RU63134U1 - STABILIZING CONVERTER OF AC THREE-PHASE VOLTAGE TO DC - Google Patents
STABILIZING CONVERTER OF AC THREE-PHASE VOLTAGE TO DC Download PDFInfo
- Publication number
- RU63134U1 RU63134U1 RU2006137816/22U RU2006137816U RU63134U1 RU 63134 U1 RU63134 U1 RU 63134U1 RU 2006137816/22 U RU2006137816/22 U RU 2006137816/22U RU 2006137816 U RU2006137816 U RU 2006137816U RU 63134 U1 RU63134 U1 RU 63134U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- voltage
- converter
- current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для преобразования энергии переменного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе с промежуточными преобразованиями в постоянный и переменный ток. Стабилизирующий преобразователь содержит последовательно включенные радиочастотный фильтр, входной выпрямитель, блок измерения и защиты входной, емкостной фильтр, транзисторный высокочастотный инвертор, высокочастотный понижающий трансформатор, выходной выпрямитель, LC-фильтр и блок измерения и защиты выходной. Имеется также блок управления, входы которого соединены с потенциальным измерительным выходом блока измерения и защиты выходного и токовыми и потенциальными измерительными выходами блока измерения и защиты выходного, а выходы - с управляющими входами инвертора и коммутирующими входами блока измерения и защиты выходного. Полезная модель обеспечивает надежную защиту стабилизирующего преобразователя, а также повышенные качество стабилизации и экономичность устройства. Технический результат заключается в повышении надежности работы преобразователя и расширении области его практического использования.The utility model relates to devices for converting AC energy at the input to direct current energy at the output with intermediate conversions into direct and alternating current. The stabilizing converter contains a series-connected radio-frequency filter, an input rectifier, an input and capacitance filter measuring and protection unit, a high-frequency transistor inverter, a high-frequency step-down transformer, an output rectifier, an LC filter and an output measuring and protection unit. There is also a control unit, the inputs of which are connected to the potential measurement output of the output measurement and protection unit and the current and potential measurement outputs of the output measurement and protection unit, and the outputs are connected to the inverter control inputs and the switching inputs of the output measurement and protection unit. The utility model provides reliable protection of the stabilizing converter, as well as increased stabilization quality and efficiency of the device. The technical result consists in increasing the reliability of the converter and expanding the field of its practical use.
10 з.п. ф-лы. 4 ил.10 s.p. f-ly. 4 ill.
Description
Полезная модель относится к устройствам для преобразования энергии переменного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе с промежуточными преобразованиями в постоянный и переменный ток.The utility model relates to devices for converting AC energy at the input to direct current energy at the output with intermediate conversions into direct and alternating current.
Известны стабилизирующие источники вторичного электропитания постоянного тока с первичным питанием от сети переменного тока, выполненные по бестрансформаторной схеме (без низкочастотного силового трансформатора) на основе регулируемого по сигналам обратной связи высокочастотного инвертора, а также входного и выходного выпрямителей (SU 505100 А, Н 02 М 5/42, 28.02.1976; SU 982162 A, H 02 M 3/335, 15.12.1982).Known stabilizing sources of secondary DC power with primary power from an alternating current main, made according to a transformerless circuit (without a low-frequency power transformer) based on a high-frequency inverter regulated by feedback signals, as well as input and output rectifiers (SU 505100 A, N 02 M 5 / 42, 02.28.1976; SU 982162 A, H 02 M 3/335, 12.15.1982).
Однако в известных устройствах отсутствует защита от перегрузок по току и перенапряжений. Кроме того, в них не решена проблема плавного пуска, что обуславливает значительные провалы в сетевом напряжении при подаче питания.However, in the known devices there is no protection against overcurrents and overvoltages. In addition, they did not solve the problem of soft start, which leads to significant dips in the mains voltage when power is applied.
Наиболее близким к предложенному является стабилизирующий преобразователь переменного, в частном случае трехфазного, напряжения в постоянное, имеющий в своем составе последовательно включенные входной выпрямитель, емкостной фильтр, блок обеспечения плавного заряда конденсатора емкостного фильтра, блок токовой защиты, транзисторный высокочастотный инвертор, высокочастотный понижающий трансформатор, выходной выпрямитель и фильтр, а также блок управления, включенный в контур обратной связи по выходному напряжению и связанный с управляющими входами инвертора (SU 951594 А, H 02 M 3/335, 15.08.1982).Closest to the proposed one is a stabilizing converter of an alternating, in a particular case three-phase, voltage to constant, incorporating an input rectifier, a capacitive filter, a unit for ensuring a smooth charge of a capacitor of a capacitive filter, a current protection unit, a transistor high-frequency inverter, a high-frequency step-down transformer, output rectifier and filter, as well as a control unit included in the output voltage feedback loop and connected to the control yayuschimi input inverter (SU 951594 A, H 02 M 3/335, 15.08.1982).
Недостатки указанного устройства определяются неудовлетворительной защищенностью в аномальных режимах, в частности при перенапряжениях по входу и выходу, невысоким динамическим коэффициентом стабилизации вследствие использования только контура обратной связи по выходному напряжению и низким КПД из-за рассеивания на транзисторах инвертора значительной мощности при их переключениях.The disadvantages of this device are determined by unsatisfactory protection in abnormal modes, in particular during overvoltages at the input and output, a low dynamic stabilization coefficient due to the use of only a feedback loop for the output voltage and low efficiency due to dissipation of significant power on the inverter transistors when switching them.
Следует заметить, что в последнее время в источниках вторичного электропитания получили распространение технические решения, предусматривающие существенное уменьшение динамических потерь мощности на силовых транзисторах за счет их открытия при нулевом напряжении между силовыми электродами (Zero Voltage Switch - ZVS). (JP 5316726 A, H 02 M 3/28, 26.11.1993; JP 4210775 A, H 02 M 3/28, 31.07.1992; JP 8168239 A, H 02 M 3/155, 25.06.1996; JP 11262253 A, H 02 M 3/28, 24.09.1999; US 2002/0064060 A1, H 02 M 3/335, 30.05.2002; US 2005/0185425 A1, H 02 M 3/335, 25.08.2005). Однако эти решения не сочетаются в комплексе с другими техническими мероприятиями по повышению технических показателей источников вторичного электропитания.It should be noted that recently technical solutions have become widespread in secondary power sources, which provide for a significant reduction in dynamic power losses at power transistors due to their opening at zero voltage between power electrodes (Zero Voltage Switch - ZVS). (JP 5316726 A, H 02 M 3/28, 11/26/1993; JP 4210775 A, H 02 M 3/28, 07/31/1992; JP 8168239 A, H 02 M 3/155, 06/25/1996; JP 11262253 A, H 02 M 3/28, 09/24/1999; US 2002/0064060 A1, H 02 M 3/335, 05/30/2002; US 2005/0185425 A1, H 02 M 3/335, 08/25/2005). However, these solutions are not combined with other technical measures to improve the technical performance of secondary power sources.
Задачей полезной модели является обеспечение надежной защиты стабилизирующего преобразователя, а также повышение качества стабилизации и экономичности устройства. Технический результат заключается в повышении надежности работы преобразователя и расширении области его практического использования.The objective of the utility model is to provide reliable protection for the stabilizing converter, as well as improving the quality of stabilization and efficiency of the device. The technical result consists in increasing the reliability of the converter and expanding the field of its practical use.
Поставленная задача решается предложенным стабилизирующим преобразователем переменного трехфазного напряжения в постоянное, содержащим последовательно включенные радиочастотный фильтр, входной выпрямитель, блок измерения и защиты входной, емкостной фильтр, транзисторный высокочастотный инвертор, высокочастотный понижающий трансформатор, выходной выпрямитель, LC-фильтр и блок измерения и защиты выходной, а также блок управления, входы которого The problem is solved by the proposed stabilizing converter of alternating three-phase voltage to DC, containing a series-connected radio-frequency filter, input rectifier, input and capacitance filter measuring and protection unit, high-frequency transistor inverter, high-frequency step-down transformer, output rectifier, LC filter and output measuring and protection unit as well as a control unit whose inputs
соединены с потенциальным измерительным выходом блока измерения и защиты входного и токовыми и потенциальными измерительными выходами блока измерения и защиты выходного, а выходы - с управляющими входами инвертора и коммутирующими входами блока измерения и защиты выходного, при этомconnected to the potential measurement output of the input measurement and protection unit, and current and potential measurement outputs of the output measurement and protection unit, and the outputs are connected to the control inputs of the inverter and the switching inputs of the measurement and protection unit of the output
блок измерения и защиты входной выполнен с возможностью измерения входного напряжения преобразователя, коммутации цепи питания преобразователя, обеспечения плавного заряда конденсатора емкостного фильтра перед включением преобразователя и его быстрого разряда после выключения преобразователя, а также с возможностью выключения преобразователя при перенапряжениях и токовых перегрузках по входу,the input measuring and protection unit is capable of measuring the input voltage of the converter, switching the power supply circuit of the converter, ensuring a smooth charge of the capacitor of the capacitive filter before turning on the converter and its quick discharge after turning off the converter, and also with the ability to turn off the converter during overvoltages and current overloads at the input,
блок измерения и защиты выходной выполнен с возможностью измерения токов до и после конденсатора LC-фильтра, выходных напряжений преобразователя на конденсаторе LC фильтра и на нагрузке, с возможностью подключения минимальной встроенной нагрузки на холостом ходу преобразователя, а также с возможностью отключения внешней нагрузки,the output measurement and protection unit is capable of measuring currents before and after the LC filter capacitor, the output voltage of the converter on the LC filter capacitor and at the load, with the ability to connect the minimum built-in load at idle of the converter, and also with the ability to disconnect the external load,
блок управления выполнен с возможностью приема потенциальных измерительных сигналов от блока защиты входного, токовых и потенциальных измерительных сигналов от блока измерения и защиты выходного, формирования сигналов фазового управления транзисторами инвертора с их открытием при нулевом напряжении между силовыми электродами и стабилизацией выходного напряжения по отклонениям входного и выходного напряжений, входному и выходному токам и скорости изменения входного тока, компенсацией падения напряжения в выходных цепях при больших токах нагрузки и ограничением входного тока при перегрузке, а также формирования коммутирующих сигналов для блока измерения и защиты выходного с обеспечением подключения минимальной встроенной нагрузки на холостом ходу преобразователя, отключения the control unit is configured to receive potential measurement signals from the input, current and potential measurement signals protection unit from the output measurement and protection unit, generate phase control signals of the inverter transistors with their opening at zero voltage between the power electrodes and stabilize the output voltage according to the deviations of the input and output voltage, input and output currents and the rate of change of the input current, compensation for the voltage drop in the output circuits at large load current and input current limiting for overload and forming switching signals for measurement and protection unit providing an output with the minimum connection built load idling converter disconnect
преобразователя при перенапряжении в сети и отключения внешней нагрузки при перегрузке по выходному току.the converter during overvoltage in the network and disconnecting the external load during overload on the output current.
Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки полезной модели.Partial essential features of the utility model contribute to the solution of the problem.
Входной выпрямитель выполнен по схеме Ларионова, обеспечивающей максимальную постоянную составляющую выпрямленного 3-х фазного напряжения и минимальную чувствительность к перекосу фаз.The input rectifier is made according to the Larionov circuit, providing the maximum constant component of the rectified 3-phase voltage and the minimum sensitivity to phase imbalance.
Блок измерения и защиты входной содержит электронный автоматический выключатель, цепь заряда емкостного фильтра, делитель перепада напряжения, датчик тока, делитель напряжения, микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем и разрядник емкостного фильтра, при этом электронный автоматический выключатель и датчик тока включены последовательно в цепь между потенциальными выводами входного выпрямителя и емкостного фильтра преобразователя, цепь заряда емкостного фильтра и делитель перепада напряжения включены параллельно электронному автоматическому выключателю, делитель напряжения и разрядник емкостного фильтра включены на выходе данного блока, входы микроконтроллера соединены с выходами датчика тока, делителя напряжения и делителя перепада напряжения, а выходы - с управляющим входом цепи заряда емкостного фильтра и коммутирующим входом электронного автоматического выключателя, один из выходов микроконтроллера является потенциальным измерительным выходом блока измерения и защиты входного.The input measuring and protection unit contains an electronic circuit breaker, a capacitive filter charge circuit, a voltage differential divider, a current sensor, a voltage divider, a microcontroller with an analog-to-digital converter and a capacitive filter discharger, while an electronic circuit breaker and a current sensor are connected in series between the potential the terminals of the input rectifier and the capacitive filter of the converter, the charge circuit of the capacitive filter and the voltage drop divider are connected in parallel with the electric to a circuit breaker, a voltage divider and a capacitor filter arrester are connected at the output of this unit, the inputs of the microcontroller are connected to the outputs of the current sensor, voltage divider and voltage differential divider, and the outputs are connected to the control input of the capacitive filter charge circuit and the switching input of the electronic circuit breaker, one of The outputs of the microcontroller is a potential measuring output of the measuring unit and input protection.
Емкостной фильтр выполнен с конденсатором, емкость которого определена как минимально необходимая для демпфирования импульсных помех из сети 3-х фазного переменного тока.The capacitive filter is made with a capacitor, the capacitance of which is defined as the minimum necessary for damping impulse noise from a 3-phase alternating current network.
Транзисторный высокочастотный инвертор выполнен по 4-х плечевой мостовой схеме, в диагональ которой включена первичная обмотка высокочастотного понижающего трансформатора.The transistor high-frequency inverter is made according to a 4-arm bridge circuit, the diagonal of which includes the primary winding of a high-frequency step-down transformer.
Высокочастотный понижающий трансформатор может быть выполнен со вторичной обмоткой, имеющей среднюю точку, а выходной выпрямитель - по схеме 2-х полупериодного выпрямителя со средней точкой и рециркуляционным диодом.A high-frequency step-down transformer can be made with a secondary winding having a midpoint, and the output rectifier according to the scheme of a 2 half-period rectifier with a midpoint and a recirculation diode.
Высокочастотный понижающий трансформатор может быть выполнен со вторичной обмоткой, не имеющей средней точки, а выходной выпрямитель - по схеме Греца.A high-frequency step-down transformer can be made with a secondary winding that does not have a midpoint, and the output rectifier according to the Grets scheme.
Емкость и индуктивность LC-фильтра определены из условий заданной максимальной амплитуды пульсаций выходного напряжения, заданного максимального провала выходного напряжения при мгновенном подключении нагрузки и заданного максимального подброса выходного напряжения при мгновенном отключении нагрузки.The capacity and inductance of the LC filter are determined from the conditions for a given maximum amplitude of ripple of the output voltage, a given maximum dip of the output voltage with instantaneous connection of the load, and a given maximum surge of the output voltage with instantaneous load disconnection.
Блок измерения и защиты выходной содержит два датчика тока, два делителя напряжения, минимальную встроенную нагрузку и электронный автоматический выключатель, при этом датчики тока и электронный автоматический выключатель включены последовательно между дроссельным выводом LC-фильтра и внешней нагрузкой, общий вывод датчиков тока соединен с потенциальным выводом конденсатора LC-фильтра, один из делителей напряжения включен на выходе данного блока, а другой делитель напряжения и минимальная встроенная нагрузка - перед электронным автоматическим выключателем, выходы датчиков тока и делителей напряжения являются соответствующими токовыми и потенциальными выходами блока измерения и защиты выходного, а коммутирующие входы минимальной встроенной нагрузки и электронного автоматического выключателя - его соответствующими коммутирующими входами.The output measurement and protection unit contains two current sensors, two voltage dividers, a minimum built-in load and an electronic circuit breaker, while the current sensors and an electronic circuit breaker are connected in series between the LC filter throttle terminal and the external load, the common current sensor terminal is connected to the potential terminal LC filter capacitor, one of the voltage dividers is turned on at the output of this unit, and the other voltage divider and minimum built-in load are in front of the electronic circuit breaker -breaker, the current sensors and the voltage divider outputs are respective output current and voltage measuring unit and protection of the output, and the switching inputs of minimum load and integrated electronic circuit breaker - its corresponding switching inputs.
Блок управления содержит микроконтроллер с АЦП, усилители сигналов с датчиков тока и делителей напряжений, генератор сигналов управления ZVS-инвертором, который может быть встроен в микроконтроллер, причем выходы усилителей соединены с The control unit contains a microcontroller with an ADC, signal amplifiers from current sensors and voltage dividers, a control signal generator ZVS-inverter, which can be integrated into the microcontroller, and the outputs of the amplifiers are connected to
соответствующими входами микроконтроллера, а вход генератора - с его выходом, входы усилителей предназначены для соединения с токовыми и потенциальными измерительными выходами блоков измерения и защиты входного и выходного, а выходы генератора - для соединения с управляющими входами транзисторного высокочастотного инвертора, дискретные выходы микроконтроллера предназначены для соединения с коммутирующими входами блока измерения и защиты выходного.the corresponding inputs of the microcontroller, and the input of the generator with its output, the inputs of the amplifiers are designed to connect to the current and potential measurement outputs of the measurement and protection blocks of the input and output, and the outputs of the generator are used to connect to the control inputs of the transistor high-frequency inverter, discrete outputs of the microcontroller are designed to connect with switching inputs of the block of measurement and protection of the output.
Блок управления может также содержать органы задания уставки выходного напряжения, органы индикации выходного напряжения и выходного тока, интерфейс внешнего управляющего компьютера и измерительный усилитель выходного напряжения на конце длинного кабеля, соединенные с дополнительными входами микроконтроллера.The control unit may also contain organs for setting the output voltage setting, indicators for output voltage and output current, an external control computer interface and an output voltage measuring amplifier at the end of a long cable connected to additional inputs of the microcontroller.
На фиг.1 представлена общая функциональная схема предложенного стабилизирующего преобразователя переменного трехфазного напряжения в постоянное, на фиг.2 и 3 - функциональные схемы соответственно блока измерения и защиты входного и блока измерения и защиты выходного, а на фиг.4 - функциональная схема блока управления.Figure 1 presents the General functional diagram of the proposed stabilizing converter of an alternating three-phase voltage to DC, figure 2 and 3 are functional diagrams of the measurement and protection unit of the input and the measurement and protection of the output, respectively, and Fig. 4 is a functional diagram of the control unit.
Стабилизирующий преобразователь содержит последовательно включенные радиочастотный фильтр 1 (фиг.1), входной выпрямитель 2, блок 3 измерения и защиты входной, емкостной фильтр 4, транзисторный высокочастотный инвертор (ZVS-инвертор) 5, высокочастотный понижающий трансформатор 6, выходной выпрямитель 7, LC-фильтр 8, блок 9 измерения и защиты выходной, а также блок 10 управления. (Внешняя нагрузка преобразователя на схеме не показана).The stabilizing converter contains a series-connected radio-frequency filter 1 (Fig. 1), an input rectifier 2, an input and capacitance filter unit 3, a capacitive filter 4, a transistor high-frequency inverter (ZVS inverter) 5, a high-frequency step-down transformer 6, an output rectifier 7, LC- a filter 8, an output measurement and protection unit 9, and a control unit 10. (The external load of the converter is not shown in the diagram).
Входы блока 10 управления соединены с потенциальным выходом блока 3 измерения и защиты входного и токовыми и потенциальными выходами блока 9 измерения и защиты выходного, а выходы - с управляющими входами инвертора 5 и коммутирующими входами блока 9 измерения и защиты выходного.The inputs of the control unit 10 are connected to the potential output of the input measurement and protection unit 3 and the current and potential outputs of the output measurement and protection unit 9, and the outputs are connected to the control inputs of the inverter 5 and the switching inputs of the output measurement and protection unit 9.
Блок 3 измерения и защиты входной выполнен с возможностью измерения входного напряжения преобразователя, коммутации цепи питания преобразователя, обеспечения плавного заряда конденсатора емкостного фильтра 4 перед включением преобразователя и его быстрого разряда после выключения преобразователя, а также с возможностью выключения преобразователя при перенапряжениях и токовых перегрузках по входу.Block 3 measuring and protecting the input is made with the possibility of measuring the input voltage of the converter, switching the power supply circuit of the converter, ensuring a smooth charge of the capacitor of the capacitive filter 4 before turning on the converter and its quick discharge after turning off the converter, and also with the ability to turn off the converter during overvoltages and current overloads at the input .
Блок 9 измерения и защиты выходной выполнен с возможностью измерения токов до и после конденсатора LC-фильтра 8, выходных напряжений преобразователя на холостом ходу и под нагрузкой, с возможностью подключения минимальной встроенной нагрузки на холостом ходу преобразователя, а также с возможностью отключения внешней нагрузки.Block 9 measuring and protecting the output is made with the possibility of measuring currents before and after the LC filter capacitor 8, the output voltage of the converter at idle and under load, with the ability to connect the minimum built-in load at idle of the converter, as well as with the possibility of disconnecting an external load.
Блок 10 управления выполнен с возможностью приема потенциальных измерительных сигналов от блока 3 защиты входного, токовых и потенциальных измерительных сигналов от блока 9 измерения и защиты выходного, формирования сигналов фазового управления транзисторами инвертора 5 с их открытием при нулевом напряжении между силовыми электродами и стабилизацией выходного напряжения по отклонениям входного и выходного напряжений, входному и выходному токам и скорости изменения входного тока, компенсацией падения напряжения в выходных цепях при больших токах нагрузки и ограничением входного тока при перегрузке, а также формирования коммутирующих сигналов для блока 9 измерения и защиты выходного с обеспечением подключения минимальной встроенной нагрузки на холостом ходу преобразователя, отключения инвертора при перенапряжении в сети и отключения внешней нагрузки при перегрузке по выходному току.The control unit 10 is configured to receive potential measurement signals from the input, current and potential measurement signals protection unit 3 from the output measurement and protection unit 9, generating phase control signals of the inverter 5 transistors with their opening at zero voltage between the power electrodes and stabilizing the output voltage by deviations of the input and output voltages, input and output currents and the rate of change of the input current, compensation for the voltage drop in the output circuits when lower load currents and limiting the input current during overload, as well as the formation of switching signals for block 9 measuring and protecting the output, ensuring the connection of the minimum built-in load at idle of the converter, shutting down the inverter during overvoltage in the network, and disconnecting the external load when overloading on the output current.
Входной выпрямитель 2 выполнен по схеме Ларионова, обеспечивающей максимальную постоянную составляющую The input rectifier 2 is made according to the Larionov circuit, providing the maximum constant component
выпрямленного 3-х фазного напряжения и минимальную чувствительность к перекосу фаз.rectified 3-phase voltage and minimal sensitivity to phase imbalance.
Блок 3 измерения и защиты входной содержит электронный автоматический выключатель 11 (фиг.2), цепь 12 заряда емкостного фильтра, делитель 13 перепада напряжения, датчик 14 тока, делитель 15 напряжения, микроконтроллер 16 с АЦП и разрядник 17 емкостного фильтра. Электронный автоматический выключатель 11 и датчик 14 тока включены последовательно в цепь между потенциальными выводами входного выпрямителя 2 и емкостного фильтра 4 преобразователя. Цепь 12 заряда емкостного фильтра и делитель 13 перепада напряжения включены параллельно электронному автоматическому выключателю 11. Делитель 15 напряжения и разрядник 17 емкостного фильтра включены на выходе данного блока. Входы микроконтроллера 16 соединены с выходами датчика 14 тока, делителя 15 напряжения и делителя 13 перепада напряжения, а выходы - с управляющим входом цепи 12 заряда емкостного фильтра и коммутирующим входом электронного автоматического выключателя 11. Один из выходов микроконтроллера 16 является потенциальным измерительным выходом блока 3 измерения и защиты входного.Block 3 measuring and protecting the input contains an electronic circuit breaker 11 (Fig.2), a capacitive filter charge circuit 12, a voltage differential divider 13, a current sensor 14, a voltage divider 15, an ADC microcontroller 16 and a capacitive filter discharger 17. An electronic circuit breaker 11 and a current sensor 14 are connected in series with the circuit between the potential terminals of the input rectifier 2 and the capacitive filter 4 of the converter. The capacitive filter charge circuit 12 and the differential voltage divider 13 are connected in parallel with the electronic circuit breaker 11. The voltage divider 15 and the capacitor filter discharger 17 are connected at the output of this unit. The inputs of the microcontroller 16 are connected to the outputs of the current sensor 14, the voltage divider 15 and the differential voltage divider 13, and the outputs are connected to the control input of the capacitive filter charge circuit 12 and the switching input of the electronic circuit breaker 11. One of the outputs of the microcontroller 16 is a potential measurement output of the measurement unit 3 and input protection.
Емкостной фильтр 4 выполнен с конденсатором, емкость которого определена как минимально необходимая для демпфирования импульсных помех из сети 3-х фазного переменного тока.Capacitive filter 4 is made with a capacitor, the capacity of which is defined as the minimum required for damping impulse noise from a 3-phase alternating current network.
Транзисторный высокочастотный инвертор 5 выполнен по 4-х плечевой мостовой схеме, в диагональ которой включена первичная обмотка высокочастотного понижающего трансформатора 6.The transistor high-frequency inverter 5 is made according to a 4-arm bridge circuit, the diagonal of which includes the primary winding of the high-frequency step-down transformer 6.
Высокочастотный понижающий трансформатор 6 может быть выполнен со вторичной обмоткой, имеющей среднюю точку, а выходной выпрямитель 7 - по схеме 2-х полупериодного выпрямителя со средней точкой и рециркуляционным диодом. Высокочастотный понижающий High-frequency step-down transformer 6 can be made with a secondary winding having a midpoint, and the output rectifier 7 - according to the scheme of a 2 half-period rectifier with a midpoint and a recirculation diode. High frequency buck
трансформатор 6 может быть также выполнен со вторичной обмоткой, не имеющей средней точки, а выходной выпрямитель 7 - по схеме Греца.transformer 6 can also be made with a secondary winding that does not have a midpoint, and the output rectifier 7 - according to the Grets scheme.
Коэффициент трансформации определяется как максимальное целое число, меньшее отношения минимального мгновенного значения выпрямленного сетевого напряжения к максимальному задаваемому значению выходного напряжения с учетом падения напряжения на диодах выходного выпрямителя.The transformation coefficient is defined as the maximum integer less than the ratio of the minimum instantaneous value of the rectified mains voltage to the maximum set value of the output voltage, taking into account the voltage drop across the diodes of the output rectifier.
Емкость и индуктивность LC-фильтра 8 определены из условий заданной максимальной амплитуды пульсаций выходного напряжения, заданного максимального провала выходного напряжения при мгновенном подключении нагрузки и заданного максимального подброса выходного напряжения при мгновенном отключении нагрузки.The capacity and inductance of the LC filter 8 are determined from the conditions for a given maximum amplitude of the ripple of the output voltage, a given maximum dip of the output voltage with instantaneous connection of the load, and a given maximum surge of the output voltage with instantaneous disconnection of the load.
Блок 9 измерения и защиты выходной содержит датчики 17 и 18 (фиг.3) тока, делители 19 и 20 напряжения, минимальную встроенную нагрузку 21 и электронный автоматический выключатель 22. Датчики 17 и 18 тока и электронный автоматический выключатель 22 включены последовательно между дроссельным выводом LC-фильтра 8 и внешней нагрузкой (не показана). Общий вывод датчиков 17 и 18 тока соединен с потенциальным выводом конденсатора LC-фильтра 8. Делитель 20 напряжения включен на выходе данного блока, а делитель 19 напряжения и минимальная встроенная нагрузка 21 - перед электронным автоматическим выключателем 22. Выходы датчиков тока 17 и 18 и делителей 19 и 20 напряжения являются соответствующими токовыми и потенциальными выходами блока 9 измерения и защиты выходного, а коммутирующие входы минимальной встроенной нагрузки 21 и электронного автоматического выключателя 22 - его соответствующими коммутирующими входами.The output measuring and protection unit 9 contains current sensors 17 and 18 (FIG. 3), voltage dividers 19 and 20, a minimum built-in load 21 and an electronic circuit breaker 22. Current sensors 17 and 18 and an electronic circuit breaker 22 are connected in series between the LC throttle terminal filter 8 and external load (not shown). The common output of the current sensors 17 and 18 is connected to the potential output of the LC filter capacitor 8. The voltage divider 20 is turned on at the output of this unit, and the voltage divider 19 and the minimum built-in load 21 are in front of the electronic circuit breaker 22. The outputs of the current sensors 17 and 18 and dividers 19 and 20, the voltages are the corresponding current and potential outputs of the output measurement and protection unit 9, and the switching inputs of the minimum built-in load 21 and the electronic circuit breaker 22 are its corresponding commutators ruyuschimi inputs.
Блок 10 управления содержит микроконтроллер 23 (фиг.4) с АЦП, усилители 24 - 27 сигналов с датчиков тока и делителей напряжений, генератор 28 сигналов управления ZVS-инвертором, который может быть The control unit 10 contains a microcontroller 23 (Fig. 4) with an ADC, amplifiers 24 - 27 signals from current sensors and voltage dividers, a generator 28 of control signals of a ZVS inverter, which can be
встроен в микроконтроллер 23. Выходы усилителей 24-27 соединены с соответствующими входами микроконтроллера 23, а вход генератора 28 - с его выходом. Входы усилителей 24-27 предназначены для соединения с токовыми и потенциальными измерительными выходами блоков 3 и 9 измерения и защиты входного и выходного, а выходы генератора 28 - для соединения с управляющими входами транзисторного высокочастотного инвертора 5. Дискретные выходы микроконтроллера 23 предназначены для соединения с коммутирующими входами блока 9 измерения и защиты выходного. Блок 10 управления может содержать органы задания уставки выходного напряжения, органы индикации выходного напряжения и выходного тока, интерфейс внешнего управляющего компьютера и измерительный усилитель выходного напряжения на конце длинного кабеля, соединенные с дополнительными входами микроконтроллера 23.embedded in the microcontroller 23. The outputs of the amplifiers 24-27 are connected to the corresponding inputs of the microcontroller 23, and the input of the generator 28 is connected to its output. The inputs of the amplifiers 24-27 are designed to connect to the current and potential measurement outputs of the input and output units 3 and 9, and the outputs of the generator 28 are used to connect to the control inputs of a transistor high-frequency inverter 5. The discrete outputs of the microcontroller 23 are designed to connect to switching inputs block 9 measuring and protecting the output. The control unit 10 may include bodies for setting the output voltage, indicators for output voltage and output current, an external control computer interface and a measuring output voltage amplifier at the end of a long cable connected to additional inputs of the microcontroller 23.
Работает стабилизирующий преобразователь переменного трехфазного напряжения в постоянное следующим образом.A stabilizing converter of alternating three-phase voltage to DC operates as follows.
Трехфазное сетевое напряжение, например 380/220 В с частотой 50 Гц, поступает на входной выпрямитель 2 и выпрямляется в нем. Демпфирование импульсных сетевых помех производится емкостным фильтром 4. Для исключения пусковых бросков зарядного тока и обеспечения плавного заряда конденсатора фильтра 4 микроконтроллер 16 после подачи питания включает цепь 12 заряда конденсатора фильтра, а затем, отслеживая сигнал от делителя 13 перепада напряжения, производит включение автоматического выключателя 11 в момент нулевого перепада напряжения на нем.A three-phase mains voltage, for example 380/220 V with a frequency of 50 Hz, is supplied to the input rectifier 2 and rectified in it. The damping of impulse network noise is carried out by a capacitive filter 4. To exclude starting surges of the charging current and ensure a smooth charge of the filter capacitor 4, the microcontroller 16, after supplying power, turns on the filter capacitor charge circuit 12, and then, monitoring the signal from the voltage drop divider 13, turns on the circuit breaker 11 at the time of zero voltage drop across it.
Генератор 28 сигналов управления ZVS-инвертором 5 включает и выключает транзисторы инвертора 5 так, что его цикл работы состоит из 4 интервалов, разделенных короткими паузами: открыты транзисторы одной диагонали, открыты два верхних транзистора, открыты транзисторы другой диагонали, открыты два нижних транзистора. При открытии диагонально-расположенных транзисторов на первичной обмотке высокочастотного The generator 28 of the control signals of the ZVS inverter 5 turns on and off the transistors of the inverter 5 so that its operation cycle consists of 4 intervals separated by short pauses: open transistors of one diagonal, open two upper transistors, open transistors of the other diagonal, open two lower transistors. When opening diagonally arranged transistors on the primary winding of the high-frequency
понижающего трансформатора 6 формируются биполярные импульсы, а на выходе выпрямителя 7 и входе LC-фильтра 8 - положительные импульсы, коэффициент заполнения которых регулируется микроконтроллером 23 блока управления 10. При открытии одноименных транзисторов образуются короткозамкнутые контура для тока индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора 6, что способствует сохранению накопленной в ней энергии до следующего открытия одной из диагоналей. В паузах, длительность которых задается микроконтроллером 23 в соответствии с током во время импульсов, паразитные емкости плеч инвертора 5 полностью перезаряжаются током в индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора 6 и последующее включение транзисторов происходит при нулевом напряжении на их силовых электродах. Таким образом, реализуется ZVS-режим работы инвертора 5 и его динамические потери сводятся к минимуму.step-down transformer 6 forms bipolar pulses, and at the output of the rectifier 7 and the input of the LC filter 8, positive pulses are generated, the duty cycle of which is regulated by the microcontroller 23 of the control unit 10. When the transistors of the same name are opened, short-circuited circuits are formed for the dissipation inductance of the primary winding of the transformer 6, which contributes to conservation of energy stored in it until the next opening of one of the diagonals. In pauses, the duration of which is set by the microcontroller 23 in accordance with the current during the pulses, the stray capacitances of the arms of the inverter 5 are completely recharged by the current in the dissipation inductance of the primary winding of the transformer 6 and the subsequent switching on of the transistors occurs at zero voltage on their power electrodes. Thus, the ZVS-mode of operation of the inverter 5 is realized and its dynamic losses are minimized.
Посредством высокочастотного трансформатора 6, первичная обмотка которого включена в выходную диагональ мостового инвертора 5, производится понижение сформированного переменного напряжения до требуемого уровня. Далее полученное переменное напряжение выпрямляется, например, 2-х полупериодным выходным выпрямителем 7 и сглаживается LC-фильтром 8. Рециркуляционный диод выпрямителя 7 обеспечивает протекание тока через дроссель LC-фильтра в промежутках между импульсами напряжения на выходе трансформатора. Емкость и индуктивность LC-филътра 8 определены, как уже указывалось, из условий заданной максимальной амплитуды пульсаций выходного напряжения, заданного максимального провала выходного напряжения при мгновенном подключении нагрузки и заданного максимального подброса выходного напряжения при мгновенном отключении нагрузки. При этом использованы следующие аналитические соотношения:By means of a high-frequency transformer 6, the primary winding of which is included in the output diagonal of the bridge inverter 5, the generated alternating voltage is reduced to the required level. Further, the obtained alternating voltage is rectified, for example, by a 2 half-period output rectifier 7 and smoothed by the LC filter 8. The recirculation diode of the rectifier 7 ensures the flow of current through the LC filter choke in the intervals between voltage pulses at the transformer output. The capacity and inductance of the LC filter 8 are determined, as already indicated, from the conditions of the specified maximum amplitude of the ripple of the output voltage, the specified maximum dip of the output voltage when the load is connected immediately and the specified maximum output voltage surge when the load is switched off instantly. The following analytical relationships were used:
, ; , ;
ν≡max(k2/Δ2,k3/Δ3)ν≡max (k 2 / Δ 2 , k 3 / Δ 3 )
k1≡k1(u0,m,u,f)k 1 ≡k 1 (u 0 , m, u, f)
k2≡k2(u0,m,u,i)k 2 ≡k 2 (u 0 , m, u, i)
k3≡k3(i)k 3 ≡k 3 (i)
где Δ1 - заданная амплитуда пульсаций выходного напряжения, В;where Δ 1 is the specified amplitude of the ripple of the output voltage, V;
Δ2 - заданный максимальный провал выходного напряжения при мгновенном подключении нагрузки, В;Δ 2 - the specified maximum failure of the output voltage with instant connection of the load, V;
Δ3 - заданный максимальный подброс выходного напряжения при мгновенном отключении нагрузки, В;Δ 3 - the specified maximum output voltage surge upon instantaneous load shedding, V;
u0 - действующие значение входного 3-х фазного переменного напряжения, В;u 0 - the effective value of the input 3-phase alternating voltage, V;
u - выходное напряжение, В;u is the output voltage, V;
m - коэффициент трансформации высокочастотного понижающего трансформатора;m is the transformation coefficient of the high-frequency step-down transformer;
f - частота переключения инвертора, Гц;f is the inverter switching frequency, Hz;
i - максимальный ток нагрузки, А.i - maximum load current, A.
Выпрямленное выпрямителем 7 и сглаженное LC-фильтром 8 напряжение поступает через блок 9 измерения и защиты выходной на внешнюю нагрузку преобразователя.The voltage rectified by the rectifier 7 and smoothed by the LC filter 8 is supplied through the measuring and protection unit 9 to the external load of the converter.
В процессе работы преобразователя блоком 3 измерения и защиты входного по сигналам от датчика 14 тока осуществляется входная токовая защита преобразователя с отключением электронного автоматического выключателя 11. С помощью разрядника 17 производится быстрый разряд емкостного фильтра 4 при отключении сетевого напряжения с целью безопасного ремонта и обслуживания преобразователя. При перенапряжении на входе преобразователя сигнал на потенциальном In the process of operation of the converter by the unit 3 for measuring and protecting the input according to the signals from the current sensor 14, the input current protection of the converter is carried out with the electronic circuit breaker 11 disconnected. Using the arrester 17, the capacitive filter 4 is quickly discharged when the mains voltage is disconnected for safe repair and maintenance of the converter. With overvoltage at the input of the converter, the signal at the potential
выходе блока 3, воздействуя на соответствующий вход блока 10 управления, приводит к остановке инвертора 5, который, в этом случае, выдерживает без повреждений двойное максимальное рабочее напряжение.the output of block 3, acting on the corresponding input of the control block 10, stops the inverter 5, which, in this case, can withstand double the maximum operating voltage without damage.
Коэффициент k заполнения импульсов на управляющих входах инвертора 5 - отношение длительности одновременного открытия диагонально-расположенных транзисторов инвертора к длительности цикла его работы - периодически рассчитывается микроконтроллером 23 в зависимости от сигналов на потенциальных и токовых входах блока управления 10, например, по следующему алгоритму:The coefficient k of filling pulses at the control inputs of the inverter 5 - the ratio of the duration of the simultaneous opening of the diagonally arranged transistors of the inverter to the duration of the cycle of its operation - is periodically calculated by the microcontroller 23 depending on the signals at the potential and current inputs of the control unit 10, for example, according to the following algorithm:
S=max(min(сумма(u0-u2), Sm), -Sm); di=i1 - _i1; _i1=i1;S = max (min (sum (u0-u2), Sm), -Sm); di = i1 - _i1; _i1 = i1;
du=min(c1*(u0-u2)+c2*S+c3*i2, c3*i_m)-c3*i1-c4*di;du = min (c1 * (u0-u2) + c2 * S + c3 * i2, c3 * i_m) -c3 * i1-c4 * di;
Если i2>i_mm тo k=0If i2> i_mm then k = 0
Иначе k=m*(min(u0+u2-u_L, u_m)+du)/u1,Otherwise, k = m * (min (u0 + u2-u_L, u_m) + du) / u1,
где S - интегральная обратная связь по выходному напряжению;where S is the integral feedback on the output voltage;
u0 - заданное выходное напряжение;u0 is the specified output voltage;
и2 - напряжение на конденсаторе LC-фильтра, определенное АЦП по сигналу с делителя 19;and 2 is the voltage across the LC filter capacitor, determined by the ADC by the signal from the divider 19;
Sm - ограничение интегральной обратной связи;Sm is the limitation of integral feedback;
di - дифференциальная обратная связь (по скорости изменения входного тока);di - differential feedback (according to the rate of change of the input current);
i1 - приведенный ко вторичной обмотке трансформатора 6 входной ток, определенный АЦП по сигналу с датчика тока 17;i1 - input current reduced to the secondary winding of transformer 6, determined by the ADC by a signal from the current sensor 17;
i2 - выходной ток, определенный АЦП по сигналу с датчика тока 18;i2 is the output current determined by the ADC by the signal from the current sensor 18;
i_m - максимальный рабочий входной ток преобразователя;i_m - maximum working input current of the converter;
i_mm - ток начала насыщения сердечника дросселя LC-фильтра;i_mm is the saturation current of the throttle core of the LC filter;
u_L - напряжение на нагрузке (на выходе блока 9), определенное АЦП по сигналу с делителя 20;u_L - voltage at the load (at the output of block 9), determined by the ADC by the signal from the divider 20;
u_m - максимально-допустимое выходное напряжение преобразователя;u_m is the maximum allowable output voltage of the converter;
m - коэффициент трансформации высокочастотного трансформатора 6;m is the transformation coefficient of the high-frequency transformer 6;
ul - входное напряжение, определенное микроконтроллером 23 по сигналу с потенциального выхода блока 3.ul is the input voltage determined by the microcontroller 23 according to the signal from the potential output of block 3.
Константы с1, с2 и с3 определяются методами теории автоматического регулирования исходя из устойчивости системы регулирования и минимальных провалов и бросков выходного напряжения при мгновенном подключении и отключении нагрузки. При этом токовые обратные связи и ограничения i_m и i_mm защищают схему преобразователя от возможного насыщения сердечника дросселя LC-фильтра током больше допустимого или токовой перегрузки инвертора, трансформатора и выпрямителя; обратная связь по напряжению на выходе блока 9, обеспечивает компенсацию падения напряжения в выходных цепях при больших выходных токах.The constants c1, c2 and c3 are determined by the methods of the theory of automatic control based on the stability of the control system and the minimum dips and surges of the output voltage with instant connection and disconnection of the load. In this case, current feedbacks and limitations i_m and i_mm protect the converter circuit from possible saturation of the core of the LC filter choke with a current greater than the allowable or current overload of the inverter, transformer and rectifier; feedback on the voltage at the output of block 9, provides compensation for the voltage drop in the output circuits at high output currents.
Если ток через блок 9 превышает максимально допустимый (больший тока i_mm) или нагрузка коротко замкнута срабатывает электронный автоматический выключатель 22. При этом микроконтроллер 23, обнаружив одновременное наличие сигнала с делителя 19 и его отсутствие с делителя 20, не включает нагрузку повторно.If the current through block 9 exceeds the maximum allowable (greater current i_mm) or the load is short-circuited, the electronic circuit breaker 22 is activated. In this case, the microcontroller 23, having detected the simultaneous presence of a signal from divider 19 and its absence from divider 20, does not turn on the load again.
Если напряжение на конденсаторе LC-фильтра, определяемое по сигналу с делителя 19 больше заданного микроконтроллер включает встроенную нагрузку 21, иначе он ее выключает. При одновременном выполнении условий: выходной ток, входное и выходное напряжение соответствуют режиму разрывного тока дросселя LC-фильтра, а выходное напряжение больше заданного, - микроконтроллер 23 устанавливает минимальный коэффициент заполнения. В результате обеспечивается стабилизация выходного напряжения при сколь угодно малой внешней нагрузке или даже ее отсутствии (на холостом ходу).If the voltage at the LC filter capacitor, determined by the signal from the divider 19 is greater than the specified microcontroller, turns on the built-in load 21, otherwise it turns it off. Under the following conditions: the output current, input and output voltage correspond to the rupture current mode of the LC filter choke, and the output voltage is greater than the specified one, the microcontroller 23 sets the minimum duty cycle. The result is stabilization of the output voltage with an arbitrarily small external load or even its absence (at idle).
Предложенный стабилизирующий преобразователь переменного трехфазного напряжения в постоянное характеризуется надежной защитой, The proposed stabilizing converter of alternating three-phase voltage to DC is characterized by reliable protection,
повышенным качеством стабилизации и экономичностью. Испытания опытного образца преобразователя 380 В 50 Гц / 27 В 10 кВт подтвердили реализуемость и эффективность заявленного комплекса технических решений. Подтвержденный КПД=92,2% - лучший в классе.increased stabilization quality and economy. Tests of a prototype converter 380 V 50 Hz / 27 V 10 kW confirmed the feasibility and effectiveness of the claimed complex of technical solutions. Confirmed efficiency = 92.2% - best in class.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006137816/22U RU63134U1 (en) | 2006-10-26 | 2006-10-26 | STABILIZING CONVERTER OF AC THREE-PHASE VOLTAGE TO DC |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006137816/22U RU63134U1 (en) | 2006-10-26 | 2006-10-26 | STABILIZING CONVERTER OF AC THREE-PHASE VOLTAGE TO DC |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU63134U1 true RU63134U1 (en) | 2007-05-10 |
Family
ID=38108476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006137816/22U RU63134U1 (en) | 2006-10-26 | 2006-10-26 | STABILIZING CONVERTER OF AC THREE-PHASE VOLTAGE TO DC |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU63134U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509405C1 (en) * | 2009-12-24 | 2014-03-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Power converter device and method of device control |
-
2006
- 2006-10-26 RU RU2006137816/22U patent/RU63134U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509405C1 (en) * | 2009-12-24 | 2014-03-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Power converter device and method of device control |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11870357B2 (en) | Dc-dc converter, on-board charger, and electric vehicle | |
| CN104269999A (en) | Closed loop starting method for resonant converter | |
| CN109560708A (en) | A kind of CNC high-pressure direct current generating device and method | |
| US20210050783A1 (en) | Neutral-less power supply with buck converter | |
| CN107086545B (en) | A kind of alternating-current charging pile intelligent electric energy meter Switching Power Supply and its working method | |
| CN203377777U (en) | A soft start circuit of an auxiliary power supply | |
| CN100561816C (en) | Burst current suppressing circuit and use its power supply device | |
| CN104734485A (en) | Boost full-bridge circuit start impact current resonance inhibition method | |
| Figge et al. | Overcurrent protection for the LLC resonant converter with improved hold-up time | |
| TW201328118A (en) | Uninterruptible power supply system | |
| CN202750021U (en) | Converter for converting alternating current into direct current | |
| RU63134U1 (en) | STABILIZING CONVERTER OF AC THREE-PHASE VOLTAGE TO DC | |
| WO2014151538A1 (en) | Rectifier with indicator switch | |
| CN102946186A (en) | Active harmonic suppressing mechanism | |
| CN103326650A (en) | Self-shunt excitation system of electric generator | |
| CN116581984A (en) | Control method, control device, control chip and switching power supply | |
| RU145566U1 (en) | STABILIZING CONVERTER OF AC THREE-PHASE VOLTAGE TO DC | |
| JP2014033553A (en) | Dc-dc power conversion device and power conditioner for photovoltaic power generation system | |
| US20070223260A1 (en) | Power supply device with inrush current control circuit | |
| RU103427U1 (en) | BATTERY-DISCHARGE DEVICE FOR BATTERIES | |
| CN208571590U (en) | A kind of high-voltage large current pulse power with adjustable over-current detection | |
| CN107834909A (en) | A kind of full torque energy-saving soft start device of asynchronous machine controllable compensating type | |
| Gachovska et al. | Bi-directional 3.3 kW on-board battery charger | |
| CN207166127U (en) | Alternating-current charging pile intelligent electric energy meter Switching Power Supply | |
| RU64451U1 (en) | PULSE CONVERTER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20101027 |