Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения. Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения включает выходные инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит первый высокочастотный и второй мосты и конденсатор, при этом цепи постоянного тока первого и второго мостов подсоединены параллельно к конденсатору, цепь переменного тока второго моста соединена последовательно с цепями переменного тока вторых мостов других выходных инверторно-рекуперационных модулей таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду, а также первые и вторые высокочастотные трансформаторы и входные инверторно-рекуперационные модули, каждый из последних содержит высокочастотный мост и конденсатор, при этом цепи постоянного тока моста подсоединяют параллельно к конденсатору, причем цепи переменного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей и первых мостов выходных инверторно-рекуперационных модулей соединяют между собой параллельно по переменному току через высокочастотные трансформаторы, цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения. Изобретение позволяет получить технический результат - снизить массогабаритные показатели и повысить КПД преобразователя при работе от линии высокого постоянного напряжения. 1 ил.

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения.

Известны устройства распределения мощности в бестрансформаторных многоуровневых преобразователях частоты [1], в которых напряжение в звене постоянного тока делится на необходимое число уровней за счет последовательного соединения буферных конденсаторов, а выходные цепи преобразователя в каждый момент времени через последовательно соединенные силовые ключи подсоединяются к требуемому узлу в соединении буферных конденсаторов.

Существенными недостатками таких устройств являются относительно низкая надежность, обусловленная возможностью возникновения на буферных конденсаторах и силовых ключах недопустимо высокого напряжения, а также потеря работоспособности всего устройства при выходе из строя какого-либо элемента.

Известно также устройство распределения мощности [2], содержащее силовой низкочастотный (50-60 Гц) трансформатор, выходной фильтр, инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит два однофазных моста, состоящих из силовых транзисторов с обратными диодами, и батарею буферных конденсаторов, причем цепи постоянного тока обоих мостов подсоединены параллельно батарее буферных конденсаторов, цепь переменного тока первого моста подсоединена к одной из вторичных обмоток силового трансформатора, а цепь переменного тока второго моста, являющаяся выходом модуля, подсоединена последовательно с выходами других модулей таким образом, что образуются три группы, соединенные в звезду, к выходу которой подключен выходной фильтр.

Достоинством указанного преобразователя является наличие функции рекуперации энергии, а также возможность построения преобразователя с высокой надежностью работы при постановке на инверторно-рекуперационные модули байпасных контуров, обеспечивающих работоспособность преобразователя частоты в целом при выходе из строя какого-либо инверторно-рекуперационного модуля.

Однако это устройство обладает и недостатками, например высокие массогабаритные показатели низкочастотного (50-60 Гц) трансформатора и большая суммарная емкость буферных конденсаторов, требующаяся для уменьшения низкочастотных провалов напряжения в звеньях постоянного тока инверторно-рекуперационного модулей.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному и взятым за прототип является устройство, выполненное по способу распределения мощности в многоуровневом преобразователе частоты для питания синхронных и асинхронных двигателей [3], включающее выходные инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит первый высокочастотный и второй мосты и конденсатор, при этом цепи постоянного тока первого и второго мостов подсоединены параллельно к конденсатору, цепь переменного тока второго моста соединена последовательно с цепями переменного тока вторых мостов других выходных инверторно-рекуперационных модулей таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду, а также первую и вторую группы высокочастотных трансформаторов и входные инверторно-рекуперационные модули, каждый из последних содержит высокочастотный мост и конденсатор, при этом цепи постоянного тока моста подсоединяют параллельно к конденсатору, причем цепи переменного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей и первых мостов выходных инверторно-рекуперационных модулей соединяют между собой параллельно по переменному току через высокочастотные трансформаторы.

Недостатком наиболее близкого технического решения является неэффективное использование входных инверторно-рекуперационных модулей в случае подключения входа преобразователя к линии питания высокого постоянного напряжения вследствие наличия во входных инверторно-рекуперационных модулях вторых однофазных мостов. Следовательно, наличествуют необоснованные потери мощности и КПД преобразователя, излишне большие массогабаритные показатели.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении КПД преобразователя и снижении его массогабаритных показателей при работе от линии питания высокого постоянного напряжения.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение КПД преобразователя и снижение его массогабаритных показателей при работе от линии питания высокого постоянного напряжения.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в многоуровневом преобразователе электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения, включающем выходные инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит первый высокочастотный и второй мосты и конденсатор, при этом цепи постоянного тока первого и второго мостов подсоединены параллельно к конденсатору, цепь переменного тока второго моста соединена последовательно с цепями переменного тока вторых мостов других выходных инверторно-рекуперационных модулей таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду, а также первые и вторые высокочастотные трансформаторы и входные инверторно-рекуперационные модули, каждый из последних содержит высокочастотный мост и конденсатор, при этом цепи постоянного тока моста подсоединяют параллельно к конденсатору, причем цепи переменного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей и первых мостов выходных инверторно-рекуперационных модулей соединяют между собой параллельно по переменному току через высокочастотные трансформаторы, цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения.

Отличительной особенностью изобретения является то, что в вышеуказанном устройстве цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства (элементы управления, защиты и прочие элементы, не меняющие сущность изобретения, не показаны).

Заявляемое устройство содержит входные инверторно-рекуперационные модули 1, каждый из которых состоит из высокочастотного моста 2 и конденсатора 3, первые и вторые высокочастотные трансформаторы 4 и 6, двухпроводную высокочастотную шину 5, выходные инверторно-рекуперационные модули 7, каждый из которых состоит из первого высокочастотного моста 8, второго моста 9 и конденсатора 10.

В каждом входном модуле 1 цепь постоянного тока моста 2 подсоединена параллельно конденсатору 3. Цепи постоянного тока мостов 2 соединены последовательно между собой, а выводы полученной цепочки подключены к источнику высокого постоянного напряжения. Цепи переменного тока мостов 2 подсоединены к трансформаторам 4. Трансформаторы 4 подсоединены к шине 5.

В каждом модуле 7 цепь постоянного тока моста 8 подсоединена параллельно конденсатору 10 и цепи постоянного тока моста 9. Цепи переменного тока мостов 8 подсоединены к трансформаторам 6. Трансформаторы 6 подсоединены к шине 5.

Цепи переменного тока мостов 9 соединены последовательно между собой таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду с выводами U, V, W для подключения двигателя.

Работа устройства в режиме передачи мощности в двигатель осуществляется следующим образом.

Входная мощность от линии высокого постоянного напряжения поступает на вход модулей 1. От цепей переменного тока мостов 2 мощность на высокой частоте поступает через трансформаторы 4 к шине 5, в которой суммируется вся мощность, поступающая от линии питания высокого постоянного напряжения. Далее от шины 5 через трансформаторы 6, мосты 8 и 9 мощность поступает в двигатель, подключаемый к выводам U, V, W.

Мостами 9 управляют таким образом, чтобы на выводах U, V, W оказывалось напряжение, требуемое для передачи мощности в двигатель. Управление всеми мостами 3 и 9 осуществляется с использованием единого частотозадающего сигнала.

Как следствие подсоединения всех трансформаторов 4 и 6 к одной шине 5, образующей единый высокочастотный энергетический узел, происходит автоматическое выравнивание напряжений в цепях постоянного тока всех модулей 2 и 8 подобно сообщающимся сосудам с жидкостью путем взаимного перетока мощности через шину 5.

Работа в режиме рекуперации происходит в обратном порядке.

Многоуровневость описанной системы обеспечивает низкий коэффициент искажения синусоидальности выходного напряжения.

Свойством заявляемого преобразователя является возможность задания любого алгоритма управления ключами выходных мостов 9, поэтому к выходу преобразователя, вместо двигателя, могут быть подсоединены другие потребители или источники электроэнергии.

Заявляемое изобретение позволяет снизить массогабаритные показатели и повысить КПД преобразователя при работе от линии высокого постоянного напряжения.

Источники информации

1. Донской Н.В. и др. Многоуровневые автономные инверторы. - Силовая электроника (www.power-e.ru), 2008 г., №1, с.43-46.

2. Патент RU №2303851 от 27.07.2007.

3. Патент RU №2489791 от 10.08.2013.

Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения, включающий выходные инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит первый высокочастотный и второй мосты и конденсатор, при этом цепи постоянного тока первого и второго мостов подсоединены параллельно к конденсатору, цепь переменного тока второго моста соединена последовательно с цепями переменного тока вторых мостов других выходных инверторно-рекуперационных модулей таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду, а также первые и вторые высокочастотные трансформаторы и входные инверторно-рекуперационные модули, каждый из последних содержит высокочастотный мост и конденсатор, при этом цепи постоянного тока моста подсоединяют параллельно к конденсатору, причем цепи переменного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей и первых мостов выходных инверторно-рекуперационных модулей соединяют между собой параллельно по переменному току через высокочастотные трансформаторы, отличающийся тем, что цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователем. Технический результат - улучшение балансировки внутреннего состояния электрического преобразователя, управляемого способом широтно-импульсной модуляции.

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.

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначено для электровозов переменного тока с плавным регулированием напряжения.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, в системах регулируемого электропривода переменного тока и в системах вторичного электропитания.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразовательными схемами. Технический результат - обеспечение демпфирования нежелательных токов в преобразовательных системах.

Группа изобретений относится к области электротехники. В настоящей группе изобретений раскрыта конструкция многослойной шины для использования в трехуровневом силовом преобразователе и силовой преобразователь.

Изобретение относится к силовым преобразователям для транспортных средств. Преобразователь питания в системе электропривода транспортного средства содержит источник электропитания, электрогенератор и силовой преобразователь постоянного тока, электрически соединенный с источником электропитания и электрогенератором.

Изобретение относится к электротехнике и реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в импульсном сварочном источнике питания. Техническим результатом является обеспечение быстрого реагирования на быстро происходящие события в сварочной дуге, возникающие с интервалами времени менее 1 мс.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к нерегулируемым преобразователям постоянного напряжения в переменное. Технический результат заключается в снижении потери мощности на транзисторах мостового автогенераторного преобразователя напряжения и повышение его надежности за счет того, что в мостовом автогенераторном преобразователе напряжения используется вторичная обмотка трансформатора для построения источника насыщения транзисторов.

Многоуровневый преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, содержащий три входа (IN1, IN2, IN3) постоянного тока для приема, соответственно, трех напряжений (V1, V2, V3), так что V1>V2>V3, один выход (OUT1) переменного тока для передачи напряжения (Va) переменного тока, группу по меньшей мере из шести переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6), расположенных в виде симметричной пирамидальной схемы, как показано на Фиг.1, и схему управления переключением для управления состояниями «замкнуто»/«разомкнуто» (ON/OFF) каждого из шести переключающих элементов. Схема управления переключением конфигурирована так, что замыкание (ON) и размыкание (OFF) двух верхних по схеме переключающих элементов (Т5, Т6) осуществляется комплементарным образом и исключительно с основной частотой (Fa) напряжения переменного тока, передаваемого на выход (OUT1) переменного тока, тогда как замыкание (ON) и размыкание (OFF) по меньшей мере некоторых из остальных четырех переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4) осуществляется с более высокими частотами. Следовательно, указанные два верхних по схеме переключающих элемента (Т5, Т6) вносят меньшие потери на переключение, что увеличивает общую эффективность преобразователя.3 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханической трансмиссии гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, высоковольтными электрическими машинами и низковольтной аккумуляторной батареей, используемой для запуска двигателя внутреннего сгорания. Технический результат - обеспечение эффективного двунаправленного преобразования энергии и изоляции цепей, связанных с аккумуляторной батареей от звена постоянного тока в режиме передачи энергии от звена постоянного тока в аккумуляторную батарею. Блок преобразователей включает двунаправленный неизолированный преобразователь постоянного напряжения (2), преобразователь постоянного напряжения (3) с гальванической изоляцией между входом и выходом и систему управления, низковольтную аккумуляторную батарею (5), общее высоковольтное звено постоянного тока (6), по меньшей мере один преобразователь, связанный с электрической машиной переменного тока, по меньшей мере два управляемых переключателя (4) и систему управления. Система управления выполнена таким образом, что управляемые переключатели (4) замкнуты при передаче энергии двунаправленным неизолированным преобразователем постоянного напряжения (2) по направлению от его входа к его выходу и разомкнуты при передаче энергии в обратном направлении. 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано для питания с частотой 400 Гц бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), а также для питания высокочастотного инструмента частотой 400 Гц или 200 Гц. Техническим результатом является снижение коэффициента гармоник в 1,8 раз при изменении cosφн от 1,0 до 0,6 во всем диапазоне изменения нагрузки при частотах 400 и 200 Гц. Результат достигается тем, что общий вывод вспомогательных ключей присоединен к средней точке, образованной двумя фильтровыми конденсаторами источника постоянного тока, причем в качестве вспомогательных ключей применены силовые модули на совмещенных (IGBT) транзисторах, управляющие входы которых подключены к выходам дешифраторов управляющих импульсов вспомогательных ключей, а входы подключены к выходам соответствующих дешифраторов основных ключей; между общим выводом вспомогательных ключей и средней точкой фильтровых конденсаторов может быть включен дополнительный конденсатор; длительность включенного состояния вспомогательных ключей соответствующих фаз инвертора при cosφн=0,98 и ниже задают 0,06Т, а при cosφн=0,98÷1,0 задают 0,052Т. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к преобразованию переменного тока в стабильный по напряжению постоянный с последующим преобразованием его в регулируемый постоянный и переменный для питания потребителей собственных нужд тепловоза. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей тепловоза независимо от позиций контроллера машиниста, формирование стабильного постоянного напряжения электроснабжения собственных нужд и их работа в номинальном режиме, упрощение конструкции тепловоза и электроснабжения собственных нужд второй и/или третьей секций от работающей секции тепловоза, повышение КПД вспомогательного трехфазного генератора и выпрямителя (преобразователя) переменного тока в постоянный. Указанный технический результат достигается тем, что в преобразовательном комплексе электроснабжения собственных нужд тепловоза, содержащем вспомогательный трехфазный синхронный генератор, к выходу которого подсоединен выпрямитель трехфазного тока в постоянный ток, к сети которого подключены потребители постоянного и через полупроводниковые преобразователи потребители переменного тока собственных нужд тепловоза, выпрямитель трехфазного тока выполнен в виде четырехквадрантного полупроводникового преобразователя, силовые IGBT-транзисторы которого по силовой части соединены непосредственно с выходом вспомогательного трехфазного синхронного генератора, а по управлению соединены с блоком векторного управления, выполненного во вращающейся синхронно с вектором входного напряжения вспомогательного трехфазного синхронного генератора системе координат, и входы которого соединены с датчиками входного линейного напряжения, двумя датчиками фазного входного тока и датчиком выходного постоянного напряжения черырехквадрантного полупроводникового преобразователя. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазными автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), в частности, для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя. Технический результат заключается в расширении линейного диапазона регулирования амплитуды первой гармоники выходного напряжения трехфазного автономного инвертора Способ управления трехфазным автономным инвертором посредством биполярных модулирующих и опорных сигналов как с синусоидальным модулирующим сигналом, так и с введенными в синусоидальный модулирующий сигнал компонентами нулевой последовательности основан на сравнении высокочастотного опорного напряжения треугольной или пилообразной формы и низкочастотного трехфазного модулирующего напряжения; при этом предварительно проводят модуляцию амплитуды положительных и отрицательных полуволн опорного напряжения соответственно положительной и отрицательной огибающими максимальных фазных модулирующих напряжений. Полученное опорное напряжение сравнивают с фазными модулирующими напряжениями. 5 ил.

Изобретение касается модульной системы шкафов преобразователя тока, снабженного по меньшей мере одним модулем (1, 3, 5) фазы, имеющим один верхний и один нижний вентиль (T1, … T6) преобразователя тока, при этом каждый вентиль (T1, … T6) преобразователя тока имеет по меньшей мере две ячейки (2) преобразователя тока и один дроссель (LT1, … LT6) ветви, которые включены электрически последовательно. В соответствии с изобретением модульная система шкафов преобразователя тока включает в себя первый вентильный шкаф (24), второй вентильный шкаф (26) и дроссельный шкаф (48), при этом вентильные шкафы (24, 26) имеют каждый несколько находящихся на расстоянии друг над другом, имеющих несколько расположенных рядом друг с другом сотовых ячеек (46) этажей (V1, … V6) вентилей, при этом дроссельный шкаф (48) имеет несколько находящихся на расстоянии друг над другом этажей (P1, P2, P3) фаз, и при этом каждые два этажа (V1, V2, V3, V4, V5, V6) вентилей по меньшей мере одного вентильного шкафа (24, 26) соединены электрически проводящим соединением каждый с одним этажом (P1, P2, P3) фаз дроссельного шкафа (48), которые расположены рядом друг с другом. Технический результат - получают систему шкафов преобразователя тока, которая может просто индивидуально адаптироваться к различным выходным напряжениям преобразователя тока. 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу эксплуатации блока генерирования озона. Способ включает стадию, на которой в устройство генерирования озона подают поток содержащего кислород газа и стадию, на которой управляют потоком содержащего кислород газа, и управляют мощностью, которую подают из блока питания в устройство генерирования озона так, чтобы получить из устройства генерирования озона заданный выход озона, и так, чтобы обеспечить уменьшение потребления ресурсов, включая содержащий кислород газ и мощность, подаваемую из блока питания. 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники, называемой «силовая электроника», и может быть использовано в электроустановках при создании статических преобразователей частоты большой мощности с использованием управляемых полупроводниковых приборов (транзисторы или запираемые тиристоры), шунтированных «обратными» диодами. Для получения требуемых значений тока в каждой фазе инвертора имеется N параллельных каналов, управляемых так, что выходные напряжения соседних каналов смещены на 1/N периода несущей частоты. Соединение параллельных каналов каждой фазы осуществляется с помощью N двухобмоточных уравнительных реакторов, обеспечивающих технический результат - улучшение формы кривой выходного напряжения инвертора. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для формирования изменяемого по частоте выходного напряжения. Техническим результатом является снижение потерь выпрямителя тока. В способе входное напряжение (Ud) в зависимости от круговой частоты (ω0) в диапазоне между нижней круговой частотой (ω1), которая равна или больше, чем нулевая частота (ω0), и круговой частотой (ω2) для снижения затрат на конденсаторы в выпрямителе тока управляется или регулируется таким образом, что оно возрастает с возрастанием частоты. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике. Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом осуществляется путем плавного регулирования выпрямленного напряжения, которое осуществляется изменением выходного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, подключенного зажимами переменного тока ко входу низкочастотного фильтра (Г-образного), выходные зажимы которого подключены к первичной обмотке трехфазного согласующего трансформатора, который вторичными фазными обмотками подключен последовательно с сетевой обмоткой преобразовательного трансформатора. Плавное регулирование выпрямленного напряжения осуществляется изменением фаз и амплитуд первых гармоник выходного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Технический результат состоит в упрощении выпрямительного агрегата и его цепей управления, с обеспечением возможности рекуперации электрической энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения. Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения включает выходные инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит первый высокочастотный и второй мосты и конденсатор, при этом цепи постоянного тока первого и второго мостов подсоединены параллельно к конденсатору, цепь переменного тока второго моста соединена последовательно с цепями переменного тока вторых мостов других выходных инверторно-рекуперационных модулей таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду, а также первые и вторые высокочастотные трансформаторы и входные инверторно-рекуперационные модули, каждый из последних содержит высокочастотный мост и конденсатор, при этом цепи постоянного тока моста подсоединяют параллельно к конденсатору, причем цепи переменного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей и первых мостов выходных инверторно-рекуперационных модулей соединяют между собой параллельно по переменному току через высокочастотные трансформаторы, цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения. Изобретение позволяет получить технический результат - снизить массогабаритные показатели и повысить КПД преобразователя при работе от линии высокого постоянного напряжения. 1 ил.

Наверх