Трехфазный активный выпрямитель

Авторы патента:

Козярук Анатолий Евтихиевич (RU)

Васильев Богдан Юрьевич (RU)

Свириденко Алексей Олегович (RU)

H02M7/217 - с использованием только полупроводниковых приборов

Владельцы патента RU 2467462:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" (RU)

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для питания электроприводов постоянного тока, в составе преобразователей частоты для питания электроприводов переменного тока, в системах электропитания постоянным током, в силовых выпрямительных установках, питающихся от источников электрической энергии ограниченной мощности. Трехфазный активный выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, на входе снабжен датчиками входных фазных токов, а система управления снабжена вычислителем ненаблюдаемых координат электропривода, двумя источниками постоянного тока, блоком перемножения, линейным регулятором выпрямленного напряжения, релейными регуляторами активной и реактивной энергии, определителем фазового сектора и блоком выбора вектора напряжения. Техническим результатом является обеспечение коэффициента мощности выпрямителя, равного единице, упрощение и повышение надежности выпрямителя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Известен трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель (патент RU 2246169, опубл. 10.02.2005). Основными составными элементами выпрямителя являются диодный трехфазный мост, фильтровые конденсаторы и ограничитель пускового тока между средней точкой фильтровых конденсаторов и нейтралью сети.

Недостатками такого выпрямителя являются большие массогабаритные показатели реактивных элементов, низкое качество выпрямленного напряжения (высокий уровень пульсаций), отсутствие возможности его регулирования и стабилизации, а также малое значение коэффициента мощности, обусловленное высоким содержанием высших гармоник в спектре тока, потребляемого из питающей сети. Последние недостатки определяют низкий уровень электромагнитной совместимости указанного выпрямителя с питающей сетью и с нагрузкой.

Известен трехфазный управляемый выпрямитель (патент RU 2279178, опубл. 27,06.2006), принятый за прототип. Трехфазный управляемый выпрямитель состоит из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтра, трех датчиков входного напряжения, датчика выпрямленного напряжения и системы управления. В блоке силовых вентилей в качестве ключей используются полностью управляемые полупроводниковые приборы. В систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей.

Недостатками выпрямителя являются сложная структура и относительно ненадежная система управления ключами выпрямителя, низкое быстродействие системы управления.

Техническим результатом изобретения является обеспечение коэффициента мощности выпрямителя, равного единице, упрощение и повышение надежности выпрямителя.

Технический результат достигается тем, что трехфазный активный выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, на полностью управляемых вентилях-транзисторах, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, на входе снабжен датчиками входных фазных токов, а система управления снабжена вычислителем, двумя источниками постоянного тока, блоком перемножения, линейным регулятором выпрямленного напряжения, релейными регуляторами активной и реактивной энергии, определителем фазового сектора и блоком выбора вектора напряжения, при этом входные выводы вычислителя соединены с датчиками входных фазных токов и выходными выводами блока выбора вектора напряжения и датчиком выпрямленного напряжения, а выходные выводы - с первыми входными выводами релейных регуляторов активной и реактивной энергии и определителем фазового сектора, выходной вывод определителя фазового сектора соединен с первым входным выводом блока выбора вектора напряжения, второй входной вывод релейного регулятора реактивной энергии соединен с источником постоянного тока, а выходной вывод - со вторым входным выводом блока выбора вектора напряжения, входные выводы линейного регулятора выпрямленного напряжения соединены с источником постоянного тока и датчиком выпрямленного напряжения, а выходной вывод - с первым входным выводом блока перемножения, второй входной вывод которого соединен с датчиком выпрямленного напряжения, выходной вывод блока перемножения соединен со вторым входным выводом релейного регулятора активной энергии, выходной вывод которого соединен с третьим входным выводом блока выбора вектора напряжения, а выходные выводы блока выбора вектора напряжения соединены с управляющими выводами транзисторов.

Линейный регулятор выпрямленного напряжения может быть выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора, а релейные регуляторы активной и реактивной энергии могут быть выполнены в виде двухпозиционных релейных регуляторов с гистерезисной петлей без зоны нечувствительности.

Структурная схема трехфазного активного выпрямителя представлена на фиг 1. Трехфазный активный выпрямитель состоит из блока силовых вентилей 1, собранных по трехфазной мостовой схеме, на полностью управляемых вентилях-транзисторах 13, 14, 15, 16, 17, 18, датчика выпрямленного напряжения 2, датчиков входных фазных токов 19 и системы управления 3.

В состав системы управления входят вычислитель 4, линейный регулятор выпрямленного напряжения 5, релейные регуляторы активной 6 и реактивной энергии 7, определитель фазового сектора 8, блок выбора вектора напряжения 9, источники постоянного тока 10 и 11, блок перемножения 12.

Входные выводы вычислителя 4 соединены с датчиками входных фазных токов, выходными выводами блока выбора вектора напряжения 9 и датчиком выпрямленного напряжения 2, а выходные выводы - с первыми входными выводами релейных регуляторов активной 6 и реактивной энергии 7 и определителем фазового сектора 8. Выходной вывод определителя фазового сектора 8 соединен с первым входным выводом блока выбора вектора напряжения 9. Второй входной вывод релейного регулятора реактивной энергии 7 соединен с источником постоянного тока 11, а выходной вывод - со вторым входным выводом блоком выбора вектора напряжения 9. Входные выводы линейного регулятора выпрямленного напряжения 5 соединены с источником постоянного тока 10 и датчиком выпрямленного напряжения 2, а выходной вывод - с первым входным выводом блока перемножения 12, второй входной вывод которого соединен с датчиком выпрямленного напряжения 2. Выходной вывод блока перемножения 12 соединен со вторым входным выводом релейного регулятора активной энергии 6, выходной вывод которого соединен с третьим входным выводом блока выбора вектора напряжения 9. Выходные выводы блока выбора вектора напряжения 9 соединены с управляющими выводами транзисторов.

Выпрямитель работает следующим образом. С помощью источника постоянного тока 10 устанавливают постоянное значение выпрямленного напряжения, а с помощью источника постоянного тока 11 устанавливают нулевое значение реактивной энергии. В вычислителе 4 рассчитывают текущее значение активной и реактивной энергии и угол поворота вектора входного напряжения выпрямителя.

В определителе фазового сектора 8 по углу поворота вектора входного напряжения выпрямителя определяют номер сектора, в котором находится вектор входного напряжения выпрямителя. На фиг.2 показано положение этого вектора. За один полный период вектор U последовательно перемещается из сектора 1 в сектора 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и опять в сектор 1. Угол φ_U при этом изменяется от 0 до 2π. Информация о номере сектора поступает на входной вывод блока выбора вектора напряжения 9, где по номеру сектора выбирают столбец таблицы переключения.

Постоянное значение выпрямленного напряжения поступает на входной вывод линейного регулятора выпрямленного напряжения 5, в качестве которого используют пропорционально-интегральный регулятор. Информация с выхода линейного регулятора выпрямленного напряжения 5 поступает на первый входной вывод блока перемножения 12, а на второй входной вывод поступает информация с датчиком выпрямленного напряжения 2. В результате операции перемножения формируют уставку на заданное значение активной энергии. Она поступает на первый входной вывод релейного регулятора активной энергии 6, а на второй входной вывод поступает информация о текущем значении активной энергии. Информация с выходного вывода релейного регулятора активной энергии 6 в виде единичных импульсов поступает на третий входной вывод блока выбора вектора напряжения 9.

Информация о текущем значении реактивной энергии поступает на первый входной вывод релейного регулятора реактивной энергии 7, на первый входной вывод устанавливают нулевое значение реактивной энергии. Информация с выходного вывода релейного регулятора реактивной энергии 7 в виде единичных импульсов поступает на второй входной вывод блока выбора вектора напряжения 9.

В блоке выбора вектора напряжения 9 по номеру сектора выбирают столбец таблицы переключения, а по значению выходных сигналов релейных регуляторов активной и реактивной энергии выбирают строку таблицы переключения. По пересечению указанных строки и столбца выбирают вектор напряжения выпрямителя, с возможностью поддержания вектора входного тока синфазно с вектором напряжения выпрямителя. Выбор вектор напряжения выпрямителя осуществляется в автоматическом режиме. Частота выбора равна частоте коммутации силовых вентилей трехфазного активного выпрямителя 12 кГц. Таблица переключения блока выбора вектора напряжения 9 представлена на фиг.3.

Таким образом, выпрямитель обеспечивает коэффициент мощности выпрямителя, равный единице, упрощается конструкция и повышается надежность выпрямителя, что приводит к повышению качества управления и стабилизации выпрямленного напряжения.

1. Трехфазный активный выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме на полностью управляемых вентилях-транзисторах, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, отличающийся тем, что на входе он снабжен датчиками входных фазных токов, а система управления снабжена вычислителем ненаблюдаемых координат электропривода, двумя источниками постоянного тока, блоком перемножения, линейным регулятором выпрямленного напряжения, релейными регуляторами активной и реактивной энергии, определителем фазового сектора и блоком выбора вектора напряжения, при этом входные выводы вычислителя соединены с датчиками входных фазных токов и выходными выводами блока выбора вектора напряжения и датчиком выпрямленного напряжения, а выходные выводы - с первыми входными выводами релейных регуляторов активной и реактивной энергии и определителем фазового сектора, выходной вывод определителя фазового сектора соединен с первым входным выводом блоком выбора вектора напряжения, второй входной вывод релейного регулятора реактивной энергии соединен с источником постоянного тока, а выходной вывод - со вторым входным выводом блоком выбора вектора напряжения, входные выводы линейного регулятора выпрямленного напряжения соединены с источником постоянного тока и датчиком выпрямленного напряжения, а выходной вывод - с первым входным выводом блока перемножения, второй входной вывод которого соединен с датчиком выпрямленного напряжения, выходной вывод блока перемножения соединен со вторым входным выводом релейного регулятора активной энергии, выходной вывод которого соединен с третьим входным выводом блока выбора вектора напряжения, а выходные выводы блока выбора вектора напряжения соединены с управляющими выводами транзисторов.

2. Выпрямитель по п.1 отличающийся тем, что линейный регулятор выпрямленного напряжения выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора, а релейные регуляторы активной и реактивной энергии выполнены в виде двухпозиционных релейных регуляторов с гистерезисной петлей без зоны нечувствительности.

Похожие патенты:

Вентиль электрический // 2451385

Изобретение относится к области электроники и электротехники и может быть использовано в выпрямителях, в устройствах с параллельным соединением источников напряжения питания на общую нагрузку и т.п.

Источник вторичного электропитания // 2271598

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям переменного напряжения в постоянное для обеспечения защиты нагрузки от перенапряжений, возникающих в источнике переменного напряжения.

Компенсационный стабилизатор напряжения // 2195759

Изобретение относится к электротехнике. .

Источник питания // 2190293

Изобретение относится к блокам питания, в особенности к схемам выпрямителей, выполненных на полевых МОП-транзисторах. .

Источник питания с защитой от перегрузок // 2180464

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах питания устройств автоматики и вычислительной техники. .

Преобразователь напряжения // 2179781

Способ релейного управления m-фазным преобразователем на двухоперационных вентилях // 2178616

Источник вторичного электропитания // 2178233

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям переменного напряжения в постоянное с электрической изоляцией входного и выходного напряжений, и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания электронных или электротехнических приборов различного назначения.

Источник вторичного электропитания // 2138113

Изобретение относится к устройствам преобразования переменного напряжения в постоянное со сниженным, по отношению к сетевому, выходным напряжением. .

Источник вторичного электропитания // 2123755

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям переменного напряжения в постоянное с электрической изоляцией входного и выходного напряжений и может быть использовано в качестве источника вторичного электропитания для электронных приборов самого различного назначения.

Способ эксплуатации преобразовательной схемы и устройство для осуществления способа // 2478253

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано при эксплуатации преобразовательной схемы

Многозонный преобразователь постоянного тока в переменный // 2523001

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования постоянного тока в регулируемый переменный, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока и в качестве регулируемого второго преобразователя в преобразователях частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения. Технический результат заключается в создании более простого многозонного преобразователя постоянного тока в переменный с повышенными массогабаритными параметрами, меньшим обратным напряжением на вентилях, с уменьшенным количеством катушек индуктивности и улучшенными энергетическими показателями, что ведет к упрощению преобразователя. Для этого заявленное устройство содержит источник тока, 3-фазную мостовую схему, в которой каждое плечо моста выполнено из 2 групп n-последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей, к точкам соединения которых в каждом плече моста введены дополнительно две группы неуправляемых вентилей, причем одна группа n управляемых вентилей подключена катодом крайнего вентиля к нагрузке, а анодом другого крайнего вентиля группы - к «+» источника тока, вторая группа управляемых вентилей подключена анодом крайнего вентиля к нагрузке, а катодом - к «-» источника тока, при этом между анодом последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и нагрузкой включены диоды первой дополнительной группы, катодами к нагрузке, аналогично, между катодами управляемых вентилей второй группы и нагрузкой также включены диоды второй дополнительной группы, анодами к нагрузке. 3 ил.

Рекуператор электроэнергии для преобразователей частоты со звеном постоянного тока // 2549198

Изобретение относится к области электротехники. Рекуператор электроэнергии для преобразователей частоты со звеном постоянного тока, содержащий однофазный транзисторный мост, состоящий из четырех транзисторов, параллельно которым соединены четыре диода. Устройство содержит конденсатор, первый шунт и последовательно соединенный с ним сглаживающий дроссель, звено постоянного тока, датчик напряжения звена постоянного тока, датчик напряжения сети. Рекуператор электроэнергии содержит блок управления, выходы которого соединены с однофазным транзисторным мостом, реле и пятым транзистором, включенным в разрыв положительной линии звена постоянного тока, а входы блока управления соединены с датчиками напряжения сети и напряжения в звене постоянного тока, а также четырьмя шунтами; при этом второй шунт установлен последовательно со звеном постоянного тока, а третий и четвертый шунты установлены в разрыв цепей истоков третьего и четвертого транзисторов. Технический результат - получение коэффициента мощности, близкого к единице, возможность передачи энергии как в прямом, так и в обратном направлении, уменьшение массогабаритных показателей сглаживающих фильтров за счет повышения быстродействия системы управления. 1 ил.

Система электропитания с пониженными потерями мощности, электронное устройство и контроллер // 2556700

Предлагается система (200) электропитания, которая содержит первый вход (206), выход (218), преобразователь (204) постоянного тока в постоянный ток, выпрямительную схему (212) и ограничитель (214) напряжения. Напряжение переменного тока принимается первым входом. Питание подается в нагрузку (216) через выход. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток содержит второй вход (203), который связан емкостной связью с первым входом, при этом преобразователь постоянного тока в постоянный ток подает питание на выход. Выпрямительная схема связана емкостной связью с первым входом и подключена между первым входом и выходом. Выпрямительная схема подает выпрямленное выходное напряжение на выход. Ограничитель напряжения связан с выходом и ограничивает выпрямленное напряжение предварительно определенным напряжением. Технический результат - уменьшение потерь мощности. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 17 ил.

Пятиуровневый выпрямитель // 2584240

Настоящее изобретение относится к пятиуровневому выпрямителю, содержащему первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели, первый и второй конденсаторы шины постоянного тока, фазовый конденсатор, а также первый, второй, третий и четвертый диодные модули. Упомянутые первый, второй, третий и четвертый диодные модули соединены последовательно, упомянутые первый и второй конденсаторы шины постоянного тока соединены последовательно и упомянутые второй и третий силовые полупроводниковые переключатели соединены последовательно. Упомянутый первый диодный модуль соединен с упомянутым первым конденсатором шины постоянного тока и первым силовым полупроводниковым переключателем, а упомянутый четвертый диодный модуль соединен с упомянутым вторым конденсатором шины постоянного тока и упомянутым четвертым силовым полупроводниковым переключателем. Упомянутый фазовый конденсатор имеет один зажим, соединенный с упомянутыми первым и вторым силовыми полупроводниковыми переключателями, и еще один зажим, соединенный с упомянутыми третьим и четвертым силовыми полупроводниковыми переключателями. Технический результат - уменьшение гармонических и электромагнитных помех. 4н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 ил.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное // 2589030

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.

Схема обратноходового драйвера быстрого пуска и способ возбуждения // 2637775

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для возбуждения мощной нагрузки, например светодиодной трубки для подсветки в жидкокристаллическом дисплее. Техническим результатом является ускорение возбуждения и снижение энергопотребления. Схема обратноходового драйвера быстрого пуска включает устройство ввода напряжения, трансформатор, включающий первичную обмотку, вторичную обмотку и вспомогательную обмотку, устройство возбуждения для управления первичной обмоткой трансформатора, нагрузочное устройство и устройство управления с обратной связью. Нагрузочное устройство выполняет процесс зарядки на основании постоянного тока от устройства ввода напряжения, чтобы позволить довести выходное напряжение до пускового значения, которое подается на устройство возбуждения. Устройство возбуждения выводит управляющий сигнал для возбуждения первичной обмотки. Таким образом, создается напряжение на вспомогательной обмотке. Устройство управления с обратной связью получает напряжение вспомогательной обмотки и определяет прекратить ли зарядку нагрузочного устройства или нет на основании напряжения вспомогательной обмотки. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

Преобразователь переменного напряжения в переменное // 2645726

Настоящее изобретение относится к преобразователю (1) переменного напряжения в переменное, содержащему первый и второй входной вывод (ACin1, ACin2) переменного тока, а также первый и второй выходной вывод (ACout1, ACout2) переменного тока. Входное устройство (Bin) подсоединено между входным узлом (11), общим узлом (12), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом входной узел (11) соединен с первым входным выводом (ACin1) переменного тока через первую входную индуктивность (Lin1). Выходное устройство (Bout) подсоединено между выходным узлом (13), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом выходной узел (13) соединен с первым выходным выводом (ACout1) переменного тока через выходную индуктивность (Lout1). Общее устройство (Вс) подсоединено между общим узлом (12), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом общий узел (12) соединен со вторым входным выводом (ACin2) переменного тока через общую индуктивность (Lc). Предусмотрено управляющее устройство для управления переключателями выходного устройства (Bout) и общего устройства (Вс). Выходное устройство (Bout) содержит первый и второй выходные переключатели (Sout1, Sout2). Общее устройство (Вс) содержит первый и второй общие переключатели (Sc1, Sc2). Второй входной вывод (ACin2) переменного тока соединен со вторым выходным выводом (ACout2) переменного тока. Входное устройство (Bin) содержит первый и второй диоды (Din1, Din2) и двунаправленный переключатель (BS), подсоединенный между входным узлом (11) и общим узлом (12), при этом управляющее устройство также управляет двунаправленным переключателем (BS). 10 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ преобразования переменного тока в постоянный ток и соответствующее устройство // 2647706

Изобретение относится к способу преобразования переменного тока в постоянный ток. Технический результат состоит в повышении надежности преобразования за счет ограничения амплитуды пусковых токов. Для этого преобразователь содержит трехфазный мост, в котором по меньшей мере одно плечо включает в себя первый ключ и второй ключ, установленные последовательно, при этом способ содержит этап регулирования выходного постоянного напряжения, который осуществляется преобразователем. Способ также содержит переходный этап, предшествующий этапу регулирования, при этом на переходном этапе формируют сигналы для управления первым и вторым ключами, которые позволяют ограничивать амплитуду пусковых токов при подключении преобразователя к сети переменного тока. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.