PL167855B1

PL167855B1 - Controllable rectifier circuit

Info

Publication number: PL167855B1
Application number: PL29426692A
Authority: PL
Inventors: Wlodzimierz Koczara
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1995-11-30
Also published as: PL294266A1

Abstract

1. Układ prostownika sterowanego, zawierający półprzewodnikowy mostek prostowniczy n-fazowy, gdzie n- jest liczbą naturalną, oraz elementy indukcyjne w obwodzie prądu przemiennego i źródło napięcia stałego włączone na wyjściu stałoprądowym mostka prostowniczego n-fazowego, znamienny tym, że zawiera n mostków prostowniczych jednofazowych (P1, P2, P3), gdzie n- jest liczbą naturalną, przy czym każdy n-ty mostek prostowniczy jednofazowy (Pl, P2, P3) swym wyjściem stałoprądowym włączony jest pomiędzy dwie gałęzie mostka prostowniczego n-fazowego oraz na wyjściu stałoprądowym zawiera łącznik półprzewodnikowy (Łl, Ł2, Ł3), natomiast wejście przemiennoprądowe każdego z mostków prostowniczych jednofazowych (Pl, P2, P3)jest włączone pomiędzy dwie fazy (1,2, 3) źródła napięcia zasilającego mostek prostowniczy n-fazowy.1. A controlled rectifier system, including semiconductor rectifier bridge n-phase, where n- is a natural number, and inductive elements in the AC circuit and the DC voltage source turned on the DC output of the bridge rectifier n-phase, characterized in that it contains n bridges single-phase rectifiers (P1, P2, P3), where n- is a natural number, with each nth single-phase rectifying bridge (Pl, P2, P3) by its DC output is connected between the two branches of the n-phase rectifier bridge and at the output current contains a semiconductor switch (Łl, Ł2, Ł3), while the AC input each of the single-phase rectifier bridge (Pl, P2, P3) is included between two phases (1,2, 3) voltage source supplying the rectifier bridge n-phase.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ prostownika sterowanego, przeznaczony do zasilania, zwłaszcza urządzeń posiadających cechy źródła napięcia np. baterii akumulatorów, kondensatorów, wirującej maszyny prądu stałego itp., gdy napięcie źródła jest wyższe od amplitudy napięcia przemiennego zasilającego prostownik.The subject of the invention is a controlled rectifier system, intended for powering, in particular, devices having the characteristics of a voltage source, e.g. batteries, capacitors, rotating DC machines, etc., when the voltage of the source is higher than the amplitude of the alternating voltage supplying the rectifier.

Znany układ trójfazowego prostownika sterowanego mostkowego diodowego lub tyrystorowego albo tyystorowo-diodowego, stosowany jest do zasilania źródeł napięcia lecz nie zapewnia sinusoidalnej fali prądu.The known three-phase controlled bridge diode or thyristor or thyistor-diode rectifier system is used to supply voltage sources but does not provide a sinusoidal current wave.

Znany układ przekształtnika trójfazowego posiada odwrotnie równolegle do prostownika diodowego przyłączony przekształtnik tranzystorowy lub tyrystorowy z komutacją wewnętrzną, w których zasilanie przemiennoprądowe prowadzone jest poprzez elementy indukcyjne włączone szeregowo w każdą fazę przekształtnika, zaś wyjście stałoprądowe połączone jest ze źródłem napięcia stałego.The known three-phase converter system has, inversely, parallel to the diode rectifier, a transistor or thyristor converter with internal commutation, in which the AC power is conducted through inductive elements connected in series in each phase of the converter, and the DC output is connected to a DC voltage source.

Niedogodnością układu przekształtnika jest jego skomplikowana budowa, zawierająca znaczną ilość elementów np. przy wejściu zasilającym trójfazowym wymaga stosowania sześciu elementów sterujących przekształtnika. Ze względu na bezpieczną pracę przekształtnika nie mogą być załączane równocześnie dwa tranzystory w dwóch sąsiednich gałęziach mostka, gdyż to powoduje niekontrolowane zwarcia źródła napięcia stałego na wyjściu przekształtnika i uszkodzenie układu.The inconvenience of the converter system is its complicated structure, containing a large number of elements, e.g. in the case of a three-phase supply input, it requires the use of six converter control elements. Due to the safe operation of the converter, two transistors in two adjacent branches of the bridge cannot be turned on simultaneously, as this causes uncontrolled short-circuits of the DC voltage source at the converter output and damage to the system.

Układ według wynalazku wyróżnia się tym, że zawiera n mostków prostowniczych jednofazowych, gdzie n- jest liczbą naturalną, przy czym każdy n-ty mostek prostowniczy jednofazowy swym wyjściem stałoprądowym włączony jest pomiędzy dwie gałęzie mostka prostowniczego n-fazowego oraz na wyjściu stałoprądowym zawiera łącznik półprzewodnikowy. Wejście przemiennoprądowe każdego z mostków prostowniczych jednofazowych jest włączone pomiędzy dwie fazy źródła napięcia zasilającego mostek prostowniczy n-fazowy.The system according to the invention is distinguished by the fact that it contains n single-phase rectifier bridges, where n- is a natural number, with each n-th single-phase rectifier bridge connected with its direct current output between two branches of the n-phase rectifier bridge and a semiconductor switch at the DC output. . The AC input of each single-phase rectifier bridge is connected between the two phases of the voltage source feeding the n-phase bridge rectifier.

Korzystne jest jeśli w każdej fazie włączony jest blok pomiaru prądu, którego wyjście pomiarowe jest połączone, poprzez węzeł sumujący, z przerzutnikiem dwustanowym histerezowym, połączonym swym wyjściem z wejściem sterującym łącznika półprzewodnikowego.It is advantageous if in each phase a current measurement block is switched on, the measurement output of which is connected, through the summing node, with a hysteresis switch connected with its output to the control input of the semiconductor switch.

Zgodnie z wynalazkiem układ jest prostownikiem wielofazowym, który pobiera z sieci przemiennoprądowej prąd o regulowanym przebiegu fali przemiennoprądowej, zarówno co doAccording to the invention, the circuit is a multi-phase rectifier, which draws current from the AC network with a regulated AC waveform, both in terms of

167 855 wartości, kształtu jak i fazy, co dla sieci zasilającej prądu przemiennego zapewnia sterowanie prądem o fali sinusoidalnej bez przesunięcia fazowego, a więc zapewnia współczynnik mocy równy jedności.167,855 values, shape and phase, which for an AC supply network provides sine wave current control without a phase shift, and thus provides a power factor of unity.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat -funkcjonalny trójfazowego układu prostownika sterowanego.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, which shows a functional diagram of a three-phase controlled rectifier system.

Układ trójfazowy prostownika sterowanego ma na wejściu zasilającym każdej fazy 1, 2, 3 źródła napięcia zasilającego włączone szeregowo elementy indukcyjne L1, L2, L3. Wyjście elementu indukcyjnego L1 włączonego w fazę 1 jest połączone z jednym zaciskiem al wejścia przemiennoprądowego prostownika jednofazowego P1, którego drugi zacisk b1 jest połączony z wyjściem elementu indukcyjnego L3 fazy 3 źródła napięcia zasilania. Wyjście stałoprądowe mostka P1 zwarte łącznikiem półprzewodnikowym Ł1, jest włączone pomiędzy dwie gałęzie mostka prostowniczego n-fazowego.The three-phase controlled rectifier system has, at the supply input of each phase, 1, 2, 3 supply voltage sources connected in series with inductors L1, L2, L3. The output of the inductor L1 connected to phase 1 is connected to one terminal al of the input of a single-phase AC rectifier P1, the second terminal of which b1 is connected to the output of the inductor L3 of phase 3 of the power supply. The DC output of the P1 bridge, shorted with the Ł1 semiconductor switch, is connected between the two branches of the n-phase rectifier bridge.

Wyjście elementu indukcyjnego L2 fazy 2 źródła napięcia zasilającego mostka prostowniczego n-fazowego jest połączone z jednym zaciskiem a2 wejścia przemiennoprądowego prostownika jednofazowego P2, którego drugi zacisk b2 jest połączony z wyjściem elementu indukcyjnego L1 fazy 1 źródła napięcia zasilającego. Wyjście stałoprądowe mostka P2 zwarte łącznikiem półprzewodnikowym Ł2, jest włączone pomiędzy dwie gałęzie mostka prostowniczego n-fazowego.The output of the inductor L2 of the phase 2 voltage source of the n-phase bridge rectifier is connected to one terminal a2 of the ac single-phase rectifier P2 input, the second terminal of which b2 is connected to the output of the inductor L1 of the phase 1 of the voltage source. The DC output of the bridge P2 shorted with the semiconductor switch Ł2 is connected between the two branches of the n-phase rectifier bridge.

Wyjście elementu indukcyjnego L3 fazy 3 źródła napięcia zasilającego mostka prostowniczego n-fazowego jest połączone z jednym zaciskiem a3 wejścia przemiennoprądowego prostownika jednofazowego P3, którego drugi zacisk b3 jest połączony z wyjściem elementu indukcyjnego L2 fazy 2 źródła napięcia zasilającego. Wyjście stałoprądowe mostka P3 zwarte łącznikiem półprzewodnikowym Ł3, jest włączone pomiędzy dwie gałęzie mostka prostowniczego n-fazowego.The output of the inductor L3 of phase 3 of the voltage source of the n-phase bridge rectifier is connected to one terminal a3 of the ac single-phase rectifier input P3, the second terminal of which b3 is connected to the output of the inductor L2 of the phase 2 of the voltage source. The DC output of the P3 bridge, shorted with the semiconductor L3, is connected between the two branches of the n-phase rectifier bridge.

Łączniki półprzewodnikowe Ł1, Ł2, Ł3 stanowią przełączające tranzystory mocy, zwierające i rozwierające wyjście stałoprądowe prostowników jednofazowych P1, P2, P3.The Ł1, Ł2, Ł3 semiconductor switches are switching power transistors, short-circuiting and breaking the DC output of the P1, P2, P3 single-phase rectifiers.

Wyjście Wy stałoprądowe mostka prostowniczego n-fazowego jest połączone ze źródłem napięcia stałego ZNS, stanowiącym kondensator lub baterię akumulatorów.The DC output of the n-phase rectifier bridge is connected to a DC voltage source ZNS, which is a capacitor or a battery of accumulators.

W każdej fazie 12,3 źródła napięcia zasilającego włączony jest blok pomiaru prądu BP1, BP2, BP3, którego wyjście pomiarowe jest połączone poprzez węzeł sumujący Σl, Σ2, Σ3 z przerzutnikiem dwustanowym histerezowym PD1, PD2, PD3, połączonym swym wyjściem z wejściem sterującym łącznika półprzewodnikowego Ł1, Ł2, Ł3.In each phase 12.3 of the supply voltage source, the current measurement block BP1, BP2, BP3 is switched on, the measuring output of which is connected through the summing node Σl, Σ2, Σ3 with the hysteresis binary flip-flop PD1, PD2, PD3, connected with its output to the switch control input semiconductor type Ł1, Ł2, Ł3.

Układ działa w sposób niżej opisany. Praca prostownika sterowanego polega na sekwencyjnym kluczowaniu prostownikówjednofazowych P1, P2, P3, za pomocą szybkich tranzystorów mocy, stanowiących łączniki Ł1, Ł2, Ł3. W chwili czasowej, gdy napięcie źródła zasilającego fazy 1 osiągnie wartość zero i po osiągnięciu wartości zerowej zaczyna narastać, następuje zwarcie tranzystora i załączenie łącznika Ł1, powodując narastanie prądu i1 w fazie 1 i prądu i3 w fazie 3 oraz magazynowanie energii elektrycznej w elemencie indukcyjnym L1 i w elemencie indukcyjnym L3. W chwili gdy prąd i1 fazy 1 przekroczy wartość zadaną iz1, następuje wyłączenie łącznika Ł1 i energia zmagazynowana w elemencie L1 oraz elemencie L3 oraz energia elektryczna pochodząca ze źródła napięcia zasilającego jest przekazywana do wyjścia Wy trójfazowego mostka prostowniczego, do którego podłączone jest źródło napięcia stałego ZNS, poprzez prostownik P1 i diody gałęzi mostka prostowniczego trójfazowego. Łącznik Ł1 zwiera fazy 1, 3 źródła napięcia zasilającego, regulując prąd i1, i3 w fazach 1 i 3. Ponieważ w układzie trójfazowym bez przewodu neutralnego suma prądów trzech faz jest równa zero, to regulacja prądu i1, i3 w dwóch fazach 1i 3, zapewnia regulację prądu i 2 w fazie 2. Łącznik Ł1 działa przez 60 stopni elektrycznych, następnie sterowanie po 60 stopniach elektrycznych przejmuje łącznik Ł2, a po 120 stopniach elektrycznych przejmuje łącznik Ł3, analogicznie jak łącznik Ł1. W jednym okresie zmienności napięcia, każdy z łączników Ł1, Ł2, Ł3 steruje pobieranym prądem dwukrotnie poprzez 60 stopni elektrycznych w odstępach co 120 stopni elektrycznych.The system works as follows. The operation of the controlled rectifier is based on the sequential keying of the P1, P2, P3 single-phase rectifiers with the use of fast power transistors, which are the Ł1, Ł2, Ł3 connectors. At the moment of time, when the voltage of the phase 1 power source reaches zero and after reaching the zero value it starts to increase, the transistor short-circuits and the switch L1 is turned on, causing the increase of current i1 in phase 1 and current i3 in phase 3 and storage of electric energy in the inductive element L1 and in the inductor L3. At the moment when the current i1 of phase 1 exceeds the set value iz1, the switch L1 is turned off and the energy stored in the L1 element and the L3 element as well as the electric energy from the supply voltage source is transferred to the output Wy of the three-phase rectifier bridge, to which the DC voltage source ZNS is connected. , through the P1 rectifier and the diodes of the branches of the three-phase rectifier bridge. The switch Ł1 closes the phases 1, 3 of the supply voltage source, regulating the current i1, i3 in phases 1 and 3. As in a three-phase system without a neutral conductor, the sum of the three-phase currents is equal to zero, the current regulation i1, i3 in two phases 1 and 3 ensures current regulation and 2 in phase 2. Switch Ł1 operates through 60 electric stages, then control after 60 electric stages is taken over by switch Ł2, and after 120 electric stages is taken over by switch Ł3, similarly to switch Ł1. During one period of voltage variation, each of the switches Ł1, Ł2, Ł3 controls the consumed current twice through 60 electrical steps at intervals of 120 electrical degrees.

W przypadku automatycznej regulacji prądu fazowego, bloki pomiaru prądu BP1, BP2, BP3 podają sygnał prądowy i1, i2, i3 do węzłów sumacyjnych Σ1, Σ2, Σ3, do których podawane są sygnały wartości zadanej prądu iz1, iz2, iz3 fazy 1, 2, 3. Różnica wartości zadanej prądu iz1,In the case of automatic phase current control, the current measurement blocks BP1, BP2, BP3 provide the current signal i1, i2, i3 to the summation nodes Σ1, Σ2, Σ3 to which the current setpoint signals iz1, iz2, iz3 of phase 1, 2 are applied, 3. Difference of the current setpoint iz1,

167 855 iz2, iz3 i zmierzonej prądu i1, i2, i3 jest podawana na wejścia przerzutników dwustanowych z histereząPDl, PD2, PD3, które w zależności od tej różnicy sterują łącznikami Ł1, Ł2, Ł3. Gdy prądy i 1, i2, i3 w fazach 1, 2, 3 są mniejsze od wartości zadanej iz1, iz2, iz3, to po uwzględnienu wartości błędu histerezy, następuje załączenie łącznika Ł1 powodujące narastanie prądu w fazie 1. Wyłączenie łącznika Ł1 następuje po przekroczeniu wartości zadanej prądu iz1, a następnie kolejno wyłączane są łączniki Ł2, Ł3.167 855 iz2, iz3 and the measured current i1, i2, i3 are fed to the inputs of the two-state flip-flops with PD1, PD2, PD3 hysteresis, which, depending on this difference, control the switches Ł1, Ł2, Ł3. When the currents i 1, i2, i3 in phases 1, 2, 3 are lower than the set value iz1, iz2, iz3, then taking into account the value of the hysteresis error, the L1 switch is turned on causing the current rise in phase 1. The L1 switch is turned off after exceeding current set value iz1, then switches Ł2, Ł3 are turned off successively.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 1,50 złPrice PLN 1.50

Claims

Patent claims

1. A controlled rectifier system comprising an n-phase semiconductor rectifier bridge, where n- is a natural number, and inductors in an AC circuit and a DC voltage source connected to the DC output of an n-phase rectifier bridge, characterized by having n rectifier bridges single-phase (P1, P2, P3), where n- is a natural number, where each n-th single-phase rectifier bridge (P1, P2, P3) is connected with its DC output between two branches of the n-phase rectifier bridge and at the DC output it contains a semiconductor switch (Ł1, Ł2, Ł3), while the AC input of each of the single-phase rectifier bridges (P1, P2, P3) is connected between two phases (1, 2, 3) of the voltage source supplying the n-phase rectifier bridge.

2. The system according to claim A current measurement block (BP1, BP2, BP3) is enabled in each phase (1, 2, 3), the measuring output of which is connected via the summing node (Σ1, Σ2, Σ3) with a hysteresis two-state flip-flop ( PD1, PD2, PD3), connected with its output to the control input of the semiconductor switch (Ł1, Ł2, Ł3).