RU2269196C1 - Voltage converter built around combined circuit arrangement - Google Patents

Voltage converter built around combined circuit arrangement Download PDF

Info

Publication number
RU2269196C1
RU2269196C1 RU2004122340/09A RU2004122340A RU2269196C1 RU 2269196 C1 RU2269196 C1 RU 2269196C1 RU 2004122340/09 A RU2004122340/09 A RU 2004122340/09A RU 2004122340 A RU2004122340 A RU 2004122340A RU 2269196 C1 RU2269196 C1 RU 2269196C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
switching
phase
inverter
voltage
series
Prior art date
Application number
RU2004122340/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Маркович Мустафа (RU)
Георгий Маркович Мустафа
Юрий Михайлович Сеннов (RU)
Юрий Михайлович Сеннов
Ирина Борисовна Луганска (RU)
Ирина Борисовна Луганская
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина"
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 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" filed Critical Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина"
Priority to RU2004122340/09A priority Critical patent/RU2269196C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2269196C1 publication Critical patent/RU2269196C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487Neutral point clamped inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: regulation and reactive power correction in power systems; inverters for high-voltage frequency-controlled electric drives.
SUBSTANCE: proposed converter is built around combined circuit arrangement incorporating three-phase bridge circuit of voltage inverter (with series-interconnected semiconductor devices of IGCT, IGBT, and other types) with one or more series-interconnected single-phase bridge voltage converters (whose semiconductor devices are not interconnected in series)connected to each of its phase outputs. All change-over operations are made in three-phase bridge circuit whose arms form valves with series-interconnected semiconductor devices and which forms output voltage base of converter at low frequency (such as that equal to supply mains frequency). Bridge arms incorporating series-interconnected semiconductor devices having different on/off delay times are changed over by means of switching circuits specially inserted in circuit.
EFFECT: enhanced reliability reduced power loss in building converter combined circuit, reduced dynamic loss in semiconductor devices.
3 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к высоковольтным преобразователям, требующим использование последовательного соединения полупроводниковых управляемых приборов, и предназначено для устройства регулирования и компенсации реактивной мощности в энергосистемах. Такой преобразователь может быть использован также в качестве инвертора в высоковольтном частотно-регулируемом электроприводе.The invention relates to a converter technique, namely to high-voltage converters requiring the use of serial connection of semiconductor controlled devices, and is intended for a device for regulating and compensating reactive power in power systems. Such a converter can also be used as an inverter in a high-voltage frequency-controlled electric drive.

Известно применение в устройствах для регулирования и компенсации реактивной мощности в энергосистемах трехуровневого широтно-импульсного преобразователя [1]. Это самое простое по конфигурации техническое решение, но для осуществления его требуются высокочастотные переключения. Для реализации такого преобразователя в классе более высоких напряжений необходимо использование последовательного соединения управляемых полупроводниковых приборов. Даже при незначительном разбросе по времени запаздывания выключения (turn off) и включения (turn on) в последовательно соединенных приборах для выравнивания напряжений требуются делящие цепи значительной мощности, потери энергии в которых многократно выше динамических потерь энергии в самом приборе. Теоретически возможно также производить подбор идентичных приборов без делящих цепей, но на практике он не реализуем. Схемы с трансформаторным сложением, когда напряжения нескольких инверторов складываются с помощью специальных промежуточных трансформаторов требуют дополнительных затрат.Known application in devices for regulating and compensating reactive power in power systems of a three-level pulse-width converter [1]. This is the simplest configuration solution, but it requires high-frequency switching to implement it. To implement such a converter in the higher voltage class, it is necessary to use a series connection of controlled semiconductor devices. Even with a slight spread in turn-off and turn-on delays in series-connected devices, voltage equalization requires dividing circuits of significant power, the energy loss of which is many times higher than the dynamic energy loss in the device itself. Theoretically, it is also possible to select identical devices without dividing circuits, but in practice it is not feasible. Circuits with transformer addition, when the voltages of several inverters are added using special intermediate transformers, require additional costs.

Известны преобразователи для регулируемого электропривода, выполненные по комбинированной схеме [2], состоящей из трехфазного двухуровневого (формирующего два уровня напряжения: положительное и отрицательное) или трехуровневого (формирующего три уровня напряжения: положительное, отрицательное и нулевое) базового инвертора напряжения, одной или нескольких последовательно соединенных однофазных мостовых инверторных схем в каждой фазе на выходе базового инвертора и системы управления всеми инверторами широтно-импульсным способом. Этот вариант наиболее близок к настоящему изобретению. И двухуровневый и трехуровневый базовый трехфазный инвертор выполняется на уровень напряжения, в несколько раз превышающий напряжение в однофазных мостовых схемах, и формирует основу напряжения, близкую по эффективному значению, но неудовлетворительную по форме. При этом частота коммутаций трехфазного инвертора намного ниже частоты коммутаций в однофазных мостовых схемах. Однофазные мостовые инверторы формируют добавку к основе. В результате формируется суммарный сигнал нужной формы. Это хорошее техническое решение для напряжений порядка 6-7 кВ (как указано в [2]). Для реализации такого преобразователя в классе более высоких напряжений требуется использование последовательного соединения полупроводниковых приборов и в этом случае так же, как и в [1], для выравнивания напряжений требуются делящие цепи значительной мощности, потери энергии в которых многократно выше динамических потерь энергии в самом приборе.Known converters for a controlled electric drive, made according to a combined circuit [2], consisting of a three-phase two-level (forming two voltage levels: positive and negative) or three-level (forming three voltage levels: positive, negative and zero) of the base voltage inverter, one or more in series connected single-phase bridge inverter circuits in each phase at the output of the base inverter and the control system of all inverters in a pulse-width manner. This embodiment is closest to the present invention. Both the two-level and three-level basic three-phase inverters are executed at a voltage level several times higher than the voltage in single-phase bridge circuits, and forms the voltage base, which is close in effective value, but unsatisfactory in shape. Moreover, the switching frequency of a three-phase inverter is much lower than the switching frequency in single-phase bridge circuits. Single-phase bridge inverters add to the base. As a result, a total signal of the desired shape is formed. This is a good technical solution for voltages of the order of 6–7 kV (as indicated in [2]). To implement such a converter in the higher voltage class, the use of serial connection of semiconductor devices is required, and in this case, as in [1], voltage equalization requires dividing circuits of significant power, the energy loss of which is many times higher than the dynamic energy loss in the device itself .

Известно изобретение [3], дающее снижение динамических потерь транзисторов в транзисторном инверторе, выполненном по мостовой схеме, путем введения в каждое плечо дополнительной цепочки, уменьшающей скорость нарастания напряжения на каждом из транзисторов, за счет уменьшения скорости нарастания разрядного тока конденсаторов. Применение преобразователя с такими цепочками в двухуровневой трехфазной схеме возможно, но предполагает низкую частоту коммутаций и, следовательно, качество выходного напряжения преобразователя оказывается для поставленных задач неудовлетворительным. В трехфазной трехуровневой схеме предложенные цепочки не работают.The invention is known [3], which reduces the dynamic losses of transistors in a transistor inverter made according to a bridge circuit by introducing into each arm an additional circuit that reduces the slew rate of the voltage across each of the transistors by reducing the slew rate of the capacitor discharge current. The use of a converter with such chains in a two-level three-phase circuit is possible, but assumes a low switching frequency and, therefore, the quality of the output voltage of the converter is unsatisfactory for the tasks. In the three-phase three-level circuit, the proposed chains do not work.

Цель настоящего изобретения заключается в повышении надежности и снижении потерь мощности при построении комбинированной схемы высоковольтного преобразователя, использующего последовательное соединение полупроводниковых управляемых приборов. Техническое решение позволяет применить последовательное соединение приборов, в которых имеется разброс по времени запаздывания выключения (turn off) и включения (turn on).The purpose of the present invention is to increase reliability and reduce power losses when constructing a combined circuit of a high voltage converter using a serial connection of semiconductor controlled devices. The technical solution allows the serial connection of devices in which there is a spread in the delay time for turning off (turn off) and turning on (turn on).

Достижение указанной цели в преобразователе напряжения, выполненном по комбинированной схеме, включающей в себя базовый трехфазный мостовой инвертор напряжения на вентилях, образованных последовательно соединенными управляемыми полупроводниковыми приборами в каждом плече моста, имеющий двух-, трех- и более многоуровневую структуру, и однофазные мостовые инверторы напряжения, подключенные к каждому фазному выходу базового инвертора по одному или несколько соединенные последовательно по переменному току в каждой фазе, обеспечивается введением в каждое плечо базового инвертора коммутирующих цепочек из последовательно соединенных конденсатора и коммутирующих диодов, а также коммутирующих реакторов, включенных последовательно с вентилем плеча соответственно со стороны плюсовой или минусовой шины базового инвертора и/или его фазного выхода, причем диоды коммутирующих цепочек подключены непосредственно к вентилю плеча согласно с ним относительно коммутирующих реакторов. Введенные в схему базового инвертора конденсаторы включены параллельно вентилям плеч и отделены от них коммутирующими диодами. Также в каждую фазу базового инвертора введены рекуперирующие блоки, осуществляющие возврат энергии коммутации в конденсаторы постоянного напряжения. Рекуперирующие блоки, выходами включенные между шинами постоянного тока базового инвертора, входами включены соответственно между плюсовой шиной, минусовой шиной или фазным выводом и точками соединения конденсаторов и диодов коммутирующих цепочек. При вышеизложенном построении схемы выбран алгоритм управления, в соответствии с которым осуществляются переключения базовой схемы на низкой частоте, сопоставимой с частотой сети, благодаря чему не требуется быстрой коммутации. Формирование отслеживаемого сигнала происходит на размещенных каскадно однофазных инверторных мостах за счет широтно-импульсной модуляции в каждой мостовой схеме и сдвига в управлении каждым из однофазных мостов, причем более высокая частота коммутации в них возможна, так как последовательного соединения полупроводниковых приборов не предполагается.Achieving this goal in a voltage converter made according to a combined circuit, which includes a basic three-phase bridge voltage inverter for gates formed by series-connected controlled semiconductor devices in each arm of the bridge, having a two-, three- or more multi-level structure, and single-phase bridge voltage inverters connected to each phase output of the base inverter, one or more connected in series by alternating current in each phase, is provided introducing into each arm of the base inverter switching circuits from series-connected capacitor and switching diodes, as well as switching reactors connected in series with the shoulder valve, respectively, from the plus or minus side of the base inverter and / or its phase output, and the switching circuit diodes connected directly to the valve shoulder according to him regarding switching reactors. The capacitors introduced into the basic inverter circuit are connected in parallel to the arm valves and are separated from them by switching diodes. Also, in each phase of the base inverter, regenerative units are introduced that return switching energy to DC voltage capacitors. The recuperating units, the outputs included between the DC bus of the base inverter, the inputs are connected respectively between the positive bus, negative bus or phase output and the connection points of the capacitors and diodes of the switching circuits. In the above construction of the circuit, a control algorithm is selected according to which the base circuit is switched at a low frequency comparable to the network frequency, so fast switching is not required. The formation of the monitored signal occurs on cascaded single-phase inverter bridges due to pulse-width modulation in each bridge circuit and a shift in the control of each of the single-phase bridges, with a higher switching frequency possible, since serial connection of semiconductor devices is not supposed.

Для пояснения существа изобретения на фиг.1а представлена структурная схема преобразователя для регулирования и компенсации реактивной мощности в системах электропитания электросетей, основа выходного напряжения в котором формируется с помощью трехуровневого трехфазного мостового инвертора;To clarify the invention, Fig. 1a shows a block diagram of a converter for regulating and compensating reactive power in power supply systems of electric networks, the basis of the output voltage in which is formed using a three-level three-phase bridge inverter;

на фиг.1б приведена структурная схема фазы трехуровневого трехфазного мостового инвертора;on figb shows a structural diagram of the phase of a three-level three-phase bridge inverter;

на фиг.1в приведена структурная схема блоков рекуперации энергии, используемых в фазах трехфазного инвертора;on figv shows a block diagram of energy recovery units used in the phases of a three-phase inverter;

на фиг.2а представлена структурная схема преобразователя, основа выходного напряжения в котором формируется с помощью двухуровневого трехфазного мостового инвертора;on figa presents a structural diagram of the Converter, the basis of the output voltage in which is formed using a two-level three-phase bridge inverter;

на фиг.2б приведена структурная схема фазы двухуровневого трехфазного мостового инвертора;on figb shows a structural diagram of the phase of a two-level three-phase bridge inverter;

на фиг.2в приведена структурная схема фазы двухуровневого трехфазного мостового инвертора с включением коммутирующих реакторов в средней точке фазы;on figv shows a structural diagram of the phase of a two-level three-phase bridge inverter with the inclusion of switching reactors in the midpoint of the phase;

на фиг.3 приведена структура системы управления преобразователя;figure 3 shows the structure of the control system of the Converter;

на фиг.4 приведены осциллограммы напряжений на трех последовательно соединенных IGCT-тиристорах (4500 В, 4000 А) при задержке выключения двух из них на 1 мкс при наличии в схеме коммутирующих цепей;figure 4 shows the waveforms of voltages on three series-connected IGCT-thyristors (4500 V, 4000 A) with a delay off of two of them by 1 μs in the presence of switching circuits in the circuit;

на фиг.5 приведены осциллограммы, поясняющие принцип работы предлагаемой схемы.figure 5 shows the oscillograms explaining the principle of operation of the proposed circuit.

Устройство и критерии выбора типа и количества необходимых элементов заявленного технического решения в его статическом состоянии описаны по схемам фиг.1 и фиг.2.The device and selection criteria for the type and number of necessary elements of the claimed technical solution in its static state are described according to the schemes of figure 1 and figure 2.

Приводим варианты построения трехфазного инвертора по трех- и двухуровневой схеме.We give options for constructing a three-phase inverter according to a three- and two-level scheme.

1. Структура преобразователя, основа выходного напряжения в котором формируется с помощью трехуровневого трехфазного мостового инвертора, представлена на фиг.1а.1. The structure of the Converter, the basis of the output voltage in which is formed using a three-level three-phase bridge inverter, is presented in figa.

Трехуровневый трехфазный мостовой инвертор 1 состоит из трех фаз (2, 3, 4) и конденсаторной батареи (5, 6) со средней (нейтральной) точкой 7. К фазным выводам трехфазного инвертора (точки 8, 9, 10) подключаются последовательно соединенные однофазные мостовые инверторы (11(1)...11(n), 12(1)...12(n), 13(1)...13(n)). Контактные шины комбинированного преобразователя (точки А, В, С) подключается к электросети (без фильтрации или с фильтрацией - в зависимости от требований применения).A three-level three-phase bridge inverter 1 consists of three phases (2, 3, 4) and a capacitor bank (5, 6) with a middle (neutral) point 7. To the phase outputs of a three-phase inverter (points 8, 9, 10) are connected serially connected single-phase bridge inverters (11 (1) ... 11 (n), 12 (1) ... 12 (n), 13 (1) ... 13 (n)). The contact buses of the combined converter (points A, B, C) are connected to the mains (without or with filtration, depending on the requirements of the application).

Для обеспечения коммутации вентилей 14, 15, 16, 17 (фиг.1б - фаза 2) фазы мостового инвертора 2, 3, 4 с вентилями, образованными последовательным соединением полностью управляемых полупроводниковых приборов (с обратными диодами и защитными цепями), в схему фазы инвертора включены конденсаторные батареи (на фиг.1б: 18 между точками 20 и 21; 19 между точками 22 и 23) для ограничения скорости изменения напряжения на вентилях (далее - dU/dt). Значение емкости конденсаторных батарей выбирается из расчета ограничения dU/dt на приемлемом уровне исходя из требования не превышения максимально допустимого рабочего напряжения на полупроводниковых приборах с учетом разброса их времени включения/выключения (при выключении самый "быстрый", а при включении самый "медленный" приборы при отсутствии дополнительных мер оказываются под полным напряжением). Для обеспечения коммутации вентилей без бросков тока через обратные диоды (14(1)...14(n2), 15(1)...15(n2). 16(1)...16(n2), 17(1)...17(n2)) и шунтирующие (24, 25) диоды, для уменьшения уровня перенапряжения на вентилях из-за индуктивности монтажа фильтрующих конденсаторных батарей постоянного напряжения (на фиг.1а: 5 и 6), а также для ограничения тока короткого замыкания при пробоях в схему фазы инвертора включены коммутирующие реакторы (фиг.1б: 26 между точками 28 и 29; 27 между точками 30 и 8; 31 между точками 8 и 32; 33 между точками 34 и 35), ограничивающие скорость изменения тока (di/dt) через вентили. Значение индуктивности коммутирующих реакторов выбирается из расчета ограничения di/dt на приемлемом уровне, исходя из требования не превышения максимально допустимого повторяющегося тока через полупроводниковые приборы. Для вывода энергии реактора после коммутации вентиля в схему включены коммутирующие диоды (на фиг.1б: 36 между точками 20 и 29; 37 между точками 21 и 27; 38 между точками 22 и 33; 39 между точками 23 и 34) и рекуперирующие преобразователи (на фиг.1б: 40 между точками 29 и 20, 41 между точками 21 и 22 и 42 между точками 23 и 35), осуществляющие возврат энергии коммутации обратно в конденсаторы постоянного напряжения 5 и 6 (за исключением потерь в самих преобразователях).To ensure switching of the gates 14, 15, 16, 17 (fig.1b - phase 2) of the phase of the bridge inverter 2, 3, 4 with the valves formed by the serial connection of fully controlled semiconductor devices (with reverse diodes and protective circuits), in the phase circuit of the inverter capacitor banks are included (in FIG. 1b: 18 between points 20 and 21; 19 between points 22 and 23) to limit the rate of change of voltage across the valves (hereinafter, dU / dt). The value of the capacitance of capacitor banks is selected from the calculation of the dU / dt limit at an acceptable level based on the requirement not to exceed the maximum permissible operating voltage on semiconductor devices, taking into account the spread in their on / off time (when turned off, the fastest and when turned on the slowest in the absence of additional measures, they are fully energized). To ensure switching of valves without inrush currents through reverse diodes (14 (1) ... 14 (n2), 15 (1) ... 15 (n2). 16 (1) ... 16 (n2), 17 (1 ) ... 17 (n2)) and shunt (24, 25) diodes, to reduce the level of overvoltage on the valves due to the inductance of the installation of filtering capacitor banks of constant voltage (in figa: 5 and 6), as well as to limit the current switching faults during breakdowns in the phase circuit of the inverter include switching reactors (Fig.1b: 26 between points 28 and 29; 27 between points 30 and 8; 31 between points 8 and 32; 33 between points 34 and 35), limiting the rate of change of current ( di / dt) h through the valves. The inductance value of switching reactors is selected from the calculation of the di / dt limit at an acceptable level, based on the requirement not to exceed the maximum permissible repetitive current through semiconductor devices. To output reactor energy after switching the valve, switching diodes are included in the circuit (in Fig. 1b: 36 between points 20 and 29; 37 between points 21 and 27; 38 between points 22 and 33; 39 between points 23 and 34) and regenerative converters ( on figb: 40 between points 29 and 20, 41 between points 21 and 22 and 42 between points 23 and 35), returning switching energy back to DC capacitors 5 and 6 (with the exception of losses in the converters themselves).

2. Структура преобразователя, основа выходного напряжения в котором формируется с помощью двухуровневого трехфазного мостового инвертора, представлена на фиг.2а2. The structure of the Converter, the basis of the output voltage in which is formed using a two-level three-phase bridge inverter, is presented in figa

Двухуровневый трехфазный мостовой инвертор 1 состоит из трех фаз (2, 3, 4) и конденсаторной батареи 43. К фазным выводам трехфазного инвертора (точки 8, 9, 10) подключаются последовательно соединенные однофазные мостовые инверторы 12(1)...12(n), 13(1)...13(n), 14(1)...14(n)). Контактные шины комбинированного преобразователя (точки А, В, С) подключаются к электросети (без фильтрации или с фильтрацией - в зависимости от требований применения).A two-level three-phase bridge inverter 1 consists of three phases (2, 3, 4) and a capacitor bank 43. Three-phase inverters (points 8, 9, 10) are connected to the phase outputs of single-phase bridge inverters 12 (1) ... 12 (n ), 13 (1) ... 13 (n), 14 (1) ... 14 (n)). The contact bars of the combined converter (points A, B, C) are connected to the mains (without or with filtration, depending on the requirements of the application).

Для обеспечения коммутации вентилей 44, 45 (фиг.2б) фазы мостового инвертора 2, 3, 4 с вентилями, образованными последовательным соединением полностью управляемых полупроводниковых приборов (с обратными диодами и защитными цепями), в схему фазы инвертора включены конденсаторные батареи (на фиг.2а: 46 между точками 48 и 8; 47 между точками 8 и 49) для ограничения dU/dt на вентилях. Значение емкости конденсаторных батарей выбирается из расчета ограничения dU/dt на приемлемом уровне исходя из требования не превышения максимально допустимого рабочего напряжения на полупроводниковых приборах с учетом разброса их времени включения/выключения.To ensure the switching of the valves 44, 45 (fig.2b) of the phase of the bridge inverter 2, 3, 4 with the valves formed by the serial connection of fully controlled semiconductor devices (with reverse diodes and protective circuits), capacitor banks are included in the phase circuit of the inverter (in Fig. 2a: 46 between points 48 and 8; 47 between points 8 and 49) to limit dU / dt on the valves. The value of the capacitance of capacitor banks is selected from the calculation of the dU / dt limitation at an acceptable level based on the requirement not to exceed the maximum permissible operating voltage on semiconductor devices, taking into account the spread in their on / off time.

Для обеспечения коммутации вентилей без бросков тока через обратные (44(1)...44(n3), 45(1)...45(n3),) диоды, для уменьшения уровня перенапряжения на вентилях из-за индуктивности монтажа фильтрующей конденсаторной батареи постоянного напряжения (на фиг.2а: 43), а также для ограничения тока короткого замыкания при пробоях в схему фазы инвертора включены коммутирующие реакторы (на фиг.2б: 50 между точками 29 и 51; 53 между точками 52 и 35), ограничивающие скорость изменения тока (di/dt) через вентили. Значение индуктивности коммутирующих реакторов выбирается из расчета ограничения di/dt на приемлемом уровне, исходя из требования не превышения максимально допустимого повторяющегося тока через полупроводниковые приборы. Для вывода энергии реактора после коммутации вентиля в схему включены коммутирующие диоды (на фиг.2б: 54 между точками 48 и 51; 55 между точками 52 и 49) и рекуперирующие преобразователи (на фиг.2б: 56 между точками 29 и 48, 57 между точками 49 и 35), осуществляющие возврат энергии коммутации обратно в конденсаторную батарею постоянного напряжения 43 (за исключением потерь в самих преобразователях).To ensure switching of valves without inrush currents through reverse (44 (1) ... 44 (n3), 45 (1) ... 45 (n3),) diodes, to reduce the level of overvoltage on the valves due to the inductance of mounting a filtering capacitor DC batteries (in Fig. 2a: 43), as well as for limiting the short circuit current during breakdowns, switching reactors are included in the inverter phase circuit (in Fig. 2b: 50 between points 29 and 51; 53 between points 52 and 35), limiting rate of change of current (di / dt) through the valves. The inductance value of switching reactors is selected from the calculation of the di / dt limit at an acceptable level, based on the requirement not to exceed the maximum permissible repetitive current through semiconductor devices. To output reactor energy after switching the valve, switching diodes (in Fig.2b: 54 between points 48 and 51; 55 between points 52 and 49) and regenerative converters (in Fig.2b: 56 between points 29 and 48, 57 between points 49 and 35), which return the switching energy back to the DC capacitor bank 43 (with the exception of losses in the converters themselves).

По аналогии с [3], коммутирующие реакторы могут быть включены и в средней точке фазы (фиг.2в).By analogy with [3], switching reactors can be turned on at the midpoint of the phase (pigv).

Принцип работы предлагаемого преобразователя поясним на примере варианта его исполнения с трехфазным мостовым трехуровневым инвертором в качестве базового инвертора.We explain the operation principle of the proposed converter using an example of a version with a three-phase bridge three-level inverter as a base inverter.

Система управления (фиг.3) с помощью блоков ШИМ-модулятора формирует в заданной последовательности импульсы управления вентилями всех инверторов. При этом трехуровневый трехфазный мостовой инвертор формирует между средней точкой 7 и фазными выводами трехфазного инвертора (точки 8, 9, 10) один из трех уровней напряжения (положительное, отрицательное и ноль) (U3 на фиг.5). Переключения вентилей осуществляются системой управления в соответствии с принятым алгоритмом. Система управления имеет несколько контуров регулирования, среди которых можно выделить два глобальных контура:The control system (figure 3) using the blocks of the PWM modulator generates in a given sequence the control pulses of the valves of all inverters. In this case, the three-level three-phase bridge inverter forms one of the three voltage levels (positive, negative and zero) between the midpoint 7 and the phase terminals of the three-phase inverter (points 8, 9, 10) (U3 in Fig. 5). Switching of valves is carried out by the control system in accordance with the accepted algorithm. The control system has several control loops, among which two global loops can be distinguished:

- по амплитудному значению тока через реактор выходного фильтра (сигнал i на фиг.3);- the amplitude value of the current through the reactor output filter (signal i in figure 3);

- по амплитудному значению напряжения с выхода (трансформатор напряжения на шинах подключения конденсаторов выходного фильтра) - (сигнал и на фиг.3).- according to the amplitude value of the voltage from the output (voltage transformer on the busbars connecting the capacitors of the output filter) - (signal and figure 3).

Помимо этого, для отработки быстрых процессов организованы локальные контуры регулирования по мгновенным значениям тока и напряжения с выходного фильтра, а также несколько локальных контуров регулирования по току и напряжению с конденсаторов постоянного напряжения базового инвертора и однофазных мостов каскадного инвертора.In addition, to develop fast processes, local control loops for instantaneous current and voltage values from the output filter, as well as several local control loops for current and voltage from DC capacitors of the base inverter and single-phase bridges of the cascade inverter, are organized.

В целом система управления построена по принципу поддержания заданного значения

Figure 00000002
(REFO на фиг.5) отслеживаемого ею выходного сигнала. Базовый трехфазный мостовой инвертор формирует основу (U3 на фиг.5) выходного напряжения преобразователя с низкой частотой переключения (S13...S123 a, b, c) на фиг.3). Разница между заданием
Figure 00000002
и основой U3 формируется однофазными мостовыми инверторами посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Управление каждым из однофазных мостовых инверторов ((S10...S40 a, b, c), (S11...S4l a, b, c), (S12...S42 a, b, c) на фиг.3) осуществляется с фазовым сдвигом относительно друг друга, за счет чего увеличивается результирующая частота пульсаций выходного напряжения.In general, the control system is built on the principle of maintaining a given value
Figure 00000002
(REFO in FIG. 5) of the output it monitors. The basic three-phase bridge inverter forms the basis (U3 in Fig. 5) of the output voltage of the converter with a low switching frequency (S1 3 ... S12 3 a, b, c) in Fig. 3). Difference between task
Figure 00000002
and the base U3 is formed by single-phase bridge inverters by means of pulse width modulation (PWM). Control of each of the single-phase bridge inverters ((S1 0 ... S4 0 a, b, c), (S1 1 ... S4 l a, b, c), (S1 2 ... S4 2 a, b, c ) in figure 3) is carried out with a phase shift relative to each other, due to which the resulting ripple frequency of the output voltage increases.

В схему включены рекуперирующие преобразователи, осуществляющие возврат энергии коммутации в конденсаторную батарею постоянного напряжения 5, 6 (за исключением потерь в самих преобразователях). Работу одного из возможных вариантов рекуперирующего преобразователя поясняет фиг.1в. При выключении управления вентиля (например 14) энергия коммутирующего реактора (например 26) через коммутирующие диоды (например 36) заряжает конденсатор 58. В среднем постоянное напряжение конденсатора 58 преобразуется инвертором 59 в переменное напряжение повышенной частоты. Трансформатор 60 повышает его до уровня напряжения на конденсаторной батарее 5, 6 звена постоянного тока и далее после выпрямления выпрямителем 61 напряжение подается на конденсаторную батарею. Таким образом реактивная энергия коммутации из реактора возвращается в накопительную конденсаторную батарею.The circuit includes recuperative converters that return switching energy to a DC capacitor bank 5, 6 (with the exception of losses in the converters themselves). The operation of one of the possible options for the regenerating Converter explains figv. When the valve control is turned off (for example 14), the energy of the switching reactor (for example 26) charges the capacitor 58 through the switching diodes (for example 36). On average, the constant voltage of the capacitor 58 is converted by the inverter 59 to an alternating voltage of increased frequency. The transformer 60 increases it to the voltage level on the capacitor bank 5, 6 of the DC link, and then after rectification by the rectifier 61, the voltage is supplied to the capacitor bank. Thus, the reactive switching energy from the reactor is returned to the storage capacitor bank.

В общем случае при регулировании трехфазного трехуровневого инвертора (включая возможность нескольких переключений одного и того же вентиля за полупериод) в зависимости от знака формируемых на выходе напряжений возможны следующие виды коммутации:In general, when regulating a three-phase three-level inverter (including the possibility of several switching of the same valve in a half-cycle), depending on the sign of the voltage generated at the output, the following types of switching are possible:

• U>0, i>0 (где U - напряжение фазы инвертора, i - ток фазы инвертора): от транзисторов вентиля 14 к диодам 24 и обратно при включенных транзисторах 15;• U> 0, i> 0 (where U is the inverter phase voltage, i is the inverter phase current): from the transistors of the valve 14 to the diodes 24 and vice versa when the transistors 15 are on;

• U<0, i<0: от транзисторов вентиля 17 к диодам 25 и обратно при включенных транзисторах 16 (коммутационные процессы протекают аналогично предыдущему пункту в силу симметрии схемы);• U <0, i <0: from the transistors of the valve 17 to the diodes 25 and vice versa with the transistors 16 turned on (switching processes proceed similarly to the previous paragraph due to the symmetry of the circuit);

• U>0, i<0: от обратных диодов вентилей 14 и 15 к транзисторам 16 и диодам 25 и обратно.• U> 0, i <0: from the return diodes of the valves 14 and 15 to the transistors 16 and diodes 25 and vice versa.

• U<0, i>0: от обратных диодов вентилей 16 и 17 к транзисторам 15 и диодам 24 и обратно(при коммутации процессы протекают аналогично предыдущему пункту в силу симметрии схемы);• U <0, i> 0: from reverse diodes of valves 16 and 17 to transistors 15 and diodes 24 and vice versa (during switching, the processes proceed similarly to the previous paragraph due to the symmetry of the circuit);

Таким образом из представленных восьми типов коммутации (включая обратные коммутации) принципиально можно выделить четыре типа:Thus, of the eight types of switching (including reverse switching), four types can be distinguished in principle:

1) от наружного (верхнего) управляемого вентиля к шунтирующему диоду того же плеча инвертора;1) from the external (upper) controlled valve to the shunt diode of the same inverter arm;

2) наоборот, от шунтирующего диода к управляемому вентилю;2) on the contrary, from a shunt diode to a controlled valve;

3) от обратных диодов вентилей одного плеча к внутреннему управляемому вентилю и шунтирующему диоду другого плеча той же фазы;3) from the return diodes of the valves of one arm to the internal controlled valve and the shunt diode of the other arm of the same phase;

4) наоборот, от управляемого вентиля и шунтирующего диода к обратным диодам.4) on the contrary, from a controlled valve and a shunt diode to reverse diodes.

Рассмотрим процессы, протекающие при различных типах коммутации при наличии в схеме коммутирующих цепей,Consider the processes that occur with various types of switching in the presence of switching circuits in the circuit,

1) Коммутация первого типа, например, при коммутации тока от управляемого вентиля 14 к шунтирующему диоду 24 осуществляется в два этапа.1) Switching of the first type, for example, when switching current from a controlled valve 14 to a shunt diode 24, is carried out in two stages.

В предкоммутационном состоянии ток проводят коммутирующий реактор 26, управляемые вентили 14, 15, реактор 27. Конденсатор 18 разряжен, а конденсатор 19 заряжен до уровня напряжения в звене постоянного тока Ud - напряжения между шинами постоянного тока 29 и 35 (с точностью до напряжений в блоках рекуперации энергии).In the pre-switching state, the current is carried out by a switching reactor 26, controlled valves 14, 15, reactor 27. The capacitor 18 is discharged, and the capacitor 19 is charged to a voltage level in the DC link Ud - voltage between DC buses 29 and 35 (accurate to the voltage in the blocks energy recovery).

Коммутация начинается запиранием управляемого вентиля 14. Отпираются коммутирующие диоды 36 и 37 и происходит плавный перезаряд конденсаторов 18 и 19, при этом конденсатор 18 заряжается по цепи 26-36-18-37-27- (другая фаза)-(звено постоянного тока 6-5)-26, а конденсатор 19 перезаряжается по цепи 42-19-40-37-27-(другая фаза)-(звено постоянного тока 5-6)-42. По окончании первого этапа коммутации конденсаторы 18 и 19 перезаряжаются до одинакового уровня напряжения, равного половине от Ud (с точностью до напряжений 40...42) и отпирается шунтирующий диод 24.Switching starts by locking the controlled valve 14. The switching diodes 36 and 37 are unlocked and the capacitors 18 and 19 are smoothly recharged, while the capacitor 18 is charged through a circuit 26-36-18-37-27- (another phase) - (DC link 6- 5) -26, and the capacitor 19 is recharged along the circuit 42-19-40-37-27- (other phase) - (DC link 5-6) -42. At the end of the first switching stage, the capacitors 18 and 19 are recharged to the same voltage level equal to half of Ud (accurate to voltage 40 ... 42) and the shunt diode 24 is unlocked.

На втором этапе коммутации ток через шунтирующий диод плавно нарастает, а ток через реактор 26 и диод 36 плавно спадает, вызывая дальнейший перезаряд конденсаторов 18 и 19 (на величину, соответствующую напряжениям на 40...42). При достижении током через реактор 26 и диоды 36 нулевого значения, диоды 36 запираются, а процесс коммутации заканчивается.At the second stage of switching, the current through the shunt diode gradually increases, and the current through the reactor 26 and diode 36 gradually decreases, causing further recharging of the capacitors 18 and 19 (by an amount corresponding to voltages of 40 ... 42). When the current through the reactor 26 and the diodes 36 reaches zero, the diodes 36 are locked, and the switching process ends.

2) Коммутация второго типа, например, при коммутации тока от шунтирующего диода 24 к управляемому вентилю 14 осуществляется в три этапа.2) Switching of the second type, for example, when switching current from the shunt diode 24 to the controlled valve 14 is carried out in three stages.

В предкоммутационном состоянии ток проводят шунтирующие диоды 24, управляемый вентиль 15, реактор 27. Конденсаторы 18 и 19 заряжены до одинакового уровня напряжения (с точностью до напряжений в блоках рекуперации энергии 40...42).In the pre-switching state, current is carried out by shunt diodes 24, controlled valve 15, reactor 27. Capacitors 18 and 19 are charged to the same voltage level (accurate to voltage in energy recovery units 40 ... 42).

Коммутация начинается отпиранием управляемого вентиля 14. Ток через шунтирующие диоды 24 плавно спадает, а через 14 нарастает со скоростью, ограниченной индуктивностью коммутирующих реакторов 26 и 27. Первый этап коммутации заканчивается, когда ток через диоды 24 спадает до нуля.Switching begins by unlocking the controlled valve 14. The current through the shunt diodes 24 gradually decreases, and after 14 it increases at a speed limited by the inductance of the switching reactors 26 and 27. The first stage of switching ends when the current through the diodes 24 drops to zero.

На втором этапе коммутации происходит перезаряд конденсаторных батарей 18 и 19 (18 разряжается до нуля по контуру цепи 18-40-26-14-15-27-31-38-41-18, а 19 заряжается до полного напряжения в звене постоянного тока по контуру 19-42-(звено постоянного тока 6-5)-26-14-15-27-31-38-19). Второй этап заканчивается, когда напряжение на 18 становится равным нулю.At the second stage of switching, capacitor banks 18 and 19 are recharged (18 is discharged to zero along the circuit 18-40-26-14-15-27-31-38-41-18, and 19 is charged to full voltage in the DC link by circuit 19-42- (DC link 6-5) -26-14-15-27-31-38-19). The second stage ends when the voltage at 18 becomes equal to zero.

На третьем этапе открываются коммутирующие диоды 36, 37 и «лишний» ток, возникающий в 26, 27, 31 из-за перезаряда 18, 19, спадает до номинального значения через блоки рекуперации 40 и 41 соответственно, после чего коммутирующие диоды запираются и коммутация заканчивается.At the third stage, the switching diodes 36, 37 and the "excess" current, which occurs in 26, 27, 31 due to overcharge 18, 19, open to the nominal value through the recovery units 40 and 41, respectively, after which the switching diodes are locked and the switching ends .

3) Рассмотрим процессы при коммутации третьего типа, например от обратных диодов вентилей 14, 15 к управляемому вентилю 16 и шунтирующему диоду 25. Коммутация третьего типа осуществляется в два этапа.3) Consider the processes of switching the third type, for example, from the return diodes of the valves 14, 15 to the controlled valve 16 and the shunt diode 25. Switching of the third type is carried out in two stages.

В предкоммутационном состоянии ток проводят реактор 27, обратные диоды вентилей 14, 15, реактор 26. Конденсаторная батарея 18 разряжена до нуля, а 19 заряжена до полного напряжения Ud (с точностью до напряжений в блоках рекуперации энергии 40...42).In the pre-switching state, the current is conducted by the reactor 27, the return diodes of the valves 14, 15, and the reactor 26. The capacitor bank 18 is discharged to zero and 19 is charged to the full voltage Ud (accurate to the voltage in the energy recovery units 40 ... 42).

Коммутация начинается отпиранием вентиля 16: ток через него начинает плавно нарастать, а через диоды 14, 15 плавно спадать. Одновременно происходит плавный перезаряд конденсаторных батарей 18, 19: 18 заряжается по цепи 18-37-27-(другая фаза)-(звено постоянного тока 6-5)-26-36-18, а 19 разряжается по цепи 19-41-37-27-(другая фаза)-(звено постоянного тока 5-6)-42-19. По окончании первого этапа коммутации конденсаторы 18 и 19 перезаряжаются до одинакового уровня напряжения, равного половине Ud (с точностью до напряжений в блоках рекуперации энергии 40...42). Основной ток (нагрузки) протекает по цепи 31-16-25, к которому прибавляется ток перезаряда 18, 19.Switching begins by unlocking valve 16: the current through it begins to increase smoothly, and through diodes 14, 15 gradually decrease. At the same time, there is a smooth recharge of the capacitor banks 18, 19: 18 is charged through the circuit 18-37-27- (other phase) - (DC link 6-5) -26-36-18, and 19 is discharged through the circuit 19-41-37 -27- (other phase) - (DC link 5-6) -42-19. At the end of the first switching stage, the capacitors 18 and 19 are recharged to the same voltage level equal to half Ud (accurate to the voltage in the energy recovery units 40 ... 42). The main current (load) flows through the circuit 31-16-25, to which the overcharge current 18, 19 is added.

На втором этапе коммутации открывается коммутирующий диод 38 и сверхтоки через реакторы 26, 27, 31, вызванные перезарядом 18, 19, спадают через блоки рекуперации 40, 41 соответственно. По окончании второго этапа токи через реакторы 26 и 27 становятся равными нулю, а через 31 - номинальным, коммутирующие диоды 36...38 запираются и коммутация заканчивается.At the second stage of switching, a switching diode 38 is opened and overcurrents through reactors 26, 27, 31, caused by overcharging 18, 19, fall through the recovery units 40, 41, respectively. At the end of the second stage, the currents through the reactors 26 and 27 become equal to zero, and after 31 - nominal, the switching diodes 36 ... 38 are locked and the switching ends.

4) Рассмотрим процессы при коммутации четвертого типа, например, от управляемого вентиля 16 и шунтирующего диода к обратным диодам вентилей 14, 15. Коммутация четвертого типа осуществляется в два этапа.4) Consider the processes of switching the fourth type, for example, from a controlled valve 16 and a shunt diode to the reverse diodes of the valves 14, 15. Switching of the fourth type is carried out in two stages.

В предкоммутационном состоянии ток проводят реактор 31, управляемый вентиль 16 и шунтирующие диоды 25. Конденсаторные батареи 18, 19 заряжены до одинакового уровня напряжения, равного половине от Ud (с точностью до напряжений в блоках рекуперации энергии 40...42).In the pre-switching state, the current is conducted by the reactor 31, the controlled valve 16 and the shunt diodes 25. The capacitor banks 18, 19 are charged to the same voltage level equal to half of Ud (accurate to the voltage in the energy recovery units 40 ... 42).

Коммутация начинается запиранием управляемого вентиля 16. Протекание тока через 16 и 25 прекращается; отпирается коммутирующий диод 38 и начинается плавный перезаряд конденсаторных батарей 18 и 19: 18 разряжается по цепи 18-40-(звено постоянного тока 5-6)-(нагрузка)-31-38-41-18, а 19 заряжается по цепи 19-42-(звено постоянного тока 6-5)-(нагрузка)-31-38-19. Первый этап заканчивается, когда напряжение на 18 становится равным нулю, а 19 - равным половине напряжения Ud.Switching begins by locking the controlled valve 16. The flow of current through 16 and 25 stops; the switching diode 38 is unlocked and a smooth recharge of the capacitor banks 18 and 19: 18 begins; it is discharged along the circuit 18-40- (DC link 5-6) - (load) -31-38-41-18, and 19 is charged through the circuit 19- 42- (DC link 6-5) - (load) -31-38-19. The first stage ends when the voltage at 18 becomes equal to zero, and 19 is equal to half the voltage Ud.

На втором этапе коммутации отпираются обратные диоды 14, 15, через которые начинает протекать ток нагрузки. Одновременно с диодами 14, 15 открываются коммутирующие диоды 36, 37; через 37 плавно спадает ток реактора 31 (по цепи 31-38-41-37-27-31), вызванный перезарядом 18, 19, а через 36 протекает разностный ток вентилей 14, 15 и плавно нарастает ток реактора 26. По окончании второго этапа ток через 31 становится равным нулю, через 26 - номинальным, коммутирующие диоды 36...38 запираются и коммутация заканчивается. Ток нагрузки по окончании коммутации протекает по цепи 27-15-14-26-(звено постоянного тока 5-6)-(нагрузка)-27.At the second stage of switching, the reverse diodes 14, 15 are unlocked, through which the load current begins to flow. Simultaneously with the diodes 14, 15, switching diodes 36, 37 are opened; through 37, the current of reactor 31 smoothly drops (along the circuit 31-38-41-37-27-31), caused by overcharging 18, 19, and after 36 the differential current of valves 14, 15 flows and the current of reactor 26 smoothly increases. At the end of the second stage the current through 31 becomes equal to zero, after 26 it becomes nominal, the switching diodes 36 ... 38 are locked and the switching ends. The load current at the end of the switching flows through the circuit 27-15-14-26- (DC link 5-6) - (load) -27.

Во всех четырех типах коммутаций скорость изменения напряжения на конденсаторных батареях 18, 19 определяется величиной их емкости и значением тока нагрузки. Скорость изменения напряжения на вентилях 14...17 при их запирании равна скорости изменения напряжения на конденсаторах 18, 19. Таким образом, в ситуации, когда один из последовательно соединенных полупроводниковых приборов вентиля запирается раньше других (в силу имеющихся разбросов задержек выключения самих приборов и каналов управления), напряжение на ней нарастает плавно и к моменту отпирания остальных приборов не превышает максимально допустимого значения. Дополнительный эффект заключается в снижении динамических потерь в полупроводниковых приборах.In all four types of switching, the rate of change of voltage on the capacitor banks 18, 19 is determined by the value of their capacitance and the value of the load current. The rate of change of voltage across the valves 14 ... 17 when they are locked is equal to the rate of change of voltage across the capacitors 18, 19. Thus, in a situation where one of the series-connected semiconductor devices of the valve closes before the others (due to the available scatter of delays in switching off the devices control channels), the voltage on it rises smoothly and does not exceed the maximum allowable value by the moment the other devices are unlocked. An additional effect is to reduce dynamic losses in semiconductor devices.

В качестве примера работы заявляемой коммутирующей цепочки на фиг.4 приведены осциллограммы напряжений на трех последовательно соединенных IGCT-тиристорах (4500 В, 4000 А) при задержке выключения двух из них на 1 мкс. Разброс напряжений на приборах в закрытом состоянии составил при этом около 600 В, что является приемлемым с учетом рекомендуемых производителями полупроводниковых приборов запасов по напряжению.As an example of the operation of the inventive switching circuit, Fig. 4 shows the voltage waveforms of three series-connected IGCT thyristors (4500 V, 4000 A) with a delay of two of them being turned off by 1 μs. The voltage spread on the devices in the closed state was about 600 V, which is acceptable taking into account the voltage reserves recommended by the manufacturers of semiconductor devices.

Осциллограммы, изображенные на фиг.5, поясняют работу преобразователя в целом. Базовый трехфазный мостовой инвертор формирует основу U3 выходного напряжения преобразователя с низкой частотой переключения (в примере это частота сети - 50 Гц). Оставшаяся разница напряжений формируется однофазными мостовыми инверторами. Управление каждым из однофазных мостовых инверторов осуществляется с фазовым сдвигом относительно друг друга, за счет чего увеличивается результирующая частота пульсаций выходного напряжения. В примере частота переключения силовых ключей в каждом из мостов составляет 267 Гц, а результирующая частота модуляции 800 Гц.The oscillograms shown in figure 5, explain the operation of the Converter as a whole. The basic three-phase bridge inverter forms the basis of the U3 output voltage of the converter with a low switching frequency (in the example, this is the network frequency - 50 Hz). The remaining voltage difference is formed by single-phase bridge inverters. Each of the single-phase bridge inverters is controlled with a phase shift relative to each other, due to which the resulting ripple frequency of the output voltage increases. In the example, the switching frequency of the power switches in each of the bridges is 267 Hz, and the resulting modulation frequency is 800 Hz.

На фиг.5 приняты следующие обозначения:In figure 5, the following notation:

REF0 - сигнал задания,REF0 - reference signal,

US - напряжение фазы трехуровневого трехфазного мостового инвертора,US is the phase voltage of a three-level three-phase bridge inverter,

V3 - задание для последовательно соединенных мостовых инверторов фазы, равное разности задания на фазу и напряжения на фазе трехфазного инвертора,V3 - reference for series-connected bridge phase inverters, equal to the difference between the phase reference and the voltage on the phase of the three-phase inverter,

U3 - результирующее напряжение преобразователя.U3 is the resulting voltage of the converter.

Источники информацииInformation sources

1. STATCOM Based on Multimodules of Multilevel Converters Under Multiple Regulation Feedback Control Yiqiang Chen and Boon-Teck OoiDEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.14, №5, SEPTEMBER 1999.1. STATCOM Based on Multimodules of Multilevel Converters Under Multiple Regulation Feedback Feedback Yiqiang Chen and Boon-Teck OoiDEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 14, No. 5, SEPTEMBER 1999.

2. Патент США US 6621719 B2 (Sep.16, 2003) Converter with additional voltage addition or subtraction at the output STEIMER PETER (CH); VEENSTRA MARTIN (CH).2. US patent US 6621719 B2 (Sep.16, 2003) Converter with additional voltage addition or subtraction at the output STEIMER PETER (CH); VEENSTRA MARTIN (CH).

3. Мустафа Г.М., Барегамян Г В., Рудицкий Р.Ш., Курпина Е.В.: Снижение динамических потерь транзисторов инвертора путем изменения скорости нарастания тока конденсаторов. Авторское свидетельство №989711 (15.01.83), УДК 621.314.57 (088.8).3. Mustafa G.M., Baregamyan G.V., Ruditsky R.Sh., Kurpina E.V .: Reducing the dynamic losses of inverter transistors by changing the slew rate of capacitors. Copyright certificate No. 989711 (01.15.83), UDC 621.314.57 (088.8).

Claims (3)

1. Преобразователь напряжения, выполненный по комбинированной схеме, включающей в себя базовый мостовой многоуровневый (по меньшей мере трехуровневый) трехфазный инвертор напряжения на вентилях, образованных последовательным соединением полностью управляемых полупроводниковых приборов в плечах моста, включенных соответственно между плюсовой или минусовой шиной постоянного тока и соответствующим фазным выводом, а также один или несколько последовательно соединенных по переменному току однофазных мостовых инверторов, включенных в каждую фазу на выходе базового инвертора, отличающийся тем, что в каждое плечо базового инвертора введены цепочка из последовательно соединенных конденсатора, первого коммутирующего диода, подключенного к первой обкладке конденсатора, и второго коммутирующего диода, подключенного к второй обкладке конденсатора, и два коммутирующих реактора, причем указанная цепочка подключена параллельно вентилю плеча так, что первый коммутирующий диод соединен с вентилем со стороны шины постоянного тока, один коммутирующий реактор включен между соответствующей шиной постоянного тока и точкой соединения первого коммутирующего диода и вентиля плеча, а второй коммутирующий реактор - между точкой соединения второго коммутирующего диода с вентилем плеча и соответствующим фазным выводом, при этом коммутирующие диоды соединены с вентилями плеча одноименными электродами; в каждую фазу инвертора введены три рекуперирующих блока, два из которых входами включены каждый между соответствующей шиной постоянного тока и точкой соединения конденсатора и первого коммутирующего диода, при этом вход третьего рекуперирующего блока включен между точками соединения конденсаторов соседних плеч фазы со вторыми коммутирующими диодами, а выходы всех рекуперирующих блоков фазы включены между шинами постоянного тока базового инвертора.1. A voltage converter made according to a combined circuit that includes a basic bridge multilevel (at least three-level) three-phase voltage inverter for valves formed by the serial connection of fully controllable semiconductor devices in the bridge arms connected respectively between the plus or minus DC bus and the corresponding phase output, as well as one or more series-connected alternating current single-phase bridge inverters included in Each phase at the output of the base inverter, characterized in that a chain of series-connected capacitor, a first switching diode connected to the first capacitor plate and a second switching diode connected to the second capacitor plate, and two switching reactors are introduced into each arm of the basic inverter the indicated circuit is connected in parallel to the shoulder valve so that the first switching diode is connected to the valve from the DC bus side, one switching reactor is connected between the corresponding the corresponding DC bus and the connection point of the first switching diode and the shoulder valve, and the second switching reactor is between the connection point of the second switching diode with the shoulder valve and the corresponding phase output, while the switching diodes are connected to the shoulder valves with the same electrodes; three recovery units are introduced into each phase of the inverter, two of which are connected by inputs each between the corresponding DC bus and the connection point of the capacitor and the first switching diode, while the input of the third recovery unit is connected between the connection points of the capacitors of the adjacent phase arms with the second switching diodes, and the outputs all phase recovery units are connected between the DC buses of the base inverter. 2. Преобразователь напряжения, выполненный по комбинированной схеме, включающей в себя базовый мостовой двухуровневый трехфазный инвертор напряжения на вентилях, образованных последовательным соединением полностью управляемых полупроводниковых приборов в плечах моста, включенных соответственно между плюсовой или минусовой шиной постоянного тока и соответствующим фазным выводом, а также один или несколько последовательно соединенных по переменному току однофазных мостовых инверторов, включенных в каждую фазу на выходе базового инвертора, отличающийся тем, что в каждое плечо базового инвертора введены цепочка из последовательно соединенных конденсатора и коммутирующего диода, коммутирующий реактор и рекуперирующий блок, причем указанная цепочка подключена параллельно вентилю плеча так, что коммутирующий диод соединен с вентилем одноименным электродом со стороны шины постоянного тока, а коммутирующий реактор включен между точкой соединения коммутирующего диода с вентилем и этой шиной постоянного тока; при этом рекуперирующий блок входом включен между соответствующей шиной постоянного тока и точкой соединения коммутирующего диода и конденсатора, а выходом подключен к шинам постоянного тока базового инвертора.2. A voltage converter made according to a combined circuit including a basic bridge two-level three-phase voltage inverter for valves formed by a serial connection of fully controllable semiconductor devices in the bridge arms connected respectively between the plus or minus DC bus and the corresponding phase output, as well as one or several series-connected alternating current single-phase bridge inverters connected to each phase at the output of the base and an inverter, characterized in that a chain of series-connected capacitor and a switching diode, a switching reactor and a recovery unit is introduced into each arm of the base inverter, said chain being connected in parallel to the shoulder valve so that the switching diode is connected to the valve with the same electrode on the DC bus side, and a switching reactor is connected between the connection point of the switching diode with the valve and this DC bus; in this case, the recovery unit is connected by an input between the corresponding DC bus and the connection point of the switching diode and the capacitor, and the output is connected to the DC buses of the base inverter. 3. Преобразователь напряжения, выполненный по комбинированной схеме, включающей в себя базовый мостовой двухуровневый трехфазный инвертор напряжения на вентилях, образованных последовательным соединением полностью управляемых полупроводниковых приборов в плечах моста, включенных соответственно между плюсовой или минусовой шиной постоянного тока и соответствующим фазным выводом, а также один или несколько последовательно соединенных по переменному току однофазных мостовых инверторов, включенных в каждую фазу на выходе базового инвертора, отличающийся тем, что в каждое плечо базового инвертора введены цепочка из последовательно соединенных конденсатора и коммутирующего диода, коммутирующий дроссель и рекуперирующий блок, причем указанная цепочка подключена параллельно цепочке вентилей плеча так, что коммутирующий диод соединен с вентилем одноименным электродом со стороны соответствующего фазного вывода, коммутирующий дроссель включен между этим фазным выводом и точкой соединения коммутирующего диода и вентиля, а рекуперирующий блок входом включен между указанным фазным выводом и точкой соединения конденсатора и коммутирующего диода, а выходом подключен к шинам постоянного тока базового инвертора.3. A voltage converter made according to a combined circuit including a basic bridge two-level three-phase voltage inverter for valves formed by series connection of fully controllable semiconductor devices in the bridge arms connected respectively between the plus or minus DC bus and the corresponding phase output, as well as one or several serially connected alternating current single-phase bridge inverters included in each phase at the output of the base inverter ertor, characterized in that a chain of consecutively connected capacitor and switching diode, a switching inductor and a recovery unit is introduced into each arm of the base inverter, said circuit being connected in parallel to the shoulder valve chain so that the switching diode is connected to the valve by the same electrode from the side of the corresponding phase output , a switching inductor is connected between this phase output and the connection point of the switching diode and the valve, and a recuperating unit with an input connected between the annym phase terminal and the connection point of the capacitor and the switching diode, and the output is connected to the DC bus bars of the base of the inverter.
RU2004122340/09A 2004-07-20 2004-07-20 Voltage converter built around combined circuit arrangement RU2269196C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004122340/09A RU2269196C1 (en) 2004-07-20 2004-07-20 Voltage converter built around combined circuit arrangement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004122340/09A RU2269196C1 (en) 2004-07-20 2004-07-20 Voltage converter built around combined circuit arrangement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2269196C1 true RU2269196C1 (en) 2006-01-27

Family

ID=36047974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004122340/09A RU2269196C1 (en) 2004-07-20 2004-07-20 Voltage converter built around combined circuit arrangement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2269196C1 (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8570779B2 (en) 2007-03-13 2013-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Method for limiting damage to a converter having power semiconductors in the case of a short circuit in the DC voltage intermediate circuit
RU2573825C2 (en) * 2011-11-18 2016-01-27 Мейденша Корпорейшн Multilevel power converter with fixed neutral point
RU2584876C2 (en) * 2012-07-16 2016-05-20 Делта Электроникс, Инк. Multistage voltage converter (versions)
RU2588257C1 (en) * 2015-03-20 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Method of balance of voltages on capacitors of single-phase three-level converter with locking diodes
RU2593393C1 (en) * 2014-04-03 2016-08-10 Шнейдер Тосиба Инвертер Юроп Сас Multilevel power converter
RU2600316C2 (en) * 2011-09-08 2016-10-20 Абб Текнолоджи Аг Multilevel converter and method of controlling operation of multilevel converter
RU2614051C1 (en) * 2013-06-25 2017-03-22 Мейденша Корпорейшн Multilevel power converter
RU2629005C2 (en) * 2013-06-27 2017-08-24 Сименс Акциенгезелльшафт Converter unit with parallelly included multistage semiconductor converters and their control method
RU2629009C2 (en) * 2016-02-16 2017-08-24 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Alternate current variable speed drive
RU177680U1 (en) * 2017-09-15 2018-03-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Multifunction Pulse Converter
RU2663822C2 (en) * 2014-05-13 2018-08-10 Шнейдер Тосиба Инвертер Юроп Сас Multilevel power converter
RU2669786C1 (en) * 2015-02-09 2018-10-16 Сименс Акциенгезелльшафт Traction power supply device and method of operation of the device
EP3846327A1 (en) 2019-12-31 2021-07-07 ABB Schweiz AG Method for operating a power electronic converter device with floating cells
WO2021136677A1 (en) 2019-12-31 2021-07-08 Abb Schweiz Ag Method for operating a power electronic converter device with floating cells

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8570779B2 (en) 2007-03-13 2013-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Method for limiting damage to a converter having power semiconductors in the case of a short circuit in the DC voltage intermediate circuit
RU2600316C2 (en) * 2011-09-08 2016-10-20 Абб Текнолоджи Аг Multilevel converter and method of controlling operation of multilevel converter
RU2573825C2 (en) * 2011-11-18 2016-01-27 Мейденша Корпорейшн Multilevel power converter with fixed neutral point
RU2584876C2 (en) * 2012-07-16 2016-05-20 Делта Электроникс, Инк. Multistage voltage converter (versions)
RU2584876C9 (en) * 2012-07-16 2017-03-20 Делта Электроникс, Инк. Multistage voltage converter (versions)
RU2614051C1 (en) * 2013-06-25 2017-03-22 Мейденша Корпорейшн Multilevel power converter
RU2629005C2 (en) * 2013-06-27 2017-08-24 Сименс Акциенгезелльшафт Converter unit with parallelly included multistage semiconductor converters and their control method
RU2593393C1 (en) * 2014-04-03 2016-08-10 Шнейдер Тосиба Инвертер Юроп Сас Multilevel power converter
RU2663822C2 (en) * 2014-05-13 2018-08-10 Шнейдер Тосиба Инвертер Юроп Сас Multilevel power converter
RU2669786C1 (en) * 2015-02-09 2018-10-16 Сименс Акциенгезелльшафт Traction power supply device and method of operation of the device
RU2588257C1 (en) * 2015-03-20 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Method of balance of voltages on capacitors of single-phase three-level converter with locking diodes
RU2629009C2 (en) * 2016-02-16 2017-08-24 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Alternate current variable speed drive
RU177680U1 (en) * 2017-09-15 2018-03-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Multifunction Pulse Converter
EP3846327A1 (en) 2019-12-31 2021-07-07 ABB Schweiz AG Method for operating a power electronic converter device with floating cells
WO2021136666A1 (en) 2019-12-31 2021-07-08 Abb Schweiz Ag Method for operating a power electronic converter device with floating cells
WO2021136677A1 (en) 2019-12-31 2021-07-08 Abb Schweiz Ag Method for operating a power electronic converter device with floating cells
US11979094B2 (en) 2019-12-31 2024-05-07 Abb Schweiz Ag Method for operating a power electronic converter device with floating cells

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vemuganti et al. A survey on reduced switch count multilevel inverters
Barzegarkhoo et al. Generalized structure for a single phase switched-capacitor multilevel inverter using a new multiple DC link producer with reduced number of switches
US9325252B2 (en) Multilevel converter systems and sinusoidal pulse width modulation methods
Oates A methodology for developing ‘Chainlink’converters
RU2269196C1 (en) Voltage converter built around combined circuit arrangement
Xu et al. Active capacitor voltage control of flying capacitor multilevel converters
WO2015144644A1 (en) Voltage source converter and control thereof
EP2816718B1 (en) Multilevel power converter
WO2005055408A1 (en) Multilevel converter based intelligent universal transformer
WO2014005634A1 (en) Three-level submodule for a voltage source converter
WO2019238443A1 (en) Voltage source converter generating at least two pulse trains using at least three voltage levels
KR101297320B1 (en) Single phase full-bridge inverter for providing enhanced power quality
Mersche et al. Quasi-two-level flying-capacitor-converter for medium voltage grid applications
JP4643117B2 (en) Multi-cell energy converter
CN112689946A (en) Voltage source converter using two voltage levels to generate pulse trains
CN111541370A (en) Flexible direct current transmission DC/DC converter for true and false bipolar interconnection
Kou et al. DC-link capacitor voltage balancing technique for phase-shifted PWM-based seven-switch five-level ANPC inverter
Yalla et al. A new three-phase multipoint clamped 5L-HPFC with reduced PSD count and switch stress
JP2020171163A (en) Power conversion device and power supply device
Salari et al. A novel nine-level boost inverter with reduced structure and simple DC link capacitor control
Taghvaie et al. A new step-up voltage balancing circuit for neutral-point-clamped multilevel inverter
CN111525540B (en) Hybrid modular direct current power flow controller and control method thereof
Salehahari et al. A new structure of multilevel inverters based on coupled inductors to increase the output current
CN113258804A (en) Five-level photovoltaic inverter capable of reducing number of switching tubes and modulation method thereof
Jin et al. Analysis and control of a hybrid-clamped four-level π-type converter

Legal Events

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

Effective date: 20140721

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170912

PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20191230

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200721