RU192844U1 - Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности - Google Patents
Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности Download PDFInfo
- Publication number
- RU192844U1 RU192844U1 RU2018126502U RU2018126502U RU192844U1 RU 192844 U1 RU192844 U1 RU 192844U1 RU 2018126502 U RU2018126502 U RU 2018126502U RU 2018126502 U RU2018126502 U RU 2018126502U RU 192844 U1 RU192844 U1 RU 192844U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- diodes
- phase
- group
- transistors
- 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
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/25—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only arranged for operation in series, e.g. for multiplication of voltage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий входные клеммы 1, 2, 3 подключения к фазам переменного тока, к каждой из которых последовательно подключены датчик 4, 5, 6 фазного входного напряжения и датчик 10, 11, 12 фазного тока, три верхних 17, 19, 21 и три нижних 27, 29, 31 силовых транзисторов, девять силовых диодов тремя группами по три силовых диода: первая верхняя группа 13, 14, 15, вторая верхняя группа 16, 18, 20, третья нижняя группа 37, 38, 39 силовых диодов, верхний и нижний фильтровые конденсаторы 22, 23, две выходные клеммы 24, 25, блок 33 управления и нулевую клемму 32. С силовыми выходами датчиков 4-6, 10-12 связаны диоды 16, 18, 20 первой верхней группы, три верхних транзистора 17, 19, 21 и три нижних транзистора 27, 29, 31, связанных с общей точкой конденсаторов 22, 23, а также связаны через вторую верхнюю группу силовых диодов 13-15 и третью нижнюю группу диодов 37-39 с клеммами 24, 25 нагрузки постоянного тока, причем диоды 16, 18, 20 второй верхней группы подключенны катодами к коллекторам верхних транзисторов 17, 19, 21, эмиттеры которых соединены с общей точкой конденсаторов 22, 23, катоды первой группы диодов 13-15 соединены с положительными клеммой 24 и выводом верхнего конденсатора 22, а аноды третьей нижней стойки силовых диодов 37-39 подключены к отрицательным клемме 25 и выводу нижнего конденсатора 23. Преобразователь выполнен с тремя верхними фазными дросселями 7, 8, 9 и тремя нижними фазными дросселями 34, 35, 36, с четвертой нижней группой силовых диодов 26, 28, 30, при этом выходы датчиков 4-6, 10-12 через верхние фазные дроссели 7-9 подключены к соотвествующим анодам диодов 16, 18, 20, 13-15 первой и второй верхней группы, а через нижние фазные дроссели 34-35 подключены к эмиттерам нижних транзисторов 27, 29, 31 и катодам диодов 37-39 третьей нижней группы, средства управления выполнены в виде блока 33 управления, информационные входы которого связаны с датчиками 4-6, 10-12 напряжения и тока в фазах, а управляющие выходы - с управляющими входами (базой-эмиттер) силовых транзисторов 17, 19, 21, 27, 29, 31. В результате реализуется формирование в каждой фазе однонаправленного тока через транзисторы 17, 19, 21, 27, 29, 31 с образованием мостового выпрямителя из силовых диодов 13-15 второй верхней группы и силовых диодов 37-39 третьей нижней группы. Достигается снижение потерь мощности за счет снижения обратного напряжения и снижение длительности протекания силового тока через группы силовых диодов, и уменьшение себестоимости устройства.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, включая силовую преобразовательную технику, и предназначена для питания нагрузок постоянного тока от автономных или общесетевых источников трехфазного переменного тока с повышенным коэффициентом мощности.
Известен трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности, содержащий три входные фазные клеммы, подключенных к началам обмоток трех входных дросселей, шесть силовых транзисторов, управление которых соединено с выходами блока управления, трехфазный мостовой выпрямитель, выходы которого подключены к стойке силовых конденсаторов и к выходным клеммам устройства (RU 2449460).
Недостатком указанного известного устройства является то, что к силовым диодам трехфазного мостового выпрямителя и к силовым транзисторам в закрытом состоянии прикладывается относительно высокое напряжение, равное выходному напряжению преобразователя. Данное обстоятельство вынуждает использовать силовые диоды с повышенным допустимым значением обратного напряжения, а силовые транзисторы с повышенным допустимым напряжением в закрытом состоянии, которые имеют сравнительно высокие потери мощности, как при протекании силового тока, так и во время коммутации, а также относительно высокую себестоимость. Данные факторы определяют сравнительно высокие потери мощности и себестоимость преобразователя в целом. При этом повышенные потери мощности требуют более эффективную систему охлаждения, что также оказывает влияние на повышение себестоимость устройства.
Известен многофазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности, содержащий «m» входных фазных выводов для подключения «m»-фазного источника переменного тока, два разнополярных выходных вывода для подключения нагрузки постоянного тока и заземленные нейтральный входной и среднепотенциальный выходной выводы, «m» входных фильтровых конденсаторов, соединенных между собой в «звезду», шунтирующую входные фазные выводы, «m» балластных дросселей, двухконденсаторную фильтровую стойку с заземленным средним выводом, шунтирующую выходные выводы, «m»-фазный управляемый мостовой выпрямитель с выходными выводами постоянного тока, зашунтированными крайними выводами фильтра, «m» электронных ключей переменного тока и блок управления с цепями обратных связей, имеющими датчики входных и выходных напряжений и датчики входных токов, и с «m»-фазной группой основных выходных выводов, подключенных к управляющим выводам электронных ключей переменного тока, каждый из которых своими силовыми выводами включен между заземленным выходным выводом устройства и соответствующим фазным выводом переменного тока выпрямительного моста, подключенным через соответствующий балластный дроссель к соответствующему входному фазному выводу устройства, в который введены «2m» снабберных узлов, состоящих каждый из диодно-конденсаторной цепочки, шунтирующей соответствующее плечо мостового выпрямителя, разнонаправленной диодно-ключевой стойки, заземляющей средний вывод указанной цепочки, и дроссель, включенный между средним выводом диодно-ключевой стойки и соответствующим выводом постоянного тока мостового выпрямителя, плечи которого состоят из запираемых по управлению электронных ключей, а блок управления снабжен двумя «2m»-фазными группами дополнительных выходных выводов, подключенных к управляющим выводам ключей снабберных узлов и ключей мостового выпрямителя соответственно (RU 163741).
Недостатком указанного известного устройства является то, что к диодам мостового выпрямителя в обратном направлении прикладывается относительно высокое напряжение, равное выходному напряжению преобразователя. Данное обстоятельство вынуждает использовать диоды с повышенным допустимым значением обратного напряжения, которые имеют сравнительно высокие потери мощности, как при протекании силового тока, так и во время коммутации, а также относительно высокую себестоимость. В результате это определяют сравнительно высокие потери мощности и себестоимость преобразователя в целом. При этом повышенные потери мощности требуют более эффективную систему охлаждения, что также оказывает влияние на повышение себестоимость устройства.
Наиболее близким к предложенному устройству является трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий входные клеммы подключения к фазам переменного тока, к каждой из которых последовательно включены датчик фазного входного напряжения и датчик фазного тока, три верхних и три нижних транзистора, девять силовых диодов, включенных в фазы двумя верхними группами и одной нижней группой по три силовых диода, два последовательно соединенных фильтровых конденсаторов, две выходные клеммы, средства управления включением транзисторов и нулевую клемму, при этом с силовыми выходами датчиков связаны через силовые диоды первой верхней группы три пары верхних и нижних транзисторов, связанных с общей точкой фильтровых конденсаторов, а также связаны через вторую верхнюю и третью нижнюю группу силовых диодов с выходными клеммами подключения к нагрузке постоянного тока, которые соединены с выводами фильтровых конденсаторов для формирования в каждой фазе однонаправленного тока через транзисторы и образованием мостового выпрямителя из двух диодов в каждой фазе. (Мелешин В. И., Овчинников Д. А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. М. 2011, Техносфера, с. 43, рис. 2.4, прототип).
Недостатком указанного устройства является невысокий КПД, обусловленный повышенными потерями мощности при одновременном протекании тока по последовательно соединенным диодам (например, VD1 и VD7 или VD3 и VD8 или VD5 и VD9 или т.п.), после перехода транзисторов VT1…VT6 в закрытое состояние.
Технической проблемой, разрешаемой настоящим техническим решением, является создание эффективного трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности, и расширение арсенала трехфазных преобразователей переменного тока в постоянный
Техническим результатом полезной модели является повышение КПД за счет снижения потерь мощности благодаря снижению обратного напряжения и снижению длительности протекания силового тока через группы силовых диодов, и уменьшение себестоимости устройства, позволяющего применять силовые диоды выпрямителя с меньшими номинальными значениями допустимого обратного напряжения.
Сущность полезной модели заключается в том, что трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный содержит входные клеммы подключения к фазам переменного тока, к каждой из которых последовательно включены датчик фазного входного напряжения и датчик фазного тока, три верхних и три нижних силовых транзисторов, девять силовых диодов, связанных с фазами, тремя группами по три силовых диода: первая и вторая верхняя группа, третья нижняя группа силовых диодов, два последовательно соединенных фильтровых конденсатора, две выходные клеммы, средства управления включением транзисторов в виде блока управления и нулевую клемму (общую точку), при этом с силовыми выходами датчиков связаны силовые диоды первой верхней группы, три верхних и три нижних силовых транзистора, связанных с общей точкой фильтровых конденсаторов, а также связаны через вторую верхнюю и третью нижнюю группу силовых диодов с выходными клеммами подключения к нагрузке постоянного тока, причем силовые диоды второй верхней группы подключенны катодами к соотвествующим коллекторам верхних силовых транзисторов, эмиттеры которых соединены с общей точкой фильтровых конденсаторов, катоды первой верхней группы силовых диодов соединены с положительными выходной клеммой и выводом первого конденсатора, а аноды третьей нижней стойки силовых диодов подключены к отрицательным выходной клемме и выводу второго конденсатора, трехфазный преобразователь снабжен тремя верхними фазными дросселями и тремя нижними фазными дросселями, четвертой нижней группой силовых диодов, при этом силовые выходы датчиков через верхний фазные дроссели подключены к соотвествующим анодам силовых диодов первой и второй верхней группы, а через нижние фазные дроссели подключены к соотвествующим эмиттерам нижних силовых транзисторов и катодам силовых диодов третьей нижней группы, средства управления включением силовых транзисторов выполнены в виде блока управления с микропроцессором и компонентами согласования, информационные входы которого связаны с датчиками напряжения и тока в фазах, а управляющие выходы - с управляющими входами (базой-эмиттер) силовых транзисторов.
Предпочтительно, силовые диоды третьей нижней группы анодами подключены к нулевой клемме и общей точке фильтровых конденсаторов, катодами соединены с соотвествсвующими коллекторами нижних силовых транзисторов.
На чертеже фиг. 1 изображена схема трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный, на фиг. 2 - графики параметров тока трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный по фиг. 1.
Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий входные клеммы 1, 2, 3 подключения к фазам переменного тока, к каждой из которых последовательно подключены соответствующий датчик 4, 5, 6 фазного входного напряжения и соответствующий датчик 10, 11, 12 фазного тока, три верхних (здесь и далее: верхние элементы - это те элеметны схемы, которые связаны с положительной клеммой постоянного тока, нижние - связаны с отрицательной клеммой постоянного тока) 17, 19, 21 и три нижних 27, 29, 31 силовых биполярных транзисторов, девять силовых диодов, связанных с фазами, тремя группами по три силовых диода: первая верхняя группа 13, 14, 15, вторая верхняя группа 16, 18, 20, третья нижняя группа 37, 38, 39 силовых диодов, два последовательно соединенных фильтровых конденсатора 22, 23, две выходные клеммы 24, 25, средства управления включением транзисторов в виде блока 33 управления и нулевую клемму (общую точку) 32.
С силовыми выходами датчиков 4-6, 10-12 связаны силовые диоды 16, 18, 20 первой верхней группы, три верхних силовых транзистора 17, 19, 21 и три нижних силовых транзистора 27, 29, 31, связанных с общей точкой фильтровых конденсаторов 22, 23, а также связаны через вторую верхнюю группу силовых диодов 13-15 и третью нижнюю группу силовых диодов 37-39 с выходными клеммами 24, 25 подключения к нагрузке постоянного тока, причем силовые диоды 16, 18, 20 второй верхней группы подключении катодами к соотвествующим коллекторам верхних силовых транзисторов 17, 19, 21, эмиттеры которых соединены с общей точкой фильтровых конденсаторов 22, 23, катоды первой группы силовых диодов 13-15 соединены с положительными выходной клеммой 24 и выводом верхнего конденсатора 22, а аноды третьей нижней стойки силовых диодов 37-39 подключены к отрицательным выходной клемме 25 и выводу нижнего конденсатора 23. В результате реализуется формирование в каждой фазе однонаправленного тока через силовые транзисторы 17, 19, 21, 27, 29, 31 с образованием мостового выпрямителя из силовых диодов 13-15 второй верхней группы и силовых диодов 37-39 третьей нижней группы.
Преобразователь выполнен с тремя верхними фазными дросселями 7, 8, 9 и тремя нижними фазными дросселями 34, 35, 36, с четвертой нижней группой силовых диодов 26, 28, 30, при этом силовые выходы датчиков 4-6, 10-12 через верхний фазные дроссели 7-9 подключены к соотвествующим анодам силовых диодов 16, 18, 20, 13-15 первой и второй верхней группы, а через нижние фазные дроссели 34-35 подключены к соотвествующим эмиттерам нижних силовых транзисторов 27, 29, 31 и катодам силовых диодов 37-39 третьей нижней группы, средства управления включением силовых транзисторов 17, 19, 21, 27, 29, 31 выполнены в виде блока 33 управления с микропроцессором и компонентами согласования (не изображены), информационные входы которого связаны с датчиками 4-6, 10-12 напряжения и тока в фазах, а управляющие выходы - с управляющими входами (базой-эмиттер) силовых транзисторов 17,19,21, 27,29, 31.
Силовые диоды 26, 28, 30 третьей нижней группы анодами подключены к нулевой клемме 32 и общей точке фильтровых конденсаторов 22, 23, катодами соединены с соотвествсвующими коллекторами нижних силовых транзисторов 27, 29,31.
Блок 33 управления выполнен с возможностью обрабатывать шесть аналоговых сигналов с датчиков напряжения и тока, преобразовывать аналоговые сигналы в цифровую информацию, производить обработку цифровой информации посредством установленной на нем программы и формировать выходные сигналы на выходах для управления шестью силовыми транзисторами 17, 19, 21, 27, 29, 31.
Все перечисленное оборудование устройства размещено в общем корпусе и объединено монтажной (установочной) стойкой и электрическими проводами.
На фиг. 2 обозначены: u - мгновенное значение напряжения, i - мгновенное значение тока, t - текущее значение времени, Т - период колебаний входного напряжения.
Предлагаемый трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный устройство работает следующим образом.
При работе преобразователя микропроцессором блока 33 могут быть реализованы три способа управления:
-релейный (гистерезисный) способ управления, при котором задают максимальную и минимальную границу для управляемой переменной (в рассматриваемом случае входной ток);
- широтно-импульсный способ управления, при котором управляемую переменную (входной ток) изменяют с переменной шириной при постоянной частоте;
-частотно-импульсный способ управления, при котором управляемую переменную (входной ток) изменяют по ширине импульса или паузы при непостоянной частоте.
Остальные типы управления вытекают из этих способов и носят частный вид. Указанные способы управления имеют универсальный характер и применяют во всех возможных типах преобразователей: в инверторах, конверторах, преобразователях частоты, управляемых выпрямителях и т.п.
Ниже изложено описание работы при использовании микропроцессором блока 33 релейного (гистерезисного) способа управления, который является основным для данного устройства.
Полная мощность цепи переменного тока трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный векторно складывается из суммы активной мощности и реактивной мощности. Коэффициент мощности равен отношению активной мощности постоянного тока на выходных клеммах 24, 25 к полной мощности входного трехфазного синусоидального напряжения переменного тока на входных клеммах 1, 2, 3, следовательно, чем меньше реактивная мощность, тем выше коэффициент мощности трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный. Причем чем ближе форма кривой входного тока к форме кривой входного напряжения, тем меньше реактивная мощность устройства.
Пусть на интервале времени от 0 до Т/2 (фиг. 2), где Т период входного фазного напряжения, на входную клемму 1 поступает положительное входное фазное напряжение uвх1, текущее значение которого датчик 4 передает на блок 33 управления. Микропроцессор блока 33 управления преобразовывает аналоговый сигнал обратной связи датчика 4 в цифровой, на основании которого программные средства синтезируют в цифровом виде кривые максимального imax и минимального imin граничного значения входного тока.
На интервале времени от 0 до t11 блок 33 управления формирует положительный выходной сигнал управления uупр17 (фиг. 2), под действием которого силовой транзистор 17 переходит в открытое состояние. При этом силовой ток протекает по цепи:
- входная фазная клемма 1 - датчик 10 входного тока - верхний фазный дроссель 7 - силовой диод 16 - силовой транзистор 17 - входная нулевая клемма 32. В результате происходит рост входного фазного тока:
где и u16 и u17 - падение напряжения на силовых диоде 16 и транзисторе 17.
Одновременно датчик 10 передает текущее значение входного фазного тока iвх1 на блок 33 управления. Микропроцессор блока 33 управления преобразовывает аналоговый сигнал обратной связи датчика 10 в цифровой, на основании которого программыми средствами сравнивают его с кривой imax. Когда входной фазный ток iвх1 достигает положительного значения кривой imax (момент времени t11, фиг. 2), блок 33 управления снимает положительный сигнал управления uупр17, в следствие чего силовой транзистор 17 переходит в закрытое состояние. При этом силовой ток протекает по цепи:
-входная фазная клемма 1 - датчик входного тока 10 - верхний фазный дроссель 7 - силовой диод 13 - силовой конденсатор 22 - входная нулевая клемма 32. В результате происходит заряд конденсатора 22 и спад входного тока iвх1.Когда входной фазный ток спадает до положительного значения кривой imin (момент времени t12), блок 33 управления вновь формирует положительный сигнал управления uупр17 (фиг. 2), под действием которого силовой транзистор 17 переходит в открытое состояние. При этом силовой ток протекает по цепи:
- входная фазная клемма 1 - датчик входного тока 10 - верхний фазный дроссель 7 - силовой диод 16 - силовой транзистор 17 - входная нулевая клемма 32.
В результате происходит рост входного фазного тока согласно выражению (1).
Когда входной ток iвх1 вновь достигает положительного значения кривой imax (момент времени t13, блок 33 управления снимает положительный сигнал управления uупр17, а силовой транзистор 17 переходит в закрытое состояние и далее электрические процессы в устройстве качественно повторяются.
На интервале времени от Т/2 до Т, на входную клемму 1 поступает отрицательное входное фазное напряжение uвх1 (фиг. 2). При этом на интервале времени от Т/2 до t21 блок 33 управления формирует положительный сигнал управления uупр27, под действием которого силовой транзистор 27 переходит в открытое состояние и силовой ток протекает по цепи:
- входная нулевая клемма 32 - силовой диод 26 - силовой транзистор 27 - нижний фазный дроссель 36 - датчик входного тока 10 - входная фазная клемма 1.
В результате происходит рост по абсолютной величине входного фазного тока:
где u26 и u27 - падение напряжения на силовых диоде 26 и транзисторе 27.
Когда входной фазный ток iвх1 (фиг. 2) достигает отрицательного значения кривой imax (момент времени t21), блок управления снимает положительный сигнал управления Uynp27, под действием чего силовой транзистор 27 переходит в закрытое состояние. При этом силовой ток протекает по цепи:
- входная нулевая клемма 32 - силовой конденсатор 23 - силовой диод 39 - нижний фазный дроссель 36 - датчик входного тока 10 - входная фазная клемма 1.
В результате происходит заряд силового конденсатора 23 и спад по абсолютной величине входного тока iвх1.
Когда входной ток iвх1 достигает отрицательного значения кривой imin (момент времени t22), блок управления 33 формирует положительный сигнал управления uупр27 (фиг. 2), под действием которого силовой транзистор 27 переходит в открытое состояние. При этом силовой ток протекает по цепи:
- входная нулевая клемма 32 - силовой диод 26 - силовой транзистор 27 - нижний фазный дроссель 36 - датчик входного тока 10 - входная фазная клемма 1.
В результате происходит рост по абсолютной величине входного фазного тока согласно выражению (2).
Когда входной ток iвх1 вновь достигает отрицательного значения кривой imax (момент времени t23), блок 33 управления снимает положительный сигнал управления uупр27, под действием чего силовой транзистор 27 переходит в закрытое состояние и далее электрические процессы в устройстве качественно повторяются до момента времени Т. Следует отметить, что на интервале времени от T до Т/2 блок 33 не формирует сигналы управления силовым транзистором 17.
Таким образом, входной фазный ток iвх1 принимает форму кривой, близкую к форме кривой входного напряжения, что обеспечивает повышенный коэффициент мощности предлагаемого устройства.
Аналогичным образом формируется входной ток и на других фазах устройства. При этом блок 33 управления может реализовать любые запрограммированные способы формирования выходных сигналов управления силовыми транзисторами 17, 19, 21, 27, 29, 31.
Анализ электрических процессов в предлагаемом устройстве посредством метода эквивалентных схем с использованием аппарата теории электрических цепей (уравнений Киргофа и мотода контурных токов) показал, что максимальное обратное напряжение к силовым диодам 13-15 первой верхней группы прикладывается, когда входное напряжение на входных клеммах 1-3 имеет отрицательные значения, а максимальное обратное напряжение к силовым диодам 37-39 третьей нижней группы прикладывается, когда входное напряжение на входных клеммах 1-3 имеет положительные значения. При этом, например, максимальное обратное напряжение на силовом диоде 13 можно найти из контура:
- входная клемма 1 - датчик тока 10 - верхний фазный дроссель 7 - силовой диод 13 - силовой конденсатор 22 - входная нулевая клемм 32, посредством следующего выражения:
где u7 - падение напряжения на верхнем фазном дросселе 7;
u13 - падение напряжения на силовом диоде 13;
u22 - напряжения на силовом конденсаторе 22.
Согласно описанному алгоритму действия в предлагаемом устройстве при отрицательных значениях входного фазного напряжения, поступающего на входную фазную клемму 1, ток через верхний фазный дроссель 7 не протекает, соотвестственно падение напряжения на нем равно нулю. С учетом данного фактора из выражения (3) находим падения напряжения на силовом диоде 13:
Согласно принятому условию, что входное фазное напряжение имеет отрицительные значения, то из выражения (4) видно, что к силовому диоду 13 прикладывается отрицательное напряжение, т.е. в обратном направлении. При этом входное фазное напряжение имеет максимальное значение равное амплитуде UАмп а напряжение на конденсаторе равно половине напряжения нагрузки Uн. В связи с этим из выражения (4) можно найти максимальное обратное напряжение, которое прикладывается к силовому диоду 13:
В предлагаемом устройстве напряжение нагрузки через коэффициент К повышения выходного напряжения связано с амплитудным значением входного фазного напряжения следующим выражением:
После подстановки UАмп из выражения (6) в (5) и преобразования получаем максимальное значения обратного напряжения, прикладываемого к диоду 13:
Аналогичные максимальные значения обратного напряжения получаем для силовых диодов 14, 15 и 37…39.
Как видно из выражения (7), с ростом коэффициента К максимальное обратное напряжение на силовых диодах стремиться к величине равной половине напряжения нагрузки.
Таким образом, по сравнению с прототипом, в котором, например, ток силовых диодов D7…D12 протекает непрерывно в течение всего соответствующего полупериода, в предлагаемом устройстве ток через аналогичные диоды 16, 18, 20, 26, 28, 30 протекает только в то время, когда открыт силовой транзистор, что, за счет уменьшения длительности протекания силового тока снижает в них потери мощности и соответственно повышает КПД устройства.
По сравнению с прототипом вышеописанные факторы позволяют снизить максимальное значение обратного напряжения на силовых диодах 13-15 и 37-39 преобразователя, благодаря чему в предлагаемом устройстве можно использовать относительно низковольтные силовые полупроводниковые диоды, которые имеют малые потери мощности как при протекании силового тока, так и во время коммутации, а также относительно невысокую себестоимость.
При этом по сравнению с прототипом, силовые диоды 16, 18, 20 верхней второй группы имеет меньшую длительность протекания силового тока, которая определена только открытым состоянием соответствующего силового транзистора 17, 19, 21, что обуславливает меньшие потери мощности в данных силовых диодах.
Из вышеизложенного следует, что предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом обеспечивает технический результат: повышение КПД и снижение себестоимости устройства за счет нового схемотехнического решения, которое позволяет применять силовые диоды выпрямителя с меньшими паспортными значениями допустимого максимального обратного напряжения и меньшей длительностью протекания силового тока. При этом пониженные потери мощности требуют менее эффективную систему охлаждения, что также оказывает влияние на снижение себестоимости заявляемого устройства.
Предлагаемый трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный можно использовать в трехфазных корректорах мощности, в источниках бесперебойного питания и в других устройствах, к которым предъявляют повышенные требования к коэффициенту мощности, КПД и себестоимости изделия.
Экспериментальные исследования лабораторного макета устройства трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный и компьютерное моделирование подтвердили работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования данного устройства. При этом был изготовлен и успешно испытан опытный образец предлагаемого устройства, выполненный в виде конструктивно единого законченного узла.
Claims (2)
1 Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий входные клеммы подключения к фазам переменного тока, к каждой из которых последовательно включены датчик фазного входного напряжения и датчик фазного тока, три верхних и три нижних силовых транзисторов, девять силовых диодов, связанных с фазами, тремя группами по три силовых диода: первая и вторая верхняя группа, третья нижняя группа силовых диодов, последовательно соединенные фильтровые верхний и нижний конденсаторы, две выходные клеммы, средства управления включением транзисторов в виде блока управления и нулевую клемму, при этом с силовыми выходами датчиков связаны силовые диоды первой верхней группы, три верхних и три нижних силовых транзистора, связанных с общей точкой фильтровых конденсаторов, а также связаны через вторую верхнюю и третью нижнюю группу силовых диодов с выходными клеммами подключения к нагрузке постоянного тока, причем силовые диоды второй верхней группы подключены катодами к соответствующим коллекторам верхних силовых транзисторов, эмиттеры которых соединены с общей точкой фильтровых конденсаторов, катоды первой верхней группы силовых диодов соединены с положительными выходной клеммой и выводом верхнего конденсатора, а аноды третьей нижней группы силовых диодов подключены к отрицательным выходной клемме и выводу нижнего конденсатора, отличающийся тем, что он снабжен тремя верхними фазными дросселями и тремя нижними фазными дросселями, четвертой нижней группой силовых диодов, при этом силовые выходы датчиков через верхний фазные дроссели подключены к соответствующим анодам силовых диодов первой и второй верхней группы, а через нижние фазные дроссели подключены к соответствующим эмиттерам нижних силовых транзисторов и катодам силовых диодов третьей нижней группы, средства управления включением силовых транзисторов выполнены в виде блока управления с микропроцессором и компонентами согласования, информационные входы которого связаны с датчиками напряжения и тока в фазах, а управляющие выходы - с управляющими входами (базой-эмиттер) силовых транзисторов.
2 Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что силовые диоды четвёртой нижней группы анодами подключены к нулевой клемме и общей точке фильтровых конденсаторов, катодами соединены с соответствующими коллекторами нижних силовых транзисторов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018126502U RU192844U1 (ru) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018126502U RU192844U1 (ru) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU192844U1 true RU192844U1 (ru) | 2019-10-03 |
Family
ID=68162420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018126502U RU192844U1 (ru) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU192844U1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2738956C1 (ru) * | 2020-06-29 | 2020-12-21 | Сергей Иосифович Вольский | Преобразователь собственных нужд с коррекцией входного тока |
| RU2751546C1 (ru) * | 2020-10-16 | 2021-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | Регулируемый выпрямитель напряжения (варианты) |
| RU2766558C1 (ru) * | 2021-06-04 | 2022-03-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» | Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5311419A (en) * | 1992-08-17 | 1994-05-10 | Sundstrand Corporation | Polyphase AC/DC converter |
| RU2449460C1 (ru) * | 2008-01-21 | 2012-04-27 | Абб Текнолоджи Аг | Преобразователь источника напряжения и способ управления этим преобразователем |
| RU163741U1 (ru) * | 2016-02-25 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский испытательный институт инженерных войск" Министерства обороны Российской Федерации | Многофазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности |
-
2018
- 2018-07-18 RU RU2018126502U patent/RU192844U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5311419A (en) * | 1992-08-17 | 1994-05-10 | Sundstrand Corporation | Polyphase AC/DC converter |
| RU2449460C1 (ru) * | 2008-01-21 | 2012-04-27 | Абб Текнолоджи Аг | Преобразователь источника напряжения и способ управления этим преобразователем |
| RU163741U1 (ru) * | 2016-02-25 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский испытательный институт инженерных войск" Министерства обороны Российской Федерации | Многофазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2738956C1 (ru) * | 2020-06-29 | 2020-12-21 | Сергей Иосифович Вольский | Преобразователь собственных нужд с коррекцией входного тока |
| RU2751546C1 (ru) * | 2020-10-16 | 2021-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | Регулируемый выпрямитель напряжения (варианты) |
| RU2766558C1 (ru) * | 2021-06-04 | 2022-03-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» | Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nishida et al. | A predictive instantaneous-current PWM controlled rectifier with AC-side harmonic current reduction | |
| RU192844U1 (ru) | Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности | |
| CN112567613A (zh) | 电力转换器 | |
| CN111092560A (zh) | 多电平转换器电路和方法 | |
| CN111953223A (zh) | 一种三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法 | |
| Bayhan et al. | Model predictive control of five-level H-bridge neutral-point-clamped qZS inverter | |
| Abdel-Rahim et al. | Switched inductor quadratic boosting ratio inverter with proportional resonant controller for grid-tie PV applications | |
| Ismeil | High dynamic performance for split-source inverter based on finite control set model predictive control | |
| Aly et al. | A finite control set-model predictive control method for step-up five level doubly grounded photovoltaic inverter | |
| Ismeil et al. | Performance analysis of a novel high gain three-phase split source inverter | |
| Silva et al. | Nineteen-level active filter system using asymmetrical cascaded converter with DC voltages control | |
| Sayed et al. | Modeling and control of bidirectional isolated battery charging and discharging converter based high-frequency link transformer | |
| US6992907B2 (en) | Wave transformation method and device | |
| JPH07322634A (ja) | インバータ制御方法及びインバータ装置 | |
| US9438132B2 (en) | Multilevel AC/DC power converting method and converter device thereof | |
| Lin et al. | Novel single-phase switching mode multilevel rectifier with a high power factor | |
| Changizian et al. | A novel FPGA control scheme to improve power factor and reduce the harmonic distortion in a three phase VIENNA rectifier | |
| RU124455U1 (ru) | Резонансный коммутатор | |
| Aly et al. | Finite set-model predictive control method for triple-boost doubly grounded three-phase photovoltaic inverter | |
| Rostami et al. | A new method for minimizing of voltage stress across devices in Z-source inverter | |
| Law et al. | Solar PV based 51-level Hybrid Multilevel Inverter | |
| RU175601U1 (ru) | Двунаправленный импульсный преобразователь напряжений | |
| CN213461552U (zh) | 一种ac-ac混合升压开关电容变换器 | |
| RU2766558C1 (ru) | Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности | |
| Matiushin et al. | Small signal model of the buck-boost bidirectional DC-AC converter based on unfolding circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200719 |