RU183854U1 - Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты - Google Patents
Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU183854U1 RU183854U1 RU2018122492U RU2018122492U RU183854U1 RU 183854 U1 RU183854 U1 RU 183854U1 RU 2018122492 U RU2018122492 U RU 2018122492U RU 2018122492 U RU2018122492 U RU 2018122492U RU 183854 U1 RU183854 U1 RU 183854U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- electronic
- key
- transformer
- racks
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
- H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
- H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве обратимого импульсного преобразователя постоянного напряжения в одно- или трехфазное переменное напряжение в составе вторичных источников электропитания.
Техническим результатом предложения является повышение удельной мощности устройства. Дополнительным результатом является повышение надежности и КПД и снижение помехоизлучений устройства за счет обеспечения «мягкой» коммутации электронных ключей.
Технический результат обеспечиваются благодаря тому, что в устройство, содержащее входные выводы 1-2-3 для подключения источника электропитания с постоянными напряжениями, зашунтированные фильтровой стойкой 4-5, фазные выходные выводы 6-7 для подключения нагрузки переменного тока, зашунтированные фильтровым конденсатором 8, трансформатор тока 9 с двухсекционными первичной и вторичной обмотками 10-11 и 12-13, двухсекционный реактор 14-15, два модулирующих электронных ключа 16, 17, две диодно-ключевые электронные стойки 18-19 и 20-21, диоды 22 и 23, две двунаправленные циклоконверторные электронные стойки 24 и 25, а также блок управления 26 с цепями 27, 28 обратных связей с импульсно-модуляторными выводами 29 и релейно-импульсными выводами 30, введен диодный выпрямитель 31, включенный между входными и выходными выводами, а также благодаря тому, что каждый из модуляторных ключей диодно-ключевых стоек снабжен демпферно-снабберной цепью, состоящей из демпферного дросселя 32, снабберного конденсатора 33 и двухдиодной стойки 34-35. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве обратимого импульсного преобразователя постоянного напряжения в одно- или трехфазное переменное напряжение в составе вторичных источников электропитания, в частности - в авиабортовых системах электроснабжения.
Известен полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты (аналог), содержащий: выходные выводы с дифференциальным двухконденсаторным звеном постоянного напряжения, трехфазный двунаправленный (обратимый) инверторно-выпрямительный
преобразователь с высокочастотным инвертором прямоугольного тока, трансформатор прямоугольного тока с одной или тремя первичными и тремя вторичными обмотками, обратимый циклоконверторный делитель частоты (циклически-реверсивный двунаправленный выпрямительно-инверторный преобразователь), выходной фильтр низкой частоты и блок управления электронными ключами (С.Б. Резников, В.В. Бочаров, А.В. Лавринович, И.А. Харченко "Унифицированно-модульный синтез силовых интегральных схем многофункциональных импульсных преобразователей для авиационно-космических комбинированных систем электроснабжения переменно-постоянного тока". Часть 2. Унифицированные базовые модули обратимых выпрямительно-инвертирующих преобразователей с корректором коэффициента мощности и накопительно-демодулирующими реакторами. Практическая силовая электроника, №1 (57), 2015 г., с 46-55, стр. 53, Рис. 46).
К недостаткам указанного известного устройства (аналога) относятся: низкая удельная мощность устройства, низкие надежность и КПД и большие помехоизлучения из-за «жесткой» коммутации транзисторных ключей (с одновременными скачками токов и напряжений).
Из известных устройств наиболее близким по технической сути к предлагаемому является полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты (прототип), содержащий: входные выводы с дифференциальным двухконденсаторным фильтром для подключения источника электропитания постоянного тока, высокочастотный трансформатор прямоугольного тока с двухсекционными первичной и одной или тремя вторичными обмотками, двунаправленный инверторно-выпрямительный преобразователь с двумя модуляторными электронными ключами, двумя диодно-ключевыми электронными стойками и двухсекционным реактором, циклоконверторный делитель частоты (циклически реверсируемый выпрямитель) на базе двунаправленных электронных ключей и блок управления (см. там же Рис. 4).
К недостаткам указанного известного устройства (прототипа) относятся: низкая удельная мощность устройства, а также низкие надежность и КПД и большие помехоизлучения из-за «жесткой» коммутации высокочастотных транзисторных ключей (с одновременными скачками токов и напряжений).
Основным техническим результатом предложения является повышение удельной мощности устройства. Дополнительным результатом является повышение надежности и КПД и снижение помехоизлучений устройства за счет обеспечения «мягкой» коммутации электронных ключей.
Указанные результаты обеспечиваются благодаря тому, что в устройство, содержащее входные выводы для подключения источника электропитания с постоянными напряжениями, зашунтированные фильтровой стойкой, фазные выходные выводы для подключения нагрузки переменного тока, зашунтированные фильтровым конденсатором, трансформатор тока с двухсекционными первичной и вторичной обмотками, двухсекционный реактор, два модулирующих электронных ключа, две диодно-ключевые электронные стойки, диоды, две двунаправленные циклоконверторные электронные стойки, а также блок управления с цепями обратных связей, с импульсно-модуляторными выводами и релейно-импульсными выводами, ВВЕДЕН диодный выпрямитель, включенный между входными и выходными выводами, а также благодаря тому, что каждый из модуляторных ключей диодно-ключевых стоек СНАБЖЕН демпферно-снабберной цепью, состоящей из демпферного дросселя, снабберного конденсатора и двухдиодной стойки.
Экспериментальные исследования лабораторного макета и имитационно-компьютерное моделирование предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования в качестве обратимого импульсного преобразователя постоянного напряжения в одно- или трехфазное переменное напряжение в составе вторичных источников электропитания (ВИЭП) в частности - в авиабортовых системах электроснабжения.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлены принципиальная силовая схема и каналы управления предлагаемого полумостового инвертора прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты.
Устройство содержит: дифференциальные входные выводы 1-2-3, включая заземленный среднепотенциальный, для подключения источника электропитания с постоянными напряжениями, зашунтированные двухконденсаторной фильтровой стойкой 4-5, фазные выходные выводы 6-7, включая нейтральный заземленный, для подключения нагрузки переменного тока (одно- или трехфазной), зашунтированные фильтровым конденсатором 8, трансформатор тока 9 с двухсекционными первичной и вторичной (вторичными) обмотками 10-11 и 12-13, двухсекционный реактор 14-15 с заземленным средним (межсекционным) выводом, два модулирующих электронных ключа 16 и 17, зашунтированных обратными диодами, две диодно-ключевые электронные стойки 18-19 и 20-21 с общими заземленными крайними диодными выводами, а также диоды 22 и 23.
Устройство также содержит: две двунаправленные циклоконверторные электронно-ключевые стойки 24 и 25 и блок управления 26 с цепями 27, 28 обратных связей по внешним токам и напряжениям, с импульсно-модуляторными выводами 29 и релейно-сигнальными выводами 30.
Помимо указанного выше устройство содержит диодный выпрямитель 31. Каждый из модуляторных электронных ключей и электронных ключей диодно-ключевых стоек снабжен демпферно-снабберной цепью, состоящей из демпферного дросселя 32, снабберного конденсатора 33 и двухдиодной стойки 34-35.
Диодно-ключевые электронные стойки 18-19 и 20-21 подключены своими крайними ключевыми выводами через соответствующие секции 10 и 11 первичной обмотки трансформатора 9 к соответствующим крайним выводам реакторных секций 14 и 15 и через соответствующие диоды 22 и 23 к соответствующим крайним выводам фильтровой стойки 4-5. Циклоконверторные электронно-ключевые стойки 24-25 включены каждая между незаземленным выводом соответствующей секции 12,13 вторичной обмотки трансформатора 9 и незаземленным общим выходным фазным выводом 7. Диодный выпрямитель 31 включен между выходными фазными и разнополярными входными выводами 6-7 и 1-2. В каждой демпферно-снабберной цепочке демпферный дроссель 32 включен последовательно с соответствующим электронным ключом, а двухдиодная стойка 34-35 своим средним выводом через снабберный конденсатор 33 подключена к первому силовому выводу этого ключа, своим первым крайним выводом - ко второму силовому выводу этого ключа, а своим вторым крайним выводом через соответствующий диод - к соответствующему выводу реактора 14-15. В блоке управления 26 импульсно-модуляторные выводы 29 подключены к управляющим выводам модулирующих ключей 16, 17 и ключей 19, 21 диодно-ключевых стоек 18-19 и 20-21, а релейно-сигнальные выводы 30 - к управляющим выводам циклоконверторных электронно-ключевых стоек 24 и 25.
Начала секций обмоток трансформатора и реактора обозначены на чертеже жирными точками. В качестве электронных ключей использованы транзисторные ключи (полевые или биполярные).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. К дифференциальным входным выводам 1-2-3 подключают источник электропитания с постоянными напряжениями U1-3 и U2-3, а к выходным фазными выводам 6-7 - нагрузку переменного тока (произвольного характера, а также с возможной рекуперацией электроэнергии обратно в источник электропитания). На импульсно-модуляторных выводах 29 формируются высокочастотные импульсы с постоянным периодом широтно-импульсной модуляции Тшим и регулируемой длительностью импульсов: tн=γ⋅Тшим/2, где γ - регулируемый коэффициент заполнения импульса. На релейно-сигнальных выводах 30 блока управления формируются низкочастотные прямоугольные импульсы, синхронизированные с полупериодами выходного переменного напряжения U6-7.
На произвольном первом полупериоде Тшим/2 полное потокосцепление Ψ реактора 14-15 сначала нарастает (этап: dΨ/dt>0) вместе с током в цепи: 4-16-10-14-4, а затем частично (или полностью) спадает вместе с током в цепи: 10-14-18-19-10.
На втором полупериоде Тшим/2 Ψ сначала нарастает вместе с током в цепи: 5-15-11-17-5, а затем частично (или полностью) спадает вместе с током в цепи: 15-11-21-20-15.
Далее указанные процессы высокочастотно-периодически качественно повторяются с протеканием по секциям 10-11 первичной
обмотки трансформатора тока 9 высокочастотного прямоугольного тока (типа «меандр») с тем же периодом Тшим.
Для обеспечения дуального одновременного регулирования среднециклических значений тока (абсолютной величины потокосцепления) секций трансформаторных обмоток 10-11 и полного потокосцепления Ψ реактора 14-15 (для предотвращения насыщения его магнитопровода) между указанными чередующимися полупериодами вводится промежуточная токозамыкающая пауза с длительностью: Δtп=γп⋅Тшим/2, где γп - регулируемая относительная длительность паузы. Во время указанной паузы полное потокосцепление Ψ реактора 14-15 приблизительно сохраняется (этап: dΨ/dt≈0) вместе с токами в цепях: 14-18-19-10-14 или 15-11-21-20-15.
Таким образом, левая часть схемы устройства представляет собой регулируемый трехуровневый инвертор высокочастотного прямоугольного тока, питающего через трансформатор тока 9 циклоконверторный делитель частоты с двунаправленными ключами 24 и 25. Указанный прямоугольный ток наводит аналогичный ток в секциях 12-13 вторичной обмотки трансформатора 9, который с помощью циклоконверторного делителя частоты (циклически реверсируемого выпрямителя) формирует в нагрузке, шунтируемой фильтровым конденсатором 8, низкочастотный переменный ток. При определенных соотношениях параметров нагрузки и емкости конденсатора 8 ток и напряжение в нагрузке могут приближаться к синусоидальным или к трапецеидальным. При наличии реактивной составляющей мощности нагрузки, а также при рекуперации ее энергии обратно в источник (например, при рекуперативном торможении исполнительного электроприводного двигателя) ток нагрузки имеет возможность замыкаться через диодный выпрямитель 31 на цепь зарядки входной фильтровой стойки 4-5 и на источник электропитания.
Благодаря наличию демпферно-снабберных цепей (не рассеивающих тепловой мощности) осуществляется «мягкая» коммутация высокочастотных электронных ключей 16, 17 и 19, 21 (без одновременных скачков токов и напряжений). Благодаря этому повышается КПД (снижаются коммутационные потери), повышается надежность (исключаются сверхтоки и перенапряжения) и снижаются коммутационные помехоизлучения. Снабберный конденсатор 33 при каждом выключении ключа 16 плавно заряжается через демпферный дроссель 32 и диод 34, а при последующем включении ключа 16 - плавно разряжается по цепи: 33-16-10-14-15-11-17-35-33, передавая накопленную им энергию (почти без потерь) трансформатору 9 и реактору 14-15 для дальнейшей ее передачи в нагрузку.
Таким образом, по сравнению с прототипом в предложенном устройстве достигается основной технический результат: повышение удельной мощности устройства, и дополнительный технический результат: повышение надежности и КПД и снижение помехоизлучений устройства за счет обеспечения «мягкой» коммутации электронных ключей (без одновременных скачков токов и напряжений).
Claims (2)
1. Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторым делителем частоты, содержащий дифференциальные входные выводы, включая заземленный среднепотенциальный, для подключения источника электропитания с постоянными напряжениями, зашунтированные двухконденсаторной фильтровой стойкой, фазные выходные выводы, включая нейтральный заземленный, для подключения нагрузки переменного тока, зашунтированные фильтровым конденсатором, трансформатор тока с двухсекционными первичной и вторичной обмотками, двухсекционный реактор с заземленным средним выводом, два модулирующих электронных ключа, зашунтированных обратными диодами, две диодно-ключевые электронные стойки с общими заземленными крайними диодными выводами, подключенные своими крайними ключевыми выводами через соответствующие секции первичной обмотки трансформатора к соответствующим крайним выводам реакторных секций, подключенных через соответствующие диоды к соответствующим крайним выводам фильтровой стойки, две двунаправленные циклоконверторные электронно-ключевые стойки, включенные каждая между незаземленным выводом соответствующей секции вторичной обмотки трансформатора и незаземленным общим выходным фазным выводом, а также блок управления с цепями обратных связей по внешним токам и напряжениям, с импульсно-модуляторными выводами, подключенными к управляющим выводам модулирующих электронных ключей и ключей электронных стоек, и релейно-сигнальными выводами, подключенными к управляющим выводам циклоконверторных электронных стоек, отличающийся тем, что в него введен диодный выпрямитель, включенный между выходными фазными и разнополярными входными выводами.
2. Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты по п. 1, отличающийся тем, что каждый из модуляторных электронных ключей и электронных ключей диодно-ключевых стоек снабжен демпферно-снабберной цепью, состоящей из демпферного дросселя, включенного последовательно с электронным ключом снабберного конденсатора и двухдиодной стойкой, подключенной своим средним выводом через снабберный конденсатор к первому силовому выводу этого ключа, своим первым крайним диодным выводом - ко второму выводу этого ключа, а своим вторым крайним выводом - к соответствующему выводу реактора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018122492U RU183854U1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018122492U RU183854U1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU183854U1 true RU183854U1 (ru) | 2018-10-05 |
Family
ID=63794054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018122492U RU183854U1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU183854U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6278622B1 (en) * | 1999-06-28 | 2001-08-21 | Kokusan Denki Co., Ltd. | Electric power source apparatus including electric power converter circuit and method for controlling the same |
RU2558681C1 (ru) * | 2014-03-25 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Автономный инвертор напряжения для питания нагрузки через трансформатор с низким коэффициентом связи между его обмотками |
RU2617675C1 (ru) * | 2015-01-19 | 2017-04-26 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Рекуперативный преобразователь |
-
2018
- 2018-06-20 RU RU2018122492U patent/RU183854U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6278622B1 (en) * | 1999-06-28 | 2001-08-21 | Kokusan Denki Co., Ltd. | Electric power source apparatus including electric power converter circuit and method for controlling the same |
RU2558681C1 (ru) * | 2014-03-25 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Автономный инвертор напряжения для питания нагрузки через трансформатор с низким коэффициентом связи между его обмотками |
RU2617675C1 (ru) * | 2015-01-19 | 2017-04-26 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Рекуперативный преобразователь |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hsieh et al. | Novel high step-up DC–DC converter with coupled-inductor and switched-capacitor techniques for a sustainable energy system | |
US8830711B2 (en) | Hybrid switch for resonant power converters | |
US10673320B2 (en) | Snubber circuit and power conversion system including same | |
US11606043B2 (en) | Balanced capacitor power converter | |
RU163740U1 (ru) | Многофазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности | |
RU172182U1 (ru) | Импульсный преобразователь напряжения | |
He et al. | Novel high-efficiency frequency-variable buck–boost AC–AC converter with safe-commutation and continuous current | |
AU2015417472A1 (en) | Welding power supply with extended voltage characteristic | |
Ren et al. | SiC stacked-capacitor converters for pulse applications | |
Dhinesh et al. | A Dual Stage Flyback Converter using VC Method | |
Vodovozov et al. | Power electronic converters | |
US20070201249A1 (en) | Multilevel push pull converter | |
RU183854U1 (ru) | Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты | |
JP6803993B2 (ja) | 直流電圧変換器、および直流電圧変換器の作動方法 | |
RU174024U1 (ru) | Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь | |
RU190083U1 (ru) | Импульсный преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения | |
RU138899U1 (ru) | Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений | |
Ramli et al. | A bidirectional high-frequency link inverter using center-tapped transformer | |
RU175512U1 (ru) | Импульсный преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения | |
RU175601U1 (ru) | Двунаправленный импульсный преобразователь напряжений | |
Andrade et al. | A 31-level inverter with optimal number of switches for power applications | |
Shaik et al. | Simulation of single phase buck boost matrix converter without commutation issues | |
RU165550U1 (ru) | Обратимый трансформаторный импульсный конвертор | |
RU2717966C1 (ru) | Статический преобразователь напряжения | |
RU177680U1 (ru) | Многофункциональный импульсный преобразователь |