Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока



Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока
Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока
Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока

Владельцы патента RU 2593152:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока, содержащем токоограничивающие цепи, по одной на каждый входной зажим выпрямителя, каждая из которых соединяет входной зажим указанного устройства, подключенный к одному из входных зажимов упомянутого источника напряжения, с входным зажимом указанного устройства, подключенным к одному из входных зажимов управляемого выпрямителя напряжения, причем каждая токоограничивающая цепь содержит дополнительный токоограничивающий элемент, а также первый и второй выключатели, при этом первые выключатели включены между входными зажимами устройства и первыми зажимами дополнительных токоограничивающих элементов, вторые зажимы которых подключены к выходным зажимам устройства, а вторые выключатели включены между первыми и вторыми зажимами дополнительных токоограничивающих элементов, в качестве этих элементов применены токоограничивающие реакторы. Изобретение позволяет в десятки раз снизить потери мощности и энергии при предварительном заряде выходного конденсатора управляемого выпрямителя напряжения, а также снизить время предварительного заряда указанного конденсатора. 4 ил.

 

Устройство относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот, постоянного тока в переменный с использованием полупроводниковых приборов: транзисторов и диодов - в мостовой схеме.

Управляемые выпрямители напряжения, которые также известны под названиями: активные выпрямители или обратимые преобразователи напряжения, применяются в качестве выпрямителя для питания потребителей постоянного тока или, вместе с автономными инверторами, в составе преобразователей частоты. Основой управляемых выпрямителей напряжения является вентильный коммутатор, у которого каждое плечо может проводить ток в обоих направлениях и представляет собой встречно-параллельное соединение электронного ключа с односторонней проводимостью (транзистора) и диода, проводящего ток в обратном, по отношению к электронному ключу, направлению. В анодную группу наиболее распространенного мостового вентильного коммутатора входят вентильные плечи, у которых аноды диодов соединены с отрицательным выходным зажимом выпрямителя, а в катодную группу - вентильные плечи, у которых катоды диодов соединены с положительным выходным зажимом выпрямителя. К выходным зажимам вентильного коммутатора, которые являются также выходными зажимами управляемого выпрямителя напряжения, подключены выходной конденсатор, являющийся обязательным элементом любого управляемого выпрямителя напряжения, и нагрузка. Катод диода каждого вентильного плеча анодной группы соединен с анодом диода вентильного плеча одной из катодных групп и с одним из входных зажимов вентильного коммутатора. Входные зажимы вентильного коммутатора соединены с входными зажимами управляемого выпрямителя напряжения, подключенными к источнику напряжения переменного тока. Эти выпрямители, под действием поступающих на электронные ключи сигналов, преобразуют энергию переменного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе. В этом случае такие выпрямители работают в выпрямительном режиме, как и простейшие, составленные только из диодов, выпрямители тока. При изменении направления потока энергии в нагрузке, когда она не потребляет энергию, а отдает ее, переходя в генераторный режим, такие выпрямители, обладая свойствами обратимого преобразователя напряжения, способны, под действием управляющих сигналов, которые подводятся к транзисторам, преобразовывать энергию постоянного тока, поступающую от нагрузки к выходу управляемого выпрямителя напряжения, в энергию переменного тока. Эта энергия передается с входных зажимов выпрямителя в источник напряжения переменного тока. В этом случае такие выпрямители работают в инверторном режиме.

Другими, кроме вентильного коммутатора и выходного конденсатора, обязательными элементами управляемого выпрямителя напряжения являются входные реакторы, первые зажимы которых подключены к входным зажимам вентильного коммутатора, а вторые зажимы подключены к входным зажимам управляемого выпрямителя напряжения.

Устройство для подключения управляемого выпрямителя к источнику напряжения переменного тока не является обязательным элементом управляемого выпрямителя напряжения. Входные зажимы этого устройства подключаются к выходным зажимам источника переменного тока, а выходные зажимы этого устройства - к входным зажимам управляемого выпрямителя. Известны разновидности практического применения управляемых выпрямителей, в которых устройство для подключения управляемого выпрямителя к источнику напряжения переменного тока отсутствует. В таких случаях входные зажимы управляемого выпрямителя непосредственно подключаются к выходным зажимам источника переменного тока.

Роль входных реакторов, полностью или частично, могут играть индуктивные сопротивления коммутации синхронного генератора или индуктивные сопротивления короткого замыкания трансформатора, которые предназначены именно для питания указанного выпрямителя. Индуктивность входного реактора или элемента, играющего его роль, должна быть не больше такой, которая обеспечивает достижение максимального значения производной заданной синусоиды входного тока выпрямителя в управляемом режиме его работы

В неуправляемом режиме работы выпрямителя, когда транзисторы заперты (отсутствуют), входной конденсатор через диоды вентильного коммутатора заряжается до напряжения, равного амплитуде линейного напряжения источника переменного тока. В таком режиме управляемый выпрямитель напряжения и по своей структуре, и по работе ничем не отличается от простейшего, составленного только из диодов, выпрямителя тока. В управляемом режиме работы выпрямителя используется свойство индуктивностей входных реакторов накапливать энергию, необходимую для повышения напряжения выходного конденсатора. В этом режиме работы напряжение выходного конденсатора больше амплитуды линейного напряжения источника переменного тока.

После перевода одного из транзисторов анодной группы и одного из транзисторов катодной группы в проводящее состояние ток двух входных реакторов начинает возрастать. Этот ток определяется суммарным значением индуктивностей двух реакторов и суммой двух напряжений: линейного напряжения источника переменного тока и выходного напряжения выпрямителя. Когда этот ток достигнет заданного максимального значения, один из указанных транзистора или они оба выключаются. Сумма ЭДС самоиндукции реакторов обеспечивает прохождение их тока через диоды, шунтирующие транзисторы. При этом ток реакторов снижается, а напряжение выходного конденсатора возрастает. Когда указанный ток снизится до заданного минимального значения, транзисторы включаются снова.

Максимальные и минимальные значения токов реакторов задают не постоянными, а изменяющимися по синусоидам, совпадающим по фазе с соответствующими фазными напряжениями источника переменного тока. При работе обратимого преобразователя напряжения в выпрямительном режиме коэффициенты мощности, потребляемой управляемым выпрямителем напряжения от источника переменного тока, для каждой фазы равны единице. При работе же обратимого преобразователя напряжения в инверторном режиме коэффициенты мощности, отдаваемой источнику переменного тока, для каждой фазы равны единице со знаком минус. Таким образом, в обоих режимах обратимый преобразователь напряжения обладает высокими энергетическими показателями.

Для ограничения входных токов выпрямителя в неуправляемом режиме в цепях, входящих в устройство для подключения управляемого выпрямителя к источнику напряжения переменного тока, должны содержаться токоограничивающие элементы. Они защищают входные реакторы, диоды, электронные ключи и конденсаторы управляемого выпрямителя от разрушения под действием сверхтоков.

Известно устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику переменного тока [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с, на рис. 25.1, б показан однофазный вариант управляемого мостового выпрямителя напряжения (аналог 1)], в котором дополнительные токоограничивающие элементы отсутствуют, при этом входные зажимы управляемого выпрямителя подключены к выходным зажимам источника переменного тока непосредственно. Схема аналога для трехфазного варианта управляемого мостового выпрямителя напряжения приведена в [Электротехника. - В 3-х книгах. Книга II. Электрические машины. Промышленная электроника. Теория автоматического управления / Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - 711 с, рис. 25.7]. У аналога 1 роль токоограничивающих элементов играют входные реакторы.

Недостаток аналога 1 заключается в том, что индуктивное сопротивление двух входных реакторов является слишком малым для необходимого ограничения пускового тока, возникающего при подключении управляемого выпрямителя напряжения с незаряженным выходным конденсатором к источнику переменного нерегулируемого напряжения. Большой входной ток выпрямителя, являющийся, по сути, током короткого замыкания источника на входные реакторы выпрямителя, может вывести из строя обмотки входных реакторов, диоды выпрямителя, внутренние проводники выходного конденсатора и соединительные провода. Способ подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику, используемый в аналоге 1, может безопасно применяться при постепенном увеличении напряжения источника, по мере заряда выходного конденсатора управляемого выпрямителя напряжения. Такой процесс может быть осуществлен, например, при питании управляемого выпрямителя напряжения непосредственно от синхронного генератора, в частности от генераторов ветроэлектрических станций.

Другое известное устройство [Патент RU, 2372706. Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока / Копылов В.В., Коршунов А.В., Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Филоженко А.Ю. Бюл. 2009. №31 (аналог 2)] свободно от указанного недостатка аналога 1. У аналога 2 имеются дополнительные токоограничивающие элементы, которые образуют индуктивно-емкостный фильтр.

Параметры этого фильтра выбираются в соответствии со следующими условиями. Во-первых, ограничивается заданным уровнем начальное значение амплитуды периодической составляющей входного тока выпрямителя. Во-вторых, при окончании процесса неуправляемого заряда выходного конденсатора его напряжение, равное амплитудному значению линейного напряжения конденсаторов индуктивно-емкостного фильтра, достигает заданного значения. Это значение больше амплитуды линейного напряжения источника переменного тока, примерно на 10%. Указанное обстоятельство позволяет исключить переход управляемого выпрямителя напряжения из управляемого режима в неуправляемый при незначительных кратковременных скачках выходного напряжения источника переменного тока. Эта функция индуктивно-емкостного фильтра не является необходимой. Дело в том, что при подскоке напряжения источника за время, которое меньше одной секунды, выходной конденсатор зарядится до амплитудного значения увеличившегося напряжения источника, при этом управляемый выпрямитель напряжения станет готовым к работе в управляемом режиме. На отсутствие необходимости в повышении амплитуды входного напряжения выпрямителя с помощью индуктивно-емкостного фильтра указывает и следующее упомянутое выше свойство управляемого выпрямителя напряжения: напряжение выходного конденсатора больше амплитуды линейного напряжения источника переменного тока. Система автоматического управления обратимым преобразователем напряжения, снабженная измерительными преобразователями мгновенных значений токов и напряжений на входе и выходе управляемого выпрямителя напряжения, формирует такие последовательности сигналов, переводящих транзисторы в проводящее состояние, которые обеспечивают равенство коэффициента мощности, потребляемой от источника переменного тока (или отдаваемой в этот источник), значениям ±1, а также равенство выходного напряжения Ud управляемого выпрямителя напряжения заданному значению этого напряжения..

В-третьих, элементы фильтра образуют фильтр нижних частот, который подавляет влияние высших гармоник входных напряжений управляемого выпрямителя, амплитуда которых равна напряжению выходного конденсатора, на источник переменного напряжения. И эта функция индуктивно-емкостного фильтра не является необходимой. Дело в том, что индуктивности входных реакторов выпрямителя значительно больше индуктивностей внутренних сопротивлений источника переменного тока, при этом амплитуды прямоугольных импульсов напряжений, подводимых к выходным зажимам источника, пренебрежимо малы.

У аналога 2 имеются два существенных недостатка. Первый из них - это повышенная сложность устройства, увеличенные, по сравнению с аналогом 1, его масса и стоимость. Второй недостаток - это большие значения амплитуд колебательных составляющих токов конденсаторов токоограничивающих цепей в режиме неуправляемого заряда выходного конденсатора. Частота этих составляющих в несколько раз превосходит частоту источника напряжения. Действующие значения указанных составляющих в несколько раз превосходят действующие значения токов этих конденсаторов при работе выпрямителя в рабочем режиме (как управляемого выпрямителя напряжения). Во избежание выхода из строя конденсаторов токоограничивающих цепей их приходится выбирать на напряжение, которое в несколько раз превосходит напряжение источника переменного тока. При этом значительно возрастают масса и размеры батарей указанных конденсаторов.

Известно также устройство для подключения выпрямителя к источнику напряжения, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству, принципиальная схема которого и пояснения к ней приведены в [Электротехнический справочник. В 3 т. Т. 3: В 2 кн. Кн. 2. Использование электрической энергии / под общ. ред. профессоров МЭИ: - М.: Энергофтомиздат,1988. - 616 с. С. 82, 86, рисунок 31.30 (прототип)].

Известное устройство для подключения выпрямителя к источнику переменного тока содержит дополнительные токоограничивающие цепи, по одной на каждый входной зажим выпрямителя, каждая из которых соединяет входной зажим указанного устройства, подключенный к одному из выходных зажимов упомянутого источника напряжения, с одним из выходных зажимов устройства, подключенных к входным зажимам выпрямителя. Причем каждая токоограничивающая цепь содержит дополнительный токоограничивающий элемент, а также первый и второй выключатели. Первые выключатели включены между входными зажимами устройства и первыми зажимами дополнительных токоограничивающих элементов, вторые зажимы которых подключены к выходным зажимам устройства. Вторые выключатели включены между первыми и вторыми зажимами дополнительных токоограничивающих элементов.

В прототипе в качестве дополнительных токоограничивающих элементов применены токоограничивающие резисторы. Первоначальное подключение выпрямителя к источнику напряжения переменного тока с помощью известного устройства для подключения выпрямителя к источнику (прототипа) осуществляется одновременным замыканием первых выключателей во всех фазных токоограничивающих цепях при разомкнутом состоянии вторых выключателей. Благодаря совместному действию индуктивностей входных реакторов управляемого выпрямителя напряжения и активных сопротивлений токоограничивающих резисторов максимальное значение токов, поступающих от источника через токоограничивающие цепи на входы выпрямителя, удается снизить до безопасного значения. После окончания неуправляемого процесса заряда выходного конденсатора, когда входной ток управляемого выпрямителя напряжения падает до нулевого значения, замыкаются вторые выключатели. При этом входные зажимы выпрямителя оказываются подключенными к выходным зажимам источника напряжения переменного тока через замкнутые вторые выключатели. Выпрямитель готов к работе по своему назначению. Это, применительно к управляемому выпрямителю напряжения, означает, что он готов к работе в управляемом режиме.

Основные недостатки известного устройства для подключения выпрямителя к источнику напряжения (прототипа) заключаются в следующем.

1. В токоограничивающих резисторах выделяется большая энергия в виде тепла, и возникает проблема его отвода. Чем больше токоограничивающее влияние токоограничивающих резисторов и, следовательно, отношение активного сопротивления токоограничивающего резистора к модулю комплексного сопротивления, состоящего из указанного активного сопротивления и индуктивного сопротивления (на частоте источника напряжения) входного реактора, тем ближе суммарные потери энергии в пусковых резисторах, за время заряда выходного конденсатора управляемого выпрямителя напряжения, к электрической энергии, запасенной в выходном конденсаторе за указанное время.

2. Неудовлетворителен вид выходной характеристики устройства для подключения выпрямителя в неуправляемом режиме. Эта характеристика представляет собой зависимость выходного тока указанного устройства, причем этот ток также является входным током Iin выпрямителя от его выходного напряжения Ud. Она ограничена двумя крайними точками. У первой из них, относящейся к режиму холостого хода, напряжение Ud0 равно амплитуде линейного напряжения источника, а ее ток равен нулю. У второй точки, относящейся к режиму короткого замыкания, напряжение равно нулю, а ее ток достигает максимального значения Iinm. Выходная характеристика устройства для подключения выпрямителя является также его входной характеристикой в неуправляемом режиме. У прототипа все ординаты выходной характеристики устройства Iin, за исключением ординат крайних точек, меньше ординат прямой, соединяющей указанные крайние точки. Следовательно, выходной ток устройства, а также входной ток выпрямителя и пропорциональный ему ток Id, заряжающий выходной конденсатор, по мере заряда выходного конденсатора, снижаются быстрее, чем растет выходное напряжение Ud. Так как ток Id, заряжающий выходной конденсатор, пропорционален производной по времени t напряжения Ud выходного конденсатора, то скорость нарастания напряжения этого конденсатора в процессе его заряда заметно снижается. Время заряда выходного конденсатора велико. Оно составляет несколько значений постоянной времени, которая примерно равна произведению емкости выходного конденсатора на удвоенное сопротивление токоограничивающего резистора.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение энергетических и динамических показателей стадии неуправляемого заряда выходного конденсатора управляемого выпрямителя напряжения Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в снижении в десятки раз потерь мощности и энергии при предварительном заряде выходного конденсатора управляемого выпрямителя напряжения и снижении времени предварительного заряда указанного конденсатора.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока, содержащем токоограничивающие цепи, по одной на каждый входной зажим выпрямителя, каждая из которых соединяет входной зажим указанного устройства, подключенный к одному из выходных зажимов упомянутого источника напряжения, с выходным зажимом указанного устройства, подключенным к одному из входных зажимов управляемого выпрямителя напряжения, причем каждая токоограничивающая цепь содержит дополнительный токоограничивающий элемент, а также первый и второй выключатели, при этом первые выключатели включены между входными зажимами устройства и первыми зажимами дополнительных токоограничивающих элементов, вторые зажимы которых подключены к выходным зажимам устройства, а вторые выключатели включены между первыми и вторыми зажимами дополнительных токоограничивающих элементов, в качестве дополнительных токоограничивающих элементов применены токоограничивающие реакторы. Поставленная задача достигается также тем, что для однофазного управляемого выпрямителя напряжения, содержащего только один входной реактор, когда числа входных и выходных зажимов устройства равны двум, используется только одна токоограничивающая цепь, которая соединяет первый из двух входных зажимов устройства с первым из двух его выходных зажимов, а второй входной зажим устройства непосредственно подключен ко второму из двух его выходных зажимов.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и прототипа свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию «новизна». Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи.

Признак «…в качестве дополнительных токоограничивающих элементов применены токоограничивающие реакторы…» позволяет во много раз снизить потери мощности в дополнительном токоограничивающем элементе по сравнению с прототипом, в котором функции этого элемента выполнял токоограничивающий резистор: у реактора имеются небольшие потери мощности в его обмотке и в магнитном сердечнике, если реактор его имеет. Этот признак обеспечивает изменение вида входной характеристики выпрямителя в неуправляемом режиме его работы. По своему виду эта характеристика приблизилась к так называемой экскаваторной: ее начальный участок, протяженность которого близка к 2 3 U d 0 , имеет выпуклость, и расположен выше прямой, соединяющей крайние точки указанной характеристики. И на всем протяжении этой характеристики ее ординаты лежат выше ординат входной характеристики прототипа. При этом на начальном этапе процесса заряда выходного конденсатора управляемого выпрямителя скорость нарастания напряжения этого конденсатора не падает, как у прототипа, а возрастает. Таким образом, время заряда выходного конденсатора в неуправляемом режиме значительно сокращается по сравнению с этим же показателем прототипа.

Признак «..для однофазного управляемого выпрямителя напряжения, содержащего только один входной реактор, когда числа входных и выходных зажимов устройства равны двум, используется только одна токоограничивающая цепь, которая соединяет первый из двух входных зажимов устройства с первым из двух его выходных зажимов, а второй входной зажим устройства непосредственно подключен ко второму из двух его выходных зажимов…» позволяет уменьшить массу и габариты устройства. В этом случае два токоограничивающих реактора заменяются одним.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 - представлена функциональная схема устройства для подключения трехфазного управляемого выпрямителя напряжения к трехфазному источнику напряжения переменного тока; на фиг. 2 - то же, но однофазного управляемого выпрямителя напряжения к однофазному источнику напряжения переменного тока; на фиг. 3 изображены выходные характеристики устройства для подключения выпрямителя при использовании применительно к однофазному выпрямителю заявленного устройства (сплошной линией) и прототипа (штриховой линией), а на фиг. 4 - показаны графики изменения выходного напряжения однофазного выпрямителя во время неуправляемого заряда входного конденсатора при использовании заявленного устройства (сплошной линией) и прототипа (штриховой линией).

Устройство 1 для подключения управляемого выпрямителя 2 напряжения к источнику 3 напряжения переменного тока содержит токоограничивающие цепи, соединяющие входные зажимы 4 и выходные зажимы 5 устройства 1. Для трехфазного варианта (фиг. 1) таких цепей три. Входные зажимы 4 устройства 1 подключены к выходным зажимам 6 источника 3 напряжения переменного тока, а выходные зажимы 5 устройства 1 подключены к входным зажимам 7 управляемого выпрямителя напряжения 2. Каждая токоограничивающая цепь содержит токоограничивающие реакторы 8 (дополнительные токоограничивающие элементы), первые выключатели 9 и вторые выключатели 10. Первые зажимы 11 выключателей 9 подключены к входным зажимам 4 устройства 1. Вторые зажимы 12 первых выключателей 9 подключены к первым зажимам токоограничивающих реакторов 8, вторые зажимы которых подключены к выходным зажимам 5 устройства 1. Первые зажимы 13 и вторые зажимы 14 вторых выключателей 10 подключены соответственно ко вторым зажимам 12 первых выключателей 9 и выходным зажимам 5 устройства.

В однофазном варианте (фиг. 2) имеются два входных зажима 4 и два выходных зажима 5 устройства 1. При этом используется только одна токоограничивающая цепь, подключенная между одним первым, входным зажимом 4 и соответствующим ему одним, первым, выходным зажимом 5 устройства 1. Эта цепь содержит по одному следующие элементы: токоограничивающий реактор 8, первый выключатель 9 и второй выключатель 10. Второй входной зажим 4 и второй выходной зажим 5 устройства 1 непосредственно подключены друг к другу.

На чертеже и в описании изобретения в управляемом выпрямителе 2 напряжения дополнительно обозначены его обязательные элементы:

15 - входные реакторы;

16 - мостовые вентильные коммутаторы;

17 - выходные конденсаторы.

Входные реакторы 15 включены между соответствующими друг другу входными зажимами 7 выпрямителя 2 и входными зажимами 18 вентильных коммутаторов 16. Выходные конденсаторы 17 подключены к выходным зажимам: положительному 19 и отрицательному 20 выпрямителя 2. К зажимам 19 и 20 также подключены выходные зажимы 21 и 22 вентильных коммутаторов 16, и к ним же подключается нагрузка выпрямителя 2.

Каждое плечо вентильного коммутатора 16 может проводить ток в обоих направлениях и представляет собой встречно-параллельное соединение электронного ключа с односторонней проводимостью транзистора 23 и диода 24, проводящего ток в обратном, по отношению к электронному ключу, направлению. В анодную группу мостового вентильного коммутатора входят вентильные плечи, у которых аноды диодов соединены с отрицательным выходным зажимом 20 выпрямителя, а в катодную группу - вентильные плечи, у которых катоды диодов соединены с положительным выходным зажимом 19 выпрямителя. Входные зажимы 18 вентильных коммутаторов 16 подключены к общим точкам 25 двух плечей, входящих в одну и ту же стойку вентильного коммутатора.

Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока работает следующим образом.

До подключения к источнику 3 напряжение Ud конденсатора 17 управляемого выпрямителя 2 равно нулю, а все первые 9 и вторые 10 выключатели разомкнуты. При одновременном замыкании всех первых выключателей 9 начинается неуправляемый процесс заряда конденсатора 17: по токоограничивающим 8 и входным 15 реакторам, по диодам 24 и выходному конденсатору 17 начинают проходить токи. Входные токи выпрямителя 2 (у однофазного выпрямителя входной ток) Iin преобразуются неуправляемым (составленным из диодов 24) выпрямителем в выходной ток Id который, при равенстве нулю тока нагрузки, равен току, заряжающему конденсатор 17. В результате напряжение Ud конденсатора 17 начинает возрастать. Емкость конденсатора 17 настолько велика, что время его заряда превосходит период напряжения источника 3 напряжения переменного тока, по крайней мере, в десятки раз.

На фиг. 3 изображены статические выходные характеристики устройства 1 при использовании применительно к однофазному выпрямителю заявленного устройства (сплошной линией) и прототипа (штриховой линией), начальный участок выходной характеристики заявленного устройства, протяженность которого близка к 2 3 U d 0 , имеет выпуклость, и расположен выше прямой, соединяющей крайние точки указанной характеристики. И на всем протяжении этой характеристики ее ординаты лежат выше ординат входной характеристики прототипа.

Благодаря отмеченным отличиям выходных характеристик заявленного устройства 1 и прототипа, на начальном этапе процесса заряда выходного конденсатора управляемого выпрямителя скорость нарастания напряжения этого конденсатора не падает, как у прототипа, а возрастает. Таким образом, время заряда выходного конденсатора 17 в неуправляемом режиме при использовании заявленного устройства 1 значительно сокращается, по сравнению с временем заряда этого конденсатора в неуправляемом режиме при использовании прототипа. Указанное преимущество применения заявленного устройства 1 подтверждает фиг. 4, на которой показаны графики изменения выходного напряжения Ud однофазного выпрямителя во время неуправляемого заряда выходного конденсатора 17 при использовании заявленного устройства (сплошной линией) и прототипа (штриховой линией). Время заряда выходного конденсатора до напряжения, составляющего 98% от напряжения холостого хода Ud0, равное 0.96 с (48 периодов напряжения источника переменного тока) при использовании заявленного устройства 1 в 1.42 раза меньше, чем при использовании прототипа.

Отмеченные применительно к однофазному выпрямителю при его подключении к однофазному источнику переменного тока, достигаемые при замене токоограничивающих резисторов на токоограничивающие реакторы, преимущества по форме выходной характеристики устройства 1 и времени заряда выходного конденсатора 17, сохраняются и при неуправляемом заряде выходного конденсатора трехфазного выпрямителя при его подключении к трехфазному источнику переменного тока.

Устройство для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока, содержащее токоограничивающие цепи, по одной на каждый входной зажим выпрямителя, каждая из которых соединяет входной зажим указанного устройства, подключенный к одному из выходных зажимов упомянутого источника напряжения, с выходным зажимом указанного устройства, подключенным к одному из входных зажимов управляемого выпрямителя напряжения, причем каждая токоограничивающая цепь содержит токоограничивающий элемент, а также первый и второй выключатели, при этом первые выключатели включены между входными зажимами устройства и первыми зажимами токоограничивающих элементов, вторые зажимы которых подключены к выходным зажимам устройства, а вторые выключатели включены между первыми и вторыми зажимами токоограничивающих элементов, отличающееся тем, что в качестве токоограничивающих элементов применены токоограничивающие реакторы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для заряда аккумуляторных батарей. Технический результат - повышение эффективности преобразования мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях электрической энергии. Техническим результатом является обеспечение защиты от перегрузки электрических аппаратов, потребляющих мощность, превышающую номинальную мощность преобразователя электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, используемых в устройствах питания силовой электроники.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты тиристорного преобразователя. Техническим результатом является улучшение защитных функций и обеспечение диагностики трехфазного выпрямителя с последовательным включением тиристоров.

Изобретение относится к электротехники. Повышающий преобразователь напряжения содержит входную цепь с дросселем в одной из ветвей, два силовых ключа, два диода, пусковой ключ с шунтирующим его резистором и два последовательно включенных выходных конденсатора.

Изобретение относится в способу разрядки промежуточного конденсатора (Czk) двухзвенного вентильного преобразователя (2) напряжения, в котором расположенный на стороне сети преобразователь (4) электроэнергии имеет выключаемые силовые полупроводниковые приборы (А1, …, А6) и предназначен для соединения с питающей сетью переменного тока с помощью перемыкаемой с помощью сетевого контактора (NS) последовательной схемы предварительного зарядного контактора (VS) и предварительного зарядного сопротивления (RV), трансформатора (Т) и главного выключателя (HS).

Изобретение относится к области электротехники. Способ обнаружения сбоя в импульсном источнике (1) электричества, содержащем управляющий каскад (2), выполненный с возможностью передачи, в ответ на сигнал установки, управляющего сигнала, модулированного с заданным значением (α) коэффициента заполнения, на силовой каскад (3), выполненный с возможностью передачи электричества на нагрузку (100), при этом способ содержит этапы, на которых определяют по меньшей мере одно номинальное значение (αmin, αmax) продолжительности включения при нормальном функционировании, и по меньшей мере один порог (αsc, αoc) сбоя в качестве функции от номинального значения; определяют по меньшей мере одно моментальное значение (α) коэффициента заполнения сигнала, выданного управляющим каскадом (2); и сравнивают моментальное значение с пороговым значением сбоя.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при распознавании загрязнения и/или образования росы на компонентах преобразователя частоты переменного тока с промежуточным контуром напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях, входящих в состав системы энергообеспечения электронной, электромеханической и осветительной аппаратуры.

Изобретение относится к области устройств для преобразования постоянного тока в постоянный, а именно к системам управления такими системами и может быть использовано в двухтактных преобразователях напряжения для ограничения тока намагничивания трансформатора. Технический результат - ограничение тока намагничивания на минимально допустимом уровне во всем диапазоне питающего напряжения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к подмодулю модульного многоступенчатого преобразователя частоты с однополюсным аккумулятором энергии и с включенной параллельно аккумулятору энергии мощной полупроводниковой последовательной схемой, содержащей два последовательно включенных мощных полупроводниковых переключателя с одинаковым направлением пропускания, причем встречно-параллельно каждому включаемому и выключаемому мощному полупроводниковому переключателю включен безынерционный диод. При этом по меньшей мере одна из цепей: цепи первого и второго соединительных зажимов и шунтирующей цепи содержит индуктивный элемент. Технический результат состоит в предотвращении быстрого нарастания или отключения тока по цепи аккумулятора энергии. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в силовых преобразователях. Техническим результатом является повышение быстродействия устранения электрической дуги, возникшей в схеме вентильного преобразователя переменного тока. В способе устранения электрической дуги, обусловленной работой по меньшей мере одного источника (3) фазного напряжения схемы (1) вентильного преобразователя переменного тока, который содержит один блок (2) вентильного преобразователя переменного тока и одну цепь (4) аккумулирования энергии, причем на стороне переменного напряжения блока (2) вентильного преобразователя переменного тока подключен по меньшей мере один источник (3) фазного напряжения, а блок (2) вентильного преобразователя переменного тока содержит множество управляемых силовых полупроводниковых реле, во время работы схемы (1) вентильного преобразователя переменного тока осуществляют детектирование возникающей электрической дуги, замыкают накоротко по меньшей мере один источник (3) фазного напряжения. Для детектирования электрической дуги осуществляют контроль параметра состояния схемы (1) вентильного преобразователя переменного тока в отношении заданной пороговой величины параметра состояния или осуществляют оптический контроль пространства, окружающего схему вентильного преобразователя переменного тока в отношении определения света электрической дуги. В случае последующего детектирования электрической дуги управление работой по меньшей мере одной части управляемых силовых полупроводниковых реле блока (2) вентильного преобразователя переменного тока осуществляют таким образом, что образуется по меньшей мере одна цепь короткого замыкания через блок (2) вентильного преобразователя переменного тока для замыкания накоротко по меньшей мере одного источника (3) фазного напряжения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – снижение веса системы привода двигателя. Согласно изобретению определяют точку резонанса для системы привода двигателя, смещают точку резонанса к смещенной точке резонанса, которая имеет более высокую частоту по сравнению с частотой, связанной с точкой резонанса, посредством изменения полного сопротивления по меньшей мере фидера или двигателя. Конструируют фильтр электромагнитных помех для смещенной точки резонанса, которая имеет более высокую частоту, при этом фильтр электромагнитных помех для смещенной точки резонанса легче фильтра электромагнитных помех, выполненного для точки резонанса перед ее смещением. Включают фильтр в систему привода двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – обеспечение лучшей стабилизации выходного напряжения в сети. Представлена схема преобразователя, имеющая основную цепь переключения на первичной обмотке трансформатора для управления подачей тока к накопительной катушке индуктивности на первичной обмотке, когда основная цепь переключения является проводящей. Схема преобразователя содержит: цепь управления, функционально связанную с основной цепью переключения и предназначенную для управления основной цепью переключения, причем цепь управления содержит управляющий конденсатор, выполненный с возможностью включать цепь управления и отключать основную цепь переключения; вспомогательную катушку индуктивности, магнитным образом связанную с накопительной катушкой индуктивности и выполненную с возможностью запускать цепь управления для функционирования и отключать основную цепь переключения в ответ на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности, когда основная цепь переключения является проводящей; и цепь зарядки, подключенную между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором и выполненную с возможностью включать вспомогательную катушку индуктивности для зарядки управляющего конденсатора. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Предложен трехточечный вентильный преобразователь (1) с активными фиксаторами уровня, который содержит по меньшей мере одну полумостовую схему (5), включенную в контур (2) постоянного напряжения. Данная или каждая полумостовая схема (5) содержит последовательно соединенные входной полумост (20) стороны высокого потенциала и входной полумост (21) стороны низкого потенциала. Полумостовая схема (5) также содержит выходной полумост (22), включенный между средними отводами (25, 31) входных полумостов (20, 21). При этом полная индуктивность (Lg) внутри выходного полумоста (22), а также между тремя полумостами (20-22) рассчитана таким образом, что при отказе любого силового полупроводника (23, 24, 26, 27, 29, 30, 32, 33, 35, 36, 38, 39) полумостовой схемы (5) короткое замыкание через образованную между тремя полумостами (20-22) полумостовой схемы (5) цепь короткого замыкания может надежно отключаться посредством работоспособных силовых полупроводников (23, 24, 26, 27, 29, 30, 32, 33, 35, 36, 38, 39) в этой цепи короткого замыкания.16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электропитанием. Технический результат - обеспечение корректного пуска импульсного выпрямителя по напряжению и/или по току согласно требованиям питаемого объекта и в соответствии с внешней средой импульсного выпрямителя. Способ управления плавным пуском импульсного выпрямителя включает: получение параметра внешней среды импульсного выпрямителя и характерного параметра электропитания питаемого объекта, установку стратегии пуска по напряжению и/или стратегии пуска по току для импульсного выпрямителя согласно параметру внешней среды и характерному параметру электропитания и управление напряжением и/или током импульсного выпрямителя, чтобы запустить его до напряжения и/или тока при полной нагрузке согласно стратегии пуска по напряжению и/или стратегии пуска по току. Предлагается также устройство для управления пуском импульсного выпрямителя. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в бытовых приборах, зарядных устройствах и других приборах. Техническим результатом является уменьшение потерь переключающей способности МОП-транзисторов. Схема обратноходового импульсного источника питания и драйвер подсветки, в котором она используется, включают: трансформатор с первичной обмоткой, вторичной обмоткой и вспомогательной обмоткой, расположенной на одной стороне с первичной обмоткой; выходной выпрямитель, соединенный с выходным выводом схемы обратноходового импульсного источника питания от вторичной обмотки трансформатора; переключающий транзистор, предназначенный для управления напряжением на первичной обмотке; контроллер, предназначенный для подачи сигнала ШИМ для возбуждения затвора переключающего транзистора; цепь фиксации задержки, предназначенную для фиксации потенциала затвора переключающего транзистора на низком потенциале, так что переключающий транзистор включается на впадине волны затухающих колебаний потенциала стока. МОП-транзистор может быть включен на впадине волны потенциала затухающих колебаний на его стоке, и потерю переключающей способности МОП-транзистора можно уменьшить путем расположения цепи фиксации задержки в схеме обратноходового импульсного источника питания и добавления вспомогательной обмотки в трансформатор. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для возбуждения мощной нагрузки, например светодиодной трубки для подсветки в жидкокристаллическом дисплее. Техническим результатом является ускорение возбуждения и снижение энергопотребления. Схема обратноходового драйвера быстрого пуска включает устройство ввода напряжения, трансформатор, включающий первичную обмотку, вторичную обмотку и вспомогательную обмотку, устройство возбуждения для управления первичной обмоткой трансформатора, нагрузочное устройство и устройство управления с обратной связью. Нагрузочное устройство выполняет процесс зарядки на основании постоянного тока от устройства ввода напряжения, чтобы позволить довести выходное напряжение до пускового значения, которое подается на устройство возбуждения. Устройство возбуждения выводит управляющий сигнал для возбуждения первичной обмотки. Таким образом, создается напряжение на вспомогательной обмотке. Устройство управления с обратной связью получает напряжение вспомогательной обмотки и определяет прекратить ли зарядку нагрузочного устройства или нет на основании напряжения вспомогательной обмотки. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат – повышение качества электроэнергии. Физически амплитуды высших гармоник напряжения уменьшаются вследствие изменения полного сопротивления системы электроснабжения. Так как индуктивное сопротивление увеличивается прямо пропорционально частоте тока, даже незначительное увеличение его на частотах высших гармоник приводит к значительным изменениям амплитуд гармоник напряжения в точке общего подключения. При регулировании числа витков обмоток трансформатора приведенное сопротивление системы меняется пропорционально квадрату коэффициента трансформации, поэтому изменение его отражается на величине индуктивного сопротивления. Для уменьшения искажений напряжения средствами переключения числа витков силового трансформатора экспериментально определяют коэффициент kТHD – наклон кривой зависимости коэффициента гармонических искажений от напряжения на вторичной обмотке. Затем по указанной формуле выбирается требуемый коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации силового трансформатора изменяют на величину, определенную по формуле. 5 ил.

Изобретение относится к схеме защиты для полупроводникового переключающего элемента. Технический результат заключается в уменьшении риска выхода из строя полупроводникового переключающего элемента вследствие пробоя, вызванного перенапряжением. В схеме защиты для каждого из множества полупроводниковых переключающих элементов 50, соединенных последовательно, между коллектором и эмиттером полупроводникового переключающего элемента 50 подключается последовательная цепь, состоящая из лавинных элементов D1~D5, резистора R4 и лавинного элемента D6. Конденсатор С1 и резистор R1 соединяются параллельно между обоими выводами лавинного элемента D4, а конденсатор С2 и резистор R2 соединяются параллельно между обоими выводами лавинного элемента D5. Между общей точкой соединения резистора R4 и лавинного элемента D6 и затвором полупроводникового переключающего элемента 50 подключается последовательная цепь, состоящая из резистора R5, параллельной цепи, состоящей из конденсатора С3 и резистора R6, и последовательного компонента, включающего стабилитроны ZD1 и ZD2, соединенные в обратной полярности по отношению друг к другу. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-07-27 2016-07-27T02:01:46
Наверх