УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ НА КОНДЕНСАТОРЕ УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 2013 года по МПК H02P27/06 H02M7/521 H02M7/53846 B60L11/12 

Область техники

Изобретение относится к устройству преобразования энергии и способу управления напряжением на конденсаторе устройства преобразования энергии. В частности настоящее изобретение относится к устройству преобразования энергии и способу управления напряжением на конденсаторе устройства преобразования энергии, которые имеют дело с ситуацией, когда индуцированное напряжение холостого хода синхронной электрической машины при высокой скорости вращения становится выше, чем напряжение источника питания постоянного тока.

Предшествующий уровень техники

Автомобили и электропоезда имеют характерный рабочий режим движения по инерции (движение накатом) без ускорения или замедления системы привода. Система привода, использующая синхронную машину, генерирует индуцированное напряжение холостого хода во время такого движения накатом. Индуцированное напряжение холостого хода выпрямляется посредством диодов, которые подключены встречно-параллельно к переключающим схемам, которые составляют устройство преобразования энергии. Это увеличивает напряжение постоянного тока (напряжение на выводах конденсатора), что рекуперирует энергию на стороне источника питания, и система привода в целом выполняет операцию торможения.

В качестве родственной технологии в патентном документе 1, выложенная заявка на патент Японии № 2000-308388, раскрывает блок привода электродвигателя с постоянными магнитами для электромобиля. Блок привода включает в себя схему параллельного соединения однонаправленного токопроводящего средства и средства размыкания/замыкания, вставленного последовательно между источником питания инвертора и плечом инвертора, и приводит в действие синхронный электродвигатель с постоянными магнитами через инвертор. Когда инвертор не работает, средство размыкания/замыкания разомкнуто. Чтобы запустить инвертор, средство размыкания/замыкания удерживается разомкнутым, пока током возбуждения управляют так, чтобы устанавливать напряжение на клеммах электродвигателя в предварительно определенное значение. Когда напряжение на клеммах электродвигателя достигает предварительно определенного значения, средство размыкания/замыкания замыкается, и током крутящего момента электродвигателя управляют так, чтобы задействовать электродвигатель для ускорения или замедления. Чтобы остановить работу инвертора, током возбуждения управляют так, чтобы устанавливать напряжение на клеммах электродвигателя в предварительно определенное значение, в то время как ток крутящего момента уменьшается до нуля. Средство размыкания/замыкания затем размыкается прежде, чем ток возбуждения уменьшается, чтобы прекратить работу инвертора. Технология, раскрытая в патентном документе 1, учитывает контрмеры против избыточного напряжения на конденсаторе на стороне источника питания.

Краткое изложение существа изобретения

В патентном документе 1 указано, что достаточные меры для конденсаторов на стороне плеча инвертора могут быть предприняты посредством соответствующего выбора номинальных напряжений полупроводниковых устройств, таких как IGBT, и конденсаторов на стороне плеча инвертора. Однако, даже если номинальные напряжения полупроводниковых устройств, таких как IGBT, и конденсаторов на стороне плеча инвертора выбраны соответствующим образом, иногда может возникать дополнительно индуцированное напряжение холостого хода, что приводит к избыточному напряжению на конденсаторах на стороне плеча инвертора, в таком случае происходит прекращение работы инвертора. Чтобы разрядить конденсаторы на стороне плеча инвертора, конденсаторы на стороне плеча инвертора должны быть предусмотрены с разрядными цепями. Таким образом, существовала проблема в том, что устройство преобразования энергии становится чрезмерно большим по размеру и стоимости.

Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеописанного.

Задачей настоящего изобретения является предоставление устройства преобразования энергии и способа управления напряжением на конденсаторе устройства преобразования энергии, которые устраняют необходимость наличия у конденсаторов соответствующих разрядных цепей.

Для того чтобы разрешить вышеупомянутые проблемы и решить вышеупомянутую задачу, предусмотрено устройство преобразования энергии, снабженное линейным выключателем, который соединен последовательно с источником питания постоянного тока; первым конденсатором, который соединен параллельно с источником питания постоянного тока через линейный выключатель; разрядной цепью, которая соединена параллельно с первым конденсатором и включает в себя резистор и первую переключающую схему, которые соединены последовательно; преобразователем энергии для возбуждения синхронной электрической машины; вторым конденсатором, который соединен параллельно со стороной постоянного тока преобразователя энергии; второй переключающей схемой, которая соединена последовательно между первым конденсатором и вторым конденсатором; и схемой управления для управления разрядной цепью, первым датчиком напряжения для детектирования напряжения первого конденсатора и вторым датчиком напряжения для детектирования напряжения второго конденсатора, при этом схема управления управляет разрядной цепью на основе напряжения первого конденсатора и напряжения второго конденсатора.

Согласно настоящему изобретению можно исключить необходимость обеспечения конденсаторов с соответствующими разрядными цепями. Более конкретно первый конденсатор, соединенный параллельно с источником питания постоянного тока, и второй конденсатор, соединенный параллельно со стороной постоянного тока преобразователя энергии, могут разряжаться посредством одной разрядной цепи. Это имеет преимущество в том, что возможно миниатюризировать устройство преобразования энергии и достичь экономии затрат посредством уменьшения количества элементов.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает схему устройства преобразования энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 изображает конфигурацию схемы 11 управления устройства преобразования энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 изображает диаграммы сигналов, показывающие работу существенных частей устройства преобразования энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 изображает схему устройства преобразования энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 изображает конфигурацию схемы 15 управления устройства преобразования энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 изображает диаграммы формы сигналов, показывающие работу существенных частей устройства преобразования энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Далее в данном документе варианты осуществления устройства преобразования энергии согласно настоящему изобретению будут описаны подробно со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления.

Первый вариант осуществления

Фиг. 1 изображает конфигурацию устройства преобразования энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство преобразования энергии согласно настоящему варианту осуществления включает в себя: линейный выключатель 2, который соединяется последовательно с источником 1 питания постоянного тока; первый конденсатор 6, который соединяется параллельно с источником 1 питания постоянного тока через линейный выключатель 2; резистор 3 и первую переключающую схему 4, которые соединяются последовательно друг с другом и соединяются параллельно с конденсатором 6 для подавления избыточного напряжения; преобразователь 12 энергии, который возбуждает синхронную машину 13; второй конденсатор 9, который соединяется параллельно со стороной постоянного тока преобразователя 12 энергии; вторую переключающую схему 8, которая соединяется последовательно между конденсатором 9 и конденсатором 6; первый датчик 7 напряжения, который детектирует напряжение конденсатора 6; второй датчик напряжения, который детектирует напряжение конденсатора 9; и схему 11 управления, которая управляет переключающей схемой 4, переключающей схемой 8 и линейным выключателем 2. Резистор 3 и переключающая схема 4 составляют разрядную цепь 5.

В первом варианте осуществления синхронная машина 13 является синхронной машиной с постоянными магнитами, которая использует магнитные потоки, возникающие от постоянного магнита, прикрепленного к ее ротору. В синхронной машине с постоянными магнитами магнитные потоки, возникающие от постоянного магнита, являются постоянными. Синхронная машина 13 сама по себе характерным образом формирует индуцированное напряжение, которое пропорционально произведению плотности магнитного потока постоянного магнита и скорости вращения синхронной машины 13. Индуцированное напряжение типично называется индуцированным напряжением холостого хода. Между тем, преобразователь 12 энергии не может формировать напряжение более высокое или равное напряжению постоянного тока от источника 1 входного постоянного тока. В области, где индуцированное напряжение холостого хода превышает максимальное выходное напряжение преобразователя 12 энергии, преобразователь 12 энергии выполняет, так называемое, управление ослаблением поля, так что обмотки создают магнитные потоки, которые нейтрализуют потоки постоянных магнитов до достижения высокой скорости вращения.

В целом электрические транспортные средства, такие как автомобили и электропоезда, характеризуются наличием рабочего режима движения по инерции, или движения накатом, с выключенным преобразователем энергии, отличного от движения с помощью энергии или режима рекуперации. Когда электрическое транспортное средство с синхронной машиной с постоянными магнитами движется без тока, возникает вышеупомянутое индуцированное напряжение холостого хода.

Когда устройство преобразования энергии согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, находится в области, где индуцированное напряжение холостого хода, возникающее в синхронной машине 13, выше, чем напряжение постоянного тока преобразователя 12 энергии (эквивалентно напряжению на выводах конденсатора 6), индуцированное напряжение холостого хода, возникающее в синхронной машине 13, выпрямляется посредством диодов переключающих схем Gu, Gv, Gw, Gx, Gy и Gz, которые составляют преобразователь 12 энергии. Это повышает напряжение постоянного тока, чтобы рекуперировать энергию на стороне источника 1 питания постоянного тока, и система создает усилие торможения для операции торможения в целом.

Работа устройства преобразования энергии для пропускания токов возбуждения для управления ослаблением поля, в то время как электрическое транспортное средство движется без тока, является нежелательной с точки зрения экономии энергии вследствие потерь в обмотке, возникающих от прохождения токов через обмотки синхронной машины с постоянными магнитами, и возникновения потери в преобразователе 12 энергии. Это является существенной проблемой, особенно для электромобилей, поскольку важнейшей задачей является эффективность использования энергии.

В первом варианте осуществления, который показан на фиг. 1, переключающая схема 8 подключена последовательно между преобразователем 12 энергии и конденсатором 6, синхронная машина 13 возбуждается посредством преобразователя 12 энергии. В первом варианте осуществления переключающая схема 8 может быть сконфигурирована так, чтобы включать в себя схему размыкания/замыкания, такую как IGBT или другой транзистор, с которым диод или другая односторонне проводящая схема соединяется встречно-параллельно. Может быть использована такая же схема, что и переключающие схемы Gu, Gv, Gw, Gx, Gy и Gz, составляющие преобразователь 12 энергии. Аналогично переключающей схеме 8 переключающая схема 4 может также быть сконфигурирована так, чтобы включать в себя схему размыкания/замыкания, такую как IGBT или другой транзистор, с которым диод или другая односторонне проводящая схема соединяется встречно-параллельно. Может быть использована такая же схема, что и переключающие схемы Gu, Gv, Gw, Gx, Gy и Gz, составляющие преобразователь 12 энергии.

Схема 11 управления принимает значение напряжения конденсатора 9, детектированное датчиком 10 напряжения, и значение напряжения конденсатора 6, детектированное датчиком 7 напряжения, в качестве своих входных данных и управляет линейным выключателем 2, переключающей схемой 4 и переключающей схемой 8.

Когда преобразователь 12 энергии выполняет операцию ускорения, схема 11 управления управляет транзистором переключающей схемы 8, чтобы включить его, так что энергия подается от источника 1 постоянного тока к преобразователю 12 энергии.

Когда преобразователь 12 энергии прекращает работу, схема 11 управления управляет транзистором переключающей схемы 8, чтобы выключить его. Здесь, если индуцированное напряжение холостого хода, возникающее в синхронной машине 13, выше, чем напряжение конденсатора 9, конденсатор 9 заряжается до максимума через диоды переключающих схем Gu, Gv, Gw, Gx, Gy и Gz, составляющие преобразователь 12 энергии. Емкость конденсатора 9 может быть соответствующим образом выбрана, так что конденсатор 9 немедленно заряжается, и вся система не будет выполнять операцию торможения.

Когда транзистор переключающей схемы 8 выключается, поток энергии со стороны преобразователя 12 энергии в сторону источника 1 питания постоянного тока прерывается посредством переключающей схемы 8. Это может предотвращать возникновение нежелательного усилия торможения и сопровождающей потери энергии, поскольку индуцированное напряжение холостого хода, возникающее в синхронной машине 13, рекуперируется на стороне источника 1 питания постоянного тока во время движения накатом. Также можно предотвращать повышение напряжения источника 1 питания постоянного тока до или выше номинального напряжения.

Фиг. 2 показывает пример конфигурации схемы 11 управления. Схема 11 управления принимает значение Vc напряжения конденсатора 9 и значение Vfc напряжения конденсатора 6 в качестве своих входных данных и выводит сигналы для управления переключающей схемой 8, переключающей схемой 4, которая составляет разрядную цепь 5, и линейным выключателем 2 согласно значению Vc напряжения конденсатора 9 и значению Vfc напряжения конденсатора 6.

Как показано на фиг. 2, компаратор 16a сравнивает значение Vc напряжения конденсатора 9 с предварительно определенным пороговым значением (здесь, 1850 В в качестве примера), которое представляет задание избыточного напряжения. Если значение Vc напряжения конденсатора 9 больше или равно предварительно определенному пороговому значению (здесь, 1850 В), которое представляет задание избыточного напряжения, компаратор 16a выводит значение (логическое значение) "1". Значение "1", выведенное из компаратора 16a, вводится в блок 19a логического умножения (И). Отметим, что выходной сигнал блока 19a логического умножения (И) удерживается в значении "1" посредством удерживающего блока 18 (D-триггера). Т.е. удерживающий блок 18 (D-триггер) конфигурируется так, чтобы удерживать выходное значение "1" компаратора 16a. Условие удерживания определяется посредством блока 17a инвертирования (НЕ) и компаратора 16b. Значение Vc напряжения конденсатора 9 вводится в компаратор 16b. Значение Vc напряжения конденсатора 9 сравнивается с предварительно определенным пороговым значением (здесь, 1600 В в качестве примера), и компаратор 16b выводит значение "1", если значение Vc напряжения конденсатора 9 падает ниже предварительно определенного порогового значения (здесь, 1600 В). Выходной сигнал компаратора 16b вводится и инвертируется в блоке 17a инвертирования (НЕ). Т.е. когда значение "1" вводится в блок 17a инвертирования (НЕ), значение "0" выводится из блока 17a инвертирования (НЕ). Если выходное значение блока 17a инвертирования (НЕ) равно "0", удерживающий блок 18 (D-триггер) продолжает удерживать выходное значение "1" компаратора 16a. Если значение Vc напряжения конденсатора 9 превышает или равно предварительно определенному пороговому значению (здесь, 1600 В), выходное значение компаратора 16b становится "0", а выходное значение блока 17a инвертирования (НЕ) становится "1". В результате удерживающий блок 18 (D-триггер) освобождает удерживающее состояние и изменяет значение компаратора 16a с "1" на "0". Вкратце, после того как напряжение Vc конденсатора 9 достигает 1850 В, управляющий сигнал SCS (будет описан позже) для управления линейным выключателем 2 имеет значение "0" до тех пор, пока конденсатор 9 не разрядится до 1600 В.

Значение Vfc напряжения конденсатора 6 вводится в компаратор 16c. Значение Vfc напряжения конденсатора 6 сравнивается с предварительно определенным пороговым значением (здесь, 1600 В в качестве примера). Компаратор 16c выводит значение "1", если значение Vfc напряжения конденсатора 6 больше или равно предварительно определенному пороговому значению (здесь, 1600 В). Значение "1", выведенное из компаратора 16c, вводится в блок 19a логического умножения (И).

Блок 19a логического умножения (И) выводит сигнал "1", если и значение, выведенное из компаратора 16a, и значение, выведенное из компаратора 16c, равны "1". В других случаях блок 19a логического умножения (И) выводит сигнал "0".

Выходной сигнал блока 19a логического умножения (И) вводится в блок 17b инвертирования (НЕ). Выходной сигнал блока 17b инвертирования (НЕ) делает активным (когда выходное значение блока 17b инвертирования "НЕ" равно "1")/неактивным (когда выходное значение блока 17b инвертирования (НЕ) равно "0") управляющий сигнал SCS для управления линейным выключателем 2.

Выходной сигнал компаратора 16a проходит через реле 20a с выдержкой времени и делает активным (когда выходное значение реле 20a с выдержкой времени равно "1")/неактивным (когда выходное значение реле 20a с выдержкой времени равно "0") управляющий сигнал GS для переключающей схемы 4. Реле 20a с выдержкой времени предназначено для того, чтобы задерживать момент вывода входного сигнала на конкретное предварительно определенное время (время задержки). Преимущество заключается в предотвращении включения переключающей схемы 4 (пропускающей сквозь себя ток), прежде чем разомкнется (выключится) линейный выключатель 2. Время задержки реле 20a с выдержкой времени, таким образом, устанавливается, принимая во внимание время, необходимое для линейного выключателя 2, чтобы разомкнуться (устанавливается в самый длительный период, насколько возможно, от t1 до t2 на фиг. 3, который будет описан позже (например, 100 мс или т.п.)).

Выходной сигнал реле 20a с выдержкой времени далее вводится в реле 20b с выдержкой времени. Выходной сигнал реле 20b с выдержкой времени вводится в блок 19b логического умножения (И) вместе с выходным сигналом компаратора 16b. Выходной сигнал блока 19b логического умножения (И) делает активным (когда выходное значение блока 19b логического умножения (И) равно "1")/неактивным (когда выходное значение блока 19b логического умножения (И) равно "0") управляющий сигнал OS для переключающей схемы 8. Ввод выходного сигнала реле 20b с выдержкой времени далее в реле 20b с выдержкой времени, чтобы сделать момент включения переключающей схемы 8 отстающим от момента включения переключающей схемы 4, имеет преимущество в том, что можно предотвращать протекание большого тока через переключающую схему 8 и избегать пробоя переключающей схемы 8.

Первый вариант осуществления принимает во внимание ситуацию, где напряжение конденсатора 9 в такой конфигурации схемы повышается до высокого напряжения (избыточного напряжения) сверх ожидания (например, сверх ожидаемого порогового значения). Как упомянуто ранее, индуцированное напряжение холостого хода, возникающее в синхронной машине 13, выше, чем напряжение источника 1 питания постоянного тока. В зависимости от способа управления и других факторов напряжение конденсатора 9 может иногда быть неожиданно высоким. Способ управления напряжением конденсатора 9 (разряжающего электрический заряд), таким образом, является важным.

Далее работа первого варианта осуществления будет описана со ссылкой на фиг. 3.

В момент t0 на фиг. 3, когда напряжение конденсатора 9, которое может быть детектировано датчиком 10 напряжения, повышается до избыточного напряжения по какой-либо причине, преобразователь 12 энергии прекращает работу, и схема 11 управления управляет транзистором переключающей схемы 8, чтобы выключить его.

Предположим, что после того, как транзистор переключающей схемы 8 управляется, чтобы выключиться, транзистор переключающей схемы 8 включается снова с разностью потенциалов между напряжением конденсатора 9 и напряжением конденсатора 6. Поскольку переключающая схема 8 имеет низкий импеданс, большой ток короткого замыкания может протекать через переключающую схему 8, что может разрушить переключающую схему 8. Чтобы избежать этого, в первом варианте осуществления, как будет описано, схема 11 управления управляет транзистором переключающей схемы 4, чтобы включить его, перед управлением транзистором переключающей схемы 8, чтобы включить его снова.

В момент t1 схема 11 управления управляет линейным выключателем 2, чтобы выключать его, так что энергия не будет рекуперироваться на стороне источника 1 питания постоянного тока.

В момент t2 схема 11 управления управляет транзистором переключающей схемы 4, чтобы включить его. В результате электрический заряд конденсатора 6 разряжается до более низкого напряжения конденсатора 6, которое детектируется датчиком 7 напряжения.

В момент t3 схема 11 управления управляет транзистором переключающей схемы, чтобы включить его, в то время как транзистор переключающей схемы 4 удерживается включенным. В результате электрический заряд конденсатора 9 разряжается. Поскольку разность потенциалов между напряжением конденсатора 9 и напряжением конденсатора 6 уменьшается прежде, чем транзистор переключающей схемы 8 управляется, чтобы включиться, можно предотвращать протекание большого тока короткого замыкания через переключающую схему 8 и избегать пробоя переключающей схемы 8. В первом варианте осуществления электрические заряды двух конденсаторов 9 и 6 могут разряжаться посредством одной разрядной цепи 5, как описано выше.

В момент t4 времени электрический заряд конденсатора 9 разряжается, и напряжение конденсатора 9 понижается до напряжения, которое допускает активацию преобразователя 12 энергии. Схема 11 управления управляет транзистором переключающей схемы 4, чтобы выключать его. В то же самое время схема 11 управления также управляет транзистором переключающей схемы 8, чтобы включать его. Вышеизложенное управление схемы 11 управления может предотвращать перетекание (приложение) индуцированного напряжения холостого хода, возникающего в синхронной машине 13, к источнику 1 питания постоянного тока и конденсатору 6.

Как описано выше, в первом варианте осуществления можно устранять необходимость снабжения конденсатора 9 и конденсатора 6 соответствующими разрядными цепями. Т.е. конденсатор 9 и конденсатор 6 могут разряжаться посредством одной разрядной цепи 5. Это имеет преимущество в том, что можно миниатюризировать устройство преобразования энергии и достигать экономии затрат посредством уменьшения количества элементов.

Второй вариант осуществления

Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 4 изображает схему, показывающую конфигурацию устройства преобразования энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Те же части, что и в первом варианте осуществления, будут обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и их описание будет опущено. Последующее описание будет касаться только отличий.

По сравнению с устройством преобразования энергии согласно первому варианту осуществления устройство преобразования энергии согласно второму варианту осуществления характеризуется дополнительным наличием датчика 14 тока для детектирования тока, который протекает через переключающую схему 8. Вследствие этого устройство преобразования энергии согласно второму варианту осуществления включает в себя схему 15 управления вместо схемы 11 управления устройства преобразования энергии согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 5 показывает пример конфигурации схемы 15 управления. По сравнению со схемой 11 управления первого варианта осуществления добавляются компаратор 16d и блок 19c логического умножения (И), так что ток id, который детектируется датчиком 14 тока для детектирования тока, протекающего через переключающую схему 8, принимается в качестве входных данных, и переключающая схема 8 и переключающая схема 4 включаются, только если id меньше, чем предварительно определенное пороговое значение (здесь, 1000 А в качестве примера). Следовательно, когда значение тока, протекающего через переключающую схему 8, превышает или равно предварительно определенному значению (здесь, 1000 А), схема 15 управления может управлять транзистором переключающей схемы 8 и транзистором переключающей схемы 4, чтобы выключать их.

Далее работа второго варианта осуществления будет описана со ссылкой на фиг. 6. Вплоть до времени t3 на фиг. 6 работа второго варианта осуществления является такой же, что и в первом варианте осуществления, описанном ранее. Описание, таким образом, будет опущено.

В момент t4 на фиг. 6, когда значение тока, протекающего через переключающую схему 8, детектированное датчиком 14 тока, превышает предварительно определенное пороговое значение, схема 15 управления управляет транзистором переключающей схемы 8 и транзистором переключающей схемы 4, чтобы выключать их. Это имеет преимущество в том, что можно предотвращать разрушение переключающей схемы 8 чрезмерным током. Выключение транзистора переключающей схемы 4 вместе с транзистором переключающей схемы 8 может предотвращать падение напряжения конденсатора 6, таким образом, минимизируя разность потенциалов между напряжением конденсатора 9 и напряжением конденсатора 6, когда транзистор переключающей схемы 8 включается в следующий раз. Это имеет преимущество в том, что можно предотвращать протекание большого тока вследствие разности потенциалов между напряжением конденсатора 9 и напряжением конденсатора 6. Одним из возможных факторов для протекания большого тока через переключающую схему 8, как в момент t4 времени, заключается в том, что переключающая схема 8 включается без включения переключающей схемы 4 (с выключенной переключающей схемой 4).

Впоследствии, в момент t5, схема 15 управления управляет транзистором переключающей схемы 4, чтобы включать его снова для разряда электрического заряда конденсатора 9. Затем, в момент t6, схема 15 управления немедленно управляет транзистором переключающей схемы 8, чтобы включать его для разряда электрического заряда конденсатора 9.

Поскольку транзистор переключающей схемы 8 управляется, чтобы включаться для разряда электрического заряда конденсатора 9 в момент t6 времени, напряжение конденсатора 9 падает до напряжения, которое допускает активацию преобразователя 12 энергии в момент t7 времени. Схема 15 управления управляет транзистором переключающей схемы 4, чтобы выключать его. В то же самое время схема 15 управления также управляет транзистором переключающей схемы 8, чтобы выключить его. Вышеизложенное управление схемы 15 управления может предотвращать перетекание (приложение) индуцированного напряжения холостого хода, возникающего в синхронной машине 13, к источнику 1 питания постоянного тока или конденсатору 6.

Как описано выше, во втором варианте осуществления можно устранять необходимость обеспечения конденсатора 9 и конденсатора 6 соответствующими разрядными цепями. Т.е. конденсатор 9 и конденсатор 6 могут разряжаться посредством одной разрядной цепи 5. Это имеет преимущество в том, что можно миниатюризировать устройство преобразования энергии и достигать экономии затрат посредством уменьшения числа частей.

Также можно предотвращать поломку переключающей схемы 8, когда переключающая схема 8 включается в попытке осуществить разряд в таких случаях, как отказ переключающей схемы 4. Это имеет преимущество в том, что можно повышать надежность переключающей схемы 8.

Промышленная применимость

Как было описано выше, устройство преобразования энергии согласно настоящему изобретению полезно для устройства преобразования энергии и способа управления напряжением конденсатора устройства преобразования энергии. В частности устройство преобразования энергии согласно настоящему изобретению подходит для устройства преобразования энергии и способа управления напряжением конденсатора устройства преобразования энергии, которые имеют дело с ситуацией, когда индуцированное напряжение холостого хода синхронной машины при высокой скорости вращения выше, чем напряжение источника постоянного тока.

Список ссылочных позиций

1 Источник питания постоянного тока

2 Линейный выключатель

3 Резистор

4, 8 Переключающая схема

5 Разрядная цепь

6, 9 Конденсатор

7, 10 Датчик напряжения

11, 15 Схема управления

12 Преобразователь энергии

13 Синхронная машина

14 Датчик тока

16a, 16b, 16c, 16d Компаратор

17a, 17b Блок инвертирования (НЕ)

19 Удерживающий блок (D-триггер)

19a, 19b, 19c Блок логического умножения (И)

20a, 20b Реле с выдержкой времени

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления синхронной электрической машиной, когда ее индуцированное напряжение холостого хода при высоких скоростях вращения становится выше напряжения источника питания постоянного тока. Техническим результатом является уменьшение массогабаритных показателей и стоимости. Устройство преобразования энергии включает в себя: линейный выключатель, соединенный последовательно с источником постоянного тока; первый конденсатор, соединенный параллельно с источником постоянного тока через линейный выключатель; разрядную цепь, которая включает в себя резистор и первую переключающую схему, соединенные последовательно, и соединенную параллельно с первым конденсатором; преобразователь энергии для возбуждения синхронной машины; второй конденсатор, соединенный параллельно со стороной постоянного тока преобразователя энергии; вторую переключающую схему, соединенную последовательно между первым конденсатором и вторым конденсатором; и схему управления для управления разрядной цепью. Схема управления управляет разрядной цепью на основе напряжения первого конденсатора и напряжения второго конденсатора. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство преобразования энергии, содержащее:
линейный выключатель (2), соединенный последовательно с источником (1) питания постоянного тока;
первый конденсатор (6), соединенный параллельно с источником (1) питания постоянного тока через линейный выключатель (2);
разрядную цепь (5), соединенную параллельно с первым конденсатором (6) и включающую в себя резистор (3) и первую переключающую схему (4), соединенные последовательно;
преобразователь (12) энергии для возбуждения синхронной электрической машины (13);
второй конденсатор (9), соединенный параллельно со стороной постоянного тока преобразователя (12) энергии;
вторую переключающую схему (8), соединенную последовательно между первым конденсатором (6) и вторым конденсатором (9); и
схему (11) управления для управления разрядной цепью (5),
причем устройство преобразования энергии дополнительно содержит:
первый датчик (7) напряжения для детектирования напряжения первого конденсатора (6), и
второй датчик (10) напряжения для детектирования напряжения второго конденсатора (9),
причем схема (11) управления управляет разрядной цепью (5) на основе напряжения первого конденсатора (6) и напряжения второго конденсатора (9),
при этом схема (11) управления, при разряде второго конденсатора (9), управляет линейным выключателем (2), чтобы выключить его, и управляет первой переключающей схемой (4), чтобы включить ее, для разряда первого конденсатора (6), перед управлением второй переключающей схемой (8), чтобы включить ее для разряда второго конденсатора (9).

2. Устройство преобразования энергии, содержащее:
линейный выключатель (2), соединенный последовательно с источником (1) питания постоянного тока;
первый конденсатор (6), соединенный параллельно с источником (1) питания постоянного тока через линейный выключатель (2);
разрядную цепь (5), соединенную параллельно с первым конденсатором (6) и включающую в себя резистор (3) и первую переключающую схему (4), соединенные последовательно;
преобразователь (12) энергии для возбуждения синхронной электрической машины (13);
второй конденсатор (9), соединенный параллельно со стороной постоянного тока преобразователя (12) энергии;
вторую переключающую схему (8), соединенную последовательно между первым конденсатором (6) и вторым конденсатором (9); и
схему (11) управления для управления разрядной цепью (5),
причем устройство преобразования энергии дополнительно содержит
первый датчик (7) напряжения для детектирования напряжения первого конденсатора (6), и
второй датчик (10) напряжения для детектирования напряжения второго конденсатора (9),
причем схема (11) управления управляет разрядной цепью (5) на основе напряжения первого конденсатора (6) и напряжения второго конденсатора (9),
при этом схема (11) управления управляет линейным выключателем (2), чтобы выключить его, когда напряжение первого конденсатора (6) становится выше или равно первому пороговому напряжению, а напряжение второго конденсатора (9) становится выше или равно второму пороговому напряжению, управляет первой переключающей схемой (4), чтобы включить ее для разряда первого конденсатора (6), после того как линейный выключатель (2) размыкается, и управляет второй переключающей схемой (8), чтобы включить ее для разряда второго конденсатора (9), когда напряжение второго конденсатора (9) становится ниже третьего порогового напряжения, после того как первая переключающая схема (4) включается.

3. Устройство преобразования энергии по п.1 или 2, дополнительно содержащее датчик (14) тока для детектирования электрического тока, который протекает через вторую переключающую схему (8), при этом
схема (11) управления управляет второй переключающей схемой (8), чтобы выключить ее, когда ток, протекающий через вторую переключающую схему (8), детектированный датчиком тока при разряде второго конденсатора (9), превышает пороговый ток.

4. Способ управления напряжением конденсатора устройства преобразования энергии, включающего в себя линейный выключатель (2), соединенный последовательно с источником (1) питания постоянного тока, первый конденсатор (6), соединенный параллельно с источником (1) питания постоянного тока через линейный выключатель (2), разрядную цепь (5), включающую в себя резистор (3) и первую переключающую схему (4), соединенные последовательно, и соединенную параллельно с первым конденсатором (6), преобразователь (12) энергии для возбуждения синхронной машины (13), второй конденсатор (9), соединенный параллельно со стороной постоянного тока преобразователя (12) энергии, вторую переключающую схему (8), соединенную последовательно между первым конденсатором (6) и вторым конденсатором (9), и схему (11) управления для управления первой и второй переключающими схемами (4, 8) и линейным выключателем (2), причем способ содержит этапы, на которых:
инструктируют схему (11) управления для управления линейным выключателем (2), чтобы выключить его;
инструктируют схему (11) управления для управления первой переключающей схемой (4), чтобы включить ее для разряда первого конденсатора (6); и
инструктируют схему (11) управления для последующего управления второй переключающей схемой (8), чтобы включить ее для разряда второго конденсатора (9).

5. Способ управления напряжением конденсатора устройства преобразования энергии по п.4, в котором схема (11) управления управляет разрядной цепью (5), линейным выключателем (2) и второй переключающей схемой (8) на основе напряжения первого конденсатора (6) и напряжения второго конденсатора (9).

6. Способ управления напряжением конденсатора устройства преобразования энергии по п.5, содержащий этапы, на которых:
инструктируют схему (11) управления для управления линейным выключателем (2), чтобы выключить его, когда напряжение первого конденсатора (6) становится выше или равно первому пороговому напряжению, а напряжение второго конденсатора (9) становится выше или равно второму пороговому напряжению;
инструктируют схему (11) управления для управления первой переключающей схемой (4), чтобы включить ее для разряда первого конденсатора (6), после того как линейный выключатель (2) размыкается; и
инструктируют схему (11) управления для управления второй переключающей схемой (8), чтобы включить ее для разряда второго конденсатора (9), когда напряжение второго конденсатора падает ниже третьего порогового напряжения, после того как первая переключающая схема (4) включается.

7. Способ управления напряжением конденсатора устройства преобразования энергии по п.5 или 6, дополнительно содержащий этап, на котором инструктируют схему (11) управления для управления второй переключающей схемой (8), чтобы выключить ее, когда ток, протекающий через вторую переключающую схему (8) при разряде второго конденсатора (9), превышает пороговый ток.