RU184367U9 - Switching voltage converter - Google Patents

Switching voltage converter Download PDF

Info

Publication number
RU184367U9
RU184367U9 RU2018122493U RU2018122493U RU184367U9 RU 184367 U9 RU184367 U9 RU 184367U9 RU 2018122493 U RU2018122493 U RU 2018122493U RU 2018122493 U RU2018122493 U RU 2018122493U RU 184367 U9 RU184367 U9 RU 184367U9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
terminals
winding
pulse
external terminals
diode
Prior art date
Application number
RU2018122493U
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU184367U1 (en
Inventor
Михаил Анатольевич Киселёв
Ярослав Владимирович Морошкин
Андрей Юрьевич Чекин
Станислав Борисович Резников
Игорь Александрович Харченко
Кирилл Николаевич Храмцов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС")
Priority to RU2018122493U priority Critical patent/RU184367U9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU184367U1 publication Critical patent/RU184367U1/en
Publication of RU184367U9 publication Critical patent/RU184367U9/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике.Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства.Технический результат обеспечивается благодаря тому, что в импульсный преобразователь напряжения, содержащий две основные пары 1-2 и 3-4 внешних выводов для подключения источника электропитания и нагрузки постоянных напряжений, зашунтированные фильтровыми конденсаторами 5 и 6, многообмоточный трансформатор 7 с первичной и основной вторичной обмотками 8 и 9 и с тремя вспомогательными вторичными обмотками 10, 11, 12, двухобмоточный реактор 13 с первичной и вторичной обмотками 14 и 15, первый и второй буферные конденсаторы 16 и 17, первый электронный ключ 18 и первый шунтирующий диод, а также блок управления 20 с цепями 21, 22, 23 обратных связей и с первым импульсно-модуляторным выводом 24, во-первых, введены первый рекуператорный диод 25, три дополнительных пары 26, 27,28 внешних выводов для подключения трехфазной нагрузки переменного напряжения, три циклоконвертора 29, 30, 31, состоящий каждый из пары двунаправленных управляемых вентилей 32-33 и индуктивно-емкостного фильтра 34-35, причем блок управления снабжен тремя группами релейно-сигнальных выводов 36, 37, 38, во-вторых, в него введены второй и третий электронные ключи 39 и 40, а блок управления снабжен вторым и третьим импульсно-модуляторными выводами 41 и 42, в-третьих, в него введены четвертый электронный ключ 43 и второй шунтирующий диод 44, а блок управления снабжен четвертым импульсно-модуляторным выводом 45, а также введен второй рекуперативный диод 46, в-четвертых, в него введен выпрямитель 47, и в-пятых, обмотки реактора включены встречно относительно разнополярных первых внешних выводов их основных пар.The utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics. The main technical result of the proposal is to expand the functionality of the device. The technical result is ensured by the fact that the pulse voltage converter contains two main pairs of 1-2 and 3-4 external terminals for connecting the power source and DC loads, shunted by filter capacitors 5 and 6, multi-winding transformer 7 with primary and primary secondary windings 8 and 9 and with three auxiliary secondary windings 10, 11, 12, a two-winding reactor 13 with primary and secondary windings 14 and 15, the first and second buffer capacitors 16 and 17, the first electronic switch 18 and the first shunt diode, as well as a control unit 20 with circuits 21, 22, 23 feedbacks and with the first pulse-modulator output 24, firstly, the first recuperator diode 25, three additional pairs of external terminals 26, 27.28 for connecting a three-phase AC voltage load, three cycloconverters 29, 30, 31 are introduced consisting of each pair of bidirectional x controlled valves 32-33 and inductive-capacitive filter 34-35, and the control unit is equipped with three groups of relay-signal outputs 36, 37, 38, secondly, the second and third electronic keys 39 and 40 are inserted into it, and the control unit equipped with a second and third pulse-modulator terminals 41 and 42, thirdly, a fourth electronic switch 43 and a second bypass diode 44 are inserted into it, and the control unit is equipped with a fourth pulse-modulator terminal 45, and a second regenerative diode 46 is inserted, fourth, rectifier 47 is introduced into it, and fifth, ohm reactor heel counter includes relatively bipolar first external terminals of the main steam.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и может быть использована в качестве обратимых (двунаправленных) импульсных конвертора и/или в качестве трехфазного инвертора синусоидального напряжения с возможностью обратного выпрямления.The utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and can be used as a reversible (bidirectional) pulse converter and / or as a three-phase inverter with a sinusoidal voltage with the possibility of reverse rectification.

Известен импульсный преобразователь напряжения (аналог), содержащий две пары внешних выводов для подключения источника электропитания и нагрузки постоянных напряжения, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, трансформатор, двухобмоточный реактор (трансреактор), два буферных конденсатора, электронный ключ, шунтирующий диод и блок управления (Слободан Кук, Сергей Ненахов. Новый DC/DC - преобразователь с нулевыми пульсациями и интегрированными магнитопроводами. Силовая электроника, №2, 2004 г., стр. 62-64, стр. 64, Рис. 4б). Он выполняет функции однонаправленного (необратимого) импульсного конвертора с согласованием и гальванической развязкой входа и выхода, а также сниженными пульсациями внешних токов.Known pulse voltage converter (analog), containing two pairs of external terminals for connecting a power source and constant voltage loads, shunted by filter capacitors, a transformer, a double winding reactor (transreactor), two buffer capacitors, an electronic key, a shunt diode and a control unit (Slobodan Cook, Sergey Nenakhov, New DC / DC converter with zero ripple and integrated magnetic circuits, Power Electronics, No. 2, 2004, p. 62-64, p. 64, Fig. 4b). It performs the functions of a unidirectional (irreversible) pulse converter with matching and galvanic isolation of the input and output, as well as reduced ripples of external currents.

К недостаткам указанного устройства (аналога) относятся: узкие функциональные возможности из-за неспособности двунаправленного преобразования (необратимости конвертирования), а также неспособности выполнения функции инвертора синусоидального напряжения (даже однофазного), а также малая удельная мощность из-за отсутствия второго (трансреакторного) канала передачи мощности.The disadvantages of this device (analog) include: narrow functionality due to the inability of bidirectional conversion (irreversibility of conversion), as well as the inability to perform the function of an inverter of a sinusoidal voltage (even single-phase), as well as low specific power due to the absence of a second (transreactor) channel power transmission.

Из известных импульсных преобразователей напряжений наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является импульсный преобразователь напряжений (прототип), содержащий пару внешних выводов для подключения источника электропитания, несколько пар внешних выводов для подключения нескольких нагрузок постоянного напряжения зашунтированные фильтровыми конденсаторами, многообмоточный трансформатор с первичной и несколькими вторичными обмотками, многообмоточный реактор (трансреактор) с первичной и несколькими вторичными обмотками, электронный ключ, несколько шунтирующих диодов, несколько буферных конденсаторов в цепях соответствующих вторичных обмоток трансформатора и блок управления с цепями обратных связей по токам и напряжениями с импульсно-модуляторным выводом, подключенным к управляющему выводу электронного ключа (см. там же, стр. 64, Рис. 5).Of the known pulse voltage converters, the closest in technical essence to the proposed device is a pulse voltage converter (prototype), containing a pair of external terminals for connecting a power source, several pairs of external terminals for connecting several DC loads shunted by filter capacitors, a multi-winding transformer with primary and several secondary windings, multi-winding reactor (transreactor) with primary and several secondary windings, an electronic switch, several shunt diodes, several buffer capacitors in the circuits of the corresponding secondary windings of the transformer, and a control unit with current and voltage feedback circuits with a pulse-modulator output connected to the control terminal of the electronic switch (see ibid., p. 64, Fig. 5).

К недостаткам указанного известного устройства (прототипа) относятся те же перечисленные выше для аналога.The disadvantages of this known device (prototype) include the same ones listed above for the analogue.

Основным техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства за счет способности обратимого (двунаправленного) преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменного и взаимного преобразования двух постоянных напряжений разных уровней.The main technical result of the proposed utility model is to expand the functionality of the device due to the ability of reversible (bidirectional) conversion of direct voltage into three-phase alternating voltage and mutual conversion of two constant voltage of different levels.

К дополнительным результатам относятся: повышение КПД и удельной мощности устройства за счет сложения мощностей, передаваемых трансформатором и двухобмоточным реактором, а также повышение статической устойчивости каналов управления за счет дуально-разделенного регулирования выходных напряжений и потокосцеплений реактора с помощью введения регулируемой токоразмыкающей паузы в ШИМ-регуляторе.Additional results include: increasing the efficiency and specific power of the device due to the addition of the powers transmitted by the transformer and the double-winding reactor, as well as increasing the static stability of the control channels due to the dual-split regulation of the output voltages and flux linkages of the reactor by introducing an adjustable current-opening pause in the PWM controller .

Указанные результаты обеспечиваются благодаря тому, что в импульсный преобразователь напряжения, содержащий две основные пары внешних выводов для подключения источника электропитания и нагрузки постоянных напряжений, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, многообмоточный трансформатор с первичной и основной вторичной обмотками и с тремя вспомогательными вторичными обмотками, двухобмоточный реактор с первичной и вторичной обмоткам, первый и второй буферные конденсаторы, первый электронный ключей первый шунтирующий диод, а также блок управления с цепями обратных связей и с первым импульсно-модуляторным выводом, во-первых. ВВЕДЕНЫ первый рекуператорный диод, три дополнительных пары внешних выводов для подключения трехфазной нагрузки переменного напряжения, три циклоконвертора, состоящий каждый из пары двунаправленных управляемых вентилей и индуктивно-емкостного фильтра, причем блок управления СНАБЖЕН тремя группами релейно- сигнальных выводов, во-вторых, в него ВВЕДЕНЫ второй и третий электронные ключи, а блок управления СНАБЖЕН вторым и третьим импульсно-модуляторными выводами, в-третьих, в него ВВЕДЕНЫ четвертый электронный ключ и второй шунтирующий диод, а блок управления СНАБЖЕН четвертым импульсно-модуляторным выводом, а также ВВЕДЕН второй рекуперативный диод, в-четвертых, в него ВВЕДЕН выпрямитель и в-пятых, обмотки реактора включены встречно относительно разнополярных первых внешних выводов их основных пар.The indicated results are ensured due to the fact that a pulsed voltage converter contains two main pairs of external terminals for connecting a power supply and a constant voltage load, shunted by filter capacitors, a multi-winding transformer with primary and main secondary windings and with three auxiliary secondary windings, a double-winding reactor with primary and secondary windings, the first and second buffer capacitors, the first electronic switch first shunt diode, and that also a control unit with feedback circuits and with the first pulse-modulator output, firstly. The first recuperator diode, three additional pairs of external terminals for connecting a three-phase load of alternating voltage, three cycloconverters, each consisting of a pair of bi-directional controlled valves and an inductive-capacitive filter, are introduced, the control unit is equipped with three groups of relay-signal outputs, and secondly, it The second and third electronic keys are entered, and the control unit is equipped with the second and third pulse-modulator outputs, thirdly, the fourth electronic key and the second bypass are introduced into it the diode, and the control unit is SUPPLIED with the fourth pulse-modulator output, and the second regenerative diode is INPUT, fourthly, the rectifier is introduced into it and fifthly, the reactor windings are connected counterclockwise relative to the first opposite external leads of their main pairs.

Экспериментальные исследования лабораторного макета и имитационно-компьютерное моделирование предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.Experimental studies of the laboratory layout and computer simulation of the proposed device have confirmed its efficiency and the feasibility of wide industrial use.

На чертежах приведены силовая принципиальная схема (фиг. 1) и каналы управления (фиг. 2) предлагаемого импульсного преобразователя напряжений.The drawings show the power circuit diagram (Fig. 1) and control channels (Fig. 2) of the proposed pulse voltage converter.

Импульсный преобразователь напряжений содержит: две пары 1-2 и 3-4 внешних выводов для подключения источника электропитания и нагрузки постоянных напряжений, зашунтированные фильтровыми конденсаторами 5 и 6, многообмоточный трансформатор 7 с первичной обмоткой 8, основной вторичной обмоткой 9 и тремя вспомогательными вторичными обмотками 10, 11,12, двухобмоточный реактор (трансреактор) 13 с первичной и вторичной обмотками 14 и 15, первый и второй буферные конденсаторы 16 и 17, первый электронный ключ 18 и первый шунтирующий диод 19.The pulse voltage converter contains: two pairs of 1-2 and 3-4 external terminals for connecting a power source and a constant voltage load, shunted by filter capacitors 5 and 6, a multi-winding transformer 7 with a primary winding 8, a primary secondary winding 9 and three auxiliary secondary windings 10 , 11,12, a double winding reactor (transreactor) 13 with primary and secondary windings 14 and 15, the first and second buffer capacitors 16 and 17, the first electronic switch 18 and the first shunt diode 19.

Кроме этого устройство содержит блок управления 20 с цепями 21, 22, 23 обратных связей по внешним токам и напряжениям с первым импульсно-модуляторным выводом 24.In addition, the device contains a control unit 20 with circuits 21, 22, 23 feedback on external currents and voltages with the first pulse-modulator output 24.

Кроме перечисленного, устройство содержит первый рекуператорный диод 25, три дополнительных пары 26, 27, 28 внешних выводов устройства для подключения трехфазной нагрузки переменного напряжения и три однофазных циклоконвертора 29, 30 и 31. Каждый из циклоконвертеров состоит из пары двунаправленных управляемых вентилей 32-33, образующих стойку, и индуктивно-емкостного фильтра 34-35. При этом блок управления снабжен тремя группами релейно-сигнальных выводов 36, 37, 38.In addition to the above, the device contains a first recuperator diode 25, three additional pairs 26, 27, 28 of the external terminals of the device for connecting a three-phase AC voltage load and three single-phase cycloconverters 29, 30 and 31. Each of the cycloconverters consists of a pair of bi-directional controlled valves 32-33, forming a rack, and inductive-capacitive filter 34-35. In this case, the control unit is equipped with three groups of relay-signal outputs 36, 37, 38.

Устройство содержит также второй и третий электронные ключи 39 и 40, а блок управления снабжен также вторым и третьим импульсно-модуляторным выводами 41 и 42.The device also contains a second and third electronic keys 39 and 40, and the control unit is also equipped with a second and third pulse-modulator terminals 41 and 42.

Помимо указанного, устройство содержит четвертый электронный ключ 43 и второй шунтирующий диод 44, а блок управления также снабжен четвертым импульсно-модуляторным выводом 45. Кроме того устройство содержит второй рекуператорный диод 46 и трехфазный выпрямитель 47.In addition, the device contains a fourth electronic switch 43 and a second bypass diode 44, and the control unit is also equipped with a fourth pulse-modulator output 45. In addition, the device contains a second recuperator diode 46 and a three-phase rectifier 47.

Обмотки 14 и 15 двухобмоточного реактора 13 включены электромагнитно друг с другом (на общем магнитном сердечнике) встречно относительно разнополярных первых внешних выводов 1 и 3 устройства двух их основных пар 1-2 и 3-4 (на чертеже начало обмоток 14 и 15 отмечены кружками).The windings 14 and 15 of the double-winding reactor 13 are electromagnetically connected to each other (on a common magnetic core) counter to the opposite-polarity first external terminals 1 and 3 of the device of their two main pairs 1-2 and 3-4 (in the drawing, the beginning of the windings 14 and 15 are marked by circles) .

Каждый из первого и второго буферных конденсаторов 16 и 17 подключен своим первым выводом через соответствующую обмотку 14 и 15 реактора 13 к первому внешнему выводу 1 и 3 соответствующей их пары 1-2 и 3-4. Каждый из первого электронного ключа 18 и первого шунтирующего диода 19 шунтирует цепочку из последовательно между собой соединенных соответствующего буферного конденсатора 16 и 17 и соответствующей первичной и основной вторичной обмоток 8 и 9 трансформатора 7 и подключен через соответствующую обмотку 14 и 15 реактора 13 к внешнему выводу 1 и 3 соответствующей их пары 1-2 и 3-4. Первый рекуператорный диод 25 включен между первым внешним выводом 1 их пары 1-2 и вторым выводом первого буферного конденсаторов 16. Каждый из циклоконвертеров 29, 30, 31 включен между соответствующей вспомогательной вторичной обмоткой 10, 11,12 трансформатора 7 и соответствующей дополнительной парой внешних выводов. Индуктивно-емкостной фильтр 34-35 каждого циклоконвертора 29, 30, 31 включен своим входом между средними выводами стойки из управляемых вентилей 32-33 и соответствующей вспомогательной вторичной обмотки 10, 11, 12 трансформатора 7, а своим выходом - к соответствующей паре дополнительных внешних выводов 26,27,28. Каждый из второго т третьего электронных ключей 39 и 40 шунтирует соответствующую обмотку 14 и 15 реактора 13.Each of the first and second buffer capacitors 16 and 17 is connected by its first terminal through the corresponding winding 14 and 15 of the reactor 13 to the first external terminal 1 and 3 of their respective pairs 1-2 and 3-4. Each of the first electronic key 18 and the first shunt diode 19 shunts a chain of sequentially interconnected corresponding buffer capacitor 16 and 17 and the corresponding primary and main secondary windings 8 and 9 of the transformer 7 and is connected through an appropriate winding 14 and 15 of the reactor 13 to the external terminal 1 and 3 corresponding pairs of 1-2 and 3-4. The first recuperator diode 25 is connected between the first external terminal 1 of their pair 1-2 and the second terminal of the first buffer capacitors 16. Each of the cycloconverters 29, 30, 31 is connected between the corresponding auxiliary secondary winding 10, 11,12 of the transformer 7 and the corresponding additional pair of external terminals . The inductive-capacitive filter 34-35 of each cycloconverter 29, 30, 31 is connected by its input between the middle terminals of the rack from the controlled valves 32-33 and the corresponding auxiliary secondary winding 10, 11, 12 of the transformer 7, and by its output to the corresponding pair of additional external terminals 26.27.28. Each of the second t of the third electronic keys 39 and 40 shunts the corresponding winding 14 and 15 of the reactor 13.

Каждый из четвертого электронного ключа 43 и второго шунтирующего диода 44 шунтирует в обратном направлении первый шунтирующий диод 19 и первый электронный ключ 18 соответственно. Второй рекуператорный диод 46 включен между первым внешним выводом 3 второй их пары выводов 3-4 и вторым выводом второго буферного конденсатора 17. У трехфазного выпрямителя 47 выводы переменного тока подключены к дополнительным парам внешних выводов 26, 27, 28 а выводы выпрямленного напряжения - ко второй паре внешних выводов 3-4 устройства.Each of the fourth electronic key 43 and the second bypass diode 44 shunts in the reverse direction the first bypass diode 19 and the first electronic key 18, respectively. The second recuperator diode 46 is connected between the first external terminal 3 of their second pair of terminals 3-4 and the second terminal of the second buffer capacitor 17. For a three-phase rectifier 47, the AC terminals are connected to additional pairs of external terminals 26, 27, 28 and the rectified voltage terminals are connected to the second a pair of external terminals 3-4 devices.

В блоке управления 20 первый импульсно-модуляторный вывод 24 подключен к управляющему выводу первого электронного ключа 18, три группы 36, 37, 39 релейно-сигнальных выводом - к управляющим выводам вентилей 32, 33 циклоконвертеров 29, 30, 31, второй и третий импульсно-модуляторные выводы 41 и 42 - к управляющим выводам второго и третьего электронных ключей 39 и 40, четвертый импульсно-модуляторный вывод 45 к управляющему выводу четвертого электронного ключа 43.In the control unit 20, the first pulse-modulator output 24 is connected to the control terminal of the first electronic key 18, three groups of 36, 37, 39 relay-signal outputs are connected to the control terminals of the valves 32, 33 of the cycloconverters 29, 30, 31, the second and third pulse modulator outputs 41 and 42 to the control terminals of the second and third electronic keys 39 and 40, the fourth pulse-modulator output 45 to the control terminal of the fourth electronic key 43.

В качестве электронных ключей используются транзисторные ключи, а в качестве управляющих вентилей циклоконвертеров 29, 30, 31 - симисторы, встречно-парные тиристоры или транзисторные ключи.As electronic keys, transistor switches are used, and as control valves of cycloconverters 29, 30, 31 - triacs, on-pair thyristors or transistor switches.

Импульсный преобразователь напряжений работает следующим образом.The pulse voltage Converter operates as follows.

В исходном состоянии, к внешним выводам 1-2 подключен источник электропитания постоянного напряжения (например, 27В). К внешним выводам 3-4 подключена нагрузка постоянного напряжения (например, 270В) с возможностью рекуперации энергии в источник. К внешним выводам 27-27-28 подключена трехфазная нагрузка переменного синусоидального напряжения (например, 115/200В, 400 Гц) также с возможностью рекуперации энергии либо в фильтровый конденсатор 6 (звено постоянного напряжения), либо через него - далее в источник.In the initial state, a constant voltage power supply (for example, 27V) is connected to external terminals 1-2. External terminals 3-4 are connected to a constant voltage load (for example, 270V) with the possibility of energy recovery to the source. The external terminals 27-27-28 are connected to a three-phase load of an alternating sinusoidal voltage (for example, 115 / 200V, 400 Hz) also with the possibility of energy recovery either to the filter capacitor 6 (DC link), or through it to the source.

На импульсно-модуляторных выводах 41, 42, 45 формируются высокочастотные прямоугольные управляющие импульсы с постоянным периодом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) Тшим и регулируемой длительностью импульсов: tИ=γИ⋅Тшим, где γИ - коэффициент заполнения импульса.In pulse-modulatory conclusions 41, 42, 45 are formed by high-frequency rectangular control pulses with a constant period pulse width modulation (PWM) and T PWM-controlled pulse duration: t = γ AND AND PWM ⋅T where γ and - the pulse duty ratio.

Балластные конденсаторы 16 и 17 всегда заряжены по цепям: 5-14-16-8-5 и 6-9-17-15-6.Ballast capacitors 16 and 17 are always charged in chains: 5-14-16-8-5 and 6-9-17-15-6.

На произвольном периоде Тшим имеем последовательные три временных этапа: 1) этап нарастание полного потокосцепления ψ реактора 13 (dψ/dt>0); 2) этап приблизительного сохранения ψ (dψ/dt≈0) - «токозамыкающая пауза» и 3) этап частичного (или полного) спадания ψ (dψ/dt≤0). Рассмотрим эти этапы.On an arbitrary period T shim, we have successive three time stages: 1) the stage of increase in total flux linkage ψ of reactor 13 (dψ / dt>0); 2) the stage of approximate conservation of ψ (dψ / dt≈0) is the “current-closing pause” and 3) the stage of partial (or complete) decay of ψ (dψ / dt≤0). Consider these steps.

1. Этап dψ/dt>0. Происходит нарастание токов в цепях 5-14-включенный 18-5; 16-18-8-16; 9-6-15-17-9, обеспечивая зарядку фильтрового конденсатора 6. При этом буферные конденсаторы 16 и 17 частично разряжаются по указанным цепям.1. Stage dψ / dt> 0. There is an increase in currents in circuits 5-14-turned on 18-5; 16-18-8-16; 9-6-15-17-9, providing charging of the filter capacitor 6. In this case, the buffer capacitors 16 and 17 are partially discharged along the indicated circuits.

Одновременно производится питание фильтрового конденсатора 35 индуктивно-емкостного фильтра 34-35 в каждом из циклоконвертеров 29, 30, 31 по цепи: 10 - включенный вентиль 32-34-35-10. Заметим, что управляющий вентиль 32 включен в течение длительного времени - полупериода переменного синусоидального напряжения на внешних выводах 26.At the same time, the filter capacitor 35 of the inductive-capacitive filter 34-35 is supplied with power in each of the cycloconverters 29, 30, 31 along the circuit: 10 - valve 32-34-35-10 is turned on. Note that the control valve 32 is turned on for a long time - a half-period of an alternating sinusoidal voltage at the external terminals 26.

2. Этап dψ/dt≈0 («токозамыкающая пауза»). Одновременно выключается 18 и включаются 39 и 40. Происходит приблизительное сохранение токов в индуктивно-связанных контурах: 14-39-14, 8-25-5-8 (рекуперация энергии индуктивности рассеяния трансформатора 7); 15-40-15, 9-17-19-9 (частичная подзарядка 17 за счет энергии индуктивности рассеяния 9).2. Stage dψ / dt≈0 ("current-closing pause"). At the same time, 18 turns off and 39 and 40 turn on. The currents are approximately preserved in inductively coupled circuits: 14-39-14, 8-25-5-8 (energy recovery of the dissipation inductance of transformer 7); 15-40-15, 9-17-19-9 (partial recharging 17 due to the energy of the scattering inductance 9).

3. Этап dψ/dt≤0. Выключаются ключ 39 и 40. Происходит частичное (или полное) спадание токов в цепях: 14-16-25-14 с плавным переходом в цепь: 14-16-8-5-14 (зарядка 16 и размагничивание сердечника трансформатора 7); 15-46-17-15 и 9-17-19-9 (зарядка конденсатора 17). Одновременно производится питание фильтрового конденсатора 35 в каждом из циклоконвертеров 29, 30, 31 по цепи: 10-35-34-включенный вентиль 32-10. Далее все указанные процессы высокочастотно-периодически качественно повторяются, осуществляя питание нагрузок на выводах 3-4 и 26, 27, 28.3. Stage dψ / dt≤0. Key 39 and 40 are turned off. There is a partial (or complete) decay of currents in the circuits: 14-16-25-14 with a smooth transition to the circuit: 14-16-8-5-14 (charging 16 and demagnetization of the transformer core 7); 15-46-17-15 and 9-17-19-9 (charging capacitor 17). At the same time, power is supplied to the filter capacitor 35 in each of the cycloconverters 29, 30, 31 along the circuit: 10-35-34-included valve 32-10. Further, all these processes are repeated high-frequency periodically qualitatively, providing power to the loads at pins 3-4 and 26, 27, 28.

Рекуперация энергии из трехфазной нагрузки в источник питания и/или в звено постоянного напряжения (6) осуществляется через выпрямитель 47 передающий также реактивную составляющую мощности нагрузки.Energy recovery from a three-phase load to a power source and / or to a DC link (6) is carried out through a rectifier 47, which also transfers the reactive component of the load power.

При регулировании процессов с помощью ШИМ благодаря использованию «токозамыкающих пауз» помимо основного их назначения: существенного повышения КПД реактора («трансреактора») за счет снижения внутренней реактивной мощности, связанной с рекуперацией энергии индуктивностей рассеяния 13 и 7, значительно расширяется зона устойчивости замкнутой системы регулирования. Это объясняется наличием двух регулирующих параметров: tИ=γИ⋅Тшим и Δtпаузы, что в свою очередь, позволяет реализовать дуальное взаимовариантное (с заданной точностью до ε) регулирование выходного напряжения (U) и полного потокосцепления (ψ) реактора, ограниченного насыщением его магнитопровода.When regulating processes using PWM due to the use of “current-closing pauses”, in addition to their main purpose: to significantly increase the efficiency of the reactor (“transreactor”) by reducing the internal reactive power associated with the recovery of the energy of dissipation inductors 13 and 7, the stability zone of the closed control system is significantly expanded . This is due to the presence of the two control parameters: t = γ AND AND ⋅T PWM and Δt pause, which in turn enables to realize a dual vzaimovariantnoe (with a given accuracy ε) output voltage regulation (U) and total flux (ψ) of the reactor, bounded saturation of its magnetic circuit.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом импульсном преобразователе напряжений обеспечиваются основной технический результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет способности обратимого (двунаправленного) преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное и взаимного преобразования двух постоянных напряжений разных уровней, а также дополнительные результаты: повышение КПД и удельной мощности устройства за счет сложения мощностей, передаваемых трансформатором и двухобмоточным реактором, а также повышение статической устойчивости каналов управления за счет дуально-раздельного регулирования выходных напряжений и потокосцепления реактора с помощью введения регулируемой токозамыкающей паузы в широтно-импульсном регуляторе.Thus, in comparison with the prototype, the proposed pulse voltage converter provides the main technical result: expanding the functionality of the device due to the ability of a reversible (bidirectional) conversion of direct voltage to a three-phase variable and mutual conversion of two constant voltages of different levels, as well as additional results: increased efficiency and specific power of the device due to the addition of capacities transmitted by the transformer and double winding react Hur, and also increase the static stability of the control channels at the expense of separate dual-regulation of output voltage and flux of the reactor by introducing a controlled tokozamykayuschey pause in the pulse-width controller.

Claims (5)

1. Импульсный преобразователь напряжений, содержащий две основные пары внешних выводов для подключения источника электропитания и нагрузки постоянных напряжений, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, многообмоточный трансформатор с первичной обмоткой, основной вторичной обмоткой и тремя вспомогательными вторичными обмотками, двухобмоточный реактор с первичной и вторичной обмотками, первый и второй буферные конденсаторы, подключенные каждый своими первым выводом через соответствующую обмотку реактора к первому внешнему выводу соответствующей их пары, первый электронный ключ и первый шунтирующий диод, каждый из которых шунтирует цепочку из последовательно между собой соединенных соответствующего буферного конденсатора и соответствующей первичной и основной вторичной обмоток трансформатора и подключен через соответствующую обмотку реактора к внешним выводам соответствующей их пары, а также блок управления с цепями обратных связей по внешним токам и напряжениям и с первым импульсно-модуляторным выводом, подключенным к управляющему выводу первого электронного ключа, отличающийся тем, что в него введены первый рекуператорный диод, включенный между первым внешним выводом первой их пары и вторым выводом первого буферного конденсатора, три дополнительных пары внешних выводов устройства для подключения трехфазной нагрузки переменного напряжения, три однофазных циклоконвертора, включенных каждый между соответствующей вспомогательной вторичной обмоткой трансформатора и соответствующей дополнительной парой внешних выводов и состоящих каждый из двунаправленных управляемых вентилей, образующих стойку, шунтирующую крайние выводы вторичной обмотки и индуктивно-емкостного фильтра, включенного своим входом между средними выводами стойки и обмотки, а своим выходом - к соответствующей паре дополнительных внешних выводов, причем блок управления снабжен тремя группами релейно-сигнальных выводов, подключенных к управляющим выводам вентилей циклоконверторов.1. A pulse voltage converter containing two main pairs of external terminals for connecting a power supply and a constant voltage load, shunted by filter capacitors, a multi-winding transformer with a primary winding, a primary secondary winding and three auxiliary secondary windings, a double-winding reactor with primary and secondary windings, the first and second buffer capacitors, each connected with its first output through the corresponding winding of the reactor to the first external terminal to the corresponding pair, the first electronic switch and the first shunt diode, each of which shunts a chain of the corresponding buffer capacitor and the corresponding primary and main secondary windings of the transformer connected in series and connected through the corresponding winding of the reactor to the external terminals of the corresponding pair, as well as the unit control with feedback circuits for external currents and voltages and with the first pulse-modulator output connected to the control output of the first electronic dongle, characterized in that the first recuperator diode is inserted into it, connected between the first external terminal of their first pair and the second terminal of the first buffer capacitor, three additional pairs of external terminals of the device for connecting a three-phase AC voltage load, three single-phase cycloconverters, each connected between the corresponding auxiliary secondary winding of the transformer and the corresponding additional pair of external terminals and each consisting of bidirectional controlled valves, about identifying the rack, shunting the extreme terminals of the secondary winding and the inductive-capacitive filter, connected by its input between the middle terminals of the rack and winding, and by its output - to the corresponding pair of additional external terminals, and the control unit is equipped with three groups of relay-signal outputs connected to the control terminals valves of cyclo-converters. 2. Импульсный преобразователь напряжений по п. 1, отличающийся тем, что в него введены второй и третий электронные ключи, шунтирующие каждый соответствующую обмотки реактора, а блок управления снабжен вторым и третьим импульсно-модуляторными выводами 41 и 42, подключенными к управляющим выводам второго и третьего электронных ключей.2. The pulse voltage converter according to claim 1, characterized in that the second and third electronic switches are inserted into it, shunting each corresponding winding of the reactor, and the control unit is equipped with a second and third pulse-modulator terminals 41 and 42 connected to the control terminals of the second and third electronic keys. 3. Импульсный преобразователь напряжений по п. 1, отличающийся тем, что в него введены четвертый электронный ключ и второй шунтирующий диод, каждый из которых шунтирует в обратном направлении первый шунтирующий диод и первый электронный ключ, соответственно, а блок управления снабжен четвертым импульсно-модуляторным выводом, подключенным к управляющему выводу четвертого электронного ключа, а также введен второй рекуперативный диод, включенный между первым внешним выводом второй их пары и вторым выводом второго буферного конденсатора.3. The pulse voltage converter according to claim 1, characterized in that a fourth electronic switch and a second bypass diode are inserted into it, each of which shunts the first bypass diode and the first electronic switch, respectively, and the control unit is equipped with a fourth pulse-modulator the output connected to the control terminal of the fourth electronic key, and also introduced a second regenerative diode connected between the first external terminal of the second pair and the second terminal of the second buffer capacitor. 4. Импульсный преобразователь напряжений по п. 1, отличающийся тем, что в него введен трехфазный выпрямитель, у которого выводы переменного тока подключены к дополнительным парам внешних выводов, а выводы выпрямленного напряжения - ко второй паре внешних выводов устройства.4. The pulse voltage converter according to claim 1, characterized in that a three-phase rectifier is introduced into it, in which the AC terminals are connected to additional pairs of external terminals, and the rectified voltage terminals to a second pair of external terminals of the device. 5. Импульсный преобразователь напряжений по п. 1, отличающийся тем, что обмотки двухобмоточного реактора электромагнитно включены друг с другом встречно относительно разнополярных первых внешних выводов двух их основных пар.5. The pulse voltage converter according to claim 1, characterized in that the windings of the double-winding reactor are electromagnetically connected to each other in opposite directions with respect to the different-polar first external terminals of their two main pairs.
RU2018122493U 2018-06-20 2018-06-20 Switching voltage converter RU184367U9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122493U RU184367U9 (en) 2018-06-20 2018-06-20 Switching voltage converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122493U RU184367U9 (en) 2018-06-20 2018-06-20 Switching voltage converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU184367U1 RU184367U1 (en) 2018-10-24
RU184367U9 true RU184367U9 (en) 2018-11-22

Family

ID=63923328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122493U RU184367U9 (en) 2018-06-20 2018-06-20 Switching voltage converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU184367U9 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU705626A1 (en) * 1977-09-16 1979-12-25 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Static converter
GB2324210A (en) * 1997-04-10 1998-10-14 Api Technology Co Ltd Constant voltage clamping forward conversion switching power supply
RU167948U1 (en) * 2016-09-16 2017-01-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Transformer Pulse Converter
RU174024U1 (en) * 2016-12-21 2017-09-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Push-pull transformer pulse converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU705626A1 (en) * 1977-09-16 1979-12-25 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Static converter
GB2324210A (en) * 1997-04-10 1998-10-14 Api Technology Co Ltd Constant voltage clamping forward conversion switching power supply
RU167948U1 (en) * 2016-09-16 2017-01-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Transformer Pulse Converter
RU174024U1 (en) * 2016-12-21 2017-09-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Push-pull transformer pulse converter

Also Published As

Publication number Publication date
RU184367U1 (en) 2018-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Siwakoti et al. A-source impedance network
Li et al. Generalized averaging modeling and control strategy for three-phase dual-active-bridge DC-DC converters with three control variables
Cui et al. Two phase interleaved ISOP connected high step down ratio phase shift full bridge DC/DC converter with GaN FETs
RU172182U1 (en) Switching voltage converter
RU2681839C1 (en) Independent electric supply system
Surya et al. Cuk converter as an efficient driver for LED
Nagesha et al. Simulation and hardware implementation of 24 watt multiple output Flyback converter
Samende et al. Power loss analysis of a multiport DC–DC converter for DC grid applications
RU184367U9 (en) Switching voltage converter
RU174024U1 (en) Push-pull transformer pulse converter
RU190083U1 (en) DC Pulse Frequency Converter
RU167948U1 (en) Transformer Pulse Converter
RU175512U1 (en) Switching frequency converter with DC link
Sorokin et al. Universal mathematical model of single-phase DC-DC bridge converter for different control algorithms
RU2361264C2 (en) Method of ac voltage control
RU2717966C1 (en) Static voltage converter
Ahmad et al. A novel DC-to-AC controlled multi-level inverter
RU63620U1 (en) DC / DC Converter
RU183854U1 (en) Half-bridge square-wave inverter with transformer-cycloconverter frequency divider
Seo et al. Half-bridge submodule test circuit for MMC-based voltage sourced HVDC system
Kavya et al. Matlab/Simulink based closed loop operation of semi-dual active bridge DC-DC converter
Vinh et al. Highly Efficient step-up Boost-Flyback coupled magnetic integrated converter for photovoltaic energy
Jagan et al. Reduced capacitor stress one switched-inductor improved Z-source inverter
Steenbock et al. Design, Simulation, and Construction of a Three-Phase Grid Converter with Two Switchable Semiconductor Valves
Bajpai An Internship report on Modeling and Control of DC-DC Converters

Legal Events

Date Code Title Description
TH91 Specification republication (utility model)