Электронный трансформатор

Авторы патента:

H02J3/06 - регулирование передачи электрической энергии между соединенными друг с другом сетями; регулирование распределения нагрузки между соединенными друг с другом сетями

Владельцы патента RU 2642519:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

Изобретение «Электронный трансформатор» относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано для непосредственного преобразования трехфазного переменного напряжения в переменное по величине. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного напряжения. Электронный трансформатор содержит первую сеть переменного напряжения, первый LC-фильтр, девятиключевой преобразователь, второй LC-фильтр, вторую сеть переменного напряжения, включенные каскадно, отличающийся тем, что введен накопительный реактор, а девятиключевой преобразователь выполнен на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, при этом накопительный реактор включен своими зажимами к верхней и нижней тройке ключей девятиключевого преобразователя. Изобретение позволяет повысить коэффициент преобразования по напряжению, так как теперь обе ступени электронного трансформатора способствуют повышению выходного напряжения электронного трансформатора. 2 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано в качестве электронного трансформатора с плавным изменением коэффициента трансформации в смарт-сетях при преобразовании переменного напряжения в переменное по величине и частоте. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного тока, когда не требуется гальваническая изоляция двух сетей переменного напряжения.

Известен электронный трансформатор, в качестве которого можно использовать преобразователь (S.М. Dehghan, М. Mohamadian, A. Yazdian, F. Ashrafzadeh, A Novel Space Vector Modulation for Nine-Switch Converters, 885-891, 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, San Jose, CA).

Он содержит две ступени преобразования: первая - Z-фильтр и 9-ключевой преобразователь (вторая ступень трансформатора). Вторая ступень представляет собой сдвоенный инвертор напряжения и формирует на нагрузке переменное регулируемое напряжение по частоте и по величине, причем по величине регулируемое только в сторону уменьшения.

Такой электронный трансформатор позволяет регулировать величину выходного напряжения как ниже, так и выше величины входного напряжения. Регулирование в сторону увеличения возможно здесь только за счет одной ступени, а именно первой - Z-фильтра.

Повышение напряжения на нагрузке происходит за счет первой ступени преобразователя (Z-фильтра) путем накопления напряжения на фильтровом конденсаторе. Во второй ступени регулирование напряжения возможно только в сторону уменьшения.

Данный электронный трансформатор имеет недостаточно высокий коэффициент преобразования напряжения из-за повышения напряжения только в одной ступени преобразователя.

Известен также электронный трансформатор, в качестве которого можно использовать преобразователь, являющийся прототипом Congwei Liu, BinWu, Navid R. Zargari, Dewei (David) Xu and Jiacheng Wang, A Novel Three-Phase Three-Leg AC/AC ConverterUsing Nine IGBTs. IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 24, NO. 5, MAY 2009.

Он содержит также 9-ключевой преобразователь, выполненный на ключах с односторонней управляемостью, состоящих из встречно-параллельно соединенных транзистора и диода, с включенным конденсатором между общими точками соединения верхних и нижних ключей 9-ключевого преобразователя.

Такой электронный трансформатор позволяет, помимо регулирования частоты выходного напряжения, регулировать величину выходного напряжения как ниже, так и выше величины входного напряжения. Регулирование в сторону увеличения возможно здесь только за счет накопления напряжения на упомянутом выше конденсаторе. Поэтому такой электронный трансформатор также имеет довольно низкий коэффициент преобразования напряжения.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является создание электронного трансформатора с более высоким коэффициентом преобразования напряжения.

Это достигается тем, что электронный трансформатор, содержащий первую сеть переменного напряжения, первый LC-фильтр, 9-ключевой реверсивный преобразователь на управляемых ключах, второй LC-фильтр, вторую сеть переменного напряжения, включенные каскадно, отличающийся тем, что 9-ключевой преобразователь выполнен на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью а также введен накопительный реактор, включенный своими зажимами к верхней и нижней тройке ключей 9-ключевого преобразователя.

На Фиг. 1. представлена схема предлагаемого электронного трансформатора, рассматриваемого на примере трансформатора, преобразующего трехфазное входного напряжения в трехфазное выходное напряжение, а на Фиг. 2. - диаграммы его работы.

Предлагаемый электронный трансформатор (Фиг. 1.) содержит первую сеть (ПС) 1; первый LC-фильтр (Ф1) 2, включенный после первой сети, 9-ключевой реверсивный преобразователь (РП) 3; накопительный реактор (HP) 4, включенный своими зажимами к верхней и нижней тройке ключей 9-ключевого преобразователя, второй LC-фильтр (Ф2) 5, включенный между выходом 9-ключевого реверсивного преобразователя и второй сетью (ВС) 6.

На Фиг. 2 показаны эпюры напряжений в предлагаемой схеме электронного трансформатора. На Фиг. 2 а) показаны: u_вх - напряжение первой сети 1 и u_вых - напряжение на выходе электронного трансформатора. На Фиг. 2. б) i₄ - ток в накопительном реакторе 4. На Фиг. 2 в) u_вх - напряжение первой сети, i_вх - ток первой сети 1 и i_рп - входной ток 9-ключевого реверсивного преобразователя.

Принцип работы предлагаемого электронного трансформатора заключается в следующем. Управление 9-ключевым реверсивным преобразователем осуществляется с применением широтно-импульсной модуляции. Тактовый интервал широтно-импульсной модуляции разбивается на два подынтервала. На первом подынтервале 9-ключевой реверсивный преобразователь работает как выпрямитель (при передаче мощности из первой сети во вторую). Трехфазная мостовая схема выпрямления образуется из тройки верхних и тройки средних ключей РП. Для того чтобы реактор подключился на выход выпрямителя, импульсы управления средними ключами дублируются на нижние ключи 9-ключевого реверсивного преобразователя. При этом в реакторе 4 нарастает ток и запасается электромагнитная энергия. На втором подынтервале импульсы управления ключами выпрямителя снимаются, а из средних и нижних ключей 9-ключевого реверсивного преобразователя формируется трехфазная схема инвертора тока, и теперь реактор 4, в котором запаслась электромагнитная энергия, будет выступать источником тока для сформированной схемы инвертора тока. Для того чтобы накопительный реактор 4 подключился на вход инвертора тока, импульсы управления средними ключами дублируются на верхние ключи 9-ключевого реверсивного преобразователя. Созданная схема инвертора тока формирует напряжение во второй сети. В качестве источника тока для нее выступает накопительный реактор 4, который теперь отключен от первой сети. При этом, запасенная энергия в накопительном реакторе, величину которой можно регулировать, передается через ключи инвертора тока к конденсаторам второго фильтра, повышая на них напряжение. В этом случае мощность передается из первой сети во вторую. Для передачи мощности из второй сети в первую надо поменять местами выпрямитель и инвертор тока.

Таким образом, при формировании напряжения на конденсаторах второго фильтра используются два фактора: регулируемый ток накопительного реактора 4 и сам принцип формирования напряжения инвертора тока (перемещение рабочей точки по внешней круто возрастающей характеристики реверсивного инвертора тока), что делает коэффициент преобразования по напряжению более высоким, чем в прототипе.

Это стало возможным благодаря тому, что 9-ключевой реверсивный преобразователь выполнен на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, а также введен накопительный реактор, включенный своими зажимами к верхней и нижней тройке ключей 9-ключевого преобразователя.

Электронный трансформатор, содержащий первую сеть переменного напряжения, первый LC-фильтр, девятиключевой преобразователь, второй LC-фильтр, вторую сеть переменного напряжения, включенные каскадно, отличающийся тем, что введен накопительный реактор, а девятиключевой преобразователь выполнен на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, при этом накопительный реактор включен своими зажимами к верхней и нижней тройке ключей девятиключевого преобразователя.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение надежности распознавания неисправностей.

Способ и устройство для контроля точки подвода энергии в сети энергосбережения // 2608181

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в снижении вероятности возникновения перегрузки в точке подвода энергии.

Способ конфигурирования установки преобразования электроэнергии и установка, в которой реализован такой способ // 2594355

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в установках преобразования электроэнергии для снабжения электроэнергией судов. Техническим результатом является обеспечение мощностью при коротком замыкании, необходимой для избирательности защит, способной исключать неисправности и повышать эффективность преобразования.

Устройство отбора мощности из магистральной линии электропередачи // 2559805

Использование: в области электротехники. Технический результат - стабилизация реактивных параметров и напряжения у нагрузки при изменении ее мощности от нуля до максимальной.

Электромеханическая вставка для связи энергосистем // 2556643

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в энергосистемах. Техническим результатом является повышение надежности и упрощение.

Блок трансформатор(ы)-выключатель и электрическая сеть переменного тока // 2554101

Изобретение относится к области коммутации, преобразования и передачи электроэнергии на дальние расстояния. Технический результат заключается в повышении надежности и экономичности коммутационной аппаратуры и электрической сети.

Способ определения частотной характеристики энергосистемы // 2548668

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат: получение полной частотной характеристики энергосистемы ограниченной мощности.

Способ согласования несимметричной трехфазной трехпроходной линии электропередачи с электрической нагрузкой // 2547271

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью несимметричной трехфазной трехпроводной линии электропередачи.

Способ автоматического распределенного управления электрическими устройствами, способными регулировать свое продольное сопротивление, для разгрузки элементов сети энергообъединения при их перегрузке // 2530836

Изобретение относится к электротехнике, а именно к противоаварийному управлению. Технический результат заключается в решении задач распределенного контроля загрузки элементов сети сложного энергообъединения, основным для предлагаемого способа является перераспределение перетоков мощности в сложном энергообъединении с целью снижения загрузки перегруженных элементов.

Управление распределением электроэнергии // 2450406

Изобретение относится к области электротехники, а именно к распределительному контроллеру для управления распределением электроэнергии в назначенной первой области распределения энергии.

Электронный трансформатор // 2643165

Изобретение «Электронный трансформатор» относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано для непосредственного преобразования по величине трехфазного переменного напряжения в переменное. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного напряжения. Электронный трансформатор, содержащий первую сеть переменного напряжения, первый LC-фильтр, первый реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах (первая ступень трансформатора), второй реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах (вторая ступень трансформатора), второй LC-фильтр, вторую сеть переменного напряжения, отличающийся тем, что первый и второй реверсивные преобразователи выполнены на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью и включены своими зажимами постоянного тока параллельно, и между этими объединенными зажимами включен накопительный реактор. Предлагаемое изобретение позволяет повысить коэффициент преобразования по напряжению, так как теперь обе ступени электронного трансформатора обеспечивают повышение выходного напряжения электронного трансформатора. 2 ил.

Уменьшение проблем, связанных с качеством электроэнергии, посредством гибридной сети // 2643796

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение качества электроэнергии, поставляемой потребителю. Данное изобретение относится к компоновке цепи для уменьшения проблем, связанных с качеством электроэнергии. Данная компоновка предлагает защиту чувствительных устройств, например, от кратковременных падений напряжения и перенапряжений. Система представляет для нагрузок, соединенных с источником (100) питания переменного тока (например, домашнего телевизора, подключенного к электроэнергетической сети), источник (102) питания постоянного тока, соединенный с управляемым инвертором (114) и управляемым переключающим механизмом (106). Путем переключения в последовательную конфигурацию источник (102) питания постоянного тока (например, фотогальванический источник питания) может либо поглощать, либо подавать электроэнергию с целью уменьшения проблемы, связанной с качеством электроэнергии. В нормальном режиме работы путем переключения в параллельную конфигурацию источник (102) питания постоянного тока может питать нагрузку. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.