Способ управления четырехквадрантным преобразователем

Авторы патента:

Беляев Александр Васильевич (RU)

H02M7/797 - с использованием только полупроводниковых приборов

Владельцы патента RU 2315416:

Открытое акционерное общество"Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") (RU)

Использование: в преобразовательной технике в качестве повышающего напряжение преобразователя, в частности, как входной преобразователь тягового электропривода электровозов переменного тока. Сущность: повышение коэффициента мощности преобразователя достижением входным током необходимых значений на всех интервалах преобразования, при этом, при малых значениях питающего напряжения и недостижением входным током необходимого значения на предыдущем интервале преобразования, ток на следующем интервале формируется суммой входного и выходного напряжений. Технический результат - повышение технико-эксплуатационных показателей электровоза. 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к управлению входными преобразователями электроподвижного состава переменного тока.

Известен способ управления четырехквадрантным преобразователем, состоящий в том, что ток источника переменной э.д.с. регулируют изменением продолжительности времени приложения к нему э.д.с. источника переменной э.д.с. и разности переменной э.д.с. источника переменной э.д.с и напряжения емкости выходного фильтра, продолжительности приложения э.д.с. источника переменной э.д.с. и разности э.д.с. источника переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра определяют соотношением модулирующего синусоидального сигнала и тактового треугольного сигнала, сдвинутых относительно питающего напряжения на угол нагрузки (см. Литовченко В.В. 4q-S-Четырехквадрантный преобразователь электровозов переменного тока // Изв. вузов. Электромеханика. 2000. №3. С.64-73).

Этот способ реализуется посредством сложных определений времени приложения переменной э.д.с. и разности переменной э.д.с. и напряжения выходного фильтра. Кроме того, способ не учитывает изменения параметров питающей сети от, например, перемещения электроподвижного состава по участку пути или параметров нагрузки преобразователя, например индуктивности питающихся от него тяговых индукторных двигателей.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления четырехквадрантным преобразователем, заключающийся в том, что регулируют ток источника переменной э.д.с. изменением продолжительности времени приложения к нему переменной э.д.с. и разности переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра, для чего полупериод питающего напряжения разбивают на m равных интервалов, в начале каждого полупериода переменной э.д.с. определяют разность между заданным и текущим напряжениями емкости выходного фильтра, вводят эту разность в регулятор, определяют для каждого из m интервалов заданное значение тока источника переменной э.д.с. по формуле

где А - сигнал с выхода регулятора;

k - номер интервала,

в начале каждого интервала прикладывают к источнику переменной э.д.с. переменную э.д.с., пока ток источника переменной э.д.с. меньше по модулю заданного значения тока на этом интервале, после чего до конца интервала прикладывают к источнику переменной э.д.с. разность переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра, причем если в начале интервала ток источника переменной э.д.с. по модулю больше заданного значения, то к источнику сразу прикладывают разность переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра (см. заявку 2004137243109 РФ, МПК7 Н02М 7/515, B60L 7/12. Способ управления четырехквадрантным преобразователем / А.В.Беляев; заявитель и патентообладатель Всерос. н.-и. и проектно-конструкт. Ин-т электровозостроения (ОАО «ВЭлНИИ»).

Этот способ имеет следующий недостаток. При малом значении напряжения питающей сети, например в начале полупериода переменной э.д.с., ток источника переменной э.д.с. может не достичь заданного значения на данном интервале, а поэтому может не достичь его и на следующем и т.д., пока значение переменной э.д.с. не станет достаточным для достижения необходимого значения тока. В результате, в начале полупериодов переменной э.д.с., кривая тока источника переменной э.д.с. будет «завалена» и значение коэффициента мощности окажется низким.

Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности четырехквадрантного преобразователя.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе управления четырехквадрантным преобразователем, при котором регулируют ток источника переменной э.д.с. изменением продолжительности времени приложения к нему переменной э.д.с. и разности переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра, для чего полупериод питающего напряжения разбивают на m равных интервалов, в начале каждого полупериода переменной э.д.с. определяют разность между заданным и текущим напряжениями емкости выходного фильтра, вводят эту разность в регулятор, определяют для каждого из m интервалов заданное значение тока источника переменной э.д.с. по формуле

где А - сигнал с выхода регулятора;

k - номер интервала,

в начале каждого интервала прикладывают к источнику переменной э.д.с. переменную э.д.с., пока ток источника переменной э.д.с. меньше по модулю заданного значения тока на этом интервале, после чего до конца интервала прикладывают к источнику переменной э.д.с. разность переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра, если в начале интервала ток источника переменной э.д.с. по модулю больше заданного значения, то к источнику сразу прикладывают разность переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра, а если ток источника переменной э.д.с. не достиг заданного значения до конца интервала, то в начале следующего интервала прикладывают к источнику переменной э.д.с. сумму переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра.

При таком способе управления четырехквадрантным преобразователем сумма значений э.д.с. источника переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра обеспечивают необходимое значение тока почти на всех интервалах, что повышает коэффициент мощности преобразователя.

На фиг.1 показана принципиальная схема преобразователя; на фиг.2 - устройство, реализующее данный способ управления; на фиг.3 - алгоритм работы устройства в текущем полупериоде переменной э.д.с.; на фиг.4, 5 - временные диаграммы реализации способа по прототипу и по предлагаемому способу соответственно.

Преобразователь 1 (фиг.2) управляется микропроцессорной системой, состоящей из блока синхронизации 2, блока формирования прерываний 3, процессора 4, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 5, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 6, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 7, блока ввода-вывода дискретных сигналов (БВВ) 8. Входы-выходы блока формирования прерываний 3, процессора 4, ОЗУ 5, ПЗУ 6, АЦП 7, блока ввода-вывода дискретных сигналов 8 соединены шиной адресов-данных 9.

Выход блока ввода-вывода дискретных сигналов 8 соединен с управляющими цепями вентилей преобразователя 1, нагруженного на питающую контактную сеть переменного тока, с которой соединен и вход блока синхронизации 2, выход которого соединен со входом блока формирования прерываний 3. Выходы блока 3 соединены с шинами прерывания процессора 4.

Способ реализуется алгоритмом, приведенным на фиг.3.

При переходе питающего напряжения через нулевое значение на выходе блока синхронизации 2 появляется импульс синхронизации СИ, который запускает блок формирования прерываний 3, на выходе m которого появляются сигналы запроса прерываний через равные временные интервалы, на которые разбит полупериод переменной э.д.с., устанавливает процессор 4, ОЗУ 5, ПЗУ 6, обнуляет АЦП 7, блок ввода-вывода дискретных сигналов БВВ 8.

Микропроцессорная система работает в соответствии с командами и константами, записанными в ПЗУ 6.

По приходу синхроимпульса СИ (фиг.3, блок 10) в блоке 11 определяют разность Δu между заданным u_З и текущим u_d напряжениями выходного фильтра и вводят в регулятор (блок 12), который в зависимости от величины этой разности определяет амплитуду А тока источника переменной э.д.с., определяющего выходное напряжение u_d четырехквадрантного преобразователя. В блоке 13 номеру первого из m интервалов присваивают значение единицы, а в блоке 14 определяют значение, которого должен достичь ток на заданном интервале по формуле

где А - сигнал с выхода регулятора; k - номер интервала. Если значение тока источника переменной э.д.с. меньше по абсолютной величине необходимого значения тока на заданном интервале (блок 15), то в положительном полупериоде источника переменной э.д.с. (блок 16), если установлен признак С=1 (блок 17), т.е. ток на предыдущем интервале достиг заданного значения, обнуляют признак С (блок 18) и включают транзисторы T2 или T3 преобразователя (блок 19), в отрицательном полупериоде включают транзисторы T1 или T4 преобразователя (блок 22), прикладывая к источнику переменной э.д.с. переменную э.д.с., после чего в блоке 23 процессор 4, опрашивая АЦП 7, определяет превышение током источника переменной э.д.с. необходимого на данном интервале значения, при этом устанавливают признак С=1 (блок 24) и выключают (блок 25) ранее включенные транзисторы, прикладывая тем самым к источнику переменной э.д.с. разность переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра. Если в начале интервала значение тока превышает (по модулю) заданное значение (блок 15), то транзисторы не включают (блок 25) и сразу прикладывают к источнику переменной э.д.с. разность переменной э.д.с. и напряжения выходного фильтра.

Если признак С не установлен (С=0, блоки 17, 20), т.е. ток не достиг заданного значения на предыдущем интервале, то в положительном полупериоде источника переменной э.д.с. включают транзисторы T2 и T3 (блок 26) четырехквадрантного преобразователя, а в отрицательном - T1 и T4 (блок 27), прикладывая к источнику переменной э.д.с. сумму переменной э.д.с. и напряжения выходного фильтра, после чего выполняют блоки 23-25 и процессор переходит в режим ожидания следующего синхроимпульса (блок 28).

По приходу из блока формирования прерываний 3 очередного запроса прерывания процессор увеличивает значение k на единицу (блок 29) и повторяет алгоритм блоков 14-28 для следующего k-го интервала.

При появлении очередного синхроимпульса СИ, соответствующего окончанию текущего и началу следующего полупериода источника переменной э.д.с., алгоритм, приведенный на фиг.3, повторяют.

Блок формирования прерываний 3, процессор 4, ОЗУ 5, ПЗУ 6 и АЦП 7 могут быть интегрированы в специализированный контроллер, например М167-1С (см. каталог продукции «Бортовая промышленная электроника» АО «Каскод», 105037 Москва, Измайловская пл., 7).

На фиг.4, 5 приведены временные диаграммы реализации прототипа (фиг.4) и данного способов управления на испытательном стенде ОАО «ВЭлНИИ».

Из диаграммы видно, что при управлении способом-прототипом (фиг.4) ток на 1-м и 2-м интервалах не достигает заданного значения и первая гармоника тока сдвигается относительно гармоники напряжения. В то же время при управлении предлагаемым способом (фиг.5) этот сдвиг значительно меньше, что обеспечивает более высокий коэффициент мощности, чем способ-прототип.

Способ управления четырехквадрантным преобразователем, заключающийся в том, что регулируют ток источника переменной э.д.с. изменением продолжительности времени приложения к нему переменной э.д.с. и разности переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра, для чего полупериод питающего напряжения разбивают на т равных интервалов, в начале каждого полупериода переменной э.д.с. определяют разность между заданным и текущим напряжениями емкости выходного фильтра, вводят эту разность в регулятор, определяют для каждого из т интервалов заданное значение тока источника переменной э.д.с. по формуле

где А - сигнал с выхода регулятора;

k - номер интервала,

в начале каждого интервала прикладывают к источнику переменной э.д.с. переменную э.д.с., пока ток источника переменной э.д.с. меньше по модулю заданного значения тока на этом интервале, после чего до конца интервала прикладывают к источнику переменной э.д.с. разность переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра, если в начале интервала ток источника переменной э.д.с. по модулю больше заданного значения, то к источнику сразу прикладывают разность переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра, отличающийся тем, что если ток источника переменной э.д.с. не достиг заданного значения до конца интервала, то в начале следующего интервала прикладывают к источнику переменной э.д.с. сумму переменной э.д.с. и напряжения емкости выходного фильтра.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к управлению входными преобразователями электроподвижного состава переменного тока. .

Универсальный модульный преобразователь // 2231907

Изобретение относится к электротехнике, а именно к статическим преобразователям электроэнергии, применяемым в системах автономного, в том числе гарантированного, электроснабжения.

Способ управления работой вращающейся электрической машины и устройство для его осуществления // 2395896

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления вращающихся электрических машин

Устройство для подключения автономного инвертора напряжения к источнику напряжения постоянного тока // 2449458

Изобретение относится к области электротехники

Способ работы преобразовательной схемы и устройство для его осуществления // 2536162

(57) Изобретение относится к области преобразовательной техники. Предложен способ работы преобразовательной схемы, содержащей по меньшей мере два фазных модуля (11), причем каждый фазный модуль (11) содержит первую и вторую преобразовательные подсистемы (1, 2), для каждого фазного модуля (11) преобразовательные подсистемы (1, 2) последовательно соединены между собой, точка соединения преобразовательных подсистем (1, 2) образует выход (А), каждая преобразовательная подсистема (1, 2) включает в себя индуктивность (L1, L2) и по меньшей мере одну включенную последовательно с ней двухполюсную коммутационную ячейку (3), и каждая двухполюсная коммутационная ячейка (3) содержит два последовательно включенных управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателя с управляемым однонаправленным направлением прохождения тока и включенный параллельно последовательной схеме из силовых полупроводниковых выключателей емкостной аккумулятор энергии, при котором силовыми полупроводниковыми выключателями коммутационных ячеек (3) первой преобразовательной подсистемы (1) управляют посредством управляющего сигнала (S1), а силовыми полупроводниковыми выключателями коммутационных ячеек (3) второй преобразовательной подсистемы (2) управляют посредством дополнительного управляющего сигнала (S2). Для создания конструкции емкостных аккумуляторов энергии, которая не зависит от требующегося тока на выходе преобразовательной схемы, т.е. от частоты тока, для каждого фазного модуля (11) управляющий сигнал (S1) формируется из сигнала (VL+) напряжения на индуктивностях (L1, L2) и коммутационной функции (α1) для силовых полупроводниковых выключателей коммутационных ячеек (3) первой преобразовательной подсистемы (1), а дополнительный управляющий сигнал (S2) формируется из сигнала (VL) напряжения на индуктивностях (L1, L2) и коммутационной функции (α2) для силовых полупроводниковых выключателей коммутационных ячеек (3) второй преобразовательной подсистемы (2), коммутационные функции (α1, α2) формируются посредством сигнала (VA) напряжения, связанного с напряжением (Vu) на выходе (А), и выбираемого опорного сигнала (Vref), причем сигналы (VA) напряжения, связанные с напряжением (Vu) на выходах (А) преобразовательных подсистем (1, 2), выбираются синфазными. Технический результат - уменьшение влияния выходного тока на колебания напряжений на емкостных аккумуляторах. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Автономный инвертор напряжения для питания нагрузки через трансформатор с низким коэффициентом связи между его обмотками // 2558681

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования постоянного тока в переменный. Технический результат - снижение токов автономного инвертора, а также емкости, размеров и массы его входного конденсатора. Автономный инвертор (1) получает входное напряжение от источника (2) постоянного тока и через трансформатор (3) с низким коэффициентом связи между обмотками питает нагрузку (4). Инвертор (1) содержит: входной конденсатор (5), вентильный коммутатор (6) и последовательный резонансный контур (7). Вентильный коммутатор мостового типа составлен из плеч (13), (14), (15) и (16), каждое из которых состоит из транзистора и диода. Резонансный контур (7) и первичная обмотка (23) трансформатора 3 подключены к выходным зажимам (21) и (22) инвертора (1). Вторичная обмотка (24) соединена с входными зажимами (25) и (26) выпрямителя (10), входящего в цепь нагрузки (4). Между входными зажимами (17) и (18) полумостового вентильного коммутатора (6) с емкостным делителем включены два конденсатора (31) и (32) с одинаковой емкостью. Функцию источника напряжения постоянного тока (2) выполняет согласное последовательное соединение двух источников напряжения постоянного тока (34) и (35), имеющих одинаковое напряжение. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Преобразователь частоты и способ управления им // 2562254

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в вакуумных установках для плавки и термообработки металлов. Технический результат: непрерывный контроль симметрии и величины напряжения вывода индуктора относительно заземленной нейтрали питающей сети, быстрое снижение напряжения на нагрузке при увеличении контролируемого напряжения выше установленного значения, надежное и плавное выключение преобразователя при пробое вывода нагрузки на заземленную нейтраль, повышение электрического КПД индуктора, улучшение формы выходного тока. В преобразователь частоты введен четвертый мост. Нагрузка выполнена из двух параллельно соединенных секций, включенных последовательно между инвертирующими мостами двух параллельных цепей. Рассмотрен способ управления преобразователем частоты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Преобразователь и способ его эксплуатации для преобразования напряжений // 2600125

Изобретение относится к области электротехники. Для передачи электроэнергии между системой постоянного напряжения и, по меньшей мере, n-фазной системой переменного напряжения создан преобразователь (10), содержащий n-фазный трансформатор (20) и преобразовательную схему (12) из n-го числа ММС-модулей (30), причем число n составляет, по меньшей мере, три. ММС-модули (30) включены последовательно. Преобразователь (10) содержит развязывающие конденсаторы (16) для подвода электроэнергии к трансформатору (20) и/или для отбора электроэнергии от него. Каждая обмотка (21) первой стороны (21s) трансформатора (20) образует с одним из развязывающих конденсаторов (16) последовательную схему (17), причем каждая из последовательных схем (17) включена параллельно одному из ММС-модулей (30). Кроме того, созданы способы (100, 200) эксплуатации для преобразования постоянного напряжения (UDC), по меньшей мере, в трехфазное переменное напряжение (U22, U 22 ' , U 22 " ) и для преобразования, по меньшей мере, трехфазного переменного напряжения (U22, U 22 ' , U 22 " ) в постоянное напряжение (UDC). 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство преобразования энергии // 2615170

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Предложено устройство преобразования энергии, которое может выполнять операцию потребления рекуперативной энергии, для потребления рекуперативной энергии, генерируемой двигателем, и операцию усиления, для усиления мощности постоянного тока, подаваемой на инвертор, без увеличения размера устройства и стоимости устройства, в конфигурации с использованием основной цепи, в которой образованы цепь выпрямителя и инвертор. Основная цепь (100) включает в себя диод (5), катод которого соединен с цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью (3) выпрямителя и инвертором (4); и переключающий элемент (6), который присоединен между анодом диода (5) и цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью (3) выпрямителя и инвертором (4). В основной цепи (100) участок между первым контактом P и вторым контактом P1, которые обеспечены в цепи положительного вывода источника питания, открыт, и реактор (13) обеспечен между вторым контактом P1 и третьим контактом PR, который обеспечен в точке соединения между диодом (5) и переключающим элементом (6), образуя таким образом цепь прерывателя усиления. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Рекуперативный преобразователь // 2617675

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропривода для рекуперативного торможения. Техническим результатом является обеспечение достаточного уровня мощности при рекуперации энергии. Рекуперативный преобразователь (100) включает в себя блок (12) преобразования мощности, который включает в себя множество переключающих элементов, вывод (11) переменного тока, соединенный со стороной переменного тока блока (12) преобразования мощности, первый вывод (P1), соединенный с одним концом блока (12) преобразования мощности на стороне постоянного тока, второй вывод (P2), соединенный с одним концом блока (12) преобразования мощности на стороне постоянного тока через элемент для предотвращения противотока, и третий вывод N, соединенный с другим концом блока (12) преобразования мощности на стороне постоянного тока, и может работать как частично рекуперативный преобразователь и как полностью рекуперативный преобразователь за счет переключения соединений первого вывода (P1), второго вывода (P2) и третьего вывода (N), чтобы достичь дополнительного сокращения своей стоимости. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект через трансформатор с низким коэффициентом магнитной связи // 2629751

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный аппарат через трансформатор с низким коэффициентом связи содержит автономный инвертор напряжения, резонансный конденсатор и трансформатор, при этом последний эквивалентно представлен N трансформаторами с равной суммарной мощностью, причем соединение первичных обмоток N трансформаторов образует первую и вторую группу обмоток, которые имеют общую точку соединения, к свободной клемме первой группы первичных обмоток подключена первая выходная клемма автономного инвертора, к свободной клемме второй группы первичных обмоток подключена вторая выходная клемма автономного инвертора и второй вывод резонансного конденсатора, а его первый вывод подключен общей точкой соединения первой и второй групп первичных обмоток TV трансформаторов, а N вторичных обмоток трансформаторов образуют группу обмоток, которые соединены определенным образом, определяемым параметрами нагрузки, и к их крайним выводам подключена нагрузка. Такое исполнение устройства позволяет улучшить эксплуатационные характеристики подводного аппарата, а также уменьшить выходной ток автономного инвертора при сохранении значения передаваемой мощности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Управляемый выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности и дифференциальным выходом // 2634613

Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначено для питания нагрузок постоянного тока от автономных и общесетевых источников однофазного и трехфазного переменного тока. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет двунаправленности преобразования энергии, расширения диапазона регулирования и самовыравнивания выходных напряжений со снятием их нижних ограничений без снижения коэффициента мощности. Указанный технический результат обеспечивается тем, что управляемый выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности и дифференциальным выходом содержит «m» входных выводов (1) для подключения «m»-фазного источника электропитания переменного тока, разнополярные выходные выводы (2, 3) для подключения нагрузки постоянного тока, вывод заземления (4), двухконденсаторную выходную фильтровую стойку (5-6) с заземленным средним выводом; «m» выпрямительных блоков (7), состоящих каждый из однонаправленной электронной двухключевой стойки (8-9) с заземленным средним выводом, четырех диодов (10, 11, 12, 13) и двух реакторных обмоток (14, 15), а также блок управления (16) с цепями (17, 18) обратных связей, имеющими датчики 19, 20, 21, 22 входных и выходных токов и напряжений, и с «m» группами (23, 24, 25) основных импульсно-модуляторных выходных выводов, подключенными каждая к управляющим выводам двухключевой стойки соответствующего выпрямительного блока, в который введены две диодно-ключевые стойки (26-27) и (28-29), два снабберных конденсатора (30, 31), двухвентильная стойка (32-33) и два рекуператорных электронных ключа (34, 35), а блок управления снабжён «m» группами (36, 37, 38) дополнительных импульсно-модуляторных выходных выводов, и благодаря тому, что реакторные обмотки каждого выпрямительного блока выполнены с общим для них магнитопроводом, а в каждый выпрямительный блок введены индуктивно-емкостный фильтр (39), а также пятый и шестой диоды (40 и 41). 2 ил.