Многоуровневый инвертор



Многоуровневый инвертор
Многоуровневый инвертор
Многоуровневый инвертор
Многоуровневый инвертор
Многоуровневый инвертор
Многоуровневый инвертор
Многоуровневый инвертор
Многоуровневый инвертор
Многоуровневый инвертор

 


Владельцы патента RU 2555744:

СЕ+Т (BE)

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.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к преобразователям энергии постоянного тока в переменный ток, иногда именуемым также инверторами. Более конкретно, настоящее изобретение относится к инверторному модулю, содержащему:

- три входа (IN1, IN2, IN3) постоянного тока для получения, соответственно, первого (V1), второго (V2) и третьего (V3) напряжений постоянного тока, так что V1>V2>V3,

- первый (Т1), второй (Т2), третий (Т3) и четвертый (Т4) переключающие элементы, соединенные последовательно между первым (IN1) и третьим (IN3) входами постоянного тока, а второй вход (IN2) постоянного тока соединен с точкой последовательного соединения между вторым (Т2) и третьим (Т3) переключающими элементами,

- пятый (Т5) и шестой (Т6) переключающие элементы, соединенные последовательно между точкой последовательного соединения между первым (Т1) и вторым (Т2) переключающими элементами с одной стороны и точкой последовательного соединения между третьим (Т3) и четвертым (Т4) переключающими элементами с другой стороны,

- выход (OUT1) переменного тока, соединенный с точкой последовательного соединения между пятым (Т5) и шестым (Т6) переключающими элементами, для передачи на выход напряжения переменного тока (Va) относительно второго входа (IN2) постоянного тока, и

- схему управления переключением для управления состоянием «замкнуто»/«разомкнуто» (ON/OFF) этих шести переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6).

Уровень техники

Такие инверторные модули хорошо известны в технике. Их иногда называют «многоуровневые инверторы с фиксированной нейтралью». Главное преимущество таким инверторов состоит в том, что благодаря использованию нескольких (больше двух) входных напряжений постоянного тока, конкретной схемы соединения переключающих элементов и конкретного алгоритма управления этими переключающими элементами, средние и высокие входные напряжения постоянного тока можно преобразовывать в переменное напряжение без того, чтобы какому-нибудь отдельному из переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6) приходилось выдерживать такие средние и высокие напряжения постоянного тока в какой-либо момент времени.

Обобщенный инвертор такого типа описал Фанг З. Пенг в статье «Топология обобщенного многоуровневого инвертора с самобалансировкой напряжений» (Fang Z. Peng, "A generalized multilevel inverter topology with self voltage balancing" (IEEE Trans. Ind. Applicat, vol.37, pp.611-618, Mar./Apr. 2001)). В этом документе описан пример трехуровневого инверторного модуля, конфигурация (топология) схемы которого, с точки зрения переключателей является такой же, как топология инверторного модуля согласно настоящему изобретению.

Хотя такие известные инверторные модули работают хорошо, есть необходимость повысить общую эффективность этих модулей при преобразовании энергии постоянного тока в энергию переменного тока.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является создание инверторного модуля, обладающего более высокой общей эффективностью по сравнению с известными инверторными модулями.

С этой целью инверторный модуль согласно настоящему изобретению отличается тем, что схема управления переключением конфигурирована таким образом, что:

- для передачи на выход (OUT1) переменного тока положительной полуволны напряжения переменного тока переключающие элементы ТЗ и Т4 и Т6 все переключают в разомкнутое (OFF) состояние, элемент Т5 переключают в замкнутое (ON) состояние, а элементы Т1 и Т2 переключают несколько раз в замкнутое (ON) и разомкнутое (OFF) состояния комплементарным образом,

и таким образом, что

- для передачи на выход (OUT1) переменного тока отрицательной полуволны напряжения переменного тока переключающие элементы Т1 и Т2 и Т5 все переключают в разомкнутое (OFF) состояние, элемент Т6 переключают в замкнутое (ON) состояние, а элементы Т3 и Т4 переключают несколько раз в замкнутое (ON) и разомкнутое (OFF) состояния комплементарным образом.

Действительно, когда такой инверторный модуль используют для преобразования входного напряжения постоянного тока в выходное напряжение переменного тока, переключение элемента Т5 в замкнутое (ON) и разомкнутое (OFF) состояние происходит только один раз за время одного полного периода выходного напряжения переменного тока, тогда как в известных инверторных модулях элемент Т5 переключается в замкнутое (ON) и разомкнутое (OFF) состояние несколько раз за время этого же периода (обычно очень большое число раз). То же самое имеет место для элемента Т6.

Другими словами, в инверторном модуле согласно настоящему изобретению элементы Т5 и Т6 исключительно переключаются в замкнутое (ON) и разомкнутое (OFF) состояние с основной частотой (частота первого порядка), подлежащей передаче на выход переменного тока, тогда как в известных инверторных модулях, элементы Т5 и Т6 регулярно переключаются в замкнутое (ON) и разомкнутое (OFF) с (гораздо) более высокими частотами.

Следовательно, потери переключения в переключающих элементах Т5 и Т6 оказываются уменьшены по сравнению с известными инверторами. Такое решение, таким образом, вносит вклад в увеличение общей эффективности инверторного модуля по сравнению с известными модулями.

Предпочтительно, инверторный модуль согласно настоящему изобретению отличается тем, что первый, второй, третий и четвертый переключающие элементы (Т1, Т2, Т3, Т4) представляют собой полупроводниковые приборы с первыми техническими характеристиками, а пятый (Т5) и шестой (Т6) переключающие элементы представляют собой полупроводниковые приборы с вторыми техническими характеристиками, отличными от первых технических характеристик.

Благодаря использованию полупроводниковых приборов разных типов для элементов Т5 и Т6 с одной стороны и для элементов Т1, Т2, Т3 и Т4 с другой стороны (т.е. приборов с разными техническими характеристиками, как показано в соответствующих справочных листках), можно действительно выбрать приборы, оптимизированных для конкретной частоты переключения.

Более предпочтительно, инверторный модуль согласно настоящему изобретению отличается тем, что каждый из переключающих элементов - пятый (Т5) и шестой (Т6), вносит меньшие потери за счет собственной проводимости, чем потери за счет собственной проводимости в каждом из остальных переключающих элементов - первом (Т1), втором (Т2), третьем (Т3) и четвертом (Т4).

Под «потерями за счет собственной проводимости» следует понимать потери в собственной проводимости полупроводниковых приборов, как таковых (т.е. потери, рассчитываемые на основе технических характеристик приборов, приведенных в соответствующих справочных листках).

Следовательно, потери за счет собственной проводимости элементов Т5 и Т6 оказываются уменьшены, что способствует еще большему повышению общей эффективности инверторного модуля по сравнению с известными модулями.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут рассмотрены более подробно на примерах и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 схематично показывает инверторный модуль согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 показывает таблицу переключений для инверторного модуля, представленного на Фиг.1;

Фиг.3 показывают типовые формы сигналов управления и выходного напряжения инверторного модуля, представленного на Фиг.1;

Фиг.4 показывает пример варианта инверторного модуля, представленного на Фиг.1;

Фиг.5 показывает пример варианта применения инверторного модуля, представленного на Фиг.4;

Фиг.6 схематично показывает пятиуровневый инвертор согласно настоящему изобретению;

Фиг.7 показывают типовые формы сигналов управления и выходного напряжения пятиуровневого инвертора, представленного на Фиг.6;

Фиг.8 схематично показывает девятиуровневый инвертор согласно настоящему изобретению;

Фиг.9 схематично показывает трехуровневый трехфазный инвертор согласно настоящему изобретению;

Чертежи выполнены не в масштабе. В общем случае, идентичные компоненты обозначены на чертежах одинаковыми цифрами.

Осуществление изобретения

Фиг.1 представляет собой блок-схему, показывающую инверторный модуль согласно настоящему изобретению. Он содержит шесть переключающих элементов (T1-Т6), соединенных, как показано на схеме, три входа (IN1, IN2, IN3) постоянного тока для приема трех напряжений (VI, V2, V3) постоянного тока, соответственно, так что V1>V2>V3, выход (OUT1) для напряжения (Va) переменного тока и схему управления переключением, которая управляет состояниями «замкнуто »/«разомкнуто» (ON/OFF) каждого из шести переключающих элементов (T1-Т6) по линиям (СТ1-СТ6) управления переключением, передающим сигналы (С1-С6) управления переключением.

Такая топология схемы хорошо известна, так что она не будет в дальнейшем здесь рассматриваться подробно.

Здесь же интересен способ управления состояниями «замкнуто»/«разомкнуто» (ON/OFF) переключающих элементов посредством схемы управления переключением.

Для этого на Фиг.2 показана таблица переключений для инверторного модуля, изображенного на Фиг.1, согласно настоящему изобретению.

Эта таблица показывает, как схема управления переключением устанавливает состояния «замкнуто»/«разомкнуто» (ON/OFF) каждого из шести переключающих элементов в зависимости от того, какое из напряжений - V1, V2 или V3, должно быть передано на выход (OUT1) переменного тока. Более того, две средние строки таблицы показывают ситуации, когда напряжение на выходе переменного тока должно изменяться между V1 и V2 и когда напряжение на выходе переменного тока должно изменяться между V2 и V3. Логическая 1 в таблице соответствует состоянию «замкнуто» (ON) переключающего элемента, тогда как логический 0 соответствует состоянию «разомкнуто» (OFF) переключающего элемента.

Из этой таблицы, например, легко видно, что для установления напряжения на выходе переменного тока по существу на уровне V1 оба элемента Т5 и Т1 должны быть замкнуты (ON), тогда как элементы Т2, Т3, Т4 и Т6 должны быть разомкнуты (OFF). Для перевода напряжения на выходе переменного тока по существу от уровня V1 на уровень V2 элемент Т5 остается замкнут (ON), элемент Т1 размыкают (OFF), элемент Т2 замыкают (ON), тогда как элементы Т3, Т4 и Т6 остаются разомкнуты (OFF).

Генерация положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения переменного тока происходит в соответствии с правилами переключения, приведенными в этой таблице.

Более того:

- для генерации положительной полуволны напряжения на выходе (OUT1) переменного тока относительно второго входа (IN2) постоянного тока, элемент Т5 замыкают (ON), элементы Т1 и Т2 замыкают (ON) и размыкают (OFF) несколько раз комплементарным образом (т.е. если элемент Т1 замкнут (ON), элемент Т2 разомкнут (OFF), и наоборот), тогда как элементы Т3, Т4 и Т6 остаются разомкнуты (OFF),

и

- для генерации отрицательной полуволны напряжения на выходе (OUT1) переменного тока относительно второго входа (IN2) постоянного тока элемент Т6 замыкают (ON), элементы Т3 и Т4 замыкают (ON) и размыкают (OFF) несколько раз комплементарным образом (т.е. если элемент ТЗ замкнут (ON), элемент Т4 разомкнут (OFF), и наоборот), тогда как элементы Т1, Т2 и Т5 остаются разомкнуты (OFF). Следовательно, в течение одного полного периода (Та=1/Fa) напряжения (Va) переменного тока элемент Т5 переключают в состояния «замкнуто» (ON) и «разомкнуто» (OFF) только один раз и элемент Т6 переключают в состояния «замкнуто» (ON) и «разомкнуто» (OFF) только один раз, тогда как каждый из элементов Т1, Т2, Т3 и Т4 переключают в состояния «замкнуто» (ON) и «разомкнуто» (OFF) несколько раз.

Предпочтительно, V2=(V1-V3)/2, так что положительная и отрицательная полуволны напряжения (Va) переменного тока на выходе переменного тока симметричны.

На Фиг.3 показаны примеры форм сигналов управления переключением (СТ1-СТ6), генерируемых схемой управления переключением, и полученного в результате напряжения (Va) переменного тока на выходе (OUT1) переменного тока в инверторном модуле, представленном на Фиг.1, при управлении согласно настоящему изобретению.

На этом чертеже напряжение Va показано относительно напряжения V2 (обозначено Va2), поскольку выходное напряжение переменного тока получают между точками OUT1 и EN2.

Формы сигналов показаны только для первого полного периода (Та=1/Fa) напряжения Va. Последующие периоды могут быть такими же или могут отличаться от первого полного периода в зависимости от того, должно ли напряжение Va быть периодическим.

Предпочтительно, все периоды являются по существу идентичными.

Положительная полуволна (когда Va выше V2) не обязательно должна иметь такую же продолжительность во времени (Та/2), как и отрицательная полуволна (когда Va ниже V2): она может охватывать более длинный (>Та/2) или более короткий (<Та/2) период времени в зависимости от нужной формы напряжения Va.

Необходимо также понимать, что на практике схема управления переключением может вставить короткий отрезок «мертвого» времени между сигналами управления переключением, чтобы два переключающих элемента в комплементарной паре (Т1/Т2, Т3/Т4, Т5/Т6) могли быть оба замкнуты (ON) или оба разомкнуты (OFF) в течение небольшого промежутка времени в ходе переходного процесса, не выходя при этом за рамки объема настоящего изобретения.

В этом примере элемент Т1 замыкают (ON) и размыкают (OFF) три раза в течение положительной полуволны, а элемент Т3 замыкают (ON) и размыкают (OFF) три раза в течение отрицательной полуволны.

Предпочтительно, схема управления переключением замыкает (ON) и размыкает (OFF) элемент T1 и/или элемент Т3 с частотами намного выше нужной основной частоты (Fa=1/Та)) напряжения Va переменного тока на выходе переменного тока, поскольку это позволяет использовать на выходе переменного тока фильтрующие устройства меньшего размера (например, с меньшей индуктивностью L1, показанной на Фиг.5).

Основная частота (Fa) выходного напряжения переменного тока может обычно находиться в пределах от 1 Гц до 1 кГц, тогда как элемент T1 и/или элемент Т3 могут обычно замыкаться (ON) и размыкаться (OFF) с частотой в пределах от 1 кГц до 500 кГц. Например, элемент T1 и/или элемент ТЗ можно замыкать (ON) и размыкать (OFF) с частотой 15 кГц для получения основной частоты (Fa) выходного напряжения переменного тока, равной 50.

Более того, элемент T1 и/или элемент Т можно замыкать (ON) и размыкать (OFF) в соответствии с хорошо известными алгоритмами широтно-импульсной модуляции (ШИМ (PWM)) или каким-либо другими подходящим способом.

В качестве переключающих элементов предпочтительно используют активно управляемые полупроводниковые прибора, например транзисторного типа или тиристорного типа.

Предпочтительно, полупроводниковые приборы, выбираемые для элементов T1, Т2, Т3 и Т4, отличаются от полупроводниковых приборов, выбираемых для элементов Т5 и Т6. Можно, например, выбрать для использования следующие сочетания полупроводниковых приборов:

T1, Т2, Т3, Т4: Биполярные транзисторы с изолированными затворами (БТИЗ (IGBT)) первого типа, и

Т5, Т6: Биполярные транзисторы с изолированными затворами (БТИЗ (IGBT)) второго типа, отличного от первого типа (согласно справочным данным);

или

T1, Т2, Т3, Т4: Биполярные транзисторы с изолированными затворами (БТИЗ)

Т5, Т6: Тиристоры с интегрированным управлением (Integrated Gate Commutated Thyristors (IGCT)),

или

T1, T2, T3, T4: МОП-транзисторы (MOSFET), и

Т5, Т6: Тиристоры с интегрированным управлением (IGCT),

или

T1, Т2, Т3, Т4: Тиристоры с интегрированным управлением (IGCT), и

Т5, Т6: Запираемые тиристоры (Gate Turn Off Thyristor (GTO)).

На Фиг.4 показан пример варианта инверторного модуля с использованием биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ (IGBT)), где для каждого БТИЗ (элементы Т1-Т6) дополнительно введен безинерционный диод (D1-D6), присоединенный антипараллельно своему БТИЗ.

Предпочтительно, полупроводниковые приборы, используемые в качестве элементов Т5 и Т6, имеют меньшие потери за счет собственной проводимости, чем приборы, используемые в качестве элементов Т1, Т2, Т3 и Т4. Как хорошо известно специалистам, потери в полупроводниковом приборе зависят главным образом от падения напряжения на приборе в прямом направлении и от сопротивления прибора в открытом состоянии - оба параметра обычно указывают в справочном листке технических характеристик прибора. Способы расчета или измерения потерь за счет проводимости в полупроводниковом приборе также хорошо известны.

Наиболее предпочтительно, элементы Т1, Т2, Т3 и Т4 представляют собой приборы транзисторного типа, такие как БТИЗ (IGBT), например, тогда как элементы Т5 и Т6 представляют собой приборы тиристорного типа, такие как тиристоры с интегрированным управлением (IGCT), например.

Фиг.5 показывает пример варианта применения инверторного модуля, представленного на Фиг.4. В этом примере к входам постоянного тока инверторного модуля присоединены два аккумулятора (B1, B2) и два параллельных буферных конденсатора (C1, C2), как показано на схеме, для подачи трех напряжений (V1, V2, V3) постоянного тока. С выходом (OUT1) переменного напряжения соединен фильтр нижних частот (L1, С3) для подавления высокочастотных составляющих напряжения Va переменного тока с применением хорошо известных способов фильтрации. Для большей ясности схема управления переключением на этом чертеже не показана.

Между выходом (OUT2) фильтра нижних частот и вторым входом (IN2) постоянного тока присоединена нагрузка (Z) по переменному току.

Следовательно, когда такая система работает, напряжение постоянного тока от аккумуляторов будет, например, преобразовано в по существу синусоидальное напряжение (VAC) переменного тока относительно потенциала V2(=VN).

На Фиг.6 схематично показан пятиуровневый инвертор согласно настоящему изобретению. Для большей ясности схема управления переключением и линии управления переключением на этом чертеже не показаны, но необходимо понимать, что эти схема и линии аналогичны схеме и линиям, показанным на Фиг.1, т.е. линия Ci управления переключением управляет замыканием/размыканием (ON/OFF) элемента Ti, a сигнал CTi управления переключением представляет собой сигнал, передаваемый схемой управления переключением в линию Ci управления переключением. Следует также отметить, что отрезки штриховых линий, показанные на Фиг.6, обозначают не электрические соединения, а топологические оси симметрии.

Такой пятиуровневый инвертор содержит два трехуровневых инверторных модуля MOD-A1, MOD-A2), так что каждый из этих двух модулей представляет собой базовый трехуровневый модуль (MOD-A), спроектированный и управляемый, как описано выше. Третий вход постоянного тока первого инверторного модуля (MOD-A1) соединен с первым входом постоянного тока второго инверторного модуля (MOD-A2), так что инвертор имеет пять входов постоянного тока для приема, соответственно, пяти напряжений постоянного тока (V1-V5), причем V1>V2>V3>V4>V5.

Предпочтительно, V3-(V1+V5)/2, V2=(V1+V3)/2 и V4=(V3+V5)/2.

Более того, два дополнительных переключающих элемента (Т13, Т14) соединены последовательно между первым выходом (OUT-A1) переменного тока первого инверторного модуля (MOD-A1) и вторым выходом (OUT-A2) переменного тока второго инверторного модуля (MOD-A2), так что средняя точка между элементами Т13 и Т14 представляет собой выход (OUT1) переменного тока от этого инвертора.

Для генерации положительной полуволны напряжения на выходе (OUT1) переменного тока относительно третьего входа постоянного тока (т.е. относительно потенциала V3) элемент Т13 замыкают (ON), тогда как элемент Т14, равно как и элементы Т11, Т12, Т5, Т6, Т7 и Т8 размыкают (OFF), и тогда как элементы Т9, Т10, Т1, Т2, Т3 и Т4 замыкают (ON) и размыкают (OFF) в соответствии со схемой, показанной на Фиг.2 и Фиг.3, для передачи напряжения V1 или V2 или V3 на выход переменного тока.

Для генерации отрицательной полуволны напряжения на выходе (OUT1) переменного тока относительно третьего входа постоянного тока (т.е. относительно потенциала V3) элемент Т14 замыкают (ON), тогда как элемент Т13, равно как и элементы Т9, Т10, Т1, Т2, Т3 и Т4 размыкают (OFF), и тогда как элементы Т11, Т12, Т5, Т6, Т7 и Т8 замыкают (ON) и размыкают (OFF) в соответствии со схемой, показанной на Фиг.2 и Фиг.3, для передачи напряжения V3 или V4 или V5 на выход переменного тока.

На Фиг.7 показаны примеры форм сигналов управления переключением (СТ1-СТ14) и полученного в результате напряжения (Va) переменного тока на выходе (OUT1) переменного тока в пятиуровневом инверторе, представленном на Фиг.6, при управлении согласно настоящему изобретению.

Теперь специалисту должно быть также ясно, как построить и управлять многоуровневыми инверторами, имеющими 2n+1 (два в степени "n" плюс один) уровней, где n=1, 2, 3, 4, …. Таким образом, настоящее изобретение относится к любому и ко всем таким многоуровневым инверторам.

Пример схемы девятиуровневого инвертора (n=3), содержащего два пятиуровневых инвертора (MOD-B1, MOD-B2), как описано выше, показан на Фиг.8.

На Фиг.9 схематично показан трехуровневый трехфазный инвертор согласно настоящему изобретению. Он содержит три инверторных модуля (MOD-A1, MOD-A2, MOD-A3), составляющих три фазных плеча, каждый модуль представляет собой один из модулей (MOD-A), описанных выше. Первые входы (V11, V12, V13) постоянного тока и третьи входы (V31, V32, V33) постоянного тока каждого модуля соединены с соответствующими шинами напряжения (V+, V-) постоянного тока, как показано на схеме, тогда как вторые входы (V21, V22, V23) постоянного тока каждого модуля соединены со средней точкой банка (С, С) конденсаторов, как показано на схеме. Если сигналы управления переключением (не показаны) сдвинуты по фазе на 120 градусов для каждого из трех инверторных модулей (т.е. для каждого фазного плеча) на выходы переменного тока будет поступать трехфазное напряжение (Va1, Va2, Va3) переменного тока, эквивалентной нейтральной точкой (Vo) для которого является средняя точка указанного банка конденсаторов.

Настоящее изобретение было описано на примерах конкретных вариантов, которые иллюстрируют изобретение и которые не следует толковать как ограничения. В более общем смысле, специалисты в рассматриваемой области должны понимать, что настоящее изобретение не ограничивается тем, что конкретно было показано и/или рассмотрено выше. Изобретение заключается в каждом и во всех новых характерных признаках и в каждом и во всех сочетаниях характерных признаков.

Цифровые обозначения в Формуле изобретения не ограничивают объема защиты этой формулы.

Применение глаголов «содержать», «включать», «состоять из» или любых других вариантов, равно как и соответствующих сопряженных слов не исключает присутствия элементов, отличных от указанных здесь.

Применение артикля "a", "an" или "the" перед наименованием элемента не исключает присутствия нескольких таких элементов.

Резюмируя, настоящее изобретение может быть также описано следующим образом:

многоуровневый преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, содержащий три входа (IN1, IN2, IN3) постоянного тока для приема, соответственно трех напряжений (VI, 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 (T1, T2, 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.

1. Инверторный модуль, содержащий
три входа (IN1, IN2, IN3) постоянного тока для получения, соответственно, первого (V1), второго (V2) и третьего (V3) напряжений постоянного тока, причем V1>V2>V3;
первый (Т1), второй (Т2), третий (Т3) и четвертый (Т4) переключающие элементы, подключенные последовательно между первым (IN1) и третьим (IN3) входами постоянного тока, при этом второй вход (IN2) постоянного тока соединен с точкой последовательного соединения между вторым (Т2) и третьим (Т3) переключающими элементами;
пятый (Т5) и шестой (Т6) переключающие элементы, подключенные последовательно между точкой последовательного соединения между первым (Т1) и вторым (Т2) переключающими элементами с одной стороны и точкой последовательного соединения между третьим (Т3) и четвертым (Т4) переключающими элементами с другой стороны;
выход (OUT1) переменного тока, соединенный с точкой последовательного соединения между пятым (Т5) и шестым (Т6) переключающими элементами, для передачи на выход напряжения (Va) переменного тока относительно второго входа (IN2) постоянного тока;
схему управления переключением для управления состоянием «замкнуто»/«разомкнуто» (ON/OFF) каждого из шести переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6),
отличающийся тем, что схема управления переключением конфигурирована таким образом, что:
для передачи на выход (OUT1) переменного тока положительной полуволны напряжения переменного тока все переключающие элементы Т3 и Т4 и Т6 переключаются в разомкнутое (OFF) состояние, элемент Т5 переключается в замкнутое (ON) состояние, а элементы Т1 и Т2 переключают несколько раз в замкнутое (ON) и разомкнутое (OFF) состояния комплементарным образом;
при этом для передачи на выход (OUT1) переменного тока отрицательной полуволны напряжения переменного тока все переключающие элементы Т1 и Т2 и Т5 переключаются в разомкнутое (OFF) состояние, элемент Т6 переключается в замкнутое (ON) состояние, а элементы Т3 и Т4 переключаются несколько раз в замкнутое (ON) и разомкнутое (OFF) состояния комплементарным образом.

2. Инверторный модуль по п.1, отличающийся тем, что первый, второй, третий и четвертый переключающие элементы (Т1, Т2, Т3, Т4) представляют собой полупроводниковые приборы с первыми техническими характеристиками, а пятый (Т5) и шестой (Т6) переключающие элементы представляют собой полупроводниковые приборы с вторыми техническими характеристиками, отличными от первых технических характеристик.

3. Инверторный модуль по п.2, отличающийся тем, что пятый (Т5) и шестой (Т6) переключающие элементы, каждый из них, вносит меньшие потери за счет собственной проводимости, чем потери за счет собственной проводимости в каждом из других переключающих элементов: первом (Т1), втором (Т2), третьем (Т3) и четвертом (Т4) переключающем элементе.

4. Инверторный модуль по п.3, отличающийся тем, что пятый (Т5) и шестой (Т6) переключающие элементы представляют собой полупроводниковые приборы тиристорного типа, а первый (Т1), второй (Т2), третий (Т3) и четвертый (Т4) переключающие элементы представляют собой полупроводниковые приборы транзисторного типа.

5. Инвертор, содержащий по меньшей мере два инверторных модуля по любому из пп.1-4.

6. Трехфазный инвертор, содержащий три плеча, причем каждое плечо содержит по меньшей мере один инверторный модуль по любому из пп.1-4.



 

Похожие патенты:

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

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 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 области силовой преобразовательной техники. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей, КПД, в улучшении технологичности изготовления, повышении надежности, расширении функциональных возможностей. Для этого заявленное устройство содержит шесть силовых фазных полублоков, которые своими силовыми входами подключены к шинам питания постоянного тока, а выходами - к первичным обмоткам фазных трансформаторных узлов, вторичные фазные обмотки которых соединены пофазно согласно последовательно и подключены ко входным выводам трехфазного фильтра, а также систему управления фазными полублоками, формирующую две трехфазные системы сигналов с широтно-импульсной модуляцией, сдвинутые на тактовой частоте fТ на угол π, для управления ключевыми элементами фазных полублоков, трансформаторные узлы выполнены в виде двух трехфазных трансформаторов, первая половина из трех фазных полублоков выполнена в виде первого трехфазного инвертора напряжения по мостовой схеме на транзисторах с обратными диодами, который своим силовым входом подключен к шинам питания постоянного тока, вторая половина из трех фазных полублоков также выполнена по схеме трехфазного инвертора напряжения, своим силовым входом подключенного аналогично к шинам питания постоянного тока, а выходы первого и второго трехфазных инверторов напряжения подключены к трехфазной первичной обмотке одного из двух трехфазных трансформаторов напряжения. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.
Наверх