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 2643165:

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 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.

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 (Р.Т. Шрейнер. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург. 2000 г., с. 284). Он содержит две ступени преобразования: первая - активный выпрямитель напряжения (первая ступень трансформатора) и инвертор напряжения (вторая ступень трансформатора), между которыми включен накопительный конденсатор, одновременно выполняющий и фильтрацию выпрямленного напряжения. Вторая ступень представляет собой 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 - активного выпрямителя напряжения.

Повышение напряжения на нагрузке происходит за счет первой ступени преобразователя путем накопления напряжения на фильтровом конденсаторе. Во второй ступени регулирование напряжения возможно только в сторону уменьшения. Таким образом, данный электронный трансформатор имеет низкий коэффициент преобразования напряжения.

Известен также электронный трансформатор, в качестве которого можно использовать преобразователь, являющийся прототипом Hombu А., Nakazato М. Current Source Inverters with Sinusoidal Inpunts and Outputs // Hitachi Review. 1987. Vol. 36, N 1. P. 29-34). Он содержит также две ступени преобразования, активный выпрямитель тока и инвертор тока, выполненные на полностью управляемых ключах, между которыми последовательно включен сглаживающий реактор.

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 одной ступени, а именно второй. Поэтому такой электронный трансформатор имеет низкий коэффициент повышения напряжения.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение коэффициента преобразования напряжения.

Это достигается тем, что 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, 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.

На Фиг. 1 предоставлена схема предлагаемого электронного трансформатора, рассматриваемого на примере трансформатора, преобразующего трехфазное входное 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 питающей сети, далее первый реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах РП1 3 (первая ступень трансформатора), накопительный реактор HP 4, включенный на выходе первой ступени, (второй реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах РП2) 5 (вторая ступень трансформатора), подключенный к выходу первой ступени, второй LC-фильтр Ф2 6, включенный между выходом второй ступени электронного трансформатора и второй сетью ВС 7.

На Фиг. 2 показаны эпюры напряжений в предлагаемой схеме электронного трансформатора. На Фиг. 2а) показаны: u_вх - напряжение первой сети 1 и u_вых - напряжение на выходе электронного трансформатора. На Фиг. 2б): i₄ - ток в накопительном реакторе 4. На Фиг. 2 в): u_вх - напряжение первой сети 1, i_пс - ток первой сети 1 и i_рп1 - входной ток первого реверсивного преобразователя.

Принцип работы предлагаемого электронного трансформатора заключается в следующем. Управление первой и второй ступенями электронного трансформатора осуществляется с применением широтно-импульсной модуляции. Тактовый интервал широтно-импульсной модуляции разбивается на два подынтервала. На первом подынтервале работает первая ступень электронного трансформатора. Выходное напряжение первой ступени формируется в подынтервале из импульса напряжения. Во время действия импульса напряжения в подключенном к выходу первой ступени накопительном реакторе запасается электромагнитная энергия, при этом ключи второго инвертора тока выключены. На время второго подынтервала импульсы управления ключами первой ступени снимаются и начинают работать ключи второй ступени, формируя напряжение во второй сети. В качестве источника тока для нее выступает накопительный реактор 4, который теперь отключен от первой сети ключами первой ступени электронного трансформатора. При этом запасенная энергия в реакторе, величину которой можно регулировать, передается через ключи второй ступени электронного трансформатора к конденсаторам второго фильтра, повышая на них напряжение.

Это стало возможным благодаря тому, 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.

Таким образом, обеспечено повышение коэффициента преобразования по напряжению больше, чем в прототипе, за счет того, что при зарядке конденсатора второго фильтра используются два фактора: регулируемый ток накопительного реактора 4 и сам принцип формирования напряжения второй ступени (перемещение рабочей точки по внешней круто возрастающей характеристики реверсивного инвертора тока.

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.

Похожие патенты:

Электронный трансформатор // 2642519

Изобретение «Электронный трансформатор» относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано для непосредственного преобразования трехфазного переменного напряжения в переменное по величине.

Обнаружение неисправностей в системе энергоснабжения с децентрализованным энергоснабжением // 2608555

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.

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.