное деление постоянных напряжений.
Рассмотрим работу устройства в этих трех режимах в указанной последовательности.
1. Режим обратимого конвертора с реверсивным выходом (U1-2=U3-2+U1-3<=>±U4-5).
Внешние выводы постоянных напряжений 1-2-3 подключают к источнику униполярного или дифференциальных постоянных напряжений (во втором случае - с заземленным среднепотенциальным выводом). Первую пару внешних выводов 4-5 подключают к нагрузке постоянного напряжения с возможным реверсом полярности напряжения и рекуперации электроэнергии. Примером использования этого режима может служить устройство питания реверсивного электропривода постоянного тока от звена постоянного повышенного напряжения (дифференциального или униполярного), а также от резервной аккумуляторной батареи автономной системы электроснабжения (например, летательного аппарата или наземного транспорта). Заметим, что если при этом используется реверсивный электропривод с режимом рекуперативного торможения, то для возврата энергии торможения (причем - вплоть до остановки) в источник питания можно также использовать рассматриваемое устройство.
1.1. При прямом питании нагрузки от источника (U1-2=U3-2+U1-3=>±U4-5) возможны (как и в прототипе) два случая (режима), в зависимости от соотношения напряжений питания U3-2 и нагрузки U4-5, приведенной к первичной обмотке 12 трансформатора: а) режим понижения и б) режим повышения напряжения.
В режиме понижения напряжения ключи 14, 15 инвертора высокочастотно-поочередно включаются на время импульса: tи=γи⋅Тшим/2. После очередного включения, например, ключа 14 ток (I) балластного реактора (а также его потокосцепление и электромагнитная энергия) нарастает по цепи: 7-10-(секция 12)-14- -54-7 (этап dI/dt>0). Одновременно с ним нарастает ток, индуцированный трансформатором 11 в цепи: (секция 13)-20-8-(секция 13), заряжая фильтровый конденсатор 8 и формируя на внешних выводах 4-5 при постоянно включенном ключе 30 коммутатора 28 постоянное напряжение U4-5 (с положительным направлением, т.е. потенциалом V4>0). Затем одновременно выключается ключ 14 и включается рекуператорный вентиль 16 и шунтирующий ключ 18, а вентиль 20 циклоконвертора остается включенным. При этом ток реактора 10 частично (или полностью) спадает под действием противоЭДС секции первичной обмотки 12 по цепям: 10-(секция 12)-16-6-10 и (секция 13)-20-8-(секция 13), продолжая заряжать конденсатор 8 за счет основной электромагнитной энергии реактора 10 и возвращая энергию индуктивности рассеяния обмотки 12 трансформатора в конденсатор 6 фильтровой стойки 6-7 (для ее дальнейшего использования) за время: Тшим/2-tи=(1-γи)⋅Tшим/2. Далее указанные процессы высокочастотно-периодически качественно повторяются с поочередным участием ключей 14 и 15, питая нагрузку.
В режиме повышения напряжения на каждом полупериоде Тшим/2 сначала одновременно включаются оба ключа 14 и 15 на время: tи=γи⋅Тшим/2, после чего происходит нарастание тока балластного реактора 10 (этап dI/dt>0) по цепям: 7-10-(1-я секция 12-14)//(2-я секция 12-15)-7 с накоплением дозы электромагнитной энергии в реакторе. Затем один из ключей 14 и 15 (14 - на первом полупериоде Тшим и 15 - на втором) выключается при одновременном включении соответствующего (смежного) вентиля 16 или 17, а второй ключ и второй вентиль остаются, соответственно, включенным и выключенным. Например, выключили ключ 14, а включили вентиль 16 (при этом ключ 15 остается включенным, а вентиль 17 выключенным). Тогда (на этапе dI/dt<0) происходит частичное (или полное) спадание тока реактора по цепям: 10-(2-я секция 12 (с противоЭДС))-15-7-10 (с добавлением энергии источника в нагрузку) и 10-(1-я секция 12)-16-6-10 (с возвращением части энергии реактора и энергии индуктивности рассеяния обмотки 12 в конденсатор 6 фильтровой стойки 6-7 (для дальнейшего ее использования в нагрузке посредством передачи в конденсатор 7 через уравнительный делитель напряжения 41). Далее указанные процессы высокочастотно-периодически повторяются, осуществляя питание нагрузки в этом режиме. Необходимо указать, что режим повышения напряжения нежелателен из-за большой внутренней реактивной (регулярно рекуперируемой) мощности, определяемой возвращением дозы энергии и из-за необходимости для его реализации поддерживать соотношение между напряжениями конденсаторов 6 и 7 фильтровой стойки: U6>2U7. Поэтому рекомендуется выбирать коэффициент трансформации трансформатора 11 таким образом, чтобы всегда обеспечивать режим понижения напряжения, а именно: kтр=N13/N12>(U7/U6)max, где N13 и N12 - числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 11, U6 и U7 напряжения на конденсаторах фильтровой стойки 6-7, a (U7/U6)max - максимальное значение отношения U7 к U6.
Для обеспечения реверса выходного напряжения U4-5 необходимо в циклоконверторе в составе конвертора 9 вместо внешних вентилей в парах 19 и 20 использовать внутренние вентили с противоположными направлениями проводимости.
1.2. При обратном (рекуперативном) преобразовании (±U4-5<=>U1-2=U3-2+U1-3) в мостовом коммутаторе 28 вместо вентиля 30 включается вентиль 29, подключая незаземленный внешний вывод 4 к среднему выводу дроссельно-конденсаторной стойки 37-38 Виенна-выпрямителя 33. В этом случае его корректор коэффициента мощности на базе дросселя 37 и ключа 36 вместе с двухдиодной стойкой 34-35 будут выполнять функцию повышающего (бустерного) полярно-повторяющего непосредственного конвертора с полярно-реверсивным питанием. При положительном потенциале вывода 4 каждое очередное включение ключа 36 вызывает нарастание тока дросселя 37 в направлении к заземлению (влево на чертеже), а последующее выключение ключа вызывает спадание этого тока через диод 34 и конденсатор 6, осуществляя его зарядку по цепи: 37-34-6-(цепь заземления)-5-4-29-37 с добавлением накопленной дозы энергии дросселя к рекуперируемой из нагрузки обратно в конденсатор 6. При отрицательном потенциале вывода 4 аналогичным образом заряжается конденсатор 7, но при противоположном направлении тока дросселя 37 (вправо на чертеже) по цепи: 37-29-4-5-(цепь заземления)-7-35-37.
Так как указанное преобразование имеет режим повышения напряжения, то оно способно использоваться в широком диапазоне скоростей электропривода с рекуперативным торможением - почти вплоть до остановки электродвигателя (когда ЭДС его якорной обмотки приближается к нулю).
Если требуется при осуществлении режима рекуперации также обеспечить гальваническую развязку между цепями источника и нагрузки, то оба преобразования (питание нагрузки и рекуперация ее энергии в источник) необходимо проводить через трансформаторное звено высокой частоты, т.е. от выводов 1-2-3 к выводам 4-5.
2. Режим регулируемого двунаправленного инверторно-выпрямительного преобразователя.
2.1. При инверторном преобразовании (U1-2=U3-2+U1-3=>~U4-5) также рекомендуется режим понижения напряжения (U1-3=U3-2>Uсекции12), звено высокой частоты (11, 14-15, 16, 17, 18) работает вышеописанным образом, но по следующему алгоритму: с помощью регулирования блоком управления 21 двух взаимонезависимых параметров широтно-импульсной модуляции: γи и γп (при сравнении сигналов в цепях 22, 23 обратных связей с эталонными синусными сигналами) в балластном реакторе 10 формируется модульно-синусно-пульсирующий ток по закону: I(t)=I0⋅|sin(ωt)|, который с помощью низкочастотных переключений направлений выпрямления в циклоконверторе 19-20 преобразуется в синусоидальный ток: I(t)=I0⋅|sin(ωt)| в цепи внешних выводов 26-27 (при замкнутом ключе 32 коммутатора 28), в случае стабильности величины: ω=2πƒ, где ƒ - частота (например, 400 Гц), или в цепи внешних выводов 4-5 (при замкнутом ключе 30 коммутатора 28) в случае нестабильности или регулируемости частоты/(например, 360....800 Гц или от 0 до 360 Гц).
2.2. При выпрямлении переменного напряжения, например - с нестабильными параметрами частоты и амплитуды (U4-5) в коммутаторе 28 включен ключ 29, и указанное напряжение подводится к фильтровому конденсатору 38 Виенна-выпрямителя 33. На каждом периоде Tшим на первом интервале: tи=γи⋅Тшим включается двунаправленный ключ 36, вызывая нарастание тока (dI/dt) в дросселе 37, а на втором интервале: Tшим-tи=(1-γи)⋅Tшим после выключения ключа 36 происходит частичное (или полное) спадание этого тока (dI/dt<0) по одной из цепей зарядки фильтровой стойки 6-7: 37-34-6-38-37 или 37-38-7-35-37, в зависимости от полупериода напряжения: U4-5. При этом за счет одновременного регулирования амплитуды и фазы синусоидального эталонного сигнала и регулирования параметра γи (коэффициента заполнения импульса) осуществляется формирование синусоидального тока в питающей цепи (4-5), синхронизированного с питающим напряжением (U4-5), т.е. проводятся коррекция коэффициента потребляемой мощности (Км≈1), а также стабилизация среднего значения выпрямленных дифференциальных напряжений: U1-3 и U3-2.
3. Совместное преобразование переменного напряжения (U4-5) с нестабильными частотой и амплитудой в постоянные напряжения: U1-3 и U3-2 (выпрямление) и в переменные двух видов: а) с той же частотой, но со стабильной амплитудой (U49-50, т.е. стабилизацией напряжения) и б) со стабильными (или регулируемыми) частотой и амплитудой (U26-27, т.е. преобразование частоты).
3.1. Одновременно с указанным в п. 2.2 выпрямлением происходит стабилизация амплитуды переменного напряжения на внешних выводах 49-50 (U0/49-50=const) за счет их периодического шунтирования через Г-образный фильтр 51-52 и поочередно проводящие выпрямительные диоды 24, 25.
Для обеспечения устойчивости и повышения точности регулирования формы потребляемого переменного тока (коррекции коэффициента мощности) и стабилизации выпрямленных напряжений в этом режиме одновременно производится управление уравнительным делителем напряжения 41 вышеописанным способом.
3.2. Преобразование частоты (и одновременно - амплитуды) переменного напряжения (U4-5) в переменное напряжение (U26-27) осуществляется за счет использования промежуточных звеньев постоянного напряжения (фильтровая стойка 6-7) и высокой частоты (11-18). В этом режиме постоянно включены ключи 29 и 32 мостового коммутатора 28 и одновременно происходят процессы, описанные в пп. 2.1 и 2.2.
При всех вышеперечисленных режимах благодаря демпферно-снабберным узлам обеспечивается «мягкая» коммутация основных модуляторных ключей (включения при нулевых токах, а выключения - при нулевых напряжениях), а также защита этих ключей от коммутационных перенапряжений. При этом снабберные конденсаторы (55, 56 и 62) заряжаются после выключений шунтируемых ими ключей через демпферные дроссели (53, 54 и 61) и зарядные диоды (57, 59 и 63) и полностью разряжаются в цепь балластного реактора через эти ключи, через разрядные диоды (58, 60 и 64) и другие ключи, подключенные к реактору через первичную обмотку трансформатора по цепям: 55-58-61-18-10-12-14-55; 56-60-61-18-10-12-15-56 и 62-18-10-12-14-64-62. Указанная «мягкая» коммутация с помощью нерассеивающих (тепла) узлов снижает коммутационные тепловые потери (повышает КПД) и помехоизлучения (как и в прототипе).
Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве обеспечиваются основной технический результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет взаимного преобразования дифференциальных постоянных и двух переменных напряжений в широких диапазонах действующих значений и частот, а также дополнительные технические результаты: повышение качества потребляемой и преобразованной электроэнергии за счет снижения коэффициентов несинусоидальности напряжений и токов, коррекции коэффициента мощности, стабилизации и выравнивания напряжений на дифференциальных внешних выводах постоянных напряжений, стабилизации амплитуды напряжения на вспомогательных внешних выводах переменного напряжения и обеспечения внешних вольтамперных характеристик с заданной жесткостью - от «источника тока» до «источника напряжения». Последний дополнительный результат позволяет использовать устройство в качестве универсального модуля при параллельном и последовательном наращивании мощности многофункционального импульсного преобразователя.
Claims (3)
1. Импульсный преобразователь напряжений, содержащий дифференциальные внешние выводы постоянных напряжений и первую пару внешних выводов переменного напряжения, включая заземленные, для подключения основного источника электропитания и нагрузки, двухконденсаторную фильтровую стойку с заземленным средним выводом, шунтирующую внешние выводы постоянного напряжения, фильтровый конденсатор с заземленным первым выводом, инвертор синусоидального тока со звеном высокой частоты, состоящий из балластного реактора, трансформатора с первичной и вторичной двухсекционными обмотками, электронных модуляторной двухключевой и рекуперативной двухвентильной управляемых стоек, шунтирующего ключа, зашунтированного обратным диодом, и циклоконвертора в виде двухвентильной стойки с двунаправленными вентилями, а также блок управления с выводами обратных связей по токам и напряжениям и с основными импульсно-сигнальными и импульсно-модуляторными выводами, подключенными, соответственно, к управляющим выводам двухвентильной стойки и модуляторной двухключевой стойки, которая своим средним выводом подключена к первому крайнему выводу фильтровой стойки, а своими крайними выводами подключена к крайним выводам первичной обмотки трансформатора со средним межсекционным выводом, заземленным через балластный реактор, и к крайним выводам рекуператорной двухвентильной стойки со средним выводом, заземленным через шунтирующий ключ, отличающийся тем, что в него введены вторая пара внешних выводов переменного напряжения для подключения дополнительного источника электроэнергии, мостовой четырехплечевой коммутатор с двунаправленными управляемыми ключами и однофазный Виенна-выпрямитель с удвоением напряжения и коррекцией коэффициента мощности, состоящий из выпрямительной двухдиодной стойки, электронного двунаправленного ключа и дроссельно-конденсаторной стойки, зашунтированной этим ключом и включенной своими крайними выводами между средними выводами указанной двухдиодной и фильтровой стоек, а блок управления снабжен дополнительными импульсно-модуляторными выводами, подключенными к управляющим выводам двунаправленного ключа Виенна-выпрямителя и импульсно-сигнальными выводами, подключенными к управляющим выводам мостового коммутатора, своей первой парой диагональных выводов подключенного к незаземленным выводам первой и второй пар внешних выводов переменного напряжения, а своей второй парой диагональных выводов подключен к средним выводам указанной дроссельно-конденсаторной стойки Виенна-выпрямителя и двухвентильной стойки циклоконвертора.
2. Импульсный преобразователь напряжений по п. 1, отличающийся тем, что в него введен уравнительный делитель напряжений, состоящий из двухсекционного уравнительного реактора с заземленным средним межсекционным выводом и двух диодно-ключевых стоек, а блок управления снабжен вспомогательными импульсно-модуляторными выводами, подключенными к управляющим выводам ключей этих диодно-ключевых стоек, каждая из которых своим средним выводом подключена к соответствующему крайнему выводу уравнительного реактора, а своими крайними выводами шунтирует крайние выводы фильтровой стойки.
3. Импульсный преобразователь напряжений по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в него введены пара вспомогательных внешних выводов переменного напряжения для подключения нагрузки со стабилизированной амплитудой напряжения и индуктивно-емкостный Г-образный фильтр, подключенный крайним дроссельным выводом к среднему выводу двухдиодной стойки Виенна-выпрямителя, а выводами конденсатора - к указанным вспомогательным внешним выводам, из которых один заземлен.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150255U RU172182U1 (ru) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | Импульсный преобразователь напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150255U RU172182U1 (ru) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | Импульсный преобразователь напряжения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU172182U1 true RU172182U1 (ru) | 2017-06-30 |
Family
ID=59310092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150255U RU172182U1 (ru) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | Импульсный преобразователь напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU172182U1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175768U1 (ru) * | 2017-05-24 | 2017-12-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") | Многофункциональный импульсный преобразователь |
RU176104U1 (ru) * | 2017-04-10 | 2018-01-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Многофункциональные Преобразователи и Системы" (ООО "МПС") | Преобразователь постоянного напряжения в переменное |
RU177680U1 (ru) * | 2017-09-15 | 2018-03-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") | Многофункциональный импульсный преобразователь |
RU178094U1 (ru) * | 2017-09-15 | 2018-03-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") | Обратимый импульсный конвертор для авиабортовой системы электроснабжения |
RU2711311C1 (ru) * | 2019-05-23 | 2020-01-16 | Игорь Павлович Воронин | Базовый элемент силового модуля |
RU213621U1 (ru) * | 2021-11-09 | 2022-09-19 | Михаил Юрьевич Гончаров | Двунаправленный преобразователь напряжения со связанными дросселями |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU83878U1 (ru) * | 2009-02-09 | 2009-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) | Устройство комбинированного электропитания переменного и постоянного тока |
RU126223U1 (ru) * | 2012-10-16 | 2013-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Автономная система электроснабжения |
US20150357940A1 (en) * | 2011-12-16 | 2015-12-10 | Empower Micro Inc. | Bi-directional energy converter with multiple dc sources |
-
2016
- 2016-12-21 RU RU2016150255U patent/RU172182U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU83878U1 (ru) * | 2009-02-09 | 2009-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) | Устройство комбинированного электропитания переменного и постоянного тока |
US20150357940A1 (en) * | 2011-12-16 | 2015-12-10 | Empower Micro Inc. | Bi-directional energy converter with multiple dc sources |
RU126223U1 (ru) * | 2012-10-16 | 2013-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Автономная система электроснабжения |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU176104U1 (ru) * | 2017-04-10 | 2018-01-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Многофункциональные Преобразователи и Системы" (ООО "МПС") | Преобразователь постоянного напряжения в переменное |
RU175768U1 (ru) * | 2017-05-24 | 2017-12-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") | Многофункциональный импульсный преобразователь |
RU177680U1 (ru) * | 2017-09-15 | 2018-03-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") | Многофункциональный импульсный преобразователь |
RU178094U1 (ru) * | 2017-09-15 | 2018-03-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") | Обратимый импульсный конвертор для авиабортовой системы электроснабжения |
RU2711311C1 (ru) * | 2019-05-23 | 2020-01-16 | Игорь Павлович Воронин | Базовый элемент силового модуля |
RU213621U1 (ru) * | 2021-11-09 | 2022-09-19 | Михаил Юрьевич Гончаров | Двунаправленный преобразователь напряжения со связанными дросселями |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU172182U1 (ru) | Импульсный преобразователь напряжения | |
CN111371302B (zh) | 一种多电平直流固态变压器多阶段软充控制方法及系统 | |
WO2010029345A1 (en) | Power converter | |
US20230074022A1 (en) | Power converter topologies with power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime | |
RU2681839C1 (ru) | Автономная система электроснабжения | |
JPH03103079A (ja) | Gtoサイリスタを用いた電力変換回路に於けるエネルギの回生装置及びその方法 | |
CA2709100A1 (en) | Power converter | |
RU174024U1 (ru) | Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь | |
RU190083U1 (ru) | Импульсный преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения | |
RU175512U1 (ru) | Импульсный преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения | |
US20230071003A1 (en) | Power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime | |
RU2464692C1 (ru) | Преобразователь напряжения (варианты) | |
CN107294434A (zh) | 一种带有能量回馈功能的换相转矩脉动抑制装置及方法 | |
RU139329U1 (ru) | Обратимый импульсный конвертор с обратноходовыми модуляторами | |
RU2399145C1 (ru) | Преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока | |
Vermulst et al. | Single-stage three-phase ac to dc conversion with isolation and bi-directional power flow | |
RU167948U1 (ru) | Трансформаторный импульсный преобразователь | |
RU183854U1 (ru) | Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты | |
RU2717966C1 (ru) | Статический преобразователь напряжения | |
de Oliveira et al. | Study and implementation of a high gain bidirectional dc-dc converter for photovoltaic on-grid systems | |
Manikandan et al. | Implementation of high efficiency current-fed push-pull converter using soft switching technique | |
Eitzen et al. | Modular dc-dc converter system for energy harvesting with eaps | |
RU117744U1 (ru) | Преобразователь | |
RU2417510C1 (ru) | Стабилизированный квазирезонансный преобразователь | |
RU175601U1 (ru) | Двунаправленный импульсный преобразователь напряжений |