РЕКУПЕРАТОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ СО ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ELECTRIC POWER RECUPERATOR FOR FREQUENCY CONVERTERS WITH DC LINK

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для питания электроприводов постоянного тока, в составе преобразователей частоты для питания электроприводов переменного тока.
Известно устройство рекуперации электроэнергии (см. патент РФ №120823, опубл. 20,11,2012), включающее последовательно включенные буферные реакторы (БР), активный выпрямитель напряжения (АВН), фильтр (Ф), автономный инвертор напряжения (АИН).
Устройство обладает следующими недостатками: плохая управляемость двигателем, большое число силовых элементов, коэффициент мощности, отличный от единицы.
Известен однофазный обратимый преобразователь напряжения для улучшения качества электрической энергии в сетях ограниченной мощности, принятый за прототип (см. ст. «Однофазные обратимые преобразователи напряжения для улучшения качества электрической энергии в сетях ограниченной мощности». - «Практическая силовая электроника», 2012, вып. №2), состоящий из однофазного транзисторного моста, датчика напряжения в звене постоянного тока, датчика тока, протекающего в сеть/из сети, датчика напряжения сети, датчика тока протекающего в сети, сглаживающего фильтра и системы управления с обратными связями по току и напряжению.
Устройство обладает следующими недостатками: невозможность передачи и потребления энергии из звена постоянного тока. Это устройство предназначено для улучшения качества электроэнергии и получения cos ϕ, близкого к единице.
Техническим результатом изобретения является получение коэффициента мощности, близкого к единице, возможностью передачи энергии как в прямом, так и в обратном направлении, уменьшение массогабаритных показателей сглаживающих фильтров за счет повышения быстродействия системы управления.
Технический результат достигается применением быстродействующей системы управления и применением первого, третьего и четвертого шунтов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена упрощенная структурная схема рекуператора.
Устройство содержит однофазный транзисторный мост, состоящий из первого транзистора 1, второго транзистора 2, третьего транзистора 3 и четвертого транзистора 4, параллельно этим транзисторам соответственно нумерации соединены первый диод 5, второй диод 6, третий диод 7 и четвертый диод 8. Также устройство содержит блок 9 управления, выходы которого соединены с однофазным транзисторным мостом. Рекуператор содержит первый шунт 10 и последовательно соединенный с ним сглаживающий дроссель 11, стоящими в цепи между фазой сети и входом управляемого транзисторного моста. В состав устройства входит звено 12 постоянного тока, последовательно соединенное со вторым шунтом 13, параллельно соединенное с датчиком 14 напряжения звена постоянного тока и пятым транзистором 15. Также устройство содержит датчик 16 напряжения сети, реле 17, второй шунт 13, соединенный с датчиком 14 напряжения звена постоянного тока. В состав устройства входит конденсатор 18, соединенный с пятым транзистором 15 и вторым шунтом 13. Третий 19 и четвертый 20 шунты установлены в цепь истока третьего транзистора 3 и четвертого транзистора 4. Причем входы блока 9 управления соединены с шунтами 10, 13, 19, 20, датчиком 16 напряжения сети и датчиком 14 звена постоянного тока, а выходы с реле 17 и пятым транзистором 15, включенным в разрыв положительной линии звена постоянного тока 12.
Устройство работает следующим образом. Когда датчик 14 напряжения звена постоянного тока фиксирует превышение напряжения на шине постоянного тока 12, транзистор 15 подключает вход рекуператора к шине постоянного тока 12 преобразователя частоты. Блок 9 управления, используя информацию с датчика 16 напряжения сети, в момент, когда напряжение сети близко к нулю, подключает выход рекуператора к сети переменного тока с помощью реле 17. В зависимости от текущей полярности сетевого напряжения блок 9 управления открывает второй транзистор 2 или четвертый транзистор 4. Для примера рассмотрим ситуацию, когда на линии, соединенной с первым шунтом 10, присутствует положительная полярность, а на другой линии - отрицательная. В этом случае открывается четвертый транзистор 4 и остается открытым пока сетевое напряжение не изменит свой знак. В это же время для передачи тока в сеть включается третий транзистор 3, управляемый широтно-импульсным сигналом. Сглаживающий дроссель 11 обеспечивает непрерывность тока: когда первый транзистор 1 закрывается, ток продолжает течь через сглаживающий дроссель 11, открытый четвертый транзистор 4 и третий диод 7.
Также данная схема может работать в качестве активного выпрямителя, потребляя при этом из сети ток синусоидальной формы. Для примера рассмотрим ситуацию, когда на линии, соединенной с первым шунтом 10, присутствует положительная полярность, а на другой линии - отрицательная. На короткое время открывается третий транзистор 3 и четвертый транзистор 4, ток начинает течь через последовательно соединенные сглаживающий дроссель 11, первый шунт 10, первый диод 5 и третий транзистор 3, когда ток через сглаживающий дроссель 11 приблизится к значению насыщения, третий транзистор 3 закроется, и ток, пройдя через первый диод 5, зарядит конденсатор 18. Данный принцип широко применяется в повышающих DC-DC преобразователях. Ток через сглаживающий дроссель контролируют с помощью первого шунта 10, а ток через транзистор 4 - с помощью четвертого шунта 20. Такое управление позволяет получить коэффициент мощности, близкий к единице.