RU177680U1

RU177680U1 - Multifunction Pulse Converter

Info

Publication number: RU177680U1
Application number: RU2017132323U
Authority: RU
Inventors: Сергей Юрьевич Желтов; Михаил Анатольевич Киселёв; Ярослав Владимирович Морошкин; Александр Александрович Мухин; Станислав Борисович Резников; Игорь Александрович Харченко; Владимир Юрьевич Кириллов; Максим Михайлович Томилин
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2018-03-06

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве обратимого (двунаправленного) преобразователя переменных и/или постоянных напряжений в системах электроснабжения, в частности авиационно-бортовых.Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения одновременной стабилизации выпрямленных дифференциальных напряжений и амплитуды питающего переменного напряжения, а также регулирования частоты и амплитуды переменного напряжения нагрузки с возможностью рекуперации мощности в источник и в накопитель.Указанные результаты обеспечиваются благодаря тому, что в преобразователь, содержащий в каждом фазном канале первую пару выводов 1-2 зашунтированную первым фильтровым конденсатором 3, разнополярные и среднепотенциальные выводы 4-5-6 для подключения накопителя, зашунтированные фильтровой стойкой 7-8, реактор 9, пять электронных стоек с 10-11 по 18-19 с диодами 20-29 и блок управления 30 с цепями обратных связей и с импульсно-модуляторными выводами 33, во-первых, введены вторая пара внешних выводов 34-35, зашунтированная вторым фильтровым конденсатором 36, а также третья пара внешних выводов 37-38, зашунтированная третьим фильтровым конденсатором 39, фильтровый дроссель 40 и двухвентильная стойка 41-42, а блок управления снабжен релейно-сигнальными выводами 43, во-вторых, введен контактный выключатель 44, и в-третьих, каждый ключ снабжен демпферно-снабберной цепочкой, состоящей из демпферного дросселя 45, снабберного конденсатора 46 и диодно-ключевой стойки 47-48, а блок управления снабжен группой импульсных выводов 49. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to electrical engineering and pulsed power electronics and is intended to be used as a reversible (bidirectional) converter of alternating and / or constant voltage in power supply systems, in particular, airborne. The main technical result of the proposal is to expand the functionality of the device by providing simultaneous stabilization rectified differential voltages and amplitudes of the supply alternating voltage, as well as regulation of cha currents and amplitudes of the alternating voltage of the load with the possibility of power recovery to the source and to the drive. The indicated results are ensured due to the fact that in the converter containing in each phase channel the first pair of terminals 1-2 is shunted by the first filter capacitor 3, the bipolar and medium potential terminals 4-5 -6 for connecting the drive, shunted by a filter rack 7-8, reactor 9, five electronic racks from 10-11 to 18-19 with diodes 20-29 and a control unit 30 with feedback circuits and with pulse-modulator circuits 33, firstly, a second pair of external terminals 34-35, shunted by a second filter capacitor 36, as well as a third pair of external terminals 37-38, shunted by a third filter capacitor 39, a filter inductor 40 and a two-valve rack 41-42, and a block the control is equipped with relay-signal outputs 43, secondly, a contact switch 44 is inserted, and thirdly, each key is equipped with a damping-snubber chain consisting of a damper choke 45, a snubber capacitor 46 and a diode-key rack 47-48, and the unit management equipped with gr Uppoy pulse outputs 49. 2 z.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве обратимого (двунаправленного) преобразователя переменных и/или постоянных напряжений в системах электроснабжения, в частности, авиационно-бортовых.The utility model relates to electrical engineering and pulsed power electronics and is intended for use as a reversible (bidirectional) converter of alternating and / or constant voltage in power supply systems, in particular, airborne.

Известны многофункциональные импульсные преобразователи (аналоги), содержащие в каждом фазном канале пару внешних выводов, включая заземляющий, для подключения источника нестабильного переменного напряжения с возможностью потребления рекуперируемой мощности, зашунтированную фильтровым конденсатором, разнополярные и среднепотенциальный заземляющий внешние выводы для подключения дифференциального накопителя электроэнергии с возможностью зарядки и разрядки, зашунтированные двухконденсаторной фильтровой стойкой, реактор (трансреактор), несколько двухключевых стоек с обратно-блокирующими диодами и блок управления с цепями обратным связей по внешним токам и напряжениям и с импульсно-модуляторными, а также релейно-импульсными выводами (Резников С.Б., Бочаров В.В., Харченко И.А. Электромагнитная и электроэнергетическая совместимость систем электроснабжения и вторичных источников питания полностью электрифицированных самолетов / Под. ред. С.Б. Резникова - М.: Изд-во МАИ, 2014-160 с., стр. 112, Рис. 2.5.5.а,б). Указанные устройства способны выполнять функции обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя ОВИП с корректором коэффициента мощности и импульсным делителем постоянных напряжений на его дифференциальных выводах.Known multifunctional pulse converters (analogues) containing in each phase channel a pair of external terminals, including a ground, for connecting an unstable AC voltage source with the possibility of consuming recuperated power, shunted by a filter capacitor, bipolar and medium-voltage grounding external terminals for connecting a differential electric storage device with the possibility of charging and discharges shunted by a two-capacitor filter rack, reactor (trans actor), several two-key racks with back-blocking diodes and a control unit with feedback circuits for external currents and voltages and with pulse-modulator, as well as relay-pulse outputs (Reznikov SB, Bocharov VV, Kharchenko I .A. Electromagnetic and Electric Power Compatibility of Power Supply Systems and Secondary Power Supplies for Fully Electrified Aircraft / Edited by SB Reznikov - M .: MAI Publishing House, 2014-160 p., P. 112, Fig. 2.5.5.a, b). These devices are capable of performing the functions of a reversible rectifier-inverter converter OVIP with a power factor corrector and a pulsed constant voltage divider on its differential outputs.

К недостаткам указанных устройств (аналогов) относятся: узкие функциональные возможности из-за неспособности одновременной стабилизации выпрямленных напряжений и амплитуды питающего переменного напряжения и регулирования частоты и амплитуды переменного напряжения нагрузки с возможностью рекуперации мощности в источник и в накопитель, а также низкие надежность, КПД и удельная мощность и повышенные помехоизлучения из-за «жесткой» коммутации силовых ключей (с одновременными скачками токов и напряжений).The disadvantages of these devices (analogues) include: narrow functionality due to the inability to simultaneously stabilize the rectified voltages and the amplitude of the supply alternating voltage and regulate the frequency and amplitude of the alternating voltage of the load with the ability to recover power to the source and to the drive, as well as low reliability, efficiency and power density and increased noise due to “hard” switching of power switches (with simultaneous surges of currents and voltages).

Из известных устройств наиболее близким по технической сути к предполагаемому, является многофункциональный импульсный преобразователь (прототип), содержащий те же функциональные узлы, что и вышеуказанные аналоги (см. там же, стр. 119, Рис. 2.6.2).Of the known devices, the closest in technical essence to the intended one is a multifunctional pulse converter (prototype) containing the same functional units as the above counterparts (see ibid., P. 119, Fig. 2.6.2).

Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения одновременной стабилизации выпрямленных дифференциальных напряжений и амплитуды питающего переменного напряжения, а также регулирования частоты и амплитуды переменного напряжения нагрузки с возможностью рекуперации мощности в источник и в накопитель.The main technical result of the proposal is to expand the functionality of the device by providing simultaneous stabilization of the rectified differential voltages and the amplitude of the supply alternating voltage, as well as regulating the frequency and amplitude of the alternating voltage of the load with the ability to recover power to the source and drive.

К дополнительным результатам относятся: повышение надежности, КПД и удельной мощности, а также снижение помехоизлучений за счет обеспечения «мягкой» коммутации силовых ключей.Additional results include: increasing reliability, efficiency and specific power, as well as reducing interference emissions by providing “soft” switching power keys.

Указанные результаты обеспечиваются благодаря тому, что в преобразователь, содержащий в каждом фазном канале первую пару выводов зашунтированную первым фильтровым конденсатором, разнополярные и среднепотенциальные выводы для подключения накопителя, зашунтированные фильтровой стойкой, реактор, пять электронных стоек с по с диодами и блок управления с цепями обратных связей и с импульсно-модуляторными выводами, во-первых, ВВЕДЕНЫ вторая пара внешних выводов внешних выводов, зашунтированная третьим фильтровым конденсатором, фильтровый дроссель и двухвентильная стойка, а блок управления СНАБЖЕН релейно-сигнальными выводами, во-вторых, ВВЕДЕН контактный выключатель, и в-третьих, каждый ключ СНАБЖЕН демпферно-снабберной цепочкой, состоящей из демпферного дросселя, снабберного конденсатора и диодно-ключевой стойки, а блок управления СНАБЖЕН группой импульсных выводов.These results are ensured due to the fact that in the converter containing the first pair of terminals shunted by the first filter capacitor in each phase channel, bipolar and mid-potential terminals for connecting the drive, shunted by the filter rack, a reactor, five electronic racks with diodes and a control unit with reverse circuits of communications with pulse-modulator outputs, firstly, a second pair of external outputs of external outputs, shunted by a third filter capacitor, are introduced, filters a throttle and a two-valve rack, and the control unit is SUPPLIED with relay-signal outputs, secondly, a contact switch is ON, and thirdly, each key is SUPPLIED with a damper-snubber chain consisting of a damper choke, a snubber capacitor and a diode-key rack, and the block The control is SUPPLIED by a group of pulse outputs.

Экспериментальные исследования лабораторного макета и компьютерно-имитационной модели предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность промышленного использования.Experimental studies of the laboratory layout and computer simulation model of the proposed device have confirmed its efficiency and the feasibility of industrial use.

На фиг. 1, фиг. 2, представлены принципиальная силовая схема и каналы управления предлагаемого многофункционального импульсного преобразователя.In FIG. 1, FIG. 2, a circuit diagram and control channels of the proposed multifunctional pulse converter are presented.

Устройство содержит в каждом из трех фазных каналов: первую пару выводов 1-2, включая заземляющий, для подключения источника нестабильного переменного напряжения с возможностью потребления рекуперируемой (нагрузкой) мощности, зашунтированную первым фильтровым конденсатором 3, разнополярные и среднепотенциальный заземляющий внешние выводы 4, 5 и 6 для подключения дифференциального накопителя электроэнергии с возможностью его зарядки и разрядки, зашунтированные двухконденсаторной фильтровой стойкой 7-8, реактор 9, пять двухключевых электронных стоек с 10-11 по 18-19 с обратно-блокирующими диодами с 20, 21 по 28, 29 и блок управления 30 с цепями 31, 32 обратных связей по внешним токам и напряжениям и с импульсно-модуляторными выводами 33. Кроме того устройство содержит вторую пару внешних выводов 34-35, включая заземленный, для подключения нагрузки регулируемого по частоте и амплитуде переменного напряжения с возможностью рекуперации мощности в источник и в накопитель, зашунтированную вторым фильтровым конденсатором 36, а также третью пару внешних выводов 37-38, включая заземляющий, для подключения нагрузки стабильного по амплитуде переменного напряжения, зашунтированную третьим фильтровым конденсатором 39, фильтровый дроссель 40 и управляемую двухвентильную стойку 41-42. Блок управления снабжен также релейно-сигнальными выводами 43. Устройство содержит также контактный выключатель 44, заземляющий среднепотенциальный вывод фильтровой стойки. Каждый ключ электронных стоек снабжен демпферно-снабберной цепочкой, состоящей из демпферного дросселя 45, снабберного конденсатора 46 и электронной диодно-ключевой разрядной стойки 47-48. Блок управления снабжен также группой импульсных выводов 49. Первые три электронные стойки 10-11, 12-13 и 14-15 своими средними выводами подключены к соответствующим выводам фильтровой стойки 7-8, а своими крайними выводами вместе к крайним выводами четвертой и пятой электронных стоек 16-17 и 18-19 подключены к выводам реактора 9. Вторая пара внешних выводов 34-35 включена между средними выводами второй и пятой электронных стоек 12-13 и 18-19. Двухвентильная стойка 41-42 своим средним выводом через фильтровой дроссель 40 подключена к незаземленному внешнему выводу 37 третьей их пары 37-38, а своими крайними выводами через соответствующие ключи 11 и 14 первой и третьей электронных стоек 10-11 и 14-15 - к соответствующим крайним выводам фильтровой стойки 7-8. Первая пара внешних выводов 1-2 включена между средними выводами второй и четвертой электронных стоек 12-13 и 16-17. Контактный переключатель 44 заземляет среднепотенциальный вывод фильтровой стойки 7-8. В каждой депмферно-снабберной цепочке демпферный дроссель 45 включен последовательно с соответствующим ключом электронных стоек, а электронная диодно-ключевая разрядная стойка 47-48 подключена своим средним выводом через снабберный конденсатор 46 к первому силовому выводу указанного ключа, а своими крайними выводами включена между вторым силовым выводом этого ключа и соответствующим выводом реактора. Блок управления 30 своими импульсно-модуляторными выводами 33 подключен к управляющим выводам ключей электронных стоек 10-11, 12-13, 16-17 и 18-19, релейно-сигнальными выводами 43 - к управляющим выводам двухвентильной стойки 41-42, а группой импульсных выводов 49 - к управляющим выводам ключей 48 разрядных диодно-ключевых стоек 47-48.The device contains in each of the three phase channels: the first pair of terminals 1-2, including the ground, for connecting a source of unstable alternating voltage with the possibility of consuming recuperated (load) power, shunted by the first filter capacitor 3, opposite-pole and mid-voltage grounding external terminals 4, 5 and 6 for connecting a differential energy storage device with the possibility of charging and discharging it, shunted by a two-condenser filter rack 7-8, reactor 9, five two-key elec on racks from 10-11 to 18-19 with back-blocking diodes from 20, 21 to 28, 29 and a control unit 30 with circuits 31, 32 of feedbacks on external currents and voltages and with pulse-modulator outputs 33. In addition, the device contains a second pair of external terminals 34-35, including a grounded one, for connecting a load of variable frequency and amplitude AC voltage with the possibility of recovering power to a source and a drive shunted by a second filter capacitor 36, as well as a third pair of external terminals 37-38, including a ground to connect cheniya load stability amplitude alternating voltage, the third shunt capacitor of the filter 39, the filter reactor 40 and a rack driven dvuhventilnye 41-42. The control unit is also equipped with relay-signal outputs 43. The device also includes a contact switch 44, grounding the potential medium terminal of the filter rack. Each key of the electronic racks is equipped with a damping-snubber chain consisting of a damper choke 45, a snubber capacitor 46 and an electronic diode-key discharge rack 47-48. The control unit is also equipped with a group of pulse outputs 49. The first three electronic racks 10-11, 12-13 and 14-15 are connected with their middle terminals to the corresponding terminals of the filter rack 7-8, and their extreme terminals together with the extreme terminals of the fourth and fifth electronic racks 16-17 and 18-19 are connected to the terminals of the reactor 9. The second pair of external terminals 34-35 is connected between the middle terminals of the second and fifth electronic racks 12-13 and 18-19. The two-valve rack 41-42, with its middle terminal through the filter inductor 40, is connected to the non-grounded external terminal 37 of the third pair 37-38, and with its extreme terminals through the corresponding keys 11 and 14 of the first and third electronic columns 10-11 and 14-15, to the corresponding extreme conclusions of a filter rack 7-8. The first pair of external terminals 1-2 is included between the middle terminals of the second and fourth electronic racks 12-13 and 16-17. The contact switch 44 earthes the potential medium terminal of the filter rack 7-8. In each depmfer-snubber chain, the damper inductor 45 is connected in series with the corresponding key of the electronic racks, and the electronic diode-key discharge rack 47-48 is connected with its middle terminal through the snubber capacitor 46 to the first power terminal of the specified key, and is connected between the second power terminal with its extreme terminals the output of this key and the corresponding output of the reactor. The control unit 30 with its pulse-modulator terminals 33 is connected to the control terminals of the keys of the electronic racks 10-11, 12-13, 16-17 and 18-19, the relay-signal terminals 43 to the control terminals of a two-valve rack 41-42, and a group of pulse conclusions 49 - to the control terminals of the keys 48 bit diode-key racks 47-48.

В качестве ключей электронных и разрядных стоек использованы транзисторные ключи или двухоперационные (запираемые по управлению) тиристоры, а в качестве управляемых вентилей двухвентильной стойки - однооперационные тиристоры или транзисторные ключи с обратноблокирующими диодами.As keys of electronic and discharge racks, transistor keys or two-operational (lockable for control) thyristors are used, and as controlled valves of a two-valve rack, single-operation thyristors or transistor switches with reverse-blocking diodes are used.

Многофункциональный импульсный преобразователь работает следующим образом. К внешним выводам 1-2 подключают источник нестабильного переменного напряжения с возможностью потребления рекуперируемой мощности, например, фазную обмотку автономного магнитоэлектрического генератора с нестабильной частотой вращения и с возможностью работы в режиме электродвигателя. К внешним выводам 4-5-6 подключают дифференциальный накопитель электроэнергии с возможностью зарядки и разрядки, например, двухсекционную аккумуляторную или суперконденсаторную (ионисторную) батарею. К внешним выводам 34-35 подключают нагрузку регулируемого по частоте и амплитуде переменного напряжения с возможностью рекуперации мощности в источник и в накопитель, например, фазную обмотку электродвигателя переменного тока исполнительного привода с рекуперативным торможением. И наконец, к внешним выводам 37-38 подключают нагрузку стабильного по амплитуде переменного напряжения, например, приборный электронно-вычислительный и радиолокационный комплексы, некритичные к частоте питающего переменного напряжения.Multifunctional pulse Converter operates as follows. An external source of unstable alternating voltage is connected to external terminals 1-2 with the possibility of consuming recuperated power, for example, a phase winding of an autonomous magnetoelectric generator with an unstable rotational speed and with the possibility of operating in electric motor mode. The external terminals 4-5-6 connect a differential energy storage device with the ability to charge and discharge, for example, a two-section rechargeable or supercapacitor (ionistor) battery. The external terminals 34-35 connect a load of variable frequency and amplitude AC voltage with the possibility of power recovery in the source and in the drive, for example, the phase winding of an alternating current motor of an executive drive with regenerative braking. And finally, to the external terminals 37-38, a load of an amplitude-stable AC voltage is connected, for example, instrumented electronic computing and radar systems that are uncritical to the frequency of the supply alternating voltage.

В блоке управления 30 на импульсно-модуляторных выводах 33 формируются высокочастотные прямоугольные импульсы с постоянным периодом (Т_шим) широтно-импульсной модуляции и регулируемыми длительностями управляющих импульсов (t_имп=γ⋅Т_шим, где γ - коэффициент заполнения импульса), на релейно-сигнальных выводах 43 - низкочастотные прямоугольные импульсы или пачки кратковременных импульсов, соответствующие полупериодам низкочастотного переменного напряжения на внешних выводах 37-38, а на группе импульсных выводов 49 - кратковременные высокочастотные импульсы с постоянным периодом Т_шим и длительностью, достаточной для полной разрядки снабберных конденсаторов 46 на цепь реактора 9.The control unit 30 on a pulse-modulator 33 are formed by high-frequency findings rectangular pulses with a constant period (T _PWM) pulse-width modulation and adjustable durations of the control pulses (t = γ⋅T _PWM _pulses where γ - the pulse duty ratio) for relay- signal outputs 43 are low-frequency rectangular pulses or bursts of short-term pulses corresponding to half-periods of low-frequency alternating voltage at external terminals 37-38, and on the group of pulse outputs 49 are short-term high-frequency -frequency pulses with a constant period T _PWM and duration sufficient to completely discharge snubber capacitors 46 of the reactor circuit 9.

Рассмотрим поочередно возможные режимы работы преобразователя: 1) режим дифференциального выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности и со стабилизацией выпрямленных напряжений и амплитуды переменного напряжения; 2) режим регулируемого инвертора синусоидального напряжения/тока; 3) режим преобразования частоты; 4) режим утроения числа фаз; 5) режимы конверторов; 6) режим уравнительного делителя постоянных напряжений. При этом во всех режимах, кроме 4-го, контактный ключ 44 замкнут, обеспечивая общее заземление внешних выводов.Consider alternately possible modes of operation of the converter: 1) differential rectifier mode with power factor correction and stabilization of the rectified voltages and the amplitude of the alternating voltage; 2) the mode of the adjustable inverter sinusoidal voltage / current; 3) frequency conversion mode; 4) the regime of tripling the number of phases; 5) modes of converters; 6) the mode of the equalizer divider of constant voltage. Moreover, in all modes except the 4th, the contact key 44 is closed, providing a common grounding of the external terminals.

I. Режим дифференциального выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности и стабилизацией выпрямленных напряжений U_7-8 и амплитуды напряжения на выводах 37-38I. Differential rectifier mode with power factor correction and stabilization of rectified voltages U _7-8 and voltage amplitude at terminals 37-38

Симметрия силовой схемы устройства позволяет рассмотреть только один полупериод питающего напряжения: U_1-2>0.The symmetry of the power circuit of the device allows you to consider only one half-cycle of the supply voltage: U _1-2 > 0.

На интервале времени с повышением напряжения (U₇=U₈>U_1-2) ток реактора 9 (I) сначала нарастает (этап dI/dt>0) по цепи: 3-16-20-9-25-13-3, а затем частично (или полностью) спадает (этап dI/dt<0) по цепи: 9-23-11-7-3-16-20-9.In the time interval with increasing voltage (U ₇ = U ₈ > U _1-2 ), the current of the reactor 9 (I) first increases (stage dI / dt> 0) along the circuit: 3-16-20-9-25-13-3 and then partially (or completely) decreases (stage dI / dt <0) along the chain: 9-23-11-7-3-16-20-9.

На интервале времени с понижением напряжения (U₇=U₈<U_1-2) в течение произвольного периода Т_шим ток реактора 8 сначала нарастает (этап dI/dt>0) по цепи: 3-16-20-9-23-1-7-3, а затем частично (или полностью) спадает (этап dI/dt<0) по цепи: 9-25-13-8-14-26-9.In the time interval with decreasing voltage (U ₇ = U ₈ <U _1-2 ) for an arbitrary period T _{PW, the} current of the reactor 8 first increases (stage dI / dt> 0) along the circuit: 3-16-20-9-23- 1-7-3, and then partially (or completely) decreases (stage dI / dt <0) along the chain: 9-25-13-8-14-26-9.

При очередном включении ключей 14 и 11 одновременно с подключением к реактору 9 заряжаемых конденсаторов фильтровой стойки 7-8 производится также поочередное их подключение через управляемые вентили 41 и 42 и фильтровый дроссель 40 к внешним выводам 37-38.The next time the keys 14 and 11 are turned on at the same time as the charged capacitors of the filter rack 7-8 are connected to the reactor 9, they are also alternately connected through controlled valves 41 and 42 and the filter inductor 40 to the external terminals 37-38.

С помощью регулирования величины коэффициента заполнения импульса (γ) блоком управления 30 в зависимости от величин измеряемых сигналов в цепях 31,32 обратных связей и их отклонений от эталонных значений производятся: а) формирование синусоидальных фазных входных токов, синфазных и синхронных с соответствующими фазными напряжениями (для приближения коэффициента мощности к единице); б) стабилизация средневыпрямленных напряжений U₇ и U₈ и в) соответствующая стабилизация амплитуды переменного напряжения на выводах 37-38.By adjusting the magnitude of the pulse duty ratio (γ) by the control unit 30, depending on the values of the measured signals in the feedback circuits 31.32 and their deviations from the reference values, the following are performed: a) the formation of sinusoidal phase input currents in phase and synchronous with the corresponding phase voltages ( to bring the power factor closer to unity); b) stabilization of the average rectified voltages U ₇ and U _8; and c) the corresponding stabilization of the amplitude of the alternating voltage at terminals 37-38.

II. Режим регулируемого инвертора синусоидального напряжения/тока U_34-35 с питанием от дифференциального накопителя (U_4-5-6)II. Adjustable inverter mode of a sinusoidal voltage / current U _34-35 powered by a differential drive (U _4-5-6 )

Симметрия силовой схемы устройства позволяет рассмотреть только один полупериод питающего напряжения: U_34-35=U36≤0.The symmetry of the power circuit of the device allows you to consider only one half-cycle of the supply voltage: U _34-35 = U36≤0.

На интервале времени с понижением напряжения (U₇=U₈>U₃₆) в течение произвольного периода Т_шим ток реактора 9 (I) сначала нарастает этап (dI/dt>0) по цепи: 7-10-22-9-29-19-36-7, а затем частично (или полностью) спадает (этап dI/dt<0) по цепи: 9-23-19-36-12-24-9.In the time interval with decreasing voltage (U ₇ = U ₈ > U ₃₆ ) for an arbitrary period T _{PW, the} current of reactor 9 (I) first increases the stage (dI / dt> 0) along the circuit: 7-10-22-9-29 -19-36-7, and then partially (or completely) decreases (stage dI / dt <0) along the chain: 9-23-19-36-12-24-9.

На интервале с повышением напряжения (U₇=U₈<U₃₆) в течение произвольного периода Т_шим ток реактора 9 (I) сначала нарастает этап (dI/dt>0) по цепи: 7-10-22-9-25-13-7, а затем частично (или полностью) спадает (этап dI/dt<0) по цепи: 9-25-13-7-10-22-9.In the interval with increasing voltage (U ₇ = U ₈ <U ₃₆ ) during an arbitrary period T _{PW, the} current of reactor 9 (I) first increases the stage (dI / dt> 0) along the circuit: 7-10-22-9-25- 13-7, and then partially (or completely) decreases (stage dI / dt <0) along the chain: 9-25-13-7-10-22-9.

С помощью регулирования величины γ блоком управления 30 производятся: формирование синусоидальных фазных напряжений U_34-35 и регулирование их частоты, амплитуды фазового сдвига в соответствии с эталонными сигналами и сигналами в цепях 31,32 обратных связей (например, по закону скалярного управления исполнительным электродвигателем переменного тока, обеспечивающего постоянство электромагнитного момента: U/f=const).By adjusting the value of γ, the control unit 30 produces: the formation of sinusoidal phase voltages U _34-35 and the regulation of their frequency, the amplitude of the phase shift in accordance with the reference signals and signals in the circuits 31.32 feedback (for example, according to the law of scalar control of an alternating current electric motor current ensuring the constancy of the electromagnetic moment: U / f = const).

III. Режим преобразования частоты (f_1-2→f_34-35)III. Frequency Conversion Mode (f _1-2 → f _34-35 )

В этом режиме производится непосредственное преобразование (без промежуточного звена постоянного напряжения 7-8) питающего переменного напряжения U_1-2 с нестабильными (в общем случае) частотой и амплитудой в переменное напряжение нагрузки U_34-35 с регулируемыми частотой и амплитудой. При этом возможно чередование (по произвольным законам) различных соотношений полярностей и мгновенных значений указанных напряжений. Рассмотрим два наиболее характерных сочетания таких полярностей и соотношений мгновенных значений:In this mode, direct conversion (without intermediate DC link 7-8) of the supply alternating voltage U _1-2 with unstable (in the general case) frequency and amplitude to alternating load voltage U _34-35 with adjustable frequency and amplitude is performed. In this case, alternation (according to arbitrary laws) of various ratios of polarities and instantaneous values of the indicated voltages is possible. Consider the two most characteristic combinations of such polarities and instantaneous value ratios:

1) u_1-2(t)>0, U_34-35(t)<0, |u_1-2|>|u_34-35| - полярно-повторяющее понижение.1) u _1-2 (t)> 0, U _34-35 (t) <0, | u _1-2 |> | u _34-35 | - polar repeating lowering.

На произвольном периоде Т_шим ток реактора 9 сначала нарастает (этап dI/dt>0) по цепи: 3-16-20-9-29-19-36-3, а затем частично (или полностью) спадает (этап dI/dt<0) по цепи: 9-29-19-36-12-24-9.At an arbitrary period T _{PWM, the} current of the reactor 9 first increases (stage dI / dt> 0) along the circuit: 3-16-20-9-29-19-36-3, and then partially (or completely) decreases (stage dI / dt <0) along the chain: 9-29-19-36-12-24-24-9.

2) u_1-2(t)>0, u_34-35(t)>0, |u_1-2|>|u_34-35| - полярно-инвертирующее повышение.2) u _1-2 (t)> 0, u _34-35 (t)> 0, | u _1-2 |> | u _34-35 | - polar inverting increase.

На произвольном периоде Т_шим ток реактора 9 сначала нарастает (этап dI/dt>0) по цепи: 3-16-20-9-25-13-3, а затем частично (или полностью) спадает (этап dI/dt<0) по цепи: 9-25-13-36-18-28-9. При этом для повышения напряжения в режиме непрерывного тока реактора выполняется условие: 0,5<γ<1, при котором |u_34-35|=|u_1-2|⋅γ/(1-γ).At an arbitrary period T _{PWM, the} current of reactor 9 first increases (stage dI / dt> 0) along the circuit: 3-16-20-9-25-13-3, and then partially (or completely) decreases (stage dI / dt <0 ) along the chain: 9-25-13-36-18-28-9. Moreover, to increase the voltage in the continuous current mode of the reactor, the condition is satisfied: 0.5 <γ <1, under which | u _34-35 | = | u _1-2 | ⋅γ / (1-γ).

IV. Режим утроения числа фазIV. Phase tripling mode

В этом режиме источник питания переменного однофазного напряжения подключают к выводам 1-2, а трехфазную нагрузку, соединенную «в треугольник» подключают к трем парам внешних выводов: 1-2 (U_A-B); 34-35 (U_B-C) и 35-1 (U_C-B), образующих систему «линейных» напряжений.In this mode, the AC single-phase voltage power supply is connected to terminals 1-2, and a three-phase load connected “in a triangle” is connected to three pairs of external terminals: 1-2 (U _AB ); 34-35 (U _BC ) and 35-1 (U _CB ), forming a system of "linear" voltages.

При этом ключ 44 - разомкнут.In this case, the key 44 is open.

Устройство в этом режиме работает так же, как и в режиме III, но в качестве фазосдвигающего преобразователя на 2π/3 синусоидального напряжения U_1-2 при сохранении его частоты. В этом случае получаем на нагрузке систему трех линейных напряжений с симметричным взаимным сдвигом в 2π/3 рад (120 «электрических градусов»). В случае необходимости можно получить дополнительныйвывод с искусственным «нулем», подключив к выводам 1,2 и 35 дополнительный емкостный фильтр в виде трехконденсаторной «звезды».The device in this mode works in the same way as in mode III, but as a phase-shifting converter for 2π / 3 sinusoidal voltage U _1-2 while maintaining its frequency. In this case, we obtain at the load a system of three linear voltages with a symmetric mutual shift of 2π / 3 rad (120 "electrical degrees"). If necessary, you can get an additional output with an artificial “zero” by connecting an additional capacitive filter in the form of a three-capacitor “star” to terminals 1,2 and 35.

V. Режимы конверторовV. Converter Modes

Режимы конверторов нетрудно реализовать, если подвести источник питания постоянного напряжения к любой из пар внешних выводов: 1-2, 4-6, 6-5, 4-6 или 34-35, а нагрузку (или нагрузки) постоянного напряжения - к другой из этих пар (или к другим парам).Convertor modes can be easily implemented if you bring a DC voltage source to any of the pairs of external terminals: 1-2, 4-6, 6-5, 4-6 or 34-35, and the load (or loads) of the DC voltage to the other of these pairs (or to other pairs).

Из возможных двунаправленных (обратимых) конверторных преобразований большинство является частными случаями вышерассмотренных режимов. Осталось рассмотреть режим обратимого конвертора с взаимным питанием пар внешних выводов 4-6 и 6-5. В этом режиме устройство образует так называемый, двунаправленный (обратимый) «транспортер заряда», например, от 7 к 8. В течение произвольного периода Т_шим ток реактора 9 сначала нарастает этап (dI/dt>0) по цепи: 7-10-22-9-25-13-7, а затем частично (или полностью) спадает (этап dI/dt<0) по цепи: 9-25-13-8-14-26-9. Аналогично «транспортируется» заряд от 8 к 7.Of the possible bidirectional (reversible) converter conversions, most are special cases of the above modes. It remains to consider the regime of a reversible converter with mutual power supply of pairs of external terminals 4-6 and 6-5. In this mode, the device forms a so-called bidirectional (reversible) “charge conveyor”, for example, from 7 to 8. During an arbitrary period of _{Tshim, the} current of the reactor 9 first increases the stage (dI / dt> 0) along the chain: 7-10- 22-9-25-13-7, and then partially (or completely) decreases (stage dI / dt <0) along the chain: 9-25-13-8-14-26-9. Similarly, the charge is transported from 8 to 7.

VI. Режим уравнительного делителя напряженияVI. Equalizing voltage divider mode

Этот режим является частным случаем предыдущего (V), когда производится автоматическое выравнивание напряжений нагрузок на парах внешних выводов: 4-6 и 6-5 при питании любой из них или пары 4-5 от источника постоянного напряжения.This mode is a special case of the previous (V) when automatic load voltage equalization is performed on pairs of external terminals: 4-6 and 6-5 when any of them or a pair of 4-5 are supplied from a constant voltage source.

Во всех перечисленных режимах обеспечивается «мягкая» коммутация силовых ключей (без одновременных скачков токов и напряжений). При этом снабберный конденсатор 46 заряжается через демпферный дроссель 45 и реактор 9 при очередном выключении ключа 16, и затем полностью плавно разряжается по цепи: 46-48-9-21-17-16-46 при одновременном (хотя бы кратковременном) включении ключей 17, 16 и 48. Указанная «мягкая» коммутация снижает коммутационные тепловые потери и помехоизлучения, а также повышает надежность устройства и его удельную мощность.In all of the above modes, “soft” switching of power switches is provided (without simultaneous surges of currents and voltages). In this case, the snubber capacitor 46 is charged through the damper inductor 45 and reactor 9 when the key 16 is turned off again, and then it is completely discharged along the circuit: 46-48-9-21-17-16-46 with the keys turned on (at least for a short time) 17 , 16 and 48. The specified “soft” switching reduces switching heat losses and noise emissions, and also increases the reliability of the device and its specific power.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом многофункциональном импульсном преобразователе обеспечивается основной технический результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения одновременной стабилизации выпрямленных дифференциальных напряжений и амплитуды питающего напряжения, а также регулирования частоты и амплитуды переменного напряжения нагрузки с возможностью рекуперации мощности в источник и в накопитель, а также дополнительные результаты: повышение надежности, КПД и удельной мощности, а также снижение помехоизлучений устройства за счет обеспечения «мягкой» коммутации силовых ключей.Thus, in comparison with the prototype, the proposed multifunctional pulse converter provides the main technical result: expanding the functionality of the device by simultaneously stabilizing the rectified differential voltages and the amplitude of the supply voltage, as well as regulating the frequency and amplitude of the alternating voltage of the load with the possibility of power recovery to the source and to the drive, as well as additional results: increased reliability, efficiency and specific m sensitivity, as well as reducing noise emissions from the device by providing “soft” switching power keys.

Claims

1. A multifunctional pulse converter containing in each phase channel a first pair of external terminals, including ground, for connecting a source of unstable alternating voltage with the possibility of consuming recuperable power, shunted by the first filter capacitor, bipolar and medium-voltage grounding external terminals for connecting a differential electric storage device with the possibility of charging and discharges shunted by a double-capacitor filter rack, reactor, two double beam electronic racks with back-blocking diodes and a control unit with feedback circuits for external currents and voltages and with pulse-modulator outputs connected to the control terminals of the keys of electronic racks, of which the first three racks are connected to the corresponding terminals of the filter rack with their middle terminals, and the extremes together with the extreme terminals of the fourth and fifth electronic racks are connected to the terminals of the reactor, characterized in that a second pair of external terminals, including grounding, are inserted into it for switching on the load of an AC voltage adjustable in frequency and amplitude with the possibility of recovering power to the source and to the drive, connected between the middle terminals of the second and fifth electronic racks and shunted by a second filter capacitor, as well as a third pair of external terminals, including ground, to connect a load of stable amplitude AC voltage, shunted by a third filter capacitor, a filter choke and a controllable two-valve rack, and the control unit is equipped with a relay the output terminals connected to the control terminals of the two-valve rack connected by its middle output through the filter inductor to the ungrounded external terminal of their third pair, and by their extreme terminals through the corresponding keys of the first and third electronic racks to the corresponding extreme terminals of the filter rack, the first pair of external terminals included between the middle pins of the second and fourth electronic racks.

2. The multifunctional pulse converter according to claim 1, characterized in that a contact switch is inserted into it, grounding the potential medium terminal of the filter rack.

3. The multifunctional pulse converter according to claim 1, characterized in that each key of the electronic racks is equipped with a snubber-snubber circuit consisting of a damper choke connected in series with this key, a snubber capacitor and an electronic diode-key discharge rack connected to its middle terminal through a snubber capacitor to the first power terminal of this key, and its extreme terminals are connected between the second power terminal of this key and the corresponding terminal of the reactor, and the control unit is It is loaded with a group of impulse outputs connected to the control terminals of the keys of the indicated discharge racks.