Способ снижения динамических потерь в преобразователях электроэнергии

Авторы патента:

H02M1/16 - устройства для предотвращения скачкообразных изменений тока в момент коммутации, например с помощью дросселя с насыщением

Владельцы патента RU 2307441:

Иванов Анатолий Леонидович (RU)
Шепелин Александр Витальевич (RU)
Шепелин Андрей Витальевич (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии, например в повышающих и понижающих преобразователях. Техническим результатом изобретения является снижение динамических потерь в преобразователях электроэнергии. Снижение динамических потерь в предлагаемом способе происходит за счет присоединения к преобразователю устройства, которое обеспечивает коммутацию требуемых ключей преобразователя при нулевом напряжении и в котором коммутация всех силовых ключей и диодов происходит при нулевом токе и(или) при нулевом напряжении. Предложенный способ может быть осуществлен с помощью подсоединенного к преобразователю устройства. Параллельно требуемому ключу преобразователя, к которому могут быть подключены параллельно по переменному току другие ключи и диоды преобразователя, подсоединен вход устройства. Устройство содержит параллельно своему входу конденсатор и генератор импульсов тока, состоящий из последовательно соединенных индуктивного элемента, ключа с нулевой обратной проводимостью и энергетического буфера, а также содержит устройство отвода энергии от генератора импульсов тока, например, обратно в преобразователь. 3 ил.

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

Известен способ снижения динамических потерь при включении ключа в повышающем преобразователе (корректоре мощности) [1], заключающийся в ограничении тока восстановления диода преобразователя, основанный на введении в схему преобразователя последовательно диоду преобразователя устройства, содержащего индуктивный элемент, параллельно которому подсоединены последовательно включенные диод и резистор. Преимуществом такого способа является снижение потерь при включении ключа преобразователя. Недостатком является то, что остаются потери при выключении ключа преобразователя, а также добавляются потери в резисторе устройства.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа [2] (фиг.3), является способ снижения потерь в повышающем преобразователе (корректоре мощности) с помощью подсоединенного к преобразователю устройства, содержащего конденсатор, генератор импульсов тока, содержащий последовательно соединенные индуктивный элемент и ключ с нулевой обратной проводимостью, например тиристор или соединенные последовательно транзистор и диод, и устройство отвода энергии от генератора импульсов тока, заключающийся в том, что выключают диоды и ключи преобразователя, соединенные между собой параллельно по переменному току, при нулевом напряжении с помощью конденсатора устройства, подключенного параллельно по переменному току к упомянутым диодам и ключам преобразователя, включают требуемый из упомянутых ключей преобразователя при нулевом напряжении путем предварительного обнуления напряжения на упомянутом ключе посредством подачи импульса тока между выводами упомянутого ключа от генератора импульсов тока, включают ключ генератора импульсов тока при нулевом токе за счет наличия индуктивного элемента, включенного последовательно ключу генератора импульсов тока.

Упомянутое устройство для осуществления указанного способа подсоединяют своим входом параллельно требуемому ключу преобразователя, к которому могут быть подключены параллельно по переменному току другие ключи и диоды преобразователя.

Преимуществом указанного способа является коммутация диодов и ключей преобразователя при нулевом напряжении.

Недостатком является наличие динамических потерь при выключении не зашунтированного конденсатором ключа генератора импульсов тока при протекании через него тока индуктивного элемента генератора импульсов тока, причем превышающего ток ключа преобразователя.

Техническим результатом изобретения является снижение динамических потерь в преобразователях электроэнергии.

Технический результат по предлагаемому способу достигается тем, что уменьшают потери в устройстве, подсоединяемом к преобразователю, содержащем конденсатор, генератор импульсов тока, содержащий последовательно соединенные индуктивный элемент и ключ с нулевой обратной проводимостью, например тиристор или соединенные последовательно транзистор и диод, и устройство отвода энергии от генератора импульсов тока, благодаря тому, что выключают ключ генератора импульсов тока при нулевом токе путем ограничения длительности импульса тока, вырабатываемого генератором импульсов тока, посредством введения в состав генератора импульсов тока энергетического буфера, например конденсатора, последовательно с упомянутыми индуктивным элементом и ключом.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлены часть структурной силовой схемы преобразователя и структурная силовая схема заявляемого устройства.

На фиг.2 представлены эпюры напряжений и токов, поясняющих работу схемы, представленной на фиг.1.

На фиг.3 представлены часть структурной силовой схемы преобразователя и структурная силовая схема прототипа устройства [2].

Предложенный способ может быть осуществлен с помощью подсоединенного к преобразователю 1 устройства 1, представленного на фиг.1. Параллельно требуемому ключу 3 преобразователя 1, к которому могут быть подключены параллельно по переменному току другие ключи и диоды 4 преобразователя 1 (здесь контур 5 обводит уровни постоянных потенциалов), подсоединен вход устройства 2. Устройство 2 содержит параллельно своему входу конденсатор 6 и генератор импульсов тока 7, состоящий из последовательно соединенных индуктивного элемента 8, ключа с нулевой обратной проводимостью 9 и энергетического буфера 10, а также содержит устройство отвода энергии 11 от генератора импульсов тока 7, например, обратно в преобразователь 1.

Работа устройства осуществляется следующим образом (фиг.1 и 2). По приходе сигнала управления в момент времени t₁ о необходимости обнуления напряжения на требуемом ключе 3 включают ключ 9. Включение последнего происходит при ноле тока, то есть с низкими потерями, вследствие наличия последовательно включенного ему индуктивного элемента 8. По мере роста тока по цепи генератора импульсов тока 7 происходит снижение напряжения на требуемом ключе 3, что приводит к смене знака напряжения на индуктивном элементе 8 в момент максимума тока индуктивного элемента 8, а также к обнулению напряжения на требуемом ключе 3 в момент t₂ - в этот момент ключ 3 включают с низкими потерями. После смены знака напряжения на индуктивном элементе 8 ток через последний, а значит и через ключ 9 начинает уменьшаться и становится равным нулю в момент t₃. Далее обратный ток в индуктивном элементе 8 не возникает (с точностью до неидеальных свойств ключа 9) вследствие нулевой обратной проводимости ключа 9. В момент t₃ ключ 9 выключают с низкими потерями.

При протекании вышеописанного процесса происходит передача определенной энергии в энергетический буфер. Вывод этой энергии, например, обратно в преобразователь 1 осуществляется устройством отвода энергии 11, например рекуперационным устройством.

Далее в момент t₄ ключ 3 выключают и напряжение на последнем вырастает за время, большее, чем время закрытия ключа 3, в силу наличия параллельно подсоединенного к последнему конденсатора 6. Это обеспечивает низкие потери при выключении ключа 3, то есть выключение при нулевом напряжении.

В момент времени t₅ процесс повторяется снова.

Если в составе энергетического буфера 10 на его входе используют согласующий или разделительный трансформатор, то в качестве индуктивного элемента 8 используют индуктивность рассеяния трансформатора.

Анализ известных технических решений показал, что предложенный способ снижения динамических потерь в преобразователях электроэнергии проявляет новые свойства, заключающиеся в снижении динамических потерь в преобразователях электроэнергии.

Источники информации

1. Бономорский П. и др. Базовый блок источника питания с коррекцией коэффициента мощности для ПК // Электронные компоненты, 2002, №8, стр.107-110.

2. W.A.Tabisz and F.C.Lee, "Zero-voltage switching multi-resonant technique - a novel approach to impruve performance of high frequency quasi-resonant converters", IEEE Power Electronics Specialists Conference, 1988.

Способ снижения динамических потерь в преобразователях электроэнергии с помощью подсоединенного к преобразователю устройства, содержащего конденсатор, генератор импульсов тока, содержащий последовательно соединенные индуктивный элемент и ключ с нулевой обратной проводимостью, и устройство отвода энергии от генератора импульсов тока, заключающийся в том, что выключают требуемые ключи и диоды преобразователя, соединенные между собой параллельно по переменному току, при нулевом напряжении с помощью конденсатора устройства, подключенного параллельно по переменному току к упомянутым ключам и диодам преобразователя, включают требуемый из упомянутых ключей преобразователя при нулевом напряжении путем предварительного обнуления напряжения на упомянутом ключе посредством подачи импульса тока между выводами упомянутого ключа от генератора импульсов тока, включают ключ генератора импульсов тока при нулевом токе за счет наличия индуктивного элемента, включенного последовательно ключу генератора импульсов тока, отличающийся тем, что выключают ключ генератора импульсов тока при нулевом токе путем ограничения длительности импульса тока, вырабатываемого генератором импульсов тока, посредством введения в состав генератора импульсов тока энергетического буфера последовательно с упомянутыми индуктивным элементом и ключом.

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.

Снаббер напряжения (варианты) // 2263387

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.

Преобразователь // 2260894

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

Фильтр для подавления помех в сетях электроснабжения // 2138914

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.

Способ защиты от коммутационных перенапряжений электрооборудования, работающего в протяженных сетях постоянного тока, и устройство для его осуществления // 2138895

Способ переключения тиристора // 1704244

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.

Устройство плавного подъема и спуска напряжения переменного тока // 1684881

Изобретение относится к электротехнике . .

Устройство для демпфирования коммутационных перенапряжений преобразователя // 1164833

Устройство для токовой защиты преобразователя // 702920

Устройство для демпфирования коммутационных перенапряжений // 512546

Способ управления двухоперационным тиристором // 2321146

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

Сетевой фильтр (варианты) // 2381614

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

Сетевой фильтр // 2446549

Силовой модуль с мультирезонансным контуром (варианты) // 2457600

Изобретение относится к силовой электронике

Сетевой фильтр // 2570351

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.

Сетевой фильтр // 2584140

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.

Подмодуль для модульного многоступенчатого преобразователя частоты // 2599261

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.

Устройство включения трехфазного трансформатора // 2621704

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.

Регулируемый электропривод переменного тока // 2629009

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании электропривода с трехфазным двигателем, питаемыми от многоуровневого инвертора на управляемых полупроводниковых приборах (УПП) (транзисторах или запираемых тиристорах), шунтированных «обратными» диодами. Техническим результатом является исключение возможности возникновения автоколебаний и возможности увеличения отклонений мгновенных значений фазных токов от заданных, снижение частоты переключений УПП инвертора до приемлемого уровня без использования дополнительных реакторов. Соединение нулевой точки обмотки статора двигателя с точкой нулевого потенциала инвертора обеспечивает устойчивую работу блока управления с тремя регуляторами фазных токов так, что при всех условиях мгновенные значения токов не выходят за границы заданного токового коридора; при этом независимо от степени искажения фазных противо-ЭДС двигателя искажения токов фаз двигателя высшими гармониками минимальны. 3 ил.