РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2017 года по МПК H02M7/12 H02P3/18 H02M7/757 H02M7/797 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к рекуперативному преобразователю, который преобразует мощность, подаваемую из источника питания, для вывода преобразованной мощности в нагрузку, и который также преобразует мощность, подаваемую из нагрузки, для вывода преобразованной мощности в источник питания.

Предшествующий уровень техники

[0002] Рекуперативный преобразователь представляет собой преобразователь мощности, который размещается между инвертором, который выполняет регулирование скорости вращения двигателя переменного тока, и источником питания переменного тока, и который рекуперирует индуцированную электродвижущую силу, генерируемую во время замедления двигателя переменного тока для ее подачи обратно в источник питания переменного тока. Традиционный преобразователь мощности, описанный в патентной литературе 1, имеет как функцию рекуперативного преобразователя, так и функцию инвертора и может использоваться только в качестве инвертора или только в качестве рекуперативного преобразователя. Поэтому такой традиционный преобразователь мощности имеет высокое удобство использования и позволяет повысить производительность.

Перечень цитируемой литературы

Патентная литература

[0003] Патентная литература 1: Выложенная патентная заявка Японии № H7-194144

Сущность изобретения

Техническая задача

[0004] Рекуперативный преобразователь классифицируется на два типа. Один тип представляет собой преобразователь, в котором как ток питания, подаваемый из источника питания переменного тока в двигатель переменного тока, так и рекуперативный ток, рекуперируемый из двигателя переменного тока в источник питания переменного тока, протекают через блок преобразования мощности основной схемы, включенной в рекуперативный преобразователь, и другой тип представляет собой преобразователь, в котором только рекуперативный ток протекает через блок преобразования мощности. В дальнейшем для упрощения описания первый преобразователь упоминается как "полностью рекуперативный преобразователь", и второй преобразователь упоминается как "частично рекуперативный преобразователь". Хотя ток питания протекает через блок преобразования мощности в полностью рекуперативном преобразователе, диод для предотвращения протекания тока питания предусмотрен в частично рекуперативном преобразователе для предотвращения протекания тока питания через блок преобразования мощности. Поэтому рекуперативный преобразователь нельзя использоваться одновременно в качестве полностью рекуперативного преобразователя и частично рекуперативного преобразователя. В частично рекуперативном преобразователе емкость рекуперативного преобразователя можно выбрать в зависимости от рекуперативной мощности для того, чтобы уменьшить стоимость преобразователя при эксплуатации, когда рекуперативная мощность меньше, чем мощность питания. При наличии одновременно функции рекуперативного преобразователя и функции инвертора традиционная технология, описанная в патентной литературе 1, не имеет одновременно функции полностью рекуперативного преобразователя и функции частично рекуперативного преобразователя. Поэтому традиционная технология нуждается в полностью рекуперативном преобразователе, который мог бы преодолеть уровень мощности питания даже в ситуации, когда рекуперативная мощность является маленькой, и, таким образом, она не позволяет реагировать на потребность в дополнительном уменьшении стоимости рекуперативного преобразователя.

[0005] Изобретение было выполнено с учетом указанной выше проблемы, и задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить рекуперативный преобразователь, который позволил бы дополнительно уменьшить его стоимость.

Решение технической задачи

[0006] Для того, чтобы устранить вышеупомянутую проблему, и для того, чтобы решить вышеупомянутую задачу, рекуперативный преобразователь по изобретению включает в себя: вывод переменного тока, соединенный со стороной переменного тока блока преобразования мощности; первый вывод, соединенный с одним концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока; второй вывод, соединенный с одним концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока через элемент для предотвращения противотока; и третий вывод, соединенный с другим концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока.

Преимущественные эффекты изобретения

[0007] Рекуперативный преобразователь согласно изобретению позволяет достичь дополнительного уменьшения его стоимости.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг.1 - схема конфигурации рекуперативного преобразователя согласно первому варианту осуществления изобретения.

Фиг.2 - схема конфигурации инвертора, соединенного с рекуперативным преобразователем согласно первому варианту осуществления изобретения.

Фиг.3 - схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно первому варианту осуществления изобретения и инвертором в случае, когда рекуперативный преобразователь используется как полностью рекуперативный преобразователь.

Фиг.4 - схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно первому варианту осуществления изобретения и инвертором в случае, когда рекуперативный преобразователь используется как частично рекуперативный преобразователь.

Фиг.5 - схема конфигурации рекуперативного преобразователя согласно второму варианту осуществления изобретения.

Фиг.6 - схема конфигурации инвертора, соединенного с рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления изобретения.

Фиг.7 - схема, иллюстрирующая путь тока, протекающего в случае, когда инвертор, иллюстрированный на фиг.6, соединен с рекуперативным преобразователем, иллюстрированным на фиг.1.

Фиг.8 - схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления изобретения и инвертором, иллюстрированным на фиг.2, когда рекуперативный преобразователь используется как полностью рекуперативный преобразователь.

Фиг.9 - схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления изобретения и инвертором, иллюстрированным на фиг.6, когда рекуперативный преобразователь используется как полностью рекуперативный преобразователь.

Фиг.10 - схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления изобретения и инвертором, иллюстрированным на фиг.2, когда рекуперативный преобразователь используется как частично рекуперативный преобразователь.

Фиг.11 - схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления изобретения и инвертором, иллюстрированным на фиг.6, когда рекуперативный преобразователь используется как частично рекуперативный преобразователь.

Подробное описание вариантов осуществления

[0009] Примерные варианты осуществления рекуперативного преобразователя согласно изобретению будут подробно объяснены ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи. Изобретение не ограничивается вариантами осуществления.

[0010] Первый вариант осуществления.

На фиг.1 показана схема конфигурации рекуперативного преобразователя согласно первому варианту осуществления изобретения, и на фиг.2 показана схема конфигурации инвертора, соединенного с рекуперативным преобразователем согласно первому варианту осуществления. Рекуперативный преобразователь 100, иллюстрированный на фиг.1, включает в себя блок 12 преобразования мощности, который соединен с выводом 11 переменного тока и который включает в себя множество переключающих элементов, вывод 16 постоянного тока, схему 13 для предотвращения броска тока при включении, диод 14 для предотвращения протекания тока питания и конденсатор 15 основной схемы. В приведенном ниже описании сторона блока 12 преобразования мощности, расположенная рядом с выводом 11 переменного тока, упоминается как "сторона переменного тока блока 12 преобразования мощности", и сторона блока 12 преобразования мощности, расположенная рядом с выводом 16 постоянного тока, упоминается как "сторона постоянного тока блока 12 преобразования мощности".

[0011] Вывод 16 постоянного тока включает в себя первый вывод P1, который соединен через схему 13 для предотвращения броска тока при включении с положительной шиной P’, которая является одним концом блока 12 преобразования мощности на стороне постоянного тока, и который также соединен с положительным выводом P, включенным в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, иллюстрированного на фиг.2, второй вывод P2, который соединен через диод 14 для предотвращения протекания тока питания и схему 13 для предотвращения броска тока при включении с положительной шиной P’ на стороне постоянного тока блока 12 преобразования мощности и который также соединен с положительным выводом P, включенным в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, иллюстрированного на фиг.2, и третий вывод N, который соединен с отрицательной шиной Q, которая является другим концом блока 12 преобразования мощности на стороне постоянного тока, и который также соединен с отрицательным выводом N, включенным в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, иллюстрированного на фиг.2. Схема 13 для предотвращения броска тока при включении имеет один конец, соединенный с положительной шиной P’ на стороне постоянного тока блока 12 преобразования мощности, и другой конец, соединенный с точкой соединения между диодом 14 для предотвращения протекания тока питания и первым выводом P1. В иллюстрированном примере диод 14 для предотвращения протекания тока питания является примером элемента для предотвращения противотока, который предотвращает протекание тока из блока 12 преобразования мощности в направлении второго вывода P2, то есть тока питания, и имеет анод, соединенный со вторым выводом P2, и катод, соединенный со схемой 13 для предотвращения броска тока при включении. Конденсатор 15 основной схемы имеет один конец, соединенный с точкой соединения схемы 13 для предотвращения броска тока при включении, диода 14 для предотвращения протекания тока питания и первого вывода P1, и другой конец, соединенный с точкой соединения между отрицательной шиной Q на стороне постоянного тока блока 12 преобразования мощности и третьим выводом N. Взаимное расположение первого вывода P1, второго вывода P2, третьего вывода N, диода 14 для предотвращения протекания тока питания и схемы 13 для предотвращения броска тока при включении не ограничивается иллюстрированным примером. В качестве альтернативы можно применить конфигурацию, в которой диод 14 для предотвращения протекания тока питания и схема 13 для предотвращения броска тока при включении соединены с отрицательной шиной Q на стороне постоянного тока блока 12 преобразования мощности, и направление диода 14 для предотвращения протекания тока питания изменено на противоположное.

[0012] Блок 12 преобразования мощности включает в себя последовательную цепь, включающую в себя переключающий элемент 12a и переключающий элемент 12d, последовательную цепь, включающую в себя переключающий элемент 12b и переключающий элемент 12e, последовательную цепь, включающую в себя переключающий элемент 12c и переключающий элемент 12f, элемент 12a1 для предотвращения противотока, соединенный параллельно с переключающим элементом 12a, элемент 12b1 для предотвращения противотока, соединенный параллельно с переключающим элементом 12b, элемент 12c1 для предотвращения противотока, соединенный параллельно с переключающим элементом 12c, элемент 12d1 для предотвращения противотока, соединенный параллельно с переключающим элементом 12d, элемент 12e1 для предотвращения противотока, соединенный параллельно с переключающим элементом 12e, и элемент 12f1 для предотвращения противотока, соединенный параллельно с переключающим элементом 12f. Точка соединения между переключающим элементом 12c и переключающим элементом 12f соединена с R-фазным выводом вывода 11 переменного тока, точка соединения между переключающим элементом 12b и переключающим элементом 12e соединена с S-фазным выводом вывода 11 переменного тока, и точка соединения между переключающим элементом 12a и переключающим элементом 12d соединена с T-фазным выводом вывода 11 переменного тока. В качестве любого из переключающих элементов 12a, 12b, 12c, 12d, 12e и 12f можно использовать полупроводниковый элемент, такой как транзистор большой мощности, силовой MOSFET (полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник) или IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором). Альтернативно можно использовать полупроводник c широкой запрещенной зоной, такой как нитрид галлия или карбид кремния. Так как полупроводник c широкой запрещенной зоной имеет обычно более высокое выдерживаемое напряжение и термостабильность, чем у кремниевого полупроводника, полупроводник c широкой запрещенной зоной имеет также более высокую допустимую плотность тока. Соответственно можно уменьшить размер блока 12 преобразования мощности, который обеспечивает дополнительное масштабирование на меньший размер рекуперативного преобразователя 100. Благодаря масштабированию на меньший размер рекуперативного преобразователя 100 можно уменьшить количество элементов, связанных с производством рекуперативного преобразователя 100.

[0013] Инвертор 200, иллюстрированный на фиг.2, включает в себя схему 22 выпрямления, которая включает в себя множество выпрямительных диодов и которая соединена с выводом 21 переменного тока, блок 26 преобразования мощности, который включает в себя множество переключающих элементов и который преобразует мощность постоянного тока на выходе схемы 22 выпрямления или мощность постоянного тока рекуперативного преобразователя 100, иллюстрированного на фиг.1, в мощность переменного тока и также преобразует мощность переменного тока на входе вывода 27 переменного тока в мощность постоянного тока, схему 23 для предотвращения броска тока при включении, соединенную с положительной шиной P’ между схемой 22 выпрямления и блоком 26 преобразования мощности, вывод 24 постоянного тока и конденсатор 25, который имеет один конец, соединенный с положительной шиной P’ между схемой 23 для предотвращения броска тока при включении и блоком 26 преобразования мощности, и другой конец, соединенный с отрицательной шиной Q между схемой 22 выпрямления и блоком 26 преобразования мощности. Положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока, соединен с положительной шиной P’ между схемой 23 для предотвращения броска тока при включении и блоком 26 преобразования мощности, и отрицательный вывод N, включенный в вывод 24 постоянного тока, соединен с отрицательной шиной Q между схемой 22 выпрямления и блоком 26 преобразования мощности.

[0014] На фиг.3 показана схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно первому варианту осуществления и инвертором в случае, когда рекуперативный преобразователь используется как полностью рекуперативный преобразователь. Когда рекуперативный преобразователь 100 используется как полностью рекуперативный преобразователь, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 11 переменного тока рекуперативного преобразователя 100 через реактор 2, положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, соединен с первым выводом P1 рекуперативного преобразователя 100, и отрицательный вывод N, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, соединен с третьим выводом N рекуперативного преобразователя 100. Как и в случае инвертора 200, двигатель 3 переменного тока соединен с U-фазным выводом, V-фазным выводом и W-фазным выводом, включенными в вывод 27 переменного тока. Двигатель 3 переменного тока может быть асинхронным двигателем или синхронным двигателем.

[0015] Работа рекуперативного преобразователя 100 и инвертора 200, иллюстрированных на фиг.3, описана ниже. Сначала будет описана работа во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, и затем будет описана работа во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока. Во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность переменного тока, подаваемая из источника 1 питания переменного тока, преобразуется в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 26 преобразования мощности через вывод 16 постоянного тока и вывод 24 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Поэтому мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 26 преобразования мощности, мощность переменного тока подается в двигатель 3 переменного тока через вывод 27 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока приводится во вращение после подачи мощности переменного тока. Во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана), таким образом, чтобы мощность переменного тока, подаваемая из двигателя 3 переменного тока, преобразовывалась в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подавалась в блок 12 преобразования мощности через вывод 24 постоянного тока и вывод 16 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно в блоке 12 преобразования мощности мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока, и мощность переменного тока рекуперируется в источник 1 питания переменного тока через вывод 11 переменного тока и реактор 2.

[0016] На фиг.4 показана схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно первому варианту осуществления и инвертором в случае, когда рекуперативный преобразователь используется как частично рекуперативный преобразователь. Когда рекуперативный преобразователь 100 используется как частично рекуперативный преобразователь, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 11 переменного тока рекуперативного преобразователя 100 через реактор 2, положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, соединен со вторым выводом P2 рекуперативного преобразователя 100, и отрицательный вывод N, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, соединен с третьим выводом N рекуперативного преобразователя 100. Как и в случае инвертора 200, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 21 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока соединен с U-фазным выводом, V-фазным выводом и W-фазным выводом, включенными в вывод 27 переменного тока.

[0017] Работа рекуперативного преобразователя 100 и инвертора 200, иллюстрированных на фиг.4, описана ниже. Сначала будет описана работа во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, и затем будет описана работа во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока. Во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, мощность переменного тока, подаваемая из источника 1 питания переменного тока, преобразуется в мощность постоянного тока выпрямительными диодами, включенными в схему 22 выпрямления, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 26 преобразования мощности. Переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно блок 26 преобразования мощности преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока, мощность переменного тока подается в двигатель 3 переменного тока через вывод 27 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока приводится во вращение после подачи мощности переменного тока. В это время диод 14 для предотвращения протекания тока питания предотвращает протекание тока через блок 12 преобразования мощности. Во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана), поэтому мощность переменного тока, подаваемая из двигателя 3 переменного тока, преобразуется в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 12 преобразования мощности через вывод 24 постоянного тока и вывод 16 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 12 преобразования мощности, и мощность переменного тока рекуперируется в источник 1 питания переменного тока через вывод 11 переменного тока и реактор 2.

[0018] Как описано выше, согласно первому варианту осуществления рекуперативный преобразователь 100 функционирует как частично рекуперативный преобразователь в случае, когда вывод 24 постоянного тока инвертора 200 соединен со вторым выводом P2 и третьим выводом N, и рекуперативный преобразователь 100 функционирует как полностью рекуперативный преобразователь в случае, когда вывод 24 постоянного тока инвертора 200 соединен с первым выводом P1 и третьим выводом N. Хотя ток питания протекает через блок преобразования мощности в полностью рекуперативном преобразователе, как описано выше, необходимо, чтобы частично рекуперативный преобразователь был выполнен с возможностью предотвращения протекания тока питания через блок преобразования мощности. Таким образом, традиционную технологию нельзя одновременно использовать в качестве полностью рекуперативного преобразователя и частично рекуперативного преобразователя. Однако рекуперативный преобразователь 100 согласно первому варианту осуществления имеет вывод 16 постоянного тока, включающий в себя первый вывод P1, второй вывод P2 и третий вывод N, и может действовать либо как частично рекуперативный преобразователь, либо как полностью рекуперативный преобразователь за счет переключения соединения вывода 16 постоянного тока.

[0019] Частично рекуперативный преобразователь подходит для случая, когда нагрузка, приводимая в действие двигателем переменного тока, является нагрузкой, имеющей большие механические потери, такой как ленточный конвейер или насос. С другой стороны, полностью рекуперативный преобразователь подходит для случая, когда нагрузка, приводимая в действие двигателем переменного тока, является нагрузкой, имеющей маленькие механические потери, такой как автомобиль или поезд. Более конкретно, нагрузка, имеющая большие механические потери теряет большую часть рекуперативной мощности в качестве механических потерь, и поэтому рекуперативная мощность, подаваемая в рекуперативный преобразователь меньше, чем в случае использования нагрузки, имеющей маленькие механические потери. При комбинации рекуперативного преобразователя 100 и инвертора 200, иллюстрированных на фиг.4, мощность питания может подаваться в инвертор 200, и, таким образом, мощность питания инвертора 200 и рекуперативная мощность рекуперативного преобразователя 100 удовлетворяет следующему соотношению: "мощность инвертора" >> "рекуперативная мощность". Соответственно при комбинации рекуперативного преобразователя 100 и инвертора 200, иллюстрированных на фиг.4, соотношение между мощностью инвертора во время рекуперации и мощностью преобразователя во время работы на полную мощность можно установить следующим образом: "мощность инвертора" >> "мощность преобразователя". Таким образом, частично рекуперативный преобразователь можно выполнить с меньшими габаритами и с меньшей стоимостью, чем полностью рекуперативный преобразователь.

[0020] Второй вариант осуществления.

На фиг.5 показана схема конфигурации рекуперативного преобразователя согласно второму варианту осуществления изобретения. Во втором варианте осуществления элементы, идентичные элементам первого варианта осуществления, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и их описание будет опущено, и будут описаны только элементы, которые отличаются от элементов первого варианта осуществления. Рекуперативный преобразователь 100А, иллюстрированный на фиг.5, включает в себя блок 12 преобразования мощности, схему 13 для предотвращения броска тока при включении, диод 14 для предотвращения протекания тока питания, конденсатор 15 основной схемы и вывод 16 постоянного тока аналогично рекуперативному преобразователю 100, иллюстрированному на фиг.1. Отличием от рекуперативного преобразователя 100, иллюстрированного на фиг.1, является положение схемы 13 для предотвращения броска тока при включении и положение конденсатора 15 основной схемы. В рекуперативном преобразователе 100А, иллюстрированном на фиг.5, схема 13 для предотвращения броска тока при включении имеет один конец, соединенный с точкой соединения между положительной шиной P’ на стороне постоянного тока блока 12 преобразования мощности и диодом 14 для предотвращения протекания тока питания, и другой конец, соединенный с точкой соединения между первым выводом P1 и конденсатором 15 основной схемы. Конденсатор 15 основной схемы имеет один конец, соединенный с точкой соединения между схемой 13 для предотвращения броска тока при включении и первым выводом P1, и другой конец, соединенный с точкой соединения между отрицательной шиной Q на стороне постоянного тока блока 12 преобразования мощности и третьим выводом N.

[0021] На фиг.6 показана схема конфигурации инвертора, соединенного с рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления, и на фиг.7 показана схема, иллюстрирующая путь тока, протекающего в случае, когда инвертор, иллюстрированный на фиг.6, соединен с рекуперативным преобразователем, иллюстрированным на фиг.1. Инвертор 200А, иллюстрированный на фиг.6, включает в себя схему 22 выпрямления, блок 26 преобразования мощности, схему 23 для предотвращения броска тока при включении, вывод 24 постоянного тока и конденсатор 25 аналогично инвертору 200, иллюстрированному на фиг.2. Отличием от инвертора 200, иллюстрированного на фиг.2, является положение соединения вывода 24 постоянного тока. В инверторе 200А, иллюстрированном на фиг.6, положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока, соединен с положительной шиной P’ между схемой 23 для предотвращения броска тока при включении и схемой 22 выпрямления.

[0022] Фиг.7 иллюстрирует пример, в котором рекуперативный преобразователь 100, иллюстрированный на фиг.1, соединен с инвертором 200А, иллюстрированным на фиг.6. Комбинацией рекуперативного преобразователя 100 и инвертора 200А, иллюстрированных на фиг.7, является конфигурация соединения в случае, когда рекуперативный преобразователь 100 используется как частично рекуперативный преобразователь. Согласно примеру соединения, показанному на фиг.7, положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200А, соединен со вторым выводом P2, включенным в вывод 16 постоянного тока рекуперативного преобразователя 100, и отрицательный вывод N, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200А, соединен с третьим выводом N, включенным в вывод 16 постоянного тока рекуперативного преобразователя 100. В примере соединения, показанном на фиг.7, вывод 21 переменного тока, схема 22 выпрямления, вывод 24 постоянного тока, диод 14 для предотвращения протекания тока питания и конденсатор 15 основной схемы приводятся в соединенное состояние во время активации мощности, и токи протекают по пути, показанному сплошными стрелками. То есть токи протекают без прохождения через схему 13 для предотвращения броска тока при включении, и, таким образом, конденсатор 15 основной схемы соединяется напрямую с источником 1 питания переменного тока, заставляя протекать ток короткого замыкания. В рекуперативном преобразователе 100А, иллюстрированном на фиг.5, схема 13 для предотвращения броска тока при включении соединена между точкой соединения между положительной шиной P’ на стороне постоянного тока блока 12 преобразования мощности и диодом 14 для предотвращения протекания тока питания и точкой соединения между первым выводом P1 и конденсатором 15 основной схемы. Соответственно независимо от того, какой инвертор 200, иллюстрированный на фиг.2, или инвертор 200А, иллюстрированный на фиг.6, соединен с рекуперативным преобразователем 100А, иллюстрированным на фиг.5, можно предотвратить возникновение тока короткого замыкания. Это описано в частности со ссылкой на фиг.8-11.

[0023] На фиг.8 показана схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления и инвертором, иллюстрированным на фиг.2, когда рекуперативный преобразователь используется как полностью рекуперативный преобразователь. Когда рекуперативный преобразователь 100А используется как полностью рекуперативный преобразователь, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 11 переменного тока рекуперативного преобразователя 100А через реактор 2, положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, соединен с первым выводом P1 рекуперативного преобразователя 100А, и отрицательный вывод N, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, соединен с третьим выводом N рекуперативного преобразователя 100А. Как и в случае инвертора 200, двигатель 3 переменного тока соединен с U-фазным выводом, V-фазным выводом и W-фазным выводом, включенными в вывод 27 переменного тока.

[0024] Работа рекуперативного преобразователя 100А и инвертора 200, иллюстрированных на фиг.8, описана ниже. Сначала будет описана работа во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, и затем будет описана работа во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока. Во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность переменного тока, подаваемая из источника 1 питания переменного тока, преобразуется в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 26 преобразования мощности через вывод 16 постоянного тока и вывод 24 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Поэтому мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 26 преобразования мощности, мощность переменного тока подается в двигатель 3 переменного тока через вывод 27 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока приводится во вращение после подачи мощности переменного тока. Во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана), поэтому мощность переменного тока, подаваемая из двигателя 3 переменного тока, преобразуется в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 12 преобразования мощности через вывод 24 постоянного тока и вывод 16 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно в блоке 12 преобразования мощности мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока, и мощность переменного тока рекуперируется в источник 1 питания переменного тока через вывод 11 переменного тока и реактор 2.

[0025] На фиг.9 показана схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления и инвертором, иллюстрированным на фиг.6, когда рекуперативный преобразователь используется как полностью рекуперативный преобразователь. Когда рекуперативный преобразователь 100А используется как полностью рекуперативный преобразователь, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 11 переменного тока рекуперативного преобразователя 100А через реактор 2, положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200А, соединен с первым выводом P1 рекуперативного преобразователя 100А, и отрицательный вывод N, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200А, соединен с третьим выводом N рекуперативного преобразователя 100А.

[0026] Работа рекуперативного преобразователя 100А и инвертора 200А, иллюстрированных на фиг.9, описана ниже. Во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана), поэтому мощность переменного тока, подаваемая из источника 1 питания переменного тока, преобразуется в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 26 преобразования мощности через вывод 16 постоянного тока и вывод 24 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 26 преобразования мощности, мощность переменного тока подается в двигатель 3 переменного тока через вывод 27 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока приводится во вращение после подачи мощности переменного тока. Во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана), поэтому мощность переменного тока, подаваемая из двигателя 3 переменного тока, преобразуется в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 12 преобразования мощности через вывод 24 постоянного тока и вывод 16 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 12 преобразования мощности, и мощность переменного тока рекуперируется в источник 1 питания переменного тока через вывод 11 переменного тока и реактор 2.

[0027] На фиг.10 показана схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления и инвертором, иллюстрированным на фиг.2, когда рекуперативный преобразователь используется как частично рекуперативный преобразователь. Когда рекуперативный преобразователь 100А используется как частично рекуперативный преобразователь, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 11 переменного тока рекуперативного преобразователя 100А через реактор 2, положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, соединен со вторым выводом P2 рекуперативного преобразователя 100А, и отрицательный вывод N, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200, соединен с третьим выводом N рекуперативного преобразователя 100А. Как и в случае инвертора 200, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 21 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока соединен с U-фазным выводом, V-фазным выводом и W-фазным выводом, включенными в вывод 27 переменного тока.

[0028] Работа рекуперативного преобразователя 100А и инвертора 200, иллюстрированных фиг.10, описана ниже. Во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, выпрямительные диоды, включенные в схему 22 выпрямления, преобразует мощность переменного тока, подаваемую из источника 1 питания переменного тока в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 26 преобразования мощности. Переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 26 преобразования мощности, мощность переменного тока подается в двигатель 3 переменного тока через вывод 27 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока приводится во вращение после подачи мощности переменного тока. Во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана) таким образом, чтобы мощность переменного тока, подаваемая из двигателя 3 переменного тока, преобразовывалась в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подавалась в блок 12 преобразования мощности через вывод 24 постоянного тока и вывод 16 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 12 преобразования мощности, и мощность переменного тока рекуперируется в источник 1 питания переменного тока через вывод 11 переменного тока и реактор 2.

[0029] На фиг.11 показана схема, иллюстрирующая пример соединения между рекуперативным преобразователем согласно второму варианту осуществления и инвертором, иллюстрированным на фиг.6, когда рекуперативный преобразователь используется как частично рекуперативный преобразователь. Когда рекуперативный преобразователь 100А используется как частично рекуперативный преобразователь, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 11 переменного тока рекуперативного преобразователя 100А через реактор 2, положительный вывод P, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200А, соединен со вторым выводом P2 рекуперативного преобразователя 100А, и отрицательный вывод N, включенный в вывод 24 постоянного тока инвертора 200А, соединен с третьим выводом N рекуперативного преобразователя 100А. Как и в случае инвертора 200А, источник 1 питания переменного тока соединен с выводом 21 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока соединен с U-фазным выводом, V-фазным выводом и W-фазным выводом, включенными в вывод 27 переменного тока.

[0030] Работа рекуперативного преобразователя 100А и инвертора 200А, иллюстрированных на фиг.11, описана ниже. Во время подачи мощности, обеспечивающей вращение двигателя 3 переменного тока, выпрямительные диоды, включенные в схему 22 выпрямления, преобразуют мощность переменного тока, подаваемую из источника 1 питания переменного тока, в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подается в блок 26 преобразования мощности. Переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 26 преобразования мощности, мощность переменного тока подается в двигатель 3 переменного тока через вывод 27 переменного тока, и двигатель 3 переменного тока приводится во вращение после подачи мощности переменного тока. Во время рекуперации из двигателя 3 переменного тока переключающие элементы, включенные в блок 26 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана), таким образом, чтобы мощность переменного тока, подаваемая из двигателя 3 переменного тока, преобразовывалась в мощность постоянного тока, и преобразованная мощность постоянного тока подавалась в блок 12 преобразования мощности через вывод 24 постоянного тока и вывод 16 постоянного тока. Переключающие элементы, включенные в блок 12 преобразования мощности, срабатывают по сигналу переключения, выходящему из схемы управления (не показана). Соответственно мощность постоянного тока преобразуется в мощность переменного тока в блоке 12 преобразования мощности, и мощность переменного тока рекуперируется в источник 1 питания переменного тока через вывод 11 переменного тока и реактор 2.

[0031] Как описано выше, согласно первому и второму вариантам осуществления рекуперативные преобразователи 100 и 100А каждый по отдельности включает в себя вывод переменного тока, соединенный со стороной переменного тока блока преобразования мощности, первый вывод, соединенный с одним концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока, второй вывод, соединенный с одним концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока через элемент для предотвращения противотока, и третий вывод, соединенный с другим концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока. Благодаря этой конфигурации рекуперативные преобразователи 100 и 100А, каждый по отдельности могут выполнять функцию полностью рекуперативного преобразователя и функцию частично рекуперативного преобразователя за счет переключения соединения вывода постоянного тока, включающего в себя первый вывод P1, второй вывод P2 и третий вывод N. Таким образом, рекуперативные преобразователи, имеющие соответствующие функции, не нужно изготавливать по отдельности, и можно дополнительно уменьшить их стоимость.

[0032] Согласно второму варианту осуществления рекуперативный преобразователь 100А имеет второй вывод и третий вывод, соединенные с выводом постоянного тока инвертора 200А, имеющего схему выпрямления, блок преобразования мощности, который преобразует мощность постоянного тока, подаваемую из схемы выпрямления, в мощность переменного тока, схему для предотвращения броска тока при включении, размещенную между блоком преобразования мощности и схемой выпрямления, и вывод постоянного тока, размещенный между схемой для предотвращения броска тока при включении и схемой выпрямления. Благодаря этой конфигурации даже в том случае, когда инвертор 200А соединен с рекуперативным преобразователем 100А, как иллюстрировано на фиг.11, в рекуперативном преобразователе 100А ток короткого замыкания во время включения мощности блокируется схемой 13 для предотвращения броска тока при включении. В результате рекуперативный преобразователь 100А согласно второму варианту осуществления может обеспечить повышенное качество в дополнение к эффекту первого варианта осуществления.

[0033] Конфигурация, описанная в вышеизложенных вариантах осуществления, является только примером содержания изобретения. Конфигурация может быть объединена с другими известными технологиями, и часть конфигурации может быть опущена или модифицирована без отклонения от объема изобретения.

Перечень позиционных обозначений

[0034] 1 - источник питания переменного тока, 2 - реактор, 3 - двигатель переменного тока, 11 - вывод переменного тока, 12 - блок преобразования мощности, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f - переключающий элемент, 12a1, 12b1, 12c1, 12d1, 12e1, 12f1 - элемент для предотвращения противотока, 13 - схема для предотвращения броска тока при включении, 14 - диод для предотвращения протекания тока питания, 15 - конденсатор основной схемы, 16 - вывод постоянного тока, 21 - вывод переменного тока, 22 - схема выпрямления, 23 - схема для предотвращения броска тока при включении, 24 - вывод постоянного тока, 25 - конденсатор, 26 - блок преобразования мощности, 27 - вывод переменного тока, 100, 100А - рекуперативный преобразователь, 200, 200А - инвертор.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропривода для рекуперативного торможения. Техническим результатом является обеспечение достаточного уровня мощности при рекуперации энергии. Рекуперативный преобразователь (100) включает в себя блок (12) преобразования мощности, который включает в себя множество переключающих элементов, вывод (11) переменного тока, соединенный со стороной переменного тока блока (12) преобразования мощности, первый вывод (P1), соединенный с одним концом блока (12) преобразования мощности на стороне постоянного тока, второй вывод (P2), соединенный с одним концом блока (12) преобразования мощности на стороне постоянного тока через элемент для предотвращения противотока, и третий вывод N, соединенный с другим концом блока (12) преобразования мощности на стороне постоянного тока, и может работать как частично рекуперативный преобразователь и как полностью рекуперативный преобразователь за счет переключения соединений первого вывода (P1), второго вывода (P2) и третьего вывода (N), чтобы достичь дополнительного сокращения своей стоимости. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Рекуперативный преобразователь, содержащий:

блок преобразования мощности;

вывод переменного тока, соединенный со стороной переменного тока блока преобразования мощности;

первый вывод, соединенный с одним концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока;

второй вывод, соединенный с одним концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока через элемент для предотвращения противотока; и

третий вывод, соединенный с другим концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока.

2. Рекуперативный преобразователь по п.1, включающий в себя схему для предотвращения броска тока при включении, которая имеет один конец, соединенный с одним концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока, и другой конец, соединенный с точкой соединения между элементом для предотвращения противотока и первым выводом.

3. Рекуперативный преобразователь по п.1, включающий в себя схему для предотвращения броска тока при включении, которая имеет один конец, соединенный с точкой соединения между одним концом блока преобразования мощности на стороне постоянного тока и элементом для предотвращения противотока, и другой конец, соединенный с первым выводом.

4. Рекуперативный преобразователь по п.3, в котором второй вывод и третий вывод соединены с выводом постоянного тока инвертора, включающего в себя схему выпрямления, блок преобразования мощности, который преобразует мощность постоянного тока, подаваемую из схемы выпрямления, в мощность переменного тока, схему для предотвращения броска тока при включении, которая размещается между блоком преобразования мощности и схемой выпрямления, и вывод постоянного тока, размещенный между схемой для предотвращения броска тока при включении и схемой выпрямления.