Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения



Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения
Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения
Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения
Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения
Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения
Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения
Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения
Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения
Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения

 


Владельцы патента RU 2473164:

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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления выпрямителем с емкостным фильтром на выходе при создании электромеханических систем. Технический результат - возможность формировать постоянное среднее значение выпрямленного напряжения трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения при изменении величины фазного тока. Для чего формируют прямоугольные импульсы напряжения, середины сформированных прямоугольных импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение первой гармоники фазного тока, вычисляют значение угла δ согласно выражению

где ω - круговая частота фазного напряжения питающей сети; L - фазная индуктивность выпрямителя; I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы; U1 - действующее значение фазного напряжения питающей сети; - относительное среднее значение выпрямленного напряжения выпрямителя, сформированные прямоугольные импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого выпрямителя. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления выпрямителем с емкостным фильтром на выходе при создании электромеханических систем, например, при создании электроприводов переменного тока.

Известен способ (авт.св. СССР №1460761, кл. Н02М 7/12, 1988) управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения, состоящим в том, что формируют эталонное напряжение, превышающее падение напряжения на включенном тиристоре, выделяют положительные значения каждого измеренного напряжения между анодом и катодом тиристора, формирование эталонного сигнала проводят путем суммирования всех выделенных положительных значений, сравнивают измеренные напряжения с эталонным напряжением, а сформированный импульс управления подают на управляющий электрод тиристора, напряжение на котором больше, чем эталонное напряжение.

Существенным недостатком данного способа является формирование входного тока выпрямителя несинусоидальной формы, что значительно снижает входной коэффициент мощности трехфазного трехуровневого выпрямителя.

Кроме того, известен способ управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения (Mehl, E.L.M., and Barbi, I. "Designe Oriented Analysis of a High Power Factor and Low Cost Three-Phase Rectifier", Proceeding of the 27th IEEE Power Electronics Specialists Conference, Baveno, Italy, June 23-27, Vol.1, PP.165-171, 1996), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью . Передние фронты импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети в моменты перехода напряжений через ноль, сформированные импульсы подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения, далее (выпрямителя).

Существенным недостатком данного способа является жесткая привязка передних фронтов импульсов напряжения к моментам перехода фазных напряжений через ноль и, как следствие, невозможность формировать постоянное среднее значение выпрямленного напряжения при изменении величины фазного тока.

Задачей изобретения является создание способа управления, позволяющего формировать постоянное среднее значение выпрямленного напряжения при изменении величины фазного тока.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью равной , середины импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение тока входной фазы выпрямителя, вычисляют значение угла δ согласно выражению

где ω - угловая частота фазного напряжения питающей сети;

L - фазная индуктивность выпрямителя;

I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы выпрямителя;

U1 - действующее значение фазного напряжения питающей сети;

- относительное среднее значение выпрямленного напряжения выпрямителя,

сформированные прямоугольные импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ относительно их середин, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей.

На фиг.1 приведена структурная схема системы управления, реализующая предлагаемый способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие способ управления; на фиг.3 - векторная диаграмма токов и напряжений, действующих во входной фазе выпрямителя.

Устройство (фиг.1) содержит трехфазную питающую сеть синусоидальных напряжений 1, 2, 3. Первая фаза питающей сети подключена к входу фазного дросселя 4, вторая и третья фаза питающей сети подключены к входам фазных дросселей 5 и 6 соответственно. Выходы фазных дросселей 4, 5, 6 соединены с входами 7, 8 и 9 трехфазного трехуровневого выпрямителя (ТТВ) 10, образующие входные фазы выпрямителя. В одной из входных фаз выпрямителя включен датчик тока 11. Одновременно фазы питающей сети соединены с входами генератора импульсов 12. Выход датчика тока 11 соединен с входом блока вычисления δ - 13, выход блока 13 соединен с первым входом блока сдвига 14, второй, третий и четвертый входы которого соединены с генератором импульсов 12. Выходы блока 14 подключены к управляющим входам двунаправленных ключей 15, 16, 17. Каждый двунаправленный ключ одним выводом подключен к входной фазе выпрямителя, а другим выводом - к общей точке 18 выходных конденсаторов 19, 20, включенных последовательно. Параллельно выходным конденсаторам включена нагрузка (Н) 21, которая также подключена к выходу выпрямителя.

Способ управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения осуществляется следующим образом. В генераторе импульсов 12 формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью , середины которых синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль. Полученные импульсы с блока 12 поступают на второй, третий и четвертый входы блока сдвига импульсов 14. С помощью датчика тока 11 измеряют величину действующего значения первой гармоники тока входной фазы выпрямителя, полученное значение передают в блок вычисления угла δ 13. Вычисляют значение угла δ и полученное значение передают в блок сдвига 14. В блоке сдвига 14 импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ (фиг.2, а, б). Импульсы, сдвинутые по фазе в сторону отставания на угол δ по отношению к фазному напряжению 1 питающей сети, подают на управляющий вход двунаправленного ключа 15. Импульсы, сдвинутые по фазе в сторону отставания на угол δ по отношению к фазным напряжениям 2, 3 питающей сети, подают на управляющие входы двунаправленных ключей 16 и 17 соответственно. Двунаправленные ключи переключают согласно импульсам и формируют на входах 7, 8 и 9 относительно общей точки 18 напряжения: u7-18, u8-18, u9-18 (фиг.2, в, г, д). Соответственно между нулем питающей сети и общей точкой 18 формируют напряжение (фиг.2, е), согласно выражению:

.

На входах 7, 8 и 9 относительно нуля питающей сети формируют напряжения u70, u80, u90 согласно выражениям:

u70=u7-18-u0-18;

u80=u8-18-u0-18;

u90=u9-18-u0-18,

первые гармоники которых получают сдвинутыми по фазе в сторону отставания относительно фазных напряжений питающей сети на угол δ (на фиг.2, ж показано только напряжение u70).

Таким образом, сдвиг напряжений u70, u80, u90 относительно фазных напряжений питающей сети на угол δ является условием, обеспечивающим формирование постоянным среднее значение выпрямленного напряжения при изменении величины фазного тока.

Покажем это, проанализировав электромагнитные процессы в одной входной фазе выпрямителя.

Согласно фиг.2 действующее значение первой гармоники напряжения u70 определяется, как:

это же напряжение согласно векторной диаграмме (фиг.3) можно записать:

где δ - угол между вектором фазного напряжения питающей сети и вектором первой гармоники напряжения u70.

Подставив (2) в (1), получим

или

где - некоторое базовое напряжение.

Из (4) видно, что для формирования постоянного заданного среднего значения выпрямленного напряжения при изменении величины тока входной фазы выпрямителя I1 необходимо определить изменение угла δ, обеспечивающее равенство данного выражения.

Из (4) получим:

Выражение (5) отражает зависимость угла δ при изменении тока I1 при заданной постоянной величине напряжения

Таким образом, предложенный способ позволяет формировать постоянное среднее значение выпрямленного напряжения при изменении величины фазного тока в отличие от прототипа, где угол между фазными напряжениями питающей сети и первой гармоникой напряжений u70, u80, u90 постоянный и не изменяется от величины тока входной фазы выпрямителя.

Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения, заключающийся в том, что формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью , сформированные импульсы подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого выпрямителя, отличающийся тем, что середины указанных прямоугольных импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение первой гармоники фазного тока выпрямителя, вычисляют значение угла δ согласно выражению

где ω - круговая частота фазного напряжения питающей сети;
L - фазная индуктивность выпрямителя;
I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы выпрямителя;
U1 - действующее значение фазного напряжения питающей сети;
- относительное среднее значение выпрямленного напряжения выпрямителя, сформированные прямоугольные импульсы напряжения сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей.



 

Похожие патенты:

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. .

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 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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, многопульсное, с равными углами коммутации вентилей. Технический результат заключается в повышении качества преобразования за счет устранения неравенства углов коммутации разных вентилей цепей и более рационального использования трансформирующих элементов, позволяющего повысить периодичность выпрямления до m = 18 или m = 24. Преобразователь в первом варианте содержит уравнительное устройство с тремя обмотками, каждая с дополнительным выводом, трансформатор с двумя обмотками, одноименные крайние выводы первой из которых подключены к фазным входным выводам, а второй - к входным выводам вентильного моста, первая обмотка содержит промежуточный вывод в каждой фазе, между каждой парой крайних выводов смежных фаз первой обмотки включен управляемый вентиль, образующий с двумя другими аналогично включенными управляемыми вентилями последовательное замкнутое соединение, каждый промежуточный вывод соединен с общей точкой пары обмоток уравнительного устройства, дополнительные выводы которых подключены к электродам управляемых вентилей, свободные электроды которых подключены к промежуточным выводам разноименных фазных обмоток, обмотки уравнительного устройства, реактанс которого выбран управляющим, индуктивно связаны, каждая общая точка пары обмоток уравнительного устройства делит число витков между смежными с ней дополнительными выводами на неравные части, а реактанс уравнительного устройства дополняет разность реактансов вентильных цепей разного уровня подключения к первой обмотке до нуля. Второй вариант преобразователя отличается от первого тем, что содержит дополнительные вентили и три дополнительные индуктивно связанные обмотки уравнительного устройства, каждая с дополнительным выводом, которые соединены между собой и крайними выводами первой обмотки аналогично соединению трех основных обмоток уравнительного устройства с вентилями и промежуточными выводами первой обмотки, каждая общая точка, одна - пары основных обмоток, а другая - пары дополнительных обмоток уравнительного устройства, делит число витков между смежными с ней дополнительными выводами на попарно неравные друг с другом неравные части, а реактанс основных обмоток уравнительного устройства, выбранный управляющим, дополняет разность реактансов вентильных цепей разного уровня подключения к первой обмотке до нуля. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх