Силовой преобразователь и способ его работы

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение надежности и безопасности силового преобразователя. Настоящим изобретением предложен силовой преобразователь и способ работы этого силового преобразователя. Силовой преобразователь содержит множество преобразующих модулей и множество переключающих цепей. Каждый преобразующий модуль содержит шунтирующий элемент, выполненный с возможностью замыкания накоротко в случае возникновения неисправности. Переключающие цепи электрически соединены друг с другом по последовательной схеме и электрически соединены с преобразующими модулями по параллельной схеме. Каждая переключающая цепь выполнена с возможностью замыкания накоротко при закорачивании шунтирующего элемента соответствующего преобразующего модуля. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретения относится к силовому преобразователю, в частности, к силовому преобразователю с каскадно-включенными силовыми модулями.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

В некоторых системах силового преобразователя используются каскадно-включенные стандартные модули для работы со средневольтными входами, а дополнительные стандартные модули обеспечивают системное резервирование при выходе из строя некоторых модулей во время работы.

Однако для съема поврежденного и установки нового модуля система преобразователя должна быть полностью остановлена по требованиям техники безопасности, вследствие чего система силового преобразователя не сможет обеспечивать непрерывную подачу питания в процессе такой замены.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Одним из аспектов настоящего изобретения является силовой преобразователь. Силовой преобразователь содержит множество преобразующих модулей и множество переключающих цепей. Каждый из преобразующих модулей содержит шунтирующий элемент, выполненный с возможностью замыкания накоротко в случае появления неисправности. Переключающие цепи электрически соединены друг с другом по последовательной схеме и электрически соединены с преобразующими модулями по параллельной схеме. Каждая переключающая цепь выполнена с возможностью замыкания накоротко при закорачивании шунтирующего элемента соответствующего преобразующего модуля.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен силовой преобразователь, который содержит первый преобразующий модуль, второй преобразующий модуль и силовую полку. Второй преобразующий модуль электрически связан с первым преобразующим модулем. Силовая полка содержит первую переключающую цепь, вторую переключающую цепь и цепь управления. Первая переключающая цепь электрически соединена с первым преобразующим модулем по параллельной схеме. Вторая переключающая цепь электрически соединена со вторым преобразующим модулем по параллельной схеме и электрически соединена с первым переключающим модулем по последовательной схеме. Цепь управления выполнена с возможностью выдачи сигнала обхода для включения первой переключающей цепи в случае выдачи сигнала о неисправности в цепь управления первым преобразующим модулем; и выдачи сигнала обхода для включения второй переключающей цепи в случае выдачи сигнала о неисправности в цепь управления вторым преобразующим модулем.

Еще одним из аспектов настоящего изобретения является способ. Этот способ предусматривает прием цепью управления сигнала о неисправности с одного из множества преобразующих модулей, а также выдачу сигнала обхода, который генерируется цепью управления по факту получения сигнала о неисправности и передается в переключающую цепь, электрически соединенную с соответствующим переключающим модулем по параллельной схеме, для замыкания накоротко переключающей цепи. Цепь управления и переключающие цепи расположены в пределах силовой полки, где также размещены и соответствующие модули.

Следует понимать, что и предшествующее общее описание, и нижеследующее подробное описание представлены исключительно для примера, и что для раскрытия заявленного изобретения необходимы дополнительные разъяснения.

Краткое описание фигур

Настоящее изобретение станет понятнее после внимательного ознакомления со следующим подробным описанием вариантов его осуществления в привязке к прилагаемым чертежам, где:

На фиг. 1 показана принципиальная схема, иллюстрирующая силовой преобразователь согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 2 показана принципиальная схема, иллюстрирующая силовой преобразователь согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 3 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ работы силового преобразователя по фиг. 1 согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения; а

На фиг. 4 показана принципиальная схема, иллюстрирующая силовой преобразователь согласно еще некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 5 показана принципиальная схема, иллюстрирующая силовой преобразователь согласно еще некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Ниже дана подробная ссылка на варианты осуществления заявленного изобретения, примеры которых описаны в настоящем документе и проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Хотя настоящее изобретение будет описано в привязке к вариантам своего осуществления, следует понимать, что этими вариантами своей реализации заявленное изобретение не ограничено. Напротив, предполагается, что настоящее изобретение охватывает альтернативные варианты, модификации и эквиваленты без отступления от существа и объема настоящего изобретения в соответствии с, прилагаемой формулой. Следует отметить, что согласно принятой в этой отрасли практике представленные чертежи используются исключительно для облегчения понимания, и они не вычерчены в масштабе. Таким образом, предполагается, что указанные чертежи не ограничивают фактические варианты осуществления настоящего изобретения. Кроме того, для наглядности размеры различных признаков могут быть произвольно увеличены или уменьшены. Для облегчения понимания везде, где это возможно, в чертежах и самом описании используются одни и те же ссылочные позиции для обозначения одних и тех же элементов.

Если специально не указано иное, то термины, используемые в теле заявки и формуле изобретения, как правило, используются в своем обычном значении, принятом в данной области техники в контексте раскрытия сущности изобретения, а также в зависимости от контекста, в котором используется каждый термин. Определенные термины, используемые для описания настоящего изобретения, рассмотрены ниже или в других местах заявки для того, чтобы дать практикующим специалистам в данной области техники дополнительное представление о заявленном изобретении.

Термины «около», «примерно» или «приблизительно», встречающиеся в настоящем документе, являются эквивалентами. Предполагается, что любые численные величины, используемые в настоящем документе с добавлением или без добавления терминов «около», «примерно», «приблизительно» и т.п., охватывают любые возможные колебания этих величин, что понятно любому специалисту в соответствующей области техники. В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения термин «примерно» или «около» относится к диапазону значений, которые лежат в пределах 20%, 10%, 5% и менее от заявленного контрольного значения в обоих направлениях (в сторону увеличения или уменьшения), если специально не указано иное или иное не явствует из контекста.

В нижеследующем описании и формуле изобретения термины «включает» и «содержит» используются в неограничивающей форме; и, таким образом, их следует интерпретировать, как «включает, помимо прочего» и «содержит, помимо прочего». В контексте настоящей заявки термин «и/или» включает в себя все возможные комбинации одного или нескольких соответствующих перечисленных элементов.

Термин «связанный» в контексте настоящего документа может быть заменен термином «электрически связанный», а термин «соединенный» может быть заменен термином «электрически соединенный», Термины «связанный» и «соединенный» могут быть также использованы для того, чтобы указать на взаимодействие между собой двух и более элементов. Следует понимать, что хотя термины «первый», «второй» и т.д. могут быть использованы в настоящем документе для описания разных элементов, эти элементы не ограничены этими терминами. Указанные термины используются для того, чтобы можно было провести различие между элементами. Например, первый элемент может быть назван вторым элементом, и подобным же образом второй элемент может быть назван первым элементом без отступления от объема вариантов осуществления изобретения.

Теперь обратимся к фиг. 1, на которой представлена принципиальная схема, иллюстрирующая силовой преобразователь (100) согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Силовой преобразователь (100) выполнен с возможностью преобразования входного напряжения Vin переменного тока в выходное напряжение Vout постоянного тока с использованием преобразующих модулей 160а, 160b и 160с, которые могут быть установлены в силовой полке преобразователя (100) или сняты с нее. В некоторых вариантах реализации заявленного изобретения входное напряжение Vin находится на уровне среднего напряжения (например, 600 В - 69 кВ); при этом преобразующие модули 160а, 160b и 160с электрически соединены по последовательной схеме на входной стороне и электрически соединены по параллельной схеме на выходной стороне, как это показано на фиг.1. Таким образом, рабочее напряжение каждого преобразующего модуля 160а-160с уменьшается, так как входное напряжение Vin делится между напряжениями Via, V1b и V1c в соответствующем преобразующем модуле. Кроме того, в преобразующих модулях 160а-160с могут быть использованы низковольтные полупроводниковые элементы.

Как показано на фиг. 1 для иллюстрации, силовой преобразователь (100) содержит входные узлы (112) и (114), выходные узлы (116) и (118), переключающие цепи (120а)-(120с) и цепь (140) управления. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения переключающие цепи (120а)-(120с) и цепь (140) управления размещены в силовой полке преобразователя (100). Входные узлы (112) и (114) выполнены с возможностью приема входного напряжения Vin. Например, входной узел (112) может быть электрически соединен с фазовым выводом трехфазного источника питания переменного тока (например, электросети), а входной узел (114) может быть электрически соединен с нейтралью трехфазного источника питания переменного тока. Выходные узлы (116) и (118) электрически соединены с выходной стороной (160а)-(160с) силового преобразователя и выполнены с возможностью подачи выходного напряжения Vout постоянного тока в нагрузку.

Для наглядности показано электрическое соединение переключающих цепей (120а)-(120с) с преобразующими модулями (160а)-(160с) по параллельной схеме. Иначе говоря, первый вывод переключающей цепи (120а) соединен с первым выводом на входе преобразующего модуля (160а), а второй вывод переключающей цепи (120а) соединен со вторым выводом на входе преобразующего модуля (160а). Подобным же образом первый и второй выводы переключающих цепей (120b) и (120с) соединены, соответственно, с первым и вторым выводами на входе преобразующих модулей (160b) и (160с).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения переключающие цепи 120а-120с представляют собой реле. Например, переключающая цепь 120а содержит катушку (122) реле и контакты (124) и (126). Катушка (122) реле электрически связаны с цепью (140) управления посредством первого вывода и электрически связана с заземлением (GND) посредством второго вывода. Контакты (124) и (126) соединены, соответственно, с первым и вторым выводами переключающей цепи (120а). Контакты (124) и (126) представляют собой нормально замыкающие контактные элементы, обеспечивающие гальваническую развязку первого и второго выводов. При возбуждении катушки (122) реле контакты (124) и (126) замыкаются таким образом, что первый и второй выводы оказываются электрически соединенными, вследствие чего обеспечивается шунтирование соответствующего преобразующего модуля (160а).

Структура переключающих цепей (120b) и (120с) идентична структуре переключающей цепи (120а), и поэтому для краткости изложения дальнейшее описание пропущено. Следует отметить, что варианты конфигурации переключающих цепей (120b)-(120с), проиллюстрированные на фиг. 1 и описанные выше, представлены исключительно для примера. Различные варианты конфигурации переключающих цепей (120а)-(120с) входят в предполагаемый объем настоящего изобретения; при этом переключающие цепи (120а)-(120с) могут быть реализованы с помощью переключателей или реле различного типа.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения преобразующие модули (160а)-(160с) могут быть установлены в силовой полке. После установки преобразующие модули (160а)-(160с) могут принимать, соответственно, напряжение V1a, V1b и V1c переменного тока и преобразовывать его, соответственно, в напряжение V2a, V2b и V2c постоянного тока.

Теперь обратимся к фиг. 2, на которой представлена принципиальная схема, иллюстрирующая силовой преобразователь (100) согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Для облегчения понимания элементы на фиг. 2, аналогичные элементам, показанным на фиг. 1, обозначены такими же номерами позиций. Для наглядности в некоторых вариантах реализации заявленного изобретения каждый преобразующий модуль (160а)-(160с) содержит соответствующий шунтирующий элемент (например, шунтирующие элементы (162а)-(162с)), соответствующий преобразующий элемент (например, преобразующие элементы (164а)-(164с)) и соответствующий защитный элемент (не показаны).

Шунтирующие элементы (162а)-(162с) могут быть реализованы в виде различных полупроводниковых устройств, таких как тиристор, и выполнены с возможностью замыкания накоротко входной стороны преобразующих модулей (160а)-(160с) с тем, чтобы предотвратить прохождение напряжения V1a-V1c через преобразующие элементы (164а)-(164с) в случае выхода из строя соответствующих преобразующих модулей (160а)-(160с). Преобразующие элементы (164а)-(164с) электрически связаны с соответствующими шунтирующими элементами (162а)-(162c) и выполнены с возможностью преобразования напряжения V1a-V1c постоянного тока в напряжение V2a-V2c постоянного тока в нормальном режиме работы. В частности, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения преобразующие элементы (164а)-(164с) могут быть реализованы в виде различных коммутационных цепей подачи питания, таких как понижающий преобразователь, обратноходовой преобразователь, прямоходовой преобразователь или любых иных пригодных для использования цепей силового преобразователя, известных специалистам в данной области техники. Защитный элемент выполнен с возможностью обнаружения возможной неисправности в соответствующем преобразующем модуле (160а)-(160с). При обнаружении неисправности защитный элемент замыкает накоротко соответствующий шунтирующий элемент (162а)-(162с) и выдает соответствующий сигнал (FS) о неисправности в цепь (130) управления. В частности, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения защитный элемент может быть реализован в виде различных цепей защиты от перенапряжения, цепей защиты от сверхтоков, цепей защиты от превышения температуры и других защитных цепей, известных любому специалисту в данной области техники, или в виде любой комбинации защитных цепей, перечисленных выше.

Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения защитный элемент может определять, не превышает ли входное напряжение V1a-V1c соответствующего преобразующего модуля (160а)-(160с) первую заданную величину (например, верхний предел входного напряжения), не превышает ли выходное напряжение V2a-V2c соответствующего преобразующего модуля (160а)-(160с) вторую заданную величину (например, верхний предел выходного напряжения) и не превышает ли температура соответствующего преобразующего модуля (160а)-(160с) заданное значение.

Цепь (140) управления электрически связана с установленными преобразующими модулями (160а)-(160с) и переключающими цепями (120а)-(120с). В некоторых вариантах реализации заявленного изобретения цепь (140) управления электрически связана с защитными элементами преобразующих модулей (160а)-(160с) для приема сигнала (FS) о неисправности с преобразующих модулей (160а)-(160с) и электрически связана с катушкой (122) реле переключающих цепей (120а)-(120с) для подачи сигнала (BS1)-(BS3) обхода в катушку (122) реле переключающих цепей (120а)-(120с). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения цепь (140) управления может быть реализована через микроконтроллер, микропроцессор, цифровой сигнальный процессор (DSP), устройство с микропрограммным управлением (MCU), программируемую логическую интегральную схему типа FPGA или иное устройство обработки данных подобного рода, известное специалистам в данной области техники. Для облегчения понимания настоящего изобретения работа цепи (140) управления будет описана в привязке к способу, проиллюстрированному на фиг. 3 и рассмотренному в последующих параграфах, но этим она не ограничена.

Обратимся теперь к фиг. 3, на которой представлена блок-схема, иллюстрирующая способ (200) работы силового преобразователя (100) по фиг. 2 согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Ниже также описаны стадии работы силового преобразователя (100) по фиг. 2, предусмотренные способом (200), который проиллюстрирован на фиг. 3. Для наглядности в способе (200) предусмотрены следующие стадии: (S210), (S220), (S230), (S240) и (S250). Следует отметить, что способ (200) описан в привязке к силовому преобразователю (100) по фиг. 2, взятому исключительно в качестве иллюстрации и не носящему ограничительного характера. Для облегчения понимания элементы на фиг. 3, аналогичные элементам, представленным на фиг. 2, обозначены такими же номерами позиций.

Сначала на стадии (S210) защитные элементы соответствующего преобразующего модуля (160а)-(160с) определяют, не поврежден ли соответствующий преобразующий модуль (160а)-(160с). Например, защитные элементы могут фиксировать выходное напряжение V1a-V1c, выходное напряжение V2a-V2c и температуру преобразующего модуля (160а)-(160с), как уже было сказано в предыдущем параграфе. Следует отметить, что защитные элементы могут обеспечивать защиту от сверхтоков, защиту от перенапряжения, защиту от превышения температуры или иную защиту, известную специалистам в данной области техники.

Если обнаружено повреждение, то далее выполняется переход к стадии (S220), на которой шунтирующий элемент (162а)-(162с) в преобразующем модуле (160а)-(160с) автоматически замыкается накоротко для обхода соответствующего преобразующего модуля (160а)-(160с). Например, если защитный элемент в преобразующем модуле (160а) обнаруживает повреждение, а температура преобразующего модуля (160а) превышает верхний порог, то защитный элемент инициирует замыкание накоротко шунтирующего элемента (162а). Таким образом, ток, протекающий через преобразующий модуль (160а), будет проходить через шунтирующий элемент (162а); при этом через преобразующий элемент (164а) ток проходить не будет.

После замыкания накоротко шунтирующего элемента осуществляется переход к стадии (S230), на которой защитный элемент выдает сигнал (FS) о неисправности в цепь (140) управления. Например, при активации и замыкания накоротко шунтирующего элемента (162а) сигнал (FS) о неисправности передается в цепь управления через защитный элемент соответствующим преобразующим модулем (160а).

Далее, на стадии (S240) цепь (140) управления принимает сигнал (FS) о неисправности, который указывает на преобразующий модуль (например, преобразующий модуль (160а)), в котором имеет место повреждение.

Далее, на стадии (S250) в качестве отклика на полученный сигнал (FS) о неисправности цепь (140) управления выдает соответствующий сигнал (BS1)-(BS3) обхода в переключающую цепь (120а)-(120с), электрически соединенную с соответствующим преобразующим модулем (160а)-(160с) по параллельной схеме, для замыкания накоротко переключающей цепи (120а)-(120 с). Например, когда сигнал (FS) о неисправности указывает на обход преобразующего модуля (160а) вследствие повреждения, цепь (140) управления выдает сигнал (BS1) обхода в переключающую цепь (120а) с целью замыкания накоротко этой переключающей цепи (120а). Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения по факту получения сигнала (BS1) обхода возбуждается катушка (122) реле в переключающей цепи (120а) и, соответственно, замыкаются контакты (124) и (126).

Поскольку переключающая цепь (120а) замыкается накоротко при выходе из строя соответствующего преобразующего модуля (160а), напряжение V1a на входной стороне преобразующего модуля (160а) будет практически равно нулю. Таким образом, на преобразующий модуль (160а) не будет поступать ток, и пользователь сможет безопасно извлечь и заменить вышедший из строя преобразующий модуль (160а).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрено, следующее: поскольку ряд преобразующих модулей выполняет резервирующую функцию, входное напряжение Vin может делиться между напряжением V1b и V1c, принимаемым остальными преобразующими модулями (160b) и (160с), работающими в нормальном режиме, и поэтому преобразователь (100) может по-прежнему функционировать и осуществлять силовое преобразование, выдавая выходное напряжение Vout постоянного тока с помощью преобразующих модулей (160b) и (160с).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ (200) дополнительно предусматривает стадию (S260). На стадии (S260) цепь (140) управления выдает сигнал перезапуска в переключающую цепь (120а)-(120с) при замене соответствующего преобразующего модуля (160а)-(160с) с тем, чтобы опять разомкнуть переключающую цепь (120а)-(120с). Например, при установке нового преобразующего модуля с целью замены вышедшего из строя преобразующего модуля (160с) цепь (140) управления выдает сигнал перезапуска в переключающую цепь (120а) для снятия возбуждения с катушки (122) реле; при этом контакты (124) и (126) возвращаются в нормально разомкнутое состояние.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силовой преобразователь (100) кратковременно отключается и перезапускается после замены вышедшего из строя преобразующего модуля. Может быть также предусмотрен дополнительный источник питания, такой как аккумуляторная батарея, который электрически соединяется с выходными узлами (116) и (118) для подачи выходного напряжения Vout при перезапуске силового преобразователя (100). В некоторых других вариантах реализации заявленного изобретения новый преобразующий модуль может осуществлять силовое преобразование непосредственно тогда, когда происходит повторное размыкание соответствующей переключающей цепи, без перезапуска силового преобразователя (100) для достижения бесперебойной подачи питания.

В пояснениях, представленных выше, рассмотрены лишь примеры стадий; при этом перечисленные стадии не обязательно должны выполняться в указанном порядке. Стадии могут добавляться, заменяться, менять порядок своего выполнения и/или исключаться сообразно обстоятельствам в соответствии с сутью и объемом различных вариантов осуществления настоящего изобретения.

Следует отметить, что количество переключающих цепей и преобразующих модулей в вариантах осуществления настоящего изобретения, показанных на фиг. 1 и 2, представлено исключительно в иллюстративных целях и может быть уменьшено для облегчения понимания. Любой специалист в данной области техники может модифицировать силовой преобразователь (100), добавив больше переключающих цепей и преобразующих модулей без отступления от сущности и объема заявленного изобретения. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силовой преобразователь (100) может выполнять преобразование в нормальном режиме при наличии более одного преобразующего модуля, шунтированного соответствующими переключающими цепями, пока остальные преобразующие модули способны выдерживать входное напряжение Vin.

Теперь обратимся к фиг. 4, на которой представлена принципиальная схема, иллюстрирующая силовой преобразователь (100) согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Для облегчения понимания элементы на фиг. 4, аналогичные элементам, показанным на фиг. 2, обозначены такими же номерами позиций. В сравнении с вариантами реализации заявленного изобретения по фиг. 2, силовой преобразователь (100), проиллюстрированный на фиг. 4, дополнительно содержит механические защелки (180а), (180b) и (180с).

Как иллюстративно показано на фиг. 4, каждая защелка (180а)-(180с) соединена параллельно с соответствующей переключающей цепью (120а)-(120с). В частности, защелка (180а) соединена параллельно с переключающей цепью (120а), защелка (180b) соединена параллельно с переключающей цепью (120b), а защелка (180с) соединена параллельно с переключающей цепью (120с). Защелки (180а)-(180с) размещены в силовой полке преобразователя (100). Когда оператор извлекает из силовой полки вышедший из строя силовой модуль, соответствующие защелки (180а)-(180с) замыкаются накоротко, предотвращая прохождение тока через этот вышедший из строя силовой модуль. В результате обеспечивается безопасность оператора в процессе замены даже в том случае, если переключающая цепь (120а)-(120с) не сработала на замыкание надлежащим образом.

Теперь обратимся к фиг. 5, на которой представлена принципиальная схема, иллюстрирующая силовой преобразователь (100) согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Для облегчения понимания элементы на фиг. 5, аналогичные элементам, показанным на фиг.2, обозначены такими же номерами позиций. В сравнении с вариантами реализации заявленного изобретения по фиг. 2, в данном примере в преобразующие модули (160а)-(160с) не включены, соответственно, шунтирующие элементы (162а)-(162с).

С другой стороны, шунтирующие цепи (130а)-(130с) размещены в силовой полке преобразователя (100). В частности, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения шунтирующие цепи (130а)-(130с) электрически соединены, соответственно, с преобразующими модулями (160а)-(160с) по параллельной схеме. Иначе говоря, первая клемма шунтирующей цепи (130а) соединена с первой клеммой на входной стороне преобразующего модуля (160а), а вторая клемма шунтирующей цепи (130а) соединена со второй клеммой на входной стороне преобразующего модуля (160а), Подобным же образом первая клемма и вторая клемма шунтирующих цепей (130b) и (130с) соединены, соответственно, с первой клеммой и второй клеммой на входной стороне преобразующих модулей (160b) и (160с).

Кроме того, как показано на фиг. 5 в иллюстративных целях, каждая шунтирующая цепь (130а)-(130с) соединена по параллельной схеме с соответствующей переключающей цепью (120а)-(120с). В частности, шунтирующая цепь (130а) соединена по параллельной схеме с переключающей цепью (120а), шунтирующая цепь (130b) соединена по параллельной схеме с переключающей цепью (120b), а шунтирующая цепь (130с) соединена по параллельной схеме с переключающей цепью (120с).

Как и в вариантах осуществления настоящего изобретения, рассмотренных выше, шунтирующие цепи (130а)-(130с) могут быть реализованы в виде различных полупроводниковых устройств, таких как тиристор, и выполнены с возможностью замыкания накоротко входной стороны преобразующих модулей (160а)-(160с) с тем, чтобы предотвратить прохождение напряжения через преобразующие модули (160а)-(160с) в случае их выхода из строя. Иначе говоря, в случае обнаружения повреждения защитный элемент замыкает накоротко соответствующую шунтирующую цепь (130а)-(130с) и выдает соответствующий сигнал (FS) о неисправности в цепь (140) управления. В частности, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения защитный элемент может быть реализован в виде различных цепей защиты от перенапряжения, защиты от сверхтоков и защиты от превышения температуры и других защитных цепей, известных любому специалисту в данной области техники, или в виде любой комбинации защитных цепей, перечисленных выше. Работа шунтирующей цепи (130а)-(130с) подробно описана в вышеприведенных вариантах реализации заявленного изобретения и поэтому пропущена для краткости изложения.

Путем перемещения шунтирующих цепей (130а)-(130с) из преобразующих модулей (160а)-(160с) в силовую полку можно уменьшить объем преобразующих модулей (160а)-(160с) и упростить их конструкцию. В результате сокращаются расходы на изготовление преобразующих модулей (160а)-(160с), тогда как безопасность оператора в процессе замены по-прежнему гарантируется работой переключающих цепей (120а)-(120с) и шунтирующих цепей (130а)-(130с), размещенных в силовой полке.

Хотя настоящее изобретение описано достаточно подробно на примерах его осуществления, следует понимать, что этими вариантами настоящее изобретение не ограничено. Специалистам в данной области техники понятно, что в структуру заявленного изобретения могут быть внесены различные изменения и модификации без отступления от его сущности и объема. Учитывая вышесказанное, предполагается, что настоящее изобретение охватывает все его изменения и модификации при условии, что они входят в объем формулы изобретения, представленной ниже.

1. Силовой преобразователь, содержащий следующие элементы:

множество преобразующих модулей; при этом каждый из преобразующих модулей содержит шунтирующий элемент, выполненный с возможностью замыкания накоротко в случае неисправности; и

множество переключающих цепей, электрически соединенных друг с другом по последовательной схеме и электрически соединенных с преобразующими модулями по параллельной схеме; при этом каждая переключающая цепь выполнена с возможностью замыкания накоротко при закорачивании шунтирующего элемента соответствующего преобразующего модуля.

2. Силовой преобразователь по п. 1, в котором каждый из преобразующих модулей содержит входную клемму и выходную клемму; при этом переключающие цепи электрически соединены с входными клеммами соответствующих преобразующих модулей, которые электрически соединены по последовательной схеме, а выходные клеммы преобразующих модулей электрически соединены друг с другом по параллельной схеме.

3. Силовой преобразователь по п. 2, в котором преобразующие модули выполнены с возможностью приема входного напряжения переменного тока через входные клеммы и преобразования входного напряжения переменного тока для выдачи выходного напряжения постоянного тока через выходные клеммы.

4. Силовой преобразователь по п. 1, дополнительно содержащий:

цепь управления, электрически соединенную с переключающими цепями и преобразующим модулем и выполненную с возможностью выдачи сигнала обхода для замыкания накоротко соответствующей переключающей цепи по факту получения сигнала о неисправности с соответствующего преобразующего модуля.

5. Силовой преобразователь по п. 1, дополнительно содержащий:

множество защелок; при этом каждая защелка соединена с соответствующей переключающей цепью по параллельной схеме.

6. Силовой преобразователь по п. 1, в котором каждая переключающая цепь содержит реле с катушкой, первый контакт и второй контакт; при этом первый контакт и второй контакт являются нормально замыкающими контактными элементами.

7. Силовой преобразователь по п. 6, в котором катушка реле электрически связана с цепью управления и землей.

8. Силовой преобразователь по п. 1, в котором каждый преобразующий модуль дополнительно содержит защитный элемент, который выполнен с возможностью замыкания накоротко шунтирующего элемента в соответствующем преобразующем модуле и выдачи сигнала о неисправности с указанием повреждения.

9. Силовой преобразователь, содержащий следующие элементы:

первый преобразующий модуль;

второй преобразующий модуль, электрически соединенный с первым преобразующим модулем; и

силовую полку преобразователя, содержащую следующие элементы:

первую переключающую цепь, электрически соединенную с первым преобразующим модулем по параллельной схеме;

вторую переключающую цепь, электрически соединенную со вторым преобразующим модулем по параллельной схеме и электрически соединенную с первой переключающей цепью по последовательной схеме; и

цепь управления, выполненную с возможностью выдачи сигнала обхода для включения первой переключающей цепи при выдаче в цепь управлении сигнала о неисправности первым преобразующим модулем, а также выдачи сигнала обхода для включения второй переключающей цепи при выдаче в цепь управлении сигнала о неисправности вторым преобразующим модулем.

10. Силовой преобразователь по п. 9, в котором каждый из первого и второго преобразующих модулей содержит шунтирующий элемент и защитный элемент; при этом шунтирующий элемент выполнен с возможностью замыкания, а защитный элемент - с возможностью выдачи сигнала о неисправности в цепь управления, если защитный элемент обнаружит повреждение.

11. Силовой преобразователь по п. 9, в котором входные клеммы первого преобразующего модуля и второго преобразующего модуля электрические соединены по последовательной схеме, а выходные выводы первого преобразующего модуля и второго преобразующего модуля электрические соединены по параллельной схеме.

12. Силовой преобразователь по п. 11, в котором каждый из первого и второго преобразующих модулей выполнен с возможностью приема входного напряжения переменного тока через соответствующую входную клемму и преобразования входного напряжения переменного тока для выдачи выходного напряжения постоянного тока через соответствующую выходную клемму.

13. Силовой преобразователь по п. 9, в котором силовая полка преобразователя дополнительно содержит:

первую защелку, соединенную по параллельной схеме с первой переключающей цепью; и

вторую защелку, соединенную по параллельной схеме со второй переключающей цепью.

14. Силовой преобразователь по п. 9, в котором каждая из первой и второй переключающих цепей содержит реле с катушкой, первый контакт и второй контакт; при этом первый контакт и второй контакт являются нормально замыкающими контактными элементами.

15. Силовой преобразователь по п. 14, в котором катушка реле электрически связана с цепью управления и землей.

16. Способ, предусматривающий:

прием сигнала о неисправности цепью управления с одного из множества преобразующих модулей; и

выдачу цепью управления, в качестве отклика на сигнал о неисправности, сигнала обхода в переключающую цепь, электрически соединенную с соответствующим преобразующим модулем по параллельной схеме для замыкания накоротко этой переключающей цепи;

при этом цепь управления и переключающие цепи размещены в силовой полке, равно как и преобразующие модули.

17. Способ по п. 16, дополнительно предусматривающий:

определение защитным элементом наличия повреждения в преобразующем модуле;

обход соответствующего преобразующего модуля посредством замыкания накоротко шунтирующего элемента в этом преобразующем модуле в случае выявления повреждения; и

выдачу защитным элементом сигнала о неисправности в цепь управления при закорачивании шунтирующего элемента.

18. Способ по п. 17, в котором выявление наличия повреждения предусматривает определение того, не превышает ли входное напряжение преобразующего модуля первую заданную величину, не превышает ли выходное напряжение преобразующего модуля вторую заданную величину и не превышает ли температура преобразующего модуля заданное значение.

19. Способ по п. 16, дополнительно предусматривающий:

выдачу цепью управления сигнала перезапуска в переключающую цепь при замене преобразующего модуля с тем, чтобы разомкнуть переключающую цепь.

20. Способ по п. 16, в котором каждая из переключающих цепей содержит реле с катушкой, первый контакт и второй контакт; при этом замыкание накоротко переключающей цепи предусматривает:

возбуждение катушки в качестве отклика на сигнал обхода с целью замыкания первого и второго контактов; при этом первый и второй контакты представляют собой нормально замыкающие контактные элементы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит: N источников (DCC1-DCCN) питания постоянного тока (N≥1), соединенных последовательно и являющихся общими для каждой фазы; первые навесные конденсаторы (FC1, FC3, …, FC2N-1), один конец которых соединен с отрицательным электродным выводом каждого из источников (DCC1-DCCN) питания постоянного тока и является общим для каждой фазы; вторые навесные конденсаторы (FC2, FC4, …, FC2N), один конец которых соединен с положительным электродным выводом каждого из источников (DCC1-DCCN) питания постоянного тока и является общим для каждой фазы; и фазовый модуль, использующий, в качестве входных клемм, положительные и отрицательные электродные выводы первых навесных конденсаторов (FC1, FC3, …, FC2N-1) и положительные и отрицательные электродные выводы вторых навесных конденсаторов (FC2, FC4, …, FC2N).

Изобретение относится к области электротехники. Раскрыты устройство и способ преобразования напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электропривода с трехфазным двигателем, питаемыми от многоуровневого инвертора на управляемых полупроводниковых приборах (УПП) (транзисторах или запираемых тиристорах), шунтированных «обратными» диодами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использован многоступенчатыми полупроводниковыми преобразователями. Техническим результатом является уменьшение доли верхних гармоник выходного переменного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники. Цепь развязки звена постоянного тока выполняется в комбинации с двумя инверторами, которые подключены параллельно к общей линии электропитания постоянного тока, и каждый инвертор приводит в действие один из различных тяговых двигателей, для каждого из упомянутых двух инверторов предусмотрено средство выключения для отсоединения соответствующего инвертора от упомянутой линии электропитания в случае отказа.

Изобретение относится к области электротехники. Усовершенствованная система жесткой предварительной зарядки в тяговой системе для железной дороги содержит по меньшей мере два различных двигателя, каждый двигатель управляется с помощью по меньшей мере одного из двух инверторов, которые параллельно подключены к общей линии питания, которая подает сигнал питания постоянного тока с помощью соответствующего звена постоянного тока, при этом для каждого из упомянутых двух инверторов предусмотрен разъединитель, который отсоединяет соответствующий инвертор от упомянутой линии питания, каждый инвертор, кроме того, подключен к общей линии питания с помощью батареи конденсаторов фильтра и средства для предварительной зарядки указанных батарей конденсаторов, при этом средство предварительной зарядки содержит шунтирующий резистор и автоматический переключатель питания, который переключает сигнал питания постоянного тока на упомянутый шунтирующий резистор как только напряжение превысит заранее заданный порог.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника синусоидального напряжения в системах электроснабжения автономных объектов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение расчетной мощности трансформатора без увеличения количества вентилей.

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Базовая схема фазы U содержит полупроводниковые элементы (SU1.1-SU1.4) с первого по четвертый, включенные между выводом положительного электрода и выводом отрицательного электрода источника (DCC1) напряжения постоянного тока, пятый полупроводниковый элемент (SU1.5), имеющий соединение с общей точкой соединения первого и второго полупроводниковых элементов (SU1.1, SU1.2), и шестой полупроводниковый элемент (SU1.6), имеющий соединение с общей точкой соединения третьего и четвертого полупроводниковых элементов (SU1.3, SU1.4).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях энергии. Техническим результатом является повышение надежности функционирования за счет обеспечения требуемого значения тока.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к многоуровневым преобразователям частоты, и может быть использовано для пуска и регулирования скорости вращения асинхронных и синхронных электродвигателей.

Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, а именно к устройствам защиты от воздействия входной мощности большого уровня в СВЧ-радиоприемных устройствах, в частности в приемниках радиолокационных станций 8-миллиметрового диапазона длин волн.

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.

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.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение надежной системы защиты при уменьшении массогабаритных характеристик.

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 преобразователях электрической энергии. Техническим результатом является обеспечение защиты от перегрузки электрических аппаратов, потребляющих мощность, превышающую номинальную мощность преобразователя электрической энергии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в энергоустановках, содержащих обратимый преобразователь напряжения, включенный между источниками постоянного и переменного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями. Технический результат - обеспечение компенсации нежелательного насыщения трансформатора преобразователя в течение короткого времени.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к реверсивным инверторам напряжения для преобразования постоянного напряжения в переменное, допускающими неисправности в виде короткого замыкания или размыкания цепи, и к способам управления такими инверторами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты преобразователей мощности таких, как преобразователи постоянного тока в постоянный, преобразователи переменного тока в постоянный, преобразователи постоянного напряжения в переменное, преобразователи мощности в частотно-регулируемом электроприводе и другие аналогичные преобразователи. Техническим результатом является обеспечение защиты преобразователя мощности при катастрофических внутренних отказах таких, как чрезмерная потеря мощности, чрезмерные уровни реактивного входного тока, образование электрической дуги и т.д. Устройство и способы защиты на входе преобразователей мощности предусматривают преобразователь мощности, включающий в себя вывод входного сигнала, первый выходной сигнал на первом выводе выходного сигнала и контроллер. Контроллер выполнен с возможностью переключения первого выходного сигнала с первого значения на второе значение, измерения напряжения на выводе входного сигнала в зависимости от времени, установки флага на первое значение флага, если измеренное напряжение падает ниже заданного значения в пределах первого заданного интервала времени после переключения первого выходного сигнала с первого значения на второе значение, в других случаях установки флага на второе значение флага и сохранения флага в памяти. Выполнены также многочисленные другие аспекты. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение надежности и безопасности силового преобразователя. Настоящим изобретением предложен силовой преобразователь и способ работы этого силового преобразователя. Силовой преобразователь содержит множество преобразующих модулей и множество переключающих цепей. Каждый преобразующий модуль содержит шунтирующий элемент, выполненный с возможностью замыкания накоротко в случае возникновения неисправности. Переключающие цепи электрически соединены друг с другом по последовательной схеме и электрически соединены с преобразующими модулями по параллельной схеме. Каждая переключающая цепь выполнена с возможностью замыкания накоротко при закорачивании шунтирующего элемента соответствующего преобразующего модуля. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх