RU2475922C1

RU2475922C1 - Ac voltage converter

Info

Publication number: RU2475922C1
Application number: RU2011146444/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Немыченков; Александр Николаевич Макаренко; Антон Анатольевич Пжилуский; Александр Петрович Смоляр
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Источник"
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-02-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: ensured in the proposed AC voltage converter is automatic power supply switching from accidentally de-energised mains to operational mains, ensuring improved reliability of power supply with highly stable AC voltage with the required frequency for critical consumers for whom power supply interruptions are unallowable or highly undesirable.

EFFECT: improved reliability of power supply with highly stable 230 V AC voltage with frequency equal to 400 Hz for different facility consumers receiving primary power supply from 3-50 Hz, 380 V mains.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к силовой электронике, в частности к системам вторичного энергоснабжения. Изобретение может быть использовано для повышения надежности электропитания высокостабильным напряжением 230 В переменного тока частотой 400 Гц потребителей различных объектов (подвижных и стационарных, промышленного и военного назначения), имеющих первичное электроснабжение от сетей 3~50 Гц, 380 В.The invention relates to power electronics, in particular to secondary energy supply systems. The invention can be used to improve the reliability of power supply with a highly stable voltage of 230 V AC at a frequency of 400 Hz for consumers of various objects (mobile and stationary, industrial and military) having primary power supply from networks of 3 ~ 50 Hz, 380 V.

Известно устройство для регулирования напряжения любого вида (Патент РФ №2231901 СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЛЮБОГО ВИДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, МПК⁷ Н02М00 5/40, Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью Специальное конструкторское бюро "Локальные автоматизированные системы" (RU)), содержащее трансформатор, регулирующий ключ, датчик тока, отличающееся тем, что в него дополнительно введен второй регулирующий ключ, на входе устройства включен выпрямитель, выход которого соединен с шиной питания высокочастотного преобразователя, управляющие входы которого подключены к блоку управления, а выход подключен к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого средней точкой подключена к фазному проводу входного напряжения, а двумя остальными выводами - ко входам выпрямителей положительной и отрицательной полярностей, выходы которых через соответствующие регулирующие ключи подключены к сглаживающему фильтру и первому выводу электронного ключа с управляемой проводимостью, второй вывод которого подключен к нулевому проводу, а входы управления электронного ключа с управляемой проводимостью подключены к блоку управления, выход сглаживающего фильтра через датчик тока подключен к выходу устройства и по цепи обратной связи к блоку управления, два других входа которого подключены к фазному проводу и выходу датчика тока, а входы управления регулирующих ключей подключены к выходам блока управления.A device is known for regulating voltage of any kind (RF Patent No. 2231901 METHOD FOR REGULATING ANY TYPE VOLTAGE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION, IPC ⁷ Н02М00 5/40, Patentee: Limited Liability Company Special Design Bureau "Local Automated Systems" (RU)), containing a transformer, a regulating switch, a current sensor, characterized in that a second regulating switch is additionally inserted into it, a rectifier is connected to the input of the device, the output of which is connected to the power bus of the converter, the control inputs of which are connected to the control unit, and the output is connected to the primary winding of the transformer, the secondary winding of which is connected by the midpoint to the phase wire of the input voltage, and the other two outputs to the inputs of rectifiers of positive and negative polarities, the outputs of which are through the corresponding control keys connected to a smoothing filter and the first output of an electronic key with controlled conductivity, the second output of which is connected to the neutral wire, and the inputs are the boards of the electronic key with controlled conductivity are connected to the control unit, the output of the smoothing filter through the current sensor is connected to the output of the device and through the feedback circuit to the control unit, the other two inputs of which are connected to the phase wire and the output of the current sensor, and the control inputs of the control keys are connected to the outputs of the control unit.

Также известен импульсный преобразователь частоты (Патент РФ на полезную модель №88871 ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, МПК 2006.01 H02M 5/40, Патентообладатель: Борисов Юрий Александрович (RU)), содержащий входной выпрямитель и блок управления, имеющий в своем составе микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что блок управления дополнительно содержит коммуникационный порт, а выход выпрямителя через устройство плавного пуска подключен к входу источника питающих напряжений, выход которого подключен к входу ключевого усилителя мощности, который своим выходом подключен к входу нормализатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, который, в свою очередь, имеет связь с микроконтроллером, который своими управляющими выходами подключен к входам управления ключевого усилителя мощности и источника питающих напряжений, а через двунаправленную связь посредством коммуникационного порта подключен к персональному компьютеру.Also known is a pulse frequency converter (RF Patent for Utility Model No. 88871; PULSE FREQUENCY CONVERTER, IPC 2006.01 H02M 5/40, Patentee: Borisov Yuri Alexandrovich (RU)), which contains an input rectifier and a control unit, incorporating a microcontroller and analog-to-digital a converter, characterized in that the control unit further comprises a communication port, and the output of the rectifier through the soft starter is connected to the input of the supply voltage, the output of which is connected to the input of the key power amplifier, which is connected by its output to the input of the normalizer, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, which, in turn, is connected to a microcontroller, which, by its control outputs, is connected to the control inputs of the key power amplifier and the source of supply voltage, and through bidirectional communication through a communication port connected to a personal computer.

Общим недостатком устройства (Патент РФ №2231901) и импульсного преобразователя частоты (Патент РФ на полезную модель №88871) является возможность работы только от однофазной сети электропитания, что ограничивает мощность, которая может быть отдана нагрузке. Кроме этого, данные устройства предназначены для получения электропитания только от одной сети электроснабжения, что ограничивает возможности по повышению надежности электропитания ответственных потребителей, для которых перерывы в электроснабжении нежелательны.A common disadvantage of the device (RF Patent No. 2231901) and a pulse frequency converter (RF Patent for utility model No. 88871) is the ability to work only from a single-phase power supply network, which limits the power that can be given to the load. In addition, these devices are designed to receive power from only one power supply network, which limits the ability to increase the reliability of power supply for responsible consumers, for which interruptions in power supply are undesirable.

Известен преобразователь частоты (Патент РФ №2251787 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, МПК⁷ Н02М00 5/451, Н02М00 5/27, Патентообладатель: Дальневосточный государственный технический университет (RU)), включающий неуправляемый выпрямитель, вход которого является входом устройства и подключен к источнику переменного напряжения, а выход подключен через сглаживающий реактор ко входу тиристорного инвертора, выход последнего через первые фильтровые реакторы соединен с выходом устройства, к которому подключены выводы источника реактивной мощности, отличающийся тем, что в него введен преобразователь, состоящий из первого и второго двухквадрантных преобразователей ключевого типа, зажимы постоянного тока которых подключены к конденсатору, а зажимы переменного тока первого двухквадрантного преобразователя через вторые фильтровые реакторы подключены ко входу устройства, зажимы переменного тока второго двухквадрантного преобразователя через третьи фильтровые реакторы подключены к выходу устройства, а в качестве источника реактивной мощности использованы батареи конденсаторов.A known frequency converter (RF Patent No. 2251787 FREQUENCY CONVERTER, IPC ⁷ Н02М00 5/451, Н02М00 5/27, Patentee: Far Eastern State Technical University (RU)), including an uncontrolled rectifier, the input of which is the input of the device and connected to an AC voltage source, and the output is connected through a smoothing reactor to the input of the thyristor inverter, the output of the latter through the first filter reactors is connected to the output of the device to which the leads of the reactive power source are connected, which differs the fact that a converter is introduced into it, consisting of the first and second two-quadrant key-type converters, the DC terminals of which are connected to the capacitor, and the AC terminals of the first two-quadrant converter are connected to the input of the device through the second filter reactors, and the second terminals of the second two-quadrant converter through third filter reactors are connected to the output of the device, and capacitor banks are used as a source of reactive power.

Также известен преобразователь частоты (Патент РФ №2155433 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, МПК⁷ Н02М00 5/451, Патентообладатель: Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ (RU)), содержащий трехфазный выпрямитель, входные выводы которого подключены к входным выводам преобразователя частоты, и однофазный инвертор, выходные выводы которого подключены к выходным выводам преобразователя частоты, конденсатор, шунтирующий выходные выводы однофазного инвертора, дроссель, диод, пороговый элемент, выходной каскад, второй выходной каскад, задающий генератор, датчик напряжения, подключенный к конденсатору, датчик тока, фильтровую схему, вторую фильтровую схему, регулирующую схему, триггер, источник задающих напряжений, причем выход датчика напряжения соединен с входом фильтровой схемы, выход датчика тока подключен к входу второй фильтровой схемы, отличающийся тем, что трехфазный выпрямитель выполнен на диодах, однофазный инвертор выполнен на транзисторах, преобразователь частоты снабжен регулирующим транзистором, третьим выходным каскадом, схемой пуска, формирователем короткого импульса, устройством сравнения, вторым устройством сравнения, схемой выбора сигнала обратной связи, генератором пилообразного напряжения, последовательной цепью из второго датчика тока, подключенного к конденсатору, схемы усиления сигнала, компаратора, делителя частоты, выход которого соединен с входом второго выходного каскада, подключенного к управляющим электродам транзисторов диагонали однофазного инвертора, последовательной цепью из третьего датчика тока, подключенного к выходным выводам однофазного инвертора, и второй схемы усиления сигнала, выход которой соединен с вторым входом компаратора, последовательной цепью из второго порогового элемента и второго триггера, причем однофазный инвертор подключен к выходным выводам трехфазного выпрямителя через дроссель и регулирующий транзистор, диод шунтирует встречно-последовательное соединение дросселя и однофазного инвертора, датчик тока подключен к входу инвертора, вход третьего выходного каскада соединен с вторым выходом делителя частоты, а выходы подключены к управляющим электродам транзисторов второй диагонали однофазного инвертора, выход схемы пуска соединен с входом триггера, вход формирователя короткого импульса соединен с выходом триггера и с вторыми входами второго и третьего выходных каскадов, а выход подключен к входу делителя частоты, вход устройства сравнения соединен с выходом фильтровой схемы, а второй вход подключен к второму выходу источника задающих напряжений, вход второго устройства сравнения соединен с выходом второй фильтровой схемы, а второй вход подключен к выходу источника задающих напряжений, входы схемы выбора сигнала обратной связи соединены с выходами устройств сравнения, а выход соединен с входом регулирующей схемы, вход генератора пилообразного напряжения соединен с выходом задающего генератора, а выход подключен к входу порогового элемента, выход порогового элемента соединен с входом выходного каскада, а второй вход подключен к выходу регулирующей схемы, вход второго порогового элемента соединен с выходом второго устройства сравнения, выход выходного каскада соединен с управляющим электродом регулирующего транзистора, а второй вход подключен к выходу второго триггера.A frequency converter is also known (RF Patent No. 21545433 FREQUENCY CONVERTER, IPC ⁷ Н02М00 5/451, Patentee: Open Joint Stock Company ELSI (RU)), comprising a three-phase rectifier, the input terminals of which are connected to the input terminals of the frequency converter, and a single-phase inverter, output the conclusions of which are connected to the output terminals of the frequency converter, a capacitor shunting the output terminals of a single-phase inverter, a choke, a diode, a threshold element, an output stage, a second output stage, a master oscillator, yes a voltage detector connected to a capacitor, a current sensor, a filter circuit, a second filter circuit, a control circuit, a trigger, a voltage source, the voltage sensor output being connected to the input of the filter circuit, the current sensor output being connected to the input of the second filter circuit, characterized in that a three-phase rectifier is made on diodes, a single-phase inverter is made on transistors, the frequency converter is equipped with a control transistor, a third output stage, a start-up circuit, a short-pulse shaper, a comparison device, a second comparison device, a feedback signal selection circuit, a sawtooth generator, a series circuit from a second current sensor connected to a capacitor, a signal amplification circuit, a comparator, a frequency divider, the output of which is connected to the input of a second output stage connected to the control electrodes diagonal transistors of a single-phase inverter, a serial circuit from a third current sensor connected to the output terminals of a single-phase inverter, and a second signal amplification circuit ala, the output of which is connected to the second input of the comparator, a serial circuit from the second threshold element and the second trigger, and the single-phase inverter is connected to the output terminals of the three-phase rectifier through the inductor and the control transistor, the diode shunts the in-series connection of the inductor and the single-phase inverter, the current sensor is connected to the inverter input, the input of the third output stage is connected to the second output of the frequency divider, and the outputs are connected to the control electrodes of the transistors of the second diagonal phase inverter, the output of the start-up circuit is connected to the trigger input, the input of the short-pulse former is connected to the output of the trigger and to the second inputs of the second and third output stages, and the output is connected to the input of the frequency divider, the input of the comparison device is connected to the output of the filter circuit, and the second input is connected to the second output of the source of the driving voltage, the input of the second comparison device is connected to the output of the second filter circuit, and the second input is connected to the output of the source of the driving voltage, the inputs of the signal selection circuit communication connections are connected to the outputs of the comparison devices, and the output is connected to the input of the control circuit, the input of the sawtooth voltage generator is connected to the output of the master oscillator, and the output is connected to the input of the threshold element, the output of the threshold element is connected to the input of the output stage, and the second input is connected to the output of the control circuit, the input of the second threshold element is connected to the output of the second comparison device, the output of the output stage is connected to the control electrode of the control transistor, and the second input is connected to ode second flip-flop.

Известен преобразователь частоты (Патент РФ на полезную модель №91485 ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, МПК 2006.1 Н02М 5/40, Патентообладатель: Войтович Игорь Александрович (RU), Зоткин Андрей Павлович (RU) и др.), содержащий трехфазный трансформаторный узел, входные обмотки которого подключены к входному источнику трехфазного напряжения, а выходные - к входным выводам выпрямителя, выходные выводы которого присоединены к конденсатору и выводам постоянного тока трехфазного мостового инвертора, выполненного на дискретных транзисторах, выводы переменного тока которого через первые обмотки соответствующих трансформаторов тока и дроссели L-C фильтров соединены с выходными выводами, при этом две вторые обмотки трансформаторов тока присоединены к управляющим цепям транзисторов, образующих соответствующую стойку мостового инвертора, а начало и конец третьих обмоток, имеющих среднюю точку, соединены соответственно с одной из трех пар противофазных выходов блока управления, а их средние точки связаны с источником электропитания блока управления, при этом блок управления выполнен обеспечивающим формирование регулируемых нулевых пауз в каждой полуволне выходного напряжения мостового инвертора путем одновременного отпирания всех транзисторов, подключенных к одному из выводов постоянного тока мостового инвертора, с одновременным запиранием всех транзисторов, подключенных к его другому выводу.A frequency converter is known (RF Patent for Utility Model No. 91485 THREE-PHASE FREQUENCY CONVERTER, IPC 2006.1 Н02М 5/40, Patentee: Voitovich Igor Aleksandrovich (RU), Zotkin Andrei Pavlovich (RU), etc.) containing a three-phase transformer unit, the input windings of which connected to the input source of the three-phase voltage, and the output to the input terminals of the rectifier, the output terminals of which are connected to the capacitor and the DC terminals of the three-phase bridge inverter, made on discrete transistors, which current through the first windings of the respective current transformers and LC chokes of the filters are connected to the output terminals, while the two second windings of the current transformers are connected to the control circuits of the transistors forming the corresponding rack of the bridge inverter, and the beginning and end of the third windings having a midpoint are connected respectively with one of three pairs of antiphase outputs of the control unit, and their midpoints are connected to the power supply of the control unit, while the control unit is made about providing the formation of adjustable zero pauses in each half wave of the output voltage of the bridge inverter by simultaneously unlocking all transistors connected to one of the DC terminals of the bridge inverter, while simultaneously locking all transistors connected to its other output.

Общим недостатком преобразователей частоты (Патент РФ №2251787 и №2155433) и преобразователя частоты (Патент РФ на полезную модель №91485) является использование в качестве питающей только одной трехфазной сети электроснабжения, не позволяющее обеспечить повышенную надежность электропитания потребителей.A common drawback of frequency converters (RF Patent No. 2251787 and No. 21545433) and frequency converter (RF Patent for Utility Model No. 91485) is the use of only one three-phase power supply network, which does not allow for increased reliability of power supply to consumers.

Известно устройство бесперебойного электропитания потребителей переменного тока (Патент РФ на полезную модель №81855 УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, МПК 2006.01 H02J 9/00, H02J 9/06, Патентообладатель: Королев Станислав Иванович (RU), Ильченко Василий Павлович (RU) и др.), которое предназначено для гарантированного электропитания ответственных потребителей переменного тока при наличии основной и резервной сетей. Устройство содержит основной коммутатор, подключенный к основной сети, и силовой трансформатор, подключенный через стабилизатор к резервной сети. С вторичными обмотками силового трансформатора соединен инвертор с ШИМ, постоянный вход которого подключен к выходу неуправляемого выпрямителя. Устройство содержит блоки контроля фазы и полярности напряжения, схему управления, два выпрямителя, зажимы переменного тока которых соединены с вторичными обмотками силового трансформатора, и ключевые элементы. С фазными выходами инвертора с ШИМ через ключевые элементы коммутатора соединены одни из первичных обмоток уравнительных трансформаторов. Вторые первичные обмотки уравнительных трансформаторов включены в соответствующие фазные выводы основной сети. Концы первичных обмоток уравнительных трансформаторов объединены и подключены к соответствующим клеммам потребителя. Вторичные обмотки уравнительных трансформаторов соединены встречно-параллельно. Наличие уравнительных трансформаторов позволяет регулировать и стабилизировать напряжение на выходе устройства.A device for uninterrupted power supply of alternating current consumers is known (RF Patent for Utility Model No. 81855 DEVICE FOR UNINTERRUPTED POWER SUPPLY OF AC CONSUMERS, IPC 2006.01 H02J 9/00, H02J 9/06, Patent holder: Korolev Stanislav Ivanovich (RU), Ilchenko Vasili Ivili Pavilov (RU), Ilchenko Vasily (RU) etc.), which is intended for guaranteed power supply for responsible consumers of alternating current in the presence of the main and backup networks. The device contains a main switch connected to the main network, and a power transformer connected through a stabilizer to the backup network. An inverter with a PWM is connected to the secondary windings of the power transformer, the constant input of which is connected to the output of an uncontrolled rectifier. The device contains phase and polarity voltage control units, a control circuit, two rectifiers, the AC clamps of which are connected to the secondary windings of the power transformer, and key elements. One of the primary windings of equalizing transformers are connected to the phase outputs of the inverter with the PWM through the key elements of the switch. The second primary windings of equalizing transformers are included in the corresponding phase outputs of the main network. The ends of the primary windings of equalizing transformers are combined and connected to the corresponding terminals of the consumer. Secondary windings of equalizing transformers are connected counter-parallel. The presence of surge transformers allows you to adjust and stabilize the voltage at the output of the device.

Основным недостатком данного устройства является отсутствие возможности преобразования частоты напряжения переменного тока сетей электропитания в напряжение переменного, которое необходимо для гарантированного электропитания ответственных потребителей переменного тока с требуемой частотой (отличной от частоты сетей электропитания).The main disadvantage of this device is the inability to convert the frequency of the alternating current voltage of the power supply networks to the alternating voltage, which is necessary for the guaranteed power supply of responsible AC consumers with the required frequency (different from the frequency of the power supply networks).

Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является преобразователь частоты (Патент РФ на полезную модель №47147 ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, МПК⁷ Н02М 5/40, Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЦИКЛ ПЛЮС" (RU)), содержащий (см. Фиг.2 Патента РФ на полезную модель №47147) модуль выпрямителя 1, микроконтроллер 2, датчик напряжения звена постоянного тока 3, конденсатор фильтра 4, модуль преобразователя постоянного напряжения 5 для питания обмотки возбуждения, модуль трехфазного инвертора 8, датчик тока обмотки возбуждения 7, датчики тока в фазах двигателя 9, 10, источник питания 6. Микроконтроллер управляет модулем выпрямителя, модулем трехфазного инвертора, модулем преобразователя постоянного напряжения, принимает сигналы с датчиков тока, напряжения, ДПР, имеет двунаправленный канал "ИНТЕРФЕЙС" для подключения к локальной промышленной сети. Преобразователь частоты содержит трехфазный силовой вход LI, L2, L3, трехфазный силовой выход U, V, W, выходы Н и К для подключения независимой обмотки возбуждения электродвигателя.The closest to the performance analogue, adopted as a prototype of the invention, is a frequency converter (RF Patent for Utility Model No. 47147 FAN-INDUCTOR ELECTRIC DRIVE, IPC ⁷ Н02М 5/40, Patentee: Limited Liability Company "Scientific Production Enterprise" CYCLUS PLUS "(RU)), containing (see Figure 2 of the RF Patent for Utility Model No. 47147) a rectifier module 1, a microcontroller 2, a DC link voltage sensor 3, a filter capacitor 4, a 5 d constant voltage converter module To power the field winding, three-phase inverter module 8, field current sensor 7, current sensors in the phases of the motor 9, 10, power supply 6. The microcontroller controls the rectifier module, three-phase inverter module, DC / DC converter module, receives signals from current and voltage sensors , DPR, has a bi-directional channel "INTERFACE" for connecting to a local industrial network. The frequency converter contains a three-phase power input LI, L2, L3, a three-phase power output U, V, W, outputs N and K for connecting independent motor winding.

Основным недостатком преобразователя частоты по прототипу является использование в качестве питающей только одной трехфазной сети электроснабжения, что ограничивает возможности по повышению надежности электропитания (в случае аварийного отключения сети электроснабжения) ответственных потребителей, для которых перерывы в электроснабжении недопустимы или крайне нежелательны.The main disadvantage of the frequency converter according to the prototype is the use of only one three-phase power supply network, which limits the ability to increase the reliability of power supply (in the event of a power outage) of responsible consumers for whom interruptions in power supply are unacceptable or extremely undesirable.

Авторы предлагаемого изобретения предполагают возможным содержащиеся в прототипе «трехфазный силовой вход LI, L2, L3» и «трехфазный силовой выход U, V, W» преобразователя частоты, называть соответственно «Трехфазная сеть электроснабжения переменного тока с частотой f1» и «Трехфазная сеть электропитания потребителей переменным током с частотой f2», конденсатор фильтра 4 считать и называть просто «фильтром», а датчики тока в фазах двигателя 9, 10 считать единым датчиком трехфазного тока и называть просто «датчиком тока».The authors of the present invention suggest it is possible contained in the prototype "three-phase power input LI, L2, L3" and "three-phase power output U, V, W" of the frequency converter, respectively call "Three-phase AC power supply with a frequency of f1" and "Three-phase power supply of consumers alternating current with a frequency of f2 ", the filter capacitor 4 is considered and simply called the" filter ", and the current sensors in the phases of the motor 9, 10 are considered a single three-phase current sensor and simply called the" current sensor ".

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя переменного напряжения, заключающееся в повышении надежности электропитания ответственных потребителей напряжением переменного тока с требуемой частотой.The aim of the invention is to expand the functionality of the AC voltage Converter, which consists in increasing the reliability of power supply of critical consumers with AC voltage at the required frequency.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения, содержащий первую трехфазную сеть электроснабжения переменного тока с частотой f1, первый выпрямитель, третий фильтр, первый источник питания, первый инвертор, третий датчик тока, микроконтроллер и трехфазную сеть электропитания потребителей переменным током с частотой f2; выход первого выпрямителя соединен с входом третьего фильтра, второй выход микроконтроллера подключен к управляющему входу первого инвертора, к четвертому входу микроконтроллера подключен информационный выход третьего датчика тока, введены вторая трехфазная сеть электроснабжения переменного тока с частотой f1, второй выпрямитель, первый, второй, четвертый, пятый, шестой и седьмой фильтр, второй источник питания, первый, второй, третий и четвертый контактор, первый, второй и четвертый датчик тока, второй инвертор, первый, второй, третий и четвертый датчик напряжения, схема развязки цепей питания и трансформатор; первая трехфазная сеть электроснабжения переменного тока с частотой f1 соединена с входом первого датчика напряжения и через последовательно соединенные первый контактор и первый фильтр подключена к входу первого выпрямителя; вторая трехфазная сеть электроснабжения переменного тока с частотой f1 соединена с входом второго датчика напряжения и через последовательно соединенные второй контактор и второй фильтр подключена к входу второго выпрямителя; выход третьего фильтра через первый источник питания соединен с первым входом схемы развязки цепей питания и через последовательно соединенные первый датчик тока, первый инвертор, пятый фильтр, третий датчик тока и третий контактор подключен к первому входу трансформатора; выход второго выпрямителя через последовательно соединенные четвертый фильтр, второй датчик тока, второй инвертор, шестой фильтр, четвертый датчик тока и четвертый контактор подключен ко второму входу трансформатора; выход четвертого фильтра через второй источник питания соединен со вторым входом схемы развязки цепей питания, выход которой соединен с входом питания микроконтроллера; выход трансформатора через седьмой фильтр подключен к трехфазной сети электропитания потребителей переменным током с частотой f2; к первому входу микроконтроллера подключен выход первого датчика напряжения, ко второму - информационный выход первого датчика тока, к третьему - выход третьего датчика напряжения, к пятому - выход второго датчика напряжения, к шестому - информационный выход второго датчика тока, к седьмому - выход четвертого датчика напряжения, к восьмому - информационный выход четвертого датчика тока; первый, третий, четвертый и шестой выход микроконтроллера подключен соответственно к первому, третьему, второму и четвертому контактору, а пятый выход - к управляющему входу второго инвертора.This goal is achieved in that in an AC voltage converter containing a first three-phase AC power supply network with a frequency of f1, a first rectifier, a third filter, a first power source, a first inverter, a third current sensor, a microcontroller and a three-phase AC power supply network with a frequency of f2 ; the output of the first rectifier is connected to the input of the third filter, the second output of the microcontroller is connected to the control input of the first inverter, the information output of the third current sensor is connected to the fourth input of the microcontroller, the second three-phase AC power supply network with a frequency of f1 is introduced, the second rectifier, the first, second, fourth, a fifth, sixth and seventh filter, a second power source, a first, second, third and fourth contactor, a first, second and fourth current sensor, a second inverter, a first, second, third and The Fourth voltage sensor supply decoupling circuit and the transformer; the first three-phase AC power supply network with a frequency f1 is connected to the input of the first voltage sensor and through the first contactor and the first filter connected in series to the input of the first rectifier; the second three-phase AC power supply network with a frequency f1 is connected to the input of the second voltage sensor and through the second contactor and the second filter connected in series is connected to the input of the second rectifier; the output of the third filter through the first power source is connected to the first input of the isolation circuit of the power circuits and through the first connected current sensor, the first inverter, the fifth filter, the third current sensor and the third contactor are connected to the first input of the transformer; the output of the second rectifier through a fourth filter, a second current sensor, a second inverter, a sixth filter, a fourth current sensor and a fourth contactor connected in series to the second input of the transformer; the output of the fourth filter through the second power source is connected to the second input of the isolation circuit of the power circuits, the output of which is connected to the power input of the microcontroller; the transformer output through the seventh filter is connected to a three-phase power supply network of consumers with alternating current with a frequency f2; the output of the first voltage sensor is connected to the first input of the microcontroller, the information output of the first current sensor is connected to the second, the output of the third voltage sensor is to the third, the output of the second voltage sensor is to the fifth, the information output of the second current sensor is to the sixth, and the fourth sensor is output to the seventh voltage, to the eighth - the information output of the fourth current sensor; the first, third, fourth and sixth output of the microcontroller is connected respectively to the first, third, second and fourth contactor, and the fifth output to the control input of the second inverter.

Кроме этого, микроконтроллер выполнен с возможностью контроля значения напряжения первой и второй трехфазной сети электроснабжения переменного тока с частотой f1, значения тока на выходе первого и второго выпрямителя (после третьего и четвертого фильтра), контроля значения напряжения и тока на выходе первого и второго инвертора (после пятого и шестого фильтра), с возможностью управления первым и вторым инвертором, а также первым, вторым, третьим и четвертым контактором.In addition, the microcontroller is configured to control the voltage value of the first and second three-phase AC power supply network with a frequency f1, the current value at the output of the first and second rectifier (after the third and fourth filter), control the voltage and current value at the output of the first and second inverter ( after the fifth and sixth filter), with the ability to control the first and second inverter, as well as the first, second, third and fourth contactor.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом преобразователе переменного напряжения обеспечивается автоматическое переключение электропитания от аварийно отключенной сети к работоспособной, обеспечивающее повышение надежности электропитания высокостабильным напряжением переменного тока с требуемой частотой ответственных потребителей, для которых перерывы в электроснабжении недопустимы или крайне нежелательны.The essence of the invention lies in the fact that in the proposed AC voltage converter, automatic switching of power supply from an accidentally disconnected network to a working one is ensured, which provides increased reliability of power supply by a highly stable AC voltage with the required frequency of responsible consumers, for which interruptions in power supply are unacceptable or extremely undesirable.

Технический результат - повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей напряжением 230 В переменного трехфазного (и/или однофазного) тока частотой 400 Гц, получающих первичное электропитание одновременно от двух сетей 3~50 Гц, 380 В через преобразователь переменного напряжения.EFFECT: increased reliability of power supply to critical consumers with a voltage of 230 V of an alternating three-phase (and / or single-phase) current with a frequency of 400 Hz, receiving primary power supply simultaneously from two networks of 3 ~ 50 Hz, 380 V through an AC voltage converter.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой представлена функционально-структурная схема преобразователя переменного напряжения.The invention is illustrated in figure 1, which presents a functional structural diagram of an AC voltage Converter.

Согласно фиг.1 преобразователь включает первую 1 и вторую 28 трехфазную сеть электроснабжения переменного тока с частотой f1, первый 2 и второй 29 выпрямитель, первый 6, второй 21, третий 3, четвертый 30, пятый 9, шестой 24 и седьмой 19 фильтр, первый 4 и второй 31 источник питания, первый 5, второй 20, третий 11 и четвертый 26 контактор, первый 7, второй 22, третий 10 и четвертый 25 датчик тока, первый 8 и второй 23 инвертор, первый 12, второй 17, третий 13 и четвертый 18 датчик напряжения, микроконтроллер 14, схему развязки цепей питания 15, трансформатор 16 и трехфазную сеть электропитания потребителей переменным током с частотой f2 27.According to figure 1, the Converter includes a first 1 and second 28 three-phase AC power supply with a frequency f1, the first 2 and second 29 rectifiers, the first 6, second 21, third 3, fourth 30, fifth 9, sixth 24 and seventh 19 filter, first 4 and second 31 power supply, first 5, second 20, third 11 and fourth 26 contactor, first 7, second 22, third 10 and fourth 25 current sensor, first 8 and second 23 inverters, first 12, second 17, third 13 and the fourth 18 voltage sensor, microcontroller 14, the isolation circuit of the power supply 15, the transformer 16 and a three-phase network e power supply of consumers with alternating current with a frequency of f2 27.

Первая трехфазная сеть электроснабжения переменного тока с частотой f1 1 соединена с входом первого датчика напряжения 12 и через последовательно соединенные первый контактор 5 и первый фильтр 6 подключена к входу первого выпрямителя 2. Вторая трехфазная сеть электроснабжения переменного тока с частотой f1 28 соединена с входом второго датчика напряжения 17 и через последовательно соединенные второй контактор 20 и второй фильтр 21 подключена к входу второго выпрямителя 29.The first three-phase AC power supply network with a frequency of f1 1 is connected to the input of the first voltage sensor 12 and through the first contactor 5 and the first filter 6 connected in series to the input of the first rectifier 2. The second three-phase AC power supply with a frequency of f1 28 is connected to the input of the second sensor voltage 17 and through a series-connected second contactor 20 and a second filter 21 is connected to the input of the second rectifier 29.

Выход первого выпрямителя 2 через последовательно соединенные третий фильтр 3, первый датчик тока 7, первый инвертор 8, пятый фильтр 9, третий датчик тока 10 и третий контактор 11 подключен к первому входу трансформатора 16; выход второго выпрямителя 29 через последовательно соединенные четвертый фильтр 30, второй датчик тока 22, второй инвертор 23, шестой фильтр 24, четвертый датчик тока 25 и четвертый контактор 26 подключен ко второму входу трансформатора 16. Выход трансформатора 16 через седьмой фильтр 19 подключен к трехфазной сети электропитания потребителей переменным током с частотой f2 27.The output of the first rectifier 2 through a series-connected third filter 3, the first current sensor 7, the first inverter 8, the fifth filter 9, the third current sensor 10 and the third contactor 11 is connected to the first input of the transformer 16; the output of the second rectifier 29 through the fourth filter 30, the second current sensor 22, the second inverter 23, the sixth filter 24, the fourth current sensor 25 and the fourth contactor 26 is connected to the second input of the transformer 16. The output of the transformer 16 through the seventh filter 19 is connected to a three-phase network AC power consumers with a frequency of f2 27.

Выход третьего фильтра 3 через первый источник питания 4 соединен с первым входом схемы развязки цепей питания 15; выход четвертого фильтра 30 через второй источник питания 31 соединен со вторым входом схемы развязки цепей питания 15, выход которой соединен с входом питания микроконтроллера 14.The output of the third filter 3 through the first power supply 4 is connected to the first input of the isolation circuit 15; the output of the fourth filter 30 through the second power source 31 is connected to the second input of the isolation circuit of the power circuits 15, the output of which is connected to the power input of the microcontroller 14.

К первому входу микроконтроллера 14 подключен выход первого датчика напряжения 12, ко второму - информационный выход первого датчика тока 7, к третьему - выход третьего датчика напряжения 13, к четвертому - информационный выход третьего датчика тока 10, к пятому - выход второго датчика напряжения 17, к шестому - информационный выход второго датчика тока 22, к седьмому - выход четвертого датчика напряжения 18, к восьмому - информационный выход четвертого датчика тока 25.The output of the first voltage sensor 12 is connected to the first input of the microcontroller 14, the information output of the first current sensor 7 is connected to the second, the output of the third voltage sensor 13 is to the third, the information output of the third current sensor 10 is fourth, and the second voltage sensor 17 is output to the fifth to the sixth - the information output of the second current sensor 22, to the seventh - the output of the fourth voltage sensor 18, to the eighth - the information output of the fourth current sensor 25.

Первый, третий, четвертый и шестой выход микроконтроллера 14 подключен соответственно к первому 5, третьему 11, второму 20 и четвертому 26 контактору, а второй и пятый выход - соответственно к управляющему входу первого 8 и второго 23 инвертора 8.The first, third, fourth and sixth output of the microcontroller 14 is connected respectively to the first 5, third 11, second 20 and fourth 26 contactor, and the second and fifth output, respectively, to the control input of the first 8 and second 23 inverter 8.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.The proposed Converter operates as follows.

Преобразователь переменного напряжения состоит из двух каналов преобразования, каждый из которых получает электропитание от индивидуальной сети напряжения переменного тока с частотой f1 (основной 1 или резервной 28), с общей системой управления на базе микроконтроллера 14.The AC voltage converter consists of two conversion channels, each of which receives power from an individual AC voltage network with a frequency f1 (primary 1 or backup 28), with a common control system based on microcontroller 14.

Объединение каналов преобразования устройства осуществляется в трансформаторе 16, выполняющего функцию гальванической развязки как питающих сетей напряжения переменного тока с частотой f1 между собой, так и сети электропитания потребителей напряжения переменного тока с частотой f2 27. При этом, гарантируется высокое качество электропитания потребителей высокостабильным напряжением переменного тока с частотой f2 и, в частности, отсутствие постоянной составляющей в выходном напряжении.The conversion channels of the device are combined in a transformer 16, which performs the function of galvanically decoupling both the supply AC voltage networks with a frequency f1 between themselves and the power supply network of consumers of an AC voltage with a frequency of f2 27. At the same time, high quality power supplies to consumers with a highly stable AC voltage are guaranteed with frequency f2 and, in particular, the absence of a constant component in the output voltage.

Для запуска в работу преобразователя производится включение (дистанционное или местное - вручную) первого контактора 5. Напряжение электропитания переменного тока частотой f1 от первой (основной) сети 1 пропускается через первый фильтр 6, преобразуется в напряжение постоянного тока первым выпрямителем 2 и после третьего фильтра 3 поступает на первый источник питания 4 и далее через схему развязки цепей питания 15 в микроконтроллер 14. Микроконтроллер 14 (в соответствии с «прошитой» в его памяти программой управления) выполняет опрос первого датчика напряжения 12 и при нахождении значения напряжения и частоты тока в допустимых пределах (например, отклонение значение напряжения от +13% до - 25% и частоты ±2%) запускает в работу первый инвертор 8. При этом, микроконтроллер 14, осуществляя выдачу ШИМ-сигналов на управляющий вход первого инвертора 8, с помощью третьего датчика напряжения 13 обеспечивает формирование значения напряжения переменного тока с частотой f2, необходимой для электропитания потребителей сети 27. После достижения требуемого значения напряжения и требуемой частоты переменного тока, микроконтроллер 14 включает третий контактор 11, обеспечивая электропитание потребителей с высоким качеством через трансформатор 16 и фильтр 19.To start the converter, the first contactor 5 is switched on (remote or local - manually) 5. An AC voltage of frequency f1 from the first (main) network 1 is passed through the first filter 6, converted to DC voltage by the first rectifier 2 and after the third filter 3 arrives at the first power source 4 and then through the isolation circuit of the power circuits 15 to the microcontroller 14. The microcontroller 14 (in accordance with the control program “flashed” in its memory) polls the first yes voltage 12 and when the voltage and current frequency are within acceptable limits (for example, the deviation of the voltage value from + 13% to - 25% and frequency ± 2%) starts the first inverter 8. In this case, the microcontroller 14, issuing PWM -signals to the control input of the first inverter 8, using the third voltage sensor 13 provides the formation of the AC voltage value with a frequency f2 necessary for power supply to the network consumers 27. After reaching the required voltage value and the required frequency ennogo current, the microcontroller 14 includes the third contactor 11, providing electrical power consumers with a high quality through the transformer 16 and filter 19.

После запуска в работу первого канала преобразования, микроконтроллер 14 производит опрос второго датчика напряжения 17, определяя возможность использования второй (резервной) сети 28. При нормальных параметрах резервной сети электропитания 28, микроконтроллер 14 запускает в работу второй канал преобразования и синхронизирует значения выходного напряжения, частоты и фазы первого 8 и второго 23 инвертора по показаниям третьего 10 и четвертого 18 датчиков напряжения, после чего включает четвертый контактор 26, переводя оба канала преобразования в режим параллельной работы на общую нагрузку. Далее, микроконтроллер 14, производя постоянный опрос датчиков напряжения (12, 13, 17 и 18) и тока (7, 10, 22 и 25), осуществляет скоординированное управление двумя каналами преобразования, при котором обеспечивается выравнивание мощностей, потребляемых преобразователем от основной 1 и резервной 28 сети электропитания. При этом, преобразователь обеспечивает электропитание потребителей сети 27 с высоким качеством (то есть, с высокостабильными значениями выходного напряжения и частоты тока f2) независимо от конкретных параметров питающих сетей 1 и 28 (причем, достаточным условием для этого является только нахождение значения напряжения и частоты тока в допустимых пределах).After starting the first conversion channel, the microcontroller 14 polls the second voltage sensor 17, determining the possibility of using the second (backup) network 28. With the normal parameters of the backup power supply network 28, the microcontroller 14 starts the second conversion channel and synchronizes the values of the output voltage, frequency and the phases of the first 8 and second 23 inverters according to the readings of the third 10 and fourth 18 voltage sensors, after which it turns on the fourth contactor 26, translating both conversion channels in parallel operation for a total load. Further, the microcontroller 14, constantly polling the voltage sensors (12, 13, 17 and 18) and current (7, 10, 22 and 25), coordinates the two conversion channels in a coordinated manner, which ensures equalization of the capacities consumed by the converter from the main 1 and backup 28 power supply network. Moreover, the converter provides power to the consumers of network 27 with high quality (that is, with highly stable values of the output voltage and current frequency f2), regardless of the specific parameters of the supply networks 1 and 28 (and, only finding the value of voltage and current frequency is sufficient for this within acceptable limits).

В случае пропадания напряжения в одной из питающих сетей (1 или 28) или выхода параметров сети за допустимые пределы, микроконтроллер 14 производит отключение соответствующего канала преобразования, увеличивает нагрузку на оставшийся в работе канал, тем самым обеспечивая бесперебойность (в конечном итоге, обеспечивая повышение надежности) электропитания ответственных потребителей сети напряжения переменного тока с частотой f2 27.In the event of a voltage failure in one of the supply networks (1 or 28) or the network parameters exceeding the permissible limits, the microcontroller 14 turns off the corresponding conversion channel, increases the load on the channel remaining in operation, thereby ensuring uninterrupted operation (ultimately, providing increased reliability ) power supply for responsible consumers of the AC voltage network with a frequency of f2 27.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый преобразователь переменного напряжения может быть изготовлен в соответствии с приведенным чертежом и описанием на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования.Industrial applicability of the invention is determined by the fact that the proposed AC voltage Converter can be manufactured in accordance with the drawing and description based on well-known components and technological equipment.

Предлагаемые технические решения практически реализованы ООО «Источник» в статическом преобразователе СПТ-25-230-400-3, обеспечивающем повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей напряжением 230 В переменного тока 3~400 Гц при электропитании от двух сетей 3~50 Гц, 380 В.The proposed technical solutions have been practically implemented by Istok LLC in the SPT-25-230-400-3 static converter, which provides increased reliability of power supply to responsible consumers with a voltage of 230 V AC 3 ~ 400 Hz with power from two networks 3 ~ 50 Hz, 380 V.

Таким образом, на базе предлагаемого преобразователя переменного напряжения обеспечивается повышение надежности систем вторичного энергоснабжения ответственных потребителей, что актуально при эксплуатации ряда объектов (подвижных и стационарных, промышленного и военного назначения), имеющих первичное электроснабжение от сетей 3~50 Гц, 380 В.Thus, on the basis of the proposed AC voltage converter, it is possible to increase the reliability of secondary energy supply systems for responsible consumers, which is important when operating a number of facilities (mobile and stationary, industrial and military) having primary power supply from networks of 3 ~ 50 Hz, 380 V.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый преобразователь переменного напряжения отвечает критериям «Новизна», «Изобретательский уровень» и «Промышленная применимость» и может быть защищен патентом Российской Федерации на изобретение.Based on the foregoing and the results of our patent information search, we believe that the proposed AC voltage converter meets the criteria of "Novelty", "Inventive step" and "Industrial applicability" and can be protected by a patent of the Russian Federation for an invention.

Claims

1. An AC voltage converter comprising a first three-phase AC power supply network with a frequency of f1, a first rectifier, a third filter, a first power supply, a first inverter, a third current sensor, a microcontroller and a three-phase AC power supply network with a frequency of f2; the output of the first rectifier is connected to the input of the third filter, the second output of the microcontroller is connected to the control input of the first inverter, the information output of the third current sensor is connected to the fourth input of the microcontroller, characterized in that a second three-phase AC power supply network with a frequency of f1 is inserted into it, the second rectifier, first, second, fourth, fifth, sixth and seventh filters, a second power supply, first, second, third and fourth contactors, first, second and fourth current sensors, second in ertor, first, second, third and fourth voltage sensors supply decoupling circuit and the transformer; the first three-phase AC power supply network with a frequency f1 is connected to the input of the first voltage sensor and through the first contactor and the first filter connected in series to the input of the first rectifier; the second three-phase AC power supply network with a frequency f1 is connected to the input of the second voltage sensor and through the second contactor and the second filter connected in series is connected to the input of the second rectifier; the output of the third filter through the first power source is connected to the first input of the isolation circuit of the power circuits and through the first connected current sensor, the first inverter, the fifth filter, the third current sensor and the third contactor are connected to the first input of the transformer; the output of the second rectifier through a fourth filter, a second current sensor, a second inverter, a sixth filter, a fourth current sensor and a fourth contactor connected in series to the second input of the transformer; the output of the fourth filter through the second power source is connected to the second input of the isolation circuit of the power circuits, the output of which is connected to the power input of the microcontroller; the transformer output through the seventh filter is connected to a three-phase power supply network of consumers with alternating current with a frequency f2; the output of the first voltage sensor is connected to the first input of the microcontroller, the information output of the first current sensor is connected to the second, the output of the third voltage sensor is to the third, the output of the second voltage sensor is to the fifth, the information output of the second current sensor is to the sixth, and the fourth sensor is output to the seventh voltage, to the eighth - the information output of the fourth current sensor; the first, third, fourth and sixth outputs of the microcontroller are connected respectively to the first, third, second and fourth contactors, and the fifth output to the control input of the second inverter.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that the microcontroller is configured to control the voltage value of the first and second three-phase AC power supply networks with a frequency f1, the current value at the output of the first and second rectifiers (after the third and fourth filters), and control the voltage value and current at the output of the first and second inverters (after the fifth and sixth filters), with the ability to control the first and second inverters, as well as the first, second, third and fourth contactors.