RU2421870C1 - Single-phase bridge self-commutated voltage inverter (versions) - Google Patents
Single-phase bridge self-commutated voltage inverter (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421870C1 RU2421870C1 RU2010120986/07A RU2010120986A RU2421870C1 RU 2421870 C1 RU2421870 C1 RU 2421870C1 RU 2010120986/07 A RU2010120986/07 A RU 2010120986/07A RU 2010120986 A RU2010120986 A RU 2010120986A RU 2421870 C1 RU2421870 C1 RU 2421870C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- control
- pulse
- outputs
- phase bridge
- Prior art date
Links
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- XGYCHIPEPHYUIH-UHFFFAOYSA-N 2-mdp Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(O)(C(CN)C)C1=CC=CC=C1 XGYCHIPEPHYUIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к электротехнике, в частности к области преобразовательной техники для преобразователей низкой частоты.The invention relates to electrical engineering, in particular to the field of converter technology for low frequency converters.
Известен однофазный мостовой автономный инвертор напряжения (далее АИН), выполненный на базе двухоперационных запираемых тиристорных ключей с широтно-импульсным регулированием и звеном постоянного тока, выполненным на выпрямителе с конденсаторным фильтром (Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. «Основы преобразовательной техники». / М.: Высшая школа, 1980, с.237-240). Преобразование постоянного напряжения в переменное для питания активно-индуктивной нагрузки заданной частоты происходит за счет переключения диагонально расположенных пар ключей импульсами, смещенными на 180° эл. При переключении ключей электромагнитная энергия нагрузки сбрасывается в батарею конденсаторов источника постоянного напряжения. Емкость батареи конденсаторов С достигает большой величины, особенно при низких частотах f и больших токах АИН:Known single-phase bridge autonomous voltage inverter (hereinafter AIN), made on the basis of two-operational lockable thyristor keys with pulse-width regulation and a DC link, made on a rectifier with a capacitor filter (Rudenko BC, Senko V.I., Chizhenko I.M. Fundamentals of transformative technology. ”/ M.: Higher School, 1980, p.237-240). The conversion of direct voltage to alternating current for supplying an active-inductive load of a given frequency occurs by switching diagonally arranged key pairs with pulses offset by 180 ° el. When switching the keys, the electromagnetic energy of the load is discharged into the capacitor bank of the DC voltage source. The capacity of the capacitor bank C reaches a large value, especially at low frequencies f and high currents AIN:
, ,
где:Where:
I - ток нагрузки;I is the load current;
t≡1/f - время протекания тока через батарею конденсаторов;t≡1 / f is the current flow time through the capacitor bank;
ΔU - допустимая величина перенапряжения на конденсаторах.ΔU is the permissible value of the overvoltage on the capacitors.
При токе в несколько сотен ампер и малых частотах f (менее 5 Гц) емкость батареи конденсаторов может достигать величин фарад.At a current of several hundred amperes and low frequencies f (less than 5 Hz), the capacitance of a capacitor bank can reach farads.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению и взятым за прототип является однофазный мостовой АИН, выполненный на однооперационных тиристорных ключах, с активно-индуктивной нагрузкой и двухканальной системой управления СУ (Розанов Ю.К. «Основы силовой электроники». / М.: Энергоатомиздат, 1992, с.235-237). Работа устройства основана на широтно-импульсном регулировании ключей VS1-VS4, которые зашунтированы обратными диодами VD1-VD4, и подключены по входу АИН к источнику постоянного напряжения Ud, который при питании от сети переменного тока состоит из выпрямителя с параллельным конденсатором. Пары тиристоров VS1, VS4 и VS3, VS2 переключаются противофазными импульсами с частотой f с помощью вспомогательных коммутирующих тиристоров VS1′-VS4′ и реактивных элементов Ск, Lк, которые могут быть исключены, например, при использовании полностью управляемых тиристоров и транзисторов.The closest in technical essence to the claimed solution and taken as a prototype is a single-phase bridge AIN, made on single-operation thyristor switches, with an active-inductive load and a two-channel control system SU (Rozanov Yu.K. "Fundamentals of power electronics". / M.: Energoatomizdat 1992, p. 235-237). The operation of the device is based on pulse-width regulation of switches VS 1 -VS 4 , which are bridged by reverse diodes VD 1 -VD 4 , and are connected at the AIN input to a constant voltage source U d , which when powered by an AC network consists of a rectifier with a parallel capacitor . The pairs of thyristors VS 1 , VS 4 and VS 3 , VS 2 are switched by antiphase pulses with a frequency f using auxiliary switching thyristors VS 1 ′ -VS 4 ′ and reactive elements С к , L к , which can be eliminated, for example, when fully used controlled thyristors and transistors.
В устройстве также содержатся задающие генераторы ЗГ1 ЗГ2, управляющие фазосдвигающие устройства ФУ, ФУ1-ФУ4, пересчетно-распределительные устройства ПРУ1, ПРУ2, формирователи выходных импульсов для тиристорных ключей ФИ1-ФИ4 и ФИ1′-ФИ4′.The device also contains oscillators PG 1 PG 2, FU-shifting control device 1 Fu FU 4, a scaling-MDP switchgears 1, 2 MDP, conditioners output pulse for thyristor keys PHI 1 and PHI 4 -FI 1 '-FI 4 ′.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- необходимость в батарее конденсаторов больших габаритных размеров и с большими величинами емкости для сброса реактивной энергии нагрузки при выполнении источника постоянного напряжения Ud в виде выпрямителя;- the need for a capacitor bank of large overall dimensions and with large capacitance values for dumping the reactive energy of the load when performing a constant voltage source U d in the form of a rectifier;
- сложность системы управления.- the complexity of the control system.
Технический результат заявляемых вариантов однофазного мостового АИН - упрощение схемы и повышение надежности устройства за счет исключения конденсатора в источнике постоянного напряжения и упрощения системы управления.The technical result of the claimed options for a single-phase bridge AIN is to simplify the circuit and increase the reliability of the device by eliminating the capacitor in the DC voltage source and simplifying the control system.
Технический результат по первому варианту устройства достигается тем, что в однофазный мостовой автономный инвертор напряжения, содержащий выпрямитель, мостовой преобразователь, выполненный на диодах и полупроводниковых ключах, например транзисторных, активно-индуктивную нагрузку и систему управления, состоящую из двух идентичных каналов управления ключами, содержащих первый и второй формирователи управляющих импульсов, выходы которых подсоединены к соответствующим входам ключей, введен генератор тактовых импульсов с двумя противофазными выходами, каждый из которых подсоединен к запускающим входам формирователей соответствующего канала, при этом пауза между задним фронтом импульса меньшей длительности τ2 второго формирователя одного канала и передним фронтом импульса большей длительности τ1 первого формирователя другого канала больше времени спада тока нагрузки до нуля.The technical result according to the first embodiment of the device is achieved by the fact that in a single-phase bridge autonomous voltage inverter containing a rectifier, a bridge converter made on diodes and semiconductor switches, for example transistor, active-inductive load and a control system consisting of two identical key management channels containing the first and second control pulse shapers, the outputs of which are connected to the corresponding key inputs, a clock pulse generator with two with emergency outputs, each of which is connected to the triggering inputs of the formers of the corresponding channel, while the pause between the trailing edge of the pulse of shorter duration τ 2 of the second shaper of one channel and the leading edge of the pulse of longer duration τ 1 of the first shaper of the other channel is longer than the time the load current drops to zero.
Технический результат по второму варианту устройства достигается тем, что в однофазный мостовой автономный инвертор напряжения, содержащий выпрямитель, мостовой преобразователь, выполненный на диодах и полупроводниковых ключах, например транзисторных, активно-индуктивную нагрузку и систему управления, состоящую из двух идентичных каналов управления ключами, содержащих первый и второй формирователи управляющих импульсов, выходы которых подсоединены к соответствующим входам ключей, введены генератор тактовых импульсов с двумя противофазными выходами, каждый из которых подсоединен к запускающим входам формирователей соответствующего канала, регулирующий орган, выход которого подключен к дополнительно введенному регулирующему входу второго формирователя каждого канала, при этом пауза между задним фронтом импульса меньшей длительности τ2 второго формирователя одного канала и передним фронтом импульса большей длительности τ1 первого формирователя другого канала больше времени спада тока нагрузки до нуля.The technical result of the second embodiment of the device is achieved by the fact that in a single-phase bridge autonomous voltage inverter containing a rectifier, a bridge converter made on diodes and semiconductor switches, for example transistor, active-inductive load and a control system consisting of two identical key management channels containing the first and second control pulse shapers, the outputs of which are connected to the corresponding key inputs, a clock pulse generator with two anti-clock pulses is introduced by phase outputs, each of which is connected to the triggering inputs of the shapers of the corresponding channel, the regulator, the output of which is connected to the additionally introduced control input of the second shaper of each channel, with a pause between the trailing edge of the pulse of shorter duration τ 2 of the second shaper of one channel and the leading edge of the pulse is larger the duration τ 1 of the first shaper of the other channel is longer than the time the load current drops to zero.
Сущностью заявляемого изобретения по первому варианту является то, что благодаря введению генератора тактовых импульсов с двумя противофазными выходами, каждый из которых подсоединен к запускающим входам первого и второго формирователей управляющих импульсов соответствующего канала управления ключами с выходными импульсами различной длительности, упрощается схема и повышается надежность однофазного мостового АИН.The essence of the claimed invention according to the first embodiment is that due to the introduction of a clock pulse generator with two antiphase outputs, each of which is connected to the triggering inputs of the first and second control pulse shapers of the corresponding key control channel with output pulses of various durations, the circuit is simplified and the reliability of a single-phase bridge is increased AIN.
Сущностью устройства по второму варианту является то, что благодаря выполнению вторых формирователей управляющих импульсов каждого канала управления ключами с двумя входами - запускающим и регулирующим, введению генератора тактовых импульсов с двумя противофазными выходами, каждый из которых подсоединен к запускающим входам первого и второго формирователей соответствующего канала с выходными импульсами различной длительности, а также введению регулирующего органа, выход которого подключен к регулирующему входу второго формирователя каждого канала достигается возможность регулирования выходного напряжения однофазного мостового АИН при упрощении схемы и повышении надежности устройства в целом.The essence of the device according to the second embodiment is that, due to the implementation of the second drivers of the control pulses of each key control channel with two inputs - the trigger and the control, the introduction of a clock pulse generator with two out-of-phase outputs, each of which is connected to the trigger inputs of the first and second formers of the corresponding channel with output pulses of various durations, as well as the introduction of a regulatory body, the output of which is connected to the regulatory input of the second form For each channel is achieved the possibility of regulating the output voltage AIN single-phase bridge circuit while simplifying and improving the reliability of the device as a whole.
На фиг.1 приведена схема заявляемого однофазного мостового АИН по первому варианту, на фиг.2 - схема по второму варианту, на которых приняты следующие обозначения:Figure 1 shows a diagram of the inventive single-phase bridge AIN according to the first embodiment, figure 2 is a diagram of the second embodiment, which adopted the following notation:
1 - выпрямитель;1 - rectifier;
Ud - среднее значение выходного напряжения выпрямителя 1;U d is the average value of the output voltage of the
2 - мостовой преобразователь;2 - bridge converter;
3, 4, 7, 8 - диоды;3, 4, 7, 8 - diodes;
5, 6, 9, 10 - транзисторные ключи;5, 6, 9, 10 - transistor switches;
11 - активно-индуктивная нагрузка;11 - active inductive load;
u, i - соответственно напряжение и ток на нагрузке 11;u, i - respectively, the voltage and current at the load 11;
12 - система управления;12 - control system;
13 - генератор тактовых импульсов с двумя выходами противофазных импульсов с частотой f;13 - a clock generator with two out-of-phase pulses outputs with a frequency f;
14, 15 - два идентичных канала управления ключами 5, 6 и 9, 10;14, 15 - two identical
16 - первый формирователь управляющих импульсов ФИ1 длительностью τ1;16 - the first driver of control pulses FI1 duration τ 1 ;
17 - второй формирователь управляющих импульсов ФИ2 длительностью τ2;17 - the second driver of the control pulses FI2 duration τ 2 ;
18 - регулирующий орган (только для схемы по второму варианту).18 - regulatory body (only for the scheme according to the second option).
На фиг.3 даны диаграммы заявляемых устройств, где приняты следующие обозначения:Figure 3 shows diagrams of the claimed devices, where the following notation:
диаграмма а) - противофазные тактовые импульсы ТИ1 и ТИ2 в каналах 14, 15 на выходах генератора 13 с частотой f по фиг.1, 2;chart a) - antiphase clock pulses TI1 and TI2 in
диаграмма б) - диаграмма работы АИН:diagram b) - AIN operation diagram:
u(t) - напряжение на нагрузке;u (t) is the voltage at the load;
Im - амплитудное значение тока нагрузки;I m is the amplitude value of the load current;
диаграмма в) - проводящие ток элементы АИН;diagram c) - current-conducting elements of the AIN;
диаграмма г) - диаграммы управляющих импульсов с длительностями τ1 и τ2, получаемых от формирователей импульсов 16, 17 канала 14 и поступающих на соответствующие ключи 5, 10;diagram d) - diagrams of control pulses with durations of τ 1 and τ 2 received from
Δt - задержка («мертвое» время длительностью несколько микросекунд), исключающая одновременную работу двух ключей (5, 6 и 9, 10) при их переключении и закорачивание выпрямителя 1 (фиг.1, 2).Δt is the delay ("dead" time lasting several microseconds), excluding the simultaneous operation of two keys (5, 6 and 9, 10) when they are switched and shorting rectifier 1 (Fig. 1, 2).
диаграмма д) - диаграммы управляющих импульсов с длительностями τ1 и τ2, получаемых от формирователей импульсов 16, 17 канала регулирования 15 и поступающих на соответствующие ключи 9, 6.diagram e) - diagrams of control pulses with durations of τ 1 and τ 2 received from
Однофазный мостовой АИН по первому варианту содержит выпрямитель 1, мостовой преобразователь 2, состоящий из диодов 3, 4, включенных параллельно соответствующим транзисторным ключам 5, 6 и диодов 7, 8, подключенных к транзисторным ключам 9, 10, между указанными парами транзисторных ключей включена цепь активно-индуктивной нагрузки 11. Управление указанными транзисторными ключами осуществляется системой управления 12, содержащей генератор противофазных тактовых импульсов 13 с частотой f и два идентичных канала регулирования ключами 14, 15, в каждом из которых имеются формирователи импульсов: 16 - первый формирователь управляющих импульсов ФИ1 длительностью τ1 с запускающим входом, 17 - второй формирователь управляющих импульсов ФИ2 длительностью τ2 с запускающим входом. Запускающие входы формирователей управляющих импульсов 16, 17 соединены между собой и подключены соответственно к первому и второму выходам генератора тактовых импульсов 13, выходы формирователей управляющих импульсов 16, 17 в обоих каналах управления 14, 15 подключены к управляющим цепям соответствующих транзисторных ключей 5, 10, 9, 6. Между задним фронтом импульса с меньшей длительностью τ2 одного канала и передним фронтом импульса с большей длительностью τ1 другого канала создается пауза Δτ0 (фиг.3), которая больше времени t1 спада тока нагрузки до нуля.The single-phase bridge AIN according to the first embodiment contains a
Работа однофазного мостового АИН по первому варианту осуществляется следующим образом.The operation of a single-phase bridge AIN according to the first embodiment is as follows.
Управление транзисторными ключами 5, 6, 9, 10 осуществляется импульсами разной длительности (фиг.3). Транзисторные ключи 5 и 9 управляются импульсами , а транзисторные ключи 6 и 10 - импульсами меньшей длительности τ2, вырабатываемыми каналами управления 14, 15. В результате по окончании импульсов с длительностью τ2 транзисторные ключи 10 и 6 закрываются, и ток нагрузки замыкается соответственно через диод 7 и транзисторный ключ 5 в первый полупериод частоты f и через диод 3 и транзисторный ключ 9 во второй полупериод. В этом случае в диаграмме напряжения на нагрузке u(t) имеется пауза Δτ0, определяющаяся временем спада тока до нуля t1 и временем задержки Δt. Включение следующей пары транзисторных ключей происходит после задержки Δt (несколько микросекунд), исключающей одновременное включенное состояние транзисторных ключей 5, 6 или 9, 10, что могло бы привести к закорачиванию выпрямителя 1. Общая пауза в диаграмме напряжения нагрузки составляет:Management of
Δτ0=t1+Δt,Δτ 0 = t 1 + Δt,
где:Where:
t1≈4Tн при экспоненциальном характере нарастания и спада тока;t 1 ≈4T n with the exponential nature of the rise and fall of the current;
Tн - постоянная времени активно-индуктивной нагрузки 11 (фиг.1).T n - time constant of the active-inductive load 11 (figure 1).
Однофазный мостовой АИН по второму варианту (фиг.2) содержит все элементы устройства по первому варианту и регулирующий орган 18. В каждом канале второй формирователь управляющих импульсов 17 в АИН по второму варианту имеет два входа - запускающий (как на фиг.1) и регулирующий. Регулирующий орган 18 подключен к регулирующему входу формирователя управляющих импульсов 17 в каждом канале управления и обеспечивает регулирование длительности τ2 управляющего импульса.The single-phase bridge AIN according to the second embodiment (Fig. 2) contains all the elements of the device according to the first embodiment and a regulating
Работа однофазного мостового АИН по второму варианту осуществляется так же, как и по первому, но добавляется функция регулирования напряжения на активно-индуктивной нагрузке, осуществляемого изменением τ2 в зависимости от сигнала регулирования Up на входе регулирующего органа.The operation of a single-phase bridge AIN according to the second option is carried out in the same way as according to the first, but the function of regulating the voltage at the active-inductive load, which is carried out by changing τ 2 depending on the control signal U p at the input of the regulatory body, is added.
Действующее значение выходного напряжения АИН определяется:The effective value of the output voltage AIN is determined by:
, ,
где:Where:
τ2р - длительность импульса ФИ2 в радианах;τ 2р is the pulse duration of FI2 in radians;
τ2c - длительность импульса ФИ2 в секундах;τ 2c is the pulse duration of FI2 in seconds;
f - частота в герцах.f is the frequency in hertz.
Заявляемые устройства имеют ряд преимуществ по сравнению с прототипом. За счет упрощения системы управления и исключения конденсатора на выходе выпрямителя однофазного мостового АИН при питании его от сети переменного тока упрощается схема и повышается надежность устройств, а введение регулирующего органа позволяет регулировать выходное напряжение АИН.The inventive devices have several advantages compared to the prototype. By simplifying the control system and eliminating the capacitor at the output of the rectifier of a single-phase bridge AIN when it is powered from an AC network, the circuit is simplified and the reliability of the devices is increased, and the introduction of a regulatory body allows you to adjust the output voltage of the AIN.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010120986/07A RU2421870C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Single-phase bridge self-commutated voltage inverter (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010120986/07A RU2421870C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Single-phase bridge self-commutated voltage inverter (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2421870C1 true RU2421870C1 (en) | 2011-06-20 |
Family
ID=44738179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010120986/07A RU2421870C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Single-phase bridge self-commutated voltage inverter (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421870C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2470451C1 (en) * | 2011-11-01 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Single-phase semi-bridge transistor inverter |
RU2567056C1 (en) * | 2014-07-22 | 2015-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" | Test current source |
-
2010
- 2010-05-24 RU RU2010120986/07A patent/RU2421870C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2470451C1 (en) * | 2011-11-01 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Single-phase semi-bridge transistor inverter |
RU2567056C1 (en) * | 2014-07-22 | 2015-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" | Test current source |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101698940B1 (en) | Power electronic converter | |
EP3479454B1 (en) | Multiple power topologies from single power generator | |
US9444374B2 (en) | Converter for an electrical machine and method for controlling a power circuit breaker | |
US9276499B2 (en) | Procedures for the operation of an electrical circuit | |
US20180062536A1 (en) | Converter Module For A Multi-Level Energy Converter | |
KR20080015029A (en) | Inverter Operation System with Overmodulation and Its Method | |
RU2421870C1 (en) | Single-phase bridge self-commutated voltage inverter (versions) | |
RU2012148277A (en) | POWER TRANSFORM DEVICE | |
RU2015102584A (en) | CONVERTER AND METHOD OF ITS OPERATION FOR VOLTAGE CONVERTER | |
RU2345475C1 (en) | Bi-polar and multi-phase signal generator | |
JP2012239309A (en) | Electric power conversion apparatus | |
JP2013055753A (en) | Multilevel power converter | |
RU98650U1 (en) | AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTER | |
RU2444111C1 (en) | Single-phase voltage inverter (versions) | |
US6992907B2 (en) | Wave transformation method and device | |
US20180367134A1 (en) | Voltage balancing of voltage source converters | |
JP7051599B2 (en) | Multi-stage transducer control device | |
RU2438225C1 (en) | Self-excited voltage inverter (versions) | |
RU2461950C1 (en) | Low-frequency converter | |
RU2536162C2 (en) | Method for conversion circuit operation and device for realisation of this method | |
RU52539U1 (en) | MULTILEVEL AUTONOMOUS PHASE VOLTAGE INVERTER | |
EP2538539A1 (en) | Rectifier stage for a subsea power grid | |
RU2407141C1 (en) | Frequency electric drive | |
RU132276U1 (en) | SINUSOIDAL VOLTAGE INVERTER | |
Salim | Phase Conversion of VFD based Induction Motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150525 |