RU2457606C1

RU2457606C1 - Dc voltage converter with variable structure

Info

Publication number: RU2457606C1
Application number: RU2011121092/07A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Григораш (RU); Олег Владимирович Григораш; Юрий Петрович Степура (RU); Юрий Петрович Степура; Антон Евгеньевич Усков (RU); Антон Евгеньевич Усков; Артем Эдуардович Сулейманов (RU); Артем Эдуардович Сулейманов
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-07-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: DC voltage converter with a variable structure contains input filters, power switches, inverters as part of inverter units, a control system; the converter specificity consists in the fact that it contains the first, second and third input power keys and first, second, third and fourth output power keys which enables serial and parallel connection of the inverter units inputs, changing the converter input voltage value, as well as serial and parallel connection of the inverter units invertors outputs, changing the converter output voltage value.

EFFECT: expansion of functional capabilities of the DC voltage converter.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.The invention relates to electrical engineering and can be used in stand-alone power supply systems for converting DC voltage to AC voltage.

Известны технические решения преобразователей напряжения постоянного тока (см. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. с 123-145), выполненные на полупроводниковых приборах, которые осуществляют преобразование напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока. Недостатками преобразователей являются низкие показатели надежности.Known technical solutions of DC voltage converters (see Rozanov YK Fundamentals of power electronics. - M .: Energoatomizdat, 1992. from 123-145) made on semiconductor devices that convert DC voltage to AC voltage. The disadvantages of the converters are low reliability.

В качестве прототипа выбрана схема матричного типа с переменной структурой (см. Кобзев А.В. Модуляционные источники питания РЭА - Томск: Радио и связь, томский отдел, 1990. рис.1.17), которая содержит выпрямитель, систему управления, два входных фильтра, силовые ключи и две группы инверторов. Недостатком схемы является то, что система управления обеспечивает только последовательное или параллельное соединение двух групп инверторов по входу.As a prototype, a matrix-type scheme with a variable structure was selected (see Kobzev A.V. Modulation Power Supplies REA - Tomsk: Radio and Communications, Tomsk Department, 1990. Fig. 1.17), which contains a rectifier, control system, two input filters, power switches and two groups of inverters. The disadvantage of the circuit is that the control system provides only serial or parallel connection of two groups of inverters at the input.

Техническим решением задачи является расширение функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения параллельного или последовательного соединения двух групп инверторов, как по входу, так и по выходу.The technical solution to the problem is to expand the functionality of the converter by providing parallel or serial connection of two groups of inverters, both input and output.

Поставленная задача достигается тем, что преобразователь напряжения постоянного тока с переменной структурой содержит входные фильтры, силовые ключи, инверторы, входящие в состав инверторных блоков, систему управления, согласно изобретению содержит первый, второй и третий входные и первый, второй, третий и четвертый выходные силовые ключи, причем к первому входу преобразователя подключены первый вывод первого входного силового ключа, первый вывод первого входного фильтра, положительные входы первого и второго инверторов первого инверторного блока и первый вход системы управления, ко второму входу преобразователя подключены первый вывод второго входного силового ключа, первый вывод второго входного фильтра, отрицательные входы первого и второго инверторов второго инверторного блока и второй вход системы управления, ко второму выводу первого входного силового ключа подключен первый вывод третьего входного силового ключа, первый вывод второго входного фильтра и положительные входы первого и второго инверторов второго инверторного блока, ко второму выводу второго входного силового ключа подключены второй вывод третьего входного силового ключа, второй вывод первого входного фильтра, отрицательные входы первого и второго инверторов первого инверторного блока, первые выходы первого и второго инверторов первого инверторного блока подключены к второму выходу преобразователя через первый выходной силовой ключ, ко второму выходу преобразователя также подключены через четвертый выходной силовой ключ первые выходы первого и второго инверторов второго инверторного блока, а также ко второму выходу подключен четвертый вход системы управления, вторые выходы первых инверторов первого и второго инверторных блоков объединены и подключены к первым выводам второго и третьего выходных силовых ключей, вторые выходы вторых инверторов первого и второго инверторных блоков объединены с замыкающими контактами второго и третьего выходных силовых ключей и подключены к первому выходу преобразователя, а также к первому выходу преобразователя подключен третий вход системы управления, размыкающие контакты второго и третьего выходных силовых ключей объединены и подключены к второму выходу преобразователя, первый, второй и третий, четвертый выходы системы управления подключены к третьим входам первых и вторых инверторов первого и второго инверторных блоков соответственно.The problem is achieved in that the DC voltage converter with a variable structure contains input filters, power switches, inverters included in the inverter units, the control system according to the invention contains first, second and third input and first, second, third and fourth output power keys, and the first output of the first input power switch, the first output of the first input filter, the positive inputs of the first and second inverters of the first inverter are connected to the first input of the converter unit and the first input of the control system, the first output of the second input power switch, the first output of the second input filter, the negative inputs of the first and second inverters of the second inverter unit and the second input of the control system are connected to the second input of the converter, the first output of the first input power key is connected to the first the output of the third input power switch, the first output of the second input filter and the positive inputs of the first and second inverters of the second inverter unit, to the second output of the second the power switch is connected to the second output of the third input power switch, the second output of the first input filter, the negative inputs of the first and second inverters of the first inverter unit, the first outputs of the first and second inverters of the first inverter unit are connected to the second output of the converter through the first output power key, to the second output the converter is also connected through the fourth output power switch, the first outputs of the first and second inverters of the second inverter unit, as well as to the second output under the fourth input of the control system is switched on, the second outputs of the first inverters of the first and second inverter units are combined and connected to the first outputs of the second and third output power switches, the second outputs of the second inverters of the first and second inverter units are combined with the make contacts of the second and third output power keys and connected to the first output of the converter, as well as the first output of the converter is connected to the third input of the control system, the disconnecting contacts of the second and third output power keys combined and connected to the second output of the Converter, the first, second and third, fourth outputs of the control system are connected to the third inputs of the first and second inverters of the first and second inverter units, respectively.

Новизна технического решения заключается в том, что система управления позволяет включать входы инверторных блоков последовательно или параллельно, изменяя величину входного напряжения преобразователя, а также выходы инверторов инверторных блоков последовательно или параллельно, изменяя величину выходного напряжения преобразователя, тем самым обеспечивая расширение функциональных возможностей преобразователя напряжения постоянного тока.The novelty of the technical solution lies in the fact that the control system allows you to turn on the inputs of the inverter blocks in series or in parallel, changing the input voltage of the converter, as well as the outputs of the inverters of the inverter blocks in series or in parallel, changing the output voltage of the converter, thereby expanding the functionality of the DC voltage converter current.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема преобразователя напряжения постоянного тока с переменной структурой.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a functional electrical diagram of a DC voltage Converter with a variable structure.

Преобразователь напряжения постоянного тока с переменной структурой содержит: входные выводы 1 и 2, к которым подключается источник напряжения постоянного тока, выходные выводы 3 и 4, к которым подключается нагрузка, работающая на переменном токе, входные силовые ключи 5, 6, 7, входные фильтры 8, 9, инверторные блоки 10 и 11, содержащие инверторы 12, 13 и 14, 15 соответственно, выходные силовые ключи 16, 17 и 18, 19, систему управления 20. Входные силовые ключи 5, 6, 7 предназначены для подключения инверторных блоков 10, 11 параллельно или последовательно к источнику напряжения постоянного тока. Выходные силовые ключи 16, 17 и 18, 19 предназначены для включения инверторов 12, 13 и 14, 15 инверторных блоков 10, 11 на параллельную или последовательную работу. Система управления 20 предназначена для управления работой силовых ключей и синхронизации работы инверторов. К входу 1 преобразователя подключены первый вывод входного силового ключа 5, первый вывод входного фильтра 8, положительные входы инверторов 12 и 13 и первый вход системы управления 20. Ко второму входу 2 преобразователя подключены первый вывод входного силового ключа 7, первый вывод входного фильтра 9, отрицательные входы инверторов 14 и 15 и второй вход системы управления 20. Ко второму выводу входного силового ключа 5 подключен первый вывод силового ключа 6, второй вывод входного фильтра 9 и положительные входы инверторов 14 и 15. Ко второму выводу входного силового ключа 7 подключены второй вывод входного силового ключа 6, второй вывод входного фильтра 8, отрицательные входы инверторов 12 и 13. Первые выходы инверторов 12 и 13 через выходной силовой ключ 18 и первые выходы инверторов 14 и 15 через выходной силовой ключ 19 подключены к выходу 4 преобразователя. Вторые выходы инверторов 12 и 14 объединены и подключены к первым выводам выходных силовых ключей 16 и 17, которые через замкнутые контакты соединены с выходом 4 преобразователя, а через замыкающие контакты выходных силовых ключей 16 и 17 соединены со вторыми выходами инверторов 13 и 14 и выходом 3 преобразователя. Третий и четвертый входы системы управления 20 подключены к выходным выводам 3 и 4 преобразователя соответственно, первый, второй, третий и четвертый выходы системы управления 20 подключены к третьим входам инверторов 12-15 соответственно.The variable-voltage DC-DC converter contains: input terminals 1 and 2, to which a DC voltage source is connected, output terminals 3 and 4, to which an AC-powered load is connected, input power switches 5, 6, 7, input filters 8, 9, inverter blocks 10 and 11, containing inverters 12, 13 and 14, 15, respectively, output power switches 16, 17 and 18, 19, control system 20. Input power switches 5, 6, 7 are used to connect inverter blocks 10 11 parallel or sequential to the source at DC voltage. The output power switches 16, 17 and 18, 19 are designed to turn on the inverters 12, 13 and 14, 15 of the inverter blocks 10, 11 for parallel or sequential operation. The control system 20 is designed to control the operation of power switches and synchronize the operation of inverters. The input 1 of the input power switch 5, the first output of the input filter 8, the positive inputs of the inverters 12 and 13 and the first input of the control system 20 are connected to the input 1 of the converter 20. The first output of the input power switch 7, the first output of the input filter 9, are connected to the second input 2 of the converter the negative inputs of the inverters 14 and 15 and the second input of the control system 20. The first output of the power switch 6, the second output of the input filter 9 and the positive inputs of the inverters 14 and 15 are connected to the second output of the input power switch 5. the power key 7 is connected to the second output of the input power key 6, the second output of the input filter 8, the negative inputs of the inverters 12 and 13. The first outputs of the inverters 12 and 13 through the output power key 18 and the first outputs of the inverters 14 and 15 through the output power key 19 are connected to output 4 converters. The second outputs of the inverters 12 and 14 are combined and connected to the first outputs of the output power switches 16 and 17, which are connected through closed contacts to the output 4 of the converter, and through the make contacts of the output power switches 16 and 17 are connected to the second outputs of the inverters 13 and 14 and output 3 transducer. The third and fourth inputs of the control system 20 are connected to the output terminals 3 and 4 of the converter, respectively, the first, second, third and fourth outputs of the control system 20 are connected to the third inputs of the inverters 12-15, respectively.

Преобразователь напряжения постоянного тока с переменной структурой работает следующим образом. При включении входных силовых ключей 5 и 7, посредством системы управления 20, входы инверторных блоков 10 и 11 включаются параллельно, а при замыкании входного силового ключа 6, и размыкании входных силовых ключей 5 и 7, входы инверторных блоков 10 и 11 включаются последовательно. При положении выходных силовых ключей 16, 17 и 18, 19, как показано на фиг.1, выходы инверторов 12, 13 и 14, 15 соединены.последовательно, а при срабатывании выходных силовых ключей 16, 17 и замыкании выходных силовых ключей 18, 19 выходы инверторов 12, 13 и 14, 15 включаются параллельно.The variable voltage direct current DC converter operates as follows. When the input power switches 5 and 7 are turned on by the control system 20, the inputs of the inverter units 10 and 11 are turned on in parallel, and when the input power switch 6 is closed and the input power keys 5 and 7 are opened, the inputs of the inverter blocks 10 and 11 are turned on in series. With the position of the output power switches 16, 17 and 18, 19, as shown in Fig. 1, the outputs of the inverters 12, 13 and 14, 15 are connected sequentially, and when the output power keys 16, 17 are triggered and the output power keys 18, 19 are closed the outputs of the inverters 12, 13 and 14, 15 are connected in parallel.

Изменение подключения входов инверторных блоков 10 и 11 с параллельного соединения в последовательное и обратно позволяет применять преобразователь для работы с источниками напряжения постоянного тока с различными уровнем напряжения, а изменение подключения выходов инверторов 12, 13 и 14, 15 инверторных блоков 10 и 11 с последовательного соединения в параллельное и обратно позволяет изменять величину выходного напряжения преобразователя независимо от уровня напряжения источника питания постоянного тока, тем самым расширяются функциональные возможности преобразователя напряжения постоянного тока.Changing the connection of the inputs of inverter blocks 10 and 11 from parallel to serial connection and vice versa allows the converter to be used to work with DC voltage sources with different voltage levels, and changing the connection of the outputs of inverters 12, 13 and 14, 15 of inverter blocks 10 and 11 from serial connection in parallel and vice versa allows you to change the value of the output voltage of the Converter regardless of the voltage level of the DC power source, thereby expanding the functional e capabilities of a DC voltage converter.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Claims

The variable-voltage DC-DC converter contains input filters, power switches, inverters included in the inverter units, a control system, characterized in that it contains first, second and third input and first, second, third and fourth output power switches, and to the first input of the converter is connected to the first output of the first input power switch, the first output of the first input filter, the positive inputs of the first and second inverters of the first inverter unit and the first input of the control system To the second input of the converter, the first output of the second input power switch, the first output of the second input filter, the negative inputs of the first and second inverters of the second inverter unit and the second input of the control system are connected, the first output of the third input power switch is connected to the second output of the first input power key, the first output of the second input filter and the positive inputs of the first and second inverters of the second inverter unit, the second output of the second input power switch is connected to the second the output of the third input power switch, the second output of the first input filter, the negative inputs of the first and second inverters of the first inverter unit, the first outputs of the first and second inverters of the first inverter unit are connected to the second output of the converter through the first output power switch, and to the second output of the converter are also connected through the fourth the output power switch, the first outputs of the first and second inverters of the second inverter unit, and the fourth input of the control system is connected to the second output, the second outputs of the first inverters of the first and second inverter units are combined and connected to the first terminals of the second and third output power switches, the second outputs of the second inverters of the first and second inverter units are combined with the make contacts of the second and third output power switches and are connected to the first output of the converter, and the third input of the control system is connected to the first output of the converter, the disconnecting contacts of the second and third output power keys are combined and connected to the second output the converter, the first, second and third, fourth outputs of the control system are connected to the third inputs of the first and second inverters of the first and second inverter units, respectively.