×
26.12.2018
218.016.aaac

Конвертор напряжения

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002675726
Дата охранного документа
24.12.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к преобразованию энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе. Конвертор напряжения содержит дроссель и систему управления, к которой подключены контактор и устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения на входе конвертора. Конвертор дополнительно содержит две преобразовательные ячейки, включенные последовательно по входу и последовательно с дросселем, преобразовательные ячейки выполнены по двухступенчатой схеме. Первая ступень выполнена по схеме трехуровневого повышающего регулятора напряжения, содержащего два силовых ключа, два диода, два конденсатора, образующих емкостный делитель напряжения. Вторая ступень является полумостовым резонансным преобразователем, где в качестве силовых ключей используется пара последовательно включенных полупроводниковых ключей. Нагрузкой полумостовых резонансных преобразователей являются первичные обмотки одного общего трансформатора, выходные обмотки которого нагружены на выпрямители. Выходы выпрямителей соединены параллельно для подключения к зажимам нагрузки конвертора напряжения. Техническим результатом является снижение напряжения и динамических потерь на полупроводниковых ключах и повышение частоты преобразования электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к областям электротехники и железнодорожного транспорта, в частности - к преобразованию одного уровня напряжения постоянного тока в другой уровень напряжения постоянного тока с его стабилизацией для питания потребителей собственных нужд электровоза.

Известно изобретение «Ограничитель пускового тока инвертора» по патенту SU 1534682 с датой публикации 07.01.1990, которое предназначено для использования в устройствах защиты инверторов напряжения с внешним возбуждением от перенапряжений на их входе и содержит коммутирующий транзистор с балластным резистором, подключенным параллельно его силовым выводам. Нагрузкой ограничителя является входная силовая цепь инвертора. Коммутирующий транзистор включается по сигналу схемы управления, если уровень напряжения источника электроэнергии находится в заданном двумя пороговыми уровнями диапазоне, и отключается при выходе уровня входного напряжения из заданного диапазона или при превышении разности между напряжением источника электроэнергии и напряжением на входном конденсаторе третьего порогового уровня.

Недостатком технического решения является отсутствие функции преобразования электроэнергии, гальванической развязки и повышенное напряжение на коммутирующем ключе.

Известен трехуровневый повышающий конвертор напряжения из статьи авторов Zhang М. Т., Jiang Y., Lee F. С, Jovanovic М. М. Single-phase three-level boost power factor correction converter. ("Однофазный корректор коэффициента мощности на базе трехуровневого повышающего конвертора"). // 1995 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC'95. - Dallas, TX, USA: IEEE, 5-9 March 1995. C. 434-439. На фигуре 1 на стр. 434 статьи изображена схема повышающего конвертора напряжения, содержащего дроссель, два диода, два силовых ключа, два конденсатора, включенных так, что емкостной делитель напряжения, образованный конденсаторами, обеспечивает ограничение максимального напряжения на силовом ключе на уровне половины значения выходного напряжения данного конвертора.

Недостатком технического решения является отсутствие возможности обеспечения гальванической развязки.

Известен двухступенчатый преобразователь с первой ступенью, образованной последовательным подключением двух повышающих преобразователей к источнику электроэнергии, и второй ступенью - полумостовым инвертором напряжения, являющимся общей нагрузкой двух повышающих преобразователей из статьи авторов Qian Т., Lehman В. Buck/half-bridge input-series two-stage converter // IET Power Electronics. 2010. T. 3. №6. C. 965.

Недостатками преобразователя являются отсутствие защиты от перенапряжения на входе преобразователя и повышенное напряжение на силовых ключах второй ступени.

Из уровня техники известно последовательное подключение входных цепей конверторов напряжения к источнику электроэнергии и параллельное подключение выходных цепей конверторов напряжения к нагрузке (Fig. 1 Kim J. - W., Yon J. - S., Cho В. H. Modeling, control, and design of input-series-output-parallel-connected converter for high-speed-train power system // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2001. T. 48. №3. C. 536-544.)

Недостатками данного технического решения является необходимость применения такого количества силовых развязывающих трансформаторов, которое равно количеству инверторов напряжения, что приводит к повышению массы, габаритов устройства и снижению надежности.

Известно последовательное соединение силовых ключей с целью снижения уровня максимального напряжения на отдельных ключах и последовательное и параллельное соединение преобразовательных ячеек. Моин, В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи (основы теории и расчета) / В.С. Моин, Н.Н. Лаптев. - М.: Энергия, 1972. - 512 с.

Недостатком данного технического решения является применение большого количества трансформаторов, что также увеличивает массу и габариты устройства и снижает его надежность.

Из уровня техники известен двухступенчатый вспомогательный преобразователь для железной дороги по патенту РФ 2494883 с датой публикации 10.07.2013, первая ступень которого состоит из повышающей ступени с двумя высоковольтными ключами и двумя высоковольтными диодами, вторая ступень содержит DC-DC преобразователь на основе полумостового резонансного преобразователя с использованием высоковольтных транзисторов.

Недостатки решения: использование высоковольтных транзисторов, что приводит к повышению динамических потерь и снижению КПД при высоких частотах преобразования.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является изобретение «Преобразователь напряжения с защитой ключей» по патенту РФ 2549526 с датой публикации 27.11.2014, предназначенное для обеспечения электроэнергией различных нагрузок и работающее от источника постоянного напряжения. Преобразователь содержит повышающий регулятор на основе двух ключей и двух диодов, датчик входного напряжения, датчик входного тока, контактор, входной ключ, к силовым выводам которого подключен резистор, конденсатор и обмотку трансформатора в диагонали DC/DC преобразователя, датчик напряжения на выходе повышающего регулятора.

Недостатками прототипа являются отсутствие возможности повышения частоты преобразования электроэнергии, улучшения качества потребляемой электроэнергии и увеличения КПД устройства.

Техническими задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются повышение надежности, уменьшение массы и габаритных размеров преобразователя, улучшение качества потребляемой электроэнергии и увеличение КПД.

Техническими результатами, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, являются снижение напряжения и динамических потерь на полупроводниковых ключах, повышение частоты преобразования электроэнергии.

Технические результаты обеспечиваются за счет выполнения конвертора напряжения, содержащего дроссель и систему управления, к которой подключены контактор и устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения на входе конвертора. Конвертор дополнительно содержит две преобразовательные ячейки, включенные последовательно по входу и последовательно с дросселем, преобразовательные ячейки выполнены по двухступенчатой схеме. Первая ступень выполнена по схеме трехуровневого повышающего регулятора напряжения, содержащего два силовых ключа, два диода, два конденсатора, образующих емкостный делитель напряжения. Вторая ступень является полумостовым резонансным преобразователем, где в качестве силовых ключей используется пара последовательно включенных полупроводниковых ключей, нагрузкой полумостовых резонансных преобразователей являются первичные обмотки одного общего трансформатора, выходные обмотки трансформатора нагружены на выпрямители, выходы которых соединены параллельно для подключения к зажимам нагрузки конвертора напряжения. При этом устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения содержит четыре коммутирующих полупроводниковых силовых ключа и четыре балластных резистора, включенных параллельно силовым выводам коммутирующих ключей.

На фиг. 1 изображена структурная схема конвертора напряжения.

Конвертор напряжения содержит контактор 1, устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения на входе конвертора 2, дроссель 3, две двухступенчатые преобразовательные ячейки 4, трансформатор 5 и выпрямители 6.

Устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения 2 содержит четыре коммутирующих полупроводниковых силовых ключа 7 и четыре балластных резистора 8, включенных параллельно силовым выводам коммутирующих ключей 7.

Входные зажимы 9 преобразовательных ячеек 4 включены последовательно в контур, содержащий источник электроэнергии 10, контактор 1, устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения 2 и дроссель 3.

Первая ступень преобразовательных ячеек 4 выполнена по схеме трехуровневого повышающего регулятора напряжения, содержащего два силовых ключа 11, два диода 12, два конденсатора 13, включенных так, что емкостный делитель напряжения, образованный конденсаторами 13 каждой преобразовательной ячейки 4, обеспечивает ограничение максимального напряжения на силовых ключах 11 на уровне половины значения выходного напряжения повышающего регулятора напряжения.

Вторая ступень преобразовательных ячеек 4 является полумостовым резонансным преобразователем, где в качестве силовых ключей используется пара последовательно включенных силовых полупроводниковых ключей 14, а в качестве пассивного плеча использованы конденсаторы 13. В диагональ полумостового резонансного преобразователя последовательно включены: резонансные дроссели 15, резонансные конденсаторы 16 и его нагрузка -первичные обмотки 17 одного общего трансформатора 5.

Выходные обмотки 18 трансформатора 5 нагружены на выпрямители 6, выходы которых соединены параллельно для подключения к фильтрующему конденсатору 19 и зажимам нагрузки 20 конвертора напряжения.

Конвертор напряжения работает следующим образом.

Контактор 1 и устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения 2 включаются по сигналу системы управления 21, если уровень напряжения источника электроэнергии 10 находится в заданном двумя пороговыми уровнями диапазоне, и отключаются при выходе уровня входного напряжения из заданного диапазона или при превышении разности между напряжением источника электроэнергии и напряжением на конденсаторах 13 третьего порогового уровня.

Система управления 21 подает импульсы управления на силовые ключи 11 повышающего регулятора напряжения синхронно, последовательно и зависимо от напряжения на конденсаторах 13 и на зажимах нагрузки 20, что наряду с показанным на фиг. 1 способом соединения силовых ключей 11, диодов 12 и конденсаторов 13 позволяет регулировать напряжение на конденсаторах 13 и достигнуть заявленные технические результаты, при которых напряжение на силовых ключах 11 не превышает половины выходного напряжения повышающего регулятора.

Управление парами последовательно включенных силовых полупроводниковых ключей 14 система управления 21 выполняет синхронно с управлением ключами 11 повышающего регулятора напряжения. Использование пары последовательно включенных силовых полупроводниковых ключей 14 в качестве силовых ключей полумостового резонансного инвертора позволяет достигнуть снижения напряжения на силовых ключах.

Сформированное полумостовым резонансным инвертором переменное напряжение подается на входные обмотки 17 одного общего трансформатора 5, выходные обмотки 18 которого подключены к выпрямителям 6, выпрямляющим напряжение и подавающим его на конденсатор 19 и зажимы нагрузки 20 конвертора напряжения. Применение одного общего трансформатора 5 с двумя полумостовыми резонансными инверторами напряжения позволяет повысить надежность и снизить массу и габариты конвертора напряжения.

Таким образом, выполнение конвертора напряжения, содержащего систему управления, к которой подключены контактор, устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения на входе конвертора и дроссель, а также две преобразовательные ячейки, включенные последовательно по входу и последовательно с дросселем, и параллельно по выходу, при этом преобразовательные ячейки выполнены по двухступенчатой схеме, где первая ступень выполнена по схеме трехуровневого повышающего регулятора напряжения, содержащего два силовых ключа, два диода, два конденсатора, включенных так, что емкостный делитель напряжения, образованный конденсаторами, обеспечивает ограничение максимального напряжения на силовых ключах на уровне половины значения выходного напряжения повышающего конвертора; вторая ступень является полумостовым резонансным преобразователем, где в качестве силовых ключей используется пара последовательно включенных силовых полупроводниковых ключей, нагрузкой полумостовых резонансных преобразователей являются первичные обмотки одного общего трансформатора; выходные обмотки трансформатора нагружены на выпрямители, выходы которых соединены параллельно для подключения к зажимам нагрузки конвертора напряжения, при этом устройство ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения содержит четыре коммутирующих полупроводниковых силовых ключа и четыре балластных резистора, включенных параллельно силовым выводам коммутирующих ключей, обеспечивает заявленные технические результаты: снижение напряжения и динамических потерь на полупроводниковых ключах, повышение частоты преобразования электроэнергии.


Конвертор напряжения
Конвертор напряжения
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 11.
29.05.2018
№218.016.536e

Преобразователь тяговый электровоза

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от внешних источников энергоснабжения. Преобразователь тяговый электровоза содержит блок электродвигателя, средства фильтрации, преобразователь переменного тока в постоянный, подключенный между контактной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653923
Дата охранного документа: 15.05.2018
29.05.2018
№218.016.54db

Преобразовательная система электроснабжения собственных нужд электровоза

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств с электротягой. Преобразовательная система для электроснабжения собственных нужд электровоза содержит n-число статических преобразователей, линию распределения электропитания, к которой подключены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654172
Дата охранного документа: 16.05.2018
19.10.2018
№218.016.9391

Система защиты силовой цепи электровоза

Изобретение относится к предохранительным электрическим устройствам, устанавливаемым на транспортных средствах с электротягой. Система защиты силовой цепи электровоза, содержащая тяговые двигатели, тяговые преобразователи, включает в себя n-число устройств защиты, входы которых соединяются с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669899
Дата охранного документа: 16.10.2018
14.02.2019
№219.016.b9e1

Устройство ввода команд

Изобретение относится к устройству управления локомотивами. Устройство ввода команд содержит привод, в котором установлен диск с рукояткой, механизм фиксации позиций рукоятки с подпружиненным роликом и углублениями под ролик. Дополнительно устройство содержит тормозные колодки, расположенные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679745
Дата охранного документа: 12.02.2019
14.02.2019
№219.016.ba3e

Устройство ввода команд

Изобретение относится к устройству управления локомотивами. Устройство ввода команд содержит два привода, в каждом из которых установлен диск с рукояткой, механизм фиксации позиций рукоятки с подпружиненным роликом и углублениями под ролик. Дополнительно устройство содержит механизм...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679751
Дата охранного документа: 12.02.2019
28.07.2019
№219.017.ba2b

Система защиты от аварийных режимов тяговых электродвигателей постоянного тока

Использование: в области электротехники для защиты электрических тяговых двигателей постоянного тока электровоза от аварийных режимов работы, возникающих при коротких замыканиях и бросках напряжения в контактной сети. Технический результат - защита цепей от перегрузок за счет использования в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695780
Дата охранного документа: 26.07.2019
02.10.2019
№219.017.cd1a

Беспроводной контроллер датчиков

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении надежности контроллера датчиков. Беспроводной контроллер датчиков содержит процессорный модуль; блок интерфейса Ethernet; блок интерфейса RS-485; светодиодные индикаторы; клеммы для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701103
Дата охранного документа: 24.09.2019
30.03.2020
№220.018.11b6

Статический преобразователь напряжения

Изобретение относится к областям электротехники и железнодорожного транспорта, в частности к преобразованию постоянного напряжения контактной сети в регулируемый ток обмоток возбуждения тяговых электродвигателей и в стабилизированное напряжение постоянного тока для собственных потребителей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002717966
Дата охранного документа: 27.03.2020
06.08.2020
№220.018.3d2f

Преобразователь тяговый тепловоза с силовой установкой

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Преобразователь тяговый тепловоза с силовой установкой содержит инвертор, состоящий из контроллера и шести транзисторов, собранных в три полумоста, состоящих из последовательно соединенных пар транзисторов. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002729007
Дата охранного документа: 03.08.2020
16.06.2023
№223.018.7c14

Система электропитания тепловоза

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система электропитания тепловоза содержит источник питания, инвертор для питания асинхронного электродвигателя компрессорной установки, неуправляемый выпрямитель. При этом неуправляемый выпрямитель выполнен на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002744068
Дата охранного документа: 02.03.2021
Показаны записи 1-10 из 11.
10.04.2014
№216.012.af81

Модульный светодиодный прожектор

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным оптическим блокам, используемым в качестве источника света в световых приборах прожекторного типа, применяемым, преимущественно, для освещения железнодорожных путей и междупутий. Технический результат - создание модульного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510644
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.01.2015
№216.013.196c

Система безопасного измерения напряжений и токов высоковольтных цепей электровоза

Изобретение относится к области систем измерения высоковольтных сигналов для тягового подвижного состава. Система включает в себя высоковольтный предохранитель, первый и второй измерительные шунты, первый, второй и третий измерительные преобразователи, блок питания, киловольтметр, первый и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537936
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.01.2015
№216.013.2020

Светофорная система

Изобретение относится к конструкциям светотехнических устройств. Светофорная система содержит корпус с защитным элементом и с размещенными внутри корпуса источником света, выполненным в виде матрицы светодиодов, расположенных на печатной плате. Система состоит из N - числа независимых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539665
Дата охранного документа: 20.01.2015
10.04.2015
№216.013.3fc1

Импульсный трансформатор

Изобретение относится к электротехнике, к импульсным трансформаторам и может быть использовано для создания мощного импульсного источника питания с высокой удельной мощностью. Технический результат состоит в повышении удельной мощности за счет минимизации добавочных потерь в обмотках на высоких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547809
Дата охранного документа: 10.04.2015
25.08.2017
№217.015.ab1b

Преобразовательная система электроснабжения собственных нужд газотурбовоза

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Преобразовательная система электроснабжения собственных нужд газотурбовоза содержит блок управления, два входа питания постоянным напряжением и две ветви преобразования напряжения входного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612068
Дата охранного документа: 02.03.2017
25.08.2017
№217.015.ab51

Преобразователь тяговый локомотива

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Преобразователь тяговый локомотива содержит n-число каналов преобразования электрической энергии. Каналы преобразователя формируются зарядно-разрядным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612075
Дата охранного документа: 02.03.2017
25.08.2017
№217.015.ab76

Преобразовательная система электроснабжения собственных нужд электровоза

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Преобразовательная система для электроснабжения собственных нужд электровоза содержит блок защиты, статический преобразователь и линия распределения электропитания, к которой подключены входы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612064
Дата охранного документа: 02.03.2017
25.08.2017
№217.015.abe9

Преобразователь тяговый тепловоза

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Преобразователь тяговый тепловоза содержит n-число каналов преобразования электрической энергии. Каналы преобразования формируются преобразователем частоты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612066
Дата охранного документа: 02.03.2017
29.05.2018
№218.016.536e

Преобразователь тяговый электровоза

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от внешних источников энергоснабжения. Преобразователь тяговый электровоза содержит блок электродвигателя, средства фильтрации, преобразователь переменного тока в постоянный, подключенный между контактной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653923
Дата охранного документа: 15.05.2018
29.05.2018
№218.016.54db

Преобразовательная система электроснабжения собственных нужд электровоза

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств с электротягой. Преобразовательная система для электроснабжения собственных нужд электровоза содержит n-число статических преобразователей, линию распределения электропитания, к которой подключены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654172
Дата охранного документа: 16.05.2018
+ добавить свой РИД