RU2279178C1 - Three-phased controllable rectifier - Google Patents

Three-phased controllable rectifier Download PDF

Info

Publication number
RU2279178C1
RU2279178C1 RU2005103334/09A RU2005103334A RU2279178C1 RU 2279178 C1 RU2279178 C1 RU 2279178C1 RU 2005103334/09 A RU2005103334/09 A RU 2005103334/09A RU 2005103334 A RU2005103334 A RU 2005103334A RU 2279178 C1 RU2279178 C1 RU 2279178C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
output
input
valves
circuit
Prior art date
Application number
RU2005103334/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Александрович Атрощенко (RU)
Валерий Александрович Атрощенко
Александр Леонидович Крылов (RU)
Александр Леонидович Крылов
Николай Алексеевич Суртаев (RU)
Николай Алексеевич Суртаев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ")
Priority to RU2005103334/09A priority Critical patent/RU2279178C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2279178C1 publication Critical patent/RU2279178C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power transformation equipment engineering, possible use in direct current power systems, for powering direct current electric engines, in power rectification plants, powered by electric energy sources of limited power.
SUBSTANCE: three-phased controllable rectifier consists of power gates block, assembled in accordance to three-phased bridge circuit, input and output filter, rectified voltage indicator and control system, which contains synchronization device, power gates block uses fully controlled gates (transistors) as keys, while control system includes saw-shaped voltage generator, control pulse generator, cyclic shift register, device for comparing phase voltages and circuit for selecting gates to be enabled. Output of saw-shaped voltage generator is connected to first input of control pulse generator, to second input of which output of rectified voltage indicator is connected. Output of control pulses generator is connected to input of cyclic shift register, having three outputs, by which it is connected to three of six inputs of circuit for selecting gates to be enabled. To remaining three inputs of circuit for selecting gates to be enabled outputs of device for comparing phase voltages are connected. By its three inputs device for comparing phase voltages is connected to phase voltages of power network. Six outputs of circuit for selecting gates to be enabled through synchronization device are connected to control outputs of power gates of power gate block.
EFFECT: power coefficient for three-phased controllable rectifier is always equal to one, decreased mass and dimensions of three-phased controllable rectifier.
3 dwg

Description

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания постоянным током, для питания электроприводов постоянного тока, в силовых выпрямительных установках, питающихся от источников электрической энергии ограниченной мощности.The invention relates to power converting equipment and can be used in DC power supply systems, for powering DC electric drives, in power rectifier units powered by limited power sources of electric energy.

Известен трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. - M.: Высш. школа, 1980, 424 с.]. Основными составными элементами выпрямителя являются понижающий трансформатор и блок силовых вентилей. Понижающий трансформатор предназначен для согласования высокого питающего напряжения и низкого напряжения на выходе выпрямителя. Вентили выполняют преобразование рода тока.Known three-phase bridge uncontrolled rectifier [Rudenko B.C., Senko V.I., Chizhenko I.M. Basics of the conversion technology. Textbook for high schools. - M .: Higher. School, 1980, 424 pp.]. The main components of the rectifier are a step-down transformer and a block of power valves. The step-down transformer is designed to match the high supply voltage and low voltage at the output of the rectifier. The gates perform the conversion of the kind of current.

Основными недостатками такого выпрямителя являются большие масса и габариты из-за использования согласующего трансформатора, низкое качество выпрямленного напряжения, выражающееся в высоком уровне пульсаций выпрямленного напряжения и отсутствии его регулирования и стабилизации, а также малое значение коэффициента мощности, обусловленное высоким содержанием высших гармоник в спектре тока, потребляемого из питающей сети. Последние недостатки определяют низкий уровень электромагнитной совместимости указанного выпрямителя с питающей сетью и с нагрузкой.The main disadvantages of such a rectifier are the large mass and dimensions due to the use of a matching transformer, the low quality of the rectified voltage, which is reflected in the high level of ripple of the rectified voltage and the absence of its regulation and stabilization, as well as the low value of the power factor due to the high content of higher harmonics in the current spectrum consumed from the mains. Recent disadvantages determine the low level of electromagnetic compatibility of the specified rectifier with the mains and with the load.

Наиболее близким из известных является трехфазный мостовой управляемый выпрямитель [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. - M.: Высш. школа, 1980, 424 с.]. Основными составными элементами выпрямителя являются понижающий трансформатор, блок силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входной и выходной фильтры, датчик выпрямленного напряжения и система управления. В состав системы управления входят: ноль-орган, фазосдвигающее устройство, распределитель импульсов и устройство согласования, обеспечивающее согласование системы управления с силовой частью.The closest known is a three-phase bridge controlled rectifier [Rudenko B.C., Senko V.I., Chizhenko I.M. Basics of the conversion technology. Textbook for high schools. - M .: Higher. School, 1980, 424 pp.]. The main components of the rectifier are a step-down transformer, a block of power valves assembled according to a three-phase bridge circuit, input and output filters, a rectified voltage sensor and a control system. The control system includes: a zero-organ, phase shifting device, a pulse distributor and a matching device, which ensures coordination of the control system with the power unit.

В качестве вентилей в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе используются силовые низкочастотные не полностью управляемые вентили-тиристоры. Как известно, не полностью управляемые вентили позволяют управлять только моментом их включения (открытия), а запирание вентилей происходит независимо от системы управления при возникновении условий запирания. Следовательно, применение не полностью управляемых вентилей не позволяет гибко управлять трехфазным мостовым управляемым выпрямителем и произвольно (эффективно) формировать ток, потребляемый из питающей сети, и выпрямленное напряжение.As valves in a three-phase bridge controlled rectifier, power low-frequency, not fully controlled thyristor valves are used. As you know, not fully controllable valves allow you to control only the moment they are turned on (open), and the valves are locked regardless of the control system when blocking conditions occur. Therefore, the use of incompletely controlled gates does not allow flexible control of a three-phase bridge controlled rectifier and arbitrarily (efficiently) form the current consumed from the supply network and the rectified voltage.

По условиям работы трехфазный мостовой управляемый выпрямитель потребляет из питающей сети ток, форма которого отличается от синусоидальной, т.е. в спектре потребляемого тока содержатся высшие гармонические составляющие. Кроме того, первая гармоника тока отстает по фазе от первой гармоники питающего напряжения (φ1≠0). Причем чем больше угол управления, тем больше искажение формы тока (больше высших гармоник в спектре тока), потребляемого из питающей сети, и тем больше фазовый сдвиг между первыми гармониками тока и напряжения.According to the operating conditions, a three-phase bridge controlled rectifier consumes a current from the supply network, the shape of which differs from the sinusoidal one, i.e. the spectrum of the consumed current contains higher harmonic components. In addition, the first harmonic of the current lags in phase from the first harmonic of the supply voltage (φ 1 ≠ 0). Moreover, the larger the control angle, the greater the distortion of the current shape (the higher harmonics in the current spectrum) consumed from the supply network, and the greater the phase shift between the first harmonics of the current and voltage.

В результате коэффициент мощности трехфазного мостового управляемого выпрямителя, вычисленный по формулеAs a result, the power factor of a three-phase bridge controlled rectifier calculated by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где λ - коэффициент мощности;where λ is the power factor;

Р, S - активная и полная мощности, потребляемые выпрямителем;P, S - active and full power consumed by the rectifier;

U1, I1 и cosφ1 - первые гармоники тока и напряжения, а также угол фазового сдвига между ними;U 1 , I 1 and cosφ 1 are the first harmonics of the current and voltage, as well as the phase shift angle between them;

U, I - действующие значения полного напряжения и полного тока выпрямителя, содержащие в своем составе как первые, так и высшие гармоники;U, I are the effective values of the total voltage and the total current of the rectifier, containing both the first and the highest harmonics;

γU, γi - коэффициенты искажения напряжения и тока соответственно, если высшие гармоники отсутствуют, то коэффициенты искажения равны единице,γ U , γ i are the distortion coefficients of voltage and current, respectively, if there are no higher harmonics, then the distortion coefficients are equal to unity,

будет примерно равен 0,8 при угле управления, равном нулю, и уменьшается до 0,5 при углах управления, равных 60-70 электрическим градусам. Для обеспечения устойчивой стабилизации выпрямленного напряжения трехфазные мостовые управляемые выпрямители работают на углах управления больших, чем 50 электрических градусов. Поэтому значение коэффициента мощности трехфазных мостовых управляемых выпрямителей значительно меньше единицы.it will be approximately equal to 0.8 for a control angle of zero, and decreases to 0.5 for control angles of 60-70 electrical degrees. To ensure stable stabilization of the rectified voltage, three-phase bridge controlled rectifiers operate at control angles greater than 50 electrical degrees. Therefore, the value of the power factor of three-phase bridge controlled rectifiers is much less than unity.

Кроме того, выпрямленное напряжение трехфазного мостового управляемого выпрямителя, выполненного на не полностью управляемых вентилях, содержит в своем спектре низкочастотные гармонические составляющие (от 300 Гц и выше). Причем глубина пульсаций выпрямленного напряжения, а следовательно, амплитудные значения высших гармонических составляющих, зависят от угла управления выпрямителя. Чем больше угол управления, тем больше глубина пульсаций.In addition, the rectified voltage of a three-phase bridge controlled rectifier, made on incompletely controlled valves, contains in its spectrum low-frequency harmonic components (from 300 Hz and above). Moreover, the ripple depth of the rectified voltage, and therefore the amplitude values of the higher harmonic components, depend on the control angle of the rectifier. The larger the control angle, the greater the depth of the ripple.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на выходе трехфазных управляемых и неуправляемых выпрямителей устанавливают сглаживающие фильтры [Руденко B.C. и др. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980, 424 с.], которые обеспечивают фильтрацию высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тем самым обеспечивают уменьшение коэффициента пульсаций:To reduce the ripple of the rectified voltage at the output of three-phase controlled and uncontrolled rectifiers set smoothing filters [Rudenko B.C. and other Fundamentals of the conversion technology. Textbook for high schools. - M .: Higher. school, 1980, 424 pp.], which provide filtering of the higher harmonic components of the rectified voltage and thereby provide a reduction in the ripple factor:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Кn - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения;where K n is the ripple coefficient of the rectified voltage;

Ud - постоянная составляющая выпрямленного напряжения;U d is the constant component of the rectified voltage;

Um(n) - амплитудное значение n-ной гармонической составляющей выпрямленного напряжения,U m (n) is the amplitude value of the nth harmonic component of the rectified voltage,

а следовательно, обеспечивают электромагнитную совместимость выпрямителя с нагрузкой.and therefore, provide the electromagnetic compatibility of the rectifier with the load.

Отличительной особенностью выходных фильтров трехфазных мостовых управляемых выпрямителей на не полностью управляемых вентилях является то, что они рассчитаны на фильтрацию низкочастотных гармонических составляющих (от 300 Гц). Это обуславливает большую массу и габариты составных элементов фильтра и выпрямителя в целом [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980, 424 с.].A distinctive feature of the output filters of three-phase bridge controlled rectifiers on incompletely controlled valves is that they are designed to filter low-frequency harmonic components (from 300 Hz). This leads to a large mass and dimensions of the constituent elements of the filter and the rectifier as a whole [Rudenko B.C., Senko V.I., Chizhenko I.M. Basics of the conversion technology. Textbook for high schools. - M .: Higher. School, 1980, 424 pp.].

Что касается входных фильтров трехфазных мостовых управляемых выпрямителей, то они не рассчитаны на фильтрацию низкочастотных гармонических составляющих тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети, а применяются только для фильтрации высокочастотных гармонических составляющих, обусловленных коммутациями вентилей выпрямителя. Поэтому входной фильтр трехфазного мостового управляемого выпрямителя, во-первых, не удаляет из спектра тока, потребляемого из питающей сети, низкочастотные гармонические составляющие и, следовательно, практически не повышает значение коэффициента мощности трехфазного управляемого выпрямителя, а во-вторых, имеет небольшие массу и габариты.As for the input filters of three-phase bridge controlled rectifiers, they are not designed to filter the low-frequency harmonic components of the current consumed by the rectifier from the mains, but are used only for filtering high-frequency harmonic components due to switching of the rectifier valves. Therefore, the input filter of a three-phase bridge controlled rectifier, firstly, does not remove the low-frequency harmonic components from the spectrum of the current consumed from the supply network and, therefore, practically does not increase the power factor of a three-phase controlled rectifier, and secondly, it has small mass and dimensions .

Таким образом, основными недостатками трехфазного мостового управляемого выпрямителя являются большие масса и габариты, а также малое значение коэффициента мощности, особенно при больших углах управления. Последний недостаток обуславливают низкий уровень электромагнитной совместимости трехфазного мостового управляемого выпрямителя с питающей сетью.Thus, the main disadvantages of a three-phase bridge controlled rectifier are the large mass and dimensions, as well as the small value of the power factor, especially at large control angles. The last disadvantage is caused by the low level of electromagnetic compatibility of a three-phase bridge controlled rectifier with a power supply network.

Задачей изобретения является создание трехфазного управляемого выпрямителя, обеспечивающего высокий уровень электромагнитной совместимости с питающей сетью, а также его малые массу и габариты.The objective of the invention is the creation of a three-phase controlled rectifier, providing a high level of electromagnetic compatibility with the supply network, as well as its small weight and dimensions.

Техническим результатом является обеспечение коэффициента мощности трехфазного управляемого выпрямителя равного единице и уменьшение массы и габаритов трехфазного управляемого выпрямителя.The technical result is the provision of a power factor of a three-phase controlled rectifier equal to unity and a decrease in the mass and dimensions of a three-phase controlled rectifier.

Технический результат достигается тем, что в трехфазном управляемом выпрямителе, состоящем из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтра, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, содержащей в своем составе устройство согласования, в блоке силовых вентилей в качестве ключей устанавливаются полностью управляемые вентили (транзисторы), а в систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей. Причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входному выводу формирователя импульсов управления, ко второму входному выводу которого подключен выход датчика выпрямленного напряжения. Выходной вывод формирователя импульсов управления подключен к входному выводу циклического регистра сдвига, имеющего три выходных вывода, которыми он подключен к трем из шести входных выводов схемы выбора включаемых вентилей. К остальным трем входным выводам схемы выбора включаемых вентилей подключены выходные выводы устройства сравнения фазных напряжений. Тремя своими входными выводами устройство сравнения фазных напряжений подключено к фазным напряжениям питающей сети. Шесть выходных выводов схемы выбора включаемых вентилей через устройство согласования соединено с управляющими выводами силовых вентилей блока силовых вентилей.The technical result is achieved by the fact that in a three-phase controlled rectifier, consisting of a block of power valves assembled according to a three-phase bridge circuit, an input and output filter, a rectified voltage sensor and a control system containing a matching device, in the block of power valves are installed as keys fully controlled valves (transistors), and the control system includes a sawtooth voltage generator, a control pulse shaper, a cyclic shift register, a device in comparison of phase voltages and the circuit for selecting the valves included. Moreover, the output of the sawtooth voltage generator is connected to the first input terminal of the control pulse shaper, to the second input terminal of which the rectified voltage sensor output is connected. The output terminal of the control pulse shaper is connected to the input terminal of the cyclic shift register having three output terminals, by which it is connected to three of the six input terminals of the switching valves selection circuit. The remaining three input terminals of the circuit for selecting the valves to be connected are connected to the output terminals of the phase voltage comparison device. With its three input terminals, the phase voltage comparison device is connected to the phase voltages of the supply network. The six output terminals of the circuit for selecting the valves to be switched on through a matching device are connected to the control terminals of the power valves of the power valve block.

Использование в составе трехфазного управляемого выпрямителя полностью управляемых вентилей, а также применение перечисленных элементов системы управления позволяет гибко управлять ключами на частоте, в несколько тысяч раз превышающей частоту переключений в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе. Благодаря реализованному алгоритму работы трехфазного управляемого выпрямителя его входной ток имеет практически синусоидальную форму при угле фазового сдвига относительно первой гармоники питающего напряжения, равном нулю, а выпрямленное напряжение содержит в своем спектре только постоянную составляющую. Высокочастотные составляющие входного тока "замыкаются" на входном фильтре, а высокочастотные составляющие выпрямленного напряжения - на выходном фильтре. Так как входной и выходной фильтры рассчитаны на подавление гармонических составляющих с номерами, превышающими десять килогерц, то реактивные элементы фильтров имеют малую массу и габариты.The use of fully controllable valves as part of a three-phase controlled rectifier, as well as the use of the above elements of the control system, allows flexible control of keys at a frequency several thousand times higher than the switching frequency in a three-phase bridge controlled rectifier. Thanks to the implemented algorithm of operation of a three-phase controlled rectifier, its input current has an almost sinusoidal shape with a phase shift angle relative to the first harmonic of the supply voltage equal to zero, and the rectified voltage contains only a constant component in its spectrum. The high-frequency components of the input current are closed on the input filter, and the high-frequency components of the rectified voltage are on the output filter. Since the input and output filters are designed to suppress harmonic components with numbers exceeding ten kilohertz, the reactive elements of the filters have a small mass and dimensions.

Указанные отличительные особенности трехфазного управляемого выпрямителя позволяют: во-первых, обеспечить коэффициент мощности выпрямителя (формула 1), равный единице; а во-вторых, уменьшить массу и габариты трехфазного управляемого выпрямителя за счет исключения из его состава силового трехфазного трансформатора, а также за счет уменьшения массы и габаритов выходного фильтра.These distinctive features of a three-phase controlled rectifier make it possible: firstly, to provide a power factor of the rectifier (formula 1) equal to unity; and secondly, to reduce the mass and dimensions of a three-phase controlled rectifier by eliminating a three-phase power transformer from its composition, as well as by reducing the mass and dimensions of the output filter.

Таким образом, совокупность существенных признаков изобретения, изложенных в формуле изобретения, способствует достижению желаемого технического результата.Thus, the set of essential features of the invention set forth in the claims, helps to achieve the desired technical result.

На фиг.1 представлена структурная схема трехфазного управляемого выпрямителя.Figure 1 presents the structural diagram of a three-phase controlled rectifier.

На фиг.2 и 3 приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.2 and 3 are timing diagrams explaining its operation.

Трехфазный управляемый выпрямитель (фиг.1) состоит из входного фильтра 1, блока силовых вентилей 2, собранных по трехфазной мостовой схеме, выходного фильтра 3, системы управления 4 и датчика выпрямленного напряжения 5. К выпрямителю подключается нагрузка 6.A three-phase controlled rectifier (Fig. 1) consists of an input filter 1, a block of power valves 2 assembled according to a three-phase bridge circuit, an output filter 3, a control system 4, and a rectified voltage sensor 5. A load 6 is connected to the rectifier.

В состав системы управления 4 включены: устройство сравнения фазных напряжений 7, входные выводы которого соединены с фазными проводниками питающей сетью, а выходные выводы - с тремя входными выводами схемы выбора включаемых вентилей 8; устройство согласования 9, подключенное своими входными выводами к выходным выводам схемы выбора включаемых вентилей 8, а выходными выводами - к управляющим выводам силовых вентилей 10, 11, 12, 13, 14, 15 блока силовых вентилей 2; генератор пилообразного напряжения 16, подключенный к первому входному выводу формирователя импульсов управления 17, выполненного на базе компаратора, ко второму входному выводу которого подключен датчик выходного напряжения 5, и циклический регистр сдвига 18, соединенный входным выводом с формирователем импульсов управления 17, а выходными выводами - с другими тремя входными выводами схемы выбора включаемых вентилей 8.The control system 4 includes: a device for comparing phase voltages 7, the input terminals of which are connected to the phase conductors of the supply network, and the output terminals to three input terminals of the selection circuit of the included valves 8; matching device 9, connected by its input terminals to the output terminals of the selectable valves 8 selection circuit, and by the output terminals to the control terminals of the power valves 10, 11, 12, 13, 14, 15 of the power valve block 2; a sawtooth voltage generator 16 connected to the first input terminal of the control pulse shaper 17, made on the basis of a comparator, to the second input terminal of which the output voltage sensor 5 is connected, and a cyclic shift register 18 connected by the input terminal to the pulse generator 17, and the output terminals with the other three input terminals of the selectable valves 8 selection circuit.

Выпрямитель работает следующим образом.The rectifier operates as follows.

Генератор пилообразного напряжения 16 формирует пилообразное напряжение на частоте преобразования (фиг.2, кривая 1, а). Частота преобразования определяется возможностями элементной базы выпрямителя и может составлять от единиц килогерц до сотен килогерц. Для наглядности представления принципа действия выпрямителя на временных диаграммах фиг.2 частота преобразования выбрана равной примерно 3 кГц.The sawtooth voltage generator 16 generates a sawtooth voltage at the conversion frequency (Fig. 2, curve 1, a). The conversion frequency is determined by the capabilities of the element base of the rectifier and can range from units of kilohertz to hundreds of kilohertz. For clarity, the principle of operation of the rectifier in the time diagrams of figure 2, the conversion frequency is chosen equal to about 3 kHz.

Пилообразное напряжение подается на один из входов компаратора, входящего в состав формирователя импульсов управления 17. На второй вход того же компаратора подается напряжение от датчика выпрямленного напряжения 5 (фиг.2, кривая 1, b), которое пропорционально выпрямленному напряжению выпрямителя. В компараторе производится сравнение двух сигналов и на его выходе по результату сравнения формируется последовательность из логических нулей и единиц. Причем на интервалах, где пилообразное напряжение больше напряжения датчика выпрямленного напряжения, на выходе компаратора формируется сигнал логической единицы, а на остальных интервалах - формируется сигнал логического нуля. В результате на выходе формирователя импульсов управления 17 получается последовательность импульсов (фиг.2, кривая 2). Частота импульсов определяет частоту переключения вентилей, а ширина каждого импульса соответствует времени открытого состояния соответствующей пары транзисторов. Поскольку время открытого состояния транзисторов пропорционально величине выпрямленного напряжения, то, изменяя скважность импульсов, регулируется выпрямленное напряжение трехфазного управляемого выпрямителя.A sawtooth voltage is supplied to one of the inputs of the comparator, which is part of the control pulse shaper 17. The voltage from the rectified voltage sensor 5 is supplied to the second input of the same comparator (Fig. 2, curve 1, b), which is proportional to the rectified voltage of the rectifier. In the comparator, two signals are compared and at its output, a sequence of logical zeros and ones is formed according to the result of the comparison. Moreover, at intervals where the sawtooth voltage is greater than the voltage of the rectified voltage sensor, a logical unit signal is generated at the output of the comparator, and a logical zero signal is generated at the remaining intervals. As a result, at the output of the control pulse generator 17, a pulse sequence is obtained (Fig. 2, curve 2). The pulse frequency determines the switching frequency of the valves, and the width of each pulse corresponds to the open time of the corresponding pair of transistors. Since the open time of the transistors is proportional to the value of the rectified voltage, then, by changing the duty cycle of the pulses, the rectified voltage of the three-phase controlled rectifier is regulated.

Сформированная последовательность импульсов поступает на циклический регистр сдвига 18, который распределяет полученные импульсы поочередно по трем каналам. Первый канал (фиг.2, кривая 3) управляет подключением к нагрузке междуфазного напряжения UAB, второй канал (фиг.2, кривая 4) - подключением напряжения UBC, а третий канал (фиг.2, кривая 5) - подключением напряжения UCA. Сигналы циклического регистра сдвига подаются на схему выбора включаемых вентилей 8.The generated pulse sequence arrives at the cyclic shift register 18, which distributes the received pulses alternately across three channels. The first channel (figure 2, curve 3) controls the connection of the interphase voltage U AB to the load, the second channel (figure 2, curve 4) controls the voltage U BC , and the third channel (figure 2, curve 5) controls the voltage U CA The signals of the cyclic shift register are fed to the selection circuit of the included valves 8.

Одновременно с сигналами от циклического регистра сдвига 18 (фиг.1) на схему выбора включаемых вентилей 8 подаются сигналы от устройства сравнения фазных напряжений 7. Эти сигналы подаются также по трем каналам (фиг.2, кривые 7-9) в виде логических нулей и единиц. Первый канал (фиг.2, кривая 7) имеет единичный потенциал, если междуфазное напряжение uab (фиг.2, кривые 6) положительное, и нулевой потенциал - если отрицательное. Потенциал второго канала (фиг.2, кривая 8) отражает знак междуфазного напряжения ubc (фиг.2, кривые 6), а потенциал третьего канала (фиг.2, кривая 9) - знак междуфазного напряжения uca (фиг.2, кривые 6).Simultaneously with the signals from the cyclic shift register 18 (Fig. 1), the signals from the device for comparing the phase voltages 7 are supplied to the selectable valves 8 selection circuit. These signals are also fed through three channels (Fig. 2, curves 7-9) in the form of logical zeros and units. The first channel (figure 2, curve 7) has a unit potential if the interfacial voltage u ab (figure 2, curves 6) is positive, and zero potential if it is negative. The potential of the second channel (figure 2, curve 8) reflects the sign of the phase-to-phase voltage u bc (figure 2, curves 6), and the potential of the third channel (figure 2, curve 9) reflects the sign of the phase-to-phase voltage u ca (figure 2, curves 6).

Схема выбора включаемых вентилей 8 (фиг.1), сопоставляя сигналы от циклического регистра сдвига 18 об очередности и времени подключения междуфазных напряжений к нагрузке с информацией от устройства сравнения 7 о полярности соответствующего напряжения, формирует сигналы управления силовыми вентилями (фиг.2, кривые 10-15). Причем кривые 10, 11, 12, 13, 14 и 15 соответствуют сигналам управления вентилями 10, 11, 12, 13, 14 и 15. Указанные сигналы передаются по шести каналам к устройству согласования 9 (фиг.1).The selection circuit of the included valves 8 (Fig. 1), comparing the signals from the cyclic shift register 18 about the sequence and time of connecting interphase voltages to the load with information from the comparison device 7 about the polarity of the corresponding voltage, generates control signals for the power valves (Fig. 2, curves 10 -fifteen). Moreover, the curves 10, 11, 12, 13, 14 and 15 correspond to the control signals of the valves 10, 11, 12, 13, 14 and 15. These signals are transmitted through six channels to the matching device 9 (figure 1).

Устройство согласования 9 предназначено для согласования сигналов управления, вырабатываемых системой управления, с сигналами силовой схемы выпрямителя по напряжению и мощности, а также, если необходимо, для гальванической развязки силовой схемы и системы управления, т.е. на выходе устройства согласования форма сигналов останется такой же, как и на ее входе.The coordination device 9 is intended for matching control signals generated by the control system with the signals of the rectifier power circuit for voltage and power, and also, if necessary, for galvanic isolation of the power circuit and control system, i.e. at the output of the matching device, the waveform will remain the same as at its input.

В конечном итоге сигналы управления 10-15 (фиг.2), воздействуя на вентили 10-15 (фиг.1) блока силовых вентилей 2, обеспечивают потребление входных токов ia, ib и ic, форма которых приведена на кривых 16-18 (фиг.2). При этом на выходе блока силовых вентилей 2, формируется выпрямленное напряжение ud, форма которого показана на диаграмме 19 (фиг.2). Токи ia', ib' и ic' и напряжение ud' соответствуют режиму работы выпрямителя без входного и выходного фильтров.Ultimately, the control signals 10-15 (figure 2), acting on the valves 10-15 (figure 1) of the block of power valves 2, provide consumption of input currents i a , i b and i c , the form of which is shown in curves 16- 18 (FIG. 2). At the same time, at the output of the power valve unit 2, a rectified voltage u d is formed , the shape of which is shown in diagram 19 (figure 2). The currents i a ', i b ' and i c 'and the voltage u d ' correspond to the mode of operation of the rectifier without input and output filters.

На фиг.2 приведены диаграммы выпрямителя для пониженной частоты преобразования. Для получения мгновенных значений токов и напряжений выпрямителя на реальной частоте преобразования на фиг.3 приведены временные диаграммы, аналогичные диаграммам 6, 16-19 (фиг.2), для частоты преобразования 15 кГц. Кроме того, на фиг.3 приведена система трехфазных напряжений ua, ub, uc (кривая 2).2 shows rectifier diagrams for a reduced conversion frequency. To obtain instantaneous values of the rectifier currents and voltages at the real conversion frequency, Fig. 3 shows timing diagrams similar to diagrams 6, 16-19 (Fig. 2) for a conversion frequency of 15 kHz. In addition, figure 3 shows a three-phase voltage system u a , u b , u c (curve 2).

Как видно из временных диаграмм 3-5 (фиг.2), форма токов, потребляемых блоком силовых вентилей 2 (фиг.1) выпрямителя, отличается от синусоидальной (токи ia', ib' и ic'). Однако использование входного фильтра 1 (фиг.1) обеспечивает фильтрацию высокочастотных гармоник во входных цепях выпрямителя.As can be seen from the time charts 3-5 (figure 2), the shape of the currents consumed by the power valve block 2 (figure 1) of the rectifier differs from the sinusoidal (currents i a ', i b ' and i c '). However, the use of an input filter 1 (Fig. 1) provides filtering of high-frequency harmonics in the input circuits of the rectifier.

В результате токи, потребляемые выпрямителем из питающей сети по каждой фазе (фиг.3, кривые 3-5), становятся практически синусоидальными (ia, ib, ic) и синфазными с питающими напряжениями ua, uв, uc (фиг.3, кривые 2), т.е. cosφ1=0.As a result, currents consumed from the mains rectifier for each phase (Figure 3, curves 3-5) are substantially sinusoidal (i a, i b, i c) and in phase with the supply voltages u a, u a, u c ( figure 3, curves 2), i.e. cosφ1 = 0.

Это означает, что коэффициент мощности предлагаемого выпрямителя, вычисляемый по формуле 1, будет практически равен единице. Следовательно, выпрямитель будет обеспечивать полную электромагнитную совместимость с питающей сетью.This means that the power factor of the proposed rectifier, calculated by the formula 1, will be almost equal to unity. Consequently, the rectifier will provide full electromagnetic compatibility with the mains.

Использование выходного фильтра обеспечивает сглаживание выпрямленного напряжения выпрямителя. В результате выпрямленное напряжение выпрямителя будет содержать только постоянную составляющую ud, что, в свою очередь, означает, что коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, вычисляемый по формуле 2, будет равен нулю, т.е. выпрямитель будет обеспечивать полную электромагнитную совместимость с нагрузкой.The use of an output filter provides smoothing of the rectified voltage of the rectifier. As a result, the rectified voltage of the rectifier will contain only a constant component u d , which, in turn, means that the ripple coefficient of the rectified voltage calculated by formula 2 will be zero, i.e. The rectifier will provide full electromagnetic compatibility with the load.

Причем масса и габариты выходного фильтра предлагаемого выпрямителя будут существенно ниже массы и габаритов аналога. Это объясняется тем, что частота гармоник предлагаемого выпрямителя на один-два порядка превышает частоту гармонического спектра аналога. А, как известно [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980, 424 с.], электрические параметры и размеры реактивных элементов высокочастотного фильтра значительно ниже, чем низкочастотного фильтра. Следовательно, масса и габариты фильтра для предлагаемого выпрямителя будут значительно меньше, чем у аналога.Moreover, the mass and dimensions of the output filter of the proposed rectifier will be significantly lower than the mass and dimensions of the analogue. This is because the harmonic frequency of the proposed rectifier is one to two orders of magnitude higher than the frequency of the harmonic spectrum of the analog. And, as you know [Rudenko B.C., Senko V.I., Chizhenko I.M. Basics of the conversion technology. Textbook for high schools. - M .: Higher. school, 1980, 424 pp.], the electrical parameters and dimensions of the reactive elements of the high-pass filter are significantly lower than the low-pass filter. Therefore, the mass and dimensions of the filter for the proposed rectifier will be significantly less than that of the analogue.

Поэтому уменьшение массы и габаритов предлагаемого выпрямителя по сравнению с аналогом обеспечивается не только за счет отсутствия силового согласующего трансформатора, но и за счет уменьшения массы и габаритов выходного фильтра.Therefore, the reduction in the mass and dimensions of the proposed rectifier in comparison with the analogue is ensured not only due to the absence of a power matching transformer, but also by reducing the mass and dimensions of the output filter.

Claims (1)

Трехфазный управляемый выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтра, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, содержащей в своем составе устройство согласования, отличающийся тем, что в блоке силовых вентилей в качестве ключей установлены полностью управляемые вентили - транзисторы, а в систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей, причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входному выводу формирователя импульсов управления, ко второму входному выводу которого подключен выход датчика выпрямленного напряжения, а выходной вывод формирователя импульсов управления подключен к входному выводу циклического регистра сдвига, имеющего три выходных вывода, которыми он подключен к трем из шести входных выводов схемы выбора включаемых вентилей, к остальным трем входным выводам схемы выбора включаемых вентилей подключены выходные выводы устройства сравнения фазных напряжений, которое тремя своими входными выводами подключено к фазным проводникам питающей сети, а шесть выходных выводов схемы выбора включаемых вентилей через устройство согласования соединены с управляющими выводами силовых вентилей блока силовых вентилей.A three-phase controlled rectifier, consisting of a block of power valves assembled according to a three-phase bridge circuit, an input and output filter, a rectified voltage sensor and a control system containing a matching device, characterized in that fully controlled valves are installed as keys in the block of power valves - transistors, and the control system includes a sawtooth voltage generator, a control pulse shaper, a cyclic shift register, a phase voltage comparison device and a circuit for selecting the valves to be turned on, the output of the sawtooth generator being connected to the first input terminal of the control pulse generator, the output of the rectified voltage sensor connected to the second input terminal, and the output terminal of the control pulse generator connected to the input terminal of the cyclic shift register having three output terminals with which it is connected to three of the six input terminals of the circuit for selecting the included valves, to the other three input terminals of the circuit for selecting the included vents leu connected to the output terminals of the phase voltage comparison device which three of its input terminals connected to phase conductors of a power line, and six output terminals included selection circuits valves via a matching device connected to the control gates of power terminals of power valve block.
RU2005103334/09A 2005-02-09 2005-02-09 Three-phased controllable rectifier RU2279178C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103334/09A RU2279178C1 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Three-phased controllable rectifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005103334/09A RU2279178C1 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Three-phased controllable rectifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2279178C1 true RU2279178C1 (en) 2006-06-27

Family

ID=36714780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005103334/09A RU2279178C1 (en) 2005-02-09 2005-02-09 Three-phased controllable rectifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2279178C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467462C1 (en) * 2011-08-05 2012-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" Three-phase active rectifier
RU2622645C1 (en) * 2016-07-04 2017-06-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Rectifier unit
RU2772321C1 (en) * 2021-04-23 2022-05-18 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method and apparatus for synchronising a voltage converter control system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467462C1 (en) * 2011-08-05 2012-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" Three-phase active rectifier
RU2622645C1 (en) * 2016-07-04 2017-06-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Rectifier unit
RU2772321C1 (en) * 2021-04-23 2022-05-18 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method and apparatus for synchronising a voltage converter control system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5421904B2 (en) Prediction scheme and inductive inverter topology for step wave power converter
US6310787B2 (en) Multiway power converter
EP2589137B1 (en) Power factor control of a cyclo-converter
WO2016069791A1 (en) Space vector modulation for matrix converter and current source converter
JP4735188B2 (en) Power converter
US11817768B2 (en) Power conversion device that can suppress interference between control of input current from an AC power supply and voltage control for a DC capacitor
CN111697852A (en) Method for operating a power converter
JP4274023B2 (en) PWM cycloconverter control method and control apparatus
RU2279178C1 (en) Three-phased controllable rectifier
JP4815996B2 (en) Power converter
TWI416853B (en) A New Type of Curved Winding Transformer in a Multi-Stage Voltage Source Converter System and Using a Special Harmonic Elimination Strategy
KR101813060B1 (en) Switched-mode power supply
Lin et al. Novel single-phase switching mode multilevel rectifier with a high power factor
JP3541887B2 (en) Power converter
RU2325752C1 (en) Alternating current voltage regulator
Vijayasamundiswary et al. A novel approach to nine switch unified power quality conditioner for power quality improvement
RU2361264C2 (en) Method of ac voltage control
RU2567747C1 (en) Three-phase balancing device and method of its control
Junqueira et al. Digital implementation of three-phase rectifier with deadbeat controller
CN110034688A (en) A kind of demagnetization power supply device and demagnetization signal creating method for naval vessel
RU2368992C1 (en) Three-phase compensator of reactive power and method of its control
RU156362U1 (en) REVERSIBLE CONVERTER
RU2216845C2 (en) Method for controlling reversible ac-to-dc power converter
US8345451B2 (en) DC to AC converter that generates the sine wave from the pulse width modulated signal
JP4931558B2 (en) Switching power supply

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080210