МОДУЛЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ МЕЖДУ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТЬЮ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И ЭЛЕМЕНТОМ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 2016 года по МПК H02J7/34 

Область техники

Изобретение касается накопления энергии и, в частности, накопления энергии в летательных аппаратах.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время летательный аппарат, например, такой как самолет, содержит электрические системы, объединенные в электрические сети, для питания рабочих модулей самолета, например, таких как электрические приводы. Такие электрические приводы находятся, в частности, в механизмах управления полетом и в шасси. Главная электрическая сеть самолета работает, например, при 115/220 В переменного напряжения и переменного тока (AC), а резервная сеть работает, например, при постоянном напряжении, например, между 135 В (или 270 В) и -135 В (соответственно -270 В) на постоянном токе (DC), образуя, таким образом, высоковольтную сеть постоянного тока (HVDC).

В некоторых типах самолетов используют преобразователи для преобразования токов или напряжений с целью накопления энергии в элементах накопления энергии, таких как батареи, например, с напряжением [0-28 В].

Преобразователи из известных решений накопления энергии имеют ряд недостатков:

- эти преобразователи являются выделенными, то есть один преобразователь относится к одному рабочему модулю самолета, что занимает пространство и делает их несовместимыми с другими рабочими модулями самолета,

- эти преобразователи не позволяют работать на высоком напряжении,

- эти преобразователи не позволяют преобразовывать напряжения в другие напряжения, в частности, между напряжением вспомогательной сети самолета и элементом накопления,

- эти преобразователи не могут работать с высоковольтной сетью постоянного тока HVDC, которая может существовать на современных самолетах, так как она не является плавающей, то есть отрицательный потенциал преобразователя связан с массой, образованной самолетом, что увеличивает напряжения в общем режиме, генерируемые преобразователем, и не позволяет электрически изолировать элемент накопления энергии, утечки в котором могут сказаться на рабочих модулях самолета. Например, в случае короткого замыкания в преобразователе, в частности короткого замыкания транзистора, электрическая сеть и элемент накопления могут выйти из строя,

- эти преобразователи предлагают решения с гальванической изоляцией типа трансформатора, что отрицательно сказывается на массе и объеме для бортового оборудования,

- определение параметров размерности для этих преобразователей является сложным, что затрудняет их адаптацию к передаваемой мощности,

- потребности в энергии в летательном аппарате являются большими и точечными, так как они связаны с условиями применения, например, определяемыми механизмами управления полетом или шасси,

- эти преобразователи содержат большое число компонентов,

- эти преобразователи не обеспечивают возможности регулирования и контроля тока зарядки или разрядки элемента накопления энергии.

Краткое изложение сущности изобретения

Чтобы устранить часть недостатков известных решений, изобретением предлагается модуль преобразования между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата, в частности высоковольтной сетью постоянного тока, и элементом накопления энергии упомянутого летательного аппарата, в частности, суперконденсатором. Модуль преобразования выполнен с возможностью реверсивного осуществления преобразования между постоянным напряжением Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и постоянным напряжением V_s элемента накопления энергии летательного аппарата, при этом напряжение V_s элемента накопления энергии летательного аппарата меньше и является плавающим относительно напряжения Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и центровано относительно массы самолета, при этом модуль содержит входной модуль, содержащий два фильтра, каждый из которых выполнен с возможностью принимать постоянное напряжение Е/2, первое плечо и второе плечо, содержащие переключатели, и средства управления упомянутыми переключателями, при этом средства управления работают циклично с периодом Т переключения и выполнены с возможностью управления по меньшей мере первым переключателем и по меньшей мере вторым переключателем идентично, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы первый переключатель был разомкнут, когда второй переключатель замкнут, и наоборот.

Это, в частности, позволяет:

- обеспечивать зарядку и разрядку элемента накопления;

- предупредить возможную потерю функции, избегая неконтролируемой зарядки и разрядки элемента накопления энергии, например, в высоковольтной электрической сети летательного аппарата,

- сделать высоковольтную электрическую сеть летательного аппарата плавающей. В частности, элемент накопления энергии не подвержен общему режиму, то есть разность потенциалов электродов элемента накопления энергии относительно потенциала, которым является масса самолета, является постоянной. Это позволяет изолировать элемент накопления энергии и, следовательно, избежать утечек энергии;

- обеспечивать накопление энергии, предполагающее энергетическую оптимизацию, например, за счет накопления энергии, поступающей от электрических приводов, чтобы отдавать ее позже этим же приводам или другим приводам;

- уменьшить количество электрических проводов в летательном аппарате за счет локализованного накопления энергии для питания каждого рабочего модуля летательного аппарата, избегая, таким образом, использования распределенных накопителей, выделенных, например, для каждого рабочего модуля самолета.

Потенциалы элемента накопления являются фиксированными и центрованы относительно массы самолета, что позволяет изолировать элемент накопления от высоковольтной электрической сети летательного аппарата, элементы которой тоже связаны с массой самолета.

Такой модуль имеет топологию многоуровневых взаимосвязанных неизолированных преобразователей с фиксированным выходным потенциалом.

Кроме того, такой модуль позволяет:

- использовать транзисторы, при этом транзисторы образуют переключатели модуля преобразования низкого напряжения,

- уменьшить размер входных фильтров, которые выполнены с возможностью принимать половину напряжения, например, за счет увеличения числа параллельных плеч, при этом одно плечо образовано двумя полумостами,

- уменьшить размер выходных фильтров,

- использовать компоненты с меньшим напряжением, способствующие оптимизации производительности, в частности, с лучшими характеристиками проводимости и переключения,

- уменьшить циклическое отношение и, следовательно, напряжение на контактах переключателей, в частности, на контактах транзисторов, образующих переключатели модуля преобразования. Например, если циклическое отношение поделить на два, напряжение, прикладываемое к контактам транзисторов, составляет половину постоянного напряжения Е, то есть Е/2,

- связать ячейки параллельно, поскольку меньшее число ячеек требует меньшего объема модуля преобразования, и большее число ячеек требует больше переключаемого тока, и, следовательно, оптимизировать размер и производительность модуля преобразования,

- в случае короткого замыкания компонента, например транзистора переключателя, защитить элемент накопления энергии и изолировать его от напряжения Е электрической сети. При этом нет необходимости в использовании защитного элемента, например, такого как твердотельный силовой контроллер (SSPC).

Согласно варианту изобретения, средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄, k₃, k₃₃, k₂₂, k₂), входной модуль содержит первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор С₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединяются в точке потенциала V_A, и третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединяются в точке потенциала V_B, при этом конденсатор С₁ и конденсатор С₂ соединяются в точке потенциала V₀=0 В. Первое плечо содержит четыре переключателя (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄) и две катушки индуктивности (Ls₁, Ls₁₁), при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₁₁ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄₄ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄ находится между точкой потенциала V₄ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₁ и k₄ разомкнутыми и переключатели k₁₁ и k₄₄ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C и V₀. Второе плечо содержит четыре переключателя (k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) и две катушки индуктивности (Ls₂, Ls₂₂), при этом переключатель k₃ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₃, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V_C и точкой потенциала V₃, переключатель k₃₃ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₃ и k₂ разомкнутыми и переключатели k₃₃ и k₂₂ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C и V₀. Средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k₁ и k₄ и одинаково, с другой стороны, переключателями k₂ и k₃, при этом переключатели k₁ и k₃ смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k₁ и k₄ были разомкнуты, когда переключатели k₂ и k₃ замкнуты, и наоборот.

Это, в частности, позволяет:

- получать напряжение изоляции, равное половине напряжения элемента или элементов накопления,

- уменьшить число инверторов наполовину, что позволяет, в частности, уменьшить нагрузку на компоненты, за счет чего увеличивается их срок службы и даже их КПД.

Согласно варианту изобретения, средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₂₂, k₂), входной модуль содержит первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор С₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединяются в точке потенциала V_A, и третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединяются в точке потенциала V_B, при этом конденсатор С₁ и конденсатор С₂ соединяются в точке потенциала V₀=0 В. Первое плечо содержит два переключателя (k₁, k₁₁) и катушку индуктивности Ls₁, при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C1 и V₀, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k₁ разомкнутым и переключатель k₁₁ замкнутым и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C1 и V₀. Второе плечо содержит два переключателя (k₂₂, k₂) и катушку индуктивности Ls₂, при этом переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_C2, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V₀, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k₂ разомкнутым и переключатель k₂₂ замкнутым и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C2 и точкой потенциала V₀. Средства управления управляют переключателями k₁ и k₂ одинаково, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатель k₁ был разомкнут, когда переключатель k₂ замкнут, и наоборот.

Согласно варианту изобретения, средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄, k₃, k₃₃, k₂₂, k₂), входной модуль содержит первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор С₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединяются в точке потенциала V_A, и третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединяются в точке потенциала V_B, при этом конденсаторы С₁ и С₂ соединяются в точке потенциала V₀=0 В. Первое плечо содержит четыре переключателя (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄) и две катушки индуктивности (Ls₁, Ls₁₁), при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₁₁ находится между точкой потенциала V_C2 и точкой потенциала V₄, переключатель k₄₄ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄ находится между точкой потенциала V₄ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₁ и k₄ разомкнутыми и переключатели k₁₁ и k₄₄ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C1 и точкой потенциала V₀, а также между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V_C2. Второе плечо содержит четыре переключателя (k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) и две катушки индуктивности (Ls₂, Ls₂₂), при этом переключатель k₃ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₃, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₃₃ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₂₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_C2, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₃ и k₂ разомкнутыми и переключатели k₃₃ и k₂₂ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C1 и точкой потенциала V₀, а также между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V_C2. Средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k₁ и k₄ и одинаково, с другой стороны, переключателями k₂ и k₃, при этом переключатели k₁ и k₃ смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k₁ и k₄ были разомкнуты, когда переключатели k₂ и k₃ замкнуты, и наоборот.

Согласно варианту изобретения, Е=270 или 540 В и 60≤V_S≤120 В.

Объектом изобретения является также система накопления.

Система накопления содержит описанный выше модуль преобразования и по меньшей мере один элемент накопления, подсоединенный между точками потенциала, соответствующими напряжению V_S.

Согласно варианту изобретения, элемент накопления подсоединен между точками потенциала V_C и V₀.

Согласно варианту изобретения, первый элемент накопления подсоединен между точками потенциала V_C1 и V₀, и второй элемент накопления подсоединен между точками потенциала V₀ и V_C2.

Согласно варианту изобретения, элемент накопления является суперконденсатором.

Это позволяет получить, в частности, относительно легкий элемент накопления энергии с быстрым восстановлением энергии, например, по сравнению с аккумуляторной батареей. Это позволяет также получать более высокую плотность энергии и занимать меньше объема, чем при классическом электролитическом конденсаторе.

Согласно варианту изобретения, суперконденсатор конфигурирован с возможностью накопления энергии, когда на него подают входное напряжение V_S, при 60≤V_S≤120 В.

Согласно варианту изобретения, элемент накопления является аккумуляторной батареей.

Это позволяет получать высокую плотность энергии и, следовательно, обеспечивает большую автономию.

Согласно варианту изобретения, аккумуляторная батарея сконфигурирована с возможностью накопления энергии, когда на нее подают входное напряжение V_S, при 60<V_S<120 В.

Объектом изобретения является также способ преобразования напряжения.

Способ преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата, в частности высоковольтной сетью постоянного тока, и по меньшей мере одним элементом накопления энергии упомянутого летательного аппарата, в частности суперконденсатором, содержит реверсивный этап преобразования между напряжением Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и напряжением V_S элемента накопления энергии летательного аппарата, при этом упомянутое напряжение V_S элемента накопления энергии летательного аппарата изолировано от напряжения Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и меньше напряжения Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата.

Краткое описание чертежей

Далее следует более подробное описание варианта выполнения изобретения, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - электрическая система, включающая в себя высоковольтную электрическую сеть, модуль преобразования напряжения и элемент накопления.

Фиг.2 - электрическая система летательного аппарата, включающая в себя высоковольтную электрическую сеть, модуль преобразования напряжения и элемент накопления.

Фиг.3 - модуль преобразования напряжения, связанный с элементом накопления.

Фиг.4 - модуль преобразования напряжения, связанный с элементом накопления.

Фиг.5 - модуль преобразования напряжения, связанный с элементом накопления.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 показана электрическая система, содержащая несколько модулей. Система включает в себя высоковольтную электрическую сеть 2 переменного напряжения, содержащую, например, трехфазный генератор, одна точка которого соединена с массой 3. Система содержит также модуль преобразования 4 (или преобразователь) переменного тока в постоянный ток (AC/DC), который позволяет преобразовывать переменное напряжение высоковольтной электрической сети 2 в постоянное напряжение высоковольтной сети (или шины) 5 постоянного тока. Система содержит также машину 8 переменного напряжения, например электрический двигатель, и преобразователь 6 постоянного тока в переменный ток (DC/AC), с которым соединена машина 8 переменного напряжения. Во время фаз восстановления энергии преобразователь 6 DC/AC позволяет преобразовывать переменное напряжение машины 8 в постоянный ток 5 высокого напряжения. Система содержит также модуль 10 преобразования напряжения, позволяющий преобразовывать напряжение высоковольтной сети 5 постоянного тока в напряжение суперконденсатора 20 накопления энергии летательного аппарата. Модуль 10 преобразования выполнен с возможностью реверсивного преобразования между постоянным напряжением Е высоковольтной сети 5 постоянного тока и постоянным напряжением V_S суперконденсатора 20, при этом постоянное напряжение V_S элемента накопления летательного аппарата является плавающим относительно постоянного напряжения Е высоковольтной сети 5 постоянного тока. Под «реверсивным» следует понимать, что модуль 10 преобразования выполнен с возможностью преобразования постоянного напряжения Е высоковольтной сети 5 постоянного тока в постоянное напряжение V_S суперконденсатора 20 и, наоборот, постоянного напряжения V_S суперконденсатора 20 в постоянное напряжение Е высоковольтной сети 5 постоянного тока.

На фиг.2 представлена электрическая система летательного аппарата, содержащая несколько модулей. Главная электрическая сеть 2 работает на переменном токе при переменных напряжениях 115/200 В. Выпрямитель 4 позволяет преобразовывать эти напряжения в постоянные напряжения вспомогательной или резервной сети 5-270 В постоянного тока (или высоковольтной сети 5 (или шины) постоянного тока). К электрическому двигателю 8а, работающему на переменном напряжении, подключен гидравлический насос 8b. Электрический двигатель 8а соединен с инвертором 6, который преобразует переменные напряжения в постоянные напряжения резервной сети 5-270 В постоянного тока. Система 30 накопления содержит модуль 10 преобразования (или преобразователь), соединенный, с одной стороны, двумя соединениями с одним или несколькими элементами 20 накопления энергии, такими как аккумуляторные батареи или суперконденсаторы, и, с другой стороны, двумя электрическими связями или соединениями соответственно с точками потенциалов +270 В и -270 В резервной сети 5 на 270 В постоянного тока.

На фиг.3-5 представлены три варианта выполнения модуля 10 преобразования. Такой модуль 10 преобразования между напряжениями Е и V_S содержит:

- входной модуль, содержащий два входных фильтра, каждый из которых выполнен с возможностью принимать постоянное напряжение Е/2,

- первое плечо и второе плечо, содержащие переключатели, образованные транзисторами, и

- средства управления упомянутыми переключателями, при этом средства управления работают циклично с периодом Т переключения и выполнены с возможностью управления по меньшей мере первым переключателем и по меньшей мере вторым переключателем идентично, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы первый переключатель был разомкнут, когда второй переключатель замкнут, и наоборот.

Во всех вариантах выполнения изобретения, представленных на фиг.3-5, ячейки, образованные, каждая, первым и вторым плечами, могут быть соединены параллельно, в частности, для увеличения передаваемой мощности. Плечо образовано двумя полумостами. Например, как показано на фиг.4 и 5 ниже, транзисторы k₁ и k₁₁ образуют полумост, и транзисторы k₁, k₁₁, k₄₄, k₄ образуют плечо.

Узел, образованный входными фильтрами ячеек, имеет параметры, предусмотренные для частоты, равной числу ячеек, умноженному на частоту переключения транзисторов.

Для сети 270 В (135/-135 В) можно использовать полевые МОП-транзисторы (MOSFET) на 300 В. Для сети 540 В (270/-270 В) можно использовать полевые МОП-транзисторы (MOSFET) на 600 В или полевые транзисторы с изолированным затвором (IGBT) (с антипараллельным диодом). Выбор тех или иных транзисторов позволяет адаптировать мощность модуля преобразования.

На фиг.3 показан модуль 10 преобразования между напряжениями Е и V_S.

Средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₂₂, k₂).

Входной модуль содержит первый фильтр, содержащий первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор С₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединяются в точке потенциала V_A.

Входной модуль содержит также второй фильтр, содержащий третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединяются в точке потенциала V_B.

Конденсаторы С₁ и С₂ соединяются в точке потенциала V₀=0 В.

Первое плечо содержит два переключателя (k₁, k₁₁) и катушку индуктивности Ls₁, при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C1 и V₀, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k₁ разомкнутым и переключатель k₁₁ замкнутым и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C1 и V₀.

Второе плечо содержит два переключателя (k₂₂, k₂) и катушку индуктивности Ls₂, при этом переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_C2, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V₀, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k₂ разомкнутым и переключатель k₂₂ замкнутым и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C2 и точкой потенциала V₀.

Средства управления управляют переключателями k₁ и k₂ одинаково, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатель k₁ был разомкнут, когда переключатель k₂ замкнут, и наоборот. Таким образом, первое и второе плечи используют поочередно на каждом полупериоде переключения Т/2.

В этом варианте выполнения изобретения циклическое отношение умножено на два, напряжение транзисторов поделено на два, ячейки могут быть соединены параллельно, и напряжение изоляции равно напряжению суперконденсаторов 20.

На фиг.4 представлен модуль 10 преобразования между напряжениями Е и V_S.

Средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄, k₃, k₃₃, k₂₂, k₂).

Входной модуль содержит первый фильтр, содержащий первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор С₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединяются в точке потенциала V_A.

Входной модуль содержит также второй фильтр, содержащий третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединяются в точке потенциала V_B, при этом конденсаторы С₁ и С₂ соединяются в точке потенциала V₀=0 В.

Первое плечо содержит четыре переключателя (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄) и две катушки индуктивности (Ls₁, Ls₁₁), при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₁₁ находится между точкой потенциала V_C2 и точкой потенциала V₄, переключатель k₄₄ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄ находится между точкой потенциала V₄ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₁ и k₄ разомкнутыми и переключатели k₁₁ и k₄₄ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C1 и точкой потенциала V₀, и напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V_C2.

Второе плечо содержит четыре переключателя (k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) и две катушки индуктивности (Ls₂, Ls₂₂), при этом переключатель k₃ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₃, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₃₃ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₂₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_C2, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₃ и k₂ разомкнутыми и переключатели k₃₃ и k₂₂ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C1 и точкой потенциала V₀, а также между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V_C2.

Средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄, k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) таким образом, чтобы поочередно использовать первое плечо и второе плечо на каждом полупериоде переключения Т/2. Управление переключателями, образующими полумосты [k_i, k_ii], где (1≤i≤4), происходит комплементарно. Точно так же, в частности, чтобы уменьшить размер пассивных элементов, команды управления переключателями k₁ и k₃, соответственно k₂ и k₄, являются комплементарными, смещенными на полпериода. Переключатели k₁ и k₄, соответственно k₂ и k₃, управляются идентично. Иначе говоря, средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k₁ и k₄ и одинаково, с другой стороны, переключателями k₂ и k₃, при этом переключатели k₁ и k₃ смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k₁ и k₄ были разомкнуты, когда переключатели k₂ и k₃ замкнуты, и наоборот.

В этом варианте выполнения циклическое отношение умножено на два, напряжение транзисторов поделено на два, ячейки могут быть связаны параллельно, и напряжение изоляции равно напряжению суперконденсаторов 20.

На фиг.5 представлен модуль 10 преобразования между напряжениями Е и V_S.

Модуль 10 преобразования содержит средства управления, управляющие переключателями (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄, k₃, k₃₃, k₂₂, k₂).

Входной модуль содержит первый фильтр, содержащий первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор С₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединяются в точке потенциала V_A.

Входной модуль содержит также второй фильтр, содержащий третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединяются в точке потенциала V_B.

Конденсаторы С₁ и С₂ соединяются в точке потенциала V₀=0 В.

Первое плечо содержит четыре переключателя (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄) и две катушки индуктивности (Ls₁, Ls₁₁), при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₁₁ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄₄ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄ находится между точкой потенциала V₄ и точкой потенциала V_B. Средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₃ и k₂ разомкнутыми и переключатели k₃₃ и k₂₂ замкнутыми и наоборот. Напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C и V₀.

Второе плечо содержит четыре переключателя (k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) и две катушки индуктивности (Ls₂, Ls₂₂), при этом переключатель k₃ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₃, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V_C и точкой потенциала V₃, переключатель k₃₃ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B. Средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₁ и k₄ разомкнутыми и переключатели k₁₁ и k₄₄ замкнутыми и наоборот. Напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C и V₀.

Средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄, k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) таким образом, чтобы поочередно использовать первое плечо и второе плечо на каждом полупериоде переключения Т/2. Управление переключателями, образующими полумосты [k_i, k_ii], где (1≤i≤4), происходит комплементарно. Точно так же, в частности, чтобы уменьшить размер пассивных элементов, команды управления переключателями k₁ и k₃, соответственно k₂ и k₄, являются комплементарными, смещенными на полпериода. Переключатели k₁ и k₄, соответственно k₂ и k₃, управляются идентично.

Если обозначить dT время проводимости транзисторов k_i и Т период переключения, при первом приближении, пренебрегая омическими падениями напряжения, то отношение между напряжением суперконденсатора и напряжением сети выглядит как V_S=d·E. В зависимости от уровня напряжения суперконденсатора регулирование d позволяет контролировать ток зарядки или разрядки. d меняется как соотношение V_s/E, то есть, например, при Е=270 В и 0<V_S≤120, d меняется от 60/270 до 120/270. При этом может понадобиться контроль напряжения среднего моста 0 В. Изменение d можно осуществлять, например, при помощи модуля широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в аналоговом или цифровом режиме.

Поскольку модуль 10 преобразования состоит из двух плеч, параметрическая частота фильтров соответствует двойной частоте переключения транзисторов переключателей упомянутых плеч.

В этом варианте выполнения циклическое отношение умножено на два, напряжение транзисторов поделено на два, ячейки могут быть связаны параллельно, и напряжение изолирования равно напряжению суперконденсаторов 20, поделенному на два.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение надежной зарядки и разрядки элемента накопления энергии. Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью постоянного тока летательного аппарата и по меньшей мере одним элементом накопления энергии выполнен с возможностью реверсивного осуществления преобразования между постоянным напряжением Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и постоянным напряжением V_s элемента накопления энергии летательного аппарата. Напряжение V_s является плавающим относительно напряжения Е и центрировано относительно массы самолета. При этом модуль содержит входной модуль, содержащий два фильтра, каждый из которых выполнен с возможностью принимать постоянное напряжение Е/2, первое плечо и второе плечо, содержащие переключатели, и средства управления упомянутыми переключателями. Средства управления работают циклично с периодом Т переключения и выполнены с возможностью управления по меньшей мере первым и вторым переключателями идентично, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы первый переключатель был разомкнут, когда второй переключатель замкнут, и наоборот. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Модуль преобразования напряжения между высоковольтной электрической сетью летательного аппарата и по меньшей мере одним элементом накопления энергии упомянутого летательного аппарата, при этом упомянутый модуль преобразования выполнен с возможностью реверсивного осуществления преобразования между постоянным напряжением Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и постоянным напряжением V_s элемента накопления энергии летательного аппарата, при этом упомянутое напряжение V_s элемента накопления летательного аппарата является плавающим относительно напряжения Е высоковольтной электрической сети летательного аппарата и центрировано относительно массы летательного аппарата, при этом модуль содержит входной модуль, содержащий два фильтра, каждый из которых выполнен с возможностью принимать постоянное напряжение Е/2, первое плечо и второе плечо, содержащие переключатели, и средства управления упомянутыми переключателями, при этом средства управления работают циклично с периодом Т переключения и выполнены с возможностью управления по меньшей мере первым переключателем и по меньшей мере вторым переключателем идентично, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы первый переключатель был разомкнут, когда второй переключатель замкнут, и наоборот.

2. Модуль по п. 1, в котором средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄, k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) и в котором:
- входной модуль содержит:
i) первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор C₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединены в точке потенциала V_A,
ii) третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединены в точке потенциала V_B, при этом конденсатор C₁ и конденсатор С₂ соединены в точке потенциала V₀=0 В,
- первое плечо содержит четыре переключателя (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄) и две катушки индуктивности (Ls₁, Ls₁₁), при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₁₁ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄₄ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄ находится между точкой потенциала V₄ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₁ и k₄ разомкнутыми и переключатели k₁₁ и k₄₄ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C и V₀;
- второе плечо содержит четыре переключателя (k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) и две катушки индуктивности (Ls₂, Ls₂₂), при этом переключатель k₃ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₃, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V_C и точкой потенциала V₃, переключатель k₃₃ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₃ и k₂ разомкнутыми и переключатели k₃₃ и k₂₂ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C и V₀, и
- средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k₁ и k₄ и одинаково, с другой стороны, переключателями k₂ и k₃, при этом переключатели k₁ и k₃ смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k₁ и k₄ были разомкнуты, когда переключатели k₂ и k₃ замкнуты, и наоборот.

3. Модуль по п. 1, в котором средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₂₂, k₂) и в котором:
- входной модуль содержит:
i) первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор С₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединены в точке потенциала V_A,
ii) третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединены в точке потенциала V_B, при этом конденсатор C₁ и конденсатор С₂ соединены в точке потенциала V₀=0 В,
- первое плечо содержит два переключателя (k₁, k₁₁) и катушку индуктивности Ls₁, при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C1 и V₀, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k₁ разомкнутым и переключатель k₁₁ замкнутым и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точками потенциала V_C1 и V₀;
- второе плечо содержит два переключателя (k₂₂, k₂) и катушку индуктивности Ls₂, при этом переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_C2, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V₀, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатель k₂ разомкнутым и переключатель k₂₂ замкнутым и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C2 и точкой потенциала V₀, и
- средства управления управляют переключателями k₁ и k₂ одинаково, но со смещением на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатель k₁ был разомкнут, когда переключатель k₂ замкнут, и наоборот.

4. Модуль по п. 1, в котором средства управления управляют переключателями (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄, k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) и в котором:
- входной модуль содержит:
i) первый входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, первую катушку индуктивности Le₁ и конденсатор С₁, при этом катушка индуктивности Le₁ и конденсатор С₁ соединены в точке потенциала V_A,
ii) третий входной контакт и второй входной контакт, связанный с массой, для приложения первого напряжения Е/2, вторую катушку индуктивности Le₂ и конденсатор С₂, при этом катушка индуктивности Le₂ и конденсатор С₂ соединены в точке потенциала V_B, при этом конденсаторы С₁ и С₂ соединены в точке потенциала V₀=0 В,
- первое плечо содержит четыре переключателя (k₁, k₁₁, k₄₄, k₄) и две катушки индуктивности (Ls₁, Ls₁₁), при этом переключатель k₁ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₁, катушка индуктивности Ls₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₁₁ находится между точкой потенциала V₁ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₁₁ находится между точкой потенциала V_C2 и точкой потенциала V₄, переключатель k₄₄ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₄, переключатель k₄ находится между точкой потенциала V₄ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₁ и k₄ разомкнутыми и переключатели k₁₁ и k₄₄ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C1 и точкой потенциала V₀, а также между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V_C2;
- второе плечо содержит четыре переключателя (k₃, k₃₃, k₂₂, k₂) и две катушки индуктивности (Ls₂, Ls₂₂), при этом переключатель k₃ находится между точкой потенциала V_A и точкой потенциала V₃, катушка индуктивности Ls₂ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V_C1, переключатель k₃₃ находится между точкой потенциала V₃ и точкой потенциала V₀, катушка индуктивности Ls₂₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_C2, переключатель k₂₂ находится между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V₂, переключатель k₂ находится между точкой потенциала V₂ и точкой потенциала V_B, при этом средства управления переключателями выполнены с возможностью удерживать одновременно переключатели k₃ и k₂ разомкнутыми и переключатели k₃₃ и k₂₂ замкнутыми и наоборот, при этом напряжение V_S измеряют между точкой потенциала V_C1 и точкой потенциала V₀, а также между точкой потенциала V₀ и точкой потенциала V_C2, и
- средства управления управляют одинаково, с одной стороны, переключателями k₁ и k₄ и одинаково, с другой стороны, переключателями k₂ и k₃, при этом переключатели k₁ и k₃ смещены на полпериода Т/2 таким образом, чтобы переключатели k₁ и k₄ были разомкнуты, когда переключатели k₂ и k₃ замкнуты, и наоборот.

5. Модуль по п. 1, в котором Е=270 или 540 В и 60<V_S<120 В.

6. Система накопления, содержащая модуль преобразования по п. 1 и по меньшей мере один элемент накопления, подсоединенный между точками потенциала, соответствующими напряжению V_s.7. Система накопления по п. 6, в которой элемент накопления подсоединен между точками потенциала V_C и V₀.

8. Система накопления по п. 6, в которой первый элемент накопления подсоединен между точками потенциала V_C1 и V₀, и второй элемент накопления подсоединен между точками потенциала V₀ и V_C2.

9. Система накопления по п. 6, в которой элемент накопления является суперконденсатором.

10. Система накопления по п. 9, в которой суперконденсатор конфигурирован с возможностью накопления энергии, когда на него подают входное напряжение V_S, при 60≤V_S≤120 В.

11. Система накопления по п. 6, в которой элемент накопления является аккумуляторной батареей.

12. Система накопления по п. 11, в которой аккумуляторная батарея конфигурирована с возможностью накопления энергии, когда на нее подают входное напряжение V_S, при 60≤V_S≤120 В.