ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ АС-АС ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к полупроводниковым регуляторам электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое по величине переменное напряжение, которые могут быть использованы для регулирования и стабилизации переменного напряжения на нагрузке, в том числе в бортовых системах электроснабжения автономных объектов, распределенной энергетике, а также в устройствах плавного пуска двигателей переменного напряжения.
Известен высоковольтный АС-АС преобразователь (Зиновьев Г.С., Лопаткин Н.Н., Сидоров А.В. Анализ структур силовых электронных трансформаторов, Энергетика России в XXI веке, ISBN 978-5-93908-138-2, 325-332 с.), являющийся аналогом, состоящий из N-количества каналов преобразователей переменного напряжения.
Недостатком такого регулятора является сложность конструкции из-за использования большого количества активных элементов, обусловленная четырьмя ступенями преобразования энергии.
Известен высоковольтный АС-АС преобразователь (Трехфазный регулятор напряжения / Зиновьев Г.С., Сидоров А.В., Харитонов С.А. // Патент на изобретение №2564990), являющийся прототипом, который состоит из основных и дополнительных преобразователей переменного напряжения. Рассмотрим структуру данного преобразователя. Трехфазный регулятор напряжения, состоит из трех основных однофазных конверторов, содержащих ключи переменного тока и высокочастотные трансформаторы со средней точкой, ключи переменного тока подключены к концам первичной и вторичной обмоткам высокочастотного трансформатора, дополнительно введены входные "Г-образные" LC-фильтры, дополнительные однофазные конверторы, выполненные идентично основным однофазным конверторам, включенные своими выходами последовательно в каждую фазу трехфазного регулятора между выходом основного однофазного конвертора и фазой нагрузки, входы основных однофазных конверторов включены между общей точкой соединения в звезду конденсаторов входных "Т-образных" LC-фильтров и выходом входного "Г-образного" LC-фильтра соответствующей фазы, входы каждого дополнительного однофазного конвертора включены между выходами входных "Г-образных" LC-фильтров двух других фаз.
Недостатком такого регулятора является сложность, так как он содержит в себе большое количество активных элементов.
Задачей (техническим результатом) предлагаемой полезной модели является создание более простого высоковольтного АС-АС преобразователя, за счет уменьшения количества активных элементов.
Поставленная задача достигается тем, что высоковольтный АС-АС преобразователь, состоит из N каналов, каждый из которых содержит высокочастотный трансформатор, на первичной стороне к которому подключены входной реактор, первый ключ переменного тока и первый конденсатор, а на вторичной стороне трансформатора подключены второй конденсатор и второй ключ переменного тока, каждый последующий канал подключается через входной реактор ко второму выводу первичной обмотки трансформатора предыдущего канала, а по выходам все каналы объединяются параллельно в общую шину переменного тока. При этом к первой ступени преобразования относятся входной реактор, первый ключ и первый конденсатор, ко второй ступени преобразователя относятся второй конденсатор, второй ключ и выходной реактор.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 и фиг. 3 представлены эпюры напряжений и токов на входе и выходе преобразователя, соответственно.
Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) является трехфазным, каждая фаза состоит из N каналов (в данном примере из трех каналов 1, 2 и 3), в свою очередь каждый из каналов содержит в себе реактор 4 (в первом канале одним выводом подключаемого к источнику, в последующих каналах последовательно ко второму выводу первичной обмотки трансформатора и т.д.), к которой последовательно подключается конденсатор 5 и ключ переменного тока 6; вторым выводом ключ переменного тока подключается ко второму выводу первичной обмотки трансформатора 7. К второму выводу конденсатора 5 подключается первичная обмотка трансформатора 7. К вторичной стороне трансформатора к первому выводу последовательно подключается конденсатор 8, параллельно вторичной обмотке трансформатора 7 подключается ключ переменного тока 9, также выходы напряжений каждого канала объединяется параллельно в общую выходную шину переменного тока, на выходе каждого из каналов стоят ректоры 10, 11 и 12. Затем ко всем выходным фазам подключается сопротивление фаз нагрузки 13, 14 и 15 объединенных нейтральной точкой с звездой конденсаторов фильтров 16, 17 и 18. Фазы 19 и 20 с наборами каналов 21 и 22 выполнены идентично фазе 23, с набором каналов 24.
Устройство работает следующим образом (на примере, когда количество каналов N=3): ключи 6 и 9 работают попеременно, т.е. когда ключ 6 находится в проводящем состоянии, ключ 9 находится в непроводящем состоянии. Управляющие импульсы ключей 25 и 26 сдвинуты на 360/N (где N=3) градусов относительно ключей 6 и 9, соответственно, а управляющие импульсы ключей 27 и 28 сдвинуты на 2*360/N (где N=3) градусов. В первый момент времени, когда ключ 6 находится в проводящем состоянии, в ректоре 4 происходит запас энергии. Затем ключ 6 размыкается, и энергия, запасенная во входной реактор 4, складываясь с энергией источника 1, заряжая конденсатор 5 передается через трансформатор 7 и запасается в конденсаторе 8, в то время, пока замкнут ключ 9. Аналогичная ситуация наблюдается и в каналах 3 и N, со сдвигом в импульсах управления ключами в 360/N и 2*360/N (где N=3) градусов, соответственно. Затем, выходы напряжений каждого канала объединяется параллельно в общую шину переменного тока.
Таким образом, преобразователь является более простым, за счет того, что содержит в себе меньшее количество активных элементов, а именно два ключа в канале вместо четырех как в прототипе.