[go: up one dir, main page]

RU2279748C1 - Device for charging an accumulating capacitor - Google Patents

Device for charging an accumulating capacitor Download PDF

Info

Publication number
RU2279748C1
RU2279748C1 RU2005106514/09A RU2005106514A RU2279748C1 RU 2279748 C1 RU2279748 C1 RU 2279748C1 RU 2005106514/09 A RU2005106514/09 A RU 2005106514/09A RU 2005106514 A RU2005106514 A RU 2005106514A RU 2279748 C1 RU2279748 C1 RU 2279748C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inputs
voltage
current
phase
output
Prior art date
Application number
RU2005106514/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
ков Виктор Николаевич Мещер (RU)
Виктор Николаевич Мещеряков
Алексей Анатольевич Коваль (RU)
Алексей Анатольевич Коваль
Original Assignee
Липецкий Государственный Технический Университет (Лгту)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Липецкий Государственный Технический Университет (Лгту) filed Critical Липецкий Государственный Технический Университет (Лгту)
Priority to RU2005106514/09A priority Critical patent/RU2279748C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2279748C1 publication Critical patent/RU2279748C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)

Abstract

FIELD: pulse engineering, in particular, capacitive accumulators of electric energy; possible utilization for realization of methods of so-called "slow" charging during several periods of feeding voltage, for charging capacitive accumulators of electric energy, generators of powerful pulses.
SUBSTANCE: current-limiting batching elements are made in form of inductance coils, bridge transformer is made in form of autonomous voltage inverter based on lockable keys, to outputs of three-phased power source, inputs of three-phased network voltage indicator are connected, outputs of which are connected to some inputs of control block, inputs of three-phased bridge transformer are additionally connected to inputs of phase current indicators, outputs of which are connected to other inputs of control block, to output of three-phased bridge transformer voltage indicator of capacitive accumulator is connected, output of which is connected to other input of control block, to another input of control block, output of block for setting voltage value of accumulator is connected, and to yet another input of control block, output of block for setting speed of accumulator charging is connected. Principles utilized for building control system make it possible to realize in broad spectrum the smooth adjustment of charging speed of capacitive accumulator, while current of practically sinusoidal shape is consumed from the network, and utilization of inductors instead of current-limiting batching capacitors increases reliability of device.
EFFECT: increased charging speed of capacitive accumulator up to voltage, greatly exceeding amplitude of linear voltage of the network.
6 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике и касается емкостных накопителей электрической энергии. Оно может быть использовано при осуществлении способов так называемого «медленного» заряда в течение нескольких периодов питающего напряжения, для заряда емкостных накопителей электрической энергии (ЕНЭЭ), генераторов мощных импульсов.The invention relates to a pulse technique and relates to capacitive storage of electrical energy. It can be used in the implementation of the methods of the so-called "slow" charge for several periods of supply voltage, for charging capacitive electric energy storage devices (UNEE), high-power pulse generators.

Известно устройство для заряда емкостного накопителя энергии, содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выводами, емкостный накопитель энергии, первый дозирующий конденсатор, второй дозирующий конденсатор, одна обкладка которого связана с первым выводом трехфазного источника переменного тока, зарядный тиристор, катод которого подключен к первому выводу емкостного накопителя, четыре вентиля, анод первого вентиля соединен с одной обкладкой первою дозирующего конденсатора, катод второго связан с третьим выводом трехфазного источника переменного тока, анод третьего подключен ко второму выводу трехфазного источника переменного тока и блок управления системой, первый, второй и третий выводы которого связаны с первым, вторым и третьим выводами соответственно трехфазного источника переменного тока, а четвертый и пятый его выводы с управляющим переходом зарядного тиристора, дополнительно снабженое линейным дросселем с двумя выводами и отводом от части витков его обмотки, первый вывод которого подключен к другой обкладке второго дозирующего конденсатора, второй вывод ко второму выводу емкостного накопителя, а отвод к аноду второго вентиля, в качестве первого, третьего и четвертого вентилей применены тиристоры, анод зарядного тиристора подключен к другой обкладке первого дозирующего конденсатора и к катоду третьего вентиля-тиристора, катод первого вентиля-тиристора связан со вторым выводом линейного дросселя, анод четвертого вентиля-тиристора соединен с третьим выводом трехфазного источника переменного тока, а его катод с анодом первого вентиля-тиристора, шестой и седьмой выводы блока управления системой подключены к управляющему переходу первого вентиля-тиристора, восьмой и девятый его выводы к управляющему переходу третьего вентиля-тиристора, десятый и одиннадцатый выводы к управляющему переходу четвертого вентиля-тиристора, двенадцатый и тринадцатый выводы к первому и второму выводам емкостного накопителя, а четырнадцатый и пятнадцатый выводы к одной и другой обкладкам второго дозирующего конденсатора [1].A device for charging a capacitive energy storage device containing a three-phase AC source with three terminals, a capacitive energy storage device, a first metering capacitor, a second metering capacitor, one lining of which is connected to the first output of a three-phase AC source, a charging thyristor, the cathode of which is connected to the first output capacitive storage, four valves, the anode of the first valve is connected to one lining of the first metering capacitor, the cathode of the second is connected to the third terminal of the three-phase of the alternating current source, the anode of the third is connected to the second terminal of the three-phase alternating current source and the system control unit, the first, second and third conclusions of which are connected to the first, second and third terminals of the three-phase alternating current source, and its fourth and fifth conclusions with the control transition a charging thyristor, additionally equipped with a linear inductor with two leads and a tap from a part of the turns of its winding, the first terminal of which is connected to another lining of the second metering capacitor, in the second output to the second output of the capacitive storage, and the outlet to the anode of the second valve, thyristors are used as the first, third and fourth valves, the anode of the charging thyristor is connected to the other plate of the first metering capacitor and to the cathode of the third thyristor valve, the cathode of the first thyristor valve is connected with the second terminal of the linear inductor, the anode of the fourth thyristor valve is connected to the third terminal of the three-phase AC source, and its cathode with the anode of the first thyristor valve, the sixth and seventh conclusions of the unit The system is connected to the control transition of the first thyristor valve, its eighth and ninth conclusions to the control transition of the third thyristor valve, the tenth and eleventh conclusions to the control transition of the fourth thyristor valve, the twelfth and thirteenth conclusions to the first and second conclusions of the capacitive storage, and the fourteenth and the fifteenth conclusions to one and the other plates of the second metering capacitor [1].

Недостатки этого устройства заключаются в следующем: во-первых, оно обеспечивает заряд емкостного накопителя до сравнительно низкого напряжения (низкие удельные энергетические показатели); во-вторых, низкая скорость накопления энергии, а также отсутствие плавного регулирования в широком диапазоне скорости (темпа роста напряжения на обкладках накопительного конденсатора) заряда; в-третьих, потребление из сети тока с высоким коэффициентом несинусоидальности; в-четвертых, схемное решение устройства не позволяет создавать гибкую быстродействующую систему управления.The disadvantages of this device are as follows: firstly, it provides a capacitive storage charge to a relatively low voltage (low specific energy indicators); secondly, the low rate of energy storage, as well as the lack of smooth regulation in a wide range of speeds (the rate of voltage growth on the plates of the storage capacitor) charge; thirdly, the consumption of current from the network with a high coefficient of non-sinusoidality; fourthly, the circuit design of the device does not allow the creation of a flexible high-speed control system.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для заряда емкостного накопителя энергии, содержащее трехфазный источник переменного тока с тремя выходными клеммами, трехфазный двухполупериодный мостовой тиристорный выпрямитель с двумя выходными клеммами для подключения накопительного конденсатора и тремя входными клеммами, каждая из которых через токоограничивающе-дозирующий конденсатор подключена к выходным клеммам источника переменного тока и блоку контроля напряжения и фазового управления тиристорами мостового выпрямителя, снабжено дополнительным тиристором, а блок контроля напряжения и фазового управления тиристорами дополнительным выходом, который подключен к управляющему электроду, катоду тиристора и одной из входных клемм упомянутого выпрямителя, при этом положительная выходная клемма выпрямителя соединена с анодом этого тиристора [2].The closest in technical essence to this invention is a device for charging a capacitive energy storage device containing a three-phase AC source with three output terminals, a three-phase two-half-wave bridge thyristor rectifier with two output terminals for connecting a storage capacitor and three input terminals, each of which is current-limiting the metering capacitor is connected to the output terminals of the AC source and the voltage monitoring and phase control unit the thyristors of the bridge rectifier are equipped with an additional thyristor, and the voltage control and phase control unit of the thyristors has an additional output that is connected to the control electrode, the cathode of the thyristor and one of the input terminals of the rectifier, while the positive output terminal of the rectifier is connected to the anode of this thyristor [2].

Недостатки это устройства: во-первых, ограниченность применения в связи с тем, что оно обеспечивает заряд емкостного накопителя до напряжения, в 3 раза превышающего амплитуду линейного напряжения источника, что свидетельствует о низких удельных энергетических показателях (т.е. отношение мощности, энергии к массе устройства заряда); во-вторых, отсутствие плавного и в широком диапазоне регулирования скорости заряда емкостного накопителя; в-третьих, неудовлетворительная форма потребляемого из питающей сети тока; в-четвертых, наличие менее прихотливых в эксплуатации токоограничивающе-дозирующих конденсаторов.The disadvantages of this device are: firstly, the limited use due to the fact that it provides a capacitive storage charge up to a voltage 3 times the amplitude of the linear voltage of the source, which indicates low specific energy indicators (i.e., the ratio of power, energy to the mass of the charge device); secondly, the lack of a smooth and in a wide range of regulation of the charge speed of the capacitive storage; thirdly, an unsatisfactory form of current consumed from the mains; fourthly, the presence of less capricious in operation current-limiting-dosing capacitors.

Технический результат изобретения заключается в том, что, устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее трехфазный источник питания, выходы которого подключены к одним выводам трех токоограничивающе-дозирующих элементов, другие выводы которых подключены к входам трехфазного мостового преобразователя, выходы которого подключены к накопительному конденсатору, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами трехфазного мостового преобразователя, отличающееся тем, что, токоограничивающе-дозирующие элементы выполнены в виде катушек индуктивности, мостовой преобразователь выполнен в виде автономного инвертора напряжения на запираемых ключах, к выходам трехфазного источника питания дополнительно подключены входы трехфазного датчика сетевого напряжения, выходы которого подключены к одним входам блока управления, входы трехфазного мостового преобразователя дополнительно соединены со входами датчиков тока фаз, выходы которых соединены с другими входами блока управления, к выходу трехфазного мостового преобразователя подключен датчик напряжения емкостного накопителя, выход которого соединен с другим входом блока управления, к другому входу блока управления подключен выход блока задания величины напряжения накопителя, еще к одному входу блока управления подключен выход блока задания темпа заряда накопителя.The technical result of the invention is that, a device for charging a storage capacitor, comprising a three-phase power source, the outputs of which are connected to one terminal of three current-limiting-metering elements, the other terminals of which are connected to the inputs of a three-phase bridge converter, the outputs of which are connected to the storage capacitor, block control, the outputs of which are connected to the control inputs of a three-phase bridge converter, characterized in that, current-limiting-metering the elements are made in the form of inductors, the bridge converter is made in the form of an autonomous voltage inverter with lockable keys, the inputs of the three-phase power supply are additionally connected to the inputs of the three-phase network voltage sensor, the outputs of which are connected to one input of the control unit, the inputs of the three-phase bridge converter are additionally connected to the inputs of the sensors current of phases whose outputs are connected to other inputs of the control unit, yes connected to the output of a three-phase bridge converter the voltage sensor of the capacitive storage device, the output of which is connected to another input of the control unit, the output of the unit for setting the drive voltage is connected to the other input of the control unit, the output of the unit for setting the charge rate of the drive is connected to another input of the control unit.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для заряда накопительного конденсатора; на фиг.2 - принципиальная силовая схема устройства в первом такте работы; на фиг.3 - схема замещения предлагаемого устройства, поясняющая его работу в первом такте; на фиг.4 - схема замещения устройства, поясняющая его работу во втором такте; на фиг.5 - структурная схема блока управления, на фиг.6 - графики, полученные в результате моделирования работы устройства.Figure 1 shows the structural diagram of a device for charging a storage capacitor; figure 2 - schematic power diagram of the device in the first clock cycle; figure 3 - equivalent circuit of the proposed device, explaining its operation in the first cycle; figure 4 - equivalent circuit of the device, explaining his work in the second cycle; figure 5 is a structural diagram of a control unit, figure 6 is a graph obtained by simulating the operation of the device.

Структурная схема устройства для заряда накопительного конденсатора по фиг.1 содержит: трехфазный источник переменного тока 1 с тремя выходными клеммами 2, 3 и 4, к которым присоединены входы датчика трехфазного напряжения сети 5, выходы которого заведены на входы блока управления (БУ) 6, выходные клеммы источника переменного тока также присоединены к одним выводам соответствующих фазных индукторов 7 (фаза А), 8 (фаза В), 9 (фаза С), другие выводы индукторов 7, 8 и 9 соединены с одними выводами датчиков тока 10, 11 и 12 (реализация обратной связи по току), выходы которых заведены на другие входы БУ 6, другие выводы датчиков тока 10, 11, и 12 подключены к входу автономного трехфазного инвертора напряжения (АИН) 13, выполненного на полностью управляемых ключах (IGBT транзисторы) 14, 17, 19, 21, 23 и 25 с обратными диодами 15, 16, 18, 20, 22 и 24, к выходным клеммам инвертора 26 и 27 подключен емкостный накопитель 28, обкладки которого присоединены к входам датчика напряжения накопителя 29, с выхода которого сигнал соответствующий напряжению накопителя поступает в БУ 6, в БУ 6 поступают также сигналы задания величины напряжения накопителя с блока 30 и темпа заряда накопителя с блока 31.The block diagram of the device for charging the storage capacitor in figure 1 contains: a three-phase AC source 1 with three output terminals 2, 3 and 4, to which are connected the inputs of the three-phase voltage sensor of the network 5, the outputs of which are connected to the inputs of the control unit (BU) 6, the output terminals of the AC source are also connected to one terminal of the corresponding phase inductors 7 (phase A), 8 (phase B), 9 (phase C), the other terminals of the inductors 7, 8 and 9 are connected to one terminal of the current sensors 10, 11 and 12 (implementation of current feedback), the outputs of which are connected to other inputs of BU 6, other outputs of current sensors 10, 11, and 12 are connected to the input of an autonomous three-phase voltage inverter (AIN) 13, made on fully controlled keys (IGBT transistors) 14, 17, 19, 21, 23 and 25 with reverse diodes 15, 16, 18, 20, 22 and 24, a capacitive drive 28 is connected to the output terminals of the inverter 26 and 27, the plates of which are connected to the inputs of the drive voltage sensor 29, from the output of which a signal corresponding to the drive voltage is supplied to the control unit 6, control unit 6 also receives voltage reference signals I drive to the unit 30 and the charge storage unit 31 with the tempo.

Рассмотрение работы устройства следует проводить, разбирая два такта работы.A review of the operation of the device should be carried out, disassembling two clock cycles.

Первый такт по принципиальной силовой схеме устройства (см. фиг.2) и схеме замещения (см. фиг.3). Для упрощения описания примем что, конденсатор 28 уже заряжен через обратные диоды ключей (цепь тока заряда, а следовательно, диоды, участвующие в переходном процессе заряда, определяются мгновенными значениями фазных напряжений сети, в момент подключения АИН 13 к сети переменного тока). Результатом переходного процесса станет наличие на обкладках конденсатора 28 напряжения, потенциал которого выше, чем амплитудные значения линейного напряжения сети и протекание тока через обратные диоды невозможно. С этого момента процессом заряда накопительной емкости управляет БУ 6.The first cycle according to the principle power circuit of the device (see figure 2) and equivalent circuit (see figure 3). To simplify the description, we assume that the capacitor 28 is already charged through the reverse diodes of the keys (the charge current circuit, and therefore, the diodes participating in the transient charge process, are determined by the instantaneous values of the phase voltage of the network at the time of connection of the AIN 13 to the alternating current network). The result of the transition process will be the presence on the plates of the capacitor 28 voltage, the potential of which is higher than the amplitude values of the line voltage of the network and the flow of current through the return diodes is impossible. From this moment, the charge storage process is controlled by control unit 6.

БУ 6 управляет устройством с выполнением приоритетных требований:BU 6 controls the device with the fulfillment of priority requirements:

- потребление из сети токов с формой, максимально приближенной к синусоидальной;- consumption from a network of currents with a shape as close as possible to a sinusoidal one;

- коэффициент мощности устройства, близкий к единице;- device power factor close to unity;

- возможность обеспечения максимально возможного быстродействия процесса накопления энергии в накопителе.- the ability to provide the highest possible speed of the process of energy storage in the drive.

Разберем процесс накопления энергии, за начало примем момент времени t1, соответствующий моменту смены знака напряжения фазы А с отрицательной полуволны на положительную.We analyze the process of energy storage, for the beginning we take the time moment t 1 corresponding to the moment of changing the sign of the voltage of phase A from the negative half-wave to the positive.

По фиг.3 рассмотрим первый такт работы устройства.In Fig.3 we consider the first cycle of the device.

БУ 6 формирует управляющие импульсы на открытие транзисторов 17, 19 и 25. В результате образуются цепи для протекания системы трехфазных токов i2(t), i3(t), i4(t).BU 6 generates control pulses for opening the transistors 17, 19 and 25. As a result, circuits are formed for the flow of a system of three-phase currents i 2 (t), i 3 (t), i 4 (t).

По фиг.3 цепью для тока i2 является 2-7-17-27-28-26-19-8-3, т.о. напряжение конденсатора 28 оказывается включенным согласно с линейным напряжением u23(t) (здесь и далее пунктиром изображен элемент, через который ток не протекает) и, как следствие, переходный процесс по току i2(t) характеризуется его ростом. Этот процесс можно описать уравнениями:In Fig. 3, the circuit for current i 2 is 2-7-17-27-28-26-19-8-3, i.e. the voltage of the capacitor 28 is turned on in accordance with the linear voltage u 23 (t) (hereinafter, the dotted line shows the element through which the current does not flow) and, as a consequence, the transient current i 2 (t) is characterized by its growth. This process can be described by the equations:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где С - емкость накопительного конденсатора 28;where C is the capacity of the storage capacitor 28;

iA(t)=i2(t) мгновенное значение тока фазы А;i A (t) = i 2 (t) instantaneous value of phase A current;

RA - активное сопротивление индуктора 7 фазы А;R A is the active resistance of the inductor 7 phase A;

LA - индуктивность индуктора 7 фазы А;L A - inductance of the inductor 7 phase A;

LB - индуктивность индуктора 8 фазы В;L B - inductance of the inductor 8 phase B;

RB - активное сопротивление индуктора 8 фазы В;R B - the active resistance of the inductor 8 phase;

uAB(t)=u23(t) - линейное сетевое напряжение между фазами АВ.u AB (t) = u 23 (t) is the line voltage between the phases of the AB.

На фиг.3 показана цепь протекания тока i4(t) 4-9-25-27-28-26-19-8-3, т.о. напряжение конденсатора 28 оказывается включенным согласно с линейным напряжением UBC, как следствие, переходный процесс по току i4(t) характеризуется его ростом. Этот процесс можно описать уравнениями:Figure 3 shows the current flow circuit i 4 (t) 4-9-25-27-28-26-19-8-3, i.e. the voltage of the capacitor 28 is turned on in accordance with the linear voltage U BC , as a consequence, the transient current i 4 (t) is characterized by its growth. This process can be described by the equations:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где iC(t)=iA(t) мгновенное значение тока фазы С;where i C (t) = i A (t) is the instantaneous value of the phase C current;

LC - индуктивность индуктора 9 фазы С;L C - inductance of the inductor 9 phase C;

RC - активное сопротивление индуктора 9 фазы С;R C is the active resistance of the inductor 9 phase C;

uBC(t)=u34(t) - линейное сетевое напряжение между фазами ВС.u BC (t) = u 34 (t) is the line voltage between the phases of the aircraft.

По фиг.3 цепью для тока i3(t) является две параллельных ветви токов i2(t) и i4(t), поэтому мгновенное значение тока i3(t) равно сумме этих токов:In Fig. 3, the circuit for current i 3 (t) is two parallel branches of currents i 2 (t) and i 4 (t), therefore, the instantaneous value of current i 3 (t) is equal to the sum of these currents:

Figure 00000006
Figure 00000006

Производные фактических токов фаз достаточно высоки, в результате они превысят заданный ток, БУ 6 отработает на уменьшение тока фаз, а именно отключит ключи 17, 19 и 25. Этот момент обозначен как t2.The derivatives of the actual phase currents are quite high, as a result they will exceed the set current, the control unit 6 will work to reduce the phase current, namely, it will turn off the keys 17, 19 and 25. This moment is designated as t 2 .

С этого момента прекращается рост токов фаз, а энергия магнитного поля, накопленная в магнитном поле индукторов 7, 8 и 9, начинает поддерживать ток в том же направлении. Направление токов для фаз сохранится, но при этом изменится цепь их протекания в АИН. В этом случае цепями для передачи энергии магнитного поля индукторов являются обратные диоды ключей.From this moment, the growth of phase currents ceases, and the energy of the magnetic field accumulated in the magnetic field of the inductors 7, 8 and 9 begins to maintain the current in the same direction. The direction of the currents for the phases will be preserved, but the chain of their flow in the AIN will change. In this case, the circuits for transmitting the energy of the magnetic field of the inductors are the reverse diodes of the keys.

Рассмотрим второй такт работы устройства (см. фиг.4).Consider the second cycle of the device (see figure 4).

На фиг.4 показана цепь для протекания тока i2(t) 2-7-15-26-28-27-20-8-3, т.о. напряжение конденсатора 28 оказывается включенным встречно линейному напряжению u23(t), как следствие, переходный процесс по току i2(t) характеризуется его уменьшением. Этот процесс можно описать уравнениями:Figure 4 shows the circuit for the flow of current i 2 (t) 2-7-15-26-28-27-20-8-3, i.e. the voltage of the capacitor 28 is turned on opposite to the linear voltage u 23 (t), as a result, the transient current i 2 (t) is characterized by its decrease. This process can be described by the equations:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

По фиг.4 цепью для тока i4(t) является 4-9-22-26-28-27-20-8-3, т.о. напряжение конденсатора 28 оказывается включенным встречно линейному напряжению UBC, как следствие, переходный процесс но току i4(t) характеризуется его уменьшением. Этот процесс можно описать уравнениями:In Fig. 4, the circuit for current i 4 (t) is 4-9-22-26-28-27-20-8-3, i.e. the voltage of the capacitor 28 turns on opposite to the linear voltage U BC , as a result, the transient process but the current i 4 (t) is characterized by its decrease. This process can be described by the equations:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

По фиг.4 цепью для тока i3(t) являются две параллельные ветви токов i2(t) и i4(t), поэтому мгновенное значение тока i3(t) равно сумме этих токов по выражению (5).In Fig. 4, the circuit for current i 3 (t) is two parallel branches of currents i 2 (t) and i 4 (t), therefore, the instantaneous value of current i 3 (t) is equal to the sum of these currents according to expression (5).

Процесс заряда накопительной емкости 28 сопровождается снижением токов ниже заданных величин, БУ 6 работает на увеличение токов фаз, при этом выдает сигналы на открытие ключей 17, 19, и 25, далее процессы повторяются.The process of charging the storage capacity 28 is accompanied by a decrease in currents below predetermined values, the control unit 6 works to increase the phase currents, while it gives signals to open the keys 17, 19, and 25, then the processes are repeated.

Энергетически процесс накопления электрической энергии в емкостном накопителе представляет собой следующие последовательные процессы: первый такт - накопление энергии в магнитном поле индукторов 7, 8 и 9, второй такт - отдача этой энергии в накопитель 28, т.е. преобразование энергии магнитного поля индукторов 7, 8 и 9 в энергию электрического поля конденсатора 28. За эти два такта в конденсаторе увеличится запасенная энергия на величину:Energetically, the process of accumulating electric energy in a capacitive storage is the following sequential processes: the first cycle is the accumulation of energy in the magnetic field of the inductors 7, 8 and 9, the second cycle is the transfer of this energy to the storage 28, i.e. the conversion of the energy of the magnetic field of the inductors 7, 8 and 9 into the energy of the electric field of the capacitor 28. During these two cycles, the stored energy in the capacitor will increase by:

Figure 00000011
Figure 00000011

где ΔUC - приращение напряжения на обкладках конденсатора 28.where ΔU C is the voltage increment on the plates of the capacitor 28.

В следующем такте накопления энергии в магнитном поле индукторов 7, 8 и 9 предыдущее приращение ΔUC к напряжению конденсатора 28 приведет к увеличению производных токов

Figure 00000012
, что в последующем такте отдачи приведет к увеличению отдаваемой энергии магнитного поля индукторов 7,8 и 9. Следующее приращение ΔUC влияет на процесс аналогичным образом и так далее.In the next cycle of energy storage in the magnetic field of the inductors 7, 8 and 9, the previous increment ΔU C to the voltage of the capacitor 28 will lead to an increase in the derivative currents
Figure 00000012
, which in the subsequent cycle of return will lead to an increase in the supplied energy of the magnetic field of the inductors 7.8 and 9. The next increment ΔU C affects the process in a similar way and so on.

Таким образом, накопление характеризуется процессом «раскачки» системы индукторов 7, 8 и 9 накопителя 28, в котором каждый предыдущий такт накопления подпитывает последующий. Это позволяет сделать вывод о возможности полупериодного увеличения амплитуд токов фаз:Thus, the accumulation is characterized by the process of "buildup" of the system of inductors 7, 8 and 9 of the accumulator 28, in which each previous accumulation cycle feeds the next. This allows us to conclude about the possibility of a half-period increase in the amplitudes of the phase currents:

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

где ΔIm - приращение амплитуд фазных токов.where ΔI m is the increment of the amplitudes of the phase currents.

В данном устройстве применен принцип накопления с неизменными амплитудами фазных токов, при этом функциональная зависимость напряжения емкости от времени uC(t) близка к гиперболе. Заданная амплитуда токов фаз определяет темп роста uC(t). В этом случае максимально возможное напряжение накопительного конденсатора, а также максимальная скорость накопления определяются допустимыми характеристиками элементов схемы устройства, таких как максимально допустимый ток транзисторов, частота коммутаций, максимально допустимое напряжение на емкости и т.д.This device uses the principle of accumulation with constant amplitudes of phase currents, while the functional dependence of the capacitance voltage on time u C (t) is close to a hyperbole. The given amplitude of the phase currents determines the growth rate u C (t). In this case, the maximum possible voltage of the storage capacitor, as well as the maximum accumulation rate, are determined by the acceptable characteristics of the elements of the device circuit, such as the maximum allowable current of transistors, the switching frequency, the maximum allowable voltage on the capacitance, etc.

Рассмотрим работу БУ 6 (см. фиг.5). БУ 6 контролирует текущее значение напряжения на обкладках накопительной емкости 28, сравнивая сигнал, пропорциональный этому напряжению uCk(t), поступающий на вход 32, с заданной величиной U*C, поступающей на вход 33, в блоке сравнения 34 определяется разность (U*C-uCk(t)). Выход блока 34 присоединен к входу релейного блока 35, в котором происходит формирование логического сигнала блокировки подачи управляющих импульсов ключей АИН и отключения режима накопления на основании сравнения входной величины с заданной уставкой. Выход блока 35 заведен в СИФУ АИН 36. Темп заряда определяется величиной амплитуды токов фаз, сигнал пропорциональный амплитуде поступает из блока 31 на вход 37 БУ 6. Формирование заданных фазных токов выполняется по трем параллельным ветвям. Рассмотрим канал управления током фазы А. Заданием для каждой цепочки является задание амплитуды токов Im 37, которое поступает на входы блоков умножения 38, 39 и 40. На второй вход блока 38 приходит сигнал с выхода блока преобразования 41, на вход 42 которого поступает сигнал пропорциональный напряжению фазы А. Коэффициентом блока 41 является отношениеConsider the work of BU 6 (see figure 5). BU 6 controls the current voltage value on the plates of the storage capacitance 28, comparing the signal proportional to this voltage u Ck (t) supplied to input 32 with a given value U * C supplied to input 33, the difference (U * C -u Ck (t)). The output of block 34 is connected to the input of the relay block 35, in which a logical signal is generated to block the supply of control pulses of the AIN keys and turn off the accumulation mode based on a comparison of the input value with a given setpoint. The output of block 35 is connected to SIFU AIN 36. The charge rate is determined by the magnitude of the amplitude of the phase currents, a signal proportional to the amplitude comes from block 31 to input 37 of the control unit 6. The formation of the specified phase currents is performed along three parallel branches. Consider the phase A current control channel. The task for each chain is to set the current amplitude I m 37, which is fed to the inputs of the multiplication units 38, 39, and 40. The signal from the output of the conversion unit 41 comes to the second input of the block 38, and the signal 42 proportional to the voltage of phase A. The coefficient of block 41 is the ratio

Figure 00000016
Figure 00000016

где Um.oc. - амплитуда сигнала обратной связи фазного напряжения.where U m.oc. - the amplitude of the feedback signal phase voltage.

В результате на выходе блока 41 будет получен сигнал:As a result, the output of block 41 will receive a signal:

Figure 00000017
Figure 00000017

Т.о. на выходе блока 38:T.O. at the output of block 38:

Figure 00000018
Figure 00000018

Выход блока 38 приходит на вход блока сравнения 43, в котором величина заданного тока сравнивается с обратной связью по току 44 i2ist(t).The output of block 38 comes to the input of the comparison block 43, in which the value of the specified current is compared with the current feedback 44 i 2ist (t).

Выход блока 43 поступает в СИФУ АИН 36.The output of block 43 goes to SIFU AIN 36.

Аналогично работают каналы токов i3*(t), i4*(t).The channels of currents i 3 * (t), i 4 * (t) work similarly.

При построении БУ 6 на базе микропроцессорной техники достигается высокое быстродействие, точность, универсальность и адаптивность устройства, что значительно расширяет сферу его применения.When building BU 6 on the basis of microprocessor technology, high performance, accuracy, versatility and adaptability of the device are achieved, which greatly expands the scope of its application.

На фиг.6 представлены результаты моделирования трехфазного управляемого емкостного накопителя с использованием программы MatLab R12 6.0 в пакете Simulink 4.0 с расширением Power System Blockset.Figure 6 presents the simulation results of a three-phase controlled capacitive storage using the MatLab R12 6.0 program in the Simulink 4.0 package with the extension Power System Blockset.

По фиг.6 за время моделирования 0,1 с напряжение на обкладках конденсатора емкостью 1000 мкФ, превысило амплитуду фазных напряжений более чем в 20 раз, при этом из сети потреблялся практически синусоидальный ток (время неуправляемого самопроизвольного заряда емкости в результате переходного процесса незначительно, оно составляет около 25% от полупериода питающего напряжения).In Fig. 6, during the simulation 0.1 s, the voltage across the plates of a capacitor with a capacity of 1000 μF exceeded the amplitude of the phase voltages by more than 20 times, while a practically sinusoidal current was consumed from the network (the time of uncontrolled spontaneous charge of the capacitance as a result of the transient process is insignificant, it is about 25% of the half-cycle of the supply voltage).

Таким образом, замена токоограничивающе-дозирующих конденсаторов на индукторы подпитки и использование вместо тиристоров в трехфазном двухполупериодном мостовом управляемом выпрямителе запираемых ключей и включенными параллельно с ними обратными диодами привела к изменению принципа накопления энергии в накопителе в отличие от прототипа. В результате представленное устройство обеспечивает высокую скорость заряда емкостного накопителя до напряжения превышающего амплитуду линейного напряжения сети на несколько порядков, что свидетельствует о высоких удельных энергетических показателях. Принципы построения БУ 6 позволяют реализовать в широком диапазоне плавное регулирование скорости заряда емкостного накопителя, при этом из сети потребляется ток практически синусоидальной формы, а использование индукторов вместо токоограничивающе-дозирующих конденсаторов повышает надежность устройства.Thus, the replacement of current-limiting-dosing capacitors with make-up inductors and the use of lockable keys and reverse diodes connected in parallel with them in thyristors in a three-phase two-half-wave bridge controlled rectifier led to a change in the principle of energy storage in the drive, unlike the prototype. As a result, the presented device provides a high charge speed of a capacitive storage device to a voltage exceeding the amplitude of the line voltage of the network by several orders of magnitude, which indicates a high specific energy performance. The principles of BU 6 construction allow to realize a wide range of smooth regulation of the charge speed of a capacitive storage, while the current is consumed in a practically sinusoidal form from the network, and the use of inductors instead of current-limiting-dosing capacitors increases the reliability of the device.

Источники информацииInformation sources

1. Устройство для зарядки накопительного конденсатора. Додотченко В.В., Николаев А.Г., Быстров В.К.; RU № 2071167 C1, 6 Н 03 К 3/53 1996.1. Device for charging a storage capacitor. Dodotchenko V.V., Nikolaev A.G., Bystrov V.K .; RU No. 2071167 C1, 6 H 03 K 3/53 1996.

2. Способ заряда емкостного накопителя электрической энергии и устройства для его осуществления (варианты). Николаев А.Г., Быстров В.К.; RU № 2218654 С2, Н 02 М 7/162, 2003.2. The method of charging a capacitive electric energy storage device and a device for its implementation (options). Nikolaev A.G., Bystrov V.K .; RU No. 2218654 C2, N 02 M 7/162, 2003.

Claims (1)

Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее трехфазный источник питания, выходы которого подключены к одним выводам трех токоограничивающе-дозирующих элементов, другие выводы которых подключены к входам трехфазного мостового преобразователя, выходы которого подключены к накопительному конденсатору, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами трехфазного мостового преобразователя, отличающееся тем, что токоограничивающе-дозирующие элементы выполнены в виде катушек индуктивности, мостовой преобразователь выполнен в виде автономного инвертора напряжения на запираемых ключах, к выходам трехфазного источника питания дополнительно подключены входы трехфазного датчика сетевого напряжения, выходы которого подключены к одним входам блока управления, входы трехфазного мостового преобразователя дополнительно соединены со входами датчиков тока фаз, выходы которых соединены с другими входами блока управления, к выходу трехфазного мостового преобразователя подключен датчик напряжения емкостного накопителя, выход которого соединен с другим входом блока управления, к другому входу блока управления подключен выход блока задания величины напряжения накопителя, еще к одному входу блока управления подключен выход блока задания темпа заряда накопителя.A device for charging a storage capacitor, comprising a three-phase power source, the outputs of which are connected to one terminal of three current-limiting metering elements, the other terminals of which are connected to the inputs of a three-phase bridge converter, the outputs of which are connected to a storage capacitor, a control unit whose outputs are connected to the control inputs of a three-phase bridge converter, characterized in that the current-limiting-metering elements are made in the form of inductors, bridge the converter is made in the form of an autonomous voltage inverter with lockable keys, the inputs of the three-phase power supply are additionally connected to the inputs of the three-phase network voltage sensor, the outputs of which are connected to one input of the control unit, the inputs of the three-phase bridge converter are additionally connected to the inputs of the phase current sensors, the outputs of which are connected to other inputs of the control unit, the voltage sensor of the capacitive storage device is connected to the output of the three-phase bridge converter, the output of which is Inonii to another input of the control unit, to the other input of the control unit connected to the output voltage reference value storage unit back to one input of a control unit connected to the output drive charging rate setting unit.
RU2005106514/09A 2005-03-09 2005-03-09 Device for charging an accumulating capacitor RU2279748C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005106514/09A RU2279748C1 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Device for charging an accumulating capacitor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005106514/09A RU2279748C1 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Device for charging an accumulating capacitor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2279748C1 true RU2279748C1 (en) 2006-07-10

Family

ID=36830804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005106514/09A RU2279748C1 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Device for charging an accumulating capacitor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2279748C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2351064C1 (en) * 2007-07-11 2009-03-27 Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН Method of electric energy recuperation in impulse aggregates, and device for method implementation
RU2368052C1 (en) * 2008-02-13 2009-09-20 Открытое акционерное общество "Атомэнергопроект" (ОАО "Атомэнергопроект") Device for charging storage capacitor
RU2503113C1 (en) * 2012-06-18 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Device for charging of accumulating capacitor
RU2536704C1 (en) * 2013-05-06 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Storage capacitor charge arrangement
RU2549164C2 (en) * 2013-01-14 2015-04-20 Открытое акционерное общество "Енисейгеофизика" Storage capacitor charge arrangement
RU2564137C1 (en) * 2014-08-19 2015-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Device for limiting charge current of load capacitor
RU223926U1 (en) * 2023-09-22 2024-03-07 Юрий Николаевич Цыбин Energy storage device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU748661A1 (en) * 1978-05-17 1980-07-15 Войсковая Часть 44388-Р/П Charging system
GB2393860A (en) * 2002-09-27 2004-04-07 Zap Wireless Technologies Ltd Variable positioning of devices being inductively charged

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU748661A1 (en) * 1978-05-17 1980-07-15 Войсковая Часть 44388-Р/П Charging system
GB2393860A (en) * 2002-09-27 2004-04-07 Zap Wireless Technologies Ltd Variable positioning of devices being inductively charged

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2351064C1 (en) * 2007-07-11 2009-03-27 Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН Method of electric energy recuperation in impulse aggregates, and device for method implementation
RU2368052C1 (en) * 2008-02-13 2009-09-20 Открытое акционерное общество "Атомэнергопроект" (ОАО "Атомэнергопроект") Device for charging storage capacitor
RU2503113C1 (en) * 2012-06-18 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Device for charging of accumulating capacitor
RU2503113C9 (en) * 2012-06-18 2014-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Device for charging of accumulating capacitor
RU2549164C2 (en) * 2013-01-14 2015-04-20 Открытое акционерное общество "Енисейгеофизика" Storage capacitor charge arrangement
RU2536704C1 (en) * 2013-05-06 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" Storage capacitor charge arrangement
RU2564137C1 (en) * 2014-08-19 2015-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Device for limiting charge current of load capacitor
RU223926U1 (en) * 2023-09-22 2024-03-07 Юрий Николаевич Цыбин Energy storage device
RU226244U1 (en) * 2023-12-27 2024-05-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Semiconductor current limiting device for DC networks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Erickson et al. Fundamentals of power electronics
US9577541B2 (en) Single switch infinite-level power inverters
EP2001113A2 (en) Isolated high power bi-directional DC-DC converter
Florescu et al. The advantages, limitations and disadvantages of Z-source inverter
WO2011089483A1 (en) Dc to dc power converter
CN107659150A (en) The direct current energy transform method and system that DCDC modules automatically switch
Ancuti et al. Boost interleaved PFC versus bridgeless boost interleaved PFC converter performance/efficiency analysis
Lin et al. Single-phase three-level PWM rectifier
Tattiwong et al. Analysis design and experimental verification of a quadratic boost converter
Prajof et al. Novel boost-SEPIC type interleaved dc-dc converter for low-voltage bipolar dc microgrid-tied solar pv applications
RU2279748C1 (en) Device for charging an accumulating capacitor
Jha et al. Hardware implementation of single phase power factor correction system using micro-controller
Prasanth et al. Investigation of four phase interleaved boost converter under open loop and closed loop control schemes for battery charging applications
CA2709100A1 (en) Power converter
Jin et al. Single-inductor multiple-output inverter with precise and independent output voltage regulation
Priya et al. Analysis of multidevice interleaved boost converter for high power applications
Rakhi et al. Simulation analysis of half bridge series parallel resonant converter based battery charger for photovoltaic system
Xie et al. A step-up series-parallel resonant switched-capacitor converter with extended line regulation range
Wu et al. A switched-capacitor DC-DC converter with unequal duty cycle for ripple reduction and efficiency improvement
Khadse et al. Design of battery storage system for Microgrid
RU2510871C1 (en) Method for dc voltage pulse conversion and device for its implementation
SCHEME Single phase multilevel inverter based on a novel switching scheme using buck converter
RU2218654C2 (en) Method and devices for charging electrical energy storage capacitor
Young et al. Transformerless high step-up DC-DC converter with Cockcroft-Walton voltage multiplier
Gangavarapu et al. Analysis and design of three phase single stage isolated flyback based PFC converter with a novel clamping circuit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070310