RU2762787C1 - Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных механизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания - Google Patents
Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных механизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762787C1 RU2762787C1 RU2021105078A RU2021105078A RU2762787C1 RU 2762787 C1 RU2762787 C1 RU 2762787C1 RU 2021105078 A RU2021105078 A RU 2021105078A RU 2021105078 A RU2021105078 A RU 2021105078A RU 2762787 C1 RU2762787 C1 RU 2762787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power supply
- multiphase
- winding
- energy
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
- H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
- H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/20—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for electronic equipment
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/04—Modifications for accelerating switching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, предназначенной для форсирования переходных процессов при включении многофазной индуктивной нагрузки к источнику постоянного тока или напряжения. Технический результат – повышение КПД и энергоэффективности устройства при сохранении функции форсирования по сравнению с прототипом за счет частичного возврата энергии в источник питания благодаря введению дополнительного элемента рекуперации – элемента возврата энергии в цепь питания. Сущность: устройство содержит источник постоянного тока, питающий обмотки многофазного электромеханизма, связанные между собой ключевые элементы по два на каждую обмотку, диоды рекуперации по два на каждую обмотку, конденсатор электромагнитной развязки и разделительный диод, дополнительно введен элемент возврата энергии в цепь питания в виде стабилитрона или супрессора, или варистора, который включен параллельно разделительному диоду таким образом, что его анод подключен к аноду разделительного диода, а катод к его катоду, причем пороговое напряжение пробоя элемента возврата энергии определяется допустимым напряжением ключевых элементов. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для разработки устройств, предназначенных для форсирования переходных процессов при включении многофазной индуктивной нагрузки (реле, электромагниты, цепи управления многообмоточных электрических машин - вентильных и шаговых, быстродействующих электромагнитных приводов, клапанов и форсунок ДВС) к источнику постоянного тока или напряжения.
В настоящее время к различным устройствам автоматики предъявляются высокие требования по быстродействию исполнительных устройств (реле, электромагниты, цепи управления многообмоточных электрических машин - вентильных и шаговых, быстродействующие электромагнитные приводы клапанов и форсунок ДВС) (Попов Л.П., Чугулев А.О. Форсированное переключение тока в индуктивных нагрузках с рекуперацией энергии магнитного поля // Омский научный вестник. - 2010. - № 2, (90). - С. 145-147). Поскольку индуктивные нагрузки обладают сравнительно большой индуктивностью, переходные процессы в них протекают сравнительно медленно. Поэтому часто возникает необходимость в ускорении (форсировании) данных процессов.
Известно устройство для форсирования переходных процессов в индуктивной нагрузке (АС СССР, № 356772, H03K 6/00, опубл. 23.10.1972. Бюл. № 32), которое содержит источник низкого напряжения, источник высокого напряжения, бесконтактный управляемый ключ в цепи источника низкого напряжения (например, транзистор с обратной проводимостью), бесконтактный управляемый ключ в цепи источника высокого напряжения (например, транзистор с прямой проводимостью), шунтирующий диод и индуктивную нагрузку.
Главным недостатком известного устройства является наличие дополнительного источника высокого напряжения, что усложняет схему форсирования.
Известно также устройство для электронной форсировки тока в обмотках шагового двигателя (АС СССР, № 1265701, G05B 19/40 от 23.10.1986), содержащее резистор обратной связи, обмотку двигателя, логическую схему, ключ, демпфирующий диод, источник питания, пороговый элемент и оптроиную развязку.
Недостатком данного устройства является искусственное повышение напряжения, подаваемого на обмотку двигателя при одновременной стабилизации тока в обмотке методом ШИМ, что значительно усложняет схему форсирования, поскольку шаговый двигатель имеет n-е количество обмоток.
Кроме того, известен (свидетельство на полезную модель RU 107423, МПК Н02М 7/5387, опубл. 10.08.2011) мостовой инвертор с улучшенной рекуперацией энергии, состоящий из однофазного транзисторного моста, включающего в себя первый, второй, третий, четвертый транзистор, шунтированных первым, вторым, третьим, четвертым возвратными диодами, подключенного диагональю постоянного тока к источнику питания, а диагональю переменного тока через силовой согласующий трансформатор, к нагрузке, и систему управления, которая представляет собой типовой двухтактный широтно-импульсный модулятор, содержащий двухтактный автогенератор, двухтактный генератор пилообразного напряжения и компаратор, кроме того, дополнительно введены транзисторы рекуперации, разделительные диоды, входной диод, накопительный конденсатор и распределитель импульсов в системе управления, которое отдает в цепь питания накопленную в индуктивности за рабочий период энергию.
Недостатком данного устройства при осуществлении рекуперации энергии в цепь питания является невозможность форсирования переходных процессов при коммутации обмоток, а также невозможность применения данного устройства для многофазных электрических механизмов и машин.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство (патент RU 2654206, МПК H03K 17/04 (2006.01), опубликованный 17.05.2018 Бюл. № 14) для форсирования переходных процессов в электромеханизмах, содержащее источник постоянного тока, питающий обмотки многофазной электрической машины, связанные между собой ключевые элементы по два па каждую обмотку, диоды рекуперации по два на каждую обмотку, конденсатор электромагнитной развязки и разделительный диод.
При неоспоримых преимуществах устройства для форсирования переходных процессов в многофазных электромеханизмах недостатком известного устройства, выбранного в качестве прототипа, характерного для большинства устройств форсирования, является наличие в схеме больших перенапряжений на ключевых элементах при переключении обмоток в момент коммутации, которые могут привести к пробою ключевых элементов и снижению надежности всего устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности устройства за счет исключения ситуации, при которой ключевые элементы выходят из строя из-за перенапряжений па них во время коммутации обмоток.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД и энергоэффективности устройства за счет частичного возврата энергии в источник питания при сохранении функции форсирования.
Технический результат достигается тем, что в устройство для форсирования переходных процессов в многофазных электромеханизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания, содержащее источник постоянного тока, питающий обмотки многофазного электромеханизма, связанные между собой ключевые элементы по два па каждую обмотку, диоды рекуперации по два на каждую обмотку, конденсатор электромагнитной развязки и разделительный диод, согласно изобретению дополнительно введен элемент возврата энергии в цепь питания в виде стабилитрона или супрессора, или варистора, который включен параллельно разделительному диоду таким образом, что его анод подключен к аноду разделительного диода, а катод к его катоду.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 показана схема устройства для форсирования переходных процессов в многофазных электромеханизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания.
Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных электромеханизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания, содержащее источник постоянного тока 1, обмотки многофазного электромеханизма 2, 3, 4, …n, связанные между собой ключевые элементы по два на каждую обмотку 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, диоды рекуперации по два на каждую обмотку 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, конденсатор электромагнитной развязки 21, разделительный диод 22, согласно изобретению дополнительно введен элемент возврата энергии в цепь питания 23 в виде стабилитрона или супрессора, или варистора, который включен параллельно разделительному диоду 22 таким образом, что его анод подключен к аноду разделительного диода, а катод к катоду.
Принцип действия устройства для форсирования переходных процессов в многофазных электромеханизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепи питания сводится к следующему. При работе устройства обмотки многофазного электромеханизма 2, 3, 4, n будут поочередно подключаться к источнику постоянного тока 1 и поочередно отключаться при помощи ключевых элементов. Когда одна из обмоток отключается от источника постоянного тока 1 образующая на ней ЭДС самоиндукции через диоды рекуперации передается в цепь питания других обмоток, одна из которых будет включаться в этот же момент. При этом перенапряжение на ключевых элементах может достигать значительных величин (фиг. 2). За счет повышенного напряжения на включаемой обмотке происходит ускоренное нарастания тока, т.е. форсирование переходного процесса. Пороговое напряжение пробоя дополнительно введенного элемента возврата энергии 23 определяется допустимым напряжением ключевых элементов, чтобы предотвратить их пробой.
В предлагаемом устройстве в качестве дополнительного элемента возврата энергии в цепь питания 23 можно использовать стабилитрон, варистор, или супрессор. Принцип действия упомянутых элементов основан на нелинейности вольт-амперных характеристик, которая возникает за счет резкого увеличения проводимости при увеличении напряжения на приборе более определенного уровня. Так как вольт-амперные характеристики стабилитрона, варистора, и супрессора качественно идентичны и различие есть лишь в параметрах, для устройств с разными параметрами нужно применять разные элементы, например: для низковольтных схем с небольшой частотой коммутации можно использовать стабилитроны, для схем с относительно большой частотой коммутации - супрессоры, для схем с повышенным напряжением - варисторы.
Когда перенапряжение в цепи питания обмоток достигает напряжения пробоя дополнительного элемента возврата энергии в цепь питания, он пробивается и осуществляет частичную рекуперацию энергии, запасенной в индуктивности отключаемой обмотки, в источник питания. При этом перенапряжение на ключевых элементах значительно снижается (фиг. 3), но остается достаточным для форсирования.
Таким образом, напряжение в цепях питания обмоток не поднимается выше напряжения пробоя дополнительного элемента возврата энергии в цепь питания, обеспечивая надежность устройства, так как ключевые элементы не подвергаются воздействию высокого напряжения. Кроме того, поскольку присутствует частичный возврат энергии в источник питания, то повышается КПД устройства по сравнению с прототипом и улучшается его энергоэффективность. Подтверждением существования технического результата являются приведенные осциллограммы (фиг. 2 и фиг. 3), полученные в ходе имитационного схемотехнического моделирования схемы в программе Electronics Workbench. На фиг. 2 показана осциллограмма напряжения в цени питания, полученная при моделировании схемы прототипа, а на фиг. 3 показана осциллограмма напряжения в цепи питания, полученная при моделировании схемы предлагаемого изобретения. Из приведенных осциллограмм видно, что в схеме прототипа (фиг. 2), напряжение в цепи питания достигает большой величины и создает опасность пробоя (вывода из строя) ключевых элементов, а при наличии дополнительного элемента рекуперации (фиг. 3), импульс перенапряжения ограничивается на уровне, определяемом этим элементом.
Claims (1)
- Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных электромеханизмах, содержащее источник постоянного тока, питающий обмотки многофазного электромеханизма, связанные между собой ключевые элементы по два на каждую обмотку, диоды рекуперации по два на каждую обмотку, конденсатор электромагнитной развязки и разделительный диод, отличающееся тем, что дополнительно введен элемент возврата энергии в цепь питания в виде стабилитрона или супрессора, или варистора, который включен параллельно разделительному диоду таким образом, что его анод подключен к аноду разделительного диода, а катод к его катоду, причем пороговое напряжение пробоя элемента возврата энергии определяется допустимым напряжением ключевых элементов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021105078A RU2762787C1 (ru) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных механизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021105078A RU2762787C1 (ru) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных механизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2762787C1 true RU2762787C1 (ru) | 2021-12-22 |
Family
ID=80039278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021105078A RU2762787C1 (ru) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных механизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2762787C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4107593A (en) * | 1977-04-07 | 1978-08-15 | Burroughs Corporation | Current control circuit |
SU902008A2 (ru) * | 1980-04-21 | 1982-01-30 | Предприятие П/Я Р-6510 | Устройство дл защиты нагрузки |
SU1265701A1 (ru) * | 1984-02-17 | 1986-10-23 | Киевский технологический институт легкой промышленности | Устройство дл электронной форсировки тока в обмотке шагового двигател |
US5510944A (en) * | 1995-05-05 | 1996-04-23 | U.S. Philips Corporation | Power supply over-voltage protection |
RU2138895C1 (ru) * | 1997-09-01 | 1999-09-27 | Липецкий государственный технический университет | Способ защиты от коммутационных перенапряжений электрооборудования, работающего в протяженных сетях постоянного тока, и устройство для его осуществления |
RU107423U1 (ru) * | 2011-03-29 | 2011-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Мостовой инвертор с улучшенной рекуперацией энергии |
RU2566687C2 (ru) * | 2013-11-15 | 2015-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения |
RU2654206C1 (ru) * | 2017-06-21 | 2018-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Устройство для форсирования переходных процессов в электромеханизмах (варианты) |
-
2021
- 2021-02-25 RU RU2021105078A patent/RU2762787C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4107593A (en) * | 1977-04-07 | 1978-08-15 | Burroughs Corporation | Current control circuit |
SU902008A2 (ru) * | 1980-04-21 | 1982-01-30 | Предприятие П/Я Р-6510 | Устройство дл защиты нагрузки |
SU1265701A1 (ru) * | 1984-02-17 | 1986-10-23 | Киевский технологический институт легкой промышленности | Устройство дл электронной форсировки тока в обмотке шагового двигател |
US5510944A (en) * | 1995-05-05 | 1996-04-23 | U.S. Philips Corporation | Power supply over-voltage protection |
RU2138895C1 (ru) * | 1997-09-01 | 1999-09-27 | Липецкий государственный технический университет | Способ защиты от коммутационных перенапряжений электрооборудования, работающего в протяженных сетях постоянного тока, и устройство для его осуществления |
RU107423U1 (ru) * | 2011-03-29 | 2011-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Мостовой инвертор с улучшенной рекуперацией энергии |
RU2566687C2 (ru) * | 2013-11-15 | 2015-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения |
RU2654206C1 (ru) * | 2017-06-21 | 2018-05-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Устройство для форсирования переходных процессов в электромеханизмах (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20130328541A1 (en) | Sub-module of a modular multi-stage converter | |
Liu et al. | High step-up Y-source inverter with reduced DC-link voltage spikes | |
US10020731B2 (en) | Power switch circuit | |
Obara et al. | Active gate control in half-bridge inverters using programmable gate driver ICs to improve both surge voltage and switching loss | |
Pulsinelli et al. | Power losses distribution in SiC inverter based electric motor drives | |
WO2012104580A2 (en) | Electrical devices with improved fault current handling capabilities | |
US10027267B2 (en) | Exciter drive circuit including configurable flyback unit with fast energy field collapse | |
RU2762787C1 (ru) | Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных механизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания | |
Amudhavalli et al. | Improved Z source inverter for speed control of an induction motor | |
JPWO2016136187A1 (ja) | 双方向コンバータ、コントローラ、および半導体装置 | |
Tallam et al. | Reducing common-mode current: A modified space vector pulsewidth modulation scheme | |
CN105308814A (zh) | 浪涌电流抑制电路 | |
Kennel et al. | Hardware‐in‐the‐Loop Systems with Power Electronics: A Powerful Simulation Tool | |
CN101447753B (zh) | 电压钳位与能量恢复电路 | |
RU2654206C1 (ru) | Устройство для форсирования переходных процессов в электромеханизмах (варианты) | |
JP6673801B2 (ja) | ゲートパルス発生回路およびパルス電源装置 | |
Kumar et al. | Design and Analysis of the Gate Driver Circuit for Power Semiconductor Switches | |
US10468961B1 (en) | Power source control circuit | |
DE102017105560A1 (de) | Wandeln von elektrischer energie | |
US9584042B2 (en) | Method for driving inverters, and inverter adapted to reduce switching losses | |
AT508808B1 (de) | Ein- und zweiquadrantenstellglieder mit spartrafo | |
Behzad et al. | Soft and fast starting induction motors using controllable resistive type fault current limiter | |
RU202469U1 (ru) | Электрическая схема управления электромагнитным приводом коммутационного аппарата | |
EP4109735A1 (en) | System for controlling an inductor freewheeling voltage | |
do Prado et al. | Thyristor Triggering, Static and Dynamic Characteristics |