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invention
Fédération de Russie Patent RU2279748

DISPOSITIF DE CHARGEMENT condensateur de stockage

DISPOSITIF DE CHARGEMENT condensateur de stockage

Nom de l'inventeur: Viktor Meshcheryakov (RU); Koval Alexey A.
Le nom du titulaire du brevet: Lipetsk State Technical University (Université technique d' Etat Lipetsk)
Adresse de correspondance: 398600, Lipetsk, st. Moscou, 30, Université technique d'Etat Lipetsk, NIS
Date de début du brevet: 09.03.2005

L'invention concerne une technique d'impulsion et concerne capacitif de stockage d'énergie électrique. Il peut être utilisé dans les procédés de la soi-disant responsable "lente" sur plusieurs périodes de la tension d'alimentation pour charger le stockage capacitif d'énergie électrique (ENEE), puissants générateurs d'impulsions. L'invention consiste en ce que des éléments tokoogranichivayusche-dosage sont formés comme des bobines d'induction, un convertisseur de pont est réalisé sous la forme d'une tension d'onduleur autonome sur les touches fermant à clé sur les sorties de l'alimentation électrique triphasée est en outre reliée aux entrées de tension d'alimentation du capteur triphasé, dont les sorties sont connectées à une entrée de l'unité de commande les entrées du convertisseur en pont triphasé est en outre reliée aux entrées des capteurs de courant de phase, dont les sorties sont reliées à d'autres entrées de l'unité de commande à la sortie du capteur de tension du condensateur de stockage du pont onduleur triphasé est connecté, dont la sortie est reliée à une autre entrée de l'unité de commande à l'autre entrée de l'unité de commande est connectée la sortie du bloc la mise en valeur de la tension d'entraînement de retour à une entrée de l'unité de commande reliée à la sortie de l'unité de réglage de tempo de stockage de charge. En conséquence, représenté par le dispositif fournit un résultat technique - condensateur de stockage de charge à grande vitesse à une tension supérieure à l'amplitude de la tension de la ligne de plusieurs ordres de grandeur. Les principes du système de contrôle vous permettent de mettre en œuvre un large éventail de la réglementation en douceur de la vitesse du condensateur de stockage de charge, et le courant est consommé à partir du réseau de forme d'onde sensiblement sinusoïdale, et l'utilisation des inducteurs à la place des condensateurs tokoogranichivayusche-dosage améliore la fiabilité du dispositif.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne une technique d'impulsion et concerne capacitif de stockage d'énergie électrique. Il peut être utilisé dans les procédés de la soi-disant responsable "lente" sur plusieurs périodes de la tension d'alimentation pour charger le stockage capacitif d'énergie électrique (ENEE), puissants générateurs d'impulsions.

Dispositif pour charger le dispositif de stockage capacitif d'énergie comprenant une alimentation en courant alternatif triphasé avec trois bornes, dispositif de stockage capacitif d'énergie, le premier condensateur de mesure, un deuxième condensateur de mesure, une plaque qui est reliée à une première borne de la source de courant alternatif triphasé de puissance, le thyristor de charge, dont la cathode est reliée à la première borne stockage capacitif, quatre soupapes par cylindre, l'anode de la première valve est reliée à une plaque du premier condensateur de mesure, la cathode de la seconde est reliée à la troisième borne de la source d'alimentation en courant alternatif triphasé, l'anode de la troisième est reliée à la seconde borne du secteur système d'alimentation et de commande de l'unité triphasée, le premier, le deuxième et le troisième de quels terminaux liée à la première, deuxième et troisième bornes, respectivement, une alimentation en courant alternatif triphasé, et le quatrième et le cinquième de ses découvertes avec un thyristor de transfert de commande de charge, une self additionnelle de la ligne d'alimentation à deux broches et la prise de la part des spires de l'enroulement, une première borne qui est reliée à l'autre plaque du second dosage le condensateur, une seconde borne à la seconde borne du condensateur de stockage et la seconde vanne de sortie à l'anode en tant que premier, troisième et quatrième vannes utilisées thyristors de charge thyristor anode est reliée à l'autre plaque de condensateur du premier dosage et la gâchette de cathode du troisième thyristor, la cathode de la première ventilation le thyristor est connectée à la seconde borne de l'inductance linéaire, une quatrième anode de la valve à thyristor couplé à la troisième borne de la source d'alimentation en courant alternatif triphasé, et sa cathode à l'anode du premier thyristor à gâchette, l'unité de commande du système sixième et des bornes septièmes sont reliées à la transition de la commande de la première valve à thyristors, huitième et le neuvième de ses conclusions pour gérer la transition de la troisième valve à thyristors, dixième et onzième conclusions pour gérer la transition de la quatrième porte thyristor, bornes douzième et treizième aux première et seconde bornes de stockage capacitif, et les conclusions quatorzième et quinzième à l'une et les autres plaques du deuxième condensateur de mesure [1 ].

Les inconvénients de ce dispositif sont les suivants: d'abord, il fournit le condensateur de stockage de charge à une tension relativement faible (faible des paramètres énergétiques spécifiques); d'autre part, un faible taux d'accumulation d'énergie, et un manque de contrôle en douceur sur une large plage de vitesse (au taux d'augmentation de la tension des plaques de condensateur de stockage) de la charge; En troisième lieu, la consommation de courant du réseau ayant un coefficient élevé de non-sinusoïdale; Quatrièmement, la solution de dispositif de circuit ne peut pas créer un système de contrôle à haute vitesse flexible.

Le plus proche, en substance technique à la présente invention est un dispositif pour charger le dispositif de stockage d'énergie capacitif comprenant une alimentation en courant alternatif triphasé avec trois bornes de sortie, triphasé pleine onde redresseur en pont avec deux bornes de sortie de thyristor pour connecter le condensateur de stockage et les trois bornes d'entrée, dont chacun à travers tokoogranichivayusche- la distribution d'un condensateur connecté aux bornes de sortie de la commande CA et une tension de bloc de commande de phase et du pont de thyristors du redresseur est pourvu d'un thyristor supplémentaire, une unité de commande de tension et les thyristors de commande de phase de la sortie supplémentaire, qui est reliée à l'électrode de commande, la cathode du thyristor et une des bornes d'entrée dudit redresseur tandis que la borne de sortie positive du redresseur reliée à l'anode du SCR [2].

Les inconvénients de ce dispositif: d'une part, l'application limitée en raison du fait qu'il fournit le condensateur de stockage de charge à une tension de 3 fois supérieure à l'amplitude de la source de ligne de tension, ce qui indique que le faible rendement énergétique spécifique (à savoir le rapport entre la puissance de l'énergie poids de charge de l'appareil); d'autre part, le manque d'une surface lisse et un condensateur gamme de stockage de charge de la vitesse de commande large; troisièmement, la mauvaise forme de l'aliment consommé par le réseau actuel; Quatrièmement, la présence de fonctionnement moins exigeants condensateurs tokoogranichivayusche-dosage.

Le résultat technique de l'invention consiste en ce que le dispositif de charge du condensateur de stockage comprenant une alimentation triphasée, dont les sorties sont connectées à une des bornes de trois éléments tokoogranichivayusche de compteurs, les autres bornes sont connectées aux entrées d'un convertisseur en pont triphasé, dont les sorties sont connectées à l'unité de condensateur de stockage les sorties de commande sont connectées aux entrées de commande du convertisseur en pont triphasé, caractérisé en ce que des éléments tokoogranichivayusche-dosage sont formés comme des bobines d'induction, un convertisseur de pont est réalisé sous la forme d'une tension d'onduleur autonome sur les touches fermant à clé sur les sorties de l'alimentation électrique triphasée est en outre reliée aux entrées du réseau de capteurs triphasé les sorties de tension est connectée à une entrée de l'unité de commande, les entrées pont onduleur triphasé sont en outre connectés aux entrées des capteurs de courant de phase dont les sorties sont reliées à d'autres entrées de l'unité de commande à la sortie d'un capteur mémoire à convertisseur de pont condensateur de tension triphasé est connecté, dont la sortie est reliée à une autre entrée de l'unité la direction, à l'autre entrée de l'unité de commande reliée à la valeur de sortie de l'unité de réglage de tension d'entraînement, même à une entrée de l'unité de commande reliée à la sortie du réglage unité de tempo de stockage de charge.

DISPOSITIF DE CHARGEMENT condensateur de stockage DISPOSITIF DE CHARGEMENT condensateur de stockage
DISPOSITIF DE CHARGEMENT condensateur de stockage DISPOSITIF DE CHARGEMENT condensateur de stockage

1 est un schéma synoptique du dispositif pour charger le condensateur de stockage; Figure 2 - Diagramme schématique d'une unité de puissance dans le premier cycle de fonctionnement; Figure 3 - circuit équivalent du dispositif, illustrant son fonctionnement dans un premier cycle; 4 - Dispositif de circuit équivalent illustrant son fonctionnement dans un second cycle; Figure 5 - bloc diagramme de l'unité de commande 6 - graphes obtenus par la modélisation du dispositif.

Schéma de principe du dispositif de charge du condensateur de stockage de la figure 1 comprend: une alimentation en courant alternatif triphasé 1 avec trois bornes de sortie 2, 3 et 4, qui sont fixés au capteur de tension d'entrée triphasée 5, dont les sorties enroulés sur les entrées de l'unité de commande (ECU) 6 des bornes de sortie de la source de courant alternatif et relié à une borne de l'inductance de phase respective 7 (phase a), 8 (phase B), 9 (étape C), les autres bornes des inducteurs 7, 8 et 9 sont reliés entre les bornes des capteurs de courant 10, 11 et 12 (mise en œuvre de la réaction de courant), dont les sorties enroulé sur les autres entrées BU 6, d'autres résultats capteurs 10, 11 courant, et 12 sont reliées à l'entrée d'une autonomie de tension onduleur triphasé (VSI) 13, réalisée sur un commutateur entièrement contrôlable (transistors IGBT) 14, 17, 19, 21, 23 et 25 avec des diodes inverses 15, 16, 18, 20, 22 et 24, aux bornes de sortie 26 et 27 reliés à un dispositif de stockage capacitif 28, l'électrode est connectée à la tension des entrées de capteurs accumulateur 29, à partir duquel le signal de sortie la tension de commande appropriée est fournie à la 6 ECU, en RD 6 reçoit les signaux et le réglage de la valeur de la tension de commande à l'unité d'entraînement 30 et le taux d'un bloc 31 de charge.

Examen du fonctionnement de l'appareil doit être effectuée, en examinant le travail de deux mesures

La première horloge sur le principe du dispositif de circuit électrique (voir la Fig. 2) et le motif de substitution (voir Fig. 3). Pour simplifier la description, nous supposons que le condensateur 28 est déjà chargé à travers les clés diodes inverses (circuit de charge de courant, et donc les diodes impliquées dans le processus de transition de la charge déterminée par les valeurs instantanées du réseau de tension de phase au moment de la connexion au AIN 13 AC). Le résultat sera la présence du processus de transition sur les plaques de condensateur 28 de la tension dont le potentiel est supérieur à celui des valeurs de crête de la tension de la ligne et le flux de courant à travers les diodes inverses impossibles. Depuis lors, le processus de charge du condensateur de stockage contrôle BU 6.

ECU 6 commande le dispositif avec les exigences de performance de priorité:

- Du réseau à la consommation actuelle de la forme aussi près sinusoïdale;

- Dispositifs de puissance coefficient proche de l'unité;

- La capacité à assurer la meilleure performance possible du stockage d'énergie dans le processus de stockage.

Examinons le processus de stockage de l' énergie pour le démarrage prendra du temps t 1, ce qui correspond à la variation de la phase de tension signer une demi - onde négatif au positif.

Sur la figure 3, on considère le premier cycle de l'appareil.

BU 6 génère des impulsions de commande pour l' ouverture des transistors 17, 19 et 25. Par conséquent, la chaîne formée par écoulement du système de courants triphasés i 2 (t), i 3 (t), i 4 (t).

Le 3 circuit pour le courant i 2 est 2-7-17-27-28-26-19-8-3, ainsi tension du condensateur 28 est commuté en fonction d'une tension de ligne de 23 u (t) (ci - après, la ligne en pointillé représente l'élément à travers lequel le courant ne circule pas) et par conséquent, le courant transitoire i 2 (t) est caractérisée par sa croissance. Ce procédé peut être décrit par les équations suivantes:


où C - capacité du condensateur de stockage 28;

i A (t) = I 2 (t) la valeur instantanée du courant de la phase A;

R A - la résistance active de l'inducteur 7 phase A;

L A - de l'inductance 7 phase A;

L B - inductance de l'inducteur 8 de phase B;

R B - actif inductance impédance de phase 8;

une tension de ligne linéaire entre les phases AB - u AB (t) u 23 (t) =.

La figure 3 montre un circuit de circulation de courant 4 i (t) 4-9-25-27-28-26-19-8-3, ainsi tension du condensateur 28 est commuté en fonction d'une tension de ligne U BC, par conséquent, le courant transitoire i 4 (t) est caractérisée par sa croissance. Ce procédé peut être décrit par les équations suivantes:


où i C (t) = i A (t) la valeur instantanée de la phase actuelle C;

L C - de l'inductance 9 de la phase C;

R c - résistance de l'inductance 9 de la phase C;

une tension de ligne linéaire entre les phases du soleil - u BC (t) u 34 (t) =.

Selon la figure 3 , un circuit pour le courant i 3 (t) est deux courant de branche parallèle i 2 (t) et i 4 (t), de sorte que la valeur instantanée du courant i 3 (t) est la somme de ces courants:

Les dérivés des courants de phase réels sont assez élevés, par conséquent , ils dépassent un courant prédéterminé, BU 6, travaillera à réduire le courant de phase, à savoir les touches désactiver 17, 19 et 25. Ce point est désigné comme t 2.

Etant donné que cesse alors les courants de phases de croissance et de l'énergie magnétique stockée dans le champ magnétique des bobines 7, 8 et 9, il commence à maintenir le courant dans la même direction. La direction des courants pour les phases restent, mais cela va changer la chaîne de leur apparition dans le AIN. Dans ce cas, les chaînes de transmission de puissance pour inducteurs sont les clés diodes champ inverses magnétiques.

Considérons le deuxième cycle de l'appareil (voir fig. 4).

La figure 4 montre un circuit pour l' écoulement du courant i 2 (t) 2-7-15-26-28-27-20-8-3, ainsi tension du condensateur 28 est activé compteur 23, la tension d'alimentation u (t) en conséquence, le courant transitoire i 2 (t) est caractérisée par sa diminution. Ce procédé peut être décrit par les équations suivantes:


4 par le circuit 4 au courant i (t) est 4-9-22-26-28-27-20-8-3, ainsi la tension du condensateur 28 est connecté en inverse à la tension de ligne U BC, par conséquent, le processus de transition , mais le courant i 4 (t) est caractérisée par sa diminution. Ce procédé peut être décrit par les équations suivantes:


Le 4 - circuit pour le courant i 3 (t) sont deux courant parallèle de la branche i 2 (t) et i 4 (t), de sorte que la valeur instantanée du courant i 3 (t) est la somme des courants de l'expression (5).

responsable du processus condensateur de stockage 28 est accompagnée d'une diminution du courant en dessous de la valeur de consigne, ECU 6 fonctionne pour augmenter les courants de phase, avec les sorties des signaux d'ouverture des touches 17, 19, et 25, d'autres procédés sont répétés.

Énergétiquement l'accumulation d'énergie électrique dans la mémoire tampon sont des processus successives suivantes: la première mesure - l'accumulation de l'énergie dans le champ magnétique des bobines 7, 8 et 9, la seconde fois avec - le retour du dispositif de stockage d'énergie 28, à savoir, énergie magnétique du champ inducteurs de conversion 7, 8 et 9 dans l'énergie du champ électrique du condensateur 28. Pour ces deux mesures dans le condenseur augmentera par la quantité d'énergie stockée:

où U C - tension minimum sur les plaques de condensateur 28.

Dans le cycle suivant de l'inductance d'accumulation d'énergie dans un champ magnétique 7, 8 et 9, l'incrément précédent U C à la tension du condensateur 28 augmentera la dérivée du courant Que, dans une course de retour ultérieur augmentera l'énergie du champ magnétique d'inducteurs donné 7,8 et 9. incrémentation Suivant U C affecte d'une manière similaire, et ainsi de suite.

Ainsi, le procédé est caractérisé par l'accumulation de "swing" système inductances 7, 8 et 9 du lecteur 28, dans lequel chaque cycle précédent alimente l'accumulation subséquente. Cela suggère la possibilité d'augmenter la demi-cycle des amplitudes des courants de phase:



où Je suis - amplitudes incrémentées des courants de phase.

Ce dispositif est appliqué le principe d'accumulation des amplitudes inchangées des courants de phase, et la dépendance fonctionnelle de la tension sur le temps de capacité u C (t) est proche de l' hyperbole. Régler l'amplitude des courants de phase détermine le taux de croissance de l' u C (t). Dans ce cas, la capacité maximale possible de stockage de tension et un taux maximum d'accumulation sont déterminés par des éléments acceptables de performance du circuit de l'appareil, tels que le courant maximal admissible des transistors de commutation de fréquence, tension maximale de la capacité, etc.

Considérons le travail de BU 6 (voir par. 5). ECU 6 commande la valeur actuelle de la tension aux bornes des plaques du réservoir de stockage 28 en comparant un signal proportionnel à la tension U Ck (t), fournie à l'entrée 32, une valeur prédéterminée U * C, fournie à l'entrée 33 de l'unité de comparaison 34 est déterminée par la différence (U * C -u Ck (t)). Le bloc de sortie 34 est reliée à l'entrée de l'unité de relais 35, qui est formé d'une logique de fourniture de signal de verrouillage d'impulsions de commande AES touches et le mode d'accumulation en fonction de la comparaison de la variable d'entrée avec une valeur de consigne prédéterminée. La sortie de 35 est enroulé dans le IFSB AIN 36. Le débit de charge est déterminé par la phase de signal d'amplitude proportionnelle à l'amplitude provient du bloc 31 à l'entrée 37 BU 6. La formation de courant de phase spécifié est effectuée en trois branches parallèles. Prendre en considération la phase de canal de commande de courant A. Le groupe pour chaque chaîne de tâches est l' amplitude du courant I m 37, qui reçoit les entrées des multiplicateurs 38, 39 et 40. La deuxième unité d'entrée 38 provient du signal de sortie qui est fourni unité de conversion 41, le signal d'entrée 42 tension proportionnelle à la phase A. le coefficient est le rapport entre le bloc 41

où U m.oc. - L'amplitude de la tension de phase de signal de rétroaction.

Par conséquent, le signal de sortie le bloc 41 est obtenue:

ainsi à la sortie du bloc 38:

Unité de sortie 38 est à l'entrée du comparateur 43, dans lequel une valeur de courant prédéterminée est comparée avec le courant de contrôle de rétroaction 44 i 2i (t).

L'unité de sortie 43 pénètre dans l'AIN IFSB 36.

De même, les courants de travail de canal i 3* (t), i4* (t).

Lors de la construction BU 6 basé sur la technologie de microprocesseur atteint haute vitesse, la précision, la polyvalence et l'adaptabilité de l'appareil, ce qui élargit considérablement la portée de son application.

La figure 6 montre les résultats de la simulation d'un stockage capacitif triphasé géré à l'aide MatLab R12 progiciel 6.0 Simulink 4.0 avec l'expansion du système d'alimentation Blockset.

En 6 de la simulation 0,1 à la tension à travers les plaques du condensateur 1000 uF, l'amplitude des tensions de phase a dépassé plus de 20 fois, tandis que le réseau est pratiquement sinusoïdale du courant consommé (temps de charge de la capacité spontanée non contrôlée à la suite du processus de transition est négligeable, elle il est d'environ 25% de la demi-cycle de la tension d'alimentation).

Ainsi, les pièces de condensateurs tokoogranichivayusche-doseurs inducteurs recharger et utiliser au lieu de thyristors en triphasé pleine onde pont redresseur commandé touches verrouillables et connectés en parallèle à eux, inverser la diode a conduit à un changement dans le principe du stockage d'énergie dans le stockage par opposition au prototype. En conséquence, représenté par le dispositif fournit une capacité de stockage de charges à haute vitesse à une tension supérieure à l'amplitude de la tension de la ligne de plusieurs ordres de grandeur, ce qui indique un rendement énergétique spécifique élevée. BU 6 Principes de construction vous permettent de mettre en œuvre un large éventail de la réglementation en douceur de la vitesse du condensateur de stockage de charge, et le courant est consommé à partir du réseau de forme d'onde sensiblement sinusoïdale, et l'utilisation des inducteurs à la place des condensateurs tokoogranichivayusche-dosage améliore la fiabilité du dispositif.

SOURCES D'INFORMATION

1. Dispositif pour charger le condensateur de stockage. Dodotchenko VV, Nikolaev AG, Bystrov VK. Nombre RU 2071167 C1, 6 H 03 K 3/53 1996.

2. Procédé pour charger un dispositif de stockage capacitif et l'énergie électrique nécessaire à sa mise en oeuvre (variantes). Nikolaev AG, Bystrov VK. Nombre RU 2218654 C2, H 02 M 7/162 2003.

REVENDICATIONS

Dispositif pour charger le condensateur de stockage comprenant une alimentation triphasée dont les sorties sont reliées à une borne des trois éléments tokoogranichivayusche-dosage, d'autres conclusions qui sont connectées aux entrées d'un pont onduleur triphasé, dont les sorties sont connectées au condensateur de stockage, les sorties de l'unité de commande sont reliées aux entrées de commande des trois phases Convertisseur de pont, caractérisé en ce que des éléments tokoogranichivayusche-dosage sont formés comme des bobines d'induction, un convertisseur de pont est configuré comme un convertisseur de tension autonome touches verrouillables aux sorties de l'alimentation électrique triphasée est en outre reliée aux entrées de tension d'alimentation du capteur triphasé, dont les sorties sont connectées à une entrée de l'unité de commande les entrées du convertisseur en pont triphasé est en outre reliée aux entrées des capteurs de courant de phase, dont les sorties sont reliées à d'autres entrées de l'unité de commande à la sortie du capteur de tension du condensateur de stockage du pont onduleur triphasé est connecté, dont la sortie est reliée à une autre entrée de l'unité de commande à l'autre entrée de l'unité de commande est connectée la sortie du bloc la mise en valeur de la tension d'entraînement de retour à une entrée de l'unité de commande reliée à la sortie de l'unité de réglage de tempo de stockage de charge.

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Date de publication 07.02.2007gg