Корректор коэффициента мощности



Корректор коэффициента мощности
Корректор коэффициента мощности
Корректор коэффициента мощности
Корректор коэффициента мощности

 


Владельцы патента RU 2457604:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности и расширении функциональных возможностей. Предлагаемый корректор коэффициента мощности содержит модифицированную силовую схему преобразователя однофазного переменного напряжения в постоянное. Силовая схема преобразователя выполнена по схеме обращенного однофазного многоуровневого инвертора напряжения. Система управления состоит из датчика выходного напряжения, схемы сравнения напряжений, задатчика постоянного напряжения выхода, регулятора напряжения, множительного устройства, схемы сравнения токов, блока регулятора тока, блока ШИМ, датчика входного напряжения, датчика входного тока, а указанные датчики входного напряжения и тока включены на входе силовой схемы преобразователя, куда дополнительно введен последовательный фильтрующий реактор, между выходом датчика входного тока и входом схемы сравнения токов включен фиксатор нулевого порядка. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к области полупроводниковой преобразовательной техники (силовой электроники), и может быть использовано в качестве высоковольтного двунаправленного понижающего AC-DC конвертора в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов переменно-постоянного тока 3 кВ при питании от контактной сети с переменным напряжением 25 (15) кВ.

Известен корректор коэффициента мощности (преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение), содержащий однофазную мостовую схему на транзисторах, входной LC-фильтр, выходной индуктивный фильтр (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. Москва: Энергоатомиздат, 1992, рис.2.38 на стр.103).

Однако указанный корректор коэффициента мощности имеет плохое использование транзисторов по напряжению, определяемому величиной напряжения питающей сети, а также плохие массогабаритные показатели выходного индуктивного фильтра.

Кроме того, известен корректор коэффициента мощности - преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение (Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Новосибирск, НГТУ, изд.4, 2009, рис.13.4.1 на стр.596), взятый за прототип, содержащий силовую схему преобразователя переменного напряжения в постоянное, систему управления, состоящую из датчика выходного напряжения, схемы сравнения напряжений, задатчика напряжения выхода, регулятора напряжения, множительного устройства, схемы сравнения токов, блока регулятора тока, блока ШИМ (состоящего из генератора опорного напряжения, устройства сравнения и выходного каскада), датчика входного напряжения, датчика входного тока, причем выход датчика выходного напряжения подключен к первому входу схемы сравнения напряжений, ко второму входу которой подключен задатчик выходного напряжения, а выход схемы сравнения напряжений подключен к входу регулятора напряжения, выход которого подключен к первому входу множительного устройства, ко второму входу которого подключен выход датчика входного напряжения силовой схемы преобразователя, а выход множительного устройства подключен к первому входу схемы сравнения токов, ко второму входу схемы сравнения токов подключен выход датчика входного тока, выход схемы сравнения токов подключен к входу блока ШИМ, выход которого связан с управляемыми вентилями силовой схемы, а силовая схема образована каскадным соединением однофазной мостовой схемы выпрямления на диодах, фильтрового реактора и повышающего преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

Однако этот корректор коэффициента мощности имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. является однонаправленным по мощности и не может понижать выходное напряжение по отношению к входному. Также он имеет плохое использование диодов и транзистора по обратному напряжению, определяемому величиной напряжения питающей сети. Однонаправленность передачи мощности сужает функциональные возможности корректора и не позволяет получить режим рекуперации энергии из нагрузки, что снижает энергоэффективность использования корректора. Необходимость применения высоковольтных полупроводниковых приборов приводит к снижению надежности их работы.

Задачей предлагаемого изобретения является создание корректора коэффициента с расширенными функциональными возможностями. Также он имеет хорошее использование диодов и транзисторов по обратному напряжению, определяемому низкой (по отношению к величине переменного входного напряжения) величиной постоянного напряжения выходной цепи.

Это достигается за счет того, что корректор коэффициента мощности содержит модифицированную силовую схему преобразователя однофазного переменного напряжения в постоянное, содержащего на входе последовательно включенный фильтровой реактор. Силовая схема преобразователя выполнена по схеме обращенного однофазного многоуровневого инвертора напряжения. Система управления состоит из датчика выходного напряжения, схемы сравнения напряжений, задатчика напряжения выхода, регулятора напряжения, множительного устройства, схемы сравнения токов, блока регулятора тока, блока ШИМ, датчика входного напряжения, датчика входного тока, причем выход датчика выходного напряжения подключен к первому входу схемы сравнения напряжений, ко второму входу которой подключен задатчик выходного напряжения, а выход схемы сравнения напряжений подключен к входу регулятора напряжения, выход которого подключен к первому входу множительного устройства, ко второму входу которого подключен выход датчика входного напряжения силовой схемы преобразователя, а выход множительного устройства подключен к первому входу схемы сравнения токов, ко второму входу схемы сравнения токов подключен выход датчика входного тока, выход схемы сравнения токов подключен к входу блока регулятора тока, его выход подключен к входу блока ШИМ, выход которого связан с управляемыми вентилями силовой схемы, а датчики входного напряжения и тока включены на входе силовой схемы преобразователя, между выходом датчика входного тока и входом схемы сравнения токов включен фиксатор нулевого порядка.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого корректора коэффициента мощности, на фиг.2 показана силовая схема многоуровневого обращенного инвертора напряжения, используемая в качестве силовой схемы корректора коэффициента мощности, на фиг.3 - временные диаграммы напряжений и токов на входе и выходе корректора коэффициента мощности в режиме потребления (а) и в режиме рекуперации (б), на фиг.4 - векторная диаграмма напряжений и тока на входе силовой схемы корректора коэффициента мощности в режиме потребления (а) и в режиме рекуперации (б).

Предлагаемый корректор коэффициента мощности (фиг.1) содержит модифицированную силовую схему СС преобразователя переменного напряжения в постоянное 1, входной фильтрующий реактор ФР 2 и систему управления СУ 3. Силовая схема преобразователя выполнена по схеме обращенного многоуровневого инвертора напряжения (Зиновьев Г.С., Лопаткин Н.Н., Многоуровневый автономный инвертор напряжения. Патент РФ на изобретение №2393619, БИ №18, 2010). Система управления СУ 3 состоит из датчика выходного напряжения ДВН 4, схемы сравнения напряжений ССН 5, задатчика напряжения выхода ЗПН 6, регулятора напряжения РН 7, множительного устройства МУ 8, схемы сравнения токов ССТ 9, регулятора тока РТ 10, блока ШИМ 11, датчика входного напряжения ДВ×Н 12, датчика входного тока ДВТ 13, причем выход датчика выходного напряжения ДВН 4 подключен к первому входу схемы сравнения напряжений ССН 5, ко второму входу которой подключен задатчик напряжения выхода ЗПН 6, а выход схемы сравнения напряжений ССН 5 подключен к входу регулятора напряжения РН 7, выход которого подключен к первому входу множительного устройства МУ 8, ко второму входу которого подключен выход датчика входного напряжения ДВхН 12 силовой схемы СС преобразователя, а выход множительного устройства МУ 8 подключен к первому входу схемы сравнения токов ССТ 9, ко второму входу схемы сравнения токов подключен выход датчика входного тока ДВТ 13 корректора, выход схемы сравнения токов ССТ 9 подключен к входу регулятора тока РТ 10, выход которого подключен к входу блока ШИМ 11, выход блока ШИМ 11 связан с управляемыми вентилями обращенного многоуровневого инвертора напряжения силовой схемы СС 1, а датчики входного напряжения ДВ×Н 12 и входного тока ДВТ 13 включены на входе силовой схемы преобразователя, между выходом датчика входного тока 13 и входом схемы сравнения токов 9 включен фиксатор нулевого порядка ФНП 14.

Предлагаемый корректор коэффициента мощности для случая N, равного 3, где N - коэффициент преобразования силовой схемы по напряжению, равный отношению амплитуды N-ступенчатой кривой переменного напряжения обращенного многоуровневого инвертора напряжения к среднему значению постоянного напряжения на выходе корректора коэффициента мощности, в свою очередь, равный уменьшенному на единицу числу ячеек, работает следующим образом. Из разности сигналов задания постоянного выходного напряжения блока задания ЗПН 6 и напряжения с датчика выходного напряжения ДВН 4 образуется на схеме сравнения напряжений ССН 5 сигнал ошибки по напряжению, который проходит через регулятор напряжения РН 7 (в простом случае усилитель) на первый вход множительного устройства МУ 8. На второй вход умножителя подается синусоидальный сигнал с датчика входного напряжения ДВ×Н 12 корректора коэффициента мощности. Выходная синусоида множительного устройства МУ 8 используется как сигнал задания (на входной ток корректора коэффициента мощности) контура тока и подается на первый вход схемы сравнения токов ССТ 9. На второй вход схемы ССТ 9 поступает сигнал от датчика входного тока ДВТ 13 корректора, который прежде проходит через фиксатор нулевого порядка ФНП 14. Фиксатор ослабляет высокочасчотные пульсации сигнала с датчика входного тока, чем устраняет в дальнейшем многократный "дребезг" сигнала блока ШИМ в моменты переключения, что улучшает качество входного тока корректора, т.е. повышает энергоэффективность корректора. На схеме сравнения токов ССТ 9 получается сигнал ошибки по току контура тока. Этот сигнал ошибки проходит через регулятор тока РТ 10 (в простом случае усилитель) на вход блока ШИМ 11, с выхода которого импульсы управления подаются на транзисторы силовой схемы СС 1 обращенного многоуровневого инвертора напряжения. Длительность импульсов управления модулирована по синусоидальному закону сигнала ошибки контура тока, поэтому многоуровневое переменное напряжение обращенного многоуровневого инвертора приближено к синусоидальной форме, как показано на первой диаграмме фиг.3а. Если величина и фаза ψ этого напряжения соответствуют векторной диаграмме фиг.4а, то вектор входного тока будет совпадать по фазе с вектором входного напряжения. Это режим потребления активной мощности цепью постоянного тока из цепи переменного тока. Постоянные напряжение и ток имеют одинаковую полярность, как это видно из второй диаграммы на фиг.3а.

Корректор коэффициента мощности позволяет обратить направление потока активной мощности в нем за счет изменения направления тока в звене постоянного тока, как показано на второй диаграмме фиг.3б, когда противоэдс нагрузки станет больше выходного напряжения корректора. Ток в звене переменного напряжения стал противофазным напряжению, как это показано на первой диаграмме на фиг.3б. Векторная диаграмма цепи переменного тока корректора для этого случая показана на фиг.4б. Кроме того, обратные напряжения на всех полупроводниковых приборах этой схемы не превышают величины постоянного напряжения на выходе корректора.

Таким образом, входной коэффициент мощности корректора будет практически равен единице. Выходное напряжение бестрансформаторного корректора коэффициента мощности может быть в N-раз меньше амплитуды входного переменного напряжения. Это обеспечивает хорошее использование всех элементов схемы по напряжению, значение которого не превосходит выходного напряжения, что повышает надежность работы полупроводниковых приборов. Расширение функциональных возможностей корректора обеспечено возможностью режима рекуперации энергии из нагрузки за счет придания ему свойства двунаправленности, что позволяет использовать его как для режима потребления цепью постоянного напряжения активной мощности из сети, так и для режима рекуперации энергии в сеть при переходе нагрузки в генераторный режим. Также расширяет функциональные возможности корректора его способность понижать выходное напряжение по сравнению с входным напряжением.

Корректор коэффициента мощности, содержащий силовую схему преобразования однофазного переменного напряжения в постоянное, фильтрового реактора и системы управления, состоящей из датчика выходного напряжения, схемы сравнения напряжений, задатчика постоянного напряжения выхода, регулятора напряжения, множительного устройства, схемы сравнения токов, блока регулятора тока, блока ШИМ, датчика входного напряжения, датчика входного тока, причем выход датчика выходного напряжения подключен к первому входу схемы сравнения напряжений, ко второму входу которой подключен задатчик выходного напряжения, а выход схемы сравнения напряжений подключен к входу регулятора напряжения, выход которого подключен к первому входу множительного устройства, ко второму входу которого подключен выход датчика входного напряжения корректора коэффициента мощности, а выход множительного устройства подключен к первому входу схемы сравнения токов, ко второму входу схемы сравнения токов подключен выход датчика входного тока, выход схемы сравнения токов подключен к входу блока регулятора тока, его выход подключен к входу блока ШИМ, выход которого связан с управляемыми вентилями силовой схемы, отличающийся тем, что датчики входного напряжения и тока включены на входе силовой схемы, между выходом датчика входного тока и входом схемы сравнения токов включен фиксатор нулевого порядка, силовая схема выполнена как двунаправленный понижающий обращенный инвертор напряжения, а фильтровой реактор включен последовательно между силовой схемой и питающей сетью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве простого и экономичного источника постоянного тока низкого напряжения, включаемого к сети переменного тока.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано на электроподвижном составе. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковой технике, и может быть использовано на электроподвижном составе для регулирования мощности тягового электродвигателя и других потребителей электроэнергии, получающих питание от электрической сети переменного и постоянного тока.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в первом варианте для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное на двух однофазных трансформаторах, вторичные обмотки которых включены по мостовой схеме выпрямления на 4-х диодах, а во втором варианте - тоже в постоянное, 12-пульсное.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для оптимизации преобразователей, например для преобразования однофазного переменного напряжения в переменное или/и постоянное, с опережающим углом отсечки регулируемого напряжения естественно коммутируемыми тиристорами с первичной стороны трансформатора, выполненного на двух магнитопроводах, или унификации трансформаторного и вентильного оборудования.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, 6-пульсное или 12-пульсное, на двух выпрямляющих диодах при регулировании напряжения тиристорами с первичной стороны группового трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве зависимого многозонного инвертора на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления выпрямителем с емкостным фильтром на выходе при создании электромеханических систем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве простого и экономичного источника постоянного тока низкого напряжения, включаемого к сети переменного тока, и содержит однополупериодные выпрямители и конденсатор фильтра нижних частот, две последовательно включенные однополупериодные цепи из последовательно включенных первого и второго диодов и первого и второго накопительных конденсаторов, заряжаемых от сети переменного тока поочередно от разнополярных полупериодов переменного напряжения, последовательно включенные накопительные конденсаторы подключены к конденсатору фильтра нижних частот через высокочастотную катушку индуктивности и силовой тиристор, управляющий электрод которого подключен через разделительный трансформатор к выходу компаратора, управляющий импульс которого образуется в момент достижения максимального напряжения в последовательно включенных первом и втором накопительных конденсаторах

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано для питания автономных инверторов, станций катодной защиты, установок микродугового оксидирования и для питания других различных электротехнологических установок. Импульсный регулятор постоянного напряжения содержит соединенные последовательно первый диод, управляемый ключ, индуктивность фильтра и нагрузку, два нулевых диода и конденсаторы фильтра, управляющий микроконтроллер, драйвер управления, цепь обратной связи и пульт ручного управления, блок синхронизации, два входа которого соединены со вторыми разноименными выводами первых диодов, а два выхода подключены, соответственно, к входам драйвера управления и управляющего микроконтроллера. Индуктивности фильтра выполнены на общем магнитопроводе магнитосвязанными. Дополнительно импульсный регулятор содержит два дополнительных конденсатора и два вторых диода. Каждая из индуктивностей фильтра выполнена с дополнительным выводом. Выводы дополнительных конденсаторов присоединены к дополнительным выводам соответственно индуктивностей фильтра и общей клемме первичного источника питания переменного тока, а выводы вторых диодов подключены к дополнительному и выходному выводам соответствующих индуктивностей фильтра. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования во вторичных источниках электропитания приборов и устройств измерительной техники. Технический результат - снижение значения потребляемой активной мощности и повышение стабильности выходного напряжения. Преобразователь напряжения состоит из двух одинаковых секций узла гашения избыточного напряжения, выполненных в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора, включенных соответственно в оба провода между выводами для подключения источника питания и входами первого и второго мостовых выпрямителей, выход первого выпрямителя подключен параллельно со входом стабилизатора напряжения, а в обоих проводах на выходе второго выпрямителя введены первый и второй регулирующие элементы, которые включены последовательно со входом стабилизатора напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное - инверторам и регуляторам напряжения, и предназначено для использования в автономных системах электропитания и в электроприводах перспективных авиакосмических летательных аппаратах с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием. Технический результат заключатся в расширении функциональных возможностей устройства при его реализации, а именно получении выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной, при сохранении свойств простоты схем реализации его и жесткой нагрузочной характеристики. Для этого заявленное устройство, содержащее нагрузку, первую и вторую входные клеммы, первую и вторую выходные клеммы, ключевой транзистор, индуктивность, разрядный диод, конденсатор, образующий с индуктивностью индуктивно-емкостной фильтр Г-образного типа, резистивный датчик выходного напряжения, блок сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения и блок управления ключевым транзистором, дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в нагрузке, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в нагрузке. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Техническим результатом является увеличение надежности и повышение коэффициента полезного действия. Двухтактный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит первичную обмотку первого трансформатора, конец которой соединен со стоком первого МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, исток которого соединен с отрицательным полюсом входного напряжения, а затвор которого является входом для управляющего сигнала Uупр1; начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с истоком второго МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, сток которого соединен с положительным полюсом входного напряжения, а затвор является входом для управляющего сигнала Uупр2. Один вывод накопительного конденсатора соединен между концом первичной обмотки первого трансформатора и стоком первого МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом, второй вывод которого соединен между началом первичной обмотки второго трансформатора и истоком второго МОП-транзистора с n-каналом и с встроенным диодом. Начало вторичной обмотки первого трансформатора соединено с отрицательным выводом нагрузки, конец которой соединен с анодом первого выпрямительного диода, катод которого соединен с положительными выводами нагрузки, выходного конденсатора, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом нагрузки. Начало вторичной обмотки второго трансформатора соединено с отрицательным выводом нагрузки, конец которой соединен с анодом второго выпрямительного диода, катод которого соединен с положительным выводом нагрузки. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях трехфазного переменного напряжения в постоянное 9-пульсное с купированием всех видов намагничивания трансформатора и равными углами коммутации вентилей. Технический результат - отсутствие всех видов намагничивания трансформатора и равные углы коммутации вентилей. Преобразователь содержит трехфазный трансформатор с тремя группами вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в звезду. Вывод каждой фазной обмотки первой подключен к одноименным электродам вентилей, другие электроды которых подключены к свободным одноименным с ним выводам разноименных фазных обмоток второй группы и свободному разноименному с ним выводу одноименной фазной обмотки третьей группы. Число витков фазной обмотки второй группы равно 1,8794·w, а число витков фазной обмотки третьей группы - 1,5321·w, где w - число витков фазной обмотки первой группы. Трансформатор дополнительно содержит четвертую и пятую группы вторичных фазных обмоток, соединенных каждая в разомкнутый треугольник. Общая точка одноименных выводов второй группы фазных обмоток соединена с одноименным с ней крайним выводом фазной обмотки четвертой группы. Общая точка одноименных выводов третьей группы фазных обмоток соединена с одноименным с ней крайним выводом фазной обмотки пятой группы. Общая точка свободных крайних выводов фазных обмоток четвертой и пятой групп и общая точка одноименных выводов фазных обмоток первой группы образуют выходные выводы. Фазная обмотка четвертой группы состоит из основной и дополнительной частей. Число витков фазной обмотки пятой группы и основной части фазной обмотки четвертой группы соответственно равно 0,844·w и 0,2931·w. Дополнительная часть фазной обмотки четвертой группы состоит из пары равных встречно последовательно соединенных частей, число витков каждой из которых равно 0,21756·w. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное. Технический результат заключается в увеличении надежности и повышении коэффициента полезного действия. Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит первичную обмотку первого трансформатора, начало которой соединено с анодом первого диода, катод которого соединен с анодом второго диода, катод которого соединен со стоком первого МДП-транзистора с n-каналом, затвор которого является входом для управляющего сигнала Uупр1, исток которого соединен со вторым входом преобразователя. Начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с анодом третьего диода, катодом соединенного с анодом четвертого диода, катодом соединенного со стоком второго МДП-транзистора с n-каналом, затвор которого является входом для управляющего сигнала Uупр2, а исток соединен с первым входом преобразователя. Входной конденсатор подключен параллельно входам преобразователя. Первый вывод накопительного конденсатора подключен между катодом первого диода и анодом второго диода, второй вывод накопительного конденсатора подключен между катодом третьего диода и анодом четвертого диода. Начало вторичной обмотки первого трансформатора подключено к положительному выходу преобразователя, а конец подключен к отрицательному выходу преобразователя. Первый вывод выходного конденсатора подключен к положительному выходу преобразователя, второй вывод выходного конденсатора - к отрицательному выходу преобразователя. 3 ил.
Наверх