УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
Schematics described construction of uninterruptible power supply devices (UPSD) using a three-level and three-level power pulse-width converter and autonomous voltage inverter. UЗSD built through the two routes of electric guaranteed energy supply tires. It is shown that the introduction of the thr...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1083 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203715062857728 |
|---|---|
| author | Юрченко, О.Н. Гречко, А.Э. |
| author_facet | Юрченко, О.Н. Гречко, А.Э. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "О.Н. Юрченко",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "А.Э. Гречко",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
}
] |
| author_sort | Юрченко, О.Н. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-08T17:30:56Z |
| description | Schematics described construction of uninterruptible power supply devices (UPSD) using a three-level and three-level power pulse-width converter and autonomous voltage inverter. UЗSD built through the two routes of electric guaranteed energy supply tires. It is shown that the introduction of the three-level PWC and AVI allows you to extend the functionality of the device as a consequence of improving the quality of their output voltages and power indicators. The analysis of building UPSD more rational in terms of improving their energy and weight and size by eliminating channel additional power backup energy conversion DC to DC is shown. The introduction of the three-level AVI reduces almost twice the operating voltage power transistors. References 2, figures 3. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:18:31Z |
| format | Article |
| fulltext |
98 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
УДК 621.314
УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ
С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
О.Н.Юрченко1, докт.техн.наук, А.Э.Гречко2
1 − Ин-т электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680,Украина.
2 − Национальный Технический Университет Украины «КПИ»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина.
e-mail: yuon@ied.org.ua
Описаны схемные построения устройств гарантированного питания (УГП) с использованием трехуровневых
ШИП и трехуровневых АИН. Строятся УГП путем реализации двух каналов поступления электрической энер-
гии на шины гарантированного питания. Показано, что введение в состав УГП трехуровневых ШИП и АИН
позволяет расширить функциональные возможности устройств вследствие улучшения качества выходных
напряжений и их энергетических показателей. Проведен анализ построения УГП более рационального с точки
зрения улучшения их энергетических и массогабаритных показателей за счет исключения в канале резервного
питания дополнительного преобразования энергии постоянного тока в постоянный. Введение в состав УГП
трехуровневого АИН снижает практически в два раза рабочее напряжение на силовых транзисторах.
Библ. 2, рис.3.
Ключевые слова: устройства гарантированного питания, трехуровневые ШИП и АИН.
Введение. Число аварий в системах автономного электроснабжения составляет несколько десятков в
год, в результате существует значительный ущерб на предприятиях пользователях электроэнергии. Чаще всего
встречаются провалы напряжения и колебания сетевого напряжения, превышающие допустимые значения. Для
устранения этих недостатков используются УГП − устройства гарантированного питания (анг.: Uninterruptible
Power Suply). Такие параметры УГП, как надежность, длительность послеаварийной работы, а также величина
выходной мощности, можно определить как главные параметры резервного устройства.
Основным принципом работы устройства гарантированного питания является накопление электриче-
ской энергии в аккумуляторных батареях и, в случае необходимости, преобразование ее в электроэнергию
переменного тока.
Одной из основных структур построения устройств резервного питания [1] является структура УГП с
пассивным резервом − stand by. Как показано в [2], введение в состав УГП трехуровневых ШИП и АИН, позво-
ляет улучшить качество выходного напряжения и энергетические показатели таких устройств.
Целью настоящей работы является анализ УГП с использованием трехуровневых ШИП и трехуров-
невых АИН.
Блок-схема исходной версии УГП показана на рис. 1. В качестве основного источника питания
устройства − промышленная сеть, в качестве дополнительного − аккумуляторная батарея (АБ).
В режиме нормальной работы ши-
ны гарантированного питания (ШГП) под-
ключёны к промышленной сети Swe с по-
мощью контактора K1 через блок автома-
тического регулятора напряжения (АРН) и
входной фильтр Fwe устройства. Сетевое
напряжение фильтруется устройством Fwe, а
параметры корректируются блоком АРН. В
состав ветви резервного поступления элек-
троэнергии входят последовательно включенные управляемый выпрямитель УВ, входной конвенциональный
ШИП, АБ, трехуровневый ШИП и трехуровневый АИН. Два блока – трехуровневый ШИП и трехуровневый
АИН при включенном контакторе К2 и нормальной работе УГП работают в режиме холостого хода. В част-
ности, трехуровневый ШИП представляет собой соединение двух преобразователей постоянного напряжения
[2]. Они формируют на выходных зажимах 1, Ν, 2 трехуровневое напряжение постоянного тока для питания
инвертора. При переходе УГП в аварийный режим работы контактор К1 переключается в положение 2, и
электроэнергия поступает от автономного инвертора напряжения с использованием энергии, запасенной в АБ.
Блок-схема предлагаемого построения резервной ветви УГП. Более рациональным является
постро-ение второй ветви УГП с использованием двухсекционного построения аккумуляторной батареи
(АБ1+АБ2). Это позволяет исключить входной ШИП, а на его место установить трехуровневый ШИП. Вы-
прямитель может быть выполнен диодным (ДВ), т.е. без системы управления. Данное схемное решение
показано на рис. 2.
Рис. 1
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 99
__________________________________
© Юрченко О.Н., Гречко А.Э., 2014
На выходных зажимах 1, N, 2 трех-
уровневого ШИП формируется стабилизи-
рованное трехуровневое напряжение посто-
янного тока Udc1 = Udc2 = Udc/2, до уровня
которого заряжены обе секции аккумулятора
АБ1, АБ2. Также к зажимам 1, N, 2 подклю-
чен трехуровневый полумостовой инвертор,
который можно классифицировать как АИН
с ограничивающими диодами (анг. DC -
Diode Clumped). Построен инвертор на че-
тырех силовых транзисторах Т11÷Т22, шун-
тированных обратными диодами, и двух
ограничивающих диодах DC1, DC2, подсоединенных общей точкой к нулевому зажиму АБ. Формирование
выходного напряжения в трехуровневом АИН целесообразно осуществлять на основе поуровневой синусо-
идальной ШИМ, реализуемой сравнением на компараторах синусоидального модулирующего сигнала частотой
50Гц с двумя треугольными сигналами несущей частоты fmod =1200Гц, как показано на рис. 3. Каждый компа-
ратор управляет двумя транзисторами Т11, Т21 и Т12, Т22 в противофазе (одним из верхнего плеча, а другим
из нижнего плеча инвертора).
Выходное напряжение uL(t) инвер-
тора представляет собой последователь-
ность однополярных импульсов, амплиту-
ды которых равны половине величины на-
пряжения, поступающего с
трехуровневого ШИП, а именно, Udc/2. Как
следует из кри-вой напряжения на верхнем
транзисторе uT11(t), показанной на рис. 3,
величина на-пряжения на транзисторе
колеблется в границах половины величины
напряжения питания инвертора Udc/2.
Принимая, что на выходе инвертора
должно формироваться синусоидальное
действующее напряжение величиной UL1=
220 В, входное напряже-ние
трехуровневого инвертора следует рас-считывать из выражения
Udc1 = Udc2 = 1
2 2
L
A
U
m
=172,8 В, (1)
в котором коэффициент глубины модуляции mA = 0,9 выбираем на границе режима начала модуляции [2].
Трехуровневый ШИП запитан от мостового однофазного ДВ, т.е. двухуровневым напряжением по-
стоянного тока. Напряжение на конденсаторе Сф находится в границах UCф = 2 Us +15%, где Us = 220 В –
действующее значение напряжения питающей сети УГП. На блок-схеме предлагаемого построения резервной
ветви УГП приведена предложенная схема трехуровневого ШИП, состоящего из двух ШИП. Первый ШИП
выполнен по схеме конвенционального преобразователя типа buck, а второй − по схеме резонансного ШИП
типа buck–boost (bb) [2]. Входные цепи первого и второго включены параллельно друг другу относительно
выходных зажимов ДВ, чем исключается их интерактивное влияние. Каждый из исходных ШИП состоит
соответственно из четырех элементов L1, T1, D1, С1 и L2, T2, D2, С2. Первый конвенциональный ШИП
формирует напряжение на выходных зажимах такой же полярности, что и напряжение питания UCф. Средняя
величина выходного напряжения первого ШИП может быть регулируема только в сторону понижения Udс1
=γUCф, где γ − глубина модуляции (0,1 < γ < 0,95). Второй ШИП классифицируют как преобразователь с
промежуточным звеном накопления и передачи энергии. Выходное напряжение Udc2 преобразователя типа bb
имеет противоположную полярность относительно входного напряжения преобразователя, а средняя величина
этого напряжения может быть как меньше, так и больше напряжения питания. В ШИП типа bb, при
допущениях об идеальности элементов и незначительности уровня пульсаций выходного напряжения в
сравнении с постоянной составляющей, а также пренебрежении внутренними сопротивлениями реактивных
элементов, коэффициент передачи по напряжению преобразователя имеет вид
Рис. 2
Рис. 3
100 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
KU = -γ/(1-γ), (2)
где γ = t1/Ti является коэффициентом глубины модуляции выходного напряжения, который находится в
диапазоне 0 < γ < 1. А t1, t2 – время соответственно включенного и выключенного состояния транзистора, сумма
обоих интервалов времени t1 + t2 = Ti определяет период несущей частоты модуляции (fimp = 1 / Ti). Важным
положительным свойством bb является возможность применения того же алгоритма управления для обоих
исходных ШИП.
Заключение. Главной отличительной особенностью предложенного УГП является снижение рабочего
напряжения на транзисторах трехуровневого АИН. Для сравнения, если в классической схеме транзисторы
АИН работают при напряжении Udc1+Udc2 = Udc, то в трехуровневом АИН с разделением аккумуляторной
батареи − при величинах напряжений вдвое меньших Udc1 = Udc2 = Udc/2.
1. Климов В.П., Портнов А.А., Зуенко В.В. Топологии источников бесперебойного питания переменного тока (ИБП) //
Электронные компоненты. − 2003. − №7. − С. 14−18.
2. Greczko E., Bubacz P. Układy zasilania rezerwowego z 3-poziomowymi falownikami napięcia // Pomiary, Automatyka,
Kontrola. − 2008. − No 6. − Pp. 51−57. (Polish)
УДК 621.314
ПРИСТРОЇ ГАРАНТОВАНОГО ЖИВЛЕННЯ ІЗ НАПІВПРОВІДНИКОВИМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ
О.М.Юрченко1, докт.техн.наук, А.Е.Гречко2
1 − Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ- 57, 03680, Україна,
2 − Національний Технічний Університет України « КПІ»,
пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна
e-mail: yuon@ied.org.ua
Описано схемні побудови пристроїв гарантованого живлення (ПГЖ) з використанням трирівневих ШІП і три-
рівневих АІН . Будуються ПГЖ шляхом реалізації двох шляхів надходження електричної енергії на шини гаран-
тованого живлення. Показано, що введення до складу ПГЖ трирівневих ШІП і АІН дозволяє розширити функ-
ціональні можливості пристроїв в частині поліпшення якості вихідних напруг і їхніх енергетичних показників.
Проведено аналіз побудови ПГЖ більш раціонального з точки зору покращення їхніх енергетичних і масогаба-
ритних показників за рахунок виключення в каналі резервного живлення додаткового перетворення енергії по-
стійного струму в постійний. Введення до складу ПГЖ трирівневого АІН знижує практично в два рази робочу
напругу на силових транзисторах. Бібл. 2, рис. 3.
Ключові слова: пристрої гарантованого живлення, трирівневі ШІП і АІН.
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPLY DEVICES WITH SEMICONDUCTOR CONVERTERS
О.M.Yurchenko1, А.E.Grechko2
1 − Institute of Electrodynamics of National Academy of Sciences of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine.
2 − National Technical University of Ukraine "Kyiv Politechnic Institute",
pr. Peremohy, 37, Kyiv, 03056, Ukraine.
e-mail: yuon@ied.org.ua
Schematics described construction of uninterruptible power supply devices (UPSD) using a three-level and three-level
power pulse-width converter and autonomous voltage inverter. UЗSD built through the two routes of electric
guaranteed energy supply tires. It is shown that the introduction of the three-level PWC and AVI allows you to extend
the functionality of the device as a consequence of improving the quality of their output voltages and power indicators.
The analysis of building UPSD more rational in terms of improving their energy and weight and size by eliminating
channel additional power backup energy conversion DC to DC is shown. The introduction of the three-level AVI
reduces almost twice the operating voltage power transistors. References 2, figures 3.
Key words: uninterruptible power supply devices, and the three-level PWC and AVI.
1. Klimov V.P., Portnov A.A, Zuenko V.V. Uninterruptible power supply topology AC (UPS) / / Elektronnye Komponenty. −
2003. − № 7. − Pp.14−18. (Rus)
2. Greczko E., Bubacz P. Układy zasilania rezerwowego z 3-poziomowymi falownikami napięcia // Pomiary, Automatyka,
Kontrola. − 2008. − No 6. − Pp. 51−57. (Polish)
Надійшла 30.01.2014
|
| id | techned_org_ua-article-1083 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:18:31Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/f0/637c644454dcba08d35f453fb351eff0.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-10832023-01-08T17:30:56Z UNINTERRUPTIBLE POWER SUPLY DEVICES WITH SEMICONDUCTOR CONVERTERS УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ Юрченко, О.Н. Гречко, А.Э. uninterruptible power supply devices the three-level PWC and AVI устройства гарантированного питания трехуровневые ШИП и АИН Schematics described construction of uninterruptible power supply devices (UPSD) using a three-level and three-level power pulse-width converter and autonomous voltage inverter. UЗSD built through the two routes of electric guaranteed energy supply tires. It is shown that the introduction of the three-level PWC and AVI allows you to extend the functionality of the device as a consequence of improving the quality of their output voltages and power indicators. The analysis of building UPSD more rational in terms of improving their energy and weight and size by eliminating channel additional power backup energy conversion DC to DC is shown. The introduction of the three-level AVI reduces almost twice the operating voltage power transistors. References 2, figures 3. Описаны схемные построения устройств гарантированного питания (УГП) с использованием трехуровневых ШИП и трехуровневых АИН. Строятся УГП путем реализации двух каналов поступления электрической энергии на шины гарантированного питания. Показано, что введение в состав УГП трехуровневых ШИП и АИН позволяет расширить функциональные возможности устройств вследствие улучшения качества выходных напряжений и их энергетических показателей. Проведен анализ построения УГП более рационального с точки зрения улучшения их энергетических и массогабаритных показателей за счет исключения в канале резервного питания дополнительного преобразования энергии постоянного тока в постоянный. Введение в состав УГП трехуровневого АИН снижает практически в два раза рабочее напряжение на силовых транзисторах. Библ. 2, рис.3. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-08-11 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1083 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 098 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 098 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1083/959 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | устройства гарантированного питания трехуровневые ШИП и АИН Юрченко, О.Н. Гречко, А.Э. УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title | УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_alt | UNINTERRUPTIBLE POWER SUPLY DEVICES WITH SEMICONDUCTOR CONVERTERS |
| title_full | УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_fullStr | УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_full_unstemmed | УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_short | УСТРОЙСТВА ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ |
| title_sort | устройства гарантированного питания с полупроводниковыми преобразователями |
| topic | устройства гарантированного питания трехуровневые ШИП и АИН |
| topic_facet | uninterruptible power supply devices the three-level PWC and AVI устройства гарантированного питания трехуровневые ШИП и АИН |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1083 |
| work_keys_str_mv | AT ûrčenkoon uninterruptiblepowersuplydeviceswithsemiconductorconverters AT grečkoaé uninterruptiblepowersuplydeviceswithsemiconductorconverters AT ûrčenkoon ustrojstvagarantirovannogopitaniâspoluprovodnikovymipreobrazovatelâmi AT grečkoaé ustrojstvagarantirovannogopitaniâspoluprovodnikovymipreobrazovatelâmi |