RU52539U1 - MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER - Google Patents
MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU52539U1 RU52539U1 RU2005128628/22U RU2005128628U RU52539U1 RU 52539 U1 RU52539 U1 RU 52539U1 RU 2005128628/22 U RU2005128628/22 U RU 2005128628/22U RU 2005128628 U RU2005128628 U RU 2005128628U RU 52539 U1 RU52539 U1 RU 52539U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- bridges
- phase
- parallel
- inverter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Многоуровневый автономный инвертор фазных напряжений относится к электротехнике и может быть использован в частотно-регулируемых электроприводах и системах вторичного электропитания. Устройство содержит параллельные ветви, каждая из которых содержит по меньшей мере два последовательно соединенных транзисторных ключа, встречно параллельно которым подключены диоды, и образующих по меньшей мере два синхронизированных по фазе моста с одноименными выводами переменного напряжения от средних точек ветвей, к которым подключена нагрузка, а выводы постоянного напряжения мостов подключены к полюсам источника питающего постоянного напряжения, при этом между одноименными выводами переменного напряжения мостов включены группы, каждая из которых состоит из двух встречно параллельно соединенных одно-операционных тиристоров. Технический результат - повышение надежности работы и снижение потерь энергии в ключах при обеспечении регулируемого по уровню, частоте и форме многофазного переменного напряжения на выходе.Multilevel autonomous phase voltage inverter refers to electrical engineering and can be used in variable frequency drives and secondary power supply systems. The device contains parallel branches, each of which contains at least two series-connected transistor switches, in parallel with which diodes are connected, and forming at least two phase-synchronized bridges with the same voltage outputs of the same name from the midpoints of the branches to which the load is connected, and the DC voltage terminals of the bridges are connected to the poles of the DC supply voltage source, while between the same AC voltage terminals of the bridges are connected nN, each of which consists of two opposite parallel connected single operating thyristors. EFFECT: increased reliability of operation and reduction of energy losses in keys, while ensuring a multiphase variable output voltage that is adjustable in level, frequency, and shape.
Description
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в частотно-регулируемых электроприводах и системах вторичного электропитания.The utility model relates to electrical engineering and can be used in variable frequency drives and secondary power supply systems.
Известен многоуровневый инвертор напряжения с питающим трансформатором, секции вторичной обмотки которого переключаются при помощи полупроводниковых управляемых ключей (Авт. свид. СССР №1601720, публ. 23.10.90, бюл. №39).Known multi-level voltage inverter with a supply transformer, sections of the secondary winding of which are switched using semiconductor controlled keys (Auth. Certificate. USSR No. 1601720, publ. 23.10.90, bull. No. 39).
Известное устройство аналогичного назначения позволяет сформировать ступенчатое напряжение на однофазной нагрузке, однако наличие входного трансформатора усложняет и удорожает устройство, кроме того, в трехфазном варианте исполнения двигатель должен иметь шесть выводов вместо общепринятых трех.A known device for a similar purpose allows you to generate a step voltage on a single-phase load, however, the presence of an input transformer complicates and increases the cost of the device, in addition, in a three-phase embodiment, the motor must have six leads instead of the generally accepted three.
Известен многоуровневый трехфазный инвертор, содержащий подключенный к крайним выводам секционированного источника питания трехфазный мост управляемых ключей, два дополнительных последовательно соединенных ключа, общий вывод которых подсоединен к нулевой цепи трехфазной нагрузки, а крайние выводы подключены к центральной секции источника питания.(Авт. свид. СССР №1246305, публ. 23.07.86, бюл. №27).A multi-level three-phase inverter is known, which contains a three-phase bridge of controlled keys connected to the extreme terminals of a partitioned power supply, two additional series-connected keys, the common output of which is connected to the zero circuit of the three-phase load, and the extreme terminals are connected to the central section of the power source (Auth. USSR. No. 1246305, publ. 23.07.86, bull. No. 27).
Известный трехфазный инвертор обеспечивает фазное выходное напряжение двухступенчатой формы, не содержащее третьей гармоники. Недостатком известного устройства является сложность системы вследствие наличия секционированного источника питания. Кроме того, в The known three-phase inverter provides a phase output voltage of a two-stage form that does not contain a third harmonic. A disadvantage of the known device is the complexity of the system due to the presence of a partitioned power source. Besides, in
известном устройстве в качестве дополнительных ключей могут быть использованы только полностью управляемые полупроводниковые приборы, например, IGB-транзисторные модули, что приводит к значительным электрическим потерям и дороговизне известного устройства.The known device as additional keys can be used only fully controlled semiconductor devices, for example, IGB-transistor modules, which leads to significant electrical losses and high cost of the known device.
Устройством, наиболее близким к заявляемому, является многоуровневый автономный инвертор фазных напряжений, содержащий мосты, образованные параллельными ветвями, состоящими из последовательно соединенных ключей, выводы постоянного тока которых подключены к полюсам секций источника питания, уровни потенциалов которых возрастают по модулю относительного нулевого вывода источника питания (патент РФ №2204880, публ. 20.05.2003).The device closest to the claimed one is a multilevel autonomous inverter of phase voltages, containing bridges formed by parallel branches consisting of series-connected keys, the DC current terminals of which are connected to the poles of the power supply sections, the potential levels of which increase modulo the relative zero output of the power source ( RF patent No. 2204880, publ. 05.20.2003).
Известное устройство позволяет получить регулируемое по уровню, частоте и форме многофазное переменное напряжение на выходе. Недостатком известного многоуровневого автономного инвертора фазных напряжений является его сложность и недостаточно высокая надежность вследствие наличия секционированного источника питания. Кроме того, в известном устройстве неэффективно (кратковременно) используются сильноточные ключи на низком уровне напряжения. Это особенно проявляется в тяговом электроприводе, у которого максимальный ток при низком напряжении имеет место только при пуске локомотива, а в длительном режиме при высоком напряжении ток мал. Наличие большого количества транзисторов в известном устройстве обуславливает его дороговизну, существенные электрические потери, а также снижает надежность.The known device allows you to get adjustable in level, frequency and shape of a multiphase alternating voltage at the output. A disadvantage of the known multilevel autonomous inverter of phase voltages is its complexity and insufficiently high reliability due to the presence of a partitioned power source. In addition, in the known device inefficient (short-term) high-current switches are used at a low voltage level. This is especially evident in the traction electric drive, in which the maximum current at low voltage occurs only when the locomotive is started, and in continuous operation at high voltage the current is small. The presence of a large number of transistors in the known device causes its high cost, significant electrical losses, and also reduces reliability.
В основу заявляемой полезной модели поставлена задача создания многоуровневого автономного инвертора фазных напряжений, в котором введение новых элементов и новых связей между элементами позволяет снизить потери энергии в ключах и повысить надежность работы.The claimed utility model is based on the task of creating a multi-level autonomous inverter of phase voltages, in which the introduction of new elements and new connections between the elements can reduce the energy loss in the keys and increase the reliability of the work.
Заявляемый многоуровневый автономный инвертор фазных напряжений, как и ближайший аналог содержит параллельные ветви, каждая из которых включает по меньшей мере два последовательно соединенных транзисторных ключа, встречно параллельно которым подключены диоды и образующих по меньшей мере два синхронизированных по фазе моста с одноименными выводами переменного напряжения от средних точек ветвей, к которым подключена нагрузка, а выводы постоянного напряжения мостов подключены соответственно к полюсам источника питающего постоянного напряжения.The inventive multilevel autonomous inverter of phase voltages, as well as the closest analogue, contains parallel branches, each of which includes at least two series-connected transistor switches, in parallel with which diodes are connected and forming at least two phase-synchronized bridges with the same alternating voltage outputs from medium the points of the branches to which the load is connected, and the DC voltage terminals of the bridges are connected respectively to the poles of the DC supply source voltage.
Согласно полезной модели, между одноименными выводами переменного тока мостов включены группы, каждая из которых состоит из двух встречно параллельно соединенных одно-операционных тиристоров.According to the utility model, groups are included between the same-name AC terminals of bridges, each of which consists of two single-operational thyristors that are counter-connected in parallel.
Увеличение числа уровней квантования выходного напряжения осуществляется путем увеличения количества мостов, при этом исключается секционирование источника постоянного питающего напряжения, что приводит к повышению надежности работы многоуровневого автономного инвертора фазных напряжений. Подключение между одноименными выводами переменного напряжения мостов инвертора групп из двух встречно параллельно соединенных однооперационных тиристоров позволило снизить электрические потери и повысить эксплуатационную надежность устройства.An increase in the number of quantization levels of the output voltage is carried out by increasing the number of bridges, thus excluding the partitioning of a source of constant supply voltage, which leads to increased reliability of the multilevel autonomous phase voltage inverter. Connecting between the same AC terminals of the inverter bridges of groups of two counter-parallel connected single-operation thyristors allowed to reduce electrical losses and increase the operational reliability of the device.
Полезная модель позволяет повысить надежность работы многоуровневого автономного инвертора фазных напряжений и снизить потери энергии в ключах, обеспечивая регулируемое по уровню, форме и частоте многоуровневое напряжение на выходе.The utility model allows to increase the reliability of the multilevel autonomous inverter of phase voltages and reduce energy loss in the switches, providing a multilevel output voltage that is adjustable in level, shape and frequency.
Суть заявляемой полезной модели поясняется чертежами.The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена схема двухуровневого автономного инвертора фазных напряжений, однофазной нагрузкой которого могут быть секции общего потребителя или автономные потребители.Figure 1 presents a diagram of a two-level autonomous inverter of phase voltages, the single-phase load of which can be sections of a common consumer or autonomous consumers.
На фиг.2 представлена схема двухуровневого автономного инвертора фазных напряжений с трехфазными нагрузками.Figure 2 presents a diagram of a two-level autonomous inverter of phase voltages with three-phase loads.
На фиг.3 приведена диаграмма переключении полупроводниковых приборов в схеме на фиг.1 и кривые выходных напряжений и тока на первом уровне напряжения (первом этапе регулирования напряжения на нагрузке).Figure 3 shows a diagram of the switching of semiconductor devices in the circuit of figure 1 and the curves of the output voltages and current at the first voltage level (the first stage of voltage regulation on the load).
На фиг.4 приведена диаграмма переключении полупроводниковых приборов в схеме на фиг.1 и кривые выходных напряжений и тока на втором уровне напряжения (втором этапе регулирования напряжения на нагрузке).Figure 4 shows a diagram of the switching of semiconductor devices in the circuit of figure 1 and the curves of the output voltages and current at the second voltage level (second stage of voltage regulation on the load).
Многоуровневый автономный инвертор фазных напряжений содержит параллельно соединенные ветви, крайние общие точки которых подключены к полюсам источника питающего постоянного напряжения.A multilevel autonomous phase voltage inverter contains parallel connected branches, the extreme common points of which are connected to the poles of a source of supply DC voltage.
Каждая ветвь состоит из последовательно соединенных транзисторных ключей 1, встречно параллельно которым включены диоды 2. Конструктивно полупроводниковые структуры силового биполярного транзисторного ключа 1 и обратного диода 2 выполнены в виде IGBT модуля. Ветви образуют однофазные (фиг.1) или трехфазные (фиг.2) мосты 3, синхронизированные между собой по фазе. Ветви имеют выводы 4 переменного напряжения от средних точек ветвей.Each branch consists of series-connected transistor switches 1, in parallel with which diodes 2 are connected. Structurally, the semiconductor structures of the power bipolar transistor switch 1 and the reverse diode 2 are made in the form of an IGBT module. The branches form a single-phase (figure 1) or three-phase (figure 2) bridges 3, synchronized with each other in phase. The branches have conclusions 4 variable voltage from the midpoints of the branches.
Между одноименными выводами переменного тока мостов включены группы, каждая из которых состоит из двух встречно параллельно соединенных одно-операционных тиристоров 5. К выводам 4 мостов 3 подключены нагрузки Z1, Z2 либо электрически не связанные друг с другом, либо секции одной общей расщепленной нагрузки (фиг.1), либо трехфазные нагрузки M1, M2 (фиг.2).Between the same AC terminals of bridges are included groups, each of which consists of two counter-parallel connected single-operational thyristors 5. To the terminals of 4 bridges 3 are connected loads Z1, Z2 either not electrically connected to each other, or sections of one common split load (Fig. .1), or three-phase loads M1, M2 (figure 2).
Увеличение числа уровней квантования выходного напряжения осуществляется путем наращивания количества мостов.An increase in the number of quantization levels of the output voltage is carried out by increasing the number of bridges.
Устройство работает следующим образом. Регулирование величины выходного напряжения многоуровневого автономного инвертора фазных напряжений и формирование синусоиды тока нагрузки осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) питающего постоянного напряжения в сочетании с квантованием амплитуды выходного напряжения инвертора.The device operates as follows. The output voltage of a multilevel autonomous inverter of phase voltages is regulated and the load current sinusoid is generated by pulse-width modulation (PWM) of the supply DC voltage in combination with quantization of the inverter output voltage amplitude.
При регулировании выходного напряжения инвертора от нуля до полного напряжения, равного напряжению источника питающего постоянного напряжения Е, квантование его амплитуды осуществляется в два этапа.When adjusting the output voltage of the inverter from zero to full voltage, equal to the voltage of the source of supply DC voltage E, the quantization of its amplitude is carried out in two stages.
На первом этапе квантования амплитуды выходного напряжения инвертора порядок переключении длительности проводящего состояния полупроводниковых приборов на периоде выходного напряжения Ts при формировании положительной полуволны тока i определяется алгоритмом, как представлено на фиг.3. Нагрузки Z1 и Z2 на интервалах tν соединяются последовательно и подключаются к источнику питающего постоянного напряжения, таким образом, к каждой из упомянутых нагрузок прикладывается импульс напряжения с амплитудой . На интервалах t0 нагрузки отключаются от источника, и напряжение на нагрузках Z1 и Z2 равно нулю. Соблюдается соотношение tν+t0=τ, где , где Тм - период модуляции. Коэффициент заполнения изменяется по заданному закону ШИМ и по заданному уровню выходного напряжения на каждом интервале Тм. Таким образом, величина выходного напряжения инвертора Uэ изменяется от нуля до при изменении суммарного коэффициента заполнения от нуля до единицы.At the first stage of quantization of the amplitude of the inverter output voltage, the order of switching the duration of the conducting state of semiconductor devices at the output voltage period T s during the formation of a positive half-wave of current i is determined by the algorithm, as shown in Fig.3. The loads Z 1 and Z 2 at intervals t ν are connected in series and connected to a source of supply DC voltage, thus, a voltage pulse with amplitude is applied to each of the mentioned loads . At intervals t 0 the loads are disconnected from the source, and the voltage at the loads Z 1 and Z 2 is equal to zero. The relation t ν + t 0 = τ is observed, where where T m is the modulation period. Fill factor varies according to a given PWM law and a given output voltage level at each interval T m . Thus, the value of the output voltage of the inverter Ue varies from zero to when the total duty cycle changes from zero to one.
На втором этапе квантования амплитуды выходного напряжения инвертора алгоритм управления инвертором иллюстрирует фиг.4. На интервалах tw нагрузки Z1 и Z2 параллельно подключаются к источнику питающего постоянного напряжения, таким образом, к каждой из упомянутых нагрузок прикладывается импульс напряжения с амплитудой Е. Соблюдается соотношение tw+tν=τ. Коэффициент заполнения изменяется от нуля до единицы. Таким образом, величина выходного напряжения инвертора Uээ на втором этапе изменяется от до Е.In the second step of quantizing the amplitude of the inverter output voltage, the inverter control algorithm is illustrated in FIG. At intervals t w, the loads Z 1 and Z 2 are connected in parallel to a source of supply DC voltage, thus, a voltage pulse with amplitude E is applied to each of the mentioned loads. The relation t w + t ν = τ is observed. Fill factor varies from zero to one. Thus, the value of the inverter output voltage Uee at the second stage varies from to E.
При протекании активного тока нагрузки до момента в IGBT модулях инвертора ток проводят транзисторные ключи 1, что в обозначениях приборов отмечено буквой «т», например, PA 1.т. После изменения полярности напряжения на нагрузке с момента и в течение времени , где протекает индуктивный ток нагрузки, который в IGBT модулях инвертора проводят диоды 2, что в обозначениях приборов отмечено буквой «д», например, МА1.Д. При протекании индуктивного тока нагрузки при переходе от интервалов t0 к интервалам tν на первом этапе регулирования и при переходе от tν к tw на втором этапе регулирования предусмотрены интервалы tk, в течение которых осуществляется принудительное отключение соответствующего однооперационного тиристора. Длительность интервала tk определяется временем восстановления управляющих свойств тиристора при приложении к нему напряжения источника питающего постоянного напряжения в обратном направлении и составляет для быстродействующих одно-операционных тиристоров величину порядка 8...32 мкс. Так, например, отключение одно-операционного тиристора А 21 When the active load current flows up to the moment transistor switches 1 conduct current in the IGBT inverter modules, which is indicated by the letter “t” in the designations of devices, for example, PA 1.t. After changing the polarity of the voltage at the load from the moment and over time where the inductive load current flows, which in the IGBT modules of the inverter conduct diodes 2, which is indicated by the letter “d” in the designations of the devices, for example, MA1.D. When the inductive load current flows during the transition from the intervals t 0 to the intervals t ν at the first regulation stage and during the transition from t ν to t w at the second regulation stage, the intervals t k are provided during which the corresponding single-operation thyristor is forcedly switched off. The duration of the interval t k is determined by the recovery time of the control properties of the thyristor when the voltage of the source of supply DC voltage is applied to it in the opposite direction and amounts to about 8 ... 32 μs for high-speed single-operational thyristors. So, for example, turning off the single-operation thyristor A 21
на интервале tk′′′ осуществляется кратковременным включением пары транзисторов PA1.T и MA1.T; отключение одно-операционного тиристора В 12 на интервале tk IV осуществляется при включении пары транзисторов РВ 2.т и МВ 1.т. Как описано выше, одно-операционные тиристоры А 21 и В 12 задействованы при формировании положительной полуволны тока i. При формировании отрицательной полуволны тока i вместо них функционируют соответственно одно-операционные тиристоры А 12 и В 21.on the interval t k ′ ′ ′ is carried out by short-term inclusion of a pair of transistors PA1.T and MA1.T; disconnection of the single-operational thyristor B 12 in the interval t k IV is carried out when a pair of transistors RV 2.t and MV 1.t. is turned on. As described above, single-operation thyristors A 21 and B 12 are involved in the formation of a positive half-wave of current i. When forming a negative half-wave of current i, instead of them, single-operation thyristors A 12 and B 21 respectively function.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность работы многоуровневого автономного инвертора фазных напряжений и снизить потери энергии в ключах при обеспечении регулируемого по уровню, частоте и форме многофазного переменного напряжения на выходе.Thus, the claimed utility model allows to increase the reliability of a multi-level autonomous inverter of phase voltages and reduce energy losses in the switches while providing an output that is adjustable in level, frequency and shape of a multiphase alternating voltage.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128628/22U RU52539U1 (en) | 2005-09-14 | 2005-09-14 | MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128628/22U RU52539U1 (en) | 2005-09-14 | 2005-09-14 | MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU52539U1 true RU52539U1 (en) | 2006-03-27 |
Family
ID=36389923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005128628/22U RU52539U1 (en) | 2005-09-14 | 2005-09-14 | MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU52539U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2629009C2 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Alternate current variable speed drive |
-
2005
- 2005-09-14 RU RU2005128628/22U patent/RU52539U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2629009C2 (en) * | 2016-02-16 | 2017-08-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Alternate current variable speed drive |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2323248B1 (en) | Operation of a three level converter | |
| US9083274B2 (en) | Power stage precharging and dynamic braking apparatus for multilevel inverter | |
| US9831778B2 (en) | Power-converting device and power conditioner using the same | |
| US8223517B2 (en) | Power converting apparatus with main converter and sub-converter | |
| US9806618B2 (en) | Power converting device and power conditioner using the same | |
| US9252681B2 (en) | Power converter with a first string having controllable semiconductor switches and a second string having switching modules | |
| US10075056B2 (en) | Modular embedded multi-level converter | |
| Singh et al. | A survey and study of different types of PWM techniques used in induction motor drive | |
| KR20150140966A (en) | Cascaded H-bridge Inverter Capable of Operating in Bypass Mode | |
| Ali et al. | High boost seventeen-level switched capacitor inverter topology with continuous input current | |
| Kwak et al. | A current source inverter with advanced external circuit and control method | |
| CN219980665U (en) | Modular multilevel converter and system | |
| JP2012239309A (en) | Electric power conversion apparatus | |
| RU52539U1 (en) | MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER | |
| CN108604797B (en) | Multilevel power converter and method for controlling multilevel power converter | |
| RU2373625C1 (en) | Variable voltage zoned regulator | |
| Bharatiraja et al. | FPGA based design and validation of asymmetrical reduced switch multilevel inverter | |
| Shahir et al. | 16-level basic topology for cascaded multilevel inverters with reduced number of components | |
| Bangarraju et al. | Power quality improvement using solar PV H-bridge based hybrid multilevel inverter | |
| US10812014B1 (en) | Modular photovoltaic string inverter system adapted for SiC MOSFETs | |
| Ananthu et al. | Voltage balancing of modular multilevel converter for an induction motor drive | |
| Agarwal et al. | Single Phase to three phase cycloinverter with Space Vector PWM controller | |
| Kishore et al. | Modified cascaded switched diode multilevel inverter with multiple outputs and reduced harmonic content | |
| RU2421870C1 (en) | Single-phase bridge self-commutated voltage inverter (versions) | |
| RU2204880C2 (en) | Off-line multilevel phase voltage inverter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20080915 |