SU1352599A1 - Преобразователь переменного напр жени в посто нное - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электротехники и может быть использовано в качестве источника питани  пониженным напр жением с измен емой пол рностью и рекуперацией энергии в сеть, Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и экономи  электроэнергии. Устройство содержит выпр митель 1, схему 6 накоплени  энергии и делени  напр жени , инвертор 4, ведомый сетью, управл емые ключевые элементы 2,3,7, 8,9,10, дроссель 5 и устройство управлени  12. Схема накоплени  энергии и делени  напр жени  через дроссель 5, соединенный с ключевым элементом 2, и ключевой элемент 3 соединена входом с выходом выпр мител  1, входом соединенным с входными выводами 23,24 дл  подключени  источника питани , Выход схемы 6 через ключевые элементы 7-10 соёди-: нен с выходными выводами 26,27 дл  подключени  нагрузки 11. Инвертор 4 включен между входными выводами 23, 24 и выводами 25,14 схемы 6. Введение инвертора 4 обеспечивает дополнительный разр д конденсаторов 17 схемы 6 через дроссель 5 и полупроводниковые ключи 20 в сеть, а введение дополнительных ключевых элементов 8,9 позвол ет получить на выходе устройства напр жени  разных пол рностей. 2 йл. i (Л со со

Description

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питани  пониженным напр жением с измен емой пол рностью и рекуперацией энергии в сеть.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и экономи  электроэнергии.

На фиг, 1 представлена принципиальна  электрическа  схема преобразовател  переменного напр жени  в посто нное; на фиг, 2 - даны эпюры токов.и напр жений, где U - напр жение задани ; U, i, - напр жение и ток конденсаторов; i, i - токи нагрузки и питани .

Преобразователь состоит из неуправл емого выпр мител  1 с конденсатором фильтра на выходе, управл емых полупроводниковых ключей 2 и 3, инвертора 4 ведомого объекта индуктивности 5, схемы 6 накоплени  энергии и делени  напр жени , выходных ключей 7 - 10, нагрузки М и системы 12 управлени . Схема накоплени  энергии и делени  напр жени  имеет входные выводы (точки) 13 и 14 и выходные шины 15 и 16 и состоит из параллельно соединенных цепочек из конденсатора 17, двух разр дных вентилей 18 и 19 в каждой соедин ющих конденсатор 17 с выходными шинами 15 и 16 управл емых ключевых элементов 20, включенных между разноименными обкладками конденсаторов смежных цепочек например , между точками 21 и 22,

Выпр митель 1 и инвертор 4 входами 23 и 24 соединены с Ьетью, Выходы вьтр  штел  1 через управл емые ключевые элементы 2, 3 и индуктивность 5 соединены с входами 13 и 14 схемы накоплени  энергии и делени  напр жени . Инвертор подключен к точкам 25 и 14,

Положительна  выходна  шина 15 схемы накоплени  энергии и делени  напр жени  соединена с разноименными выходными выводами 26 и 27 через управл емые ключевые элементы 7 и 8 Отрицательна  выходна  шина 16 соеднена с разноименными выходными выводами 26 и 27 через управл емые ключевые элементы 9 и 10,

Система 12 управлени  состоит из задающего генератора 28, формировател  и распределител  29 импульсов

525992

и усилителей 30 - 34 мощности, управл ющих ключами инвертора 4 и уп- правл емыми ключевыми элементами . 5 2, 3, 20, 7, 8, 9, 10.

Преобразователь работает следующим образом.

В установившемс  режиме напр жение переменного тока U цреобра- 10 зуетс  в пульсирующее напр жение посто нного тока и сглаживаетс  выпр мителем 1 с конденсатором фильтра , Входна  индуктивность элемента 5 выбираетс  из услови  обеспечени  15 добротности контура зар да конденсаторов 17 Q 2 1 , Выражение добротности контура имеет вид

20

i 5

где L - индуктивность контура j С - емкость контура; R - суммарное сопротивление контура.

В соответствии с напр жением задани  Uj (фиг. 2) система 12 управлени  вырабатывает импульсы управлени , которые через усилители 31 и 32 мощности, обеспечивающие гальваническую разв зку и усиливающие сигнал, поступают на входные управл емые ключевые элементы 2, 3 и 20. Ключи 2, 3 и 20 открываютс , и конденсаторы 17 начинают зар жатьс  током i

(полага  Q : 1)

i fTc Яс

в момент времени t ЗГк1,С ток зар - да ic, проходит через нуль, после

чего мен ет направление на обратное. При этом осуществл етс  естественна  коммутаци  полупроводниковых ключей 2, 3 и 20 (данный способ поз- вол ет в качестве полупроводниковых ключей применить тиристоры с естественной коммутацией). При одинаковой емкости конденсаторов 17, каждый из них зар жаетс  примерно до 1/N части удвоенного амплитудного значени  напр жени  (U4 - напр жение на конденсаторе , измен ющеес  по закону

R

U(,Ucj(l-e cost/ V LC, в момент времени t напр жени  на конден- саторах достигают величины U.Q

и(1-е ) при 1, и, , После прекращени  зар да конденсаторов ключи 2, 3 и 20 запираютс 

3

и от системы 12 управлени  через усилитель 34 мощности импульсы управлени  поступают на полупроводниковые ключи 7 и 10 при напр жении задани  + U или через усилитель 33 мощности - на полупроводниковые ключи 8 и 9 при напр жении задани  - Uj. Ключи 7 и 10 или 8 и 9 открываютс  и происходит параллельный разр д конденсаторов 17 через разр дные вентили 18 и 19 и полупроводниковые ключи 7 и 10 или- 8 и 9 на нагрузку, частным случаем которой может быть двигатель посто нного тока . Направление тока в нагрузке определ етс  напр жением задани . Благодар  полному разр ду конденсаторов (фиг. 2) емкость последних определ етс  по формуле

1

С

-Es.

где Рр - требуема  мощность на выходе преобразовател ; f - частота коммутаций, и минимальна по сравнению с прототипом , что уменьшает массогабаритные показатели преобразовател .

Регулирование среднего значени  напр жени  на нагрузке происходит изменением частоты коммутаций полупроводниковых ключей. Преобразователь осуществл ет гальваническую разв зку между напр жением питани  и нагрузкой. Гальваническа  разв зка реализуетс  благодар  последовательной работе зар дных 2, 3. и 20 и разр дных 7, 10 или 8, 9 полупроводниковых ключей, I

При изменении знака напр жени 

или резком уменьшении величины напр жени  на нагрузке, или, если в качестве нагрузки используетс  электродвигатель и он работает в генераторном режиме, в преобразователе предусмотрен режим возврата энергии в питающую сеть.

В режиме рекуперации энергии в сеть преобразователь работает следующим образом.

После разр да конденсатора 17 че- .рез разр дные вентили 18, 19 и полупроводниковые ключи 7, 10 или 8, 9, ключи 7, 10 или 8, 9 запираютс . С системы 12 управлени  приход т импульсы управлени  на полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 соответственно . При этом полупроводни352599

ковые ключи 8, 9 или 7, 10 открываютс  и конденсаторы 17 через вентили 18, 19 перезар жаютс  энергией, накопленной в нагрузке, причем .на-, . пр жение Uj. будет противоположного знака по сравнению с напр жением U,. при зар де конденсаторов от напр жени  питающей сети. После переза10 р да полупроводниковые ключи 8, 9 или 7, 10 закрываютс  и система 12 управлени  вырабатывает импульсы управлени , которые через усилители 30 и 32 мощности поступают на полу15 проводниковые ключи инвертора 4,

ведомого сетью, и на полупроводниковые ключи 20. Конденсаторы 17 через полупроводниковые ключи 20 соедин ютс  последовательно и через

20 индуктивные элемент 5 и инвертор 4, ведомый сетью, разр жаютс  в сеть. Энерги , отдаваема  в сеть преобразователем, определ етс  из выражени 

(NUn)с

2

W

где и„ - напр жение на нагрузке.

Введенные в схему преобразовател  функциональные узлы: инвертор, ведомый сетью., задающий генератор (преобразователь напр жение - частота ) , формирователь и распределитель импульсов, усилители мощности могут быть выполнены по известным схемам..

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь переменного на- пр жени  в посто нное, содержащий соединенный входом с входными выводами дл  подключени  источника питающего напр жени  выпр митель с кон- денсатором фильтра, подключенным к его выходу, одна из обкладок которого подключена через первый входной управл емый ключевой элемент к первому входу, а друга  через последовательно соединенные второй входной управл емый ключевой элемент и индуктивный элемент - к второму входу схемы накоплени  энергии и делени  напр жени  , состо щую из параллельно соединенных цепочек, кажда  из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора и двух венгилей, один нз которых катодом подключен к одной из выходных шин

   схемы, а анодом - к одной из обкладок конденсатора, другой анодом подключен к другой выходной шине схемы, а катодом - к другой обкладке конденсатора , и выходных ключей, каждый из которых включен между разноименными обкладками конденсаторов соответствующих смежных цепочек, причем положительна  выходна  шина схемы накоплени  энергии и делени  напр жени  подключена к аноду одного ключевого элемента, катод которого соединен с первым выходным выводом дл  подключени  нагрузки, а ее отрицательна  выходна  шина соединена с катодом другого ключевого элемента , анод которого соединен с вторым выходным выводом, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и экономии электроэнергии, между точ%J|

   АЛЛ

   7V

   кои соединени  второго входного управл емого ключевого элемента с ин- дуктивньм элементом, первым входом схемы накоплени  энергии и делени  напр жени  и входными выводами включен дополнительно введенный инвертор , ведомый сетью, указанные выходные ключи выполнены в виде управл емых ключевых элементов и введены два дополнительных ключевых элемен- . та,I причем положительна  выходна  шина схемы накоплени  энергии и делени  напр жени  соединена с катодом

   одного из указанных дополнительных ключевых элементов, анод которого соединен с вторым выходным выводом, а ее отрицательна  шина соединена с анодом другого дополнительного ключевого элемента, катод которого соединен с первым выходньм вьшо- дом.

   ЛЛЛЛ,

   5t

   at

   ил

   Редактор Н, Слобод ник

   фиг.2

   Составитель Л. Устинкина

   Техред М.Ходанич Корректор, М, Иароши

   Заказ 5573/54Тираж 659

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

   л л л л

   wt

   Подписное