RU2361264C2 - Method of ac voltage control - Google Patents
Method of ac voltage control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2361264C2 RU2361264C2 RU2007114929/09A RU2007114929A RU2361264C2 RU 2361264 C2 RU2361264 C2 RU 2361264C2 RU 2007114929/09 A RU2007114929/09 A RU 2007114929/09A RU 2007114929 A RU2007114929 A RU 2007114929A RU 2361264 C2 RU2361264 C2 RU 2361264C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- voltage
- relay
- output
- parallel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроники и автоматики, а именно к процессам преобразования энергии переменного тока на входе в энергию переменного тока на выходе для изменения величины напряжения без промежуточного преобразования в постоянный ток с применением устройств, выполненных на полупроводниковых элементах с управляющими электродами и снабженных элементами, служащими для замыкания и размыкания контактов.The invention relates to the field of electronics and automation, and in particular to processes for converting AC energy at the input to AC energy at the output to change the voltage value without intermediate conversion to DC using devices made on semiconductor elements with control electrodes and equipped with elements serving for closing and opening contacts.
Регулирование величины напряжения переменного тока требуется в электропитании, системах автоматики, электроприводах переменного тока и многих других электронных устройствах. Такое регулирование часто осуществляют с использованием магнитных усилителей, многообмоточных трансформаторов с тиристорной коммутацией обмоток, различных тиристорных схем, изменяющих действующее значение напряжения. Указанные способы, как правило, предусматривают применение устройств, которые имеют относительно большую массу, габариты и не обеспечивают требуемые пределы регулирования напряжения или искажают форму синусоидального напряжения.Regulation of the magnitude of AC voltage is required in power supply, automation systems, AC drives and many other electronic devices. Such regulation is often carried out using magnetic amplifiers, multi-winding transformers with thyristor switching windings, various thyristor circuits that change the actual voltage value. These methods, as a rule, involve the use of devices that have a relatively large mass, dimensions and do not provide the required voltage regulation limits or distort the shape of a sinusoidal voltage.
При этом важным параметром, определяющим экономичность процесса регулирования величины напряжения переменного тока, является обеспечение рекуперации энергии при реактивном характере нагрузки. Рекуперация энергии возможна при обеспечении гальванической связи между источником и потребителем электроэнергии. Однако применение трансформаторных схем устройств регулирования величины напряжения переменного тока не обеспечивает рекуперацию.An important parameter that determines the efficiency of the process of regulating the magnitude of the AC voltage is the provision of energy recovery with the reactive nature of the load. Energy recovery is possible while providing galvanic communication between the source and consumer of electricity. However, the use of transformer circuits of devices for regulating the magnitude of the AC voltage does not provide recovery.
Для регулирования величины напряжения переменного тока на нагрузке также применяют способы, предусматривающие использование автотрансформаторных устройств, управляемых двигателем. Применение автотрансформаторных устройств обеспечивает рекуперацию энергии при комплексном характере нагрузки, однако указанные устройства имеют сравнительно большие массу и габариты, приводят к удорожанию процесса регулирования и низкому быстродействию.To regulate the magnitude of the AC voltage at the load, methods are also used that involve the use of autotransformer devices controlled by the engine. The use of autotransformer devices provides energy recovery with a complex nature of the load, however, these devices have a relatively large mass and dimensions, leading to an increase in the cost of the regulation process and low speed.
Известен способ плавного регулирования напряжения переменного тока, представленный в описании изобретения к патенту Российской Федерации №2266608 (МПК: Н02М 03/22, Н02М 07/527, G05F 01/56; опубл. 20.12.2005 в бюл. №35).There is a method of smoothly regulating AC voltage, presented in the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2266608 (IPC: Н02М 03/22, Н02М 07/527, G05F 01/56; publ. 20.12.2005 in bull. No. 35).
В соответствии с указанным способом, основанным на преобразовании напряжения переменного тока в последовательность биполярных импульсов значительно более высокой частоты, длительность которых определяет величину регулируемого напряжения, полученные импульсы подают через высокочастотный трансформатор, устанавливающий пределы регулирования, на синхронный выпрямитель, перемена фазы работы ключей которого изменяет фазу регулируемого напряжения исходной частоты, получаемого на выходе сглаживающего фильтра, на противоположную.In accordance with this method, based on the conversion of AC voltage to a sequence of bipolar pulses of a significantly higher frequency, the duration of which determines the magnitude of the regulated voltage, the received pulses are fed through a high-frequency transformer that sets the regulation limits to a synchronous rectifier, the phase change of which switches the phase changes the adjustable voltage of the initial frequency obtained at the output of the smoothing filter, to the opposite.
Схема устройства, при помощи которого может быть реализован описанный способ регулирования напряжения переменного тока, включает инвертор, состоящий из четырех ключей, высокочастотный трансформатор, синхронный выпрямитель и сглаживающий фильтр.The circuit of the device with which the described method for regulating the AC voltage can be implemented includes an inverter consisting of four keys, a high-frequency transformer, a synchronous rectifier and a smoothing filter.
Как можно увидеть, реализация вышеописанного способа предполагает применение большого числа элементов, которые имеют сравнительно большие массу и габариты, в частности высокочастотного трансформатора. Данный способ регулирования напряжения переменного тока является сравнительно дорогостоящим и недостаточно надежным, что обусловлено наличием шести полупроводниковых ключей. Кроме того, наличие трансформатора не обеспечивает возможность рекуперации, что значительно снижает эффективность способа регулирования.As you can see, the implementation of the above method involves the use of a large number of elements that have a relatively large mass and dimensions, in particular a high-frequency transformer. This method of regulating AC voltage is relatively expensive and not reliable enough, due to the presence of six semiconductor switches. In addition, the presence of a transformer does not provide the possibility of recovery, which significantly reduces the effectiveness of the regulation method.
Известен способ повышения величины напряжения переменного тока на нагрузке (А.Коршунов. "Импульсные преобразователи напряжения переменного тока", "Силовая Электроника", №1, 2006, стр.54-61), предполагающий применение только дросселя, параллельного ключа и последовательного ключа в отсутствие трансформаторных устройств.A known method of increasing the magnitude of the AC voltage at the load (A. Korshunov. "Pulse AC voltage converters", "Power Electronics", No. 1, 2006, p. 54-61), involving only the inductor, parallel key and serial key in lack of transformer devices.
В данном способе входное напряжение переменного тока подают на вход дросселя, выход которого соединен со входами параллельного и последовательного ключей. Выход последовательного ключа соединен с нагрузкой, а выход параллельного ключа соединен с общим проводом.In this method, the input AC voltage is fed to the input of the inductor, the output of which is connected to the inputs of the parallel and serial keys. The serial key output is connected to the load, and the parallel key output is connected to a common wire.
Регулирование величины выходного напряжения осуществляют изменением длительности пребывания параллельного ключа в замкнутом положении, которая определяется выражениемThe regulation of the output voltage is carried out by changing the duration of the parallel key in the closed position, which is determined by the expression
γ=τ/T=τ×f, 0<γ<1;γ = τ / T = τ × f, 0 <γ <1;
где τ - время нахождения параллельного ключа в замкнутом положении в течение периода Т=1/f преобразования импульсов входного напряжения переменного тока в импульсное напряжение;where τ is the time spent by the parallel key in the closed position during the period T = 1 / f conversion of the pulses of the input AC voltage into a pulse voltage;
f - частота переключения параллельного ключа.f is the switching frequency of the parallel key.
Среднее значение выходного напряжения Uвых может определяется выражениемThe average value of the output voltage U o can be determined by the expression
Uвых=Uвх/(1-γ);U o = U in / (1-γ);
где Uвх - величина входного напряжения переменного тока.where U I - the value of the input voltage of the alternating current.
Описанный способ повышения величины напряжения переменного тока на нагрузке обеспечивает непрерывный ток на входе, предусматривает применение относительно небольшого по габаритам и массе дросселя. При этом выходное напряжение совпадает по фазе с входным напряжением. Рекуперация энергии в данном случае обеспечивается соотношением времен состояний включено и выключено параллельного (длительностью τ) и последовательного (длительностью Т - τ) ключей или, иными словами, противофазным управлением ключами.The described method of increasing the magnitude of the AC voltage at the load provides continuous current at the input, involves the use of a relatively small in size and mass of the inductor. In this case, the output voltage coincides in phase with the input voltage. In this case, energy recovery is provided by the ratio of the on and off states of the parallel (duration τ) and serial (duration T - τ) keys or, in other words, antiphase key management.
В то же время описанный способ предусматривает получение прерывистого тока на выходе и не позволяет понижать величину выходного напряжения переменного тока.At the same time, the described method provides for discontinuous current output and does not allow to reduce the value of the output voltage of the alternating current.
Тот же источник содержит описание способа понижения величины напряжения переменного тока без использования трансформаторных устройств, который также предполагает применение дросселя, параллельного ключа и последовательного ключа.The same source contains a description of the method of lowering the magnitude of the AC voltage without using transformer devices, which also involves the use of a choke, a parallel key and a serial key.
В этом способе входное напряжение переменного тока подают на вход последовательного ключа, с выходом которого соединены вход дросселя и вход параллельного ключа. Выход параллельного ключа соединен с общим проводом, а к выходу дросселя подключают нагрузку.In this method, the input AC voltage is applied to the input of the serial key, the output of which is connected to the input of the inductor and the input of the parallel key. The output of the parallel key is connected to a common wire, and a load is connected to the output of the inductor.
Регулирование величины выходного напряжения в этом способе, как и в предыдущем случае, осуществляют путем изменения длительности пребывания последовательного ключа в замкнутом положении, которая определяется выражениемThe regulation of the value of the output voltage in this method, as in the previous case, is carried out by changing the length of the serial key in the closed position, which is determined by the expression
γ=τ/T=τ×f, 0<γ<1;γ = τ / T = τ × f, 0 <γ <1;
где τ - время нахождения параллельного ключа в замкнутом положении в течение периода Т=1/f преобразования импульсов входного напряжения переменного тока в импульсное напряжение;where τ is the time spent by the parallel key in the closed position during the period T = 1 / f conversion of the pulses of the input AC voltage into a pulse voltage;
f - частота переключения параллельного ключа,f is the switching frequency of the parallel key,
При этом среднее значение выходного напряжения Uвых определяется выражениемIn this case, the average value of the output voltage U o is determined by the expression
Uвых=γ×Uвх;U o = γ × U in ;
где Uвх - величина входного напряжения переменного тока.where U I - the value of the input voltage of the alternating current.
Описанный способ понижения величины напряжения переменного тока на нагрузке обеспечивает непрерывный ток на выходе, предусматривает применение относительно небольшого по габаритам и массе дросселя. При этом выходное напряжение совпадает по фазе с входным напряжением. Рекуперация энергии в данном случае обеспечивается соотношением времен состояний включено и выключено параллельного (длительностью τ) и последовательного (длительностью Т - τ) ключей или, иными словами, противофазным управлением ключами.The described method of lowering the magnitude of the AC voltage at the load provides continuous output current, involves the use of a relatively small in size and mass of the inductor. In this case, the output voltage coincides in phase with the input voltage. In this case, energy recovery is provided by the ratio of the on and off states of the parallel (duration τ) and serial (duration T - τ) keys or, in other words, antiphase key management.
В то же время описанный способ предусматривает получение прерывистого тока на входе и не позволяет повышать величину выходного напряжения переменного тока.At the same time, the described method provides for the discontinuous current at the input and does not allow to increase the value of the output voltage of the alternating current.
Вопрос рекуперации реактивной энергии в обоих описанных способах регулирования величины напряжения переменного тока при нелинейной нагрузке решается посредством применения четырех квадратных ключей переменного тока (например, диодный мост, в диагональ которого включен силовой транзистор (IGBT), для которого вход и выход носят лишь условный характер). Если нагрузка имеет реактивный характер, то ввиду сдвига фазы между током нагрузки и напряжением возникает обратимый реактивный ток, который течет обратно в сеть, в этом случае параллельный ключ работает как модулятор, а последовательный ключ - как синхронный выпрямитель.The issue of reactive energy recovery in both described methods of regulating the magnitude of the alternating current voltage under non-linear load is solved by using four square alternating current keys (for example, a diode bridge with a power transistor (IGBT) in the diagonal for which the input and output are only conditional) . If the load is reactive in nature, then due to the phase shift between the load current and voltage, a reversible reactive current occurs, which flows back to the network, in this case the parallel switch acts as a modulator, and the serial switch acts as a synchronous rectifier.
Применение же обоих описанных способов регулирования величины напряжения переменного тока в отношении одной нагрузки параллельным включением входов двух вышеописанных схем соединения элементов, одна из которых используется для повышения величины выходного напряжения переменного тока, а вторая - для понижения величины выходного напряжения переменного тока, путем поочередной коммутации нагрузки через реле со схемой соединения элементов, используемой для повышения или понижения величины напряжения переменного тока, приводит к разрыву цепи нагрузки в момент переключения. Кроме того, в таком случае масса и габариты совокупности используемых в процессе элементов увеличиваются вдвое.The use of both described methods of regulating the magnitude of the AC voltage in relation to one load by parallel switching on the inputs of the two above-described connection circuits of the elements, one of which is used to increase the value of the output voltage of the alternating current, and the second to reduce the value of the output voltage of alternating current, by alternately switching the load through a relay with a circuit connecting elements used to increase or decrease the magnitude of the AC voltage, leads to a break at the load circuit at the time of switching. In addition, in this case, the mass and dimensions of the totality of the elements used in the process are doubled.
Известен способ регулирования величины напряжения переменного тока на нагрузке, описанный в уже упомянутом источнике (А.Коршунов. "Импульсные преобразователи напряжения переменного тока", "Силовая Электроника", №1, 2006, стр.54-61), предполагающий применение только дросселя и двух параллельных ключей в отсутствие трансформаторных устройств. Данный способ позволяет как повышать, так и понижать величину напряжения переменного тока на одной нагрузке.A known method of regulating the magnitude of the AC voltage at the load described in the already mentioned source (A. Korshunov. "Pulse AC voltage converters", "Power Electronics", No. 1, 2006, p. 54-61), involving only the inductor and two parallel keys in the absence of transformer devices. This method allows you to both increase and decrease the magnitude of the AC voltage on a single load.
В этом способе входное напряжение переменного тока подают на вход первого последовательного ключа, с выходом которого соединены вход параллельного дросселя и вход второго последовательного ключа. Выход второго последовательного ключа соединяют с нагрузкой, а выход параллельного дросселя соединяют с общим проводом.In this method, the input AC voltage is supplied to the input of the first serial key, the output of which is connected to the input of a parallel inductor and the input of the second serial key. The output of the second serial key is connected to the load, and the output of the parallel inductor is connected to a common wire.
Регулирование величины выходного напряжения переменного тока в этом способе осуществляют путем изменения длительности пребывания первого последовательного ключа в замкнутом положении, которая определяется выражениемThe regulation of the output voltage of the alternating current in this method is carried out by changing the length of stay of the first serial key in the closed position, which is determined by the expression
γ=τ/T=τ×f, 0<γ<1;γ = τ / T = τ × f, 0 <γ <1;
где τ - время нахождения первого последовательного ключа в замкнутом положении в течение периода Т=1/f преобразования импульсов входного напряжения переменного тока в импульсное напряжение;where τ is the time spent by the first serial key in the closed position during the period T = 1 / f conversion of the pulses of the input AC voltage to a pulse voltage;
f - частота переключения первого последовательного ключа.f is the switching frequency of the first serial key.
При этом среднее значение выходного напряжения Uвых определяется выражениемIn this case, the average value of the output voltage U o is determined by the expression
Uвых=-Uвх×γ/(1-γ);U oi = -U ox × γ / (1-γ);
где Uвх - величина входного напряжения переменного тока.where U I - the value of the input voltage of the alternating current.
Этот способ регулирования величины напряжения переменного тока позволяет осуществлять как повышение, так и понижение напряжения на одной нагрузке, обеспечивает рекуперацию и предполагает применение небольшого числа элементов, а также не требует использования трансформаторных устройств, имеющих значительные массу и габариты. Данный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу регулирования величины напряжения переменного тока и избран в качестве наиболее близкого аналога.This method of regulating the magnitude of the AC voltage allows both raising and lowering the voltage at one load, provides recovery and involves the use of a small number of elements, and also does not require the use of transformer devices having significant weight and dimensions. This method is the closest in technical essence to the claimed method of regulating the magnitude of the AC voltage and is selected as the closest analogue.
В то же время описанный способ регулирования величины напряжения переменного тока предусматривает наличие прерывистого тока на входе и выходе схемы соединения элементов, используемых в этом процессе. С учетом того, что выходное напряжение находится в противофазе с входным напряжением, возникает необходимость применения высоковольтных силовых ключей с учетом напряжения на них, которое в два раза превышает напряжение в двух последних вышеописанных способах регулирования, что приводит к увеличению габаритов, массы и стоимости этих ключей, а также снижает надежность процесса регулирования. Кроме того, описанный способ предполагает применение дросселя, который накапливает энергию во всем диапазоне передаваемой на нагрузку мощности. Это приводит к увеличению массы, габаритов и стоимости этого элемента, а также снижает надежность процесса регулирования.At the same time, the described method for regulating the magnitude of the AC voltage provides for the presence of intermittent current at the input and output of the connection circuit of the elements used in this process. Given that the output voltage is in antiphase with the input voltage, it becomes necessary to use high-voltage power switches, taking into account the voltage on them, which is two times higher than the voltage in the last two control methods described above, which leads to an increase in the size, weight and cost of these switches , and also reduces the reliability of the regulatory process. In addition, the described method involves the use of a choke, which accumulates energy in the entire range of power transmitted to the load. This leads to an increase in the mass, dimensions and cost of this element, and also reduces the reliability of the regulatory process.
Таким образом, описанные недостатки наиболее близкого аналога приводят к увеличению массы и габаритов совокупности применяемых в процессе элементов и соответственно ограничивают сферу применения описанного способа, а также приводят к увеличению стоимости и снижению надежности процесса регулирования величины напряжения переменного тока.Thus, the described disadvantages of the closest analogue lead to an increase in the mass and dimensions of the aggregate of elements used in the process and, accordingly, limit the scope of the described method, and also lead to an increase in cost and a decrease in the reliability of the process of regulating the magnitude of the AC voltage.
Учитывая вышеизложенное, признаками наиболее близкого аналога, совпадающими с существенными признаками предложенного изобретения, являются: осуществление преобразования напряжения в последовательность биполярных импульсов значительно более высокой частоты по отношению к частоте входного напряжения переменного тока, длительность которых определяет величину регулируемого напряжения; осуществление указанного преобразования путем противофазного замыкания и размыкания двух ключей.Given the foregoing, the signs of the closest analogue that coincide with the essential features of the proposed invention are: the implementation of the conversion of voltage into a sequence of bipolar pulses of a significantly higher frequency relative to the frequency of the input AC voltage, the duration of which determines the magnitude of the regulated voltage; the implementation of this conversion by antiphase closure and opening of two keys.
В основу изобретения поставлена задача уменьшения массы и габаритов совокупности применяемых в процессе регулирования величины напряжения переменного тока устройств, что позволит расширить сферу применения такого процесса, а также повышение его надежности и снижение стоимости путем применения других устройств и другой последовательности операций над ними, с одновременным обеспечением непрерывного тока на входе нагрузки.The basis of the invention is the task of reducing the mass and dimensions of the aggregate of devices used in the process of regulating the magnitude of AC voltage, which will expand the scope of such a process, as well as increase its reliability and reduce cost by using other devices and a different sequence of operations on them, while ensuring continuous current at the input of the load.
Поставленная задача решена за счет того, что в способе регулирования величины напряжения переменного тока, при котором осуществляют преобразование напряжения в последовательность биполярных импульсов значительно более высокой частоты по отношению к частоте входного напряжения переменного тока, длительность которых определяет величину регулируемого напряжения, а указанное преобразование осуществляют путем противофазного замыкания и размыкания двух ключей, в соответствии с изобретением напряжение переменного тока подают на вход 5.2 параллельного реле и на вход 4.2 входного реле, вход 4.3 которого соединен со входом дросселя, а вход 4.1 соединен со входом 6.1 выходного реле, вход 6.2 которого соединен с общей цепью, а вход 6.3 соединен с выходом последовательного ключа, вход которого соединен с выходом дросселя и входом параллельного ключа, выход которого соединен со входом 5.3 параллельного реле, вход 5.1 которого соединен с общей цепью, а нагрузку подключают ко входу 6.1 выходного реле, при этом, для повышения величины напряжения переменного тока, коммутируют вход 4.3 со входом 4.2 входного реле, вход 5.3 со входом 5.1 параллельного реле и вход 6.3 со входом 6.1 выходного реле, а для понижения величины напряжения переменного тока коммутируют вход 4.3 со входом 4.1 входного реле, вход 5.3 со входом 5.2 параллельного реле и вход 6.3 со входом 6.2 выходного реле.The problem is solved due to the fact that in the method of regulating the magnitude of the AC voltage, in which the voltage is converted into a sequence of bipolar pulses of a significantly higher frequency relative to the frequency of the input AC voltage, the duration of which determines the magnitude of the regulated voltage, and this conversion is carried out by antiphase closing and opening of two keys, in accordance with the invention, the AC voltage is applied to input 5.2 parallel relay and input 4.2 of the input relay, the input 4.3 of which is connected to the input of the inductor, and the input 4.1 is connected to the input 6.1 of the output relay, the input of 6.2 of which is connected to the common circuit, and the input 6.3 is connected to the output of the serial key, the input of which is connected to the output of the inductor and an input of a parallel switch, the output of which is connected to the input 5.3 of the parallel relay, the input 5.1 of which is connected to a common circuit, and the load is connected to the input 6.1 of the output relay, while, to increase the value of the AC voltage, the input 4.3 is switched to the input 4.2 input one relay, input 5.3 with input 5.1 of the parallel relay and input 6.3 with input 6.1 of the output relay, and to lower the AC voltage, switch input 4.3 with input 4.1 of the input relay, input 5.3 with input 5.2 of the parallel relay and input 6.3 with input 6.2 of the output relay .
Именно эти признаки необходимы и достаточны для решения поставленной задачи.It is these signs that are necessary and sufficient to solve the task.
Как можно увидеть, заявляемый способ предусматривает использование минимального числа элементов, имеющих минимальные габариты, массу и стоимость, а именно один дроссель, два полупроводниковых ключа и три реле, связи которых также обеспечивают минимальные габариты, массу и стоимость при обеспечении достаточной надежности процесса регулирования в целом. В отличие от наиболее близкого аналога связи элементов, применяемых в заявляемом способе, а также последовательность операций над ними позволяют применять дроссель и ключи, которые имеют в несколько раз меньшие массу, габариты и стоимость, а также имеют значительно большую надежность. Так, обеспечение синфазности входного и выходного напряжения в заявленном способе обуславливает снижение напряжения на ключах в два раза, что позволяет применять ключи со значительно меньшими габаритами и массой. Кроме того, режимы вольтодобавления и вольтовычитания, осуществляемые в предлагаемом способе, обуславливают снижение как минимум в два раза величины мощности, накапливаемой в дросселе, что позволяет использовать дроссель со значительно меньшими габаритами и массой. Таким образом, совокупность двух ключей, дросселя и трех реле, применяемых в заявляемом способе, имеет меньшую массу и габариты по сравнению с совокупностью элементов, применяемых в наиболее близком аналоге. При этом заявляемый способ обеспечивает непрерывность тока на входе нагрузки.As you can see, the inventive method involves the use of a minimum number of elements having a minimum size, weight and cost, namely one inductor, two semiconductor switches and three relays, the communications of which also provide minimum dimensions, weight and cost while ensuring sufficient reliability of the regulation process as a whole . In contrast to the closest analogue of the connection of the elements used in the claimed method, as well as the sequence of operations on them, you can use the throttle and keys, which have several times smaller weight, dimensions and cost, and also have significantly greater reliability. So, ensuring that the input and output voltages are in phase in the claimed method causes a two-fold decrease in the voltage on the switches, which allows the use of switches with much smaller dimensions and weight. In addition, the modes of voltage addition and voltage subtraction, carried out in the proposed method, cause a reduction of at least two times the amount of power accumulated in the inductor, which allows the use of an inductor with significantly smaller dimensions and weight. Thus, the combination of two keys, a throttle and three relays used in the present method, has a lower mass and dimensions compared to the combination of elements used in the closest analogue. Moreover, the inventive method ensures the continuity of the current at the input of the load.
При подаче напряжения переменного тока на вход 5.2 параллельного реле и на вход 4.2 входного реле, вход 4.3 которого соединен со входом дросселя, а вход 4.1 соединен со входом 6.1 выходного реле, вход 6.2 которого соединен с общей цепью, а вход 6.3 соединен с выходом последовательного ключа, вход которого соединен с выходом дросселя и входом параллельного ключа, выход которого соединен со входом 5.3 параллельного реле, вход 5.1 которого соединен с общей цепью, и подключении нагрузки ко входу 6.1 выходного реле обеспечивается возможность повышения и понижения величины напряжения переменного тока с использованием одних и тех же элементов. При этом обеспечивается непрерывность тока на входе и выходе, в два раза снижается напряжение на ключах, уменьшается величина мощности, накапливаемой в дросселе, что позволяет максимально уменьшить массу и габариты совокупности применяемых в процессе регулирования величины напряжения переменного тока устройств, повысить его надежность и снизить стоимость.When AC voltage is applied to input 5.2 of the parallel relay and input 4.2 of the input relay, input 4.3 of which is connected to the input of the inductor, and input 4.1 is connected to input 6.1 of the output relay, input 6.2 of which is connected to the common circuit, and input 6.3 is connected to the output of the serial a key whose input is connected to the output of the throttle and the input of the parallel key, the output of which is connected to the input 5.3 of the parallel relay, whose input 5.1 is connected to the common circuit, and the load is connected to the input 6.1 of the output relay, it is possible to increase and lower values of AC voltage using the same elements. At the same time, the current at the input and output is ensured, the voltage at the switches is halved, the amount of power accumulated in the inductor is reduced, which allows to minimize the mass and dimensions of the set of devices used in the process of regulating the magnitude of the AC voltage, increase its reliability and reduce the cost .
За счет коммутации входа 4.3 со входом 4.2 входного реле, входа 5.3 со входом 5.1 параллельного реле и входа 6.3 со входом 6.1 выходного реле, а также за счет коммутации входа 4.3 со входом 4.1 входного реле, входа 5.3 со входом 5.2 параллельного реле и входа 6.3 со входом 6.2 выходного реле обеспечивается возможность работы и переключения режимов повышения и понижения величины напряжения переменного тока соответственно с применением всего одного дросселя и двух ключей, что также позволяет максимально уменьшить массу и габариты совокупности применяемых в процессе регулирования величины напряжения переменного тока устройств, повысить его надежность и снизить стоимость. При этом на входе 5.2 параллельного реле и входе 6.1 выходного реле обеспечивается непрерывность тока.By switching input 4.3 with input 4.2 of the input relay, input 5.3 with input 5.1 of the parallel relay and input 6.3 with input 6.1 of the output relay, and also by switching input 4.3 with input 4.1 of the input relay, input 5.3 with input 5.2 of the parallel relay and input 6.3 with input 6.2 of the output relay, it is possible to operate and switch modes of increasing and decreasing the magnitude of the AC voltage, respectively, using only one inductor and two keys, which also allows you to minimize the weight and dimensions of the combination used in otsesse adjusting the alternating current voltage devices, improve reliability and reduce cost. At the same time, current continuity is ensured at input 5.2 of the parallel relay and input 6.1 of the output relay.
Суть изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:
фиг.1 - электрическая функциональная схема устройства, реализующего способ регулирования величины напряжения переменного тока;figure 1 is an electrical functional diagram of a device that implements a method of regulating the magnitude of the voltage of alternating current;
фиг.2 - электрическая функциональная схема стабилизатора напряжения переменного тока, реализующего способ регулирования величины напряжения переменного тока.figure 2 is an electrical functional diagram of an AC voltage stabilizer that implements a method of regulating the magnitude of the AC voltage.
Устройство, реализующее способ регулирования величины напряжения переменного тока (фиг.1), состоит из последовательного ключа 1, параллельного ключа 2, дросселя 3, входного реле 4, параллельного реле 5 и выходного реле 6.A device that implements a method of regulating the magnitude of the AC voltage (Fig. 1) consists of a
Входное напряжение переменного тока подают на вход 5.2 параллельного реле 5 и на вход 4.2 входного реле 4, вход 4.3 которого соединен со входом дросселя 3, а вход 4.1 соединен со входом 6.1 выходного реле 6, вход 6.2 которого соединен с общей цепью, а вход 6.3 соединен с выходом последовательного ключа 1, вход которого соединен с выходом дросселя 3 и входом параллельного ключа 2, выход которого соединен со входом 5.3 параллельного реле 5, вход 5.1 которого соединен с общей цепью. Нагрузку подключают ко входу 6.1 выходного реле 6.AC input voltage is applied to input 5.2 of parallel relay 5 and to input 4.2 of
Входное напряжение переменного тока с помощью параллельного ключа 2 преобразуют в последовательность широтно-импульсно-модулированных биполярных импульсов. При этом длительность широтно-импульсно-модулированных биполярных импульсов определяет величину напряжения на нагрузке. В дросселе 3 накапливается энергия заряда. При помощи последовательного ключа 1 осуществляют синхронное выпрямление тока разряда энергии, накопленной в дросселе 3. При этом параллельный ключ 2 и последовательный ключ 1 замыкают и размыкают в противофазе.The input AC voltage using a
Работа ключей 1 и 2 в противофазе обеспечивает рекуперацию реактивной энергии при нелинейной нагрузке. Если нагрузка имеет реактивный характер, то ввиду сдвига фазы между током нагрузки и напряжением возникает обратимый реактивный ток, который течет обратно в сеть, в этом случае параллельный ключ 2 работает как модулятор, а последовательный ключ 1 работает как синхронный выпрямитель.The operation of
Режим повышения величины напряжения переменного тока обеспечивают путем коммутации входа 4.3 со входом 4.2 входного реле 4, входа 5.3 со входом 5.1 параллельного реле 5 и входа 6.3 со входом 6.1 выходного реле 6.The mode of increasing the magnitude of the AC voltage is provided by switching the input 4.3 with the input 4.2 of the
Режим понижения величины напряжения переменного тока обеспечивают путем коммутации входа 4.3 со входом 4.1 входного реле 4, входа 5.3 со входом 5.2 параллельного реле 5 и входа 6.3 со входом 6.2 выходного реле 6.The mode of lowering the AC voltage is provided by switching input 4.3 with input 4.1 of
При этом, путем противофазного замыкания и размыкания параллельного ключа 2 и последовательного ключа 1, осуществляют преобразование напряжения в последовательность биполярных импульсов значительно более высокой частоты по отношению к частоте входного напряжения переменного тока, длительность которых определяет величину регулируемого напряжения.At the same time, by phase locking and opening the
Одним из возможных вариантов реализации заявляемого способа регулирования величины напряжения переменного тока является однофазный стабилизатор напряжения переменного тока (фиг.2), предназначенный для обеспечения электропитанием различных потребителей в условиях больших по значению и длительности отклонений напряжения в сети 220 В частотой 50 Гц с диапазоном рабочих входных напряжений от 120 до 380 В, обеспечивающий коэффициент полезного действия не менее 93% при входном напряжении в пределах от 160 до 240 В.One possible implementation of the proposed method for regulating the magnitude of the AC voltage is a single-phase AC voltage stabilizer (Fig.2), designed to provide power to various consumers in conditions of large in value and duration of voltage deviations in the 220 V network with a frequency of 50 Hz with a range of working input voltages from 120 to 380 V, providing a efficiency of at least 93% with an input voltage in the range from 160 to 240 V.
Стабилизатор напряжения переменного тока (фиг.2) состоит из последовательного ключа 1, параллельного ключа 2, дросселя 3, входного реле 4, параллельного реле 5, выходного реле 6, входного фильтра низкой частоты 7, выходного фильтра низкой частоты 8 и включает схему управления 9, подключенную к управляющим входам ключей и реле.The AC voltage stabilizer (Fig. 2) consists of a
Входной фильтр низкой частоты 7 стабилизатора подключается к источнику напряжения переменного тока, а к выходу выходного фильтра низкой частоты 8 стабилизатора подключается нагрузка, например электродвигатель. Входное напряжение переменного тока с помощью параллельного ключа 2 преобразовывается в последовательность широтно-импульсно-модулированных биполярных импульсов. При этом длительность широтно-импульсно-модулированных биполярных импульсов определяет величину напряжения на нагрузке. В дросселе 3 накапливается энергия заряда. При помощи последовательного ключа 1 осуществляется синхронное выпрямление тока разряда энергии, накопленной в дросселе. При этом ключи 1 и 2 работают в противофазе. При помощи схемы управления 9 обеспечивают противофазное переключение ключей 1 и 2 с частотой значительно большей частоты входного напряжения переменного тока. Входной фильтр низкой частоты 7 и выходной фильтр низкой частоты 8 обеспечивают подавление высокочастотных составляющих промодулированного напряжения в цепи источника входного напряжения и в нагрузке.The input filter of the low frequency 7 of the stabilizer is connected to an AC voltage source, and a load, such as an electric motor, is connected to the output of the output filter of a low frequency 8 of the stabilizer. Using the
Работа ключей 1 и 2 в противофазе обеспечивает рекуперацию реактивной энергии при нелинейной нагрузке. Если нагрузка имеет реактивный характер, то ввиду сдвига фазы между током нагрузки и напряжением возникает обратимый реактивный ток, который течет обратно в сеть, в этом случае параллельный ключ 2 работает как модулятор, а последовательный ключ 1 работает как синхронный выпрямитель.The operation of
Если на вход стабилизатора поступает напряжение переменного тока величиной равной или меньшей 220 В, стабилизатор работает в режиме повышения напряжения, что обеспечивается путем коммутации входа 4.3 со входом 4.2 входного реле 4, входа 5.3 со входом 5.1 параллельного реле 5 и входа 6.3 со входом 6.1 выходного реле 6. При этом на параллельный ключ 2 и последовательный ключ 1 подают противофазные управляющие широтно-импульсно-модулированные импульсы, причем время включения ключа 2 больше времени включения ключа 1.If an AC voltage of equal or less than 220 V is supplied to the input of the stabilizer, the stabilizer operates in a voltage boost mode, which is achieved by switching input 4.3 with input 4.2 of
Если на вход стабилизатора поступает напряжение переменного тока величиной, большей 220 В, стабилизатор работает в режиме понижения напряжения, что обеспечивается путем коммутации входа 4.3 со входом 4.1 входного реле 4, входа 5.3 со входом 5.2 параллельного реле 5 и входа 6.3 со входом 6.2 выходного реле 6.If an AC voltage of greater than 220 V is supplied to the input of the stabilizer, the stabilizer operates in a voltage reduction mode, which is achieved by switching input 4.3 with input 4.1 of
Описанный выше способ регулирования величины напряжения переменного тока, в сравнении с существующими аналогами, позволяет максимально уменьшить массу и габариты совокупности применяемых в процессе регулирования величины напряжения переменного тока устройств, повысить его надежность и снизить стоимость.The above-described method of regulating the magnitude of the AC voltage, in comparison with existing analogues, allows you to minimize the weight and dimensions of the aggregate of devices used in the process of regulating the magnitude of the AC voltage, increase its reliability and reduce the cost.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114929/09A RU2361264C2 (en) | 2007-04-20 | 2007-04-20 | Method of ac voltage control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114929/09A RU2361264C2 (en) | 2007-04-20 | 2007-04-20 | Method of ac voltage control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007114929A RU2007114929A (en) | 2008-10-27 |
| RU2361264C2 true RU2361264C2 (en) | 2009-07-10 |
Family
ID=41045990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007114929/09A RU2361264C2 (en) | 2007-04-20 | 2007-04-20 | Method of ac voltage control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2361264C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539357C1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей" "Энергосетьпроект" | Unit for automatic control of direct current link |
| RU2542672C1 (en) * | 2013-10-29 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method and device for phase control over variable voltage |
-
2007
- 2007-04-20 RU RU2007114929/09A patent/RU2361264C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2542672C1 (en) * | 2013-10-29 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method and device for phase control over variable voltage |
| RU2539357C1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей" "Энергосетьпроект" | Unit for automatic control of direct current link |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007114929A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8031495B2 (en) | Prediction scheme for step wave power converter and inductive inverter topology | |
| US9614442B2 (en) | Modular DC-DC Converter including a DC transformer module | |
| CN103259397B (en) | Switching power supply device | |
| Meng et al. | Active harmonic reduction for 12-pulse diode bridge rectifier at DC side with two-stage auxiliary circuit | |
| CN105874701B (en) | High frequency serial AC voltage regulator | |
| Tschirhart et al. | A CLL resonant asymmetrical pulsewidth-modulated converter with improved efficiency | |
| RU2645726C2 (en) | Ac-to-ac voltage converter | |
| Cui et al. | Two phase interleaved ISOP connected high step down ratio phase shift full bridge DC/DC converter with GaN FETs | |
| Ahmed | Modeling and simulation of ac–dc buck-boost converter fed dc motor with uniform PWM technique | |
| KR20190115364A (en) | Single and three phase combined charger | |
| RU2361264C2 (en) | Method of ac voltage control | |
| Jha et al. | Hardware implementation of single phase power factor correction system using micro-controller | |
| RU2325752C1 (en) | Alternating current voltage regulator | |
| RU2505899C1 (en) | Integrated apparatus for melting ice and compensation of reactive power | |
| KR20200071616A (en) | Power conversion apparatus with improved power conversion efficiency | |
| EP3484040A1 (en) | Inverter with ac forward bridge and improved dc/dc topology | |
| Sokol et al. | 18-pulse rectifier with electronic phase shifting and pulse width modulation | |
| CN114051689A (en) | Soft start circuit and converter | |
| RU65698U1 (en) | AC VOLTAGE REGULATOR | |
| Suzdalenko et al. | Transitional Average Current Sensorless Control during Peak-to-Peak Value Changes | |
| WO2008123839A1 (en) | Method for alternating voltage regulation | |
| Chibani et al. | A new control topology of single-stage HF link switch-mode rectifier with sinusoidal line current | |
| Victor et al. | Single stage full bridge converter with power factor correction | |
| Shults et al. | Design of three-phase three-level CIC T-source inverter with maximum boost control | |
| UA24974U (en) | Ac current voltage regulator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100421 |