CS265679B1

CS265679B1 - Means for smoothing the current of the three-pulse controlled rectifier, in particular for the trigger source

Info

Publication number: CS265679B1
Application number: CS879041A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Jagr
Original assignee: Jagr Jan
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1987-12-10
Publication date: 1989-11-14
Also published as: CS904187A1

Abstract

Řeší se problém vyhlazení proudu trojpulsnlho řízeného usměrňovače, zejména pro spouštěoí zdroj, bez vyhlazovaoí tlumivky nebo jiného filtru. Cíle se dosahuje použitím třífázového transformátoru s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy, přičemž uzel primární hvězdy je volný a nulová Indukčnost sekundární strany transformátoru má velikost nejméně trojnásobku jinak potřebné vyhlazovací tlumivky. Řešení jg vhodné zejména pro nízkonapetové usměrňovače s krátkodobým ohodem, nebo mírnými požadavky na vyhlazení stejnosměrného proudu, jakými jsou například zdroje pro spouštění motorových vozidel, pro nabíjeni akumulátorů, případně i pro obloukové svařování.The problem of smoothing the current of a three-pulse controlled rectifier is solved, especially for a starting source, without a smoothing choke or other filter. The goal is achieved by using a three-phase transformer with a core-type magnetic circuit, with both windings connected in a star, with the primary star node being free and zero. The inductance of the secondary side of the transformer has a size of at least three times the otherwise necessary smoothing choke. The solution is suitable especially for low-voltage rectifiers with short-term response, or moderate requirements for smoothing the direct current, such as sources for starting motor vehicles, for charging batteries, or even for arc welding.

Description

Vynález se týká trojpulsních řízených Usměrňovačů, zejména pro spouštění motorových vozidel a řeší vyhlazení stejnosměrného proudu bez vyhlazovací tlumivky nebo jiného filtru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to three-pulse controlled rectifiers, in particular for starting motor vehicles, and to solving direct current smoothing without a smoothing choke or other filter.

Usměrňovače spouštěcích zdrojů jsou charakterizovány malým výstupním napětím, nejčastěji přepínatelným mezi stupni 12 a 24 V, krátkodobým zatížením výkonem řádu 10¹ kW a paralelní spoluprací s akumulátorem vozidla. Ěeší se buá jako diodové s kontaktním přepínáním napětí, nebo jako tyristorové fázově řízené. Nevýhodou prvých je obtížná realizace takových V-A charakteristik, aby zdroj na obou rozsazích poskytoval při spouštění dostatečný proud a přitom mimo dobu spouštění nebezpečně nepřebíjel akumulátor. Nevýhodou známých tyristorové řízených spouštěcích zdrojů je, že pro snížení činitele tvaru proudu vyžadují vyhlazovací tlumivku nezanedbatelné hmotnosti a ztrát. Úbytek napětí na vinutí tlumivky musí být kompenzován nižším úbytkem na transformátoru, nebo jeho vyšším sekundárním napětím, což obojí vede k dalšímu vzrůstu hmotnosti celého zařízení.Rectifiers of trigger sources are characterized by low output voltage, most often switchable between 12 and 24 V stages, short-term load of the order of 10 ¹ kW and parallel cooperation with the vehicle battery. It is solved either as diode with contact voltage switching or as thyristor phase controlled. The disadvantage of the first is that it is difficult to realize such VA characteristics that the power supply in both ranges provides sufficient current during start-up while not dangerously overcharging the accumulator outside the start-up time. A disadvantage of the known thyristor-controlled trigger sources is that they require a non-negligible weight and loss to reduce the current-form factor. The voltage drop across the choke winding must be compensated for by a lower voltage drop on the transformer, or by a higher secondary voltage, both of which lead to a further increase in the weight of the whole device.

Tyto nedostatky odstraňuje převážnou měrou prostředek podle vynálezu, jehož podstatou je, že k vyhlazení proudu trojpulsního řízeného usměrňovače je použit třífázový transformátor s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy, přičemž uzel primární hvězdy je volný. Nulová indukčnost sekundární strany přitom splňuje nerovnost L₂₀ ž 3 L , kde L je potřebná indukčnost vyhlazovací tlumivky.These drawbacks are largely eliminated by the device of the present invention, which is based on the use of a three-phase transformer with a core-type magnetic circuit with both star-wound windings to smooth out the current of the three-pulse controlled rectifier, with the primary star node free. Zero inductance of the secondary side fulfills inequality L _{20 to} 3 L, where L is the inductance of the smoothing choke.

Použitím transformátoru uvedeného typu se u trojpulsního řízeného usměrňovače dosáhne vyhlazení stejnosměrného proudu i bez vyhlazovací tlumivky nebo jiného filtru. Přitom zvětšení hmotnosti transformátoru, plynoucí z faktu, že jeho magnetickýmBy using a transformer of this type, a three-pulse controlled rectifier achieves smoothing of the DC current even without a smoothing choke or other filter. At the same time increase the weight of the transformer, resulting from the fact that its magnetic

- 2 265 679 obvodem prochází kromě střídavého toku také tok stejnosměrný, je v mnoha případech pro vyhovující zvlnění menší než hmotnost ekvivalentní vyhlazovací tlumivky a přírůstku hmotnosti transformátoru, potřebného ke krytí ztrát v této tlumivce. Vzniká tak úspora na rozměrech, celkové hmotnosti zdroje, pracnosti při výrobě a na ztrátách elektrické energie.In addition to the alternating current, a DC current is also flowing through the circuit, in many cases less than the equivalent smoothing choke and the transformer weight gain needed to satisfy the losses in the choke for satisfactory ripple. This results in savings in dimensions, total weight of the source, labor intensive production and loss of electricity.

K vyhlazení proudu fázově řízených usměrňovačů spouštěcích zdrojů se dosud používají vyhlazovací tlumivky. Třífázový transformátor s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy a s volným primárním uzlem je běžným typem transformátoru, který se kromě mnoha jiných aplikací používá také k napájení trojpulsních usměrňovačů. V tom případě v něm však vzniká nulový magnetický tok, který byl dosud považován za jednoznačně negativní vlastnost, zvyšující pouze sycení magnetického obvodu a ztráty v blízkých feromagnetických předmětech. Vyhlazení proudu ekvivalentní indukčností související s nulovým tokem tohoto transformátoru nebylo dosud známo a vědomě využíváno. Proto byl tento typ transformátoru používán pouze pro trojpulsní usměrňovače nejmenšího výkonu a ve větších byl nulový tok naopak potlačován sekundářem zapojeným do lomené hvězdy. Pokud bylo požadováno vyhlazení proudu, zapojovala se do stejnosměrného obvodu vyhlazovací tlumivka.So far, smoothing inductors have been used to smooth the current of the phase-controlled rectifiers of the trigger sources. A three-phase transformer with a core type magnetic circuit, with both star-wound windings and a free primary node, is a common type of transformer that is used to power three-pulse rectifiers, among many other applications. In this case, however, there is a zero magnetic flux, which has so far been considered a clearly negative property, increasing only the saturation of the magnetic circuit and losses in nearby ferromagnetic objects. No-flux equivalent current inductance smoothing associated with this transformer has so far been known and consciously used. Therefore, this type of transformer was used only for the three-pulse rectifiers of the lowest power, and in larger cases, the zero flow was suppressed by a secondary connected to the broken star. If current smoothing was required, a smoothing choke was connected to the DC circuit.

Funkce prostředku k vyhlazení proudu podle vynálezu je následující: Nulový tok třífázového transformátoru s magnetickým obvodem jádrového typu a s oběma vinutími zapojenými do hvězdy, napájejícího trojpulsní usměrňovač, je až na zvlnění stejnosměrný. S jeho existencí proto nejsou spojeny impedanční úbytky napětí, nýbrž akumulace energie podobně jako v magnetickém poli vyhlazovací tlumivky. Volný uzel primárního vinutí připouští změnu okamžitých hodnot sekundárních napětí vůči harmonickému průběhu, přičemž střídavé napětí mezi uzlem sekundářů a středem trojúhelníku sekundárních napětí odpovídá napětí o frekvenci zvlnění, nacházejícímu se na ekvivalentní vyhlazovací tlumivce. Z hlediska tohoto napětí jsou všechna tři sekundární vinutí zapojena paralelně a proud jimi procházející do zátěže je zvlněním výstupního proudu. Jestliže každému ze sekundárních vinutí přísluší tatáž hodnota nulové indukčnosti. LgQ , pak ekvivalentní vyhlazovací indukčnost transformátoruThe function of the current smoothing means according to the invention is as follows: The zero flow of the three-phase transformer with the core type magnetic circuit and both windings connected in a star supplying the three-pulse rectifier is DC, except for the ripple. Its existence is therefore not related to impedance voltage drops, but to energy accumulation similar to the magnetic field of the smoothing choke. The free node of the primary winding permits a change in the instantaneous values of the secondary voltages relative to the harmonic waveform, the alternating voltage between the secondary node and the center of the secondary voltage triangle corresponding to the ripple voltage present on the equivalent smoothing choke. In terms of this voltage, all three secondary windings are connected in parallel and the current passing through them is a ripple of the output current. If each of the secondary windings has the same zero inductance value. LgQ, then the equivalent smoothing inductance of the transformer

- 3 265 679 je dána jejich paralelním spojením a je tedy právě rovna jedné třetině nulové indukčnosti sekundární strany transformátoru. Hodnota nulové indukčnosti je složitou funkcí jednotlivých rozměrů magnetického obvodu transformátoru a počtu závitů jeho vinutí. Prakticky se zjištuje měřením, bud na hotovém transformátoru, nebo na jeho modelu ve zmenšeném měřítku a přepočtem podle zákonitostí vzájemného růstu jednotlivých elektromagnetických veličin. V transformátoru pro spouštěcí zdroj o výkonu kolem 20 kW, jehož vinutí je tepelně dimenzováno pro dobu zatížení kolem 100 s, jsou vzájemné poměry rozměrů magnetického obvodu, počtu závitů, nulové indukčnosti a velikosti nulového magnetického toku takové, že ekvivalentní vyhlazovací indukčnost plně postačuje k požadovanému vyhlazení stejnosměrného proudu a na druhé straně přídavný stejnosměrný tok jádry má ještě přijatelnou velikost. Nový účel použití třífázového transformátoru s magnetickým obvodem jádrového typu, s oběma vinutími zapojenými do hvězdy a s volným primárním uzlem tedy spočívá ve vyhlazení proudu trojpulsního řízeného usměrňovače, zejména pro spouštěcí zdroj, přičemž vyšší účinek se projevuje v úspoře dosavadní vyhlazovací tlumivky.- 3 265 679 is given by their parallel connection and is thus just equal to one third of the zero inductance of the secondary side of the transformer. The value of zero inductance is a complex function of the individual dimensions of the transformer magnetic circuit and the number of turns of its windings. It is practically measured by measuring, either on the finished transformer or on its model in a reduced scale and recalculation according to the laws of mutual growth of individual electromagnetic quantities. In a transformer for a starter source of about 20 kW whose winding is thermally dimensioned for a load time of about 100 s, the proportions of the magnetic circuit dimensions, the number of turns, the zero inductance and the zero magnetic flux are such that the equivalent smoothing inductance is fully sufficient smoothing the direct current and, on the other hand, the additional direct current of the core is still of acceptable size. The new purpose of using a three-phase transformer with a core type magnetic circuit with both star-wound windings and a free primary node is therefore to smooth the current of the three-pulse controlled rectifier, especially for the trigger source, with a higher effect in saving the current smoothing choke.

Prostředek k vyhlazení proudu trojpulsního řízeného usměrňovače podle vynálezu je vhodný zejména pro aplikace s krátkodobým zatížením nebo s mírnými požadavky na vyhlazení stejnosměrného proudu při výkonech řádu 1θ\ kW, v nichž charakteristické veličiny transformátoru dosahují příznivých vzájemných poměrů. Typickým příkladem jsou usměrňovače pro spouštění motorových vozidel, pro nabíjení akumulátorů, případně i pro obloukové svařování. Protože stejnosměrný nulový tok zvyšuje indukci v magnetickém obvodu transformátoru, je u aplikací dimenzovaných pro krátkodobý chod výhodné také to, že na odporu primárního vinutí a případně i na rozptylové indukčnosti vzniká větší úbytek napětí, který indukci naopak snižuje. Hlavní výhoda vynálezu, tj. vyloučení vyhlazovací tlumivky, vzniká v trojpulsních usměrňovačích bez ohledu na to, zda jsou řízeny na sekundární nebo na primární straně.The current smoothing means of the three-pulse controlled rectifier of the invention is particularly suitable for applications with short-term load or with mild DC current smoothing requirements at powers of the order of 1θ / kW, in which the transformer characteristic values achieve favorable relative ratios. Typical examples are rectifiers for starting motor vehicles, for charging batteries, or for arc welding. Since DC zero flux increases the inductance in the transformer magnetic circuit, it is also advantageous in applications designed for short-term operation that a greater voltage drop occurs on the primary winding resistance and possibly on the dissipation inductance, which in turn reduces the induction. The main advantage of the invention, ie the elimination of the smoothing choke, arises in the three-pulse rectifiers regardless of whether they are controlled on the secondary or primary side.

Claims

Using three-phase transformer with a magnetic circuit core type with two windings connected in star, with node primary star is free, and zero inductance LgQ resident her side of the transformer satisfies the inequality L ₂₀ - 3L where L is the required inductance smoothing reactor, as a means for smoothing the flow a three pulse controlled rectifier, in particular