Снаббер напряжения (варианты)

Изобретение относится к электротехнике для использования в преобразовательной технике в импульсных регуляторах напряжения, преобразователях частоты и напряжения большой мощности, работающих при повышенных входных напряжениях, например, в железнодорожном и городском транспорте. Технический результат заключается в уменьшении напряжения на ключе, параллельно которому включен снаббер напряжения, и упрощение снаббера напряжения за счет исключения дополнительного ключа. Снаббер напряжения (фиг.2 и 3) содержит выводы (1, 2, 3), диоды (4, 7, 9, 10), конденсаторы (5, 6, 11), дроссель (8), резистор (12). Варианты отличаются включением диода (10). Снаббер напряжения ограничивает скорость нарастания напряжения на ключах в момент их размыкания и уменьшает напряжения на них, связанные с наличием индуктивной составляющей нагрузки, а также ликвидирует неконтролируемый ток в дросселе (8) без использования дополнительного ключа. 2 н.п.ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Известны снабберы напряжения (от шведского слова snabber - замедляющий рост), включаемые параллельно ключу в импульсных устройствах и уменьшающие динамические потери в ключе при его выключении.

Известен снаббер напряжения, использованный в импульсном регуляторе напряжения и содержащий первую последовательную цепь из первого диода и первого конденсатора, включенную первым диодом к «горячему» выводу ключа, а первым конденсатором - к «холодному» выводу ключа, вторую последовательную цепь из второго конденсатора и второго диода, включенную вторым конденсатором к «горячему» выводу ключа, а вторым диодом - к шине питания обратно первому диоду, цепь рекуперации из последовательно соединенных дросселя и третьего диода, включенного обратно первому диоду, причем свободный вывод дросселя соединен с общей точкой первого диода и первого конденсатора, а свободный вывод третьего диода - с общей точкой второго конденсатора и второго диода (В.М.Боровиков, Ю.И.Красников. Импульсный регулятор напряжения. Патент СССР SU №1820985 A3, 12.11.1993, бюл. №21) [1].

Недостатком данного снаббера напряжения является то, что его невозможно использовать совместно со снаббером тока, поскольку наличие индуктивности снаббера тока последовательно с ключом приводит к перенапряжению на ключе при его выключении, что в свою очередь приводит к возникновению неконтролируемого тока в дросселе снаббера напряжения.

Указанный недостаток устранен в схеме импульсного регулятора напряжения, защищенного патентом РФ RU №2168838 С1, 10.06.2001, бюл. №16 [2].

Данная схема (фиг.1) включает снаббер напряжения, который является наиболее близким аналогом предлагаемому техническому решению.

На фиг.1 снаббер напряжения выделен штриховой линией. Он содержит первую последовательную цепь из первого диода и первого конденсатора, подключенную первым диодом к «горячему» выводу ключа импульсного регулятора напряжения, а первым конденсатором - к «холодному» выводу ключа импульсного регулятора напряжения, вторую последовательную цепь из второго конденсатора и второго диода, подключенную вторым конденсатором к «горячему» выводу ключа импульсного регулятора напряжения, а вторым диодом - к шине питания импульсного регулятора напряжения обратно первому диоду, цепь рекуперации из последовательно соединенных дополнительного ключа, дросселя и третьего диода, включенного обратно первому диоду, причем свободный вывод дополнительного ключа соединен с общей точкой первого диода и первого конденсатора, а свободный вывод третьего диода - с общей точкой второго конденсатора и второго диода.

Недостатками данного снаббера напряжения являются большие перенапряжения на ключе импульсного регулятора напряжения при его выключении (из-за включенной последовательно с ключом индуктивности снаббера тока) и необходимость использования дополнительного ключа в снаббере напряжения.

Задача, решаемая изобретением, - уменьшение перенапряжения на ключе, параллельно которому включен снаббер напряжения, и упрощение снаббера напряжения за счет ликвидации дополнительного ключа.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном снаббере напряжения, содержащем первый, второй и третий выводы, первую последовательную цепь из первого диода и первого конденсатора, включенную первым диодом ко второму выводу, а первым конденсатором - к первому выводу, вторую последовательную цепь из второго конденсатора и второго диода, включенную вторым конденсатором ко второму выводу, цепь рекуперации из последовательно соединенных дросселя и третьего диода, включенного обратно первому диоду, причем свободный вывод третьего диода соединен с общей точкой второго конденсатора и второго диода, свободный конец дросселя подключен к общей точке первого диода и первого конденсатора, дополнительно введены третья последовательная цепь из четвертого диода и третьего конденсатора, включенная четвертым диодом ко второму выводу согласно первому диоду, а третьим конденсатором - к первому выводу, резистор, одним выводом соединенный с третьим выводом, другим выводом - со средней точкой четвертого диода и третьего конденсатора, второй диод свободным выводом подключен к общей точке четвертого диода, третьего конденсатора и резистора обратно первому диоду.

Возможен второй вариант, когда четвертый диод подключен к третьему выводу согласно первому диоду.

Описание заявляемого снаббера напряжения поясняется фиг.2 и 3. На фиг.4 и 5 приведен пример использования снаббера напряжения (вариант 1) в импульсном регуляторе напряжения, на фиг.6, 7 - пример использования снаббера напряжения (вариант 2) в инверторе тока.

Снаббер напряжения по варианту 1 (фиг.2) содержит первый 1, второй 2 и третий 3 выводы, первую последовательную цепь из первого диода 4 и первого конденсатора 5, включенную первым диодом 4 ко второму выводу 2, а первым конденсатором 5 - к первому выводу 1, вторую последовательную цепь из второго конденсатора 6 и второго диода 7, включенную вторым конденсатором 6 ко второму выводу 2, цепь рекуперации из последовательно соединенных дросселя 8 и третьего диода 9, причем свободный вывод дросселя 8 подключен к общей точке первого диода 4 и первого конденсатора 5, а свободный вывод третьего диода 9 соединен с общей точкой второго конденсатора 6 и второго диода 7 обратно первому диоду 4, третью последовательную цепь из четвертого диода 10 и третьего конденсатора 11, включенную четвертым диодом 10 ко второму выводу 2 согласно первому диоду 4, а третьим конденсатором 11 - к первому выводу 1, резистор 12, одним выводом соединенный с третьим выводом 3, другим выводом - со средней точкой четвертого диода 10 и третьего конденсатора 11, второй диод 7 свободным выводом подключен к общей точке четвертого диода 10, третьего конденсатора 11 и резистора 12 обратно первому диоду 4.

На фиг.3 представлен вариант 2 снаббера напряжения, в котором четвертый диод 10 подключен к третьему выводу 3 согласно первому диоду 4.

Работа снаббера напряжения по варианту 1 поясняется на примере его использования в импульсном регуляторе напряжения, приведенном на фиг.4.

Импульсный регулятор напряжения (фиг.4) содержит входной 14, общий 15 и выходной 16 выводы для подключения, соответственно, источника питания 17 и активно-индуктивной нагрузки 18, обратный диод 19, ключ 20, источник управляющих сигналов 21, дроссель 22, диод 23, снаббер напряжения 13, подключенный первым выводом 1 к входному выводу 14, вторым выводом 2 - к средней точке ключа 20 и дросселя 22, третьим выводом 3 - к общему выводу 15 и содержащий первую последовательную цепь из диода 4 и конденсатора 5, вторую последовательную цепь из конденсатора 6 и диода 7, цепь рекуперации из последовательно соединенных дросселя 8 и диода 9, третью последовательную цепь из диода 10 и конденсатора 11, резистор 12.

Снаббер напряжения 13 в составе импульсного регулятора напряжения работает следующим образом.

Пусть в установившемся режиме работы импульсного регулятора напряжения в начальный момент времени ключ 20 замкнут, конденсатор 5 разряжен почти до нуля, напряжение на конденсаторах 6, 11 равно напряжению источника питания 17, тока в дросселе 8 нет, диоды 4, 7, 9, 10 заперты.

При размыкании ключа 20 в момент времени t0 (фиг.5) ток дросселя 22 начинает заряжать конденсатор 5 через диод 4 и разряжать конденсатор 6 через диод 7 и конденсатор 11, при этом скорость нарастания напряжения на ключе 20 ограничена отношением тока через дроссель 22 к суммарной емкости конденсаторов 5, 6 (емкости конденсаторов 5, 6 равны между собой, емкость конденсатора 11 много больше емкости конденсаторов 5, 6). Через резистор 12 конденсатор 11 начнет разряжаться на источник питания 17.

В момент времени t1 конденсатор 6 разрядится до нуля, напряжение на конденсаторе 5 станет равным напряжению на конденсаторе 11, откроется диод 10 и ток дросселя 22 начнет заряжать конденсаторы 5, 11, при этом скорость нарастания напряжения на ключе 20, равная отношению тока через дроссель 22 к суммарной емкости конденсаторов 5, 11, резко уменьшится.

В момент времени t2 ток в дросселе 22 уменьшится до нуля, ток нагрузки 18 замкнется через обратный диод 19, напряжение на ключе 20 скачком уменьшится до напряжения источника питания 17. Т.к. напряжение на конденсаторе 5 выше напряжения источника питания 17, а конденсатор 6 полностью разряжен, начнется частичная разрядка конденсатора 5 по цепи: конденсатор 5 - дроссель 8 - диод 9 - конденсатор 6 - дроссель 22 - обратный диод 19 - источник питания 17. К моменту времени t3 напряжение на конденсаторе 5 установится равным напряжению источника питания 17, а напряжение на конденсаторе 6 станет равным напряжению, равному разности напряжений на конденсаторе 11 и источника питания 17.

В момент времени t4 замкнется ключ 20 и начнется перезарядка конденсатора 5 на конденсатор 6 по цепи: конденсатор 5 - дроссель 8 - диод 9 - конденсатор 6 - ключ 20. К моменту времени t5 конденсатор 6 зарядится до напряжения источника питания 17, а конденсатор 5 разрядится почти до нуля.

К началу следующего периода конденсатор 11 разрядится до напряжения источника питания 17. При размыкании ключа 20 в момент времени t6 процессы в схеме снаббера напряжения 13 повторятся аналогично моменту времени t0.

Таким образом, дополнительно введенная в снаббер напряжения 13 цепь из последовательно соединенных диода 10 и конденсатора 11 уменьшает перенапряжение на ключе 20 в момент его выключения, а подключение свободного вывода диода 7 к общей точке диода 10, конденсатора 11 и дополнительно введенного резистора 12 ликвидирует неконтролируемый ток в дросселе 8 без использования дополнительного ключа в снаббере напряжения 13.

Работа снаббера напряжения по варианту 2 поясняется на примере его использования в инверторе тока, являющемся частью вторичного источника питания, приведенного на фиг.6.

Вторичный источник питания (фиг.6) содержит источник питания 14, генератор тока 15, инвертор тока, выполненный по мостовой схеме на ключах 16, 17, 18, 19 и включающий в себя схему управления 20 и снабберы напряжения 13, 13', нагрузку 21.

Снаббер напряжения 13 содержит выводы 1, 2, 3, первую последовательную цепь из диода 4 и конденсатора 5, вторую последовательную цепь из конденсатора 6 и диода 7, цепь рекуперации из последовательно соединенных дросселя 8 и диода 9, третью последовательную цепь из диода 10 и конденсатора 11, резистор 12. Выводами 1, 3 снаббер напряжения 13 подключается к стойке ключей 16, 18, а выводом 2 - к средней точке ключей 16, 18.

Рассмотрим работу снаббера напряжения 13 в составе инвертора тока.

Пусть в начальный момент ключи 17, 18 замкнуты, ключи 16, 19 разомкнуты, конденсатор 5 разряжен до нуля, конденсаторы 6, 11 заряжены до напряжения, немного превышающего напряжение на нагрузке 21, тока в дросселе 8 нет, диоды 4, 7, 9 и 10 заперты.

В момент времени t0 (фиг.7) схема управления 20 размыкает ключи 17, 18 и замыкает ключи 16, 19. Сумма токов нагрузки 21 и генератора тока 15 начинает заряжать конденсатор 5 через диод 4 и разряжать конденсатор 6 через диод 7 и конденсатор 11, при этом скорость нарастания напряжения на ключах 17, 18 ограничена отношением суммарного тока нагрузки 21 и генератора тока 15 к суммарной емкости конденсаторов 5, 6 (емкости конденсаторов 5, 6 равны между собой, емкость конденсатора 11 много больше емкости конденсаторов 5, 6). Под действием напряжения на ключе 18 начнется изменение направления тока в нагрузке 21.

В момент времени t1 конденсатор 6 разрядится до нуля, напряжение на конденсаторе 5 станет равным напряжению на конденсаторе 11, откроется диод 10 и разность токов генератора тока 15 и нагрузки 21 начнет заряжать конденсаторы 5, 11, при этом скорость нарастания напряжения на ключах 17, 18, равная отношению разностного тока генератора тока 15 и нагрузки 21 к суммарной емкости конденсаторов 5, 11, резко уменьшится.

Заметим, что т.к. напряжения на ключах 17, 18 равны между собой, снаббер напряжения 13 формирует траекторию переключения как ключа 18, так и ключа 17.

В момент времени t2 ток нагрузки 21 станет равным току генератора тока 15, диоды 4, 10 закроются и начнется частичная разрядка на нагрузку 21 конденсатора 11 через резистор 12, а конденсатора 5 - по цепи: дроссель 8 - диод 9 - диод 7 - резистор 12.

В момент времени t3 схема управления 20 размыкает ключи 16, 19 и замыкает ключи 17, 18. Начинается перезарядка конденсатора 5 на конденсатор 6 по цепи: конденсатор 5 - дроссель 8 - диод 9 - конденсатор 6 - ключ 18.

К моменту времени t4 конденсатор 6 зарядится до напряжения, немного превышающего напряжение на нагрузке 21, а конденсатор 5 разрядится до нуля.

В момент времени 15 схема управления 20 размыкает ключи 17, 18, замыкает ключи 16, 19 и начинается следующий период работы инвертора тока.

Таким образом, снаббер напряжения 13 ограничивает скорость нарастания напряжения на ключах 17, 18 в момент их размыкания и уменьшает перенапряжения на них, связанные с наличием индуктивной составляющей нагрузки 21.

Снаббер напряжения 13' работает аналогично снабберу напряжения 13 со сдвигом по времени на полпериода работы инвертора тока.

Отметим, что элементы 10, 11, 12 снаббера напряжения 13 могут быть общими для обоих снабберов напряжения 13, 13' (с исключением соответственно элементов 10', 11', 12').

Наиболее целесообразно применение данного изобретения в импульсных регуляторах напряжения, преобразователях частоты и напряжения большой мощности, работающих при повышенных входных напряжениях, например, в железнодорожном и городском транспорте.

Используемая литература:

1. В.М.Боровиков, Ю.И.Красников. Импульсный регулятор напряжения. Патент СССР SU №1820985 A3, 12.11.1993, бюл. №21.

2. Ю.И.Красников, В.М.Боровиков, В.И.Ковтун. Импульсный регулятор напряжения. Патент РФ RU №2168838 С1, 10.06. 2001, бюл. №16.

1. Снаббер напряжения, содержащий первый, второй и третий выводы, первую последовательную цепь из первого диода и первого конденсатора, включенную первым диодом ко второму выводу, а первым конденсатором - к первому выводу, вторую последовательную цепь из второго конденсатора и второго диода, включенную вторым конденсатором ко второму выводу, цепь рекуперации из последовательно соединенных дросселя и третьего диода, включенного обратно первому диоду, причем свободный вывод третьего диода соединен с общей точкой второго конденсатора и второго диода, отличающийся тем, что свободный конец дросселя подключен к общей точке первого диода и первого конденсатора, дополнительно введены третья последовательная цепь из четвертого диода и третьего конденсатора, включенная четвертым диодом ко второму выводу согласно первому диоду, а третьим конденсатором - к первому выводу, резистор, одним выводом соединенный с третьим выводом, другим выводом - со средней точкой четвертого диода и третьего конденсатора, второй диод свободным выводом подключен к общей точке четвертого диода, третьего конденсатора и резистора обратно первому диоду.

2. Снаббер напряжения, содержащий первый, второй и третий выводы, первую последовательную цепь из первого диода и первого конденсатора, включенную первым диодом ко второму выводу, а первым конденсатором - к первому выводу, вторую последовательную цепь из второго конденсатора и второго диода, включенную вторым конденсатором ко второму выводу, цепь рекуперации из последовательно соединенных дросселя и третьего диода, включенного обратно первому диоду, причем свободный вывод третьего диода соединен с общей точкой второго конденсатора и второго диода, отличающийся тем, что свободный конец дросселя подключен к общей точке первого диода и первого конденсатора, дополнительно введены третья последовательная цепь из четвертого диода и третьего конденсатора, включенная четвертым диодом к третьему выводу согласно первому диоду, а третьим конденсатором - к первому выводу, резистор, одним выводом соединенный с третьим выводом, другим выводом - со средней точкой четвертого диода и третьего конденсатора, второй диод свободным выводом подключен к общей точке четвертого диода, третьего конденсатора и резистора обратно первому диоду.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к преобразовательной и импульсной технике для питания потребителей импульсной мощности. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для подавления помех в проводах сетевого питания зданий, крупных вычислительных центров, больших ЭВМ, других электронных устройств большой мощности.

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к способам переключения тиристорое ь схемах формирования мощных импульсов тохз с высокими значениями параметров di/dt в открытом состоянии для создания мощных быстродействующих импульсных модуляторов и генераторов.

Изобретение относится к электротехнике . .

Изобретение относится к электротехнике, конкретно, к области силовой электроники и может быть использовано в качестве управляемого устройства для запуска сетевого преобразователя напряжения, в частности, при построении источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, устройств электрохимической защиты подземных металлических сооружений от почвенной коррозии, коррозии блуждающими токами, работающих в импульсно-непрерывном режиме

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии, например в повышающих и понижающих преобразователях

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания на основе инверторов тока для установок индукционного нагрева и плазмохимического синтеза озона

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для повышения помехоустойчивости устройств релейной защиты и автоматики, питающихся от сети постоянного и переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока

Изобретение относится к силовой электронике

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока, для предотвращения долговременной подачи избыточного напряжения в цепь нагрузки и для общего энергосбережения активной и реактивной энергии. Сущность изобретения: сетевой фильтр содержит включенные в разрывы каждого из линейных проводов катушку индуктивности с сердечником и токовую фильтрующую индуктивность с сердечником, снабженную не менее чем одной дополнительной обмоткой; включенные между линейными проводами конденсатор и не менее чем две фильтрокорректирующие цепи, вход каждой из которых подключен к выходу одной из дополнительных обмоток; включенные последовательно между линейными проводами катушку подмагничивания и балластные индуктивности с сердечниками и управляющими обмотками, которые одним из выводов подключены к одному из линейных проводов; пороговое решающее устройство, включенное на входе между линейными проводами; первые электронные коммутирующие устройства, включенные между одним из линейных проводов и входами управляющих обмоток; вторые электронные коммутирующие устройства, включенные параллельно балластным индуктивностям, при этом выходы порогового решающего устройства соединены с первыми и вторыми электронными коммутирующими устройствами, а катушка подмагничивания установлена, по меньшей мере, на один из сердечников катушек индуктивности. Устройство позволяет получить технический результат - существенно экономить потребляемую нагрузкой электроэнергию. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения скачкообразных изменений тока в цепях с устройствами, питающимися от сети переменного тока, предотвращения долговременной подачи избыточного напряжения в цепь нагрузки и энергосбережения активной и реактивной энергии. Сущность изобретения: сетевой фильтр содержит включенные в разрывы каждого из линейных проводов катушку индуктивности с сердечником и токовую фильтрующую индуктивность с сердечником, снабженную не менее чем одной дополнительной обмоткой, включенные между линейными проводами конденсатор и не менее чем две фильтрокорректирующие цепи, вход каждой из которых подключен к выходу одной из дополнительных обмоток, включенные последовательно в линейные провода понижающие индуктивности с сердечниками и катушками создания противотока, контролирующее устройство, а также первые и вторые пары электронных ключей, при этом понижающие индуктивности своими выводами через первые и вторые пары электронных ключей подключены к линейным проводам, а контролирующее устройство включено между линейными проводами после фильтрокорректирующих цепей и его управляющие выходы соединены с первыми и вторыми парами электронных ключей. Технический результат - устройство позволяет существенно экономить потребляемую нагрузкой электроэнергию. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к подмодулю модульного многоступенчатого преобразователя частоты с однополюсным аккумулятором энергии и с включенной параллельно аккумулятору энергии мощной полупроводниковой последовательной схемой, содержащей два последовательно включенных мощных полупроводниковых переключателя с одинаковым направлением пропускания, причем встречно-параллельно каждому включаемому и выключаемому мощному полупроводниковому переключателю включен безынерционный диод. При этом по меньшей мере одна из цепей: цепи первого и второго соединительных зажимов и шунтирующей цепи содержит индуктивный элемент. Технический результат состоит в предотвращении быстрого нарастания или отключения тока по цепи аккумулятора энергии. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к трансформаторам среднего напряжения, и может быть использовано для ограничения пусковых токов при включении их на холостой ход. Технический результат заявляемого устройства - расширение функциональных возможностей, обеспечивающее выявление межвитковых замыканий в обмотках трансформатора, а также многократное уменьшение пусковых токов и повышение быстродействия процесса включения трансформатора на холостой ход. Технический результат достигается тем, что в устройстве включения трехфазного трансформатора, содержащем выключатель, соединенный главными цепями с фазами питающей сети и обмотками трансформатора, пусковые резисторы, контактор, датчики тока и устройство контроля уровня пускового тока с элементами управления контактора и выключателя, при этом пусковые резисторы пофазно последовательно соединены с главными цепями контактора, датчиками тока и подключены параллельно главным цепям выключателя. 1 ил.
Наверх