[go: up one dir, main page]

RU175601U1 - Bidirectional Switching Voltage Converter - Google Patents

Bidirectional Switching Voltage Converter Download PDF

Info

Publication number
RU175601U1
RU175601U1 RU2017121620U RU2017121620U RU175601U1 RU 175601 U1 RU175601 U1 RU 175601U1 RU 2017121620 U RU2017121620 U RU 2017121620U RU 2017121620 U RU2017121620 U RU 2017121620U RU 175601 U1 RU175601 U1 RU 175601U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diode
arm
key
branches
terminals
Prior art date
Application number
RU2017121620U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Анатольевич Киселёв
Ярослав Владимирович Морошкин
Александр Александрович Мухин
Станислав Борисович Резников
Евгений Викторович Сыроежкин
Игорь Александрович Харченко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС")
Priority to RU2017121620U priority Critical patent/RU175601U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU175601U1 publication Critical patent/RU175601U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M5/00Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной электронике и предназначена для использования в качестве унифицированного модуля многофункционального импульсного преобразователя переменных и постоянных напряжений для высокотехнологичных и высоконадежных электросистем с модульно-масштабируемой архитектурой, в частности для электроэнергетических комплексов более (или полностью) электрифицированных самолетов. Основным техническим результатом предложения является снижение тепловых потерь и помехоизлучений устройства за счет обеспечения непрерывности одного из внешних токов и «мягкой» коммутации коммутаторных ключей. Дополнительным результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет обратимого преобразования частоты, а также регулирования амплитуды и фазовых сдвигов двух переменных напряжений, в частности для утроения числа фаз переменного тока. Указанные результаты обеспечиваются благодаря тому, что в устройстве, содержащем две пары внешних выводов 1-2 и 3-4 для подключения источника электропитания и нагрузки, зашунтированные фильтровыми конденсаторами 5 и 6, управляемый электронный мостовой коммутатор, состоящий из трех двухплечевых ветвей с диодно-ключевыми стойками с 7-8 по 17-18 в плечах, реактор 19 и блок управления 20 с цепями 21, 22 обратных связей и импульсно-модуляторными выводами 23, все крайние выводы ветвей принадлежат ключам, а все средние выводы принадлежат диодам; при этом каждое плечо коммутатора снабжено снабберным конденсатором с 24 по 29, демпферным дросселем с 30 по 35, зарядным диодом с 36 по 41 и разрядной двухдиодной стойкой с 42 по 47. 2 ил.The utility model relates to electrical engineering and to pulsed electronics and is intended to be used as a unified module of a multifunctional pulsed converter of alternating and constant voltage for high-tech and highly reliable electrical systems with a modularly scalable architecture, in particular for electric power complexes of more (or fully) electrified aircraft. The main technical result of the proposal is to reduce heat loss and noise emissions from the device by ensuring the continuity of one of the external currents and “soft” switching of the switch keys. An additional result is the expansion of the functionality of the device due to reversible frequency conversion, as well as the regulation of the amplitude and phase shifts of two alternating voltages, in particular to triple the number of phases of alternating current. These results are ensured due to the fact that in a device containing two pairs of external terminals 1-2 and 3-4 for connecting a power source and loads, shunted by filter capacitors 5 and 6, a controlled electronic bridge switch, consisting of three two-arm branches with diode-key struts from 7-8 to 17-18 in the shoulders, the reactor 19 and the control unit 20 with feedback circuits 21, 22 and pulse-modulator outputs 23, all the terminal leads belong to the keys, and all the middle leads belong to the diodes; each switch arm is equipped with a snubber capacitor from 24 to 29, a damper inductor from 30 to 35, a charging diode from 36 to 41, and a two-diode discharge rack from 42 to 47. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной электронике и предназначена для использования в качестве унифицированного модуля многофункционального импульсного преобразователя переменных и постоянных напряжений для высокотехнологичных и высоконадежных электроэнергосистем с модульно-масштабируемой архитектурой, в частности - для электроэнергетических комплексов более (или полностью) электрифицированных самолетов.The utility model relates to electrical engineering and to pulsed electronics and is intended to be used as a unified module of a multifunctional pulse converter of variable and constant voltage for high-tech and highly reliable power systems with a modularly scalable architecture, in particular for power systems of more (or fully) electrified aircraft.

Известен двунаправленный импульсный преобразователь напряжений (аналог), содержащий входной заземленный фильтровой конденсатор, выходную двухконденсаторную фильтровую стойку с дифференциальным выходом, двухобмоточный накопительно-демодуляторный трансреактор, два четырехплечевых мостовых коммутатора с диодно-ключевыми стойками, соединенных между собой по постоянному току через две обмотки трансреактора, а также шунтирующую двухключевую стойку и блок управления с импульсно-модуляторными выводами (Резников С.Б., Бочаров В.В., Лавринович А.В., Харченко И.А. Обратимый преобразователь переменного и постоянного напряжений. Патент на полезную модель RU №138899, Бюлл. №9 от 27.03.2014 г.)A bi-directional pulse voltage converter (analog) is known, comprising an input grounded filter capacitor, an output two-capacitor filter rack with a differential output, a two-winding storage-demodulator transreactor, two four-arm bridge switches with diode-key racks connected to each other by direct current through two transformer windings, as well as a shunting two-key rack and a control unit with pulse-modulator outputs (Reznikov SB, Bocharov VV, Lavrin HIV AV Kharchenko IA reversible converter of AC and DC voltages. A utility model patent RU №138899, Bull. 9 from 27.03.2014 city)

К недостаткам известного устройства (аналога) относятся: низкие надежность и технологичность устройства из-за отсутствия общего заземления внешних выводов, затрудняющего трехфазное исполнение с заземленной нейтралью, большие коммутационные тепловые потери и помехоизлучения из-за «жесткой» коммутации модуляторных ключей (при ненулевых токах и напряжениях) и из-за большой внутренней реактивной мощности, определяемой индуктивностями рассеяния обмоток трансректора.The disadvantages of the known device (analogue) include: low reliability and manufacturability of the device due to the lack of common grounding of the external terminals, which impedes three-phase execution with a grounded neutral, large switching heat losses and noise due to the “hard” switching of modulator keys (at non-zero currents and voltages) and due to the large internal reactive power determined by the inductance of the transformer rectifier windings.

Из известных устройств наиболее близким по технической сути к предлагаемому является двунаправленный импульсный преобразователь напряжений (прототип), содержащий входной заземленный фильтровый конденсатор, выходную двухконденсаторную фильтровую стойку, шунтирующую дифференциальный выход постоянного напряжения с заземленным среднепотенциальным выводом, двухсекционный накопительно-демодуляторный реактор, электронный восьмиплечевой мостовой коммутатор с диодно-ключевыми стойками и блок управления с цепями обратных связей и импульсно-модуляторными выходными выводами (Резников С.Б., Бочаров В.В., Лавринович А.В., Харченко И.А. Двунаправленный выпрямительно-инверторный преобразователь с коррекцией коэффициента мощности. Патент на полезную модель RU №143469, Бюлл. №20 от 20.07.2014 г.).Of the known devices, the closest in technical essence to the proposed one is a bi-directional pulse voltage converter (prototype), containing an input grounded filter capacitor, an output two-capacitor filter rack, a shunt differential voltage output with a grounded mid-potential output, a two-section storage-demodulator reactor, an electronic eight-arm bridge switch with diode-key racks and control unit with feedback circuits and impu alsno-modulatory output conclusions (Reznikov SB, Bocharov VV, Lavrinovich AV, Kharchenko IA Bidirectional rectifier-inverter converter with power factor correction. Utility model patent RU No. 143469, Bull. No. 20 dated July 20, 2014).

К недостаткам указанного известного устройства (прототипа) относятся: узкие функциональные возможности из-за неспособности обратимого преобразования постоянных-реверсивных и переменных напряжений с возможностью регулирования и стабилизации частот, амплитуд и взаимных фазовых сдвигов, а также большие коммутационные тепловые потери, перенапряжения и помехоизлучения из-за «жесткой» коммутации электронных ключей (при ненулевых токах и напряжениях).The disadvantages of this known device (prototype) include: narrow functionality due to the inability of the reversible conversion of constant-reversible and variable voltages with the ability to control and stabilize frequencies, amplitudes and mutual phase shifts, as well as large switching heat losses, overvoltages and noise emissions due to for “hard” switching of electronic keys (at non-zero currents and voltages).

Основным техническим результатом предложения является снижение тепловых потерь и помехоизлучений устройства за счет обеспечения непрерывности одного из внешних токов и «мягкой» коммутации коммутаторных ключей. Дополнительным результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет обратимого преобразования частоты, а также регулирования амплитуды и фазовых сдвигов двух переменных напряжений, в частности для утроения числа фаз переменного тока.The main technical result of the proposal is to reduce heat loss and noise emissions from the device by ensuring the continuity of one of the external currents and “soft” switching of the switch keys. An additional result is the expansion of the functionality of the device due to reversible frequency conversion, as well as the regulation of the amplitude and phase shifts of two alternating voltages, in particular to triple the number of phases of alternating current.

Указанные результаты обеспечиваются благодаря тому, что в устройстве, содержащем две пары внешних выводов и для подключения источника электропитания и нагрузки, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, и управляемый электронный мостовой коммутатор, состоящий из трех двухплечевых ветвей с диодно-ключевыми стойками в плечах, реактор и блок управления с цепями обратных связей и импульсно-модуляторными выводами, все крайние выводы ветвей принадлежат ключам, а все средние выводы принадлежат диодам; при этом каждое плечо коммутатора снабжено снабберным конденсатором, демпферным дросселем, зарядным диодом и разрядной двухдиодной стойкой.These results are ensured due to the fact that in a device containing two pairs of external terminals and for connecting a power source and loads shunted by filter capacitors, and a controllable electronic bridge switch, consisting of three two-arm branches with diode-key struts in the shoulders, a reactor and a control unit with feedback circuits and pulse-modulator leads, all the extreme leads of the branches belong to the keys, and all the middle leads belong to the diodes; at the same time, each switch arm is equipped with a snubber capacitor, a damper inductor, a charging diode and a two-diode discharge rack.

Экспериментальные исследования лабораторного макета и компьютерное моделирование предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.Experimental studies of the laboratory layout and computer simulation of the proposed device confirmed its efficiency and the feasibility of wide industrial use.

На чертеже (Фиг. 1) приведены принципиальная силовая схема и каналы управления предлагаемого двунаправленного импульсного преобразователя напряжений.The drawing (Fig. 1) shows a circuit diagram and control channels of the proposed bidirectional pulse voltage Converter.

Двунаправленный импульсный преобразователь напряжений содержит: две пары внешних выводов 1-2 и 3-4, включая заземленные, для подключения источника электропитания и нагрузки с возможностью рекуперации электроэнергии, зашунтированные первым и вторым фильтровыми конденсаторами 5 и 6, управляемый электронный мостовой коммутатор, состоящий из трех параллельно между собой включенных двухплечевых ветвей с диодно-ключевыми стойками с 7-8 по 17-18 в плечах, реактор 19, шунтирующий крайние выводы этих ветвей, и блок управления 20 с цепями 21, 22 обратных связей по внешним токам и напряжениям и с импульсно-модуляторными выводами 23.A bi-directional pulse voltage converter contains: two pairs of external terminals 1-2 and 3-4, including ground, for connecting a power source and loads with the possibility of energy recovery, shunted by the first and second filter capacitors 5 and 6, a controllable electronic bridge switch, consisting of three parallel-connected two-arm branches with diode-key racks from 7-8 to 17-18 in the shoulders, a reactor 19, shunting the extreme leads of these branches, and a control unit 20 with circuits 21, 22 of reverse ides for external currents and voltages and with pulse-modulator outputs 23.

Каждое плечо мостового коммутатора снабжено снабберным конденсатором с 24 по 29, демпферным дросселем с 30 по 35 в цепи этого плеча зарядным диодом с 36 по 41 и разрядной и двухдиодной стойкой с 42 по 47.Each arm of the bridge switch is equipped with a snubber capacitor from 24 to 29, a damper inductor from 30 to 35 in the circuit of this arm with a charging diode from 36 to 41, and a discharge and two-diode rack from 42 to 47.

Двухплечевые ветви мостового коммутатора подключены своими средними межплечевыми выводами к соответствующим внешним выводам 1(3), 2 и 4. Разрядная двухдиодная стойка с 42 по 47 каждого плеча двухплечевых ветвей мостового коммутатора подключена своим средним выводом вместе с первым выводом соответствующего снабберного конденсатора с 24-29 к среднему выводу соответствующей диодно-ключевой стойки этого плеча, а своими крайними выводами - к крайним выводам аналогичных двухдиодных стоек, принадлежащих двум другим ветвям коммутатора, и не являющихся смежными с данным плечом.The two-arm branches of the bridge switch are connected by their middle inter-arm terminals to the corresponding external terminals 1 (3), 2, and 4. The two-diode rack from 42 to 47 of each arm of the two-arm branches of the bridge switch is connected with its middle terminal along with the first terminal of the corresponding snubber capacitor from 24-29 to the middle terminal of the corresponding diode-key rack of this arm, and its extreme conclusions - to the extreme terminals of similar two-diode racks belonging to two other branches of the switch, and not being hsya adjacent to this shoulder.

Второй вывод снабберного конденсатора с 24 по 29 подключен через зарядный диод с 36 по 41 к крайнему ключевому выводу данной диодно-ключевой стойки.The second output of the snubber capacitor from 24 to 29 is connected through a charging diode from 36 to 41 to the extreme key terminal of this diode-key rack.

Блок управления 20 (Фиг. 2) своими импульсно-модуляторными выводами 23 подключен к управляющим выводам ключей диодно-ключевых стоек мостового коммутатора.The control unit 20 (Fig. 2) with its pulse-modulator terminals 23 is connected to the control terminals of the keys of the diode-key racks of the bridge switch.

В качестве ключей диодно-ключевых стоек мостового коммутатора использованы ключевые транзисторы или двухоперационные (запираемые по управлению) тиристоры.As the keys of the diode-key racks of the bridge switch, key transistors or two-operation (lockable for control) thyristors are used.

Двунаправленный импульсный преобразователь напряжений работает следующим образом. К внешним выводам 1-2 и 3-4 подключают источник электропитания и нагрузки постоянного (в том числе реверсивного) или переменного напряжения, в общем случае - с возможностью рекуперации электроэнергии из нагрузки в цепь источника и/или в цепи других его нагрузок.Bidirectional pulse voltage Converter operates as follows. To external terminals 1-2 and 3-4 connect a power source and loads of constant (including reverse) or alternating voltage, in the general case, with the possibility of recovering electricity from the load into the source circuit and / or in the circuit of its other loads.

Характерным примером источника электропитания с нестабильными частотой и амплитудой переменного напряжения на выводах 1-2 может служить фазная обмотка якоря авиабортового электромашинного стартер-генератора с вращающимися постоянными магнитами с нестабильной угловой скоростью. Характерным примером нагрузки постоянного напряжения (на выводах 3-4) является униполярное звено постоянного повышенного напряжения (270 В) в авиабортовой системе электроснабжения (с заземленным минусовым выводом). Характерным примером нагрузки переменного напряжения со стабильной амплитудой на выводах 3-4 являются авиабортовые потребители переменного напряжения (с амплитудой фазного напряжения:

Figure 00000001
), некритичные к стабильности частоты (нагревательное, светотехническое и др. оборудование) или со стабильной частотой 400 Гц.A typical example of a power source with an unstable frequency and amplitude of an alternating voltage at terminals 1-2 can be the phase winding of the armature of an airborne electric machine starter-generator with rotating permanent magnets with an unstable angular velocity. A typical example of a DC voltage load (at terminals 3-4) is a unipolar DC link (270 V) in an airborne power supply system (with a grounded negative terminal). A typical example of an AC voltage load with a stable amplitude at terminals 3-4 is the airborne AC voltage consumer (with the phase voltage amplitude:
Figure 00000001
), non-critical to frequency stability (heating, lighting and other equipment) or with a stable frequency of 400 Hz.

На импульсно-модуляторных выводах 23 блока управления 20 формируются высокочастотные широтно-модулируемые прямоугольные импульсы с постоянным периодом: Тшим и регулируемой длительностью импульса: tии⋅Тшим, где γи - относительная длительность (коэффициент заполнения) импульса.In pulse-modulator 23 findings of the control unit 20 generates high-frequency width-modulated rectangular pulses with a constant period: T PWM and adjustable pulse duration: t = γ and ⋅T shim and where γ and - the relative duration (duty ratio) of a pulse.

На каждом произвольном периоде: Тшим в общем случае чередуются три этапа:At each arbitrary period: T shim in the general case, three stages alternate:

а) этап нарастания тока реактора 19 (dI/dt>0); б)этап приблизительного сохранения тока (dI/dt≈0) и в) этап частичного (или полного) спада тока (dI/dt<0).a) the step of increasing the current of the reactor 19 (dI / dt> 0); b) the stage of approximate current conservation (dI / dt≈0); and c) the stage of partial (or full) current decrease (dI / dt <0).

Рассмотрим следующие режимы работы устройства:Consider the following modes of operation of the device:

1) режим выпрямления питающего переменного напряжения (U1-2 на выводах 1-2) с коррекцией коэффициента мощности и с одновременной стабилизацией среднего значения выпрямленного напряжения (U3-4 на выводах 3-4);1) the rectification mode of the supply AC voltage (U 1-2 at the terminals 1-2) with the correction of the power factor and with the stabilization of the average value of the rectified voltage (U 3-4 at the terminals 3-4);

2) режим инвертирования питающего постоянного напряжения (U3-4) с его преобразованием в синусоидальное напряжение (U1-2);2) the inversion mode of the supply DC voltage (U 3-4 ) with its conversion to a sinusoidal voltage (U 1-2 );

3) режим преобразования частоты и/или регулирования амплитуды и фазового сдвига переменного напряжения (от выводов 1-2 к выводам 3-4).3) the mode of frequency conversion and / or regulation of the amplitude and phase shift of the alternating voltage (from pins 1-2 to pins 3-4).

1. Режим выпрямления (U1-2→U3-4):1. Rectification mode (U 1-2 → U 3-4 ):

la) полярно-повторяющее понижение напряжения с этапами:la) polar repetitive undervoltage with steps:

а) dI/dt>0) по цепи: 5-7-8-30-19-35-18-17-6-5;a) dI / dt> 0) along the chain: 5-7-8-30-19-35-18-17-6-5;

б) dI/dt~0 по цепи: 19-33-14-13-11-12-32-19;b) dI / dt ~ 0 along the chain: 19-33-14-13-11-11-12-32-19;

в) dI/dt<0 по цепи: 19-35-18-17-6-11-12-32-19.c) dI / dt <0 along the chain: 19-35-18-17-6-11-12-32-19.

1б) полярно-повторяющее повышение напряжения с этапами:1b) polar repetitive voltage increase with the steps of:

а) dI/dt>0 по цепи: 5-7-8-30-19-33-14-13-5;a) dI / dt> 0 along the chain: 5-7-8-30-19-33-14-13-5;

б) см. этап «б» п. 1а;b) see step "b" p. 1a;

в) dI/dt<0 по цепи: 19-35-18-17-6-5-7-8-30-19.c) dI / dt <0 along the chain: 19-35-18-17-6-5-7-8-30-19.

1в) полярно-инвертирующее понижение или повышение напряжения с этапами:1c) polar-inverting lowering or increasing voltage with stages:

а) dI/dt>0 по цепи: 5-11-12-32-19-31-10-9-5;a) dI / dt> 0 along the chain: 5-11-12-32-19-31-10-9-5;

б) см. этап «б» п. 1а;b) see step "b" p. 1a;

в) dI/dt<0 по цепи: 19-35-18-17-6-11-12-32-19.c) dI / dt <0 along the chain: 19-35-18-17-6-11-12-32-19.

2. Режим инвертирования (U3-4→U1-2) с преобразованием постоянного напряжения в синусоидальное:2. Invert mode (U 3-4 → U 1-2 ) with the conversion of direct voltage to sinusoidal:

2а) полярно-повторяющее понижение напряжения с этапами:2a) polar repetitive undervoltage with steps:

а) dI/dt>0 по цепи: 6-15-16-34-19-31-10-9-5-6;a) dI / dt> 0 along the chain: 6-15-16-34-19-31-10-9-5-6;

б) см. этап «б» п. 1а;b) see step "b" p. 1a;

в) dI/dt<0 по цепи: 19-31-10-9-5-11-12-32-19.c) dI / dt <0 along the chain: 19-31-10-9-5-11-12-32-19.

2б) полярно-повторяющее повышение напряжения с этапами:2b) polar repetitive voltage increase with the steps of:

а) dI/dt>0 по цепи: 6-15-16-34-19-33-14-13-6;a) dI / dt> 0 along the chain: 6-15-16-34-19-33-14-13-6;

б) см. этап «б» п. 1а;b) see step "b" p. 1a;

в) dI/dt<0 по цепи: 19-31-10-9-5-6-15-16-34-19.c) dI / dt <0 along the chain: 19-31-10-9-5-6-15-16-34-19.

2в) полярно-инвертирующее понижение или повышение напряжения с этапами:2c) polar-inverting lowering or increasing voltage with stages:

а) dI/dt>0 по цепи: 6-15-16-34-19-33-14-13-6;a) dI / dt> 0 along the chain: 6-15-16-34-19-33-14-13-6;

б) см. этап «б» п. 1а;b) see step "b" p. 1a;

в) dI/dt<0 по цепи: 19-31-10-9-5-11-12-32-19.c) dI / dt <0 along the chain: 19-31-10-9-5-11-12-32-19.

3. Режим преобразования частоты и/или регулирования параметров переменного напряжения (амплитуды и фазового сдвига).3. The mode of frequency conversion and / or regulation of alternating voltage parameters (amplitude and phase shift).

В этом режиме на интервале «положительного» полупериода выходного напряжения: U3-4>0 (когда потенциал вывода 4 положителен относительно заземления) повторяются режимы выпрямления (п.п. 1а, 1б, 1в), а на интервале «отрицательного» полупериода: U3-4<0 (когда потенциал вывода 4 отрицателен) имеем следующие случаи:In this mode, on the interval of the "positive" half-period of the output voltage: U 3-4 > 0 (when the potential of terminal 4 is positive with respect to ground), rectification modes are repeated (items 1a, 1b, 1c), and on the interval of the "negative" half-period: U 3-4 <0 (when the potential of output 4 is negative), we have the following cases:

3а) полярно-повторяющее понижение напряжения с этапами:3a) polar repetitive undervoltage with steps:

а) dI/dt>0 по цепи: 5-6-15-16-34-19-31-10-9-5;a) dI / dt> 0 along the chain: 5-6-15-16-34-19-31-10-9-5;

б) см. этап «б» п. 1а;b) see step "b" p. 1a;

в) dI/dt<0 по цепи: 19-33-14-13-6-15-16-34-19.c) dI / dt <0 along the chain: 19-33-14-13-6-15-16-16-34-19.

3б) полярно-повторяющее повышение напряжения с этапами:3b) polar-repetitive increase in voltage with stages:

а) dI/dt>0 по цепи: 5-11-12-32-19-31-10-9-5;a) dI / dt> 0 along the chain: 5-11-12-32-19-31-10-9-5;

б) см. этап «б» п. 1а;b) see step "b" p. 1a;

в) dI/dt<0 по цепи: 5-6-15-16-34-19-31-10-9-5.c) dI / dt <0 along the chain: 5-6-15-16-34-19-31-10-9-5.

3в) полярно-инвертирующее понижение или повышение напряжения с этапами:3c) polar-inverting lowering or increasing voltage with stages:

а) dI/dt>0 по цепи: 5-7-8-30-19-33-14-13-5;a) dI / dt> 0 along the chain: 5-7-8-30-19-33-14-13-5;

б) см. этап «б» п. 1а;b) see step "b" p. 1a;

в) dI/dt<0 по цепи: 19-33-14-13-6-15-16-34-19.c) dI / dt <0 along the chain: 19-33-14-13-6-15-16-16-34-19.

В режиме выпрямления коррекция коэффициента потребляемой мощности (т.е. приближение коэффициента мощности к единице) обеспечивается за счет формирования пульсирующего тока реактора 19 по модульно-синусному закону:

Figure 00000002
и, соответственно - входного тока - по синусоидальному закону:
Figure 00000003
совпадающему по временной фазе с функцией входного напряжения
Figure 00000004
При этом обеспечивается стабилизация среднего значения выпрямленного напряжения U3-4, приложенного ко второму фильтровому конденсатору 6.In the rectification mode, the correction of the power consumption coefficient (i.e., the approximation of the power factor to unity) is ensured by generating the pulsating current of the reactor 19 according to the modular-sinus law:
Figure 00000002
and, accordingly, the input current, according to the sinusoidal law:
Figure 00000003
coinciding in phase with the input voltage function
Figure 00000004
This ensures stabilization of the average value of the rectified voltage U 3-4 applied to the second filter capacitor 6.

В инверторном режиме также используется формирование модульно-синусоидального закона тока реактора 19 (амплитудная модуляция с пульсирующим потокосцеплением) и соответствующего синусоидального выходного тока (демодуляция).In the inverter mode, the formation of a modular sinusoidal current law of the reactor 19 (amplitude modulation with pulsating flux linkage) and the corresponding sinusoidal output current (demodulation) are also used.

В режиме преобразования частоты производится формирование выходного напряжения с параметрами амплитуды и фазового угла, определяемыми эталонным синусоидальным сигналом (с помощью цепей 21 и 22 обратных связей блока управления 20).In the frequency conversion mode, an output voltage is generated with the amplitude and phase angle parameters determined by the reference sinusoidal signal (using the feedback circuits 21 and 22 of the control unit 20).

Если частоту выходного однофазного напряжения U3-4(t) сохранить, но сдвинуть это напряжения относительно U1-2(t) по временной фазе

Figure 00000005
на величину 2π/3(120°), то получим трехфазную систему из трех линейных напряжений: U1-2, U3-4, U2-4, взаимосдвинутых по временной фазе на 2π/3(120°) («треугольник» векторов напряжений). Это соответствует функции утроения частоты переменного тока.If the frequency of the output single-phase voltage U 3-4 (t) is preserved, but this voltage is shifted relative to U 1-2 (t) in the time phase
Figure 00000005
by 2π / 3 (120 °), then we obtain a three-phase system of three linear voltages: U 1-2 , U 3-4 , U 2-4 , mutually shifted by the time phase by 2π / 3 (120 °) (“triangle” stress vectors). This corresponds to the triple function of the AC frequency.

Во всех перечисленных режимах обеспечивается «мягкая» коммутация ключей коммутатора (без одновременных скачков тока и напряжения). Нарастание тока в ключе сдерживается демпферным дросселем с 30 по 35, а нарастание напряжения на ключе сдерживается снабберным конденсатором с 24 по 29, который до выключения ключа полностью разряжается, передавая накопленную им энергию реактору 19 для ее использования в нагрузке.In all of the above modes, “soft” switching of the switch keys is provided (without simultaneous surges in current and voltage). The increase in current in the key is controlled by the damper choke from 30 to 35, and the increase in voltage on the key is controlled by the snubber capacitor from 24 to 29, which is completely discharged before the key is turned off, transmitting the energy accumulated by it to the reactor 19 for use in the load.

Демпферные дроссели и снабберные конденсаторы образуют так называемые «нерассеивающие демпферно-снабберные цепочки». Примером цепей для полной разрядки снабберного конденсатора являются цепи: 24-8-30-19-33-14-45-24 и 24-8-30-19-35-18-47-24, в зависимости от того - какой ключ из пары 14 и 18 включен совместно с ключом 8.Damper chokes and snubber capacitors form the so-called “non-scattering damper-snubber chains”. An example of a circuit for completely discharging a snubber capacitor is the circuit: 24-8-30-19-33-14-45-24 and 24-8-30-19-35-18-47-24, depending on which key pairs 14 and 18 are included with key 8.

Указанная «мягкая» коммутация обеспечивает снижение тепловых и коммутационных потерь (повышение КПД) и помехоизлучений (улучшение электромагнитной совместимости). Помимо этого повышение КПД (снижение тепловых потерь) обеспечивается выбором наиболее энергоэкономичных режимов модуляции с непрерывным одним из внешних токов: полярно-повторяющих режимов понижения или повышения напряжения.The indicated “soft” switching provides a reduction in heat and switching losses (increased efficiency) and interference emissions (improved electromagnetic compatibility). In addition, an increase in efficiency (reduction of heat loss) is ensured by the choice of the most energy-efficient modulation modes with continuous one of the external currents: polar repetitive modes of lowering or increasing voltage.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предложенном устройстве обеспечивается основной технический результат: снижение тепловых потерь и помехоизлучений устройства за счет обеспечения непрерывности одного из внешних токов и «мягкой» коммутации коммутаторных ключей, и кроме того - дополнительный результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет обратимого преобразования частоты, а также регулирования амплитуды и фазовых сдвигов двух переменных напряжений, в частности - для утроения числа фаз переменного тока.Thus, in comparison with the prototype, the proposed device provides the main technical result: reducing heat loss and noise emissions from the device by ensuring the continuity of one of the external currents and “soft” switching of the switch keys, and in addition, an additional result: expanding the functionality of the device due to reversible frequency conversion, as well as regulation of the amplitude and phase shifts of two alternating voltages, in particular - to triple the number of phases of alternating current.

Claims (1)

Двунаправленный импульсный преобразователь напряжений, содержащий две пары внешних выводов, включая заземленные, для подключения источника электропитания и нагрузки с возможностью рекуперации электроэнергии, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, управляемый электронный мостовой коммутатор, состоящий из трех параллельных двухплечевых ветвей с однонаправленными диодно-ключевыми стойками в плечах, реактор, шунтирующий крайние выводы этих ветвей, и блок управления с цепями обратных связей по внешним токам и напряжениям и с импульсно-модуляторными выводами, подключенными к управляющим выводам ключей указанных ветвей, подключенных своими средними межплечевыми выводами к соответствующим внешним выводам, отличающийся тем, что все крайние выводы двухплечевых ветвей принадлежат ключам, а все средние межплечевые выводы принадлежат диодам; при этом каждое плечо мостового коммутатора снабжено снабберным конденсатором, демпферным дросселем, зарядным диодом и разрядной двухдиодной стойкой, причем демпферный дроссель включен последовательно с соответствующей диодно-ключевой стойкой данного плеча, снабберный конденсатор через зарядный диод шунтирует силовые выводы ключа данного плеча, а разрядная двухдиодная стойка своим средним выводом подключена к общим выводам снабберного конденсатора этого ключа, а своими крайними выводами подключена к крайним выводам разрядных двухдиодных стоек плеч, принадлежащих двум другим ветвям и не являющихся смежными с данным плечом.Bi-directional pulse voltage converter containing two pairs of external terminals, including ground, for connecting a power source and loads with the possibility of energy recovery, shunted by filter capacitors, controlled electronic bridge switch, consisting of three parallel two-arm branches with unidirectional diode-key racks in the shoulders, reactor shunting the extreme terminals of these branches, and a control unit with feedback circuits for external currents and voltages and impu by modular-modular outputs connected to the control terminal of the keys of the indicated branches, connected by their middle inter-arm outputs to the corresponding external terminals, characterized in that all the extreme terminals of the two-arm branches belong to the keys, and all the middle inter-shoulder outputs belong to diodes; each arm of the bridge switch is equipped with a snubber capacitor, a damper inductor, a charging diode and a two-diode discharge rack, with the damper inductor connected in series with the corresponding diode-key rack of this arm, the snubber capacitor bypasses the power leads of the key of this arm through the charging diode, and the discharge two-diode rack with its middle output it is connected to the common terminals of the snubber capacitor of this key, and with its extreme terminals it is connected to the extreme terminals of the discharge two diode struts of the shoulders belonging to two other branches and not adjacent to this shoulder.
RU2017121620U 2017-06-20 2017-06-20 Bidirectional Switching Voltage Converter RU175601U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121620U RU175601U1 (en) 2017-06-20 2017-06-20 Bidirectional Switching Voltage Converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121620U RU175601U1 (en) 2017-06-20 2017-06-20 Bidirectional Switching Voltage Converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU175601U1 true RU175601U1 (en) 2017-12-12

Family

ID=60719193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017121620U RU175601U1 (en) 2017-06-20 2017-06-20 Bidirectional Switching Voltage Converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU175601U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU224981U1 (en) * 2023-11-30 2024-04-11 Общество с ограниченной ответственностью "К-Инвертор" BIDIRECTIONAL POWER CONVERTER

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454779C1 (en) * 2010-12-08 2012-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Two-directional down converter of constant voltage
RU143469U1 (en) * 2014-03-20 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) BIDIRECTIONAL RECTIFIER-INVERTER CONVERTER WITH CORRECTION OF POWER FACTOR
RU143906U1 (en) * 2014-03-20 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) BIDIRECTIONAL INVERTER-RECTIFIER CONVERTER
PL412899A1 (en) * 2015-06-29 2016-03-29 Politechnika Opolska Impulse voltage converter
US9391503B2 (en) * 2013-10-07 2016-07-12 Abb Oy Converter circuit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454779C1 (en) * 2010-12-08 2012-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Two-directional down converter of constant voltage
US9391503B2 (en) * 2013-10-07 2016-07-12 Abb Oy Converter circuit
RU143469U1 (en) * 2014-03-20 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) BIDIRECTIONAL RECTIFIER-INVERTER CONVERTER WITH CORRECTION OF POWER FACTOR
RU143906U1 (en) * 2014-03-20 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) BIDIRECTIONAL INVERTER-RECTIFIER CONVERTER
PL412899A1 (en) * 2015-06-29 2016-03-29 Politechnika Opolska Impulse voltage converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU224981U1 (en) * 2023-11-30 2024-04-11 Общество с ограниченной ответственностью "К-Инвертор" BIDIRECTIONAL POWER CONVERTER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116057825A (en) Multi-level bidirectional electric AC/DC converter
RU163741U1 (en) MULTI-PHASE RECTIFIER WITH CORRECTION OF POWER COEFFICIENT
RU192844U1 (en) Three-phase AC to DC converter with high power factor
RU175601U1 (en) Bidirectional Switching Voltage Converter
Bashi et al. Three-phase single switch power factor correction circuit with harmonic reduction
Ahmed et al. A novel buck-boost ac-ac converter with inverting and non-inverting operation and no commutation problem
Lin et al. Novel single-phase switching mode multilevel rectifier with a high power factor
CN100367646C (en) Single/Three-phase Impedance Source Up/Down Voltage AC/AC Converter
RU138899U1 (en) REVERSIBLE VARIABLE AND VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER
RU190083U1 (en) DC Pulse Frequency Converter
RU175512U1 (en) Switching frequency converter with DC link
Aihsan et al. Performance Evaluation of Transformerless Inverter based Quadratic Boost Converter
Mary et al. Design of new bi-directional three phase parallel resonant high frequency AC link converter
RU2399145C1 (en) Converter of frequency with explicit dc link
Suzdalenko et al. Development of single-loop current sensorless control for bidirectional three-phase PWM rectifier
RU183854U1 (en) Half-bridge square-wave inverter with transformer-cycloconverter frequency divider
Ellabban et al. Grid connected quasi-Z-source direct matrix converter
Arvindan et al. Efficacy of hysteresis current control in the single-phase vienna rectifier topologies for improved power quality
Ashraf et al. An efficient single-phase ac-to-ac buck and boost matrix converter
Haritha et al. A reliable inverter for wireless power transfer applications
Senthilkumar et al. Z-source inverter for UPS application
Shaik et al. Simulation of single phase buck boost matrix converter without commutation issues
RU67794U1 (en) FREQUENCY CONVERTER
RU68813U1 (en) AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION
RU2453976C2 (en) Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching