Непосредственный преобразователь частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока

Авторы патента:

H02M5/27 - для преобразования частоты

Владельцы патента RU 2462805:

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

Предлагаемое изобретение «непосредственный преобразователь частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока» относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано для безтрансформаторного непосредственного преобразования трехфазного переменного напряжения в переменное, регулируемое по величине и частоте. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного напряжения и в системах частотного регулирования двигателей переменного напряжения. В классическую схему непосредственного преобразователя частоты, содержащего девять ключей переменного тока, введены также последовательные входные фильтровые реакторы, входные коммутируемые фильтровые конденсаторы, выходные коммутируемые фильтровые конденсаторы, причем коммутируемые фильтровые конденсаторы своими вторыми концами подключены соответственно к входам входных и выходных коммутаторов на диодных трехфазных мостовых схемах выпрямления, на выходах которых включены полностью управляемые вентили (транзисторы). В зависимости от состояния полностью управляемых вентилей коммутируемые конденсаторы подключаются ко входу или выходу преобразователя, превращая его соответственно в матричный конвертор напряжения или тока. Режим матричного конвертора тока позволяет получать технический результат - напряжение на выходе больше входного, режим матричного конвертора напряжения в большей части диапазона регулирования выходного напряжения не вносит ограничений в динамику его регулирования. 3 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано для безтрансформаторного непосредственного преобразования трехфазного переменного напряжения в переменное, регулируемое по величине и частоте. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного тока и в системах частотного регулирования двигателей переменного напряжения.

Известен непосредственный преобразователь частоты типа конвертора напряжения, образованный из совокупности трехфазных нулевых схем выпрямления на ключах переменного тока, к выходам схем подключаются фазы нагрузки, а соответствующие входы объединены и образуют входы трехфазного преобразователя часты (Чехет Э.М. и др. Непосредственные преобразователи частоты для электропривода. - Киев: Наукова думка, 1988, стр.15, рис.2г). В таком преобразователе коэффициент преобразования по напряжению не может быть больше единицы (максимально - 0,87) в качестве ключей используются либо включенные встречно-параллельно запираемые тиристоры, либо транзисторы.

Однако указанный преобразователь имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет получать выходное напряжение больше входного.

Известен также непосредственный преобразователь частоты типа конвертора тока, являющийся прототипом (Н.Nikkhajoei A Current Source Converter for High-Power Application, Proc. PESC2007, 2007, CD, paper 1-4244-0655-2/07 IEEE Fig.1). Он содержит три группы входных ключей переменного тока, соединенных одними концами в звезду, а вторыми концами объединенных между группами и образующих вход преобразователя частоты. В нем также присутствует три последовательно включенных фильтровых реактора на входе, три фильтровых конденсатора на выходе, соединенных звездой. Такой преобразователь, помимо регулирования частоты выходного напряжения, позволяет регулировать величину выходного напряжения выше величины входного напряжения.

Однако указанное устройство имеет ограниченные функциональные возможности из-за ограничения по регулированию вниз выходного напряжения конвертора, что требуется при снижении частоты выходного напряжения, а также ограничения по динамике регулирования выходного напряжения.

Задачей предлагаемого изобретения является создание непосредственного преобразователя частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока с расширенными функциональными возможностями за счет расширения регулирования вниз выходного напряжения конвертора и за счет улучшения динамических возможностей регулирования напряжения.

Это задача достигается тем, что в непосредственном преобразователе частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока, содержащем входные ключи переменного тока, объединенные в три группы, число которых равно числу выходных фаз преобразователя, входные ключи соединены в каждой группе одними концами и образуют трехфазную звезду, по числу фаз входного напряжения, другие концы упомянутых ключей каждой группы соединены с соответствующими другими концами входных ключей всех других групп и образуют вход вентильной части преобразователя частоты, содержащего еще три входных фильтровых реактора в каждой входной фазе преобразователя, а также три выходных фильтровых конденсатора, подключенные одними своими концами к выходу вентильной части преобразователя, образующим выход непосредственного преобразователя частоты, отличающийся тем, что к входам вентильной части преобразователя также дополнительно подключены одними своими концами три входных коммутируемых фильтровых конденсатора, вторые концы которых подключены к входам блока коммутатора входных фильтровых конденсаторов, состоящего из диодной трехфазной мостовой схемы выпрямления, к выходу которой подключен полностью управляемый вентиль, при этом ко вторым концам трех выходных коммутируемых фильтровых конденсаторов подключены входы коммутатора выходных фильтровых конденсаторов, состоящего из диодной трехфазной мостовой схемы выпрямления, к выходу которой подключен полностью управляемый вентиль.

На фиг.1 предоставлена схема предлагаемого непосредственного преобразователя частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока, рассматриваемого на примере преобразователя трехфазного входного напряжения в трехфазное выходное напряжение, на фиг.2 показана схема преобразователя для режима конвертора напряжения, на фиг.3 показана схема преобразователя для режима конвертора тока.

Предлагаемый непосредственный преобразователь частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока (фиг.1) трехфазного содержит блок входных фильтровых реакторов 1, блок коммутируемых входных фильтровых конденсаторов 2, блок коммутатора входных фильтровых конденсаторов 3, блок вентильной части непосредственного преобразователя частоты 4, блок коммутируемых выходных фильтровых конденсаторов 5, блок коммутатора выходных фильтровых конденсаторов 6. Блок входных фильтровых реакторов 1, содержащий реакторы 7-9, включен между входом преобразователя частоты и входом вентильной части непосредственного преобразователя частоты 4, имеющего девять ключей переменного напряжения (10-18), а к точке их соединения подключен блок входных фильтровых конденсаторов 2, содержащий конденсаторы 19-21, к выходу этого блока подключен блок коммутатора входных конденсаторов 3, выполненного по диодной трехфазной мостовой схеме 22, на выходе которой включен полностью управляемый вентиль 23. К выходу вентильной части непосредственного преобразователя частоты, образующему выход непосредственного преобразователя частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока, подключен блок коммутируемых выходных конденсаторов 5, состоящий из конденсаторов 24-26, к выходу этого блока подключен блок коммутатора выходных фильтровых конденсаторов 6, выполненного на диодной трехфазной мостовой схеме 27, на выходе которой включен полностью управляемый вентиль 28.

Непосредственный преобразователь частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока работает следующим образом. Он может функционировать в одном из двух режимов - режиме конвертора напряжения и режиме конвертора тока. В первом случае он превращается в непосредственный преобразователь частоты типа конвертора напряжения (матричный преобразователь напряжения), изображенный на фиг.2. Для этого полностью управляемый вентиль 23 должен быть включен, а полностью управляемый вентиль 28 - выключен. При этом блок коммутатора входных фильтровых конденсаторов 3 подключает входные фильтровые конденсаторы 19-21 к входу вентильной части непосредственного преобразователя частоты на ключах 10-18, соединяя конденсаторы в звезду через мостовую схему 22 и полностью управляемый вентиль 23. Наоборот, выключение полностью управляемого вентиля 28 разрывает точку соединения выходных фильтровых конденсаторов 24-26 через мостовую схему 27 и вентиль 28 и тем самым отсоединяет их от выхода преобразователя.

Во втором случае непосредственный преобразователь частоты превращается в непосредственный преобразователь частоты типа конвертора тока (матричный преобразователь тока), изображенный на фиг.3. Для этого полностью управляемый вентиль 23 должен быть выключен, а полностью управляемый вентиль 28 - включен. Выключение полностью управляемого вентиля 23 отключает входные фильтровые конденсаторы 19-21 от входа вентильной части непосредственного преобразователя частоты на ключах 10-18, разъединяя их звезду через мостовую схему 22 и вентиль 23. Наоборот, включение полностью управляемого вентиля 28 включает в звезду выходные фильтровые конденсаторы 24-26 через мостовую схему 27 и вентиль 28 и тем самым подсоединяет их к выходу преобразователя.

Во всем диапазоне регулирования частоты и величины выходного напряжения от нуля до уровня входного напряжения непосредственный преобразователь работает как конвертор напряжения, динамика регулирования напряжения которого ограничена только частотными свойствами ключей переменного напряжения, т.е. практически регулирование безынерционное. При достижении предельного значения выходного напряжения для этого режима и необходимости дальнейшего повышения величины выходного напряжения преобразователя он переводится указанным выше образом в режим конвертора тока. Здесь уже величина выходного напряжения преобразователя может, как известно, значительно превышать величину входного напряжения в зависимости от алгоритма управления и параметров нагрузки. Динамика его регулирования при этом будет определяться параметрами выходной цепи и преобразователя.

Таким образом, предлагаемый непосредственный преобразователь частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока имеет более широкие функциональные возможности за счет способности регулирования величины выходного напряжения от нулевого значения до значений, значительно превышающих уровень входного напряжения, и за счет того, что в большей части диапазона регулирования выходного напряжения нет ограничений по динамике его регулирования.

Непосредственный преобразователь частоты типа конвертора напряжения или конвертора тока, содержащий входные ключи переменного тока, объединенные в три группы, число которых равно числу выходных фаз преобразователя, входные ключи соединены в каждой группе одними концами и образуют трехфазную звезду, по числу фаз входного напряжения, другие концы упомянутых ключей каждой группы соединены с соответствующими другими концами входных ключей всех других групп и образуют вход вентильной части преобразователя частоты, содержащего еще три входных фильтровых реактора в каждой входной фазе преобразователя, а также три выходных фильтровых конденсатора, подключенные одними своими концами к выходу вентильной части преобразователя, образующему выход непосредственного преобразователя частоты, отличающийся тем, что к входам вентильной части преобразователя также дополнительно подключены одними своими концами три входных коммутируемых фильтровых конденсатора, вторые концы которых подключены к входам блока коммутатора входных коммутируемых фильтровых конденсаторов, состоящего из диодной трехфазной мостовой схемы выпрямления, к выходу которой подключен полностью управляемый вентиль, при этом ко вторым концам трех выходных коммутируемых фильтровых конденсаторов подключены входы коммутатора выходных фильтровых конденсаторов, состоящего из диодной трехфазной мостовой схемы выпрямления, к выходу которой подключен полностью управляемый вентиль.

Изобретение относится к электротехнике. .

Векторный способ управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке // 2444833

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке, входящим в состав автономной системы генерирования электрической энергии, системы бесперебойного электропитания, системы электроснабжения и др.

Устройство для управления скоростью асинхронного электродвигателя (варианты) // 2424612

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах электровозов с асинхронными электродвигателями при питании от сетей переменного или постоянного тока, что свойственно для протяженных скоростных магистралей, имеющих участки сети переменного и постоянного тока.

Устройство формирования и регулирования напряжения матричного непосредственного преобразователя частоты с высокочастотной синусоидальной шим // 2422975

Непосредственный трехфазный преобразователь частоты с естественной коммутацией // 2421867

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в автономных системах электроснабжения для стабилизации частоты и напряжения источников электроэнергии с повышенной частотой генерируемого напряжения.

Повышающе-понижающий непосредственный преобразователь частоты // 2408968

Частотный электропривод // 2407141

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе. .

Регулируемый транзисторный редуктор трехфазного асинхронного двигателя, питающегося от однофазной сети // 2402864

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе для питания асинхронных трехфазных и синхронных электродвигателей. .

Способ скалярного управления матричным преобразователем частоты // 2395891

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе для регулирования трехфазного напряжения и частоты на выходе матричного преобразователя, который выполнен на 9 транзисторах в узлах решетки, образованной пересечениями i=1, 2 трехфазных горизонтальных шин питания и j=1, 2 трехфазных вертикальных шин нагрузки.

Векторный способ управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке // 2394346

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным статическим преобразователем при несимметричной нагрузке. .

Преобразователь частоты // 2470438

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроприводах переменного тока, управляемых оптоэлектронными изоляторами, и источниках вторичного электропитания

Многозонный матричный преобразователь частоты // 2472280

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано для непосредственного преобразования трехфазного переменного напряжения в переменное, регулируемое по величине и частоте

Устройство защиты матричного каскадного преобразователя частоты // 2475930

Широкополосный трехфазный преобразователь частоты с явно выраженным звеном постоянного тока для питания трехфазного асинхронного электродвигателя // 2482593

Изобретение относится к устройствам широкополосного преобразования частоты, ведомых сетью, и может быть использовано в электроприводе для управления скоростью асинхронных электродвигателей

Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока // 2507670

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока для летательных аппаратов. Система содержит синхронный генератор без вывода нулевого провода с возбуждением от постоянных магнитов и шестифазной обмоткой на статоре, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного по выходу непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией (циклоконвертора), каждая выходная фаза которого собрана по схеме шестифазного реверсивного выпрямителя, в котором последовательно с каждой парой встречно-параллельно соединенных тиристоров включен дроссель, к выходу каждой выходной фазы подключен конденсатор низкочастотного фильтра, в статический преобразователь электрической энергии вводится еще одна фаза непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, выход данной фазы соединен с нулевым проводом нагрузок системы генерирования. Технический результат - повышение входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии. 4 ил.

Трансформатор-выпрямитель высоковольтный // 2537953

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при конструировании высоковольтных малогабаритных выпрямителей для электропитания мощной радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в повышении надежности устройства на пробой. Для этого заявленное устройство, собранное по трехфазной мостовой схеме выпрямления, дополнительно содержит диэлектрический стержень, установленный в центре трехфазного трансформатора, выполненный с резьбовой поверхностью на незакрепленном конце и гайкой, фиксирующей последовательно размещенные на нем первую коллекторную шайбу, первый высоковольтный конденсатор, металлическую шайбу, второй высоковольтный конденсатор, вторую коллекторную шайбу, а также диэлектрические центрирующие шайбы, которые установлены в центральные цилиндрические отверстия коллекторных и металлической шайб. При этом толщина диэлектрических центрирующих шайб соответствует толщине коллекторных шайб и металлической шайбы, в которые они установлены. Начала вторичных обмоток соединены по схеме «звезда» посредством металлической шайбы, а концы вторичных обмоток с соответствующими анодами полупроводниковых вентилей катодной группы и катодами полупроводниковых вентилей анодной группы - пайкой. Катоды полупроводниковых вентилей катодной группы соединены посредством второй коллекторной шайбы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство передачи n-фазной системы напряжений по двухпроводной сети // 2543500

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет передачи n-фазного напряжения по двухпроводной сети. Устройство передачи n-фазной системы напряжений по двухпроводной сети, содержащее нагрузку 13i (i=1…n), нулевой провод С0-С0вых, подключенный к нулевой точке многофазной системы ЭДС по схеме «звезда», первую группу ключей 9i (i=1…n), n входов 8i (i=1…n) фаз многофазной системы ЭДС, каждая из которых подсоединена к первому входу одноименного ключа 9i (i=1…n) первой группы, дополнительно включены вторая группа ключей 12i (i=1…n), генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, элемент И 2, счетчик 3, схема сравнения 4, регистр 5, дешифратор 6, первые формирователи сигналов 7i (i=1…n), группа элементов задержки 10i (i=1…n), вторые формирователи сигналов 11i (i=1…n), выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу 15 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 6 и к первому входу схемы сравнения 4, второй вход которой подсоединен к выходу регистра 5, а выход - к второму входу счетчика 3, вход регистра 5 подсоединен к входу 14 устройства, выходы дешифратора 6 подсоединены к входам одноименных первых формирователей сигналов 7i (i=1…n) и через одноименные элементы задержки 10i (i=1…n) к входам одноименных вторых формирователей сигналов 11i (i=1…n), выходы первых формирователей сигналов 7i (i=1…n) подсоединены к управляющим входам ключей 9i (i=1…n) первой группы, выход каждого из которых подсоединен к входной линии передачи С1, выход которой подсоединен к выходной линии передач С1вых, выход которой подсоединен к первым входам второй группы ключей 12i (i=1…n), управляющий вход каждого из которых подсоединен к выходу одноименных вторых формирователей сигналов 11i (i=1…n), а выход - к нагрузке 13i (i=1…n). 1 ил.

Регулятор переменного напряжения // 2544379

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения. Регулятор может быть использован как стабилизатор трехфазного переменного напряжения, безтрансформаторное устройство повышения переменного напряжения, регулируемый источник стабильного переменного напряжения и как устройство плавного пуска асинхронных двигателей. Регулятор содержит на входе реактор, включенный в источник питания, причем в него введены в каждую фазу по одному конденсатору, который параллельно соединен с источником питания со своим реактором, также введены два трехфазных диодных моста и два транзистора, вход первого трехфазного диодного моста соединен с одним концом цепи, состоящей из источника питания, конденсатора и реактора, а к выходу первого диодного моста подсоединен первый транзистор, при этом другой конец цепи соединен с вторым трехфазным диодным мостом, к выходу которого подсоединен второй транзистор, также к входу этого трехфазного диодного моста подсоединена нагрузка, состоящая из последовательно соединенных реактора и активного сопротивления. Технический результат - обеспечивает регулирование и повышение напряжения без использования трансформатора сетевого напряжения. 3 ил.

Регулятор переменного напряжения // 2566668

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения, причем качество входного и выходного токов остается высоким, а входной ток имеет к тому же опережающий характер по отношению к входному напряжению. Технический результат заключается в создании регулятора переменного напряжения с широким диапазоном регулирования. Для этого предлагаемый регулятор переменного напряжения содержит в каждой фазе реакторы, включенные последовательно с источником питания и нагрузкой, два трехфазных диодных выпрямительных моста, две группы накопительных конденсаторов, включенные последовательно соответственно первой и второй группой между точками соединения реакторов с выводами нагрузки и выводами переменного тока обоих трехфазных диодных выпрямительных мостов, а к выводам постоянного тока каждого диодного выпрямительного моста подключены в проводящем направлении транзисторы. 2 ил.

Высоковольтный преобразователь частоты с накопителем энергии // 2579009

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многокаскадных высоковольтных преобразователях частоты, фазы которых состоят из группы последовательно соединенных силовых преобразовательных ячеек. Технический результат - уменьшение колебаний электроэнергии, потребляемой преобразователем из сети при изменениях его нагрузки. В каждой фазе преобразователя частоты последовательно соединены однофазные ячейки (1-5), входы которых подключены к вторичным обмоткам многообмоточного силового трансформатора (6). Каждая однофазная ячейка содержит управляемый выпрямитель (7), инвертор (8) напряжения с широтно-импульсной модуляцией и блок управления (12). Выход инвертора (8) шунтирован первым коммутатором (9). В каждой фазе преобразователя часть однофазных ячеек снабжена накопителем электроэнергии (10), который через второй коммутатор (11) подключен к выходу выпрямителя (7). Блок управления (12) каждой однофазной ячейки, снабженной накопителем (10), выполнен с возможностью перевода этой ячейки в режим накопления энергии и в режим выдачи накопленной энергии. В первом из этих режимов выпрямитель (7) и коммутаторы (9) и (11) включены, а инвертор (8) выключен. Во втором режиме выпрямитель (7) и коммутатор (9) выключены, коммутатор (11) включен, инвертор (8) включен и работает. 2 ил.