М-фазный регулятор переменного напряжения

Авторы патента:

Зиновьев Геннадий Степанович (RU)

Харитонов Сергей Александрович (RU)

Сидоров Андрей Викторович (RU)

H02M5/257 - с использованием только полупроводниковых приборов

H02M5/12 - для преобразования только амплитуды напряжения или тока

Владельцы патента RU 2529887:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое по величине переменное напряжение, и может быть использовано для регулирования и стабилизации переменного напряжения на нагрузке в бортовых системах электроснабжения автономных объектов, а также в устройствах плавного пуска двигателей переменного напряжения. Технический результат заключается в создании более простого m-фазного регулятора переменного напряжения. Для этого заявленное устройство содержит m-высокочастотных трансформаторов со средней точкой, к вторичной стороне которых подключены полностью управляемые ключи переменного тока, причем в него дополнительно введены два диодных m-фазных моста с двумя дополнительными транзисторами в каждом мосту, при этом выводы одних половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам одного диодного m-фазного моста, а выходы соответствующих вторых половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам второго диодного m-фазного моста, к выходам мостов подключены по два последовательных транзистора, средние точки которых соединены с общей точкой источника питания. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое по величине переменное напряжение, и может быть использовано для регулирования и стабилизации переменного напряжения на нагрузке в бортовых системах электроснабжения автономных объектов, а также в устройствах плавного пуска двигателей переменного напряжения.

Известен m-фазный регулятор переменного напряжения, состоящий из однофазных регуляторов переменного напряжения, построенных на базе мостовых схем с полностью управляемыми ключами переменного тока, в состав которого также входят высокочастотный трансформатор и нагрузка (Модуляционные источники питания РЭА / Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. - Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. 336 стр. 39).

Недостатком такого регулятора является большое количество полностью управляемых ключей переменного тока на первичной и вторичной стороне трансформатора.

Известен m-фазный регулятор переменного напряжения, состоящий из однофазных регуляторов переменного напряжения (Модуляционные источники питания РЭА / Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. - Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. - 336 стр. 61), являющийся прототипом. Рассмотрим структуру такого m-фазного регулятора переменного напряжения на примере одной фазы. К первичной стороне трансформатора со средней точкой к верхнему и нижнему выводам подключены по два параллельных полностью управляемых ключа переменного тока и встречно-параллельный диод, к средней точке подключен источник входного напряжения, к вторичной стороне трансформатора к верхнему и нижнему выводам подключены полностью управляемые ключи переменного тока.

Недостатком такого регулятора является большое количество полностью управляемых ключей переменного тока на первичной стороне трансформатора m-фазного регулятора переменного напряжения, что усложняет схему.

Задачей предлагаемого изобретения является создание более простого m-фазного регулятора переменного напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что в m-фазном регуляторе переменного напряжения, содержащем m высокочастотных трансформаторов со средней точкой, к вторичной стороне которых подключены полностью управляемые ключи переменного тока, на первичной стороне трансформатора дополнительно введены два диодных m-фазных моста с двумя дополнительными транзисторами в каждом мосту, при этом выводы одних половинок первичных обмоток трансформатора подключены к входам одного диодного m-фазного моста, а выходы соответствующих вторых половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам второго диодного m-фазного моста, к выходам мостов подключены по два последовательных транзистора, средние точки которых соединены с общей точкой источника питания.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого m-фазного регулятора переменного напряжения на примере трехфазного регулятора переменного напряжения, на фиг.2 представлены диаграммы переменного напряжения на нагрузке Un и тока In одной из фаз регулятора, приведенные в относительных единицах. На фиг.3 представлены диаграммы переменного напряжения Еа и тока Iа на входе одной из фаз регулятора.

М-фазный регулятор переменного напряжения (фиг.1) содержит высокочастотные трансформаторы 1, 2, 3, имеющие первичную и вторичную обмотки со средними точками, к выводам одних половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам трехфазного диодного моста ДМ 4, содержащего диоды 5-10, к выходам которого подключены два последовательных транзистора 11-12, средние точки которых соединяются с общей точкой источника питания; выходы соответствующих вторых половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам второго трехфазного диодного моста ДМ 13, содержащего диоды 14-19 соответственно, к выходам которого подключены два последовательных транзистора 20-21, средние точки которых соединяются с общей точкой источника питания. К средним точкам первичных обмоток трансформатора подключается источник трехфазного входного напряжения ИВН 22, содержащий в себе три фазы 23, 24, 25. К концам вторичных обмоток трансформатора подключены полностью управляемые ключи переменного тока 26-27, 28-29, 30-31. Активно-индуктивная нагрузка Н32 - последовательное соединение активного сопротивления 33, 34, 35 и индуктивного сопротивления 36, 37, 38 в каждой фазе соответственно.

М-фазный регулятор переменного напряжения работает следующим образом. В случае, когда входное напряжение Еа в относительных единицах равняется единице, то оно полностью повторится и в нагрузке, когда напряжение ШИМ вольтодобавки равняется нулю (фиг.2). Рассмотрим случай, когда входное напряжение Еа меньше требуемого напряжения (фиг.3). В этом случае, на ключи переменного тока подаются управляющие прямоугольные импульсы широтно-импульсного регулирования, и напряжение на выходе Un будет являться суммой двух векторов - входного напряжения и напряжения вольтодобавки (фиг.2). Для протекания тока во вторичной обмотке трансформатора, на ключи переменного тока 13-14, 16-17, 19-20 подаются управляющие импульсы так, что для создания нулевой паузы в напряжении в каждой фазе управляющие импульсы перекрывают друг друга на требуемое время, тем самым создавая эффект нулевого вентиля, в результате чего входной ток Iа будет иметь импульсную составляющую. Для улучшения качества входного тока, очевидно, потребуется наличие соответствующего L-C фильтра на выходе каждой фазы источника напряжения (на фиг.1. не показан).

Таким образом, общее число управляемых транзисторов на первичной стороне трансформаторов предлагаемого регулятора переменного напряжения равно 4, независимо от числа фаз, т.е. он получается проще. В схеме регулятора прототипа общее число ключей переменного тока существенно больше, так как каждый ключ переменного тока содержит по два транзистора, а общее число ключей переменного тока на первичных обмотках трансформаторов равно 2 m, где m - число фаз, т.е. больше на 2, 8, 14, 20 при числе фаз 3, 6, 9, 12 соответственно.

Дополнительно, в рассмотренной системе регулирования напряжения обеспечивается повышенное напряжение на его выходе по сравнению с напряжением на входе, что используется для регулирования и стабилизации напряжения на нагрузке при снижении входного напряжения ниже номинального.

М-фазный регулятор переменного напряжения, содержащий m-высокочастотных трансформаторов со средней точкой, к вторичной стороне которых подключены полностью управляемые ключи переменного тока, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два диодных m-фазных моста с двумя дополнительными транзисторами в каждом мосту, при этом выводы одних половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам одного диодного m-фазного моста, а выходы соответствующих вторых половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам второго диодного m-фазного моста, к выходам мостов подключены по два последовательных транзистора, средние точки которых соединены с общей точкой источника питания.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройстве и способе управления, используемых при шунтировании блоков питания. Технический результат - уменьшение пульсации выходного напряжения.

Тиристорный регулятор переменного напряжения // 2510776

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве регулирующего органа стабилизаторов напряжения, к форме выходного напряжения которых предъявляются повышенные требования.

Регулятор переменного напряжения // 2507669

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения, причем качество входного и выходного токов остается высоким.

Регулятор переменного напряжения // 2501153

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения, причем качество выходного тока остается высоким.

Трехфазный регулятор переменного напряжения с защитой // 2499347

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры. Технический результат заключается в повышении надежности регулятора переменного напряжения путем диагностирования отказов в силовых ключах.

Частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения // 2462804

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может использоваться, например, в регуляторах температуры. .

Устройство для автоматического регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети // 2415033

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования напряжения в контактной сети на электрифицированном железнодорожном транспорте. .

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.

Система и способ снижения влияний гармоник на систему доставки энергии // 2388133

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности для управления двигателем переменного тока. .

Полупроводниковое устройство бесконденсаторного запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети // 2385527

Автоматический трехфазно однофазный фильтросимметрирующий нормализатор переменного напряжения // 2529195

Изобретение относится к области электротехники и содержит трехфазный трехстержневой трансформатор, обмотки которого соединены встречно в зигзаг. Свободные выводы первых обмоток подключены к входным зажимам, а свободные выводы вторых обмоток соединяются в одну общую нулевую точку для подключения однофазных нагрузок.

Устройство управления и способ управления, используемые при шунтировании блоков питания // 2518093

Устройство вольт-добавки электросети // 2517203

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно в сельской местности и пригородных садоводствах, электроснабжение которых осуществляется от трансформаторных подстанций (ТП) с достаточно протяженными воздушными линиями электропередачи, к концу которых сетевое напряжение недопустимо снижается, что нарушает качество предоставляемой услуги энергосбытовыми организациями.

Трехфазный емкостной преобразователь для электропитания активной нагрузки // 2515310

Изобретение относится к области электротехники. Трехфазный емкостный преобразователь для электропитания активной нагрузки содержит две группы из последовательно соединенных диода и накопительного конденсатора и две группы из последовательно включенных тиристора и интегрирующего конденсатора, включенных параллельно к соответствующим накопительным конденсаторам.

Устройство для регулирования или стабилизации однофазного или трехфазного напряжения // 2514272

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для регулирования и или стабилизации однофазного или трехфазного напряжения содержит исполнительный элемент, выполненный в виде двух последовательно включенных понижающего и повышающего трансформаторов, а также блок управления.

Способ питания электротехнических приборов и устройство для его осуществления // 2464693

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам и устройствам для питания электротехнических устройств. .

Зависимый многозонный инвертор однофазного переменного тока // 2418354

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве зависимого, т.е. .

Устройство для осуществления способа регулирования переменного напряжения // 2408129

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры, и может быть использовано для стабилизации и регулирования переменного напряжения, построения преобразователей и стабилизаторов переменного напряжения с широким диапазоном входного напряжения и повышенными требованиями к форме выходного напряжения и точности стабилизации.

Схема для передачи усиленной резонансной мощности на нагрузку // 2402135

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи мощности на нагрузку. .

Способ управления тиристорным регулятором напряжения трансформатора // 2398342

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования или стабилизации напряжения силовых и преобразовательных трансформаторов, в частности для питания индивидуальных потребителей в сетях с нестабильными параметрами.

Стабилизатор напряжения трансформаторных подстанций предприятия // 2540421

Стабилизатор напряжения трансформаторных подстанций предприятий относится к электротехнике, в частности к электроэнергетическим системам, и может быть использован для стабилизации напряжения питания потребителей трансформаторных подстанций промышленных и агропромышленных предприятий, предусматривающих подключение электронагревателей для дополнительного обогрева помещений, нагрева воды и т.п., а также объектов мясомолочной и пищевой промышленности, в технологических процессах которых требуется непрерывная подача пара. Стабилизатор трехфазного напряжения содержит вольтодобавочный трансформатор и два трехфазных ключа с общей системой управления. Первичные обмотки силовых трансформаторов основной и вспомогательной подстанций предприятия подключены к сети через первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора, вторичные обмотки силовых трансформаторов этих подстанций подключены к потребителям предприятия, а вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора одними выводами подключена к дополнительному электронагревателю и к первому трехфазному ключу, а другими к вторичной обмотке силового трансформатора вспомогательной подстанции, предназначенной для собственных нужд предприятия, к которой также подключен основной электронагреватель. Дополнительный электронагреватель выполнен из двух последовательно соединенных электронагревательных элементов, к точкам соединения которых подключен второй трехфазный ключ, а система управления выполнена с возможностью формирования управляющих импульсов для первого и второго трехфазных ключей и поочередного регулирования их длительности от периода коммутации до нуля, причем сначала у первого ключа при изменении сигнала управления от максимального положительного значения до нуля, а затем у второго ключа при изменении сигнала управления от нуля до максимального отрицательного значения, при этом сигнал управления поступает на систему управления с входа датчика отклонения выходного напряжения основной подстанции, питающей наиболее ответственные потребители предприятия. Технический результат от решения поставленной задачи заключается в рациональном энергопотреблении вследствие улучшения качества напряжения и тока на входе и выходе трансформаторных подстанций и снижения в связи с этим потерь, а также улучшении формы напряжения питания потребителей и повышении точности и быстродействия поддержания его на заданном уровне вследствие существенного уменьшения глубины модуляции добавочного напряжения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.