Высоковольтный автономный инвертор

Авторы патента:

H02M5/42 - с помощью статических преобразователей

Владельцы патента RU 2365023:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Использование: в области преобразовательной техники. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение надежности инвертора. В высоковольтном автономном инверторе конденсаторы RC-цепочек как управляемых, так и неуправляемых вентилей соединены между собой непосредственно и последовательно и образуют две ветви, которые соединены параллельно и через диод Шоттки, шунтированный резистором, подключены параллельно выводам цепи, состоящей из последовательно соединенных управляемых и неуправляемых вентилей инверторных ячеек, причем общие точки соединений конденсаторов RC-цепочек управляемых вентилей подключены к общим точкам соединений управляемых вентилей через резисторы, а общие точки соединений конденсаторов RC-цепочек неуправляемых вентилей подключены к общим точкам соединений неуправляемых вентилей непосредственно. 1 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках питания повышенной частоты для индукционного нагрева, формовки металлов и в других электротехнологических установках.

При построении мощных высоковольтных автономных инверторов и других источников широко используется последовательное соединение вентилей. Для равномерного распределения как величины, так и скорости нарастания напряжения du/dt используются RC-цепочки, состоящие из резистора, конденсатора и диода [Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник / В.Я.Замятин, Б.В.Кондратьев, В.М.Петухов. - М.: Радио и связь, 1987, стр.31, рис.3].

Недостатками инвертора с таким выполнением RC-цепочек для последовательно соединенных тиристоров являются сложность, относительно низкая надежность за счет большого числа диодов и снижения эффективности равномерного распределения du/dt по тиристорам из-за последовательного соединения указанных диодов и разброса времени включения их.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является высоковольтный мостовой инвертор, состоящий из одного или нескольких инверторных ячеек, содержащих включенные встречно-параллельно две ветви, одна из которых выполнена из последовательно соединенных управляемых вентилей, другая - из одного или нескольких последовательно соединенных неуправляемых вентилей, причем общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек соединения неуправляемых вентилей, а все управляемые и неуправляемые вентили шунтированы RC-цепочками, состоящими из резистора, конденсатора и диода [А.С. СССР №318130. Высоковольтный инвертор / Кацнельсон С.М., Морозов В.В., Пудровский Л.С., Аитов И.Л., Гутин Л.И., Филатов В.Н., Пегасов М.А. // БИ 31, 1971].

Недостатками его являются сложность, снижение надежности, эффективности равномерного распределения крутизны нарастания напряжения по тиристорам и встречным диодам из-за последовательного соединения большого числа диодов RC-цепочек, разброса времени включения их.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции и повышение надежности за счет сокращения числа диодов и резисторов RC-цепочек тиристоров и встречных диодов, повышения точности равномерного распределения перенапряжений и крутизны нарастания напряжения на тиристорах и встречных диодах за счет непосредственного соединения конденсаторов RC-цепочек тиристоров и встречных диодов и подключения их к выводам плеч моста через диод Шоттки, шунтированный резистором.

Задача решается тем, что в высоковольтном автономном инверторе, состоящем из одного или нескольких инверторных ячеек, содержащих включенные встречно-параллельно две ветви, одна из которых выполнена из последовательно соединенных управляемых вентилей, другая - из одного или нескольких последовательно соединенных неуправляемых вентилей, причем общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек соединения неуправляемых вентилей, а все управляемые и неуправляемые вентили шунтированы RC-цепочками, состоящими из резистора, конденсатора и диода, в отличие от прототипа, конденсаторы RC-цепочек как управляемых, так и неуправляемых вентилей соединены между собой непосредственно и последовательно и образуют две ветви, которые соединены параллельно и через диод Шоттки, шунтированный резистором, подключены параллельно выводам цепи, состоящей из последовательно соединенных управляемых и неуправляемых вентилей инверторных ячеек, причем общие точки соединений конденсаторов RC-цепочек управляемых вентилей подключены к общим точкам соединений управляемых вентилей через резисторы, а общие точки соединений конденсаторов RC-цепочек неуправляемых вентилей подключены к общим точкам соединений неуправляемых вентилей непосредственно.

На чертеже приведена схема предложенного высоковольтного мостового автономного инвертора, где 1 - плечи моста, в диагональ которого включены последовательно соединенные коммутирующие конденсатор 2 и индуктивность 3. Параллельно цепи питания моста включена цепь, состоящая из последовательно соединенных защитной индуктивности 4, разделительного конденсатора 5 и нагрузки 6. Инвертор подключен к источнику питания с напряжением Ud через входной дроссель 7.

Каждое плечо 1 инверторного моста состоит из тиристоров 8, встречных диодов 9, непосредственно соединенных конденсаторов 10 и 11, резисторов 12, 13, 14 и диода Шоттки 15. Цепочка встречных диодов 9 подключена встречно-параллельно цепочке тиристоров 8. Каждый тиристор 8 шунтирован резистором 14. Общие точки цепочки конденсаторов 10 подключены к общим точкам цепочки тиристоров 8 через резисторы 13. Общая точка конденсаторов 11 подключена к общей точке диодов 9 непосредственно. Параллельные ветви, образованные цепочкой непосредственно соединенных конденсаторов 10 и цепочкой непосредственно соединенных конденсаторов 11, подключены к выводам плеча 1 через диод Шоттки 15, шунтированный резистором 12.

Инвертор в установившемся режиме работает следующим образом. При включении тиристоров 8 диагональных плеч моста происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 2, заряженного до напряжения источника питания, через коммутирующую индуктивность 3, защитную индуктивность 4, разделительный конденсатор 15 и нагрузку 6.

Через нагрузку 6 протекает положительная полуволна тока в одном (первом) направлении. Когда напряжение на конденсаторе 2 превысит напряжение Ud и положительная полуволна тока пройдет через нулевое значение, указанные тиристоры выключаются и включаются встречные диоды 9, затем через нагрузку 6 протекает ток в направлении, обратном первому (второе направление). После того, как коммутирующий конденсатор 2 разрядится до напряжения приблизительно равного Ud и отрицательная полуволна тока пройдет через нулевое значение, диоды 9 выключаются. Пока через диоды 9 проходит прямой ток к тиристорам прикладывается небольшое обратное напряжение, равное падению напряжения на диодах 9, и они успевают полностью восстановить свою управляемость. Затем включаются тиристоры 8 противоположных плеч моста и конденсатор 2 начинает снова перезаряжаться. Через нагрузку 6 протекает вторая положительная полуволна тока в первом направлении. После обратного перезаряда коммутирующего конденсатора 2 и выключения тиристоров 8 включаются диоды 9 и через нагрузку 6 протекает вторая отрицательная полуволна тока.

В моменты обрыва тока через встречные диоды и включения очередных тиристоров двух противофазных плеч моста к тиристорам и встречным диодам (закрытых плеч) прикладывается прямое для тиристоров и обратное для диодов напряжение с высокой крутизной нарастания и большой амплитудой. Благодаря тому, что в отличие от прототипа конденсаторы 10 соединены непосредственно и их общие точки подключены к общим точкам тиристоров 8 через шунтирующие резисторы 13, а также конденсаторы 11 соединены непосредственно и их общая точка подключена к общей точке диодов 9 непосредственно и цепочки непосредственно соединенных конденсаторов 10 и 11 подключены к выводам плеч через диод Шоттки, шунтированный резистором, происходит равномерное распределение напряжений на диодах 9 и тиристорах 8. К тому же, по сравнению с прототипом, уменьшено количество диодов и резисторов RC-цепочек.

Высоковольтный автономный инвертор, состоящий из одного или нескольких инверторных ячеек, содержащих включенные встречно-параллельно две ветви, одна из которых выполнена из последовательно соединенных управляемых вентилей, другая - из одного или нескольких последовательно соединенных неуправляемых вентилей, причем общие точки последовательно соединенных управляемых вентилей изолированы от общих точек соединения неуправляемых вентилей, а каждый управляемый вентиль шунтирован резистором, отличающийся тем, что две ветви из соединенных последовательно конденсаторов соединены параллельно и через диод Шоттки, шунтированный резистором, подключены параллельно выводам цепей, состоящих из последовательно соединенных управляемых и неуправляемых вентилей инверторных ячеек, общие точки соединения конденсаторов соответствующих цепочек соединены с общими точками соединения управляемых вентилей через резисторы, а с общими точками соединения неуправляемых вентилей непосредственно.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока.

Силовой блок // 2280294

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к статическим преобразователям с жесткими требованиями по степени защиты по коду IP (IP54, IP64) в соответствии с ГОСТ 14254-96, к статическим преобразователям, работающим в широком диапазоне температур окружающего воздуха от -60°С до +50°С, к мощным статическим полупроводниковым преобразователям электроэнергии с принудительным комбинированным охлаждением.

Устройство для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией // 2159002

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления источников питания с квазисинусоидальным выходным напряжением. .

Преобразователь частоты для индукционного нагрева // 1781791

Преобразователь напряжения // 1647807

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики. .

Тиристорный преобразователь // 1647806

Изобретение относится к электротехнике , в частности к силовой полупроводниковой преобразовательной технике. .

Тиристорный преобразователь // 1647805

Преобразователь напряжения // 1610564

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. .

Преобразователь частоты с блоком конденсаторной защиты // 1543512

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в преобразователях частоты со звеном постоянного тока и устройствах их защиты. .

Цифровое @ -канальное устройство для управления инвертором // 1534692

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к системам управления вентильными преобразователями, и может быть использовано для управления автономными инверторами.

Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем // 2498490

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является увеличение коэффициента мощности. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь переменного тока содержит параллельные ключевые мосты, трансформатор с одной или более вторичными обмотками, диодное плечо, образующие схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазного регулирования, соединенного с коллекторным электродвигателем, датчик тока первичной сети и датчик напряжения первичной сети, подключенные к системе управления. Каждое ключевое управляемое плечо состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа, в качестве которого может использоваться IGBT транзистор (модуль). При зонно-фазном управлении выпрямительно-инверторным преобразователем после момента перехода напряжения через ноль с помощью управляемых ключевых плеч на электродвигатель сначала подается напряжение с малой обмотки трансформатора, а через некоторое время подается дополнительное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора, которое через некоторое время снимается. Время включения и выключения дополнительной обмотки трансформатора выбирают такими, чтобы сдвиг тока сети относительно напряжения сети на первой гармонике сетевой частоты уменьшить до нуля. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Источник электропитания аппаратуры радиолокационной станции // 2534028

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электроснабжения, преобразующим входную трехфазную сеть в трехфазную сеть другого напряжения и другой частоты, и предназначено для формирования стабилизированной по напряжению трехфазной сети электропитания для различной аппаратуры РЛС в радиолокационных комплексах (РЛК). Технический результат - улучшение технических характеристик, а именно повышение надежности работы источника электропитания аппаратуры РЛС, увеличение коэффициента полезного действия (КПД), стабилизация выходного синусоидального трехфазного напряжения с возможностью регулирования выходного напряжения и частоты, обеспечивающего ограничение входных пусковых токов емкостного накопителя, уменьшение акустического шума и массогабаритных показателей, контроль токов короткого замыкания в цепях нагрузки, селективная защита и защита от аварийных токов, а также обеспечение работоспособности при воздействии факторов по группе 1.3 ГОСТ В20.39.304-9, достигается за счет того, что используются трехфазные автономный инвертор и LC-фильтр, а в систему управления введены задатчик частоты, задатчик напряжения, формирователь характеристики, пропорционально-интегральный регулятор, формирователь широтно-импульсного сигнала управления и аналого-цифровой преобразователь, кроме того, дополнительно введены пусковое устройство и маломощный источник вторичного электропитания, мостовой выпрямитель, дроссель, емкостной накопитель, два датчика тока, силовая шина, N устройств защиты и трехфазный трансформатор с вышеописанными связями, удалось улучшить технические характеристики источника электропитания аппаратуры РЛС. 2 ил.

Обратимый преобразователь частоты // 2540110

Изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники, в частности к обратимым статическим преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Технический результат - расширение функциональных возможностей обратимого преобразователя. Кроме того, предлагаемое устройство обладает достаточной универсальностью и может быть использовано для построения электрических преобразователей частоты в широком диапазоне мощностей как низковольтного, так и высоковольтного применения. При этом электрический преобразователь может как содержать, так и не содержать тормозной цепочки. Поставленная цель достигается тем, что в схему электрического преобразователя добавлены дополнительные выпрямительные цепочки, содержащие диод и тиристор (управляемый ключ), включенные антипараллельно и подключенные последовательно с цепочками плечей активного выпрямителя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Статический преобразователь // 2540966

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в статических преобразователях для бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока. Технический результат - снижение установленной мощности и массогабаритных показателй. Статический преобразователь содержит входные клеммы для подключения к основному источнику переменного тока и клеммы для подключения к резервному источнику постоянного тока, контакторы, фазные дроссели, выпрямитель, фильтрующий конденсатор, инвертор. Статический преобразователь, являющийся источником питания с двойным преобразованием энергии обеспечивает при необходимости переход с сетевого режима на автономный без прерывания своей функции. Для этого плюсовая и минусовая клеммы для подсоединений источника постоянного тока подключены через контактор к основному выпрямителю, работающему в обычном режиме от сети переменного тока. Плюсовая клемма соединена через диоды с дросселями в цепи каждой фазы переменного тока на входе выпрямителя, а минусовая клемма - к общей минусовой точке этого выпрямителя. Выпрямитель выполнен на базе транзисторных чопперов, обеспечивающих регулирование напряжения при питании от источника постоянного тока. Напряжение с выпрямителя фильтруется конденсатором и поступает на вход инвертора, преобразующего постоянный ток в трехфазный переменный ток, поступающий к нагрузке. Группа гальванической развязки подключена непосредственно к источнику постоянного тока, а по выходу - к выходным клеммам основного выпрямителя. 1 ил.

Способ и устройство управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленным с возможностью работы в параллель // 2587590

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу и устройству управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленным с возможностью работы в параллель. Способ включает в себя: обнаружение контроллером каждого генератора при каждом запуске двигателя внутреннего сгорания наличия выходного напряжения, при наличии - генератор становится ведомым и синхронизирует фазы выходного напряжения с фазой обнаруженного напряжения, как опорной фазы, при отсутствии напряжения - генератор действует как задающий генератор; определение соответствующей активной мощности и эффективных значений выходных токов; определение соответствующих амплитуд выходного напряжения в падающих характеристических кривых согласно эффективным значениям выходных токов, и определение внутренних углов коэффициента мощности согласно соответствующей активной мощности; управление каждым генератором для достижения соответствующих амплитуд выходного напряжения и внутренних углов коэффициента мощности. Технический результат состоит в реализации энергетического баланса между параллельно работающими генераторами. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.