CS243960B1

CS243960B1 - Controlled rectifier

Info

Publication number: CS243960B1
Application number: CS835308A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Vesely
Original assignee: Vladimir Vesely
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS530883A1

Abstract

Účelem řešení je vytvořit usměrňovač umožňující získat velký počet napěťových stupňů s celovlnným odběrem proudu s použitím malého počtu tyristorů. Tohoto cíle sé dosáhne řízeným usměrňovačem sestávajícím nejméně ze dvou nesymetrických usměrňovačích můstků, které jsou vzájemně propojeny diodovou částí tak, že jedna dioda, je vždy společná dvěma po sobě následujícím můstkům. V diagonále každého můstku je zapojena jedna samostatná sekce sekundárního vinutí napájecího transformátoru, kde začátek je připojen vždy ke společnému bodu diod můstku a konec ke společnému bodu tyristorů můstku. Počet závitů jednotlivých sekcí je různý. Řešení lze použít například pro střídavé elektrické lokomotivy se stejnosměrnými trakčními elektromotory·The purpose of the solution is to create a rectifier that allows obtaining a large number of voltage stages with full-wave current consumption using a small number of thyristors. This goal is achieved by a controlled rectifier consisting of at least two asymmetrical rectifier bridges, which are interconnected by a diode section so that one diode is always common to two consecutive bridges. In the diagonal of each bridge, one separate section of the secondary winding of the power transformer is connected, where the beginning is always connected to the common point of the bridge diodes and the end to the common point of the bridge thyristors. The number of turns of the individual sections is different. The solution can be used, for example, for AC electric locomotives with DC traction electric motors.

Description

(54)(54)

Řízený usměrňovačControlled rectifier

Účelem řešení je vytvořit usměrňovač umožňující získat velký počet napěťových stupňů s celovlnným odběrem proudu s použitím malého počtu tyristorů. Tohoto cíle sé dosáhne řízeným usměrňovačem sestávajícím nejméně ze dvou nesymetrických usměrňovačích můstků, které jsou vzájemně propojeny diodovou částí tak, že jedna dioda, je vždy společná dvěma po sobě následujícím můstkům. V diagonále každého můstku je zapojena jedna samostatná sekce sekundárního vinutí napájecího transformátoru, kde začátek je připojen vždy ke společnému bodu diod můstku a konec ke společnému bodu tyristorů můstku. Počet závitů jednotlivých sekcí je různý. Řešení lze použít například pro střídavé elektrické lokomotivy se stejnosměrnými trakčními elektromotory·The purpose of the solution is to provide a rectifier allowing to obtain a large number of voltage stages with full wave current consumption using a small number of thyristors. This is achieved by a controlled rectifier consisting of at least two unsymmetrical rectifier bridges which are interconnected by the diode part so that one diode is always common to two successive bridges. In the diagonal of each bridge is connected one separate section of the secondary winding of the power transformer, where the beginning is always connected to a common point of bridge diodes and end to a common point of bridge thyristors. The number of threads of each section varies. The solution can be used for example for AC electric locomotives with DC traction motors ·

243 960243 960

Vynález se týká řízeného usměrňovače, tvořeného nejméně dvěma nesymetrickými usměrňovačimi můstky, jehož uspořádání umožňuje dosáhnout co největšího počtu výstupních napěíových stupňů při hospodárném řízení a celovlnném odběru střídavého proudu.The invention relates to a controlled rectifier consisting of at least two asymmetric rectifier bridges, the arrangement of which makes it possible to achieve the greatest possible number of output voltage stages with economical control and full-wave AC current consumption.

Dosud známé usměrňovače s řízeným výstupním napětím jsou uspo řádány tak, že usměrňovači můstek je napájen z odbočkového transformátoru nebo s použitím tyristorů řízením úhlu jejich otevření.The known rectifiers with controlled output voltage are arranged so that the rectifier bridge is supplied from a branch transformer or by using thyristors by controlling the opening angle.

V prvním případě je nutno použít mnoho spínacích prvků a usměrňovač je navíc choulostivý na meziodbočkové zkraty v okamžiku přepínání vinutí transformátoru. Druhý způsob uspořádání usměrňovače vIn the first case, many switching elements have to be used and the rectifier is more sensitive to inter-branching short circuits when the transformer winding is switched. The second way of arranging the rectifier in

dovoluje sice plynulou regulaci výkonu usměrňovače řízením úhlu otevření tyristorů, avšak vznikají při něm nespojité průběhy proudů, které indukují velká napětí v okamžiku změn a způsobují rušení radiokomunikačních zařízení a vyšší ztráty v rozvodu.Although it allows for continuous regulation of the rectifier power by controlling the opening angle of the thyristors, it generates discontinuous currents which induce high voltages at the moment of changes and cause interference to radio communication equipment and higher distribution losses.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje řízený usměrňovač podle vynálezu, který sestává nejméně ze dvou nesymetrických usměrňovav cích můstků. Jeho podstatou je, že tyto nesymetrické usměrňovači můstky jsou navzájem propojeny svou diodovou částí, kdy jedna dioda můstku je vždy společná dvěma po sobě následujícím, za sebou zapojeným, můstkům. V diagonále každého můstku je zapojena vždy jedna samostatné sekce sekundárního vinutí napájecího transformátoru. Jednotlivé sekce mají různý počet závitů* a proto i napětí jednotlivých nesymetrických usměrňovačích můstků jsou různá a jejich velikost se dá pomocí sekcí měnit podle požadavků. Jednotlivé sekpe sekundárního vinutí napájecího transformátoru jsou v nesymetrickém usměrňovacím můstku zapojeny vždy svým začátkem ke společnému bodu diod můstku a koncem ke společnému bodu tyristorů můstku.The above-mentioned drawbacks are overcome by the controlled rectifier according to the invention, which consists of at least two unsymmetrical rectifier bridges. Its essence is that these unbalanced rectifier bridges are interconnected by their diode part, whereby one bridge diode is always common to two consecutive bridges. One separate section of the secondary winding of the supply transformer is connected in the diagonal of each bridge. Each section has a different number of turns * and therefore the stresses of the individual asymmetric rectifier bridges are different and their size can be changed by the sections according to requirements. The individual sections of the secondary winding of the supply transformer are always connected in the asymmetrical rectifier bridge to the common point of the bridge diodes and to the common point of the bridge thyristors.

-3 243 960-3 243 960

Výhodou řízeného usměrňovače podle vynálezu je také jeho spolehlivost. Funkce usměrňovače nemůže být znemožněna selháním jednotlivých tyristorů. Ojedinělé nevypnutí, prohorení nebo nezapálení tyristoru může jen zvětšit nebo zmenšit výkon v dané půlperiodě. Prorazí-li se některý tyristor, může být při vhodném jišv tění včas odpojen pojistkou a zbytek usměrňovače může nouzově s omezeným počtem napěťových stupňů pracovat dál. Rozdělení celkového výstupního napětí na několik vzájemně napěťově se neovlivňujících sekcí umožní vyloučit nutnost řazení několika tyristorů do série, což je z hlediska spolehlivosti také výhoda. Diody pak kromě usměrňování plní současně funkci nulové diody a zlepšují tak komutaci při indukční zátěži.An advantage of the controlled rectifier according to the invention is also its reliability. The function of the rectifier cannot be prevented by the failure of the individual thyristors. A rare failure to turn on, burn out or ignite the thyristor can only increase or decrease the power in a given half period. If a thyristor breaks through, it can be disconnected in time with a suitable fuse and the rest of the rectifier can continue to operate in an emergency with a limited number of voltage stages. Splitting the total output voltage into several mutually non-stressing sections makes it possible to eliminate the necessity of shifting several thyristors in series, which is also an advantage in terms of reliability. In addition to rectifying, the diodes simultaneously perform the function of a zero diode and thus improve commutation at inductive load.

Řízený usměrňovač podle vynálezu odstraňuje nevýhody dosud známých řešení tím, že pracuje s celými půlvlnami střídavého proudu a požadované velikosti výstupního napětí se dosahuje sériovým řazením dvou nebo více samostatných nestejných sekcí sekundárního vinutí napájecího transformátoru v různých kombinacích.The controlled rectifier according to the invention eliminates the disadvantages of the prior art solutions by working with full AC half waves and the desired output voltage magnitude is achieved by series shifting two or more separate unequal sections of the secondary winding of the power transformer in various combinations.

* v* v

Příklad nejjednoduššího zapojení řízeného usměrňovače podle vynálezu je uveden na obr. 1. Na obr. 2 je naznačena činnost tohoto zapojení při různém napětí v obou půlvlnách a na obr. 3 je příklad se čtyřmi sekcemi sekundárního vinutí napájecího transformátoru.An example of the simplest wiring of a controlled rectifier according to the invention is shown in Fig. 1. Fig. 2 shows the operation of this wiring at different voltages in both halfwaves and Fig. 3 is an example with four sections of the secondary winding of the power transformer.

Řízený usměrňovač na obr. 1 je tvořen dvěma nesymetrickými usměrňovacími můstky 1, 2, napájenými z napájecího transformátoru 2.· V diagonále prvního nesymetrického usměrňovacího můstku 1, tvořeného diodami 4, 2 ^a tyristory 9, 10,je zapojena jedna sekce 3Q sekundárního vinutí napájecího transformátoru 2, jejíž začátek je připojen ke společnému bodu diod 4, 2 ^a konec ke společnému bodu tyristorů 9, 10. V diagonále druhého nesymetrického usměrňovacího můstku 2 je zapojena druhá sekce 40 sekundárního vinutí napájecího transformátoru 2· Nesymetrické usměrňovači můstky 1,The controlled rectifier in FIG. 1 consists of two unbalanced rectifier bridges 1, 2 supplied from the supply transformer 2. In the diagonal of the first unbalanced rectifier bridges 1, consisting of diodes 4, 2 ^and thyristors 9, 10, one section 30 of the secondary winding of the supply is connected. transformer 2, the beginning of which is connected to the common point of diodes 4, 2 ^{and the} end to the common point of thyristors 9, 10. In the diagonal of the second unbalanced rectifier bridge 2 is connected the second section 40 of the secondary winding of the power transformer 2.

2. jsou navzájem propojeny svou diodovou částí tak,, že dioda 2 J® společná oběma můstkům 1,2 a druhý usměrňovači můstek 2 je tedy tvořen diodami 2, 6 ^a tyristory 11, 12. Začátek sekce 40 sekundárního vinutí napájecího transformátoru 2 j® pak připojen mezi společný bod diod 5, 2 ^a tyristorů 11, 12.2. are connected to each other by their diode part so that diode 2 'common to both bridges 1,2 and the second rectifier bridge 2 is thus made up of diodes 2, 6 ^and thyristors 11, 12. then connected between the common point of diodes 5, 2 ^and thyristors 11, 12.

243 960243 960

Má-li napájecí transformátor j Ρ^Γν^ί sekci 50 sekundárního vinutí s napětím 100 V a druhou sekci 40 sekundárního vinutí s napětím 200 V, dostaneme samostatné napětí 100 V, 200 V a součtové napětí 500 V, tedy tři napěťové stupně. V případě potřeby lze počet napěťových stupňů zvýšit pomocí odboček na sekcích sekundárního vinutí, avšak jednodušší je rozdělit sekundární vinutí na více sekcí o velikostech odpovídajících požadovaným výstupním napětím.If the power transformer j ^ ί ^Ρ Γν section 50 of the secondary winding with a voltage of 100 V and a second section 40 of the secondary winding with a voltage of 200 V, available separately, 100 V, 200 V and the sum voltage of 500 V, three voltage levels. If necessary, the number of voltage stages can be increased by tapping on the sections of the secondary winding, but it is easier to divide the secondary winding into multiple sections of sizes corresponding to the desired output voltages.

Zvolíme-li otevření usměrňovačích cest tak, aby usměrněné napětí bylo jiné v obou půlvlnéch, obr. 2, dostaneme ještě několik dalších mezistupňů· Tímto způsobem lze získat při dvou sekcích 50, 40 sekundárního vinutí napájecího transformátoru £, čtyřech tyristorech a třech diodách 4, 2» sečím hospodárných napěťových stupňů s přibližně stejným odstupem. Při čtyřech vinutích 50« 40« 50« 60, osmi tyristorech 10, 11, 12, 15, 14, 15, 16 a,pěti diodách 4, 5, 6, 7, 8 lze získat již 50 napěťových stupňů. Použijeme-li tento řízený usměrňovač zároveň s příslušným spínacím programem, např. pro napájení dvou stejnosměrných motorů 70, s možností jejich přepínání do série a paralelně pomocí diody 17 a tyristorů 18, 19, obr· 5, zvýší se tím počet hospodárně řízených stupňů již přes padesát. Princip činnosti je stejný jako u řízených usměrňovačů se dvěma nesymetrickými usměrňovacími můstky a požadované výstupní napětí podle účelu je určeno počtem závitů jednotlivých sekcí sekundárního vinutí napájecího transformátoru.If we choose to open the rectifier paths so that the rectified voltage is different in both half-waves, Fig. 2, we get a few more intermediate steps. 2 »mowing economical voltage stages with approximately the same distance. With four windings 50 «40 50 50 os 60, eight thyristors 10, 11, 12, 15, 14, 15, 16 and five diodes 4, 5, 6, 7, 8, already 50 voltage stages can be obtained. If this controlled rectifier is used together with the corresponding switching program, eg for supplying two DC motors 70, with the possibility of switching them in series and in parallel by means of diode 17 and thyristors 18, 19, fig · 5, this increases the number of economically controlled stages over fifty. The principle of operation is the same as for controlled rectifiers with two asymmetrical rectifier bridges and the required output voltage according to the purpose is determined by the number of turns of the individual sections of the secondary winding of the supply transformer.

Při použití řízeného usměrňovače podle vynálezu lze silové obvody na všech stupních včetně úplného rozpojení ovládat bezkontaktně řídícími obvody tyristorů s přirozenou komutací při průchodu střídavého proudu nulou. Otevírání tyristorů je vzhledem k půlvlnné regulaci velmi jednoduché a může být realizováno elektronicky impulsem na počátku každé půlperiody nebo i pomocí kontaktů pelé, zrychlovače či kontroléru s nastaveným programem postupného spínání jednotlivých stupňů jako např. na obr. 5. Pomocí kontaktů se spínají řídící elektrody tyristorů přes diody v prostupném směru k jejich anodám nebo zdroji otevíracích impulsů po celou dobu chodu na příslušném napěťovém stupni.When using the controlled rectifier according to the invention, the power circuits at all stages including complete disconnection can be controlled by non-contact control circuits of natural commutation thyristors when the alternating current passes through zero. Thyristor opening is very simple due to half-wave regulation and can be realized electronically by pulse at the beginning of each half-period or even by contacts of pele, accelerator or controller with set program of sequential switching of individual stages as in fig. through the diodes in the forward direction to their anodes or source of opening pulses for the entire duration of operation at the respective voltage stage.

243 960243 960

- rŘízený usměrňovač podle vynálezu se velmi dobře hodí pro vý vThe controlled rectifier according to the invention is very well suited for development

koňové usměrňovače, zejména pro střídavé elektrické lokomotivy se stejnosměrnými trakčními elektromotory, kde se s výhodou využije možnost hospodárné jízdy na všech stupních a malé rušení. Zmenší se pořizovací i provozní náklady na lokomotivy, zlepší se jejích jízdní vlastnosti a zvýší provozní spolehlivost.Horse rectifiers, especially for AC electric locomotives with DC traction motors, where the possibility of economical driving on all stages and low interference is advantageously used. It will reduce the purchase and operating costs of locomotives, improve their driving characteristics and increase operational reliability.

- 6 PŘEDMĚT VYNÁLEZU- 6 SCOPE OF THE INVENTION

Claims

243 960

Controlled rectifier consisting of at least two unbalanced rectifier bridges, characterized in that the unbalanced rectifier bridges are interconnected by a diode part, wherein one diode (5) is always common to two successive bridges (1, 2) and in the diagonal of each unbalanced one, one separate section (30, 40) of the secondary winding of the supply transformer (3) is connected to the rectifier bridge (1, 2), the beginning of which is connected to the common point of diodes (4, 5) asymmetric rectifier bridge A / diodes / 5 , 6) unbalanced rectifier bridge (2) and end> to the common point of thyristors (9, 10) unbalanced rectifier bridge (1) _f, respectively. thyristors (11, 12) of unsymmetrical rectifier bridge (2), the number of turns of the individual sections (30.40) being different.

1 drawing