RU2554856C1 - Multilevel power converter supplying synchronous and asynchronous motors from high dc voltage source - Google Patents
Multilevel power converter supplying synchronous and asynchronous motors from high dc voltage source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554856C1 RU2554856C1 RU2014108779/07A RU2014108779A RU2554856C1 RU 2554856 C1 RU2554856 C1 RU 2554856C1 RU 2014108779/07 A RU2014108779/07 A RU 2014108779/07A RU 2014108779 A RU2014108779 A RU 2014108779A RU 2554856 C1 RU2554856 C1 RU 2554856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridges
- recovery modules
- bridge
- capacitor
- inverter
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/4807—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode having a high frequency intermediate AC stage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
- H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения.The invention relates to a conversion technique and can be used to power synchronous and asynchronous motors from a high DC voltage source.
Известны устройства распределения мощности в бестрансформаторных многоуровневых преобразователях частоты [1], в которых напряжение в звене постоянного тока делится на необходимое число уровней за счет последовательного соединения буферных конденсаторов, а выходные цепи преобразователя в каждый момент времени через последовательно соединенные силовые ключи подсоединяются к требуемому узлу в соединении буферных конденсаторов.Known devices for power distribution in transformerless multi-level frequency converters [1], in which the voltage in the DC link is divided into the required number of levels due to the serial connection of buffer capacitors, and the output circuit of the converter at each time through serial connected power switches are connected to the desired node in connection of buffer capacitors.
Существенными недостатками таких устройств являются относительно низкая надежность, обусловленная возможностью возникновения на буферных конденсаторах и силовых ключах недопустимо высокого напряжения, а также потеря работоспособности всего устройства при выходе из строя какого-либо элемента.Significant disadvantages of such devices are the relatively low reliability due to the possibility of an unacceptably high voltage on the buffer capacitors and power switches, as well as the loss of operability of the entire device in the event of the failure of any element.
Известно также устройство распределения мощности [2], содержащее силовой низкочастотный (50-60 Гц) трансформатор, выходной фильтр, инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит два однофазных моста, состоящих из силовых транзисторов с обратными диодами, и батарею буферных конденсаторов, причем цепи постоянного тока обоих мостов подсоединены параллельно батарее буферных конденсаторов, цепь переменного тока первого моста подсоединена к одной из вторичных обмоток силового трансформатора, а цепь переменного тока второго моста, являющаяся выходом модуля, подсоединена последовательно с выходами других модулей таким образом, что образуются три группы, соединенные в звезду, к выходу которой подключен выходной фильтр.A power distribution device [2] is also known, comprising a power low-frequency (50-60 Hz) transformer, an output filter, inverter-recovery modules, each of which contains two single-phase bridges consisting of power transistors with reverse diodes, and a battery of buffer capacitors, and the DC circuits of both bridges are connected in parallel to the buffer capacitor bank, the AC circuit of the first bridge is connected to one of the secondary windings of the power transformer, and the AC circuit of the second mos a, which is the output module, connected in series with the output of other modules, so that three groups are formed, connected in a star, whose output is connected the output filter.
Достоинством указанного преобразователя является наличие функции рекуперации энергии, а также возможность построения преобразователя с высокой надежностью работы при постановке на инверторно-рекуперационные модули байпасных контуров, обеспечивающих работоспособность преобразователя частоты в целом при выходе из строя какого-либо инверторно-рекуперационного модуля.The advantage of this converter is the presence of an energy recovery function, as well as the ability to build a converter with high reliability when setting up bypass circuits for inverter-recovery modules, which ensure the operability of the frequency converter as a whole when any inverter-recovery module fails.
Однако это устройство обладает и недостатками, например высокие массогабаритные показатели низкочастотного (50-60 Гц) трансформатора и большая суммарная емкость буферных конденсаторов, требующаяся для уменьшения низкочастотных провалов напряжения в звеньях постоянного тока инверторно-рекуперационного модулей.However, this device also has drawbacks, for example, the high mass and size characteristics of the low-frequency (50-60 Hz) transformer and the large total capacity of the buffer capacitors required to reduce low-frequency voltage dips in the DC links of the inverter-recovery modules.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному и взятым за прототип является устройство, выполненное по способу распределения мощности в многоуровневом преобразователе частоты для питания синхронных и асинхронных двигателей [3], включающее выходные инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит первый высокочастотный и второй мосты и конденсатор, при этом цепи постоянного тока первого и второго мостов подсоединены параллельно к конденсатору, цепь переменного тока второго моста соединена последовательно с цепями переменного тока вторых мостов других выходных инверторно-рекуперационных модулей таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду, а также первую и вторую группы высокочастотных трансформаторов и входные инверторно-рекуперационные модули, каждый из последних содержит высокочастотный мост и конденсатор, при этом цепи постоянного тока моста подсоединяют параллельно к конденсатору, причем цепи переменного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей и первых мостов выходных инверторно-рекуперационных модулей соединяют между собой параллельно по переменному току через высокочастотные трансформаторы.The closest in technical essence to the proposed and taken as a prototype is a device made by the method of power distribution in a multi-level frequency converter for supplying synchronous and asynchronous motors [3], including output inverter-recovery modules, each of which contains the first high-frequency and second bridges and a capacitor, while the DC circuits of the first and second bridges are connected in parallel to the capacitor, the AC circuit of the second bridge is connected in series with by means of alternating current of the second bridges of other output inverter-recovery modules so that groups connected in a star are formed, as well as the first and second groups of high-frequency transformers and input inverter-recovery modules, each of the latter contains a high-frequency bridge and a capacitor, while the DC circuit the bridge current is connected in parallel to the capacitor, and the alternating current circuit of the bridges of the input inverter-recovery modules and the first bridges of the output inverter-recovery muzzle are connected together in parallel by alternating current through high-frequency transformers.
Недостатком наиболее близкого технического решения является неэффективное использование входных инверторно-рекуперационных модулей в случае подключения входа преобразователя к линии питания высокого постоянного напряжения вследствие наличия во входных инверторно-рекуперационных модулях вторых однофазных мостов. Следовательно, наличествуют необоснованные потери мощности и КПД преобразователя, излишне большие массогабаритные показатели.The disadvantage of the closest technical solution is the inefficient use of input inverter-recovery modules in the case of connecting the input of the converter to the high-voltage DC power line due to the presence of second single-phase bridges in the input inverter-recovery modules. Consequently, there are unreasonable losses of power and efficiency of the converter, unnecessarily large weight and size indicators.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении КПД преобразователя и снижении его массогабаритных показателей при работе от линии питания высокого постоянного напряжения.The problem to which the present invention is directed is to increase the efficiency of the converter and reduce its overall dimensions when operating from a high-voltage direct current supply line.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение КПД преобразователя и снижение его массогабаритных показателей при работе от линии питания высокого постоянного напряжения.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the converter and reduce its overall dimensions when operating from a high DC voltage power line.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в многоуровневом преобразователе электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения, включающем выходные инверторно-рекуперационные модули, каждый из которых содержит первый высокочастотный и второй мосты и конденсатор, при этом цепи постоянного тока первого и второго мостов подсоединены параллельно к конденсатору, цепь переменного тока второго моста соединена последовательно с цепями переменного тока вторых мостов других выходных инверторно-рекуперационных модулей таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду, а также первые и вторые высокочастотные трансформаторы и входные инверторно-рекуперационные модули, каждый из последних содержит высокочастотный мост и конденсатор, при этом цепи постоянного тока моста подсоединяют параллельно к конденсатору, причем цепи переменного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей и первых мостов выходных инверторно-рекуперационных модулей соединяют между собой параллельно по переменному току через высокочастотные трансформаторы, цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in a multilevel power converter for supplying synchronous and asynchronous motors from a high DC voltage source, including output inverter-recovery modules, each of which contains a first high-frequency and second bridges and a capacitor, while the circuit the direct current of the first and second bridges are connected in parallel to the capacitor, the alternating current circuit of the second bridge is connected in series with the the current of the second bridges of the other output inverter-recovery modules in such a way that groups connected in a star are formed, as well as the first and second high-frequency transformers and input inverter-recovery modules, each of the latter contains a high-frequency bridge and a capacitor, while the bridge DC circuits connected in parallel to the capacitor, moreover, the alternating current circuits of the bridges of the input inverter-recovery modules and the first bridges of the output inverter-recovery modules are connected to forward in parallel AC current through the high-frequency transformers, circuit DC input inverter-bridge-heat recovery units are connected in series, and outputs the chain is connected to a source of high DC voltage.
Отличительной особенностью изобретения является то, что в вышеуказанном устройстве цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения.A distinctive feature of the invention is that in the above device, the DC circuit of the bridges of the input inverter-recovery modules are connected in series, and the conclusions of the resulting chain are connected to a high DC voltage source.
Сущность изобретения поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.
На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства (элементы управления, защиты и прочие элементы, не меняющие сущность изобретения, не показаны).Figure 1 presents the structural diagram of the claimed device (controls, protection and other elements that do not change the essence of the invention are not shown).
Заявляемое устройство содержит входные инверторно-рекуперационные модули 1, каждый из которых состоит из высокочастотного моста 2 и конденсатора 3, первые и вторые высокочастотные трансформаторы 4 и 6, двухпроводную высокочастотную шину 5, выходные инверторно-рекуперационные модули 7, каждый из которых состоит из первого высокочастотного моста 8, второго моста 9 и конденсатора 10.The inventive device contains input inverter-recovery modules 1, each of which consists of a high-frequency bridge 2 and a capacitor 3, first and second high-frequency transformers 4 and 6, a two-wire high-frequency bus 5, output inverter-recovery modules 7, each of which consists of a first high-frequency bridge 8, the second bridge 9 and the capacitor 10.
В каждом входном модуле 1 цепь постоянного тока моста 2 подсоединена параллельно конденсатору 3. Цепи постоянного тока мостов 2 соединены последовательно между собой, а выводы полученной цепочки подключены к источнику высокого постоянного напряжения. Цепи переменного тока мостов 2 подсоединены к трансформаторам 4. Трансформаторы 4 подсоединены к шине 5.In each input module 1, the DC circuit of the bridge 2 is connected in parallel with the capacitor 3. The DC circuits of the bridges 2 are connected in series with each other, and the conclusions of the resulting circuit are connected to a high DC voltage source. AC circuits of bridges 2 are connected to transformers 4. Transformers 4 are connected to bus 5.
В каждом модуле 7 цепь постоянного тока моста 8 подсоединена параллельно конденсатору 10 и цепи постоянного тока моста 9. Цепи переменного тока мостов 8 подсоединены к трансформаторам 6. Трансформаторы 6 подсоединены к шине 5.In each module 7, the DC circuit of the bridge 8 is connected in parallel with the capacitor 10 and the DC circuit of the bridge 9. The AC circuits of the bridges 8 are connected to the transformers 6. The transformers 6 are connected to the bus 5.
Цепи переменного тока мостов 9 соединены последовательно между собой таким образом, чтобы образовались группы, соединенные в звезду с выводами U, V, W для подключения двигателя.The AC circuits of the bridges 9 are connected in series with each other so that groups are formed connected in a star with the terminals U, V, W for connecting the motor.
Работа устройства в режиме передачи мощности в двигатель осуществляется следующим образом.The operation of the device in the mode of transmitting power to the engine is as follows.
Входная мощность от линии высокого постоянного напряжения поступает на вход модулей 1. От цепей переменного тока мостов 2 мощность на высокой частоте поступает через трансформаторы 4 к шине 5, в которой суммируется вся мощность, поступающая от линии питания высокого постоянного напряжения. Далее от шины 5 через трансформаторы 6, мосты 8 и 9 мощность поступает в двигатель, подключаемый к выводам U, V, W.The input power from the high DC voltage line is supplied to the input of the modules 1. From the AC circuits of the bridges 2, the high-frequency power is supplied through transformers 4 to the bus 5, which sums up all the power coming from the high DC voltage supply line. Further, from bus 5 through transformers 6, bridges 8 and 9, power is supplied to the engine, connected to the terminals U, V, W.
Мостами 9 управляют таким образом, чтобы на выводах U, V, W оказывалось напряжение, требуемое для передачи мощности в двигатель. Управление всеми мостами 3 и 9 осуществляется с использованием единого частотозадающего сигнала.The bridges 9 are controlled so that the voltage required for transmitting power to the engine appears at the terminals U, V, W. All bridges 3 and 9 are controlled using a single frequency setting signal.
Как следствие подсоединения всех трансформаторов 4 и 6 к одной шине 5, образующей единый высокочастотный энергетический узел, происходит автоматическое выравнивание напряжений в цепях постоянного тока всех модулей 2 и 8 подобно сообщающимся сосудам с жидкостью путем взаимного перетока мощности через шину 5.As a result of connecting all transformers 4 and 6 to one bus 5, which forms a single high-frequency power unit, the voltage is automatically equalized in the DC circuits of all modules 2 and 8 like communicating vessels with liquid by mutual power flow through bus 5.
Работа в режиме рекуперации происходит в обратном порядке.Work in the recovery mode occurs in the reverse order.
Многоуровневость описанной системы обеспечивает низкий коэффициент искажения синусоидальности выходного напряжения.The multilevelness of the described system provides a low distortion coefficient of the sinusoidality of the output voltage.
Свойством заявляемого преобразователя является возможность задания любого алгоритма управления ключами выходных мостов 9, поэтому к выходу преобразователя, вместо двигателя, могут быть подсоединены другие потребители или источники электроэнергии.The property of the inventive converter is the ability to set any key management algorithm for the output bridges 9, therefore, other consumers or sources of electricity can be connected to the output of the converter, instead of the motor.
Заявляемое изобретение позволяет снизить массогабаритные показатели и повысить КПД преобразователя при работе от линии высокого постоянного напряжения.The claimed invention allows to reduce overall dimensions and increase the efficiency of the Converter when operating from a line of high DC voltage.
Источники информацииInformation sources
1. Донской Н.В. и др. Многоуровневые автономные инверторы. - Силовая электроника (www.power-e.ru), 2008 г., №1, с.43-46.1. Donskoy N.V. and others. Multilevel autonomous inverters. - Power Electronics (www.power-e.ru), 2008, No. 1, pp. 43-46.
2. Патент RU №2303851 от 27.07.2007.2. Patent RU No. 2303851 of 07.27.2007.
3. Патент RU №2489791 от 10.08.2013.3. Patent RU No. 2489791 of 08/10/2013.
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108779/07A RU2554856C1 (en) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Multilevel power converter supplying synchronous and asynchronous motors from high dc voltage source |
PCT/RU2014/000919 WO2015133929A1 (en) | 2014-03-06 | 2014-12-09 | Multi-level electricity converter for powering synchronous and asynchronous circuits |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108779/07A RU2554856C1 (en) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Multilevel power converter supplying synchronous and asynchronous motors from high dc voltage source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2554856C1 true RU2554856C1 (en) | 2015-06-27 |
Family
ID=53498682
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014108779/07A RU2554856C1 (en) | 2014-03-06 | 2014-03-06 | Multilevel power converter supplying synchronous and asynchronous motors from high dc voltage source |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2554856C1 (en) |
WO (1) | WO2015133929A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665683C1 (en) * | 2015-07-01 | 2018-09-04 | Нр Инжиниринг Ко., Лтд | Topology of circuit for damping short circuit currents, method and converter based thereon |
RU2750955C1 (en) * | 2020-07-08 | 2021-07-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Трансконвертер" | Converter of own needs |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5625545A (en) * | 1994-03-01 | 1997-04-29 | Halmar Robicon Group | Medium voltage PWM drive and method |
RU2303851C1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-07-27 | Аркадий Петрович Стригулин | Multilevel static frequency converter for feeding induction and synchronous motors |
RU2489791C1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЧЭАЗ-ЭЛПРИ" | Method of distributing power in multilevel frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors |
-
2014
- 2014-03-06 RU RU2014108779/07A patent/RU2554856C1/en active
- 2014-12-09 WO PCT/RU2014/000919 patent/WO2015133929A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5625545A (en) * | 1994-03-01 | 1997-04-29 | Halmar Robicon Group | Medium voltage PWM drive and method |
RU2303851C1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-07-27 | Аркадий Петрович Стригулин | Multilevel static frequency converter for feeding induction and synchronous motors |
RU2489791C1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЧЭАЗ-ЭЛПРИ" | Method of distributing power in multilevel frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665683C1 (en) * | 2015-07-01 | 2018-09-04 | Нр Инжиниринг Ко., Лтд | Topology of circuit for damping short circuit currents, method and converter based thereon |
RU2750955C1 (en) * | 2020-07-08 | 2021-07-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Трансконвертер" | Converter of own needs |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015133929A1 (en) | 2015-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106575928B (en) | Modular Energy Storage Direct Converter System | |
KR101698940B1 (en) | Power electronic converter | |
CN108476000B (en) | Single-phase four-level inverter topology circuit and three-phase four-level inverter topology circuit | |
EP2975754B1 (en) | Energy conversion system and method | |
US9293946B2 (en) | Systems and methods for uninterruptible power supplies with bidirectional power converters | |
CN104811073B (en) | Converter module, device, system and correlation technique | |
CN105099199B (en) | Seabed power transmission | |
WO2012152072A1 (en) | Solar energy photovoltaic three-phase micro-inverter and solar energy photovoltaic generating system | |
US20160352239A1 (en) | Power electronic converter | |
CN105281355A (en) | Multi-level power converter | |
CN104377720A (en) | Direct-current transmission current control method based on MMC converter station | |
CN203368361U (en) | Photovoltaic inverter with multipath direct current input | |
EP3117500B1 (en) | Method and apparatus for obtaining electricity from offshore wind turbines | |
JP6766540B2 (en) | Distributed power system | |
EP2747268B1 (en) | Voltage source current controlled multilevel power converter | |
RU2554856C1 (en) | Multilevel power converter supplying synchronous and asynchronous motors from high dc voltage source | |
RU2696592C1 (en) | Modular multistage converter | |
EP3048689B1 (en) | Direct current power system | |
RU2489791C1 (en) | Method of distributing power in multilevel frequency converter for powering synchronous and asynchronous motors | |
US10284080B2 (en) | Column-switched multi-module DC-to-DC power transformation system | |
CN107171270B (en) | Intensive deicing device constant current, constant pressure modularization dynamic passive compensation component | |
CN104022670A (en) | Capacity-expandable three-phase H-bridge current source STATCOM device | |
CN103532395A (en) | Power supply circuit of power module of chain circuit SVG (static var generator) | |
RU2593210C1 (en) | Method for compensation of reactive power and device for its implementation | |
CN103337873A (en) | Photovoltaic power generation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200116 |