Устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей

Изобретение относится к области электротехники. Устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей состоит из последовательно подключенного ряда силовых переключателей (Q1-Qn). Силовой переключатель укомплектован разъемом управления, верхним разъемом (SD) и нижним разъемом (WD). В цепи последовательно подключенных силовых переключателей последовательное подключение силовых переключателей (Q1-Qn) представляет собой поочередное последовательное подключение верхнего разъема (SD) одного силового переключателя к нижнему разъему (WD) другого силового переключателя. Подключен ряд контуров временного сохранения энергии (K1-Kn). Контур временного сохранения энергии параллельно подключается к разъемам каждого силового переключателя для сохранения энергии тока нагрузки временного потока при несинхронизированном включении/отключении силового переключателя. Для ограничения напряжения последовательно подключенных силовых переключателей используется главный контур ограничения напряжения (H). 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к ограничителям напряжения и, в частности, к устройствам ограничения напряжения с функцией рекуперации энергии для автоматического ограничения амплитуды напряжения в обеих точках подключения последовательно соединенных силовых переключателей.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

В основном, электрическая сеть обеспечивает потребителям подачу электрической энергии с промышленной частотой (50 Гц или 60 Гц) переменного тока. При этом потребители используют ее в разном виде: постоянный ток (например, электролитический алюминий), высокочастотный переменный ток (например, индукционный нагрев) и напряжение требуемых параметров с регулируемой частотой (например, привод двигателя с регулируемой частотой). Таким образом, для преобразования электрической энергии требуется применение преобразователя. Силовой выключатель является основным компонентом преобразователя, широко применяемого для преобразования электрической энергии.

По причине ограниченного уровня возможностей полупроводниковой промышленности, в частности, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) серийного производства имеют предельное значение выдерживаемого напряжения, равное 1700 В или 3300 В, высокое напряжение 10 кВ и 500 кВ не может быть непосредственно использовано при помощи одного силового переключателя. Кроме того, низковольтные силовые переключатели имеют более низкую стоимость, поэтому обычно их используют для последовательного подключения в практических целях для решения проблемы низкого сопротивления напряжения. Параметры силового переключателя и контура управления имеют определенную дискретность, включая чувствительность к температуре и временную дисперсию, при этом длительность времени включения и процедуры отключения может не совпадать. Таким образом, устройство последовательного подключения силового переключателя с более длительной процедурой включения и более короткой процедурой отключения будет подвержена более высокому напряжению, и переключатель с маленькой утечкой тока будет подвержен более высокому напряжению при выполнении процедуры отключения. Повышение напряжения негативно отражается на функционировании силового переключателя, который может даже выйти из строя, если напряжение превысит предельное значение выдерживаемого напряжения силового переключателя. Таким образом, при последовательном подключении силовых переключателей следует принять специальные меры для ограничения напряжения в обеих точках подключения силового переключателя в пределах 70% предельного значения выдерживаемого напряжения.

Для последовательного подключения силовых переключателей в настоящее время применяется техническое решение, состоящее в том, что к каждому последовательно подключенному силовому переключателю параллельно подключается цепь узла разделения и поглощения динамического и статического напряжения, которая включает в себя диод, конденсатор и параллельную Устройство стабилизации напряжения, и выполняет функцию ограничения напряжения. Например, в китайском патенте на изобретение указан «рычаг последовательно подключенного силового переключателя с функцией автоматического разделения напряжения» (номер заявки 01108712.9) и описан контур ограничения напряжения в двух точках подключения силового переключателя, который отображен на Фиг. 1.

Вышеописанное техническое решение имеет следующие недостатки: во-первых, для каждого силового переключателя требуется одна параллельно подключенная Цепь стабилизации напряжения, следовательно, требуется применение множества параллельно подключенных цепей стабилизации напряжения и множества элементов при низком коэффициенте использования; во-вторых, каждая параллельно подключаемая Цепь стабилизации напряжения требует независимой настройки, и при изменении стабилизируемого напряжения требуется перенастройка всех параллельно подключенных цепей, что является очень трудоемким процессом; в-третьих, параллельно подключенная Цепь стабилизации напряжения требует электрического питания и потребляет энергию, что снижает эффективность всего комплекса оборудования.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение позволяет устранить технические недостатки следующим образом: не требуется применение множества параллельно подключенных цепей стабилизации напряжения и множества элементов при низком коэффициенте использования, как в вышеописанной системе; также не требуется применение трудоемкого процесса, когда каждая параллельно подключаемая Цепь стабилизации напряжения требует независимой настройки, и при изменении стабилизируемого напряжения требуется перенастройка всех параллельно подключенных цепей. Кроме того, изобретение устраняет технический недостаток, связанный с тем, что параллельно подключенная Цепь стабилизации напряжения требует электрического питания и потребляет энергию, что снижает эффективность всего комплекс оборудования.

Предметом настоящего изобретения является Цепь ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей, которая состоит из последовательно подключенного ряда силовых переключателей Q1-Qn, каждый из которых укомплектован разъемом управления, верхним разъемом SD и нижним разъемом WD; в цепи последовательного соединения силовые переключатели Q1-Qn подключаются следующим образом: верхний разъем SD силового переключателя подключается к нижнему разъему WD следующего силового переключателя. Также устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей включает ряд контуров временного сохранения энергии K1-Kn, при этом, каждый силовой переключатель параллельно подключен к одному контуру временного сохранения энергии. Контуры временного сохранения энергии K1-Kn укомплектованы фиксирующими диодами D1-Dn, конденсаторами сохранения энергии C1-Cn, статическими резисторами разделения напряжения R1-Rn и соединениями возврата энергии CF1-CFn. В каждом контуре временного сохранения энергии конденсаторы сохранения энергии параллельно соединены со статическими резисторами разделения энергии для создания соединений возврата энергии, с дальнейшим последовательным подключением к фиксирующим диодам. Также устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей включает главный контур ограничения напряжения Н для ограничения напряжения в цепи последовательного соединения; главный контур ограничения напряжения Н включает функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов концентрации энергии JD2-JDn для концентрации временно сохраняемой энергии соответствующими контурами временного сохранения энергии К. Аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно. Аноды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены через соединения возврата энергии CF2-CFn, и, соответственно, катод диода концентрации энергии JD2 подключен через соединение возврата энергии CF1.

В контуре временного сохранения энергии, после параллельного подключения к статическому резистору разделения напряжения, конденсатор сохранения энергии с одной стороны подключается к катоду фиксирующего диода для обеспечения соединения возврата энергии, а с другой стороны – к нижнему разъему WD силового переключателя, параллельно подключенного к цепи временного сохранения энергии, а анод фиксирующего диода подключается к верхнему разъему SD силового переключателя, параллельно подключенного к контуру временного сохранения энергии.

В контуре временного сохранения энергии, после параллельного подключения к статическому резистору разделения напряжения, конденсатор сохранения энергии с одной стороны подключается к аноду фиксирующего диода для обеспечения соединения возврата энергии, а с другой стороны – к верхнему разъему SD силового переключателя, параллельно подключенного к контуру временного сохранения энергии, а катод фиксирующего диода подключается к нижнему разъему WD силового переключателя, параллельно подключенного к контуру временного сохранения энергии.

Главный контур ограничения напряжения H включает функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов концентрации энергии JD2-JDn для концентрации временно сохраняемой энергии соответствующими контурами временного сохранения энергии К. Аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно. Аноды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены через соединения возврата энергии CF2-CFn, и, соответственно, катод диода концентрации энергии JD2 подключен через соединение возврата энергии CF1. Главный контур ограничения напряжения H также включает диод концентрации энергии JD1, разъем высокого напряжения U+ функционального контура ограничения напряжения U подключен к катоду диода концентрации энергии JD1, разъем низкого напряжения U- функционального контура ограничения напряжения U подключен к верхнему разъему SD первого силового переключателя Q1, а анод диода концентрации энергии JD1 подключен к соединению возврата энергии CF1 первого контура временного хранения энергии K1.

Главный контур ограничения напряжения H включает функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов концентрации энергии JD2-JDn для концентрации временно сохраняемой энергии соответствующими контурами временного сохранения энергии К. Аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно. Аноды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены через соединения возврата энергии CF2-CFn, и, соответственно, катод диода концентрации энергии JD2 подключен через соединение возврата энергии CF1. Главный контур ограничения напряжения H также включает диод концентрации энергии JD1, разъем низкого напряжения U- функционального контура ограничения напряжения U подключен к аноду диода концентрации энергии JD1, разъем высокого напряжения U+ функционального контура ограничения напряжения U подключен к нижнему разъему WD последнего силового переключателя Qn, а катод диода концентрации энергии JD1 подключен к соединению возврата энергии CFn последнего контура временного хранения энергии Kn.

Диоды концентрации энергии, кроме диода концентрации энергии JD1, имеют две точки подключения к двум смежным соединениям возврата энергии CF, либо подключаются с интервалом в одно или несколько соединений возврата энергии CF.

Функциональный контур ограничения напряжения U обеспечивает возврат поступающей энергии к источнику питания или ее подачу на преобразователь нагрузки.

Устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей также укомплектована контурами поглощения перенапряжения или элементами поглощения перенапряжения LY1-Lyn, служащими для поглощения напряжения силового переключателя. Контуры поглощения перенапряжения или элементы поглощения перенапряжения LY1-Lyn параллельно подключаются при помощи соответствующих силовых переключателей Q1-Qn.

Диод концентрации энергии JD представляет собой последовательное соединение диода и индуктора.

Технический эффект: в предлагаемой цепи ограничения напряжения последовательно соединенных силовых переключателей главный контур ограничения напряжения применяется для точной настройки предельного значения напряжения, контуры временного сохранения энергии подключены к силовыми переключателями, и общая эффективность также повышается за счет возврата поступающей энергии к источнику питания или ее эффективного использования для обеспечения нагрузки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

ФИГ. 1 – принципиальная схема последовательно подключенного рычага силового переключателя предыдущего изобретения.

ФИГ. 2 – принципиальная схема цепи ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей, являющейся конструктивным решением настоящего изобретения.

ФИГ. 3 – вторая принципиальная схема цепи ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей, являющейся конструктивным решением настоящего изобретения.

ФИГ. 4 – схема эквивалентной цепи силового переключателя стабильной проводимости в соответствии с одним из конструктивных решений настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ

С целью более подробного описания изобретения ниже приведено подробное описание экспериментальных результатов применения цепи ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей.

Как показано на ФИГ. 2, устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей включает ряд силовых переключателей Q1-Qn. Каждый силовой переключатель укомплектован разъемом управления, верхним разъемом SD и нижним разъемом WD. В цепи последовательного соединения силовых переключателей Q1-Qn верхний разъем SD силового переключателя последовательно подключен к нижнему разъему WD следующего силового переключателя, следовательно, нижний уровень силового переключателя Q1 подключен к верхнему уровню силового переключателя Q2, нижний уровень силового переключателя Q2 подключен к верхнему уровню силового переключателя Q3, и так далее, а нижний уровень силового переключателя Qn-1 подключен к верхнему уровню силового переключателя Qn. Также устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей включает ряд контуров временного сохранения энергии K1-Kn. Контур временного сохранения энергии, применяемый для сохранения быстрого потока энергии тока нагрузки при не синхронизированном процессе включения/отключения, выполняемом силовыми переключателями, параллельно подключен соответственно в двух точках к каждому силовому переключателю, следовательно, контуры временного сохранения энергии K1, K2…Kn параллельно подключены надлежащим образом в двух точках к силовым переключателям Q1, Q2…Qn. Контуры временного сохранения энергии K последовательно подключены так, что контур временного сохранения энергии K1 последовательно подключен к контуру временного сохранения энергии K2, контур временного сохранения энергии K2 последовательно подключен к контуру временного сохранения энергии K3 и так далее, и контур временного сохранения энергии Kn-1 последовательно подключен к контуру временного сохранения энергии. Контуры временного сохранения энергии K1-Kn укомплектованы фиксирующими диодами D1-Dn, конденсаторами сохранения энергии C1-Cn, статическими резисторами разделения напряжения R1-Rn и соединениями возврата энергии CF1-CFn. В каждом контуре временного сохранения энергии конденсаторы сохранения энергии параллельно соединены со статическими резисторами разделения энергии для соединения возврата энергии, с дальнейшим последовательным подключением к фиксирующим диодам, и параллельным подключением к силовому переключателю. Затем конденсатор сохранения энергии параллельно подключен к статическому резистору разделения напряжения, а конденсатор сохранения энергии с одной стороны подключается к катоду фиксирующего диода для обеспечения соединения возврата энергии, а с другой стороны – к нижнему разъему WD силового переключателя, а анод фиксирующего диода подключается к верхнему разъему SD силового переключателя. устройство ограничения напряжения также включает главный контур ограничения напряжения H для ограничения напряжения при последовательном подключении. Главный контур ограничения напряжения Н включает функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов концентрации энергии JD2-JDn для концентрации временно сохраняемой энергии соответствующими контурами временного сохранения энергии К. Аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно, диоды концентрации энергии JD2-JDn подключены через соединения возврата энергии CF2-CFn. Устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей включает ряд контуров временного сохранения энергии для силовых переключателей, при этом, каждый контур временного сохранения энергии K1, K2…Kn параллельно подключен к силовому переключателю Q1, Q2…Qn. Энергия тока нагрузки при не синхронизированном включении/отключении силовых переключателей Q1, Q2…Qn временно сохраняется в контурах временного сохранения энергии K1, K2…Kn, а затем постепенно поступает в функциональный контур ограничения напряжения U при стабильных условиях функционирования силовых переключателей Q1, Q2…Qn. Только главный контур ограничения напряжения H и некоторые элементы используется в цепи ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей, и настройка предельного значения напряжения может завершиться одновременно, если данная операция будет необходимой.

Как показано на ФИГ. 2, предпочтительно, чтобы, главный контур ограничения напряжения H включал функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов концентрации энергии JD2-JDn для концентрации временно сохраняемой энергии соответствующими контурами временного сохранения энергии К. Аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно, аноды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены к соответствующим соединениям возврата энергии CF2-CFn, а катод диода концентрации энергии JD2 подключен к соединению возврата энергии CF1. Также главный контур ограничения напряжения Н укомплектован диодом концентрации энергии JD1. Разъем высокого напряжения U+ функционального контура ограничения напряжения U подключен к катоду диода концентрации энергии JD1, разъем низкого напряжения U- функционального контура ограничения напряжения U подключен к верхнему разъему SD первого силового переключателя Q1, а анод диода концентрации энергии JD1 подключен к соединению возврата энергии CF1 первого контура временного хранения энергии K1.

В частности, контур временного сохранения энергии соответственно параллельно подключен в двух точках к каждому силовому переключателю. Все контуры временного сохранения энергии являются совместимыми по форме; каждый контур временного сохранения энергии Ki укомплектован фиксирующим диодом Di, конденсатором сохранения энергии Ci и статическим резистором разделения напряжения Ri. После параллельного подключения конденсатора сохранения энергии Ci к статическому резистору разделения напряжения Ri, конденсатор сохранения энергии Ci с одной стороны подключается к катоду фиксирующего диода Di для создания соединения возврата энергии CFi, с другой стороны конденсатор сохранения энергии Ci подключается к нижнему разъему силового переключателя Qi, а анод фиксирующего диода Di подключается к верхнему разъему силового переключателя Qi. Одновременно, в контуре ограничения напряжения, анод каждого диода концентрации энергии JDi подключается к соединению возврата энергии CFi каждого контура временного сохранения энергии, а катод каждого диода концентрации энергии JDi подключается к соединению возврата энергии CFi-1 контура временного сохранения энергии (i-1) и так далее. В конструкции контур ограничения напряжения U в двух точках параллельно подключается к конденсатору сохранения энергии C, а параллельный стабилизатор напряжения обеспечивает практически полное отсутствие изменения напряжения при поступлении энергии без использования диода концентрации энергии JD1.

В другом конструктивном решении применяется диод концентрации энергии JD1. Разъем высокого напряжения U+ функционального контура ограничения напряжения U подключен к катоду диода концентрации энергии JD1, разъем низкого напряжения U- функционального контура ограничения напряжения U подключен ко входу SD последовательной цепи, а анод диода концентрации энергии JD1 подключен к соединению возврата энергии CF1 первого контура временного сохранения энергии.

Как показано на ФИГ. 3, предпочтительно, чтобы контуры временного сохранения энергии K1-Kn были укомплектованы фиксирующими диодами D1-Dn, конденсаторами сохранения энергии C1-Cn, статическими резисторами разделения напряжения R1-Rn и соединениями возврата энергии CF1-CFn. В каждом контуре сохранения энергии, после параллельного подключения конденсаторов сохранения энергии к статическим резисторам разделения напряжения для создания соединений возврата энергии, соединения возврата энергии последовательно подключаются в двух точках к фиксирующим диодам, а контур временного сохранения энергии параллельно подключается к силовому переключателю. Затем конденсатор сохранения энергии параллельно подключается к статическому резистору разделения напряжения, с одной стороны – к аноду фиксирующего диода для создания соединения возврата энергии, с другой стороны – к верхнему разъему SD силового переключателя, а катод фиксирующего диода подключается к нижнему разъему WD силового переключателя. Главный контур ограничения напряжения H включает функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов сохранения энергии JD2-JDn для временной концентрации энергии, сохраняемой в контурах временного сохранения энергии K. Аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно, а аноды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены к соответствующим соединениям возврата энергии CF2-CFn; главный контур ограничения напряжения H также укомплектован диодом концентрации энергии JD1. Разъем низкого напряжения U- контура ограничения напряжения U подключен к аноду диода концентрации энергии JD1, разъем высокого напряжения U+ функционального контура ограничения напряжения U подключен к нижнему разъему WD последнего силового переключателя, а катод диода концентрации энергии JD1 подключен к соединению возврата энергии CFn последнего контура временного сохранения энергии Kn.

В частности, контур временного сохранения энергии соответственно параллельно подключен в двух точках к каждому силовому переключателю, все контуры временного сохранения энергии являются совместимыми по форме, каждый контур временного сохранения энергии Ki укомплектован фиксирующим диодом Di, конденсатором сохранения энергии Ci и статическим резистором разделения напряжения Ri. После параллельного подключения конденсатора сохранения энергии Ci к статическому резистору разделения напряжения Ri, конденсатор сохранения энергии Ci с одной стороны подключается к аноду фиксирующего диода Di для создания соединения возврата энергии CFi, с другой стороны конденсатор сохранения энергии Ci подключается к верхнему разъему силового переключателя Qi, а катод фиксирующего диода Di подключается к нижнему разъему силового переключателя Qi. Одновременно, в контуре ограничения напряжения, анод каждого диода концентрации энергии JDi подключается к соединению возврата энергии CFi каждого контура временного сохранения энергии, а катод каждого диода концентрации энергии JDi подключается к соединению возврата энергии CFi-1 контура временного сохранения энергии (i-1) и так далее. В конструкции контур ограничения напряжения U в двух точках параллельно подключается к конденсатору сохранения энергии Cn, а параллельный стабилизатор напряжения обеспечивает практически полное отсутствие изменения напряжения при поступлении энергии без использования диода концентрации энергии JD1.

В другом конструктивном решении применяется диод концентрации энергии JD1. Разъем высокого напряжения U+ функционального контура ограничения напряжения U подключен к выходу WD последовательной цепи, разъем низкого напряжения U- функционального контура ограничения напряжения U подключен к аноду диода концентрации энергии JD1, а катод диода концентрации энергии JD1 подключен к соединению возврата энергии CFn последнего контура временного сохранения энергии.

В специальном исполнении, при необходимости синхронизации управляемого включения последовательно подключенных силовых переключателей, силовой переключатель с замедленным включением Qi включается после задержки, равной 1 микросекунде, после включения остальных силовых переключателей. После короткой задержки ток нагрузки аккумулирует заряд в конденсаторе сохранения энергии Ci через контур временного сохранения энергии, параллельно подключенный в двух точках к силовому переключателю с замедленным включением Qi, что приведет к незначительному повышению напряжения. Например, если ток нагрузки равен 100 Ампер, время задержки составляет 1 микросекунду и конденсатор сохранения энергии Ci – 10 мкФ, повышение напряжения составит 10 В, то есть, 100 Ампер х 1 микросекунду/10 мкФ.

При необходимости синхронизации управляемого выключения последовательно подключенных силовых переключателей силовой переключатель с ускоренным отключением Qx переключается заранее, до отключения остальных силовых переключателей, которые отключаются с задержкой в 1 микросекунду. После короткой задержки ток нагрузки аккумулирует заряд в конденсаторе сохранения энергии Cx через контур временного сохранения энергии, параллельно подключенный в двух точках к силовому переключателю с замедленным отключением Qx для создания закрытого контура, что приведет к незначительному повышению напряжения. Например, если ток нагрузки равен 100 Ампер, время задержки составляет 1 микросекунду и конденсатор сохранения энергии Ci – 10 мкФ, повышение напряжения составит 10 В, то есть, 100 Ампер х 1 микросекунду/10 мкФ.

По причине дискретности силового переключателя и контура управления в конденсаторах сохранения энергии может повыситься напряжение, при этом, один конденсатор сохранения энергии относится к процедуре включения, другой – к процедуре отключения, а в худшем случае, в одном и том же конденсаторе сохранения энергии напряжения повысится при обеих процедурах и, в соответствии с приведенным выше примером, максимальное напряжение составит 20 В.

Эквивалентная Цепь в условиях синхронизации и стабильного управления последовательно подключенными силовыми переключателями приведена на ФИГ. 4, и в данном случае, перепад напряжения при включении не принимается во внимание. При выполнении вышеописанной процедуры энергия, временно сохраняемая в конденсаторах сохранения энергии Ci и Cx, постепенно направляется в функциональный контур ограничения напряжения U через диод концентрации энергии, пока конечное напряжение не сравняется со стабилизированным напряжением функционального контура ограничения напряжения U, при этом, перепад напряжения при включении в диоде концентрации энергии не принимается во внимание.

После дополнительной настройки диода концентрации энергии JD1 вход SD (то есть, верхний разъем силового переключателя Q1) или выход WD (то есть, нижний разъем силового переключателя Qn) последовательно подключенной цепи используется в качестве опорной точки для главного контура ограничения напряжения U1, и в данном случае, создаются условия для выделения контура ограничения напряжения U из ряда последовательно подключенных контуров. Обычно в однофазном или многофазном (трехфазном) преобразователе вход SD контура последовательного подключения подключается параллельно, выход WD также подключается параллельно; контур усилителя напряжения, двухтактная схема и выход WD контура последовательного подключения обычно подключаются параллельно.

Чтобы конечное напряжение последовательно подключенных силовых переключателей не превышало предельного значения, поглотитель перенапряжения параллельно подключается в двух точках к силовому переключателю, серийный номер указан от LY1 до Lyn; в случае неисправности обеспечивается дополнительная защита контура ограничения напряжения; ограничивающее напряжение поглотителя перенапряжения выше стабилизированного напряжения в контуре ограничения напряжения, но ниже выдерживаемого силового переключателя.

Диод концентрации энергии JD представляет собой последовательно подключенные диод и индуктор, и направление проводимости не изменяется. Диод концентрации энергии и индуктор подключены последовательно для ограничения энергии, временно сохраняемой в конденсаторе сохранения энергии Ci, и в стабильных условиях функционирования последовательно подключенного контура энергия постепенно поступает через диод концентрации энергии для обеспечения пикового тока в функциональном контуре ограничения напряжения U1.

В специальном исполнении, диоды концентрации энергии, кроме диода концентрации энергии JD1, подключаются в двух точках к двум смежным соединениям возврата энергии CF или через один или несколько интервалов соединений возврата энергии CF, в соответствии со специальными условиями, и при условии того, что любое соединение возврата энергии CFi имеет закрытый контур, что позволит энергии быстро поступить в главный функциональный контур ограничения напряжения U1, в условиях стабильного функционирования последовательно подключенного контура. Функциональный контур ограничения напряжения U также может обеспечить возврат поступающей энергии к источнику питания или ее подачу на преобразователь нагрузки.

После описания и отображения подробных характеристик настоящего изобретения, для опытных специалистов является очевидным то, что изменения и модификации возможны без отклонения от основной идеи изобретения, следовательно, задачей прилагаемой формулы изобретения охватить все подобные изменения и модификации в духе и рамках настоящего изобретения.

1. Устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей, которое состоит из последовательно подключенного ряда силовых переключателей Q1-Qn, где

каждый силовой переключатель укомплектован разъемом управления, верхним разъемом SD и нижним разъемом WD;

при последовательном подключении силовых переключателей Q1-Qn верхний разъем SD одного силового переключателя последовательно подключается к нижнему разъему WD другого силового переключателя;

цепь ограничения напряжения последовательно подключенных силовых переключателей также включает контуры временного сохранения энергии K1-Kn;

каждый силовой переключатель параллельно подключен к одному контуру временного сохранения энергии;

контуры временного сохранения энергии K1-Kn укомплектованы фиксирующими диодами D1-Dn, конденсаторами сохранения энергии C1-Cn, статическими резисторами разделения напряжения R1-Rn и соединениями возврата энергии CF1-CFn;

в каждом контуре временного сохранения энергии конденсаторы сохранения энергии параллельно подключены к статическим резисторам разделения напряжения для создания соединений возврата энергии и последовательно подключены к фиксирующим диодам;

отличающееся тем, что

устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей также включает главный контур ограничения напряжения H для ограничения напряжения в цепи последовательного соединения;

главный контур ограничения напряжения H включает функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов концентрации энергии JD2-JDn для концентрации энергии, временно сохраняемой в соответствующих контурах временного сохранения энергии K;

аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно;

аноды диодов концентрации энергии JD2-JDn соответственно подключены к соединениям возврата энергии CF2-CFn;

катод диода концентрации энергии JD2 подключен к соединению возврата энергии CF1.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что

в контуре временного сохранения энергии, после параллельного подключения конденсатора сохранения энергии к статическому резистору разделения напряжения, в одной точке конденсатор сохранения энергии подключен к катоду фиксирующего диода для создания соединения возврата энергии, в другой точке – к нижнему разъему WD силового переключателя, параллельно подключенного к контуру временного сохранения энергии;

анод фиксирующего диода подключен к верхнему разъему SD силового переключателя, параллельно подключенного к контуру временного сохранения энергии.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что

в контуре временного сохранения энергии, после параллельного подключения конденсатора сохранения энергии к статическому резистору разделения напряжения, в одной точке конденсатор сохранения энергии подключен к аноду фиксирующего диода для создания соединения возврата энергии, в другой точке – к верхнему разъему SD силового переключателя, параллельно подключенного к контуру временного сохранения энергии;

катод фиксирующего диода подключен к нижнему разъему WD силового переключателя, параллельно подключенного к контуру временного сохранения энергии.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что

главный контур ограничения напряжения H включает функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов концентрации энергии JD2-JDn для концентрации энергии, временно сохраняемой в соответствующих контурах временного сохранения энергии K;

аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно;

аноды диодов концентрации энергии JD2-JDn соответственно подключены к соединениям возврата энергии CF2-CFn;

катод диода концентрации энергии JD2 подключен к соединению возврата энергии CF1;

главный контур ограничения напряжения H также укомплектован диодом концентрации энергии JD1;

разъем высокого напряжения U+ функционального контура ограничения напряжения U подключен к катоду диода концентрации энергии JD1, а разъем низкого напряжения U- функционального контура ограничения напряжения U подключен к верхнему разъему SD первого силового переключателя Q1;

анод диода концентрации энергии JD1 подключен к соединению возврата энергии CF1 первого контура временного сохранения энергии K1.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что

главный контур ограничения напряжения H включает функциональный контур ограничения напряжения U и ряд диодов концентрации энергии JD2-JDn для концентрации энергии, временно сохраняемой в соответствующих контурах временного сохранения энергии K;

аноды и катоды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены последовательно;

аноды диодов концентрации энергии JD2-JDn подключены к соответствующим соединениям возврата энергии CF2-CFn;

катод диода концентрации энергии JD2 подключен к первому соединению возврата энергии CF1;

главный контур ограничения напряжения H также укомплектован диодом концентрации энергии JD1;

разъем низкого напряжения U- функционального контура ограничения напряжения U подключен к аноду диода концентрации энергии JD1, а разъем высокого напряжения U+ функционального контура ограничения напряжения U подключен к нижнему разъему WD последнего силового переключателя Qn;

катод диода концентрации энергии JD1 подключен к соединению возврата энергии CFn последнего контура временного сохранения энергии Kn.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что, кроме диода концентрации энергии JD1, диоды концентрации энергии в двух точках подключаются к смежным соединениям возврата энергии или с интервалом в одно или несколько соединений возврата энергии CF.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что

контур ограничения напряжения U обеспечивает возврат поступающей энергии к источнику питания или ее подачу на преобразователь нагрузки.

8. Устройство ограничения напряжения по п.1, отличающееся тем, что

устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей также укомплектовано контурами поглощения перенапряжения или элементами поглощения перенапряжения LY1-LYn для поглощения перенапряжения в силовом переключателе;

контуры поглощения перенапряжения или элементы поглощения перенапряжения LY1-LYn параллельно подключены к соответствующим силовым переключателям Q1-Qn.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диод концентрации энергии JD представляет собой последовательно подключенные диод и индуктор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Предложена топология схемы демпфирования токов короткого замыкания, метод и преобразователь на ее основе.

Изобретение относится к области электротехники. Демпфер (1) включает в себя резонансный контур (11), демпфирующий конденсаторный модуль (CD) и переключающую схему (12).

Группа изобретений относится к электронной схеме постоянного тока для подачи питания на нагрузку и способу ее работы. Технический результат – обеспечение защиты электронной схемы за счет ограничения входного тока и защиты от чрезмерных напряжений.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержит высоковольтный источник (1) постоянного напряжения, индуктивную нагрузку (9), два управляемых ключа (7) и (12) управляемый переключатель (41), а также последовательно соединенные между собой конденсатор (31), диод (30) и дополнительный управляемый переключатель (47), управляемый преобразователем (52) длительности импульсов, поступающих от генератора (21) импульсов прямоугольной формы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетике. Техническим результатом является устранение нарушения коммутации и обеспечение стабильности передачи постоянного тока при наличии переходной помехи.

Использование - в области электротехники. Технический результат - предотвращение скачкообразных изменений тока трехпроводной сети, симметризация подаваемого в нагрузку напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многоуровневом инверторе. Техническим результатом является исключение разрушения суб-модулей при возникновении тока короткого замыкания в нагрузке.

Изобретение относится к области электротехники, радиоэлектроники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования мощности, передаваемой в нагрузку (или нагрузки). Техническим результатом является снижение уровня коммутационных потерь и тем самым повышение надежности работы силовых транзисторов и устройства в целом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для формирования преобразователя. Техническим результатом является уменьшение потерь мощности при коммутации за счет генерирования отрицательных напряжения для двухполярного тока.

Изобретение относится к электроэнергетике, может быть использовано в качестве устройства компенсации гармонических искажений токов трехфазной сети. Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании активного фильтра высших гармоник токов трехфазной сети, компенсирующего несинусоидальность токов нелинейной нагрузки и реактивную мощность, имеющего малые массогабаритные показатели. Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети имеет трехфазный мостовой инвертор напряжения на IGBT-транзисторах 1-6 со встречно-параллельными диодами 7-12, дроссели входного фильтра 15-17, конденсатор на стороне постоянного тока 13, датчики напряжения для измерения мгновенных значений сетевого напряжения 20-22, датчики тока нагрузки 23-25, датчики тока активного фильтра 26-28, датчик напряжения на конденсаторе в цепи постоянного тока 18, генератор пилообразного напряжения 31, блоки системы управления 32-34. Благодаря введению конденсатора 14, датчика напряжения 19, датчика тока 29, а также реализации блоков системы управления согласно принципам комбинированного управления получен активный фильтр высших гармоник токов, компенсирующий несинусоидальность токов нелинейной нагрузки и ее реактивную мощность при малой массе и габаритах, кроме того с возможностью использования в качестве выпрямителя со стабилизированным напряжением для собственного потребителя. В качестве собственного потребителя могут выступать аккумуляторная батарея, элементы релейной защиты и информационная электроника. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей состоит из последовательно подключенного ряда силовых переключателей. Силовой переключатель укомплектован разъемом управления, верхним разъемом и нижним разъемом. В цепи последовательно подключенных силовых переключателей последовательное подключение силовых переключателей представляет собой поочередное последовательное подключение верхнего разъема одного силового переключателя к нижнему разъему другого силового переключателя. Подключен ряд контуров временного сохранения энергии. Контур временного сохранения энергии параллельно подключается к разъемам каждого силового переключателя для сохранения энергии тока нагрузки временного потока при несинхронизированном включенииотключении силового переключателя. Для ограничения напряжения последовательно подключенных силовых переключателей используется главный контур ограничения напряжения. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх