27.06.2015
216.013.5b13

МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ПИТАНИЯ СИНХРОННЫХ И АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ИСТОЧНИКА ВЫСОКОГО ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения. Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения включает 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. Изобретение позволяет получить технический результат - снизить массогабаритные показатели и повысить КПД преобразователя при работе от линии высокого постоянного напряжения. 1 ил.
Основные результаты: Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения, включающий 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, отличающийся тем, что цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение КПД преобразователя и снижение его массогабаритных показателей при работе от линии питания высокого постоянного напряжения.

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.

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.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства (элементы управления, защиты и прочие элементы, не меняющие сущность изобретения, не показаны).

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.

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.

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.

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.

Работа устройства в режиме передачи мощности в двигатель осуществляется следующим образом.

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.

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.

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.

Работа в режиме рекуперации происходит в обратном порядке.

Многоуровневость описанной системы обеспечивает низкий коэффициент искажения синусоидальности выходного напряжения.

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.

Заявляемое изобретение позволяет снизить массогабаритные показатели и повысить КПД преобразователя при работе от линии высокого постоянного напряжения.

Источники информации

1. Донской Н.В. и др. Многоуровневые автономные инверторы. - Силовая электроника (www.power-e.ru), 2008 г., №1, с.43-46.

2. Патент RU №2303851 от 27.07.2007.

3. Патент RU №2489791 от 10.08.2013.

Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения, включающий 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, отличающийся тем, что цепи постоянного тока мостов входных инверторно-рекуперационных модулей соединяют последовательно, а выводы полученной цепочки подключают к источнику высокого постоянного напряжения.
МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ПИТАНИЯ СИНХРОННЫХ И АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ИСТОЧНИКА ВЫСОКОГО ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-4 из 4.
10.08.2013
№216.012.5e6a

Способ распределения мощности в многоуровневом преобразователе частоты для питания синхронных и асинхронных двигателей

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания высоковольтных асинхронных и синхронных двигателей. Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение массогабаритных показателей и уменьшение суммарной емкости буферных конденсаторов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489791
Дата охранного документа: 10.08.2013
13.01.2017
№217.015.8c57

Устройство для определения степени термического поражения материалов и конструкций в ходе пожарно-технической экспертизы путём анализа оптических свойств материала (ксл-01)

Изобретении относится к области измерительной техники и может быть предназначено для исследования степени термического повреждения предметов и материалов путем анализа интенсивности отраженного (коэффициент отражения) и остаточного люминесцентного излучения. Устройство содержит излучатели...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604563
Дата охранного документа: 10.12.2016
09.06.2018
№218.016.5dfe

Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля

Изобретение относится к силовым полупроводниковым модулям и может использоваться в преобразовательной технике. Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля, содержащий электроизоляционную теплопроводящую подложку с токоведущим слоем, имеющим силовые полигоны: первый DC+ и АС, на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656302
Дата охранного документа: 04.06.2018
18.01.2019
№219.016.b120

Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля

Изобретение относится к силовым полупроводниковым модулям и может использоваться в преобразовательной технике. Сущность изобретения заключается в том, что подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля содержит электроизоляционную теплопроводящую подложку с двумя токоведущими слоями:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677253
Дата охранного документа: 16.01.2019
Показаны записи 1-9 из 9.
10.08.2013
№216.012.5e6a

Способ распределения мощности в многоуровневом преобразователе частоты для питания синхронных и асинхронных двигателей

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания высоковольтных асинхронных и синхронных двигателей. Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение массогабаритных показателей и уменьшение суммарной емкости буферных конденсаторов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489791
Дата охранного документа: 10.08.2013
13.01.2017
№217.015.8c57

Устройство для определения степени термического поражения материалов и конструкций в ходе пожарно-технической экспертизы путём анализа оптических свойств материала (ксл-01)

Изобретении относится к области измерительной техники и может быть предназначено для исследования степени термического повреждения предметов и материалов путем анализа интенсивности отраженного (коэффициент отражения) и остаточного люминесцентного излучения. Устройство содержит излучатели...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604563
Дата охранного документа: 10.12.2016
10.05.2018
№218.016.4c89

Вентильный электродвигатель

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может найти применение при создании вентильных электродвигателей для регулируемых электроприводов. Технический результат - уменьшение зубцовых пульсаций электромагнитного момента, вихревых токов в массиве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652102
Дата охранного документа: 25.04.2018
09.06.2018
№218.016.5dfe

Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля

Изобретение относится к силовым полупроводниковым модулям и может использоваться в преобразовательной технике. Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля, содержащий электроизоляционную теплопроводящую подложку с токоведущим слоем, имеющим силовые полигоны: первый DC+ и АС, на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656302
Дата охранного документа: 04.06.2018
18.01.2019
№219.016.b120

Подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля

Изобретение относится к силовым полупроводниковым модулям и может использоваться в преобразовательной технике. Сущность изобретения заключается в том, что подмодуль полумостовой силового полупроводникового модуля содержит электроизоляционную теплопроводящую подложку с двумя токоведущими слоями:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677253
Дата охранного документа: 16.01.2019
31.01.2019
№219.016.b539

Индуктор для многополюсного аксиального намагничивания кольцевых постоянных магнитов

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении величины концентрированного магнитного поля в рабочей зоне индуктора и повышении производительности и сроков службы индуктора. Индуктор для многополюсного аксиального намагничивания кольцевых постоянных магнитов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678432
Дата охранного документа: 29.01.2019
26.10.2019
№219.017.db5d

Магнитоэлектрический вентильный двигатель со встроенным магнитным редуктором (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, к совмещенным электрическим машинам, обладающим свойствами магнитоэлектрических вентильных двигателей и магнитных редукторов. Технический результат состоит упрощении конструкции. Магнитоэлектрический вентильный двигатель со встроенным магнитным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704239
Дата охранного документа: 25.10.2019
27.06.2020
№220.018.2bfe

Способ управления синхронным электродвигателем

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах частотного регулирования скорости синхронных двигателей, питаемых от автономного инвертора напряжения, в режиме бездатчикового управления. Техническим результатом является обеспечение экономичного (Cosϕ=1) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724603
Дата охранного документа: 25.06.2020
06.07.2020
№220.018.2ffa

Устройство обнуления напряжения квазирезонансного типа

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии. Технический результат заключается в расширении диапазона ШИМ и повышении надежности работы устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа. Изобретение представляет собой устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725623
Дата охранного документа: 03.07.2020

Похожие РИД в системе