RU2510769C1 - Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами - Google Patents
Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510769C1 RU2510769C1 RU2012148481/07A RU2012148481A RU2510769C1 RU 2510769 C1 RU2510769 C1 RU 2510769C1 RU 2012148481/07 A RU2012148481/07 A RU 2012148481/07A RU 2012148481 A RU2012148481 A RU 2012148481A RU 2510769 C1 RU2510769 C1 RU 2510769C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency converter
- output
- voltage
- control
- cells
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных частотно-регулируемых электроприводах. Техническим результатом является получение увеличенного числа уровней напряжения на выходе преобразователя частоты при меньшем числе вторичных обмоток входного многообмоточного трансформатора и при меньшем количестве силовых ячеек и обеспечение возможности управления положением байпасных ключей не только при неисправности. Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами содержит входной многообмоточный трансформатор, систему управления и несколько уровней силовых ячеек в каждой фазе. Выходное напряжение ячеек каждого уровня различно: выходное напряжение ячеек первого уровня составляет половину от номинального выходного напряжения преобразователя частоты, а каждого последующего уровня в два раза ниже напряжения ячеек предыдущего уровня. Параллельно выходу каждой силовой ячейки установлен байпасный полупроводниковый ключ, один управляющий вход которого соединен с первым управляющим выходом системы управления, коммутирующим ключ при неисправности ячейки, а другой управляющий вход соединен со вторым управляющим выходом системы управления, коммутирующим ключ в рабочих режимах для изменения выходного напряжения преобразователя частоты. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных частотно-регулируемых электроприводах.
Известен многоуровневый транзисторный преобразователь частоты для управления асинхронным электродвигателем, предложенный в патенте США №5625545 с приоритетом от 29.04.1997 «Устройство и метод широтно-импульсного преобразователя частоты» («Medium voltage PWM drive and method»), содержащий входной многообмоточный силовой трансформатор и последовательно соединенные силовые ячейки, каждая из которых выполнена в виде однофазного транзисторного преобразователя частоты с блоком управления ячейкой, с трехфазным мостовым выпрямителем, соединенным выводами переменного тока с выходами вторичной обмотки входного многообмоточного силового трансформатора, а выводами постоянного тока через блок выходного фильтра с входными выводами постоянного тока транзисторного однофазного инвертора.
Недостатками данного многоуровневого преобразователя частоты являются сложность конструкции входного многообмоточного силового трансформатора, обусловленная наличием большого числа вторичных обмоток, значительные габаритные размеры преобразователя частоты из-за большого числа низковольтных силовых ячеек и невозможность использования преобразователя частоты с электродвигателями разных номинальных напряжений. Перечисленные недостатки вызваны тем, что все вторичные обмотки входного многообмоточного трансформатора и все силовые ячейки преобразователя частоты имеют одинаковое номинальное напряжение.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является многоуровневый транзисторный преобразователь частоты для управления электродвигателем переменного тока (патент №2411629 от 19.10.2009), содержащий входной многообмоточный силовой трансформатор, последовательно соединенные силовые ячейки, каждая из которых выполнена в виде однофазного транзисторного преобразователя частоты с блоком управления ячейкой и с трехфазным мостовым выпрямителем, соединенным выводами переменного тока с выходами вторичной обмотки многообмоточного силового трансформатора, а выводами постоянного тока через блок выходного фильтра - с входными выводами постоянного тока транзисторного однофазного инвертора.
Недостатками устройства являются сложность конструкции входного многообмоточного силового трансформатора, обусловленная наличием большого числа вторичных обмоток, значительные габаритные размеры преобразователя частоты, вызванные большим числом низковольтных ячеек, и невозможность использования преобразователя частоты с электродвигателями разных номинальных напряжений. Другим недостатком известного устройства является ограниченное число уровней выходного напряжения, которое соответствует числу силовых ячеек в каждой фазе, что ухудшает степень синусоидальности выходного напряжения и делает невозможным использование преобразователя частоты с электродвигателями разных номинальных напряжений.
Перечисленные недостатки обусловлены тем, что все вторичные обмотки входного многообмоточного трансформатора и все силовые ячейки преобразователя частоты выполнены с одинаковым номинальным напряжением.
Для того чтобы получить большее число уровней напряжения на выходе преобразователя частоты в известном устройстве, необходимо увеличивать число вторичных обмоток входного трансформатора и увеличивать число силовых ячеек в каждой фазе, что усложняет конструкции как входного многообмоточного трансформатора, так и электронной части преобразователя частоты.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции многоуровневого преобразователя частоты, увеличение числа уровней напряжения на выходе и расширение его функциональных возможностей за счет возможности использования с электродвигателями разных номинальных напряжений.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем многообмоточный силовой трансформатор, последовательно соединенные силовые ячейки, каждая из которых выполнена в виде однофазного транзисторного преобразователя частоты с блоком управления ячейкой и с трехфазным мостовым выпрямителем, соединенным выводами переменного тока с выходами вторичной обмотки многообмоточного силового трансформатора, а выводами постоянного тока через блок выходного фильтра - с входными выводами постоянного тока транзисторного однофазного инвертора, согласно изобретению вторичные обмотки входного многообмоточного трансформатора и соединенные с ними силовые ячейки выполнены с различным вторичным напряжением, а именно, номинальное напряжение силовых ячеек первого уровня составляет половину от номинального выходного напряжения преобразователя частоты, а номинальное напряжение силовых ячеек каждого последующего уровня в два раза ниже номинального напряжения силовых ячеек предыдущего уровня, а параллельно выходу каждой силовой ячейки установлен байпасный полупроводниковый ключ, один управляющий вход которого соединен с первым управляющим выходом системы управления, коммутирующим ключ при неисправности ячейки, а другой управляющий вход соединен со вторым управляющим выходом системы управления, коммутирующим ключ в рабочих режимах для изменения выходного напряжения преобразователя частоты.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что выходное напряжение ячеек первого уровня составляет половину от номинального выходного напряжения преобразователя частоты U1=UH/2, ячеек второго уровня - четверть U2=UH/4, ячеек третьего уровня - восьмую U3=UH/8, ячеек четвертого уровня - шестнадцатую U4=UH/16, выходное напряжение ячеек уровня n составляет 1/2" от номинального выходного напряжения преобразователя частоты Un=UH/(2n), а параллельно выходу каждой силовой ячейки установлен байпасный полупроводниковый ключ, один управляющий вход которого соединен с первым управляющим выходом системы управления, коммутирующим ключ при неисправности ячейки, а другой управляющий вход соединен со вторым управляющим выходом системы управления, коммутирующим ключ в рабочих режимах для изменения выходного напряжения преобразователя частоты.
На фиг.1 представлена схема многоуровневого преобразователя частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами, содержащего входной многообмоточный трансформатор Т, систему управления СУ с управляющим выходом УВ1, коммутирующим ключи при неисправности силовых ячеек, и управляющим выходом УВ2, коммутирующим ключи в рабочих режимах для изменения выходного напряжения преобразователя частоты, и несколько уровней силовых ячеек в каждой фазе: силовые ячейки первого уровня 1, силовые ячейки второго уровня 2, силовые ячейки третьего уровня 3 и так далее, а параллельно выходу каждой силовой ячейки подключен байпасный полупроводниковый ключ К.
Устройство работает следующим образом. Выходное фазное напряжение преобразователя частоты равно сумме выходных напряжений включенных силовых ячеек всех уровней от 1 до n:
В зависимости от того, какие силовые ячейки включены и какие выключены, можно получить 2n значений (уровней) выходного напряжения от UВЫХ=Un (при включенной n-й ячейке и выключенных всех других ячейках) до UВЫХ=2n·Un, при всех включенных ячейках, причем ступень изменения выходного напряжения равна Un.
В случае выхода из строя какой-либо из ячеек система управления СУ шунтирует неисправную ячейку, замкнув соответствующий байпасный полупроводниковый ключ К на выходе ячейки путем подачи сигнала на управляющий выход УВ1. При этом корректируется управление остальными ячейками, чтобы сохранялась симметрия напряжения по фазам. В предлагаемом устройстве управляющие входы байпасных ключей соединены не только с управляющим выходом УВ1 системы управления, коммутирующим ключи при неисправности силовых ячеек, но и с управляющим выходом УВ2, коммутирующим ключи в рабочих режимах для изменения выходного напряжения преобразователя частоты. При этом появляется возможность управлять положением байпасных ключей и числом включенных силовых ячеек не только при неисправности силовой ячейки, но и в рабочих режимах: в режимах пуска и регулирования скорости вращения электродвигателей.
При пуске в исходном состоянии схемы силовые ячейки всех уровней отключены, а все байпасные полупроводниковые ключи К разомкнуты, и на выходе преобразователя частоты напряжение отсутствует. При поступлении команды на пуск электродвигателя М система управления СУ вычисляет мгновенные значения напряжения каждой фазы необходимой частоты и подает команды на включение и отключение силовых ячеек и байпасных ключей таким образом, чтобы дискретность изменения выходного напряжения преобразователя частоты равнялась выходному напряжению ячеек верхнего уровня n.
В рабочем режиме, в режиме регулирования скорости вращения число включенных ячеек и уровень выходного напряжения выбирается в зависимости от номинального напряжения электродвигателя и способа его частотного регулирования. При этом появляется возможность подключать к преобразователю частоты электродвигатели М, номинальное напряжение которых можно получить из уравнения (1) путем подбора включенных/выключенных силовых ячеек.
Благодаря выполнению ячеек с различным номинальным напряжением появляется возможность при одинаковом числе ячеек формировать выходное напряжение из большего числа уровней напряжения, чем в известном устройстве. Так, если все ячейки преобразователя частоты известного устройства имеют одинаковые выходные напряжения, то при числе уровней n=4 возможно получить только 4 уровня напряжения каждой полярности. В предлагаемом устройстве при дифференцированных напряжениях каждого уровня при n=4 получается 2n=16 уровней.
На фиг.2 показана форма выходного напряжения многоуровневого преобразователя частоты, если все ячейки имеют одинаковые выходные напряжения, и число уровней и ячеек n=4.
На фиг.3 показана форма выходного напряжения многоуровневого преобразователя частоты при дифференцированных напряжениях каждого уровня и числе ячеек n=4. Видно, что форма напряжения на фиг.3 значительно ближе к синусоидальной.
Таким образом, в предложенном устройстве обеспечивается увеличенное число уровней напряжения на выходе преобразователя частоты при меньшем числе вторичных обмоток входного многообмоточного трансформатора и при меньшем количестве силовых ячеек. Кроме того, благодаря подключению управляющих входов байпасных ключей не только к диагностическим выводам системы управления, но и к управляющим, появляется возможность управлять положением байпасных ключей не только при неисправности силовой ячейки, но и в рабочих режимах, таких как режим пуска или режим регулирования частоты. Это позволяет упростить конструкцию многоуровневого преобразователя частоты и расширить функциональные возможности за счет возможности использования с электродвигателями разных номинальных напряжений.
Claims (1)
- Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами, содержащий входной многообмоточный силовой трансформатор, последовательно соединенные силовые ячейки, каждая из которых выполнена в виде однофазного транзисторного преобразователя частоты с блоком управления ячейкой и с трехфазным мостовым выпрямителем, соединенным выводами переменного тока с выходами вторичной обмотки многообмоточного силового трансформатора, а выводами постоянного тока через блок выходного фильтра - с входными выводами постоянного тока транзисторного однофазного инвертора, отличающийся тем, что вторичные обмотки входного многообмоточного трансформатора и соединенные с ними силовые ячейки выполнены с различным вторичным напряжением, а именно, номинальное напряжение силовых ячеек первого уровня составляет половину от номинального выходного напряжения преобразователя частоты, а номинальное напряжение силовых ячеек каждого последующего уровня в два раза ниже номинального напряжения силовых ячеек предыдущего уровня, причем параллельно выходу каждой силовой ячейки установлен байпасный полупроводниковый ключ, один управляющий вход которого соединен с первым управляющим выходом системы управления, коммутирующим ключ при неисправности ячейки, а другой управляющий вход соединен со вторым управляющим выходом системы управления, коммутирующим ключ в рабочих режимах для изменения выходного напряжения преобразователя частоты.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148481/07A RU2510769C1 (ru) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148481/07A RU2510769C1 (ru) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2510769C1 true RU2510769C1 (ru) | 2014-04-10 |
Family
ID=50437624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012148481/07A RU2510769C1 (ru) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2510769C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2735323C2 (ru) * | 2019-03-25 | 2020-10-30 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Каскадный преобразователь частоты |
RU2767491C1 (ru) * | 2020-12-08 | 2022-03-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Каскадный преобразователь частоты с увеличенным числом уровней выходного напряжения |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5625545A (en) * | 1994-03-01 | 1997-04-29 | Halmar Robicon Group | Medium voltage PWM drive and method |
US6101109A (en) * | 1998-03-23 | 2000-08-08 | Duba; Greg A. | Static power converter multilevel phase driver containing power semiconductors and additional power semiconductor to attenuate ripple voltage |
JP2000270562A (ja) * | 1999-03-15 | 2000-09-29 | Yaskawa Electric Corp | 多レベル電力変換装置 |
RU2289191C1 (ru) * | 2005-10-04 | 2006-12-10 | Дмитрий Петрович Смирнов | Устройство для управления преобразователем частоты с многоуровневым инвертором напряжения и способ управления таким преобразователем |
UA50428U (ru) * | 2009-12-03 | 2010-06-10 | Государственное Высшее Учебное Заведение Донецкий Национальный Технический Университет | Гибридный несимметричный многоуровневый преобразователь частоты |
WO2010145688A1 (en) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | Areva T&D Uk Limited | Converter control |
RU2411629C1 (ru) * | 2009-10-19 | 2011-02-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты для управления электродвигателем переменного тока |
US20120126628A1 (en) * | 2008-11-24 | 2012-05-24 | Ole Johan Bjerknes | Frequency converter |
-
2012
- 2012-11-14 RU RU2012148481/07A patent/RU2510769C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5625545A (en) * | 1994-03-01 | 1997-04-29 | Halmar Robicon Group | Medium voltage PWM drive and method |
US6101109A (en) * | 1998-03-23 | 2000-08-08 | Duba; Greg A. | Static power converter multilevel phase driver containing power semiconductors and additional power semiconductor to attenuate ripple voltage |
JP2000270562A (ja) * | 1999-03-15 | 2000-09-29 | Yaskawa Electric Corp | 多レベル電力変換装置 |
RU2289191C1 (ru) * | 2005-10-04 | 2006-12-10 | Дмитрий Петрович Смирнов | Устройство для управления преобразователем частоты с многоуровневым инвертором напряжения и способ управления таким преобразователем |
US20120126628A1 (en) * | 2008-11-24 | 2012-05-24 | Ole Johan Bjerknes | Frequency converter |
WO2010145688A1 (en) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | Areva T&D Uk Limited | Converter control |
EP2443733A1 (en) * | 2009-06-15 | 2012-04-25 | Alstom Grid UK Limited | Converter control |
RU2411629C1 (ru) * | 2009-10-19 | 2011-02-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Многоуровневый транзисторный преобразователь частоты для управления электродвигателем переменного тока |
UA50428U (ru) * | 2009-12-03 | 2010-06-10 | Государственное Высшее Учебное Заведение Донецкий Национальный Технический Университет | Гибридный несимметричный многоуровневый преобразователь частоты |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2735323C2 (ru) * | 2019-03-25 | 2020-10-30 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Каскадный преобразователь частоты |
RU2767491C1 (ru) * | 2020-12-08 | 2022-03-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Каскадный преобразователь частоты с увеличенным числом уровней выходного напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Goetz et al. | Control of modular multilevel converter with parallel connectivity—Application to battery systems | |
CN104685771B (zh) | 电力变换装置 | |
Gao et al. | Dual Z-source inverter with three-level reduced common-mode switching | |
US20120081058A1 (en) | Dc power for sgct devices using a high frequency current loop with multiple current transformers | |
EP3192161B1 (en) | Voltage source converter and associated method | |
CN107093975B (zh) | 用于控制多电平逆变器的三相等值电压的方法 | |
CN102647097A (zh) | 电源设备 | |
KR20140118394A (ko) | 멀티 레벨 인버터 | |
Janik et al. | Universal precharging method for dc-link and flying capacitors of four-level flying capacitor converter | |
US11121637B2 (en) | Power conversion device and power conversion system including a power converter capable of converting between alternating-current (AC) power and direct-current (DC) power | |
KR20150140966A (ko) | 바이패스 운전 기능을 갖는 직렬형 h-브릿지 인버터 | |
EP4071999A1 (en) | Regenerative medium voltage drive (cascaded h bridge) with reduced number of sensors | |
RU2510769C1 (ru) | Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами | |
JP2014023400A (ja) | 電力変換装置 | |
RU2428783C1 (ru) | Способ формирования и регулирования высокого напряжения матричного непосредственного преобразователя частоты каскадного типа с высокочастотной синусоидальной шим | |
RU2564990C2 (ru) | Трехфазный регулятор напряжения | |
JP2017189053A (ja) | 電動機装置 | |
RU187809U1 (ru) | Многофазная система электродвижения судов с коммутатором в нейтрали | |
RU2534749C1 (ru) | Обратимый преобразователь частоты | |
RU126233U1 (ru) | Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней | |
RU194734U1 (ru) | Частотный преобразователь для трехфазных асинхронных электродвигателей с возможностью питания от низковольтного источника постоянного напряжения | |
RU68205U1 (ru) | Система плавного пуска двух двигателей | |
RU63994U1 (ru) | Трехфазный инвертор тока | |
RU2505918C2 (ru) | Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод | |
RU2659811C1 (ru) | Способ и устройство коммутации электрической энергии постоянного тока возобновляемых источников в трехфазную сеть переменного тока |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141115 |