Транзисторный преобразователь трёхфазного напряжения сети в постоянное



Транзисторный преобразователь трёхфазного напряжения сети в постоянное
Транзисторный преобразователь трёхфазного напряжения сети в постоянное
Транзисторный преобразователь трёхфазного напряжения сети в постоянное

 


Владельцы патента RU 2402855:

Закрытое акционерное общество "Электро СИ" (RU)

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании источников питания для различной аппаратуры. Технический результат заключается в упрощении структуры управления преобразователем, уменьшении числа датчиков, недопустимости работы в тяжелых режимах при перегрузках и КЗ. Кроме того, решена задача повышения надежности при включении и повышения уровня безопасности работающего преобразователя при его отключении. Устройство содержит зарядный и главный контакторы, зарядные резисторы, вспомогательный и основной трехфазные выпрямители. В силовую часть преобразователя входят повышающий импульсный регулятор напряжения, резонансный преобразователь с трансформатором, выходной выпрямитель, нагруженный на конденсатор, разрядное устройство и выходной диод. Преобразователь обеспечивает питание нагрузки и заряд аккумуляторной батарей с учетом ее температурных требований. Устройство управления содержит цифровой сигнальный процессор, обеспечивающий алгоритм включения преобразователя, его нормальную работу и алгоритм выключения. Указанные алгоритмы повышают надежность работы силовых ключей, а также обеспечивают быстрый разряд конденсаторов большой емкости для безопасности работы обслуживающего персонала. 3 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к преобразователям, входящим в состав системы энергообеспечения электронной, электромеханической и осветительной аппаратуры.

Известен преобразователь, работающий от сети переменного тока, включающий в себя корректор коэффициента мощности (ККМ) и DC-DC преобразователь [1]. В преобразователе решались задачи стабилизации выходного напряжения при работе совместно с аккумуляторной батареей (АБ) или параллельно с другими преобразователями, а также формирования выходной характеристики с участком стабилизации выходного тока. Определенными недостатками данного преобразователя, особенно при получении большой мощности на выходе (5…100 кВт) являются: наличие двух датчиков и двух измерительных цепей, контролирующих напряжение до и после выходного диода (OR-диод); необходимость измерения токов как на входе (ККМ), так и на выходе (DC-DC преобразователь); наличие двух замкнутых контуров управления - в ККМ и в DC-DC преобразователе. Указанные недостатки усложняют преобразователь, снижают его надежность, к тому же в ряде применений не требуется формировать выходную характеристику с участком стабилизации выходного тока и необходимостью работы преобразователя при больших токах перегрузки, близких к КЗ.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является упрощение структуры управления преобразователем, уменьшение числа дорогостоящих и сложных датчиков, недопустимость работы преобразователя в тяжелых режимах, обусловленных перегрузками и КЗ; повышение уровня безопасности работающего преобразователя при его отключении. Повышенная надежность и повышенная безопасность, являющиеся следствием принятого схемотехнического решения, обладающего новизной, являются существенными особенностями заявляемого преобразователя.

Технический результат достигается тем, что напряжение трехфазной сети на входе преобразователя поступает на нормально открытые контакты зарядного контактора (ЗК) и главного контактора (ГК), затем на зарядные резисторы, включенные в каждую фазу и шунтированные нормально открытыми контактами ГК, а также на вспомогательный трехфазный выпрямитель, выход которого подключен к блоку вспомогательных напряжений (БВН); к зарядным резисторам подключен силовой трехфазный выпрямитель, к выходу которого подключена силовая часть преобразователя, состоящая из повышающего импульсного регулятора напряжения (ИРН), выходом подключенного к резонансному преобразователю, силового трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен мостовой выпрямитель, нагруженный на конденсатор, параллельно которому подключено разрядное устройство и высокочастотный фильтр (ВЧФ) защиты от помех, выход ВЧФ через диод подключен к нагрузке и АБ. В устройство управления преобразователем входит цифровой сигнальный процессор (ЦСП), алгоритм работы которого обеспечивает включение преобразователя, работу в нормальном режиме, отключение, а также выполнение всех защитных функций.

На Фиг.1 представлена схема заявляемого преобразователя, на Фиг.2 - временные диаграммы запуска, на Фиг.3 - временные диаграммы отключения.

К трехфазной сети 1 (Фиг.1) подключены нормально открытые контакты 2 зарядного контактора 3, нормально открытые контакты 4 главного контактора 5 и вспомогательный трехфазный выпрямитель 6. К выходу выпрямителя 6 подключен блок вспомогательных напряжений (БВН) 7, обеспечивающий требуемыми напряжениями питания устройство управления, зарядный (3) и главный (5) контакторы. К контактам зарядного контактора подключены зарядные резисторы 8, которые шунтируются контактами ГК. Зарядные резисторы подключены к трехфазному мосту 9, выход которого является входом повышающего импульсного регулятора напряжения (ИРН), в который входят датчик тока 10, дроссель 11, диод 12, транзистор 13, конденсаторы емкостного делителя 14, 15. К выходу ИРН помимо конденсаторов емкостного делителя подключены элементы резонансного DC-DC преобразователя, состоящего из транзисторной стойки 16, 17, трансформатора 18. Первичная обмотка трансформатора 19 включена последовательно с конденсатором 20 и включена в диагональ моста, образованного емкостным делителем и стойкой транзисторов.

Вторичная обмотка трансформатора 21 подключена к выпрямительному мосту 22, к выходу которого подключены параллельно конденсатор 23 и разрядное устройство (РУ) 24. Высокочастотный фильтр (ВЧФ) 25 подключен своим входом к конденсатору и разрядному устройству, а выходом - к датчику напряжения (ДН) 26. Нагрузка преобразователя подключена одним выводом к первой точке соединения выхода ВЧ фильтра и датчика нагрузки, а другим - к катоду диода 27, анод которого подключен ко второй точке соединения ВЧ фильтра и датчика нагрузки. АБ 28 подключается параллельно нагрузке.

Силовые ключи управляются от драйверов 29, 30, в свою очередь получающих входные сигналы от устройства управления 31, в котором находится цифровой сигнальный процессор. Температурный режим АБ от термодатчика (ТД) (32) передается в устройство управления. В зависимости от температуры окружающей среды напряжение на нагрузке и АБ должно выставляться различным с целью создания наилучших условий работы для АБ.

Алгоритм запуска преобразователя показан на Фиг.2. На этом чертеже показана работа контакторов, последовательность изменения управляющих импульсов и диаграмма нарастания напряжения на датчике 26.

Этап 1 - преобразователь выключен.

Этап 2 - момент включения зарядного контактора - момент включения главного контактора. На этом этапе происходит заряд конденсаторов 14, 15 емкостного делителя на выходе ИРН.

Этап 3 - включение ГК - начало формирования импульсов DC-DC.

Этап 4 - начало формирования управляющих импульсов DC-DC преобразователя - отключение ЗК. Длительность управляющих импульсов увеличивается линейно. Напряжение на выходе (датчике напряжения 26) на этом этапе нарастает.

Этап 5 - отключение ЗК - момент достижения напряжения на датчике напряжения 26 значения Uвых.min. Длительность управляющих импульсов DC-DC преобразователя в этом интервале и последующих не изменяется и составляет немного менее половины длительности полупериода его работы.

Этап 6 - начало плавного нарастания длительности управляющих импульсов ИРН - достижение напряжения на выходе несколько меньшего значения, чем задается с помощью опорного сигнала от датчика температуры (ДТ) АБ. В конце этапа напряжение на выходе достигает значения на несколько вольт меньше требуемого (Uвых-ΔU). На данном этапе контур обратной связи (регулятор), управляющий напряжением на выходе, не подключен.

Этап 7 - программное подключение регулятора - достижение напряжения на ДН 26 значения Uвых+0,7 В, где Uвых - требуемое для данной температуры напряжение заряда АБ. Если в процессе запуска напряжение на ДН 26 не возросло до значений Uвых_min или Uвых - ΔU, происходит аварийное отключение.

Этап 8 - работа преобразователя после окончания процесса запуска.

Данный алгоритм включения преобразователя и последовательность подключения его силовых блоков позволяет повысить надежность работы ключей ИРН и DC/DC преобразователя, поскольку происходит плавное нарастание их токовой нагрузки при заряде конденсаторов большой емкости. Подключение контура обратной связи в ИРН происходит только после достижения значения напряжения на выходе преобразователя, несколько меньшего требуемому для данной температуры напряжения заряда АБ.

Кроме того, данный алгоритм позволяет произвести аварийное и безопасное отключение преобразователя, если напряжение на выходе не достигло установленных значений за заданные интервалы времени.

Отключение преобразователя происходит согласно алгоритму, показанному на Фиг.3. Как при штатном отключении, так и при аварийном производится отключение ГК и разряд конденсаторов на выходе ИРН 14, 15 и конденсаторов на выходе DC-DC преобразователя 23. При отключении имеют место следующие этапы.

Этап 1 - продолжающаяся работа преобразователя.

Этап 2 - поступление команды «Стоп» от процессора - выключение ГК.

Этап 3 - момент выключения ГК - начало поступления управляющих импульсов DC-DC преобразователя и подключение разрядного устройства (РУ).

Этап 4. Начало поступления управляющих импульсов DC-DC преобразователя - начало поступления импульсов ИРН. Импульсы DC-DC преобразователя плавно расширяются во времени, максимальная длительность чуть меньше половины периода работы DC-DC преобразователя (с момента их появления включается разрядное устройство).

Этап 5 - плавное нарастание управляющих импульсов ИРН, максимальная длительность импульсов - половина периода частоты переключения транзистора 13.

Этап 6 - прекращение формирования импульсов DC-DC и ИРН.

Предложенный алгоритм отключения преобразователя позволяет за заданное короткое время разрядить все конденсаторы большой емкости (14, 15 и 23), что повышает для обслуживающего персонала безопасность работы с преобразователем.

Источники информации

1. В.И.Мелешин, «Транзисторная преобразовательная техника», изд-во «Техносфера», 2005 г.

Транзисторный преобразователь трехфазного напряжения сети в постоянное, содержащий зарядный контактор, нормально открытые контакты которого подключены к трехфазной сети, к контактам зарядного контактора подключены зарядные резисторы, которые шунтируются контактами главного контактора и подключены к силовому трехфазному выпрямителю, выход которого является входом повышающего импульсного регулятора напряжения, к выходу которого подключен резонансный DC-DC преобразователь с силовым трансформатором, выходным выпрямителем и емкостным фильтром, кроме того, высокочастотный фильтр, подключенный входом к емкостному фильтру, а выходом через выходной диод - к нагрузке и к подключенной параллельно нагрузке аккумуляторной батарее, кроме того, датчик тока, датчик напряжения и устройство управления, отличающийся тем, что введены разрядное устройство, включенное параллельно выходу выходного выпрямителя, датчик напряжения подключен к выходу высокочастотного фильтра, датчик тока входит в состав повышающего импульсного регулятора напряжения, устройство управления содержит цифровой сигнальный процессор, который обеспечивает следующую последовательность включения силовых блоков при запуске преобразователя: 1) включение зарядного контактора; 2) включение главного контактора; 3) формирование линейно увеличивающихся по длительности управляющих импульсов резонансного DC-DC преобразователя; 4) отключение зарядного контактора после достижения напряжения на датчике напряжения значения Uвых.min, сохранение неизменной длительности управляющих импульсов резонансного DC-DC преобразователя; 5) формирование плавно нарастающих по длительности управляющих импульсов импульсного регулятора напряжения при отключенном контуре обратной связи; 6) подключение контура обратной связи импульсного регулятора напряжения после достижения напряжения, контролируемого датчиком напряжения значения на несколько вольт меньшего чем заданного датчиком температуры аккумуляторной батареи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения (СЭС) автономных объектов с использованием в качестве первичных источников энергии солнечных батарей, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к области космической энергетики, в частности к бортовым системам электропитания космических аппаратов (КА). .

Изобретение относится к области электротехники и ветроэнергетики, а именно к автономным системам электроснабжения, обеспечивающим качественной электрической энергией потребителей, удаленных от системы централизованного электроснабжения.

Изобретение относится к регулятору мощности и транспортному средству. .

Изобретение относится к системам аварийного электрического питания контрольно-измерительных приборов и автоматики, которые используются на атомных электростанциях, а именно к устройствам для заряда и разряда электрических батарей, и может быть применено в энергетических установках различного типа, при работе независимого источника питания постоянного тока, выполненного в виде батарей аккумуляторов энергии, изготовленных на базе молекулярных конденсаторов с использованием нанотехнологий.

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в качестве функционального узла различных аналоговых микросхем для стабилизации их статического режима.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве системы автономного электроснабжения потребителей стационарных и подвижных объектов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии или систем гарантированного электропитания, в которых для достижения технического результата - повышения надежности электропитания и повышения выходной мощности статические стабилизированные источники электрической энергии включаются параллельно на общую нагрузку.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве системы электроснабжения ответственных потребителей постоянного и переменного тока, предъявляющих повышенные требования к стабильности напряжения.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам бесперебойного питания с резервированием преобразователя электрической энергии с помощью буферной кислотно-свинцовой герметизированной аккумуляторной батареи, и может быть использовано для электропитания электронной аппаратуры различного назначения.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности, может быть использовано в преобразователях для систем энергообеспечения транспортных средств

Изобретение относится к системам резервного энергоснабжения и может быть использовано для бесперебойного электропитания высокостабильными напряжениями постоянного тока 28,5 В и однофазного переменного тока с частотой 50 Гц, 230 В, ответственных потребителей различных объектов (подвижных и стационарных) промышленного и военного назначения

Изобретение относится к системам электропитания, применяющимся для снабжения энергией оборудования на высоковольтной платформе

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании и эксплуатации автономных систем электропитания искусственных спутников Земли (ИСЗ)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности энергоснабжения. Устройство включает в себя по меньшей мере один источник (1) энергии, по меньшей мере один первый накопительный блок (4) и один второй накопительный блок (5) для накопления энергии и блок (6) управления. В соответствии с изобретением второй накопительный блок (5) таким образом электрически соединен с первым накопительным блоком (4), что для электрического заряда первого накопительного блока (4) к последнему подается электрическая энергия второго накопительного блока (5). При этом источник (1) энергии и накопительные блоки (4 и 5) соединены с электрическими потребителями (2 и 3) децентрализованного и независимого устройства, и на выполненные как коммуникационные блоки мощные электрические потребители (3) электрическая энергия подается посредством первого накопительного блока (4), а на выполненные как сенсоры маломощные электрические потребители (2) - посредством второго накопительного блока (5), причем накопительная емкость второго накопительного блока (5) меньше, чем накопительная емкость первого накопительного блока (4). 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх