RU2806284C1 - Frequency transducer - Google Patents
Frequency transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806284C1 RU2806284C1 RU2023102056A RU2023102056A RU2806284C1 RU 2806284 C1 RU2806284 C1 RU 2806284C1 RU 2023102056 A RU2023102056 A RU 2023102056A RU 2023102056 A RU2023102056 A RU 2023102056A RU 2806284 C1 RU2806284 C1 RU 2806284C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- converter
- output
- phase inverter
- rectifier
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
НазначениеPurpose
Изобретение относится к области электротехники и более конкретно к преобразователям частоты с двойным преобразованием энергии для бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока. The invention relates to the field of electrical engineering and more specifically to frequency converters with double energy conversion for uninterruptible power supply of critical consumers of three-phase alternating current.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время известно использование различных систем с двойным преобразованием энергии для бесперебойного питания ответственных потребителей переменного тока:Currently, it is known to use various double energy conversion systems for uninterrupted power supply of critical AC consumers:
• на железнодорожном транспорте в виде генерирования электрической энергии подвагонным генератором подвижного состава с приводом вращения его ротора от оси колесной пары подвижного вагона для обеспечения питания потребителей электроэнергии и заряда вторичных источников питания - накопителей электрической энергии аккумуляторных батарей (см. патент, РФ, №2334348);• in railway transport in the form of generating electrical energy by an undercar generator of the rolling stock with a rotation drive of its rotor from the axis of the wheel pair of the rolling car to provide power to electricity consumers and charge secondary power sources - electrical energy storage batteries (see patent, RF, No. 2334348) ;
• в системах электроснабжения, когда генерирование электрической энергии осуществляется генератором, ротор которого приводится в движение от энергии ветра, для обеспечения питания потребителей электроэнергии и заряда вторичных источников питания - накопителей электрической энергии аккумуляторных батарей, предназначенных для питания потребителей электроэнергии при ограниченной скорости ветра или его отсутствии (см. патенты, РФ, №2346182, №40769);• in power supply systems, when the generation of electrical energy is carried out by a generator, the rotor of which is driven by wind energy, to provide power to electricity consumers and charge secondary power sources - electrical energy storage batteries, designed to power electricity consumers at limited wind speed or its absence (see patents, Russian Federation, No. 2346182, No. 40769);
• в системах электроснабжения, когда солнечная энергия, преобразуется в электрическую энергию фотоэлектрическими преобразователями (солнечными батареями) для обеспечения питания потребителей электроэнергии и заряда вторичных источников питания - накопителей электрической энергии аккумуляторных батарей (АБ), предназначенных для питания потребителей электроэнергии при ограниченной или полностью отсутствии солнечной энергии (см. патент, РФ, №2689401);• in power supply systems, when solar energy is converted into electrical energy by photovoltaic converters (solar batteries) to provide power to electricity consumers and charge secondary power sources - electrical energy storage batteries (AB) designed to power electricity consumers with limited or no solar power energy (see patent, Russian Federation, No. 2689401);
• в других системах, использующих, например, парогенераторы, гидрогенераторы и т.д., то есть там, где генерирование электрической энергии осуществляется генератором, ротор которого приводится в движение от формирователя кинетической энергии вращения.• in other systems using, for example, steam generators, hydrogenerators, etc., that is, where the generation of electrical energy is carried out by a generator whose rotor is driven by a kinetic rotational energy generator.
Таким образом, преобразователь частоты в приведенных выше системах должен обеспечиваться электроэнергией как минимум от двух независимых источников - основного и резервного, при этом, в качестве резервного источника является аккумуляторная батарея.Thus, the frequency converter in the above systems must be provided with electricity from at least two independent sources - the main and backup, with the battery serving as a backup source.
Кроме того, выдвигаются повышенные требования к преобразователям частоты по гальванической развязке для питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока.In addition, increased requirements are being placed on frequency converters for galvanic isolation to power critical consumers of three-phase alternating current.
В преобразователях частоты трехфазные источники переменного напряжения используют в основном для питания потребителей большой мощности (см., например, патент, РФ, №2426215), при этом, в целях уменьшения массы и габаритов используют аккумуляторную батарею с более низким напряжением по отношению к напряжению источника переменного напряжения.In frequency converters, three-phase alternating voltage sources are used mainly to power high-power consumers (see, for example, patent, Russian Federation, No. 2426215), while in order to reduce weight and dimensions, a battery with a lower voltage relative to the source voltage is used alternating voltage.
На сегодня наиболее широкое применение получили аккумуляторные батареи: никель-водородные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, литий-ионные или литий-полимерные, отличающиеся друг от друга типом используемого электролита (см, например, патент, РФ, №2689887), а также кислотные и щелочные (см, например, патент, РФ, №2729913).Today, the most widely used batteries are: nickel-hydrogen, nickel-cadmium, nickel-metal hydride, lithium-ion or lithium-polymer, which differ from each other in the type of electrolyte used (see, for example, patent, Russian Federation, No. 2689887), and also acidic and alkaline (see, for example, patent, Russian Federation, No. 2729913).
Преобразователи частоты с использованием импульсных преобразователей, в которых основными компонентами являются дроссели, конденсаторы, ключи с малым сопротивлением в замкнутом состоянии и трансформаторы, обладают малыми потерями электроэнергии и коэффициент полезного действия в данных устройствах составляет не менее 0,8 и может достигать 0,9 и более (см. Импульсные регуляторы напряжения. На сайте: https://studfile.net/preview/6445693/).Frequency converters using pulse converters, in which the main components are chokes, capacitors, switches with low resistance in the closed state and transformers, have low power losses and the efficiency in these devices is at least 0.8 and can reach 0.9 and more (see Switching voltage regulators. On the website: https://studfile.net/preview/6445693/).
В современных импульсных преобразователях большой мощности широкое применение нашли полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET), а также высоковольтные быстродействующие силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), работающие в ключевом режиме и управляемые широтно-импульсным модулированным (ШИМ) сигналом через драйвер от микроконтроллера (см., например, "Транзисторы IGBT" на сайте: https://drives.ru/stati/modul-igbt/; патенты, РФ: №2513547, №2481691).In modern high-power switching converters, insulated gate field-effect transistors (MOSFETs) are widely used, as well as high-voltage high-speed power insulated gate bipolar transistors (IGBTs), operating in switch mode and controlled by a pulse-width modulated (PWM) signal through a driver from a microcontroller (see, for example, “IGBT transistors” on the website: https://drives.ru/stati/modul-igbt/; patents, RF: No. 2513547, No. 2481691).
Известен статический преобразователь (см. патент, №2481691), обеспечивающий бесперебойное питание ответственных потребителей трехфазного переменного тока, питающий от основной сети переменного тока и резервной сети постоянного тока.A static converter is known (see patent, No. 2481691), which provides uninterrupted power supply to critical consumers of three-phase alternating current, powered from the main alternating current network and the backup direct current network.
Недостатком данного статического преобразователя является то, что он не обеспечивает стабильное (без провалов) питание потребителей при кратковременном пропадании питания от аккумуляторной батареи, а также при кратковременном пропадании или снижении напряжения входного переменного тока при питании от источника переменного напряжения.The disadvantage of this static converter is that it does not provide stable (without dips) power supply to consumers in the event of a short-term loss of power from the battery, as well as in the event of a short-term loss or decrease in the input AC voltage when powered from an AC voltage source.
Известен статический преобразователь (см. патент, РФ, №2540966), питающийся от основной сети переменного тока и резервной сети постоянного тока, имеющих гальваническую развязку, выполненную на двух контакторах, а также группу гальванической развязки, состоящую из высокочастотного инвертора, трансформатора и дополнительного выпрямителя, при этом, группа гальванической развязки подключена непосредственно к источнику постоянного тока, а по выходу - к выходным клеммам выпрямителя основной сети переменного тока и включается только на короткое время, определяемое временем переключения силовых контакторов питающих цепей.A static converter is known (see patent, RF, No. 2540966), powered from the main AC network and a backup DC network, having galvanic isolation made on two contactors, as well as a galvanic isolation group consisting of a high-frequency inverter, a transformer and an additional rectifier , in this case, the galvanic isolation group is connected directly to the DC source, and at the output - to the output terminals of the rectifier of the main AC network and is turned on only for a short time, determined by the switching time of the power contactors of the supply circuits.
Существенные неточности (недостатки) в электрической схеме, представленной на чертеже данного статического преобразователя:Significant inaccuracies (disadvantages) in the electrical circuit shown in the drawing of this static converter:
• выходом статического преобразователя для подключения потребителей переменного тока является выход основного выпрямителя с постоянным напряжением, подключенным к входу основного инвертора (потребители переменного тока следует подключать к выходу основного инвертора, т.к. по определению инвертор должен иметь вход с постоянным напряжением, а выход - с переменным);• the output of the static converter for connecting AC consumers is the output of the main rectifier with a constant voltage connected to the input of the main inverter (AC consumers should be connected to the output of the main inverter, since by definition the inverter must have an input with a constant voltage, and the output - with variable);
• нерегулируемый выпрямитель с выходным постоянным напряжением напрямую подключен к выходу основного выпрямителя с постоянным напряжением, т.е. два источника постоянного напряжения соединяются параллельно, что недопустимо в связи с тем, что происходит выравнивание напряжений данных двух источников с формированием тока, ограничиваемого лишь внутренним сопротивлением источника напряжения.• an unregulated rectifier with a constant voltage output is directly connected to the output of the main rectifier with a constant voltage, i.e. two constant voltage sources are connected in parallel, which is unacceptable due to the fact that the voltages of these two sources are equalized with the formation of a current limited only by the internal resistance of the voltage source.
Существенные недостатки функционирования данного статического преобразователя:Significant disadvantages of the operation of this static converter:
• на вход основного выпрямитель' подается постоянное напряжение непосредственно клемм аккумуляторной батареи, которое изменяется в широких пределах (от 320 В до 175 В), в том числе, изменяемого относительно входного переменного 380 В. Это снижает эффективность работы основного преобразователя, так как, если для формирования выходного напряжения на фильтрующем конденсаторе при входном переменном напряжении основного выпрямителя используются в нем выпрямительные диоды, практически не влияющие на амплитуду выходного напряжения, то при постоянном напряжении на входе основного преобразователя используется бустерная схема для увеличения входного напряжения на выходе (следует отметить существенную неточность в прототипе, в котором указывается как чопперная схема, поскольку у чопперов выходное напряжение на выходе всегда ниже входного) путем управления IGBT-транзисторов ШИМ сигналом от контроллера (см.. "Импульсные и бестрансформаторные сетевые источники питания." На сайте: https://ozlib.com/1038388/).• the input of the main rectifier is supplied with a constant voltage directly from the battery terminals, which varies over a wide range (from 320 V to 175 V), including that varied relative to the input alternating voltage of 380 V. This reduces the efficiency of the main converter, since if to generate the output voltage on the filter capacitor at the input alternating voltage of the main rectifier, rectifier diodes are used in it, which practically do not affect the amplitude of the output voltage, then at a constant voltage at the input of the main converter, a booster circuit is used to increase the input voltage at the output (it should be noted that there is a significant inaccuracy in prototype, in which it is indicated as a chopper circuit, since the output voltage of choppers is always lower than the input voltage) by controlling IGBT transistors with a PWM signal from the controller (see "Pulse and transformerless network power supplies." On the website: https://ozlib .com/1038388/).
При широком диапазоне изменения входного постоянного напряжения снижается эффективность работы основного преобразователя из-за повышения пульсаций и ухудшения стабилизации выходного напряжения, а также отрицательно сказывается на массогабаритные показатели при выборе фазных дросселей и фильтрующего конденсатора;With a wide range of changes in the input DC voltage, the operating efficiency of the main converter decreases due to increased ripple and deterioration of output voltage stabilization, and also negatively affects the weight and size indicators when choosing phase chokes and a filter capacitor;
• не обеспечивает достаточную стабилизацию выходного напряжения при сбоях в работе источника переменного напряжения, например, при наличии определенных провалов выходных напряжений;• does not provide sufficient stabilization of the output voltage in the event of failures in the operation of the alternating voltage source, for example, in the presence of certain dips in the output voltages;
• подача постоянного напряжения с выхода дополнительного выпрямителя непосредственно на выход основного выпрямителя отрицательно сказывается на процесс формирования выходного сигнала основного выпрямителя.• supplying DC voltage from the output of the additional rectifier directly to the output of the main rectifier negatively affects the process of generating the output signal of the main rectifier.
Данные недостатки приводят к низкой эффективности работы статического преобразователя при ограниченных его функциональных возможностях.These shortcomings lead to low efficiency of the static converter with limited functionality.
Известен преобразователь частоты (см. Статический преобразователь. Патент, РФ, №2780724), который является наиболее близким к предлагаемому изобретению и взятый авторами за прототип.A frequency converter is known (see Static converter. Patent, Russian Federation, No. 2780724), which is closest to the proposed invention and taken by the authors as a prototype.
Данный прототип включает в себя источник питания трехфазного переменного напряжения и аккумуляторную батарею, первый и второй контакторы, фазные дроссели, разделительные диоды, основной выпрямитель, выход которого соединен параллельно с фильтрующим конденсатором, а также последовательно соединенные с аккумуляторной батареей дополнительный инвертор, трансформатор и дополнительный выпрямитель, при этом, выходы источника питания трехфазного переменного напряжения через контакты первого контактора соединены с катодами разделительных диодов и через фазные дроссели с входом основного выпрямителя, выполненного по мостовой схеме в виде транзисторных ключей с параллельно и последовательно соединенными диодами, обеспечивающим выпрямление переменного и преобразование со стабилизацией постоянного напряжений, а также датчик напряжения, преобразователь постоянного напряжения, выходной диод, диод опорного напряжения и система управления, при этом, положительный вывод дополнительного выпрямителя через контакты второго контактора соединен с анодами разделительных диодов и одним входом преобразователя постоянного напряжения, второй вход которого соединен с отрицательным выводом дополнительного выпрямителя, отрицательной шиной основного инвертора и отрицательной шиной основного выпрямителя, выход которого через выходной диод прямого включения соединен с выходом преобразователя постоянного напряжения через диод опорного напряжения обратного включения и с входом основного инвертора, выход которого соединен с потребителями переменного тока; система управления по сигналу с источника переменного напряжения обеспечивает управление работой контакторов, основного выпрямителя, основного и дополнительного инверторов, преобразователя постоянного напряжения.This prototype includes a three-phase alternating voltage power supply and a battery, first and second contactors, phase chokes, isolation diodes, a main rectifier, the output of which is connected in parallel with a filter capacitor, as well as an additional inverter, a transformer and an additional rectifier connected in series with the battery , at the same time, the outputs of the three-phase alternating voltage power supply are connected through the contacts of the first contactor to the cathodes of isolation diodes and through phase chokes to the input of the main rectifier, made according to a bridge circuit in the form of transistor switches with parallel and series connected diodes, providing alternating rectification and conversion with stabilization constant voltage, as well as a voltage sensor, a constant voltage converter, an output diode, a reference voltage diode and a control system, while the positive output of the additional rectifier through the contacts of the second contactor is connected to the anodes of the isolation diodes and one input of the constant voltage converter, the second input of which is connected to the negative output of the additional rectifier, the negative bus of the main inverter and the negative bus of the main rectifier, the output of which is connected through the direct-connection output diode to the output of the DC-DC converter through the reverse-connection reference voltage diode and to the input of the main inverter, the output of which is connected to AC consumers; The control system based on a signal from an alternating voltage source provides control of the operation of contactors, the main rectifier, the main and additional inverters, and the DC-voltage converter.
Недостатки прототипа:Prototype disadvantages:
• при использовании в качестве потребителя переменного напряжения электрического двигателя (на практике часто используется) отсутствует защита преобразователя частоты от высоких напряжений при управляемом процессе замедления вращения ротора (в режиме торможения) данного электрического двигателя, в результате чего преобразователь частоты может выводиться и строя, что приводит к снижению надежности преобразователя частоты.• when using an electric motor as a consumer of alternating voltage (in practice it is often used), there is no protection of the frequency converter from high voltages during the controlled process of slowing down the rotation of the rotor (in braking mode) of this electric motor, as a result of which the frequency converter may fail, which leads to to reduce the reliability of the frequency converter.
Это объясняется тем, что в режиме торможения электрический двигатель может переходить в генераторный режим, при этом, генерируемая энергия возвращается в автономный трехфазный инвертор и выпрямляется обратными диодами IGBT-транзисторов в результате чего увеличивается постоянное напряжение на шинах питания;This is explained by the fact that in braking mode the electric motor can switch to generator mode, while the generated energy is returned to the autonomous three-phase inverter and rectified by the reverse diodes of IGBT transistors, resulting in an increase in the constant voltage on the power buses;
• не обеспечивается рекуперация энергии для заряда аккумуляторной батареи.• energy recovery to charge the battery is not provided.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности преобразователя частоты при обеспечении высокой эффективности его работы.The purpose of the present invention is to increase the reliability of the frequency converter while ensuring high efficiency of its operation.
Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention
Сущность предлагаемого преобразователя частоты заключается в повышении надежности при достижении высокой эффективности его работы путем обеспечения защиты входных цепей формирования питания трехфазного инвертора через обратные включения диодов и "поглощения" электрической энергии, возникающей при использовании в качестве потребителя переменного напряжения электрического двигателя, который в результате торможения электропривода с высокоинерционной нагрузкой переходит в генераторный режим, формируя на шинах питания трехфазного инвертора высокие напряжения. Контроль напряжения на шинах питания трехфазного инвертора осуществляется с помощью датчика напряжения и при достижении максимально допустимого постоянного напряжения обеспечивается "поглощение" электрической энергии путем конвертирования ее в тепловую энергию, выделяемую на резисторе. Тем самым поддерживается постоянное напряжение на шинах питания трехфазного инвертора в заданных допустимых пределах.The essence of the proposed frequency converter is to increase reliability while achieving high efficiency of its operation by ensuring the protection of the input circuits of the power generation of a three-phase inverter through the reverse inclusion of diodes and the “absorption” of electrical energy arising when using an electric motor as a consumer of alternating voltage, which, as a result of braking of the electric drive with a high-inertia load, it switches to generator mode, generating high voltages on the power buses of the three-phase inverter. The voltage on the power buses of a three-phase inverter is monitored using a voltage sensor, and when the maximum permissible constant voltage is reached, electrical energy is “absorbed” by converting it into thermal energy released on a resistor. This maintains a constant voltage on the power buses of the three-phase inverter within the specified acceptable limits.
Кроме того, в режиме питания преобразователя частоты от аккумуляторной батареи, при возникающих высоких напряжениях на шинах питания трехфазного инвертора из-за торможения электропривода, осуществляется "поглощение" избыточной электрической энергии путем рекуперации энергии для заряда аккумуляторной батареи, в результате чего, поддерживается постоянное напряжение на шинах питания трехфазного инвертора в заданных допустимых пределах.In addition, in the mode of powering the frequency converter from the battery, when high voltages arise on the power buses of the three-phase inverter due to braking of the electric drive, excess electrical energy is “absorbed” by recovering energy to charge the battery, as a result of which a constant voltage is maintained at power buses of a three-phase inverter within the specified acceptable limits.
Преобразователь частоты включает в себя источник питания трехфазного переменного напряжения, аккумуляторную батарею, первый и второй контакторы, фазные дроссели, разделительные диоды, выпрямитель-преобразователь, выполненный по мостовой схеме в виде транзисторных ключей с параллельно и последовательно соединенными диодами, фильтрующий конденсатор, преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные однофазный инвертор, трансформатор и выпрямитель с фильтром на выходе, первый датчик напряжения, опорный преобразователь постоянного напряжения, выходной диод, диод опорного напряжения, систему управления, трехфазный инвертор и потребители переменного тока.The frequency converter includes a three-phase alternating voltage power supply, a battery, the first and second contactors, phase chokes, isolation diodes, a rectifier-converter made according to a bridge circuit in the form of transistor switches with diodes connected in parallel and in series, a filter capacitor, and a constant-voltage converter , containing a series-connected single-phase inverter, a transformer and a rectifier with an output filter, a first voltage sensor, a reference DC-DC converter, an output diode, a reference voltage diode, a control system, a three-phase inverter and AC consumers.
Введение в устройство конденсатора и второго датчика напряжения, параллельно соединенных с шинами питания трехфазного инвертора, первого и второго транзисторных ключей, шунтирующего диода, резистора, зарядного устройства, соединенного с аккумуляторной батареей, а также соединение системы управления с выходом второго датчика напряжения и по его сигналам формирование ШИМ сигналов для управления работой первого и второго транзисторов, позволяет повысить надежность преобразователя частоты при обеспечении высокой эффективности его работы.Introduction into the device of a capacitor and a second voltage sensor, connected in parallel to the power buses of a three-phase inverter, the first and second transistor switches, a shunt diode, a resistor, a charger connected to the battery, as well as connecting the control system to the output of the second voltage sensor and using its signals generating PWM signals to control the operation of the first and second transistors allows increasing the reliability of the frequency converter while ensuring high efficiency of its operation.
Введением конденсатора обеспечивается "сглаживание" перепадов постоянного напряжения на шинах питания трехфазного инвертора.The introduction of a capacitor ensures “smoothing” of DC voltage drops on the power buses of a three-phase inverter.
Введением второго датчика напряжения, первого транзистора с шунтирующим его диодом и резистора обеспечивается "поглощение" электрической энергии, возникающей при использовании в качестве потребителя переменного напряжения электрического двигателя, который в результате торможения электропривода с высокоинерционной нагрузкой переходит в генераторный режим, формируя на шинах питания трехфазного инвертора высокие напряжения. Контроль напряжения на шинах питания трехфазного инвертора осуществляется с помощью датчика напряжения и при достижении максимально допустимого постоянного напряжения обеспечивается "поглощение" электрической энергии путем конвертирования ее в тепловую энергию, выделяемую на резисторе. Тем самым поддерживается постоянное напряжение на шинах питания трехфазного инвертора в заданных допустимых пределах.The introduction of a second voltage sensor, a first transistor with a shunting diode and a resistor ensures the “absorption” of electrical energy that occurs when an electric motor is used as an alternating voltage consumer, which, as a result of braking of an electric drive with a high-inertia load, switches to generator mode, forming a three-phase inverter on the power buses high voltages. The voltage on the power buses of a three-phase inverter is monitored using a voltage sensor, and when the maximum permissible constant voltage is reached, electrical energy is “absorbed” by converting it into thermal energy released on a resistor. This maintains a constant voltage on the power buses of the three-phase inverter within the specified acceptable limits.
Введением второго транзистора и зарядного устройства в режиме питания преобразователя частоты от аккумуляторной батареи, при возникающих высоких напряжениях на шинах питания трехфазного инвертора из-за торможения электропривода, обеспечивается "поглощение" избыточной электрической энергии путем рекуперации энергии для заряда аккумуляторной батареи, в результате чего, поддерживается постоянное напряжение на шинах питания трехфазного инвертора в заданных допустимых пределах.By introducing a second transistor and a charger in the mode of powering the frequency converter from the battery, when high voltages arise on the power buses of the three-phase inverter due to braking of the electric drive, the “absorption” of excess electrical energy is ensured by recovering energy to charge the battery, as a result of which it is maintained constant voltage on the power buses of the three-phase inverter within the specified acceptable limits.
Графические иллюстрацииGraphic illustrations
На фигуре 1 приведена структурная схема преобразователя частоты, содержащая составляющие с обозначенными цифрами позициями:Figure 1 shows a block diagram of a frequency converter containing components with positions indicated by numbers:
1 - ИПН (источник переменного напряжения);1 - IPN (AC voltage source);
2 - первый контактор;2 - first contactor;
3 - фазные дроссели (три дросселя);3 - phase chokes (three chokes);
4 - выпрямитель-преобразователь;4 - rectifier-converter;
4-1, 4-2, 4-3 - транзисторные ключи выпрямителя-преобразователя;4-1, 4-2, 4-3 - transistor switches of the rectifier-converter;
4-4, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9 - диоды выпрямителя-преобразователя;4-4, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9 - rectifier-converter diodes;
5 - резистор;5 - resistor;
6 - первый транзисторный ключ;6 - first transistor switch;
7 - шунтирующий диод;7 - shunt diode;
8 - фильтрующий конденсатор;8 - filter capacitor;
9 - И1 (трехфазный инвертор);9 - AND 1 (three-phase inverter);
9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6 - диоды инвертора;9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6 - inverter diodes;
9-7, 9-8, 9-9, 9-10, 9-11, 9-12 - транзисторы инвертора;9-7, 9-8, 9-9, 9-10, 9-11, 9-12 - inverter transistors;
10 - ППТ (потребители переменного тока);10 - PPT (AC consumers);
11 - ДН1 (первый датчик напряжения);11 - DN 1 (first voltage sensor);
12 - разделительные диоды;12 - isolation diodes;
13 - АБ (аккумуляторная батарея);13 - AB (rechargeable battery);
14 - И2 (однофазный инвертор);14 - AND 2 (single-phase inverter);
15 - трансформатор;15 - transformer;
16 - выпрямитель;16 - rectifier;
17 - второй контактор;17 - second contactor;
18 - опорный преобразователь постоянного напряжения;18 - reference DC voltage converter;
19 - диод опорного напряжения;19 - reference voltage diode;
20 - СУ (система управления);20 - SU (control system);
21 - выходной диод;21 - output diode;
22 - ДН2 (второй датчик напряжения);22 - DN 2 (second voltage sensor);
23 - второй транзисторный ключ;23 - second transistor switch;
24 - ЗУ (зарядное устройство);24 - charger (charger);
25 - преобразователь постоянного напряжения;25 - DC-DC converter;
26 - конденсатор.26 - capacitor.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Преобразователь частоты включает в себя источник переменного напряжения 1 и аккумуляторную батарею 13, первый 2 и второй 17 контакторы, фазные дроссели 3, разделительные диоды 12, выпрямитель-преобразователь 4, выход которого соединен параллельно с фильтрующим конденсатором 8, а также последовательно соединенный с аккумуляторной батареей 13 преобразователь постоянного напряжения 25, содержащий последовательно соединенные однофазный инвертор 14, трансформатор 15 и выпрямитель с фильтром на выходе 16, при этом, выходы-источника переменного напряжения 1 через контакты первого контактора 2 соединены с катодами разделительных диодов 12 и через фазные дроссели 3 с входом выпрямителя-преобразователя 4, выполненного по мостовой схеме в виде транзисторных ключей 4-1, 4-2, 4-3 с параллельно 4-7, 4-8, 4-9 и последовательно 4-4, 4-5, 4-6 соединенными диодами, обеспечивающим выпрямление переменного и преобразование со стабилизацией постоянного напряжений; кроме того, включает в себя первый датчик напряжения 11, опорный преобразователь постоянного напряжения 18, выходной диод 21, диод опорного напряжения 19 и систему управления 20, при этом, положительный вывод преобразователя постоянного напряжения 25 через контакты второго контактора 17 соединен с анодами разделительных диодов 12 и одним входом опорного преобразователя постоянного напряжения 18, выход выпрямителя-преобразователя 4 через выходной диод 21 прямого включения соединен с выходом опорного преобразователя постоянного напряжения 18 через диод опорного напряжения 19 обратного включения и с входом трехфазного инвертора 9, выход которого соединен с потребителями переменного тока 10; вход системы управления 20 через первый датчик напряжения 11 соединен с контрольным выводом источника переменного напряжения 1, а выходы с цепями управления первого 2 и второго 17 контакторов, управляющими входами выпрямителя-преобразователя 4, трехфазного инвертора 9 и однофазного инвертора 14, опорного преобразователя постоянного напряжения 18.The frequency converter includes an alternating voltage source 1 and a battery 13, the first 2 and second 17 contactors, phase chokes 3, isolation diodes 12, a rectifier-converter 4, the output of which is connected in parallel with the filter capacitor 8, and also connected in series with the battery 13 DC voltage converter 25, containing a series-connected single-phase inverter 14, a transformer 15 and a rectifier with a filter at the output 16, while the outputs of the AC voltage source 1 are connected through the contacts of the first contactor 2 to the cathodes of the isolation diodes 12 and through the phase chokes 3 to the input rectifier-converter 4, made according to a bridge circuit in the form of transistor switches 4-1, 4-2, 4-3 with parallel 4-7, 4-8, 4-9 and series 4-4, 4-5, 4-6 connected diodes, providing AC rectification and conversion with stabilization of DC voltages; in addition, it includes a first voltage sensor 11, a reference DC voltage converter 18, an output diode 21, a reference voltage diode 19 and a control system 20, while the positive terminal of the DC voltage converter 25 is connected through the contacts of the second contactor 17 to the anodes of the isolation diodes 12 and one input of the reference DC voltage converter 18, the output of the rectifier-converter 4 through the direct output diode 21 is connected to the output of the reference DC voltage converter 18 through the reverse voltage reference diode 19 and with the input of the three-phase inverter 9, the output of which is connected to AC consumers 10 ; the input of the control system 20 through the first voltage sensor 11 is connected to the control terminal of the alternating voltage source 1, and the outputs are connected to the control circuits of the first 2 and second 17 contactors, the control inputs of the rectifier-converter 4, three-phase inverter 9 and single-phase inverter 14, reference DC voltage converter 18 .
В устройство дополнительно введены конденсатор 26 и второй датчик напряжения 22, параллельно соединенные с шинами питания трехфазного инвертора 9, первый транзисторный ключ 6 с шунтирующим диодом 7, одним выводом соединенный с отрицательной шиной питающего напряжения трехфазного инвертора 9, резистор 5, соединенный одним выводом с вторым выводом первого транзисторного ключа 6, а вторым - с положительной шиной питающего напряжения трехфазного инвертора 9, кроме того, введен второй транзисторный ключ 23 и последовательно соединенное с ним зарядное устройство 24, соединенное с аккумуляторной батареей 13; система управления 20 соединена с выходом второго датчика напряжения 22 и по его сигналам формирует ШИМ сигналы для управления работой первого 6 и второго 23 транзисторов; трехфазный инвертор 9 выполнен по мостовой схеме с тремя парами последовательно включенных транзисторов 9-1 и 9-4, 9-2 и 9-5, 9-3 и 9-6, соединенными с шинами питания трехфазного инвертора 9, и соответственно шунтирующими их диодами обратного включения 9-9 и 9-10, 9-8 и 9-11, 9-9 и 9-12.The device additionally includes a
Описание работы преобразователя частотыDescription of the operation of the frequency converter
Предлагаемый преобразователь частоты (см. фиг. 1) обеспечивает бесперебойное питание потребителей переменного тока 10 от двух первичных источников электропитания:The proposed frequency converter (see Fig. 1) provides uninterrupted power supply to
• от источника переменного напряжения ИПН 1 (основной источник);• from an alternating voltage source IPN 1 (main source);
• от аккумуляторной батареи АБ 13 - источника постоянного напряжения (используется при отсутствии напряжения на выходе ИПН 1).• from the battery AB 13 - a constant voltage source (used when there is no voltage at the output of IPN 1).
В устройствах бесперебойного питания промышленные источники трехфазного напряжения используют в основном для питания потребителей большой мощности (см., например, патент, РФ, №2426215), при этом, в целях уменьшения массы и габаритов используют аккумуляторную батарею с более низким напряжением по отношению к напряжению промышленного источника питания.In uninterruptible power supply devices, industrial three-phase voltage sources are used mainly to power high-power consumers (see, for example, patent, RF, No. 2426215), while in order to reduce weight and dimensions, a battery with a lower voltage relative to the voltage is used industrial power supply.
В качестве примера можно рассматривать первичные источники питания с выходными напряжениями, например, соответствующими значениям напряжений в приведенных аналогах предлагаемой заявки (см., патенты, РФ, №№2481691, 2540966):As an example, we can consider primary power supplies with output voltages, for example, corresponding to the voltage values in the given analogues of the proposed application (see patents, Russian Federation, No. 2481691, 2540966):
• источник переменного напряжения ИПН 1 - трехфазный с переменным напряжением 380 В, 50 Гц;• alternating voltage source IPN 1 - three-phase with alternating voltage 380 V, 50 Hz;
• изменение постоянного напряжения аккумуляторной батареи 13 от разряженного до заряженного состояния находится в пределах от 175 до 320 В.• the change in the constant voltage of the
В основном режиме работы питание потребителей переменного тока ППТ 10 осуществляется от источника переменного напряжения ИПН 1. Кроме того, в данном режиме обеспечивается заряд аккумуляторной батареи АБ 13 через зарядное устройство ЗУ 24. При этом по сигналу с датчика напряжения ДН 11 (напряжение присутствует), который является индикатором присутствия или отсутствия напряжения на выходе ИПН 1, система управления СУ 20 подает в цепь управления первого 2 и второго 17 контакторов (см., например, "Электромагнитные контакторы". На сайте: http://electricalschool.info/spravochnik/apparaty/9-jelektromagnitnye-kontaktory.html) сигналы, по которым контакты К1 первого контактора 2 замыкаются, а контакты К2 второго контактора 17 размыкаются, поэтому постоянное напряжение с выхода аккумуляторной батареи АБ 13 на фазные дроссели 3 не поступает.In the main operating mode, power is supplied to the
В качестве датчика напряжения ДН 11 можно использовать, например, трансформатор с выпрямителем на выходе (см., например, "Трансформаторы, выпрямители, фильтры". На сайте: https://www.radioradar.net/hand_book/documentation/tran.html).As a
Первый 2 и второй 17 контакторы используются для гальванической развязки источника переменного напряжения ИПН 1 и аккумуляторной батареи АБ 13.The first 2 and second 17 contactors are used for galvanic isolation of the alternating
К входам выпрямителя-преобразователя 4 с выхода ИПН 1 через замкнутые контакты первого контактора 2 и через фазные дроссели 3 подается трехфазное переменное напряжение. В данном случае выпрямитель-преобразователь 4 работает в выпрямительном режиме, при котором транзисторы 4-1, 4-2, 4-3 выпрямителя-преобразователя 4 находятся в закрытом состоянии (закрытие транзисторов и перевод их в режим управления ШИМ сигналом осуществляется системой управления СУ 20). Выпрямитель-преобразователь 4 в данном режиме работает как мостовой диодный выпрямитель на диодах 4-4, 4-5, 4-6, 4-7, 4-8, 4-9 (см., например, Трехфазный мостовой выпрямитель. На сайте: https://studref.com/601497/tehnika/trehfaznyy_mostovoy_vypryamitel) и на его выходе (на фильтрующем конденсаторе 8) формируется постоянное напряжение Uвыпр:A three-phase alternating voltage is supplied to the inputs of the rectifier-
где Uл - линейное напряжение источника переменного напряжения ИПН 1. В соответствии с выражением (1) сформированное напряжение постоянного тока на выходе выпрямителя-преобразователя 4 (537 В при выбранном для примера Uл=380 В) сглаживается фильтрующим конденсатором 8, которое затем через выходной диод 21 поступает на конденсатор 26, подключенный к шинам питания трехфазного инвертора И1 9, выполненного по мостовой схеме на транзисторах 9-7, 9-8, 9-9, 9-10, 9-11, 9-12 с шунтирующими диодами 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, и управляемого ШИМ сигналом, который на выходе формирует требуемое переменное напряжение для потребителей переменного тока ППТ 10.where U l is the linear voltage of the alternating
Конденсатор 26 фильтрует пульсации постоянного напряжения Uвыпр, а также сглаживает перепады напряжения на шинах питания трехфазного инвертора И1 9.
Описание работы трехфазного инвертора И1 9 приведено, например: На сайте: https://helpiks.org/9-64571.html.A description of the operation of the three-phase inverter I 1 9 is given, for example: On the website: https://helpiks.org/9-64571.html.
При этом, опорный диод 19 находится в закрытом состоянии, т.к. на выходе опорного преобразователя постоянного напряжения 18 постоянно присутствует опорное напряжение Uоп, которое находится в допустимом рабочем диапазоне напряжений на шинах питания трехфазного инвертора И1 9, но по величине ниже заданного напряжения, формируемого выпрямителем-преобразователем 4, т.е. выполняются условия (малым напряжением на открытом диоде 21 пренебрегаем):In this case, the
гдеWhere
• Uмин - минимальное допустимое напряжение на шинах питания трехфазного инвертора И1 9;• U min - the minimum permissible voltage on the power buses of a three-phase inverter I 1 9;
• Uмакс - максимальное допустимое напряжение на шинах питания трехфазного инвертора И1 9.• U max - the maximum permissible voltage on the power buses of the three-
где Uвыпр.мин - минимальное выпрямленное напряжение на конденсаторе 26, определяемое нестабильностью выпрямителя-преобразователя 4. Благодаря закрытому состоянию опорного диода 19 опорное напряжение с выхода опорного преобразователя постоянного напряжения 18 не влияет на работу выпрямителя-преобразователя 4 и его входные цепи. Однако при сбоях в работе ИПН 1, например, наличии определенных провалов выходных напряжений (недостаточных для размыкания контактов первого контактора 2, который срабатывает при отсутствии напряжения на выходе ИПН 1), напряжение на выходе выпрямителя-преобразователя 4 снижается и при достижении значений ниже опорного напряжения на выходе опорного преобразователя постоянного напряжения 18 открывается опорный диод 19 и закрывается выходной диод 21. Опорное напряжение с выхода опорного преобразователя постоянного напряжения 18 через опорный диод 19 поступает на шины питания трехфазного инвертора И1 9, обеспечивая, тем самым, требуемую стабилизацию напряжения на его выходе, без каких либо провалов. Выходной диод 21, находящийся в закрытом состоянии, защищает (отсекает) выпрямитель-преобразователь 4 и его входные цепи от влияния выходного напряжения опорного преобразователя постоянного напряжения 18 на их работу.where U rect.min is the minimum rectified voltage on
Формирование напряжения на выходе опорного преобразователя постоянного напряжения 18 осуществляется следующим образом.The voltage generation at the output of the reference
Последовательно соединенные однофазный инвертор 14, трансформатор 15 и выпрямитель 16 представляют собой преобразователь постоянного напряжения 25.A single-
Постоянное напряжения с аккумуляторной батареи АБ 13 поступает на вход однофазного инвертора И2 14, который может быть выполнен, например, по мостовой схеме (см., например, Однофазный полномостовой (мостовой) инвертор напряжения. На сайте: https://helpiks.org/9-64566.html).The constant voltage from the
Переменное напряжение с выхода однофазного инвертора И2 14 преобразуется трансформатором 15 в заданное значение переменного напряжения относительно выходного напряжения ИПН 1, создавая, тем самым, оптимальные условия для работы выпрямителя-преобразователя 4, в результате чего повышается эффективность его работы из-за снижения пульсаций и повышения стабилизации выходного напряжения, а также обеспечивается оптимальный выбор фазных дросселей 3 и фильтрующего конденсатора 8 по массе и габаритам (работа выпрямителя-преобразователя 4 при переходе в режим преобразования постоянного напряжения в постоянное будет рассмотрена ниже).The alternating voltage from the output of single-phase inverter I 2 14 is converted by
Напряжение со вторичной обмотки трансформатора 15 через выпрямитель 16 поступает на вход опорного преобразователя постоянного напряжения 18, на выходе которого формируется постоянное опорное напряжение Uоп, соответствующее значению в выражении (3).The voltage from the secondary winding of the
В качестве опорного преобразователя постоянного напряжения 18 может использоваться, например, источник питания, приведенный на сайте: https://ozlib.com/1038388/).As a reference
Выпрямитель 16 может быть выполнен в виде диодного моста (см., например, "Диодный мост". На сайте: https://www.ruselectronic.com/diodnyj-most/).
При отсутствии напряжения на выходе источника переменного напряжения ИПН 1 по сигналу датчика напряжения ДН 11 (напряжение отсутствует) система управления СУ 20 вырабатывает в цепь управления первого 2 и второго 17 контакторов сигналы, по которым контакты К1 контактора 2 размыкаются, а контакты К2 контактора 17 замыкаются. Системой управления СУ 20 выпрямитель-преобразователь 4 переводится в режим преобразования постоянного напряжения в постоянное со стабилизацией напряжения на его выходе (на конденсаторах 8 и 26), т.е. преобразователь частоты переводится в режим питания от аккумуляторной батареи АБ 13.If there is no voltage at the output of the alternating
Постоянное напряжения с выхода выпрямителя 16 через контакты К2 контактора 17, разделительные диоды 12 и фазные дроссели 3 подается к входам выпрямителя-преобразователя 4, находящегося в режиме преобразования постоянного напряжения в постоянное со стабилизацией напряжения на выходе.The DC voltage from the output of the
В данном режиме транзисторы 4-1, 4-2, 4-3 выпрямителя-преобразователя 4 работают в ключевом режиме, управляемыми ШИМ сигналами с контроллера, находящемся в СУ 20. Каждая цепь в виде диода разделительных диодов 12, дросселя фазных дросселей 3, транзистора 4-i (где i - соответственно 1, 2, 3), диодов 4-i (где i -соответственно 4, 5, 6, 7, 8, 9) и фильтрующего конденсатора 8 представляет собой бустерную схему импульсного стабилизатора-преобразователя (см., например, "Повышающий импульсный стабилизатор напряжения". На сайте: https://fresh-web-studio.github.io/artemsdobnikov/math/boost-convIn this mode, transistors 4-1, 4-2, 4-3 of the rectifier-
В данном источнике информации отмечено, что на практике коэффициент передачи, т.е. отношение выходного напряжения к входному, находящийся в диапазоне от 1,5 до 3, является оптимальными для работы повышающего импульсного стабилизатора. Поскольку выходное напряжение выпрямителя-преобразователя 4 должно соответствовать Uвыпр, то выходное напряжение преобразователя постоянного напряжения 25 (является входным напряжением для выпрямителя-преобразователя 4) должно соответствовать данному оптимальному условию.This source of information notes that in practice the transmission coefficient, i.e. the ratio of the output voltage to the input, in the range from 1.5 to 3, is optimal for the operation of a boost switching stabilizer. Since the output voltage of the rectifier-
Рассмотрим работу одной цепи моста в выпрямителе-преобразователе 4 (две другие работают аналогично).Let's consider the operation of one bridge circuit in rectifier-converter 4 (the other two work similarly).
Когда ключ на транзисторе 4-1 замкнут, ток от источника питания с выхода выпрямителя 16 протекает через дроссель фазных дросселей 3, запасая в нем энергию. Диод 4-4 при этом отсекает (блокирует) фильтрующий конденсатор 8 и не позволяет ему разряжаться через замкнутый ключ. Ток в нагрузку (на конденсатор 26 и шины питания трехфазного инвертора 9) в этот промежуток времени поступает через выходной диод 21 только от фильтрующего конденсатора 8. Далее, когда ключ закрывается, электродвижущая сила самоиндукции дросселя фазных дросселей 3 суммируется с выходным напряжением на фильтрующем конденсаторе 8 и энергия тока дросселя отдается в нагрузку. При этом выходное напряжение выпрямителя-преобразователя 4 оказывается больше его входного на величину, определяемой индуктивностью дросселя и скважностью работы ключевого транзистора 4-1.When the switch on transistor 4-1 is closed, the current from the power source from the output of the
Для практической реализации выпрямителя-преобразователя 4 может быть использованы в IGBT модули в виде полумоста SEMIX453GD12E4C, а в качестве контроллера в СУ 20 для управления ШИМ сигналом транзисторов IGBT можно использовать микроконтроллер ST10F276Z5T3.For the practical implementation of rectifier-
Следует отметить, что полностью отечественные IGBT модули, которые также можно использовать для реализации выпрямителя-преобразователя 4 приведены на сайте: https://www.angstrem.ru/company/articles/silovaya_ekb_lineyka_polnostyu_otechestvennykh_igbt_moduley/).It should be noted that completely domestic IGBT modules, which can also be used to implement rectifier-
С учетом времени срабатывания системы управления 20, первого 2 и второго 17 контакторов на размыкание и замыкание контактов К1 и К2 и наоборот, наблюдается запаздывание появления напряжения на входе выпрямителя-преобразователя 4, поэтому с учетом времени формирования им выходных напряжений наблюдается отсутствие напряжения (наличие "провалов") на его выходе.Taking into account the response time of the
Для исключения данного недостатка при отсутствии напряжения на выходе выпрямителя-преобразователя 4, в соответствии с выражением (3), открывается опорный диод 19 и закрывается выходной диод 21, отсекает (блокирует) выпрямитель-преобразователь 4 и его входные цепи от выходного напряжения опорного преобразователя постоянного напряжения 18. Опорное напряжение с выхода опорного преобразователя постоянного напряжения 18 через опорный диод 19 поступает на вход инвертора 9, обеспечивая, тем самым, требуемую стабилизацию напряжения на его выходе, без каких либо провалов.To eliminate this drawback, in the absence of voltage at the output of the rectifier-
При появлении напряжения на выходе источника переменного напряжения ИПН 1 по сигналу датчика напряжения ДН 11 (напряжение присутствует) система управления СУ 20 вырабатывает в цепь управления первого 2 и второго 17 контакторов сигналы, по которым контакты К1 контактора 2 замыкаются, а контакты К2 контактора 17 размыкаются. Системой управления СУ 20 выпрямитель-преобразователь 4 переводится в выпрямительный режим, описанный выше.When voltage appears at the output of the alternating
При использовании в качестве потребителя переменного напряжения электрического двигателя (М), в результате торможения электропривода с высокоинерционной нагрузкой, электрический двигатель может переходить в генераторный режим, т.е. происходит конвертирование кинетической энергии в электрическую. Генерируемая при этом электрическая энергия возвращается в преобразователь частоты и выпрямляется обратными диодами инвертора 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, шунтирующими транзисторы инвертора 9-7, 9-8, 9-9, 9-10, 9-11, 9-12, в результате чего растет постоянное напряжение на шинах питания трехфазного инвертора 9 (на конденсаторе 26).When using an electric motor (M) as an alternating voltage consumer, as a result of braking an electric drive with a high-inertial load, the electric motor can switch to generator mode, i.e. kinetic energy is converted into electrical energy. The electrical energy generated in this case is returned to the frequency converter and rectified by the reverse diodes of the inverter 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, shunting the inverter transistors 9-7, 9-8, 9 -9, 9-10, 9-11, 9-12, as a result of which the constant voltage on the power buses of the three-phase inverter 9 (on capacitor 26) increases.
Согласно теории электрических цепей (см., например, Матвиенко В.А. Основы теории цепей. Учебное пособие. Екатеринбург, 2016. С. 32, 35) конденсатор является инерционным элементом при изменении напряжения, т.к. соотношение между изменением напряжения (Uc) на конденсаторе и током (Ic) заряда (разряда) в течение времени t определяется следующим выражением:According to the theory of electrical circuits (see, for example, Matvienko V.A. Fundamentals of circuit theory. Textbook. Ekaterinburg, 2016. P. 32, 35) the capacitor is an inertial element when the voltage changes, because the relationship between the change in voltage (U c ) on the capacitor and the current (I c ) charge (discharge) during time t is determined by the following expression:
где С - емкость конденсатора.where C is the capacitance of the capacitor.
Поэтому конденсатор 26 "сглаживает" перепады напряжения на шинах питания трехфазного инвертора И1 9, при этом, его амплитудное значение может вырасти до опасного значения и вывести из строя преобразователь частоты.Therefore,
Рассмотрим защиту преобразователя частоты при его работе в основном режиме и в режиме питания от аккумуляторной батареи АБ 13:Let's consider the protection of the frequency converter when it operates in the main mode and when powered by an
• в основном режиме работы при питании от источника переменного напряжения ИПН 1 в исходном состоянии второй транзисторный ключ 23 управляется ШИМ сигналом и постоянно находится в "рабочем" состоянии, обеспечивая работу зарядного устройства ЗУ 24 для заряда аккумуляторной батареи АБ 13. Зарядное устройство ЗУ 24 может быть выполнено в виде импульсного стабилизатора с ШИМ управлением силовым ключом, являющегося импульсным последовательным стабилизатором понижающего типа, выполненного по чопперной схеме, в котором стабилизируются требуемые значения по напряжению и току для заряда аккумуляторной батареи 13 (см. например, патент, РФ, №2779324). При этом, первый транзисторный ключ 6 находится в закрытом состоянии. В результате торможения электропривода при достижении на шинах питания трехфазного инвертора И1 9 максимально допустимого постоянного напряжения Uмaкс (см. выражение 2) по сигналу срабатывания второго датчика напряжения ДН2 22, поступающему в систему управления СУ 20, она переводит первый транзисторный ключ 6 в "рабочее" состояние, управляемого ШИМ сигналом (при этом диоды 21 и 19 находятся в закрытом состоянии и отсекают (блокируют) от шин питания трехфазного инвертора И1 9, находящиеся до них цепи). При открытом первом транзисторе 6 (шунтирующий диод 7 защищает первый транзистор 5 от обратных напряжений) протекающий ток через резистор 5 обеспечивает "поглощение" электрической энергии с конденсатора 26, которая конвертируется в тепловую энергию, выделяемую на резисторе 5, поддерживая, тем самым, постоянное напряжение на шинах питания трехфазного инвертора И1 9 в заданных допустимых пределах;• in the main operating mode when powered by an alternating
• в режиме питания от аккумуляторной батареи АБ 13 в исходном состоянии первый транзистор 6 и второй транзистор 23 закрыты. В результате торможения электропривода при достижении на шинах питания трехфазного инвертора И1 9 (на конденсаторе 26) максимально допустимого напряжения Uмaкс по сигналу срабатывания второго датчика напряжения ДН2 22, поступающему в систему управления СУ 20, она переводит второй транзистор 23 в "рабочее" состояние, управляемого ШИМ сигналом. Рекуперация энергии осуществляется через второй транзисторный ключ 23 и зарядное устройство ЗУ 24, обеспечивающих заряд аккумуляторной батареи АБ 13, в результате чего, поддерживается постоянное напряжение на шинах питания трехфазного инвертора И1 9 в заданных допустимых пределах. При этом, величина напряжения на конденсаторе 26 постоянно контролируется вторым датчиком напряжения ДН2 22. В случае недостаточности "поглощения" избыточной электрической энергии на конденсаторе 26 путем рекуперации ("поглощение" зависит от требуемой энергии для заряда аккумуляторной батареи АБ 13 и величины кинетической энергии торможения электропривода) системой управления СУ 20 первый транзисторный ключ 6 переводится в "рабочее" состояние с управлением ШИМ сигналом. Протекающий ток через резистор 5 обеспечивает "поглощение" электрической энергии с конденсатора 26, которая конвертируется в тепловую энергию, выделяемую на резисторе 5, поддерживая, тем самым, постоянное напряжение на шинах питания трехфазного инвертора И1 9 в заданных допустимых пределах.• in the power mode from the
Заряд аккумуляторной батареи АБ 13 рекуперацией энергии позволяет уменьшить глубину разряда аккумуляторной батареи, что позволяет увеличить срок ее службы. Кроме того, уменьшается количество выделяемой тепловой энергии на резисторе 5.Charging the
В качестве резистора 5 можно использовать, например, проволочный резистор с керамическим корпусом типа РБ (см. РБ тормозные резисторы. На сайте: https://owen.ru/product/tormoznie_rezistori_oven_rb/question).As
В качестве второго датчика напряжения ДН2 22 можно использовать, например, датчики напряжения, выпускаемые АО «НИИЭМ», г. Истра, Московской области (см. Датчики измерения тока и напряжения для систем автоматизации. На сайте: https://isup.ru/articles/16/1195/).As a second
Таким образом, в предлагаемом изобретении используется неизвестная совокупность известных признаков (каждый признак по-отдельности известен из открытых источников информации) и отвечает критерию "изобретательский уровень" в полной мере.Thus, the proposed invention uses an unknown set of known features (each feature is separately known from open sources of information) and fully meets the “inventive step” criterion.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2806284C1 true RU2806284C1 (en) | 2023-10-30 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540966C1 (en) * | 2013-08-08 | 2015-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО "Гамем") | Static converter |
| US20200176997A1 (en) * | 2011-04-15 | 2020-06-04 | Deka Products Limited Partnership | Modular Power Conversion System |
| 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 |
| US11056967B2 (en) * | 2017-03-30 | 2021-07-06 | Airbus Operations Gmbh | Electrical supply system for an aircraft with a legacy AC network and a bipolar DC network |
| RU2780724C1 (en) * | 2022-04-07 | 2022-09-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") | Static converter |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200176997A1 (en) * | 2011-04-15 | 2020-06-04 | Deka Products Limited Partnership | Modular Power Conversion System |
| RU2540966C1 (en) * | 2013-08-08 | 2015-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО "Гамем") | Static converter |
| US11056967B2 (en) * | 2017-03-30 | 2021-07-06 | Airbus Operations Gmbh | Electrical supply system for an aircraft with a legacy AC network and a bipolar DC network |
| 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 |
| RU2780724C1 (en) * | 2022-04-07 | 2022-09-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") | Static converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10193380B2 (en) | Power sources and systems utilizing a common ultra-capacitor and battery hybrid energy storage system for both uninterruptible power supply and generator start-up functions | |
| JP5563577B2 (en) | Bidirectional inverter / charger and inverter / charger device | |
| RU2467891C2 (en) | Method of feeding standby auxiliary consuming hardware, auxiliary converter and railway vehicle to this end | |
| US8981712B2 (en) | Converter and submodule of a converter for charging or discharging an energy store | |
| EP2815913A1 (en) | Recharging system for electric vehicles | |
| EP3531528B1 (en) | Power supply system and method for controlling same | |
| EP1523428A1 (en) | Apparatus and method employing bi-directional converter for charging and/or supplying power | |
| JP6427574B2 (en) | Device for charge balancing of power battery | |
| Tan et al. | A 6-kW, 2-kWh Lithium-Ion battery energy storage system using a bidirectional isolated DC-DC converter | |
| CN106961150B (en) | Control method and system of composite energy storage battery | |
| Tiwari et al. | Component selection for an electric vehicle: A review | |
| US9270192B2 (en) | Variable speed drive provided with a supercapacitor module | |
| CN104067499A (en) | Switching power supply device | |
| Castiglia et al. | Power management of a battery/supercapacitor system for E-mobility applications | |
| AU2010269743A1 (en) | Electric vehicle control device | |
| RU168497U1 (en) | Autonomous solar photovoltaic installation | |
| Shukla et al. | Bidirectional power flow control of Solar PV array based multifunctional E-mobility charger | |
| RU2326774C1 (en) | Converting device of the passangers car power supply system | |
| RU2806284C1 (en) | Frequency transducer | |
| RU2612075C1 (en) | Locomotive traction converter | |
| WO2013031934A1 (en) | Interconnected power system | |
| US9948095B2 (en) | Combined control of two voltage sources | |
| EP4304042A1 (en) | Energy storage system, control method for energy storage system, and photovoltaic power generation system | |
| RU2780724C1 (en) | Static converter | |
| RU2794276C1 (en) | Uninterruptible power system |