RU2513547C1 - Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers - Google Patents

Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers Download PDF

Info

Publication number
RU2513547C1
RU2513547C1 RU2012138512/07A RU2012138512A RU2513547C1 RU 2513547 C1 RU2513547 C1 RU 2513547C1 RU 2012138512/07 A RU2012138512/07 A RU 2012138512/07A RU 2012138512 A RU2012138512 A RU 2012138512A RU 2513547 C1 RU2513547 C1 RU 2513547C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inverter
inverters
rectifier
port
mode
Prior art date
Application number
RU2012138512/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012138512A (en
Inventor
Владимир Григорьевич Яцук
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО Гамем")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО Гамем") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО Гамем")
Priority to RU2012138512/07A priority Critical patent/RU2513547C1/en
Publication of RU2012138512A publication Critical patent/RU2012138512A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2513547C1 publication Critical patent/RU2513547C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is related to reversible converters designed for power supply of alternating and direct-current consumers and the system contains the first input/output port at the side of connected accumulator battery and the second input/output port at the side of alternating-current supply mains. In inverter mode direct current is supplied from the accumulator battery to the first port while alternating current is outputted from the second port. In rectifier mode input alternating current is supplied to the second port while direct current is outputted from the first port. Between the ports there are in-series interconnected high-frequency link and a link of industrial frequency self-commutated inverter. Operation of the links is controlled by the control system. The high-frequency link is made as a combined scheme of resonance inverters and voltage inverters connected in parallel by their inputs and in-series by their outputs; while in rectifier mode is works as a combined scheme of voltage inverters and rectifiers. In inverter mode all invertors but one are non-regulated. One inverter is a regulated one. Non-regulated inverters create reference output voltage (minimum required). The regulated inverter shapes additional voltage added to the reference one so that output voltage could have the required value. In the rectifier mode wiring scheme of the reversible converter operates to generate charge current for accumulator batteries.
EFFECT: development of voltage converters designed to supply power to alternating- and direct-current consumers.
4 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям напряжения, предназначенным для электропитания потребителей переменного и постоянного тока.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to voltage converters designed to power consumers of alternating and direct current.

Известно устройство бесперебойного питания (Патент РФ №2221320), содержащее сетевой выпрямитель, выводами переменного тока подключенный к промышленной сети электроснабжения переменного тока, а выводами постоянного тока - к входным выводам зарядно-буферного преобразователя, выходные выводы постоянного тока которого подключены к резервной аккумуляторной батарее и входам преобразователей напряжения постоянного тока в постоянный. Недостатком данного устройства бесперебойного питания является то, что в нем не обеспечена возможность рекуперации энергии аккумуляторной батареи в питающую промышленную сеть переменного тока. Кроме того, состав данного устройства электропитания избыточен, поскольку заряд аккумуляторной батареи обеспечивается отдельным преобразователем, а в составе выходных преобразователей напряжения постоянного тока в постоянный используются два канала инвертирования (основной и дополнительный инвертор), один из которых работает через сетевой выпрямитель только от промышленной сети, а второй только от аккумуляторов.An uninterruptible power supply device is known (RF Patent No. 2221320), which contains a network rectifier connected to an industrial AC power supply with AC leads, and to DC input terminals of a charge-buffer converter, DC output terminals of which are connected to a backup battery and inputs of DC / DC voltage converters. The disadvantage of this uninterruptible power supply device is that it does not provide the possibility of recovering the energy of the battery in a supply industrial AC network. In addition, the composition of this power supply device is redundant, since the battery charge is provided by a separate converter, and two inverting channels (main and auxiliary inverter) are used as part of the output DC-DC voltage converters, one of which works through a network rectifier only from an industrial network, and the second only from batteries.

Более близким аналогом является техническое решение, защищенное патентом США №6160722. У заявленного реверсивного преобразователя имеются три порта входа-выхода силовых цепей: основной сети переменного тока, источника постоянного тока для подключения аккумуляторной батареи и порта для подключения ответственных потребителей переменного тока. При нормальной работе от основной сети переменный ток выпрямляется, а затем инвертором преобразуется в переменное напряжение высокой частоты, которое далее поступает на двухобмоточный трансформатор высокой частоты и далее после выпрямления в реверсивном преобразователе поступает на заряд аккумуляторов. Одновременно в этом режиме производится питание ответственных потребителей переменного тока от шин постоянного тока через второй инвертор. В аварийном режиме, когда нарушается работа основной сети, питание ответственных потребителей переменного тока производится от аккумуляторной батареи через еще один инвертор высокой частоты, вышеупомянутый двухобмоточный трансформатор, реверсивный преобразователь, работающий в этом случае как выпрямитель и через вышеупомянутый первый инвертор. Недостатком преобразователя являются низкая эффективность преобразования энергии и большие потери особенно при большой мощности преобразователя.A closer analogue is the technical solution protected by US patent No. 6160722. The claimed reversible converter has three input / output ports of power circuits: the main AC network, a DC source for connecting the battery and a port for connecting critical AC consumers. During normal operation from the main network, the alternating current is rectified, and then the inverter is converted to high-frequency alternating voltage, which is then fed to a high-frequency double-winding transformer and then, after rectification in the reversing converter, is supplied to the battery charge. At the same time, in this mode, responsible AC consumers are supplied from DC buses through a second inverter. In emergency mode, when the main network is interrupted, the responsible AC consumers are supplied with power from the battery through another high-frequency inverter, the aforementioned double-winding transformer, a reversing converter operating in this case as a rectifier and through the aforementioned first inverter. The disadvantage of the converter is the low efficiency of energy conversion and large losses, especially with a high power converter.

Минимизация массогабаритных параметров преобразователя осуществлена согласно изобретению по патенту РФ 2426215, выбираемому в качестве прототипа. Согласно прототипу источник бесперебойного питания выполнен в виде обратимого преобразователя с промежуточным звеном высокой частоты и портами для подключения источника постоянного тока и потребителей. Обратимый преобразователь обеспечен двумя портами входа-выхода силовых цепей, один из которых выполнен в виде порта зажимов постоянного тока с подключенной к нему на входе аккумуляторной батареей, и который является входным портом для работы в инверторном режиме, а другой порт выполнен в виде зажимов для переменного тока и является выходным портом в инверторном и входным в выпрямительном режимах работы. Для электрической связи между зажимами постоянного и переменного тока указанных портов через автоматические выключатели включены два звена, последовательно соединенные между собой, одно из которых является звеном высокой частоты, а другое звеном автономного инвертора промышленной частоты, при этом звенья снабжены драйверами для управления силовыми модулями. Оба звена используются с помощью средств управления в инверторном и выпрямительном режимах. При этом в выпрямительном режиме и при нормальном функционировании сети переменного тока ответственные потребители подключены непосредственно к основной сети переменного тока через автоматический выключатель. При этом за счет средств управления обратимый преобразователь обеспечивает генерацию регулируемой реактивной мощности в сеть переменного тока, к которой подключен датчик напряжения с регулятором напряжения. Прототип работает в двух основных режимах - инверторном и выпрямительном, названными так с некоторой долей условности:The minimization of the mass-dimensional parameters of the converter is carried out according to the invention according to the patent of the Russian Federation 2426215, selected as a prototype. According to the prototype, the uninterruptible power supply is made in the form of a reversible converter with an intermediate link of high frequency and ports for connecting a DC source and consumers. The reversible converter is provided with two input-output ports of power circuits, one of which is made in the form of a port for DC clamps with a battery connected to it at the input, and which is an input port for operation in inverter mode, and the other port is made in the form of clamps for AC current and is the output port in the inverter and the input in the rectifier operation modes. For electrical communication between the DC and AC clamps of the indicated ports through the circuit breakers, two links are connected in series, interconnected, one of which is a high frequency link, and the other is a link of an autonomous industrial frequency inverter, while the links are equipped with drivers for controlling power modules. Both links are used with controls in the inverter and rectifier modes. Moreover, in the rectifier mode and during normal operation of the AC network, responsible consumers are connected directly to the main AC network through a circuit breaker. At the same time, due to control means, a reversible converter provides the generation of controlled reactive power into an alternating current network, to which a voltage sensor with a voltage regulator is connected. The prototype operates in two main modes - inverter and rectifier, so named with some degree of conventionality:

а) в инверторном режиме ответственные потребители переменного тока получают питание от аккумуляторов через обратимый преобразователь, б) в выпрямительном режиме потребители переменного тока получают питание от сети переменного тока, например от синхронного генератора, а заряд аккумуляторной батареи и питание потребителей постоянного тока производится через обратимый преобразователь, т.е. обратимый преобразователь пропускает электроэнергию в обратном направлении.a) in the inverter mode, the responsible consumers of alternating current receive power from the batteries through a reversible converter, b) in the rectifier mode, consumers of alternating current receive power from the alternating current network, for example, from a synchronous generator, and the battery is charged and the consumers of direct current are supplied through the reversible converter , i.e. a reversible converter transmits electricity in the opposite direction.

Звено высокой частоты содержит два стандартных транзисторно-диодных модуля, подключенные со стороны первичной и вторичной обмоток трансформатора. Каждый из них работает либо в инверторном режиме, когда используются все их элементы, либо в выпрямительном, когда используются только обратные диоды, а транзисторы не открываются. В инверторном режиме модуль, подключенный к первичной обмотке трансформатора со стороны источника постоянного тока, работает в инверторном режиме, а модуль, включенный с противоположной стороны трансформатора, работает в выпрямительном режиме. В выпрямительном режиме работы обратимого преобразователя функции модулей меняются на противоположные.The high-frequency link contains two standard transistor-diode modules connected from the side of the primary and secondary windings of the transformer. Each of them works either in inverter mode, when all their elements are used, or in the rectifier mode, when only reverse diodes are used, and transistors do not open. In the inverter mode, the module connected to the primary winding of the transformer from the DC source side operates in the inverter mode, and the module included on the opposite side of the transformer operates in the rectifier mode. In the rectifier mode of operation of a reversible converter, the functions of the modules are reversed.

Звено автономного инвертора промышленной частоты, подключенное своими зажимами постоянного тока к зажимам постоянного тока звена высокой частоты и зажимами переменного тока через датчик тока к зажимам порта переменного тока, выполнено на базе одного и нескольких, включенных параллельно, стандартных транзисторно-диодных модулей и LC-фильтра нижних частот. Это звено выполнено также реверсивным. В инверторном режиме оно работает в режиме автономного инвертора, в выпрямительном - выполняет функцию выпрямителя на том же стандартном модуле, транзисторы и обратные диоды которого соединены по схеме 3-фазного моста, и его обратные диоды позволяют выполнить эту функцию. С помощью транзисторов, управляемых по методу синусоидальной ШИМ, можно регулировать переток активной и реактивной мощности в сеть или из основной сети переменного тока.The link of a stand-alone inverter of industrial frequency, connected with its DC clamps to the DC clamps of the high-frequency link and the AC clamps through the current sensor to the clamps of the AC port, is made on the basis of one and several parallel transistor-diode modules and an LC filter low frequencies. This link is also made reversible. In the inverter mode, it operates in the autonomous inverter mode, in the rectifier mode it performs the function of a rectifier on the same standard module, the transistors and reverse diodes of which are connected according to the 3-phase bridge circuit, and its reverse diodes allow this function to be performed. Using transistors controlled by the sinusoidal PWM method, it is possible to regulate the flow of active and reactive power into the network or from the main AC network.

К недостаткам указанного обратимого преобразователя следует отнести значительные потери в цепях, а также низкую стабилизацию напряжения звена постоянного тока при широком изменении напряжений на входе порта постоянного тока.The disadvantages of this reversible converter include significant losses in the circuits, as well as low voltage stabilization of the DC link with a wide change in voltage at the input of the DC port.

Целью изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно повышение коэффициента полезного действия за счет уменьшения потерь и улучшение стабилизации выходного напряжения при широком изменении напряжения на входе звена высокой частоты.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype, namely increasing the efficiency by reducing losses and improving the stabilization of the output voltage with a wide change in voltage at the input of the high frequency link.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Указанная цель достигается выполнением звена высокой частоты статического обратимого преобразователя в виде комбинированной схемы из параллельно соединенных по входу и последовательно по выходу в инверторном режиме работы резонансных инверторов и инверторов напряжения, а в выпрямительном режиме - в виде комбинированной схемы инверторов напряжения и выпрямителей.This goal is achieved by performing the high-frequency link of a static reversible converter in the form of a combined circuit of resonant inverters and voltage inverters connected in parallel to the input and sequentially in the inverter mode, and in the rectifier mode as a combined circuit of voltage inverters and rectifiers.

Для инверторного режима все инверторы, кроме одного, являются нерегулируемыми, а один инвертор - регулируемый. Нерегулируемые инверторы создают опорное (минимально требуемое) выходное напряжение. Регулируемый инвертор формирует дополнительное напряжение, добавляемое к опорному для того, чтобы довести выходное напряжение преобразователя до требуемого значения (в соответствии с потребностями потребителей переменного тока).For inverter mode, all but one inverter is unregulated, and one inverter is adjustable. Unregulated inverters create a reference (minimum required) output voltage. The adjustable inverter generates additional voltage added to the reference in order to bring the output voltage of the converter to the required value (in accordance with the needs of AC consumers).

В выпрямительном режиме электрическая схема обратимого преобразователя работает на формирование тока заряда аккумуляторных батарей.In the rectifier mode, the electrical circuit of the reversible converter works to generate the charge current of the batteries.

Согласно изобретению статический обратимый преобразователь (далее - преобразователь) для питания потребителей переменного и постоянного тока содержит первый порт «входа выхода» на стороне постоянного тока с подключенной к нему аккумуляторной батареей и второй порт «входа-выхода» на стороне переменного тока. В инверторном режиме работы преобразователя питание постоянного тока подается на первый порт, а выход переменного тока снимается со второго порта, а в выпрямительном режиме входное питание переменного тока подается на второй порт, а выход постоянного тока снимается с первого порта. Для электрической связи портов между ними включены звено высокой частоты и звено автономного инвертора промышленной частоты, последовательно соединенные между собой, причем оба звена работают в инверторном и выпрямительном режимах с помощью системы управления. Звено высокой частоты выполнено на основе однофазных мостовых схем инверторов, связанных с системой управления. Выходное напряжение переменного тока формируется с помощью трехфазных мостовых схем с выходными LC-фильтрами. Звено высокой частоты выполнено в виде комбинированной схемы из параллельно соединенных по входу преобразователя и последовательно по выходу - резонансных инверторов и инверторов напряжения для работы в инверторном режиме, и в виде комбинированной схемы инверторов напряжения и выпрямителей - для работы в выпрямительном режиме. Такое соединение инверторов обеспечивает стабилизацию напряжения звена переменного тока при широком изменении входного напряжения на входе первого порта.According to the invention, the static reversible converter (hereinafter referred to as the converter) for supplying AC and DC consumers contains a first “input output” port on the DC side with a battery connected to it and a second “input-output” port on the AC side. In the inverter operation mode of the converter, DC power is supplied to the first port, and AC output is removed from the second port, and in rectifier mode, AC input power is supplied to the second port, and DC output is removed from the first port. For the electrical communication of the ports between them, a high-frequency link and a link of an autonomous inverter of industrial frequency are connected in series, and both links operate in inverter and rectifier modes using a control system. The high-frequency link is made on the basis of single-phase bridge circuits of inverters associated with the control system. The AC output voltage is generated using three-phase bridge circuits with output LC filters. The high-frequency link is made in the form of a combined circuit of resonant inverters and voltage inverters connected in parallel at the input of the converter and sequentially in output for operation in the inverter mode, and in the form of a combined circuit of voltage inverters and rectifiers for operation in the rectifier mode. Such a connection of inverters provides stabilization of the AC link voltage with a wide change in the input voltage at the input of the first port.

Более конкретно звено высокой частоты может быть выполнено из трех инверторно-выпрямительных модулей, из которых в инверторном режиме два инвертора являются нерегулируемыми и один регулируемым, а в выпрямительном режиме - два модуля являются регулируемыми, а один работает в ключевом режиме.More specifically, the high-frequency link can be made of three inverter-rectifier modules, of which two inverters are unregulated and one adjustable in the inverter mode, and two modules are adjustable in the rectifier mode, and one operates in key mode.

Как вариант звено высокой частоты также состоит из трех инверторно-выпрямительных модулей, из которых при работе в инверторном режиме два инвертора нерегулируемые и один регулируемый, соединенный с выпрямителем на диодах, а в выпрямительном режиме два инвертора регулируемые, а выпрямитель на диодах шунтирует полупроводниковый ключ.As an option, the high-frequency link also consists of three inverter-rectifier modules, of which, when operating in the inverter mode, two inverters are unregulated and one adjustable, connected to the rectifier on the diodes, and in the rectifier mode, two inverters are adjustable, and the rectifier on the diodes shunts the semiconductor switch.

Система управления инверторами звена высокой частоты может быть выполнена без регулятора мощности.The control system of the inverters of the high frequency link can be performed without a power regulator.

Таким образом, изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия обратимого преобразователя за счет рационального использования нерегулируемых и регулируемых высокочастотных инверторов и стабилизировать выходное напряжение потребителей переменного тока в широком диапазоне изменения напряжения на аккумуляторных батареях. Использование упрощенных (без транзисторов) мостовых схем некоторых инверторов обеспечивает оптимизацию массогабаритных показателей.Thus, the invention allows to increase the efficiency of a reversible converter due to the rational use of unregulated and adjustable high-frequency inverters and to stabilize the output voltage of AC consumers in a wide range of voltage changes on the batteries. The use of simplified (without transistors) bridge circuits of some inverters provides optimization of weight and size indicators.

Перечень графических фигурList of graphic figures

Фиг.1. Схема статического обратимого преобразователяFigure 1. Static reversible converter circuit

Фиг.2. Схема статического обратимого преобразователя (упрощенный вариант)Figure 2. Scheme of a static reversible converter (simplified version)

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На Фиг 1 представлена схема статического обратимого преобразователя, имеющего два порта силовых цепей «входа - выхода»: порт постоянного тока 1, к которому извне подключают накопитель электроэнергии - аккумуляторную батарею 2 (и возможные потребители постоянного тока) и порт промышленной частоты 3, к которому подключают ответственные потребители переменного тока. Статический обратимый преобразователь содержит звено высокой частоты 4 и инвертор промышленной частоты 5. Статический обратимый преобразователь работает в двух режимах: инверторном, когда питание постоянного тока от аккумуляторной батареи 2 подается на порт 1, а выход переменного тока снимается с порта 3 и выпрямительном, когда питание переменного тока подается на порт 3, а выход постоянного тока снимается с порта 1.Fig. 1 shows a diagram of a static reversible converter having two ports of input-output power circuits: a direct current port 1, to which an electric energy storage device is connected - an accumulator battery 2 (and possible direct current consumers) and an industrial frequency port 3 to which connect responsible AC consumers. The static reversible converter contains a high-frequency link 4 and an industrial frequency inverter 5. The static reversible converter operates in two modes: invertor, when DC power from the battery 2 is supplied to port 1, and the AC output is removed from port 3 and rectifier when the power AC power is supplied to port 3, and the DC output is removed from port 1.

Каждое звено высокой частоты 4 содержит трансформатор 6, выполняющий функцию гальванической развязки. К нему со стороны первичной обмотки подключены резонансные инверторы (стандартные транзисторно-диодные модули типа IGBT) 7, 8 и нерезонансный - 9, со стороны вторичной обмотки - инвертора напряжения (аналогичные IGBT модули) 10, 11, 12, каждый из которых работает либо в инверторном режиме модуля, когда используются все элементы модуля транзисторы 13 и диоды 14, либо в выпрямительном, когда используются только обратные диоды 14, а транзисторы не открываются. Резонансные инверторы 7, 8 и нерезонансный 9 подключены к порту 1 параллельно, а инвертора напряжения 10, 11, 12 - последовательно. Функционирование инверторов и переключение между режимами работы обеспечивает система управления 15. В качестве трансформаторов 6 могут использоваться планарные трансформаторы фирмы Payton, обеспечивающие снижение массы, габаритов и омические потери. В конкретном случае, когда звено высокой частоты состоит из трех инверторно-выпрямительных модулей, в инверторном режиме инвертора 8 и 9 являются нерегулируемыми и инвертор 7 - регулируемый, а в выпрямительном режиме - два инвертора 10, 11 регулируемые, а инвертор 12 работает в ключевом режиме. Инверторы 10, 11, 12 соединены последовательно и на выходе имеют LC-фильтр, состоящий из емкости 16 и дросселя 17, соединенный с входными зажимами инвертора промышленной частоты 5.Each link of the high frequency 4 contains a transformer 6, performing the function of galvanic isolation. Resonant inverters (standard transistor-diode modules of type IGBT) 7, 8 and non-resonant - 9, connected to it from the side of the primary winding, voltage inverters (similar to IGBT modules) 10, 11, 12, each of which works either in inverter mode of the module, when all the elements of the module are used transistors 13 and diodes 14, or in the rectifier mode, when only reverse diodes 14 are used, and the transistors do not open. Resonant inverters 7, 8 and non-resonant 9 are connected to port 1 in parallel, and voltage inverters 10, 11, 12 are connected in series. The operation of the inverters and switching between the operating modes is provided by the control system 15. As transformers 6, Payton planar transformers can be used, which reduce the weight, dimensions and ohmic losses. In the specific case, when the high-frequency link consists of three inverter-rectifier modules, in the inverter mode, the inverters 8 and 9 are unregulated and the inverter 7 is adjustable, and in the rectifier mode, two inverters 10, 11 are adjustable, and the inverter 12 is in key mode . Inverters 10, 11, 12 are connected in series and have an LC filter at the output, consisting of a capacitor 16 and a reactor 17, connected to the input terminals of the industrial frequency inverter 5.

Инвертор промышленной частоты 5 выполнен по трехфазной мостовой схеме на базе одного или нескольких включенных параллельно транзисторно-диодных модулей типа IGBT. Он выполнен также реверсивным, т.е. работает в инверторном и выпрямительном режимах по командам от системы управления 15. Транзисторы и обратные диоды инвертора промышленной частоты 5 соединены по схеме трехфазного моста, причем транзисторы, управляемые по методу синусоидальной ШИМ, позволяют осуществлять управление перетоком активной и реактивной мощности. Между выходом инвертора промышленной частоты 5 и портом входа-выхода 3 включен LC-фильтр 18. Работу инверторов 7 и 8 в резонансном режиме обеспечивают конденсаторы 19, 20.The industrial frequency inverter 5 is made according to a three-phase bridge circuit based on one or more IGBT transistor-diode modules connected in parallel. It is also made reversible, i.e. It operates in inverter and rectifier modes by commands from the control system 15. Transistors and reverse diodes of the industrial frequency inverter 5 are connected according to a three-phase bridge circuit, and transistors controlled by the sinusoidal PWM method allow controlling the flow of active and reactive power. An LC filter 18 is connected between the output of the industrial frequency inverter 5 and the input-output port 3. The operation of inverters 7 and 8 in the resonant mode is provided by the capacitors 19, 20.

В упрощенном варианте схемы статического обратимого преобразователя (Фиг.2) звено высокой частоты 4 при работе в инвертором режиме также состоит из трех инверторно-выпрямительных модулей 7, 8, 9, из которых два инвертора в модулях 7 и 8 нерегулируемые, а 9 регулируемый. Однако в выпрямительном режиме два инвертора 10 и 11 регулируемые, а третий инвертор 21 выполнен как мостовой диодный выпрямитель с полупроводниковым ключом 22 для его шунтирования.In a simplified version of the static reversible converter circuit (Figure 2), the high-frequency link 4 when operating in inverter mode also consists of three inverter-rectifier modules 7, 8, 9, of which two inverters in modules 7 and 8 are unregulated, and 9 is adjustable. However, in the rectifier mode, two inverters 10 and 11 are adjustable, and the third inverter 21 is designed as a bridge diode rectifier with a semiconductor switch 22 for shunting.

Статический обратимый преобразователь работает следующим образом.Static reversible Converter operates as follows.

Инверторный режимInverter mode

Для реализации инверторного режима работы система управления 15 устанавливает транзисторно-диодным модулям звена высокой частоты 7, 8, 9 инверторный режим, а модулям 10, 11, 12 выпрямительный режим работы, а также устанавливает инверторный режим работы транзисторно-диодного модуля инвертора 5.To implement the inverter mode of operation, the control system 15 sets the transistor-diode modules of the high frequency link 7, 8, 9 in the inverter mode, and the modules 10, 11, 12 rectifier mode of operation, and also sets the inverter mode of operation of the transistor-diode module of the inverter 5.

Напряжение постоянного тока поступает от аккумуляторной батареи на первый порт «входа-выхода» 1 и оттуда на звено высокой частоты 4. Инверторы 7, 8, 9 указанного звена 4 преобразуют постоянный ток в высокочастотный переменный. Нерегулируемые инверторы 7 и 8 обеспечивают получение опорного выходного напряжения. Напряжение переменного тока с инверторов 7, 8, 9 через трансформаторы 6 поступает на инвертора 10, 11, 12, которые, работая в качестве выпрямителя, преобразуют переменный ток в постоянный. Регулируемый инвертор 9 по сигналам от системы управления 15 осуществляет получение добавочного напряжения, которое выпрямляется и суммируется с опорным напряжением от инверторов 7 и 8, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения при изменении напряжения аккумуляторной батареи от 175 до 320 В, т.е. от разряженного до заряженного состояния аккумуляторной батареи 2. С выхода звена высокой частоты 4 выпрямленный ток через LC-фильтр (емкость 16, дроссель 17) поступает на инвертор 5, где преобразуется в переменный ток, который через LC-фильтр 18 поступает к порту «входа-выхода» 3 для обеспечения работы потребителей переменного тока.The DC voltage is supplied from the battery to the first input-output port 1 and from there to the high-frequency link 4. Inverters 7, 8, 9 of this link 4 convert the direct current to high-frequency alternating current. Unregulated inverters 7 and 8 provide a reference output voltage. AC voltage from inverters 7, 8, 9 through transformers 6 is supplied to inverters 10, 11, 12, which, working as a rectifier, convert alternating current into direct current. The adjustable inverter 9, by signals from the control system 15, receives an additional voltage, which is rectified and summed with the reference voltage from the inverters 7 and 8, providing stabilization of the output voltage when the battery voltage changes from 175 to 320 V, i.e. from the discharged to charged state of the battery 2. From the output of the high-frequency link 4, the rectified current through the LC filter (capacity 16, inductor 17) is supplied to the inverter 5, where it is converted into alternating current, which is supplied through the LC filter 18 to the input port -output "3 to ensure the operation of AC consumers.

Выпрямительный режимRectifier mode

Для реализации выпрямительного режима работы статического обратимого преобразователя система управления 15 устанавливает инверторам 7, 8, 9 звена высокой частоты выпрямительный режим работы, а инверторам 10, 11, 12 - инверторный режим. Также устанавливается выпрямительный режим работы для инвертора 5. Сетевое напряжение переменного тока поступает на порт «входа-выхода» 3 и оттуда на инвертор 5, работающий в режиме выпрямителя и преобразующий переменный ток в постоянный. Постоянный ток с инвертора 5 поступает к инверторам 10, 11, 12, которые, работая в инверторном режиме, преобразуют его в высокочастотный переменный ток, который проходит через трансформаторы 6 и передается к инверторам 7, 8, 9, работающим в выпрямительном режиме, откуда выпрямленный постоянный ток, соответствующий номинальному току заряда аккумуляторов, поступает на порт «входа-выхода» 1.To implement the rectifier operation mode of the static reversible converter, the control system 15 sets the inverters 7, 8, 9 of the high frequency link rectifier operation mode, and inverters 10, 11, 12 - the inverter mode. The rectifier operation mode for the inverter 5 is also set. The AC mains voltage is supplied to the input-output port 3 and from there to the inverter 5, operating in the rectifier mode and converting the alternating current to direct current. The direct current from the inverter 5 goes to the inverters 10, 11, 12, which, working in the inverter mode, convert it to high-frequency alternating current, which passes through the transformers 6 and is transmitted to the inverters 7, 8, 9, operating in the rectifier mode, from where the rectified direct current corresponding to the rated current of the battery charge is supplied to the input-output port 1.

Claims (4)

1. Статический обратимый преобразователь для питания потребителей переменного и постоянного тока, содержащий первый порт «входа выхода» на стороне постоянного тока с подключенной к нему аккумуляторной батареей и второй порт «входа-выхода» на стороне переменного тока, для электрической связи портов между ними включены звено высокой частоты и звено автономного инвертора промышленной частоты, последовательно соединенные между собой, причем оба звена используются в инверторном и выпрямительном режимах, при этом в инверторном режиме работы обратимого преобразователя входное питание постоянного тока подается на первый порт, а выход переменного тока снимается со второго порта, а в выпрямительном режиме обратимого преобразователя входное питание переменного тока подается на второй порт, а выход постоянного тока снимается с первого порта, причем звено высокой частоты выполнено на основе однофазных мостовых схем инверторов, соединенных с системой управления, а выходное напряжение переменного тока формируется с помощью трехфазных мостовых схем с выходными LC-фильтрами,
отличающийся тем, что звено высокой частоты выполнено для инверторного режима работы преобразователя в виде комбинированной схемы из параллельно соединенных по входу и последовательно по выходу резонансных нерегулируемых инверторов и инверторов напряжения с выпрямителями, а для выпрямительного режима работы преобразователя оно выполнено в виде комбинированной схемы последовательно соединенных инверторов напряжения по входу и параллельно выпрямителей по выходу.
1. A static reversible converter for supplying AC and DC consumers, comprising a first “input output” port on the DC side with a battery connected to it and a second “input-output” port on the AC side, for connecting the ports between them the high-frequency link and the link of an autonomous inverter of industrial frequency, connected in series with each other, both links being used in the inverter and rectifier modes, while in the inverter operation mode In the case of a reversible converter, the DC input power is supplied to the first port, and the AC output is removed from the second port, and in the rectifier mode of the reversible converter, the AC input power is supplied to the second port, and the DC output is removed from the first port, and the high-frequency link is based on single-phase bridge circuits of inverters connected to the control system, and the output voltage of the alternating current is generated using three-phase bridge circuits with output LC filters,
characterized in that the high-frequency link is made for the inverter operation mode of the converter in the form of a combined circuit of resonant unregulated inverters and voltage inverters with rectifiers connected in parallel to the input and in series, and for the rectifier operation mode of the converter it is made in the form of a combined circuit of inverters input voltage and parallel rectifier output.
2. Статический обратимый преобразователь по п.1,
отличающийся тем, что система управления резонансными инверторами звена высокой частоты выполнена без регулятора напряжения
2. The static reversible Converter according to claim 1,
characterized in that the control system of the resonant inverters of the high frequency link is made without a voltage regulator
3. Статический обратимый преобразователь по п.1,
отличающийся тем, что звено высокой частоты состоит из трех инверторно-выпрямительных модулей, из которых в инверторном режиме два инвертора нерегулируемые и один регулируемый, а в выпрямительном режиме - два инвертора регулируемые, а один работает в ключевом режиме.
3. The static reversible Converter according to claim 1,
characterized in that the high-frequency link consists of three inverter-rectifier modules, of which, in the inverter mode, two inverters are unregulated and one adjustable, and in the rectifier mode, two inverters are adjustable, and one operates in key mode.
4. Статический обратимый преобразователь по п.1,
отличающийся тем, что звено высокой частоты состоит из трех инверторно-выпрямительных модулей, из которых при работе в инверторном режиме два инвертора нерегулируемые и один регулируемый, соединенный с выпрямителем на диодах, а в выпрямительном режиме два инвертора регулируемые, а выпрямитель на диодах шунтирует полупроводниковый ключ.
4. The static reversible Converter according to claim 1,
characterized in that the high frequency link consists of three inverter-rectifier modules, of which, when operating in the inverter mode, two inverters are unregulated and one adjustable, connected to the rectifier on the diodes, and in the rectifier mode, two inverters are adjustable, and the rectifier on the diodes shunts the semiconductor switch .
RU2012138512/07A 2012-09-07 2012-09-07 Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers RU2513547C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012138512/07A RU2513547C1 (en) 2012-09-07 2012-09-07 Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012138512/07A RU2513547C1 (en) 2012-09-07 2012-09-07 Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012138512A RU2012138512A (en) 2014-03-20
RU2513547C1 true RU2513547C1 (en) 2014-04-20

Family

ID=50279844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012138512/07A RU2513547C1 (en) 2012-09-07 2012-09-07 Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2513547C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662791C1 (en) * 2017-02-21 2018-07-31 Ооо "Инверторные Комплексы" Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system
RU195773U1 (en) * 2019-11-18 2020-02-05 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого UNIVERSAL MODULAR CONVERTER
RU2732280C1 (en) * 2019-12-26 2020-09-15 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ" Uninterrupted power supply - static reversible converter for supply of alternating and direct current consumers and charging (recharging) of storage battery
RU2762338C1 (en) * 2021-07-08 2021-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт" Static voltage converter
RU2766184C1 (en) * 2021-08-25 2022-02-09 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт" Static voltage converter
RU2796382C1 (en) * 2022-07-25 2023-05-22 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") Static transducer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6160722A (en) * 1999-08-13 2000-12-12 Powerware Corporation Uninterruptible power supplies with dual-sourcing capability and methods of operation thereof
RU2221320C2 (en) * 2001-12-18 2004-01-10 Никитин Игорь Евгеньевич Multichannel no-break regulated power supply
RU2426215C2 (en) * 2008-12-03 2011-08-10 Федеральное космическое агентство Федеральное государственное унитарное предприятие НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ С ЗАВОДОМ имени А.Г. ИОСИФЬЯНА НПП ВНИИЭМ Uninterrupted power supply source for ac loads

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6160722A (en) * 1999-08-13 2000-12-12 Powerware Corporation Uninterruptible power supplies with dual-sourcing capability and methods of operation thereof
RU2221320C2 (en) * 2001-12-18 2004-01-10 Никитин Игорь Евгеньевич Multichannel no-break regulated power supply
RU2426215C2 (en) * 2008-12-03 2011-08-10 Федеральное космическое агентство Федеральное государственное унитарное предприятие НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ С ЗАВОДОМ имени А.Г. ИОСИФЬЯНА НПП ВНИИЭМ Uninterrupted power supply source for ac loads

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662791C1 (en) * 2017-02-21 2018-07-31 Ооо "Инверторные Комплексы" Local network with different energy sources inverter charging and discharge converter system
RU195773U1 (en) * 2019-11-18 2020-02-05 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого UNIVERSAL MODULAR CONVERTER
RU2732280C1 (en) * 2019-12-26 2020-09-15 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ" Uninterrupted power supply - static reversible converter for supply of alternating and direct current consumers and charging (recharging) of storage battery
RU2762338C1 (en) * 2021-07-08 2021-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт" Static voltage converter
RU2766184C1 (en) * 2021-08-25 2022-02-09 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт" Static voltage converter
RU2797580C1 (en) * 2022-06-09 2023-06-07 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") Static reversible converter for uninterrupted ac and dc consumer supply
RU2796382C1 (en) * 2022-07-25 2023-05-22 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") Static transducer

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012138512A (en) 2014-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9973107B2 (en) AC/DC converter with three to single phase matrix converter, full-bridge AC/DC converter and HF transformer
CN103959633B (en) Power-converting device
Baruschka et al. Comparison of cascaded H-bridge and modular multilevel converters for BESS application
US9859814B2 (en) Method and apparatus for independent control of multiple power converter sources
CN103023128B (en) A kind of power-supply system for UPS server
US9608447B2 (en) Solar photovoltaic three-phase micro-inverter and a solar photovoltaic generation system
Branco et al. Proposal of three-phase high-frequency transformer isolation UPS topologies for distributed generation applications
US10958184B2 (en) Uninterruptible power supply and method of operation
CA2921793C (en) Converter arrangement
RU2513547C1 (en) Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers
KR101476099B1 (en) Hybrid transformerless uninterruptible power supply using 3-level power converter
US11632056B2 (en) Off-grid phase splitter and inverter system
WO2016054856A1 (en) Energy double-fed device with pfc and grid compensation functions
CN105119290A (en) Power compensation system for uninterrupted power supplies and control method
KR101297080B1 (en) Half bridges multi-module converter using series compensation
CA2758567A1 (en) Combined dc power source and battery power converter
JP2016123196A (en) Power conversion device
RU2540966C1 (en) Static converter
Cai et al. Centralized control of large capacity parallel connected power conditioning system for battery energy storage system in microgrid
KR101030632B1 (en) power converter and power conversion system using high frequency transformer
Xiao et al. Implementation of DC/DC converter with high frequency transformer (DHFT) in hybrid AC/DC microgrid
CN114725966B (en) Distributed energy storage system and distributed energy storage control method
Gandomi et al. Five-level T-type converter based fault-tolerant isolated dc-dc topology using WBG devices
RU2481691C1 (en) Static converter
RU2609770C1 (en) Guaranteed power supply device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150908

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160927

PD4A Correction of name of patent owner