Подмодуль для модульного многоступенчатого преобразователя частоты



Подмодуль для модульного многоступенчатого преобразователя частоты
Подмодуль для модульного многоступенчатого преобразователя частоты
Подмодуль для модульного многоступенчатого преобразователя частоты

 


Владельцы патента RU 2599261:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

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 подмодулю модульного многоступенчатого преобразователя частоты с однополюсным аккумулятором энергии и с включенной параллельно аккумулятору энергии мощной полупроводниковой последовательной схемой, в которой последовательно включены два включаемых и выключаемых мощных полупроводниковых переключателя с одинаковым направлением пропускания, причем встречно-параллельно каждому включаемому и выключаемому мощному полупроводниковому переключателю включен безынерционный диод, с первым соединительным зажимом, соединенным с аккумулятором энергии, со вторым соединительным зажимом, соединенным с точкой нулевого потенциала между включаемыми и выключаемыми мощными полупроводниковыми переключателями и их безынерционными диодами, и с шунтирующим выключателем в шунтирующей ветви, соединяющей соединительные зажимы между собой.

Такой подмодуль уже известен, например, из патента DE 10 2005 040 543 A1. Там раскрыта сущность так называемого модульного многоступенчатого преобразователя частоты, содержащего несколько фазных модулей. Каждый фазный модуль имеет средний зажим переменного напряжения для подсоединения фаз сети переменного тока. Кроме того, фазный модуль имеет два концевых зажима постоянного напряжения. Между зажимом переменного тока и каждым из обоих зажимов постоянного тока располагается ветвь фазного модуля. Каждая ветвь фазного модуля, в свою очередь, содержит последовательную схему из двухполюсных подмодулей, каждый из которых в качестве аккумулятора энергии содержит однополюсный конденсатор. В случае аварии падение напряжения на конденсаторе становится чрезмерным, так что подмодуль во избежание больших повреждений должен шунтироваться. Для этого предусмотрен шунтирующий блок, установленный между обоими соединительными зажимами каждого подмодуля. В случае шунтирующего блока речь идет о мощном управляемом полупроводниковом приборе.

Из практики известно, что перед коротким замыканием подмодуля модулярного многоступенчатого полупроводникового переключателя мощные полупроводниковые переключатели дефектного подмодуля блокируются, т.е., другими словами, переводятся в свое запертое положение. Если же мощные полупроводниковые переключатели в таком подмодуле больше не управляются, то аккумулятор энергии при подходящем направлении тока продолжает заряжаться через безынерционные диоды подмодуля. Поэтому для предотвращения еще больших напряжений на аккумуляторе энергии соединительные зажимы при определенном напряжении быстро замыкаются накоротко. Это короткозамкнутое соединение должно надежно проводить ток, протекающий через многоступенчатый статический преобразователь частоты, включая возможные импульсные токи, вплоть до следующего интервала обслуживания.

При шунтировании подмодуля может случиться, что быстрое замыкание шунтирующего выключателя вызовет мгновенное отключение тока через безынерционный диод, так что это приведет к разрушению безынерционного диода с последующим коротким замыканием конденсатора под действием электрической дуги между безынерционным диодом и замкнутым короткозамыкателем. Кроме того, при обратном колебании энергии могут быть разрушены и другие безынерционные диоды подмодуля, поскольку ток обратного колебания демпфируется лишь незначительно и поэтому может продолжать сохранять амплитуды и энергии, намного превышающие размеры, допустимые для безынерционных диодов.

Поэтому задачей изобретения является создание подмодуля вышеупомянутого типа, в котором разрушение одного или нескольких безынерционных диодов надежно предотвращается.

Изобретение решет эту задачу за счет того, что по меньшей мере один соединительный зажим или одна шунтирующая ветвь содержат индуктивный элемент.

Согласно изобретению на пути тока короткого замыкания от положительного полюса или положительного зажима аккумулятора энергии до противоположного полюса имеется по меньшей мере одна индуктивность, подобранная таким образом, чтобы, с одной стороны, предотвращалось чересчур быстрое отключение в результате чересчур быстрого нарастания тока. С другой стороны, вследствие наличия индуктивного элемента, подобранного согласно изобретению, при обычном для нормального режима нагрузочном токе не происходит никаких больших потерь. Поэтому при наличии индуктивного элемента, или индуктивных элементов, происходит постепенное отключение тока, причем нагруженному безынерционному диоду предоставляется возможность перехода в свое запертое положение и тем самым восприятия напряжения аккумулятора энергии. Таким образом, разряд аккумулятора энергии через упомянутый безынерционный диод и шунтирующий выключатель предотвращается. По этой причине не разрушаются и остальные элементы подмодуля. Поскольку согласно изобретению большие токи короткого замыкания и импульсные токи предотвращаются, шунтирующий выключатель может быть рассчитан на меньшие максимальные силы тока. Это относится также к остальным компонентам подмодуля, которым в противном случае приходится выдерживать большие силы тока, вызываемые большими токами короткого замыкания. Силы тока в этом смысле возникают при параллельных токах, которые могут притягиваться или отталкиваться.

Согласно первому предпочтительному варианту изобретения предусмотрен индуктивный элемент, установленный на одном из соединительных зажимов или в шунтирующей ветви.

Согласно одному из целесообразных вариантов осуществления изобретения каждый соединительный зажим содержит индуктивный элемент. Таким образом обеспечивается более постепенное отключение тока при замыкании шунтирующего выключателя.

Согласно одному из более целесообразных усовершенствованных в этом отношении вариантов осуществления в шунтирующую ветвь последовательно с шунтирующим выключателем включен еще один индуктивный элемент. Согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения количество индуктивных элементов увеличивается еще больше, так что появляется возможность улучшения контроля за отключением зарядного тока через безынерционный диод, проводящий зарядный ток.

Предпочтительным образом по меньшей мере один индуктивный элемент выполнен в виде дроссельной катушки. Дроссельные катушки имеются в продаже по подходящим ценам, так что и соответствующий подмодуль остается благоприятным в экономическом отношении.

Однако согласно одному из целесообразных вариантов осуществления изобретения по меньшей мере один из индуктивных элементов выполнен в виде ферритового сердечника. Ферритовые сердечники также имеются в продаже по подходящим ценам. Они тоже элементарно могут быть встроены в уже существующие установки.

Предпочтительным образом ферритовый сердечник является шихтованным. Шихтованные ферритовые сердечники уменьшают потери на вихревые токи в ферритовом сердечнике и тем самым препятствуют сильном нагреву индуктивного элемента в нормальном режиме.

Другие примеры выполнения и преимущества изобретения являются предметом нижеследующего описания примеров выполнения, причем одинаковые позиции относятся к одинаково действующим конструктивным элементам и причем

на фиг. 1 и 2 изображен подмодуль согласно уровню техники, а на фиг. 2 пример выполнения подмодуля согласно изобретению.

На фиг. 1 изображен пример выполнения подмодуля 1 согласно уровню техники. Указанный подмодуль 2 содержит однополюсный конденсатор 2 энергии в качестве аккумулятора энергии, а также последовательную схему 3 мощных полупроводниковых приборов, содержащую два последовательно включенных управляемых мощных полупроводниковых прибора 4 и 5 с одинаковым направлением пропускания. В случае мощных управляемых полупроводниковых переключателей здесь речь идет о так называемых переключателях IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором). Однако в рамках изобретения могут быть использованы другие включаемые и выключаемые мощные полупроводниковые переключатели, как-то: переключатели GTO (запираемые тиристоры) или переключатели IGCT (тиристоры с интегрированным управлением). Мощные полупроводниковые переключатели 4 и 5 являются как включаемыми, так и выключаемыми по сигналу управления и рассчитаны на высокие напряжения в диапазоне 1-10 кВ. В их положении включения протекание тока через мощные полупроводниковые переключатели возможно лишь в их направлении пропускания. В своем выключенном положении они блокируют протекание тока в обоих направлениях. Параллельно каждому из упомянутых мощных полупроводниковых переключателей 4 и 5 встречно-параллельно включен инерционный диод 6 и 7. Кроме того, каждый подмодуль 1 имеет первый соединительный зажим 8, соединенный здесь с одним из полюсов аккумулятора 2 энергии. Второй соединительный зажим 9 соединен с точкой нулевого потенциала между мощными полупроводниковыми переключателями 4 и 5 и тем самым с точкой нулевого потенциала между безынерционными диодами 6 и 7.

Кроме того, на фиг. 1 стрелками показано направление протекания тока. В состоянии, показанном на фиг. 1, зарядный ток I протекает от второго соединительного зажима 9 через безынерционный диод 6, аккумулятор 2 энергии и через первый соединительный зажим 8.

Между соединительными зажимами 8 и 9 установлен шунтирующий выключатель 10. Если шунтирующий выключатель 10, как показано на фиг. 1, замыкается и зарядный ток I протекает через безынерционный диод 6, происходит мгновенное отключение тока, так что безынерционный диод 6 проплавляется и благодаря образованной при этом электрической дуге остается проводящим. Таким образом, после замыкания шунтирующего выключателя 10 накопительный конденсатор 2 замыкается накоротко. Через шунтирующий выключатель 10 протекают большие разрядные токи. При обратном колебании энергии также разрушается безынерционный диод 7. Из-за этих больших токов дело доходит до соответствующих больших механических усилий, поскольку параллельные токи в зависимости от направления тока притягиваются или отталкиваются.

На фиг. 2 изображены токи короткого замыкания после замыкания шунтирующего выключателя 10.

На фиг. 3 изображен пример выполнения подмодуля 1 согласно изобретению, отличающегося от подмодуля 1, изображенного на фиг. 1 и 2, тем, что на первом соединительном зажиме 8 установлен индуктивный элемент 11, а на втором соединительном зажиме 9 - индуктивный элемент 12. Кроме того, видно, что шунтирующий выключатель 10 установлен в шунтирующей ветви 13, причем в шунтирующей ветви 13 третий индуктивный элемент 14 включен последовательно с шунтирующим переключателем. Индуктивные элементы 11, 12 и 14 выполнены в виде соответствующих ферритовых сердечников, дополнительно установленных простым закреплением на соединительных зажимах 8, 9, а также на шунтирующей ветви 13. Ферритовые сердечники 11, 12 и 14 ограничивают нарастание тока и осуществляют сравнительно более постепенное отключение зарядного тока I через безынерционный диод 6, так что он оказывается в состоянии перейти в свое запертое положение, чтобы таким образом воспринять напряжение Uc конденсатора. Таким образом, разряд конденсатора 2 предотвращается.

В отличие от примера выполнения, изображенного на фиг. 3, подмодуль 1 согласно изобретению также может иметь только один индуктивный элемент 11, 12 или 14, установленный в одном из соединительных зажимов 8, 9 или в шунтирующей ветви 13. Указанный индуктивный элемент также является, например, шихтованным ферритовым сердечником.

1. Подмодуль (1) для модульного многоступенчатого преобразователя частоты с однополюсным аккумулятором (2) энергии и с включенной параллельно аккумулятору энергии мощной полупроводниковой последовательной схемой (3), в которой последовательно включены два включаемых и выключаемых мощных полупроводниковых переключателя (4, 5) с одинаковым направлением пропускания, причем встречно-параллельно каждому включаемому и выключаемому мощному полупроводниковому переключателю (4, 5) включен безынерционный диод (6, 7),
- с первым соединительным зажимом (8), соединенным с аккумулятором энергии,
- со вторым соединительным зажимом (9), соединенным с точкой нулевого потенциала между включаемыми и выключаемыми мощными полупроводниковыми переключателями (4, 5) и их безынерционными диодами (6, 7), и
- с шунтирующим выключателем (10) в шунтирующей ветви (13), соединяющей соединительные зажимы (8, 9) между собой, отличающийся тем, что
- по меньшей мере один соединительный зажим (8, 9) и/или шунтирующая ветвь (13) содержат индуктивный элемент (11, 12, 14) такого рода, что на пути тока короткого замыкания от положительного полюса аккумулятора (2) энергии до его противоположного полюса расположена по меньшей мере одна индуктивность, причем
- индуктивный элемент является дроссельной катушкой или ферритовым сердечником.

2. Подмодуль (1) по п. 1, отличающийся тем, что каждый соединительный зажим (8, 9) содержит индуктивный элемент (11, 12).

3. Подмодуль (1) по п. 2, отличающийся тем, что в шунтирующей ветви (13) последовательно с шунтирующим выключателем (10) включен индуктивный элемент (14).

4. Подмодуль (1) по п. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что каждый индуктивный элемент (11, 12, 14) является дроссельной катушкой.

5. Подмодуль (1) по п. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что по меньшей мере один индуктивный элемент (11, 12, 14) является ферритовым сердечником.

6. Подмодуль (1) по п. 5, отличающийся тем, что ферритовый сердечник (11, 12, 14) является шихтованным.



 

Похожие патенты:

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 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 электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока, предотвращения долговременной подачи избыточного напряжения в цепь нагрузки и энергосбережения активной и реактивной энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока, для предотвращения долговременной подачи избыточного напряжения в цепь нагрузки и для общего энергосбережения активной и реактивной энергии.

Изобретение относится к силовой электронике. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для повышения помехоустойчивости устройств релейной защиты и автоматики, питающихся от сети постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания на основе инверторов тока для установок индукционного нагрева и плазмохимического синтеза озона.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии, например в повышающих и понижающих преобразователях. .

Изобретение относится к электротехнике, конкретно, к области силовой электроники и может быть использовано в качестве управляемого устройства для запуска сетевого преобразователя напряжения, в частности, при построении источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, устройств электрохимической защиты подземных металлических сооружений от почвенной коррозии, коррозии блуждающими токами, работающих в импульсно-непрерывном режиме.

Изобретение относится к электротехнике для использования в преобразовательной технике в импульсных регуляторах напряжения, преобразователях частоты и напряжения большой мощности, работающих при повышенных входных напряжениях, например, в железнодорожном и городском транспорте.

Изобретение относится к преобразовательной и импульсной технике для питания потребителей импульсной 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.
Наверх