Модульный многократный преобразователь, снабженный проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле

Авторы патента:


Модульный многократный преобразователь, снабженный проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле
Модульный многократный преобразователь, снабженный проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле
Модульный многократный преобразователь, снабженный проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле
Модульный многократный преобразователь, снабженный проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле
Модульный многократный преобразователь, снабженный проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле

 


Владельцы патента RU 2587683:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к области электротехники. Чтобы создать субмодуль (13) для модульного многоступенчатого преобразователя (1), включающий в себя по меньшей мере один униполярный накопитель (14) энергии, первую и вторую соединительные клеммы (16, 17) и схему силовых полупроводников, которая имеет включаемые и отключаемые посредством сигнала управления силовые полупроводниковые реле (T1, T4, 19) и безынерционные диоды (D1, D2), включенные встречно параллельно предусмотренному силовому полупроводниковому реле (T1, T4), при этом в зависимости от настройки силовых полупроводниковых реле (T1, T4, 19) может создаваться напряжение, падающее на одном или всех накопителях энергии (14), или же нулевое напряжение между первой и второй соединительной клеммой (16, 17), и при этом схема силовых полупроводниковых реле образует шунтирующую ветвь (18), которая находится между точками потенциала первой и второй соединительных клемм (16, 17), который при нормальной эксплуатации обеспечивает технический результат - имеет низкие потери пропускания и, кроме того, оптимален по стоимости, предлагается, чтобы только расположенные в шунтирующей ветви (18) силовые полупроводниковые реле являлись силовыми полупроводниковыми реле (19), проводящими в обратном направлении. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение касается субмодуля для модульного многоступенчатого преобразователя, включающего в себя по меньшей мере один униполярный накопитель энергии, первую и вторую соединительные клеммы и схему силовых полупроводников, которая имеет включаемые и отключаемые посредством сигнала управления силовые полупроводниковые реле и безынерционные диоды, включенные встречно параллельно предусмотренному силовому полупроводниковому реле, при этом, в зависимости от настройки силовых полупроводниковых реле, может создаваться напряжение, падающее на одном или всех накопителях энергии, или же нулевое напряжение между первой и второй соединительными клеммами, и при этом схема силовых полупроводниковых реле образует шунтирующую ветвь, которая находится между точками потенциала первой и второй соединительных клемм.

Такой субмодуль уже известен, например, из DE 10103031. Там описан многоступенчатый преобразователь, который имеет модули фаз, имеющие каждый одно подключение для переменного напряжения для фазы сети переменного напряжения, которая должна подключаться, а также два подключения для постоянного напряжения, которые предусмотрены для подключения промежуточного контура постоянного напряжения. Между подключением для переменного напряжения и каждым подключением для постоянного напряжения распространяется ветвь модуля фаз. Эти две ветви модуля фаз соединены с остальными ветвями модуля фаз в виде так называемой «мостовой схемы Греца». При этом каждая ветвь модуля фаз имеет последовательную схему из субмодулей, которые оснащены каждый униполярным накопительным конденсатором. Параллельно накопительному конденсатору включена последовательная схема из двух включаемых и отключаемых силовых полупроводниковых реле, встречно параллельно каждому из которых включен безынерционный диод. В последовательной схеме упомянутые настраиваемые силовые полупроводниковые реле расположены с одинаковым направлением пропускания. Ранее известный субмодуль имеет также две соединительные клеммы, при этом одна соединительная клемма непосредственно соединена с полюсом накопительного конденсатора, а другая соединительная клемма с точкой потенциала, которая находится между двумя настраиваемыми силовыми полупроводниковыми реле. Таким образом, в зависимости от настройки силовых полупроводниковых реле к двум соединительным клеммам каждого субмодуля может прикладываться или напряжение конденсатора, падающее на накопительном конденсаторе, или же нулевое напряжение. Вследствие последовательной схемы общее напряжение каждой ветви модуля фаз может регулироваться ступенчато, при этом высота ступеней задана напряжением, падающим на накопительном конденсаторе.

На практике известны, кроме того, настраиваемые включаемые и отключаемые силовые полупроводниковые реле, проводящие в обратном направлении. Поэтому эти силовые полупроводниковые реле больше не требуют встречно параллельно включенных безынерционных диодов. Проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле по сравнению с не проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле обладают тем преимуществом, что на них при нормальной эксплуатации падает меньшее напряжение пропускания, так что потери по сравнению с не проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле снижены. Проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле обладают, однако, тем недостатком, что они дороги по сравнению с уже имеющимися на рынке силовыми полупроводниковыми реле без обратной проводимости.

Поэтому задачей изобретения является предложить субмодуль вышеназванного рода, который при нормальной эксплуатации имеет более низкие потери и, кроме того, также оптимален по стоимости.

Изобретение решает эту задачу за счет того, что только расположенные в шунтирующей ветви силовые полупроводниковые реле являются силовыми полупроводниковыми реле, проводящими в обратном направлении.

В рамках изобретения предлагается субмодуль для модульного многоступенчатого преобразователя, который имеет проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле. Так как известны и субмодули вышеназванного рода, и проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле, была бы естественна полная замена применявшихся до сих пор, не проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле, проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле. Тогда в любом случае такой субмодуль отличался бы более низкими напряжениями пропускания и при этом не такими высокими эксплуатационными потерями, как ранее известный субмодуль. Однако в соответствии с изобретением было обнаружено, что силовые полупроводниковые реле, которые расположены между соединительными клеммами, испытывают более высокую нагрузку, чем силовые полупроводниковые реле, не расположенные между соединительными клеммами. Этот вывод является результатом сложных расчетов и моделирования, которые не являются предметом настоящего изобретения. Вследствие этого вывода проводящие в обратном направлении, настраиваемые включаемые и отключаемые силовые полупроводниковые реле расположены исключительно в шунтирующей ветви субмодуля, которая находится между точками потенциала соединительных клемм. Таким образом, это те силовые полупроводниковые реле, которые при нормальной эксплуатации субмодуля, в частности в случаях применения в области передачи и распределения энергии, испытывают особенно сильную нагрузку. Благодаря применению проводящих в обратном направлении включаемых и отключаемых силовых полупроводниковых реле напряжение пропускания может снижаться. Испытывающими менее сильную нагрузку силовыми полупроводниковыми реле в рамках изобретения являются, кроме того, силовые полупроводниковые реле, которые не обладают обратной проводимостью и встречно параллельно которым, таким образом, как известно из уровня техники, включены безынерционные диоды. Эти силовые полупроводниковые реле имеются в продаже по существенно более оптимальной стоимости. Так как более оптимальные по стоимости силовые полупроводниковые реле применены только в местах субмодуля, испытывающих менее сильную нагрузку, потери, которые возникают вследствие повышенного напряжения пропускания, являются приемлемыми.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрен униполярный накопитель энергии, параллельно которому включена последовательная схема из настраиваемых включаемых и отключаемых силовых полупроводниковых реле с одинаковым направлением пропускания, при этом первая соединительная клемма соединена с первым полюсом накопителя энергии, а вторая соединительная клемма с точкой потенциала, находящейся между настраиваемыми силовыми полупроводниковыми реле. Схема такого субмодуля, в принципе, известна, однако при этом испытывающее высокую нагрузку силовое полупроводниковое реле в соответствии с изобретением является силовым полупроводниковым реле, проводящим в обратном направлении. Это силовое полупроводниковое реле во время эксплуатации испытывает более высокую нагрузку, так что уже достаточно применения только одного проводящего в обратном направлении силового полупроводникового реле в шунтирующей ветви между соединительными клеммами, чтобы снижать эксплуатационные потери. Не находящееся между соединительными клеммами силовое полупроводниковое реле, как в уровне техники, является не проводящим в обратном направлении силовым полупроводниковым реле, встречно параллельно которому включен безынерционный диод.

В отличие от этого по другому варианту изобретения предусмотрены первый и включенный последовательно первому накопителю энергии второй накопитель энергии, и в шунтирующей ветви расположены два проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле с одинаковым направлением пропускания, при этом точка потенциала между проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле соединена с точкой потенциала между первым и вторым накопителями энергии, и при этом шунтирующая ветвь через первое силовое полупроводниковое реле, снабженное встречным первым безынерционным диодом, соединена с полюсом второго накопителя энергии и через второе силовое полупроводниковое реле, снабженное встречным безынерционным диодом, с полюсом первого накопителя энергии, так что шунтирующая ветвь включена между не проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле, и при этом все силовые полупроводниковые реле расположены последовательно и с одинаковым направлением пропускания. В соответствии с этим предпочтительным усовершенствованием предложен двойной модуль, который также известен как таковой. У упомянутого двойного модуля в рамках изобретения только находящиеся между соединительными клеммами силовые полупроводниковые реле выбраны в качестве проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле, так как эти силовые полупроводниковые реле при эксплуатации многоступенчатого преобразователя испытывают более высокую нагрузку, чем силовые полупроводниковые реле, не находящиеся между соединительными клеммами.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения каждое проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле устроено так, что на нем падает как можно меньшее напряжение пропускания. Проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле, например, проводящие в обратном направлении IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором, БТИЗ), могут оптимизироваться различным образом. При этом имеется взаимодействие между так называемым «зарядом обратного восстановления» в диодном режиме с одной стороны и напряжением пропускания как в диодном режиме, так и в режиме силовых полупроводниковых реле с другой стороны. Так, более низкий заряд обратного восстановления приводит к более высоким напряжениям пропускания как в режиме IGBT, так и в диодном режиме. Поэтому оптимизация проводящих в обратном направлении IGBT может приводить или к более низким потерям пропускания, или же к более низким потерям переключения. В соответствии с этим предпочтительным усовершенствованием проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле оптимизированы для более низких напряжений пропускания.

Целесообразным образом предусмотрен блок настройки для настройки настраиваемых силовых полупроводниковых реле, причем этот блок настройки устроен так, что не проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле включаются медленнее по сравнению со всеми проводящими в обратном направлении настраиваемыми силовыми полупроводниковыми реле. Если расположенное или расположенные между соединительными клеммами силовые полупроводниковые реле оптимизированы в отношении низких напряжений пропускания, получаются высокие накопленные заряды, когда проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле действует в качестве диода, то есть проводит ток против своего переключаемого направления пропускания. Однако высокие накопленные заряды проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле у включенного или включенных последовательно не проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле приводят, в частности, к высоким потерям включения. Однако высокие потери включения у испытывающих менее сильную нагрузку силовых полупроводниковых реле, которые не расположены в шунтирующей ветви, являются меньшей помехой, так как эти силовые полупроводниковые реле, как было обнаружено в рамках изобретения, испытывают менее сильную нагрузку. Посредством более медленного включения ограничиваются высокие токи включения, так что опасность разрушения этих силовых полупроводниковых реле снижена.

В соответствии с другим целесообразным усовершенствованием не расположенные в шунтирующей ветви силовые полупроводниковые реле оптимизированы в том отношении, что они имеют как можно меньший накопленный заряд. Низкий накопленный заряд, в свою очередь, сокращает до минимума потери включения в последовательно включенных силовых полупроводниковых реле шунтирующей ветви, которые являются проводящими в обратном направлении и испытывают особенно высокую нагрузку. Таким образом сокращаются до минимума потери включения испытывающих высокую нагрузку силовых полупроводниковых реле. Более высокие потери пропускания испытывающих менее сильную нагрузку силовых полупроводниковых реле являются меньшей помехой.

Целесообразным образом предусмотрен блок настройки для настройки настраиваемых силовых полупроводниковых реле, причем этот блок настройки устроен так, что не проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле включаются медленнее по сравнению с проводящим в обратном направлении настраиваемым силовым полупроводниковым реле. Это снижает потери, которые возникают у проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле в диодном режиме вследствие высоких накопленных зарядов, за счет потерь включения не проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле. Это предпочтительно, так как последние испытывают менее сильную нагрузку.

Изобретение касается также многоступенчатого преобразователя, снабженного модулем по одному из предыдущих пунктов.

Другие целесообразные варианты осуществления и преимущества изобретения являются предметом последующего описания примеров осуществления изобретения со ссылкой на фигуры чертежей, при этом одинаковые ссылочные обозначения указывают одинаково действующие конструктивные элементы, и при этом показано:

Фиг.1 - пример осуществления предлагаемого изобретением многоступенчатого преобразователя;

Фиг.2 - субмодуль по уровню техники;

Фиг.3 - подложка IGBT в качестве силового полупроводникового реле с параллельно включенным встречным безынерционным диодом;

Фиг.4 - подложка проводящего в обратном направлении силового полупроводникового реле;

Фиг.5 - субмодуль в соответствии с Фиг.2, который имеет исключительно проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле;

Фиг.6 - один из примеров осуществления предлагаемого изобретением субмодуля;

Фиг.7 - другой пример осуществления предлагаемого изобретением субмодуля;

Фиг.8 - субмодуль в соответствии с Фиг.7, снабженный шунтирующими реле, и

Фиг.9 - другой пример осуществления предлагаемого изобретением субмодуля.

На Фиг.1 показан одни из примеров осуществления предлагаемого изобретением многоступенчатого преобразователя в схематичном изображении. Можно видеть, что многоступенчатый преобразователь имеет три модуля 2, 3, 4 фаз, причем каждый из модулей 2, 3, 4 фаз имеет одно подключение 5 для переменного напряжения, а также два подключения 6 и 7 для постоянного напряжения. Каждое подключение 5 для переменного напряжения соединено с фазой 8 не изображенной на фигуре сети переменного напряжения. Для гальванической развязки между преобразователем 1 и сетью переменного напряжения служит трансформатор 9, снабженный первичной обмоткой 10 и вторичной обмоткой 11. Между подключением 5 к сети переменного напряжения и каждым из подключений 6 и 7 для постоянного напряжения каждый из модулей 2, 3 и 4 фаз образует две ветви 12 модулей фаз. Эти ветви модулей фаз всех модулей 2, 3, 4 фаз соединены друг с другом с получением мостовой схемы. При этом каждая ветвь модулей фаз включает в себя последовательную схему из субмодулей 13, которые оснащены каждый одним или несколькими униполярными конденсаторами 14 в качестве накопителей энергии.

На Фиг.2 показан вариант осуществления субмодуля по уровню техники. Можно видеть, что субмодуль имеет униполярный конденсатор 14, параллельно которому включена последовательная схема 15, в которой последовательно включены два включаемых и отключаемых посредством сигнала настройки силовых полупроводниковых реле T1 и T2. Упомянутые силовые полупроводниковые реле T1 и T2 не являются проводящими в обратном направлении, так что встречно параллельно каждому из них включен безынерционный диод D1 или, соответственно, D2. Точка потенциала между настраиваемыми силовыми полупроводниковыми реле T1 и T2 или, соответственно, между безынерционными диодами D1 и D2 соединена со второй соединительной клеммой 17, при этом один полюс накопительного конденсатора 14 соединен с первой соединительной клеммой 16. Силовые полупроводниковые реле T1 и T2 в показанном примере представляют собой так называемый IGBT, при этом, однако, могут применяться и другие включаемые и отключаемые силовые полупроводниковые реле, такие как, например, GTO (Gate Turn Off, силовые запираемые тиристоры), или IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor, тиристоры с интегрированным управлением), или тому подобные.

Когда силовое полупроводниковое реле T1 приводится в свое положение пропускания, в котором обеспечена возможность течения тока через T1 в указанном направлении пропускания, силовое полупроводниковое реле T2 должно быть переведено в свое запертое положение во избежание короткого замыкания накопительного конденсатора 14. Соответствующее справедливо в обратном случае. То есть когда силовое полупроводниковое реле T1 включено в свое положение пропускания, силовое полупроводниковое реле T2 переведено в запертое положение, так что на соединительных клеммах 16 и 17 падает напряжение Uc накопительного конденсатора 14. В обратном случае первая соединительная клемма 16 через отключаемое силовое полупроводниковое реле T2 соединена с первой соединительной клеммой, так что на соединительных клеммах 16, 17 падает нулевое напряжение. При показанной на Фиг.1 ветви 12 модуля фаз, которая, например, имеет субмодули 13 в соответствии с Фиг.2 по последовательной схеме, напряжение, которое падает на всей ветви 12 модуля фаз, может, таким образом, ступенчато повышаться и понижаться, при этом высота ступеней задана высотой напряжения Uc конденсатора. Это напряжение зависит, разумеется, от запирающей способности силовых полупроводниковых реле T1 или, соответственно, T2. По современному уровню техники она составляет от 1 кВ до 10 кВ. В случаях применения для высокого напряжения при этом последовательно включаются несколько сотен субмодулей 12. Альтернативно этому силовые полупроводниковые реле T1 и T2 могут также предназначаться для последовательной схемы силовых полупроводниковых реле, так что запирающее напряжение реле и вместе с тем высота ступеней напряжения повышена.

Из уровня техники, кроме того, известны проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле, которые как могут включаться и отключаться посредством сигнала настройки в направлении их пропускания, так и являются проводящими против их переключаемого направления пропускания. Другими словами, течение тока в направлении пропускания может прерываться, когда проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле приводится в свое запертое положение. Течение тока через проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле в направлении пропускания может тогда становиться возможным, только когда оно посредством сигнала управления из своего запертого положения активно приводится в положение пропускания. Для тока, который течет в направлении, противоположном направлению пропускания, проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле всегда остается проводящим, независимо от подаваемого сигнала управления. Поэтому для этого направления тока силовое полупроводниковое реле действует как диод. Благодаря обратной проводимости параллельное включение встречного диода стало ненужным.

На Фиг.3 показана подложка не проводящего в обратном направлении IGBT со встречно включенным безынерционным диодом. Можно видеть, что для включаемого и отключаемого IGBT на подложке расположены четыре полупроводниковых микросхемы, при этом для диода предусмотрены две микросхемы.

На Фиг.4 показана подложка проводящего в обратном направлении IGBT, который назван там RC-IGBT (reverse-conducting insulated gate bipolar transistor, IGBT с обратной проводимостью). Можно видеть, что на одной подложке расположены шесть микросхем RC-IGBT. Как в направлении пропускания, также и в противоположном «диодном» направлении у проводящего в обратном направлении IGBT применяются, таким образом, все микросхемы. У не проводящего в обратном направлении IGBT, который схематично изображен на Фиг.3, напротив, используются только четыре микросхемы в направлении пропускания или, соответственно, две микросхемы в диодном режиме эксплуатации. Таким образом, у проводящего в обратном направлении IGBT течение тока распределяется в двух направлениях на несколько полупроводниковых микросхем. Уже по этой причине проводящий в обратном направлении IGBT обладает более низким напряжением пропускания, чем соответственно рассчитанное силовое полупроводниковое реле без обратной проводимости. Поэтому естественно комплектовать субмодуль в соответствии с Фиг.2 исключительно проводящими в обратном направлении IGBT 19, как это изображено на Фиг.5.

На Фиг.6 показан один из примеров осуществления в соответствии с настоящим изобретением. По сравнению с Фиг.2 можно видеть, что в распространяющейся между соединительными клеммами 16 и 17 переходной ветви 18 расположено проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле. Вне переходной ветви 18 предусмотрен, однако, не проводящий в обратном направлении IGBT T1, встречно параллельно которому, в свою очередь, включен диод D1. По сравнению с субмодулем, изображенным на Фиг.5, субмодуль в соответствии с Фиг.6, таким образом, существенно более оптимален по стоимости. Путем трудоемких расчетов удалось выяснить, что, в частности, в случаях применения в области передачи энергии расположенное в шунтирующей ветви 19 силовое полупроводниковое реле T2 или, соответственно, 19 испытывает более сильную нагрузку, чем силовое полупроводниковое реле T1. Таким образом, в соответствии с изобретением совершенно достаточно располагать дорогой проводящий в обратном направлении IGBT только в шунтирующей ветви 18, но не вне шунтирующей ветви 18.

Проводящий в обратном направлении IGBT 19 может теперь оптимизироваться в двух направлениях. Во-первых, он может регулироваться так, чтобы на нем падало более низкое напряжение пропускания. Напряжение пропускания является тем напряжением, которое падает на силовом полупроводниковом реле 19 в двух направлениях тока. Следствием более низкого напряжения пропускания являются более низкие потери. Однако когда проводящий в обратном направлении IGBT оптимизируется в том отношении, чтобы он как в режиме IGBT, так и в диодном режиме имел низкие напряжения пропускания, по физическим причинам это осуществляется только за счет высоких зарядов обратного восстановления. Следствием высокого заряда обратного восстановления являются, однако, более высокие потери включения.

Теперь, если ток течет на Фиг.6 от первой соединительной клеммы 16 через проводящий в обратном направлении IGBT 19 в диодном режиме к соединительной клемме 17, вследствие высоких зарядов обратного восстановления проводящего в обратном направлении IGBT 19 возможно, что при включении T1, то есть при переводе не проводящего в обратном направлении силового полупроводникового реле T1 из его запертого положения в его положение пропускания, через T1 потечет такой высокий ток, что оно разрушится. Из-за этого в рамках одного из примеров осуществления изобретения оно соединено с блоком регулирования, который посредством подключения шлюза этого T1 обеспечивает более медленное включение T1 по сравнению с процессом отключения IGBT. Таким образом предотвращается разрушение T1. Так как не проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле T1 испытывает менее сильную нагрузку, чем проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле 19, оно еще имеет тепловые резервы, так что в результате высокие потери включения с выделением тепла являются приемлемыми. Когда при течении тока от соединительной клеммы 17 через проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле 19 к соединительной клемме 16 силовое полупроводниковое реле 19 переводится в свое запертое положение, хотя и происходят высокие потери отключения, однако они приемлемы в отношении более низких потерь пропускания.

На Фиг.7 показан другой пример осуществления изобретения. Можно видеть, что по сравнению с Фиг.6 первая соединительная клемма 16 соединена с другим полюсом униполярного накопительного конденсатора 14. Снова в шунтирующей ветви 18 расположен проводящий в обратном направлении IGBT, в то время как силовое полупроводниковое реле, которое не находится между соединительными клеммами 16 и 17, снова представляет собой не проводящий в обратном направлении IGBT, снабженный встречно параллельным безынерционным диодом D1.

На Фиг.8 показан пример осуществления изобретения в соответствии с Фиг.6, причем, однако, субмодуль 13 может перемыкаться тиристором 20 или, соответственно, механическим выключателем 21. Это необходимо в случае неисправности, чтобы можно было перемыкать неисправный субмодуль в ветви 12 модулей фаз, так чтобы эксплуатация преобразователя могла продолжаться.

На Фиг.9 показан другой пример осуществления предлагаемого изобретением субмодуля 13, который также может называться двойным модулем. В противоположность представленным до сих пор субмодулям 13, показанный на Фиг.9 субмодуль 13 имеет последовательную схему из двух накопительных конденсаторов 14 и 22. Параллельно последовательной схеме из двух накопительных конденсаторов 14 и 22 включена последовательная схема из силовых полупроводниковых реле 23. В последовательную схему 23 интегрирована шунтирующая ветвь 18. Шунтирующая ветвь 18 находится между точками потенциала первой 16 и второй соединительных клемм 17. В шунтирующей ветви 18 расположены два включаемых и отключаемых посредством сигнала управления, проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле 19. Точка потенциала между упомянутыми силовыми полупроводниковыми реле 19 соединена с точкой потенциала между накопительными конденсаторами 14 и 22. Коллектор первого силового полупроводникового реле T1 соединен со свободной клеммой или свободным полюсом второго накопительного конденсатора 22. Встречно параллельно этому первому, не проводящему в обратном направлении силовому полупроводниковому реле T1, снова включен безынерционный диод D1. Кроме того, предусмотрено четвертое силовое полупроводниковое реле T4, которое соединяет шунтирующую ветвь 18 со свободным полюсом или клеммой первого накопительного конденсатора 14. Для этого эмиттер не проводящего в обратном направлении силового полупроводникового реле T4 соединен с упомянутой клеммой накопительного конденсатора 14. Встречно параллельно силовому полупроводниковому реле T4, в свою очередь, включен безынерционный диод. В соответствии с этой схемой теперь к соединительным клеммам 16, 17 может прикладываться напряжение, падающее либо на накопительном конденсаторе 14, либо на накопительном конденсаторе 22. Также между соединительными клеммами 16 и 17 может создаваться суммарное напряжение, то есть сумма напряжения накопительного конденсатора 14 и напряжения накопительного конденсатора 22.

Второе и третье силовые полупроводниковые реле 19 последовательной схемы 23 являются проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле 19. Оба, в свою очередь, рассчитаны на низкие потери пропускания и образуют сравнительно высокий заряд обратного восстановления. Во избежание разрушения T1 и T4 они посредством не показанного блока регулирования включаются медленно по сравнению со временем включения проводящего в обратном направлении силового полупроводникового реле 19 в шунтирующей ветви 18. Кроме того, здесь соответственно справедливы рассуждения касательно реле в соответствии с Фиг.6. В частности, расположенные в шунтирующей ветви 18 реле 19 испытывают более высокую нагрузку, чем не расположенные в шунтирующей ветви реле T1 и T4.

1. Субмодуль (13) для модульного многоступенчатого преобразователя (1), включающий в себя
- по меньшей мере один униполярный накопитель (14) энергии,
- первую и вторую соединительные клеммы (16, 17) и
- схему силовых полупроводников, которая имеет включаемые и отключаемые посредством сигнала управления силовые полупроводниковые реле (T1, Т4, 19) и безынерционные диоды (D1, D2), встречно параллельно включенные соответствующему силовому полупроводниковому реле (T1, Т4), при этом в зависимости от настройки силовых полупроводниковых реле (T1, T4, 19) создается напряжение, падающее на одном или всех накопителях энергии (14), или же нулевое напряжение между первой и второй соединительными клеммами (16, 17), и при этом схема силовых полупроводниковых реле образует шунтирующую ветвь (18), которая находится между точками потенциала первой и второй соединительных клемм (16, 17),
отличающийся тем, что только расположенные в шунтирующей ветви (18) силовые полупроводниковые реле являются проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле (19).

2. Субмодуль (13) по п. 1,
отличающийся тем, что предусмотрен униполярный накопитель (14) энергии, параллельно которому включена последовательная схема (15) из настраиваемых включаемых и отключаемых силовых полупроводниковых реле с одинаковым направлением пропускания, при этом первая соединительная клемма (16) соединена с полюсом накопителя (14) энергии, а вторая соединительная клемма (17) с находящейся между настраиваемыми силовыми полупроводниковыми реле (Т1, 19) точкой потенциала.

3. Субмодуль (13) по п. 1,
отличающийся тем, что предусмотрены первый и включенный последовательно первому накопителю (14) энергии второй накопитель (22) энергии, и в шунтирующей ветви (18) расположены два проводящих в обратном направлении силовых полупроводниковых реле (19) с одинаковым направлением пропускания, при этом точка потенциала между проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле (19) соединена с точкой потенциала между первым (14) и вторым накопителями (22) энергии, и при этом шунтирующая ветвь (18) через первое силовое полупроводниковое реле (T1), снабженное встречным первым безынерционным диодом (D1), соединена со вторым накопителем (22) энергии, и через второе силовое полупроводниковое реле (Т4), снабженное встречным безынерционным диодом (D4), с первым накопителем (14) энергии, так что шунтирующая ветвь (18) включена между не проводящими в обратном направлении силовыми полупроводниковыми реле (T1, T4), при этом все силовые полупроводниковые реле (T1, T4, 19) расположены последовательно и с одинаковым направлением пропускания.

4. Субмодуль (13) по любому из пп. 1-3,
отличающийся тем, что каждое проводящее в обратном направлении силовое полупроводниковое реле (19) устроено так, что на нем падает как можно более низкое напряжение пропускания.

5. Субмодуль (13) по любому из пп. 1-3,
отличающийся блоком настройки для настройки настраиваемых силовых полупроводниковых реле (T1, T4, 19), при этом блок настройки устроен так, что не проводящие в обратном направлении силовые полупроводниковые реле (T1, T4) включаются медленнее по сравнению со всеми проводящими в обратном направлении настраиваемыми силовыми полупроводниковыми реле (19).

6. Субмодуль (13) по п. 4,
отличающийся тем, что не расположенные в шунтирующей ветви (18) диоды (D1, D4) имеют как можно более низкий накопленный заряд.

7. Многоступенчатый преобразователь (1), снабженный субмодулем (13) по одному из предыдущих пунктов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах с регулируемой скоростью, ветровых турбогенераторах и в системах распределения электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления приводами, используемыми на подводных лодках. Техническим результатом является обеспечение возможности избирательного управления двигателями переменного или постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических системах. Техническим результатом является обеспечение быстрой реакции на управляющее воздействие, в частности на вращающий момент, и малых искажений высшими гармониками.

Изобретение относится к устройствам малогабаритных озонаторов модульного типа и может быть использован для обработки складов и хранилищ от вредителей, бактерий и микробов, а также в бытовых целях для очистки и обеззараживания жилых помещений.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электропривода и электроснабжения. Трехфазный Z-инвертор, содержащий мостовой инвертор напряжения с ШИМ и повышающее импедансное звено, состоящее из первой индуктивности, один конец которого является положительным входом трехфазного Z-инвертора, а второй конец соединен с анодом диода, второй индуктивности, подключенной одним концом к катоду диода, а вторым концом - к положительному входу мостового инвертора, первого конденсатора, подключенного положительным полюсом ко второму концу первой индуктивности и аноду диода, а отрицательным - ко второму концу второй индуктивности и к положительному входу мостового инвертора напряжения, второго конденсатора, подключенного положительным полюсом к катоду диода, коллектору силового транзистора и первому концу второй индуктивности, а отрицательным - к отрицательному входу трехфазного Z-инвертора, соединенного с отрицательным входом мостового инвертора напряжения, третьего конденсатора, подключенного параллельно входу трехфазного Z-инвертора, и третьей индуктивности, подключенной одним концом к аноду диода, а вторым - к эмиттеру силового транзистора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в инверторе для предоставления масштабируемого по частоте выходного сигнала инвертора, в особенности с высокой выходной мощностью.

Предложено устройство преобразования мощности, в котором напряжение смещения импульса отпирания и напряжение смещения нейтральной точки не создают помех друг для друга.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания аппаратуры различного назначения при работе в агрессивных средах, например атомных электростанциях или в космосе.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях трехфазного переменного напряжения в постоянное напряжение. Технический результат - отсутствие всех видов намагничивания трансформатора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах освещения, обогрева и т.п. Устройство содержит источник электрического тока в виде аккумуляторной батареи, генератор постоянного по направлению и линейно меняющегося во времени пилообразного тока (ПНЛПТ), диод, выполненный с возможностью шунтирования генератора по обратному току между входом и выходом генератора, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем вход генератора соединен с первым полюсом аккумуляторной батареи, второй полюс которой соединен с первым выводом первичной обмотки, второй вывод которой соединен с выходом генератора, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена к потребителю тепловой или электрической энергии, при этом генератор ПНЛПТ выполнен виде импульсного источника напряжения, снабженного блоком автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника напряжения, выполненным с возможностью автоматического регулирования выходного напряжения импульсного источника напряжения, при этом вход импульсного источника напряжения соединен со входом генератора, выход импульсного источника напряжения соединен с выходом генератора, а вход регулировки напряжения импульсного источника напряжения соединен с выходом блока автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника через резистивный делитель, соединенный с выходом импульсного источника напряжения, при этом блок автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника выполнен виде генератора пилообразного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электромеханических систем, например при создании систем генерирования переменного тока. Техническим результатом является увеличение временных интервалов комбинаций состояний ключей, воздействующих на баланс напряжений конденсаторов, что приводит к увеличению скорости баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока. В способе баланса напряжений на конденсаторах однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами на такте широтно-импульсной модуляции выбирают комбинации состояний ключей, отвечающие за формирование задающего вектора. Формируют импульсы управления согласно выбранным комбинациям состояний ключей. Сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов однофазного трехуровневого преобразователя с фиксирующими диодами. Из выбранных комбинаций состояний ключей исключают комбинации, которые не реализуют баланс напряжений на конденсаторах. 2 ил.

Изобретение относится к способу работы трехфазного инвертора (6) питаемого вентильным преобразователем магнитного подшипника (2), в котором находящаяся на верхнем магнитном якоре (8) катушка (12) соединена с помощью первого контактного вывода (20) с первым выходом (W) трехфазного инвертора (6), а находящаяся на нижнем магнитном якоре (10) катушка (14) соединена с помощью своего первого контактного вывода (22) со вторым выходом (V) инвертора (6), и обе катушки (12, 14) с помощью их соответствующего второго контактного вывода (24, 26) соединены с третьим выходом (U) инвертора. Изменяемый управляющий ток магнитного подшипника (2) создается в третьем выходе (U) трехфазного инвертора (6) и разделяется на катушки (12, 14) и соединенные с ними другие выходы (W, V) трехфазного инвертора (6), а также создается неизменный ток предварительного намагничивания в первом выходе (W) и втором выходе (V) трехфазного инвертора (6) и в соединенных с ними включенных последовательно катушках (12, 14), в результате чего из разницы изменяемого управляющего тока и неизменного тока предварительного намагничивания, в зависимости от их знака, в катушках (12, 14) и в соединенных с ними обеих выходах (V, W) создаются соответствующие фазовые токи (iw, iv). Технический результат: усовершенствование способа работы питаемого вентильным преобразователем магнитного подшипника так, что значительно уменьшается эффективный ток и достигается возможно высокая скорость нарастания тока. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх