RU2012985C1

RU2012985C1 - Method of control over three-phase alternating-to-direct voltage converter

Info

Publication number: RU2012985C1
Authority: RU
Inventors: Г.Б. Фридман; С.А. Саньков; В.Г. Машьянов; С.А. Наплеенкова
Original assignee: Украинский научно-исследовательский институт силовой электроники "Преобразователь"
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1994-05-15

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: device for realization of method has two-polarity keys based on diode bridge with two-operation thyristor connected to primary windings of output transformer. Keys are rendered conducting in interval of 120 el. deg. of period of network frequency in each of its half-periods with frequency exceeding that of supply network. EFFECT: improved reliability of control. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть применено для питания электрохимических технологических установок энергией постоянного тока, а также для питания вспомогательных цепей, например цепей систем управления. The invention relates to electrical engineering, in particular to converter technology, and can be used to power DC electrochemical process plants, as well as to power auxiliary circuits, for example, control system circuits.

Известен способ управления, при котором переменное напряжение с помощью диодного выпрямителя преобразуют в постоянное напряжение, при этом с помощью транзисторного ключа сетевое напряжение преобразуют в однополярные регулируемые по длительности импульсы сетевой частоты. There is a control method in which an alternating voltage with a diode rectifier is converted into a constant voltage, while using a transistor switch, the mains voltage is converted into unipolar, adjustable in duration, network frequency pulses.

Недостатком является то, что хотя быстродействие улучшается за счет транзисторного ключа, однако массогабаритные показатели плохие из-за трансформатора, который работает на частоте 50 Гц. The disadvantage is that although the performance improves due to the transistor switch, however, the overall dimensions are poor due to the transformer, which operates at a frequency of 50 Hz.

Известен способ управления преобразователем трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащим питающий трансформатор, фазные первичные обмотки которого с соединенными последовательно с ними управляемыми двуполярными ключами включены в треугольник, а вторичная обмотка с вентильной группой выполнена однофазной. В известном способе в каждой фазе первичной обмотки питающего трансформатора в течение периода питающего напряжения отпирают и запирают управляемые двуполярные ключи и регулируют длительность проводящего состо- яния управляемого ключа, причем коммутация токов происходит естественным образом. A known method of controlling a three-phase AC to DC converter containing a supply transformer, the phase primary windings of which are connected in series with controlled bipolar switches, are included in a triangle, and the secondary winding with a valve group is single-phase. In the known method, in each phase of the primary winding of the supply transformer, the controlled bipolar switches are unlocked and locked during the supply voltage period, and the duration of the conducting state of the controlled switch is controlled, and the current switching occurs naturally.

Недостатком известного способ является то, что частота преобразования тока не превышает 300 Гц, что ухудшает массогабаритные показатели и быстродействие преобразователя. A disadvantage of the known method is that the frequency of the current conversion does not exceed 300 Hz, which affects the overall dimensions and speed of the Converter.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей преобразовательного трансформатора и увеличение быстродействия. The aim of the invention is to improve the overall dimensions of the conversion transformer and increase speed.

Это достигается тем, что в способе управления преобразователем трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащим питающий трансформатор, фазные первичные обмотки которого с соединенными последовательно с ними управляемыми двуполярными ключами включены в треугольник, а вторичная обмотка с вентильной группой выполнена однофазной, заключающемся в том, что в каждой фазной первичной обмотке питающего трансформатора в течение периода питающего напряжения отпирают и запирают управляемые двуполярные ключи и регулируют длительность проводящего состояния управляемого ключа, отпирание каждого управляемого двуполярного ключа осуществляют на интервале 120 эл. град. периода сетевой частоты в каждом из его полупериодов с частотой, превышающей частоту питающей сети, причем в любой момент времени отпирают ключ только одной фазы, а после его запирания отпирают ключ другой фазы, напряжение которой в данный момент максимально и имеет противоположную полярность. This is achieved by the fact that in the method of controlling a three-phase AC to DC converter containing a supply transformer, the phase primary windings of which are connected in series with controlled bipolar switches, are included in a triangle, and the secondary winding with a valve group is single-phase, in which each phase primary winding of the supply transformer during the period of the supply voltage is unlocked and locked controlled bipolar switches and adjust the duration st controllable switch conductive state, unlocking each controlled bipolar switch 120 is performed on the interval e. hail. period of the network frequency in each of its half-periods with a frequency exceeding the frequency of the supply network, and at any time only one phase key is unlocked, and after it is locked, the key of the other phase is unlocked, the voltage of which is currently maximum and has the opposite polarity.

Кроме того, с целью улучшения работы питающего трансформатора, длительность проводящего состояния ключа в каждом интервале определяется вольтсекундной характеристикой предыдущего интервала. In addition, in order to improve the operation of the supply transformer, the duration of the conductive state of the key in each interval is determined by the voltsecond characteristic of the previous interval.

На фиг. 1 изображена электрическая схема преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя; на фиг. 3 - блок-схемы устройства управления преобразователем. In FIG. 1 shows an electrical diagram of an AC / DC converter; in FIG. 2 is a timing chart explaining the operation of the converter; in FIG. 3 is a block diagram of a converter control device.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. The essence of the proposed method is as follows.

Каждая часть первичной обмотки трансформатора с помощью двуполярного управляемого ключа подключается к двум фазам источника переменного тока по очереди в течение 120 эл. град. в каждом из его полупериодов с частотой большей частоты источника переменного напряжения. При этом чем выше частота, тем лучше, однако она ограничивается свойствами запираемых тиристоров. Данный алгоритм управления двуполярными ключами обеспечивает перемагничивание сердечника трансформатора. Регулируя длительность проводящего состояния двуполярных ключей, обеспечивают изменение напряжения на выходе преобразователя. Each part of the primary winding of the transformer with the help of a bipolar controlled key is connected to two phases of the AC source in turn for 120 e. hail. in each of its half-periods with a frequency of a higher frequency of the AC voltage source. Moreover, the higher the frequency, the better, but it is limited by the properties of lockable thyristors. This bipolar switch control algorithm provides magnetization reversal of the transformer core. By adjusting the duration of the conducting state of the bipolar switches, they provide a change in voltage at the output of the converter.

Предложенный способ поясняется устройством, изображенным на фиг. 1-5. The proposed method is illustrated by the device depicted in FIG. 1-5.

Устройство, изображенное на фиг. 1, содержит двуполярные ключи 1, 2, 3, включенные каждый последовательно с частями первичной обмотки 4, 5, 6 соответственно однофазного трансформатора, вторичная обмотка со средней точкой 7, которого через диоды 8, 9 подключена к выводам нагрузки. Двуполярный ключ выполнен на основе диодного моста 10-13, в диагональ которого включен двухоперационный тиристор 14 и RC-цепь 15, 16, 17. The device shown in FIG. 1, contains bipolar switches 1, 2, 3, each connected in series with the parts of the primary winding 4, 5, 6, respectively, of a single-phase transformer, a secondary winding with a midpoint 7, which is connected to the load terminals via diodes 8, 9. The bipolar switch is made on the basis of the diode bridge 10-13, the diagonal of which includes a two-stage thyristor 14 and an RC circuit 15, 16, 17.

Схема управления преобразователем, изображенная на фиг. 3, содержит устройство 18 синхронизации, входы которого соединены с фазами А, В, С питающей сети, которое формирует в каждом из трех каналов прямоугольные импульсы, синхронизированные с фазами сети длительностью 120 эл. град. , причем частота их вдвое больше частоты сети, генератор 19 импульсов, формирователь 20 импульсов. Выходы устройства 18 соединены каждый с первыми входами трех пар схем совпадения 21-26 соответственно, а выходы каждой пары схем совпадения соединены с входами соответствующей логической схемы ИЛИ 27, 28, 29. Вторые входы 21, 23, 25 совпадения соединены с выходом генератора импульсов 19, который соединен также с входом формирователя импульсов с регулируемой скважностью 20, выход которого соединен с вторыми входами схем 22, 24, 26 совпадения. Выходы схем ИЛИ 27, 28, 29 соединены с входами соответствующих формирователей 30, 31, 32, которые включают и выключают двухоперационные тиристоры 14 в каждом из ключей 1, 2, 3. The converter control circuit shown in FIG. 3, comprises a synchronization device 18, the inputs of which are connected to the phases A, B, C of the supply network, which generates rectangular pulses in each of the three channels, synchronized with the phases of the network with a duration of 120 el. hail. and their frequency is twice the frequency of the network, a pulse generator 19, a pulse shaper 20. The outputs of the device 18 are each connected to the first inputs of three pairs of matching circuits 21-26, respectively, and the outputs of each pair of matching circuits are connected to the inputs of the corresponding logic circuit OR 27, 28, 29. The second inputs 21, 23, 25 of the match are connected to the output of the pulse generator 19 , which is also connected to the input of the pulse shaper with an adjustable duty cycle 20, the output of which is connected to the second inputs of the matching circuits 22, 24, 26. The outputs of the OR circuits 27, 28, 29 are connected to the inputs of the corresponding shapers 30, 31, 32, which turn on and off the dual-operation thyristors 14 in each of the keys 1, 2, 3.

Выходной формирователь 30, 31, 32 состоит из двух каналов для формирования положительного и отрицательного импульсов за счет заряда и разряда емкости, а также для осуществления гальванической развязки между системой управления и силовой схемой. The output driver 30, 31, 32 consists of two channels for generating positive and negative pulses due to charge and discharge of the capacitance, as well as for galvanic isolation between the control system and the power circuit.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Сетевое напряжение частотой 50-60 Гц поступает на входы А, В. С устройства (фиг. 1). Двухполярные ключи 1, 2, 3 подключают каждую из частей 4, 5, 6 первичной обмотки трансформатора к фазам А, В, С сети с частотой, большей частоты питающей сети, например, 1000 Гц. Mains voltage of 50-60 Hz is supplied to inputs A, B. From the device (Fig. 1). Bipolar switches 1, 2, 3 connect each of the parts 4, 5, 6 of the primary winding of the transformer to phases A, B, C of the network with a frequency higher than the frequency of the supply network, for example, 1000 Hz.

Напряжение вторичной обмотки 7 со средней точкой выпрямляется с помощью диодов 8, 9 и подается на нагрузку. The voltage of the secondary winding 7 with a midpoint is rectified using diodes 8, 9 and is supplied to the load.

При подаче на клеммы а-х ключа 1 напряжения положительной полярности на управляющий вход двухоперационного тиристора 14 в течение 120 эл. град. (фиг. 2) поступают импульсы генератора 19 с частотой 1000 Гц через формирователь 30. Причем длительность импульсов может регулироваться. По окончании каждого импульса формирователь 30 запирает тиристор 14. Таким образом в течение 120 эл. град. обмотка 4 подключается и отключается от фаз А, В, сети с частотой 1000 Гц через диоды 10, 13 и тиристор 14. В те промежутки времени, когда обмотка 4 отключена от фаз А, В, сети к фазам В, С сети подключается обмотка 5 в течение 60 эл. град. сетевой частоты, а затем к фазам А, С сети подключается обмотка 6 также в течение 60 эл. град. , но при этом направление тока в обмотках 5, 6 отрицательное через диоды 11, 12 и тиристор 14. Импульсы на управляющие электроды тиристоров 14 ключей 2, 3 в этот промежуток времени поступают через соответствующие формироваться 31, 32 от блока 20. Импульсы блока 20 имеют такую же длительность и частоту, как и импульсы генератора 19, причем передний фронт каждого импульса формирователя 20 формируется после окончания заднего фронта импульса генератора 19 (после аппаратной паузы). В результате такого алгоритма управления тиристорами 14 в любой момент времени ток проводит только одна из обмоток 4, 5, 6, причем чередуются интервалы положительного и отрицательного импульсов тока, амплитуда которых различна, так как модулирована синусоидой частотой 50 Гц. Трансформатор рассчитывается с учетом перемагничивания импульсом тока с наименьшей амплитудой. When applying to the terminals a-x key 1 voltage of positive polarity to the control input of the dual-operation thyristor 14 for 120 el. hail. (Fig. 2) the pulses of the generator 19 are received with a frequency of 1000 Hz through the shaper 30. Moreover, the pulse duration can be adjusted. At the end of each pulse, the driver 30 locks the thyristor 14. Thus, within 120 el. hail. winding 4 is connected and disconnected from phases A, B, networks with a frequency of 1000 Hz through diodes 10, 13 and thyristor 14. At those times when winding 4 is disconnected from phases A, B, network to phases B, C of the network, winding 5 is connected for 60 email hail. network frequency, and then to the phases A, C of the network, the winding 6 is also connected for 60 el. hail. , but the direction of the current in the windings 5, 6 is negative through the diodes 11, 12 and the thyristor 14. The pulses to the control electrodes of the thyristors 14 of the keys 2, 3 in this period of time come through the corresponding form 31, 32 from the block 20. The pulses of the block 20 have the same duration and frequency as the pulses of the generator 19, and the leading edge of each pulse of the shaper 20 is formed after the end of the trailing edge of the pulse of the generator 19 (after a hardware pause). As a result of such a thyristor control algorithm 14, at any one time, only one of the windings 4, 5, 6 conducts current, and the intervals of positive and negative current pulses alternate, the amplitude of which is different, since it is modulated by a 50 Hz sinusoid. The transformer is calculated taking into account the magnetization reversal by the current pulse with the smallest amplitude.

Таким образом, происходит передача энергии сети на частоте 1000 Гц на вторичную обмотку 7 трансформатора, напряжение которой выпрямляется диодами 8, 9 и подается на нагрузку. Thus, there is a transmission of network energy at a frequency of 1000 Hz to the secondary winding 7 of the transformer, the voltage of which is rectified by diodes 8, 9 and supplied to the load.

Выпрямленное напряжение может быть сглажено с помощью фильтра. The rectified voltage can be smoothed using a filter.

Для улучшения режима перемагничивания сердечника трансформатора с целью уменьшения его массогабаритных показателей алгоритм управления двуполярными ключами 1, 2, 3 может быть усовершенствован с помощью микропроцессорной системы управления таким образом, что интервал проводимости ключей каждый раз определяется вольтсекундной характеристикой проводимости предыдущего ключа. To improve the magnetization reversal mode of the transformer core in order to reduce its overall dimensions, the control algorithm for bipolar keys 1, 2, 3 can be improved using a microprocessor control system so that the key conduction interval is determined each time by the voltsecond conductivity characteristic of the previous key.

Выходной формирователь 30, 31, 32 состоит из двух каналов, один канал формирует положительный импульс тока управления для отпирания тиристора (2,4-4) А в амплитуде за счет заряда емкости, второй канал формирует отрицательный импульс тока (20-80) А в амплитуде за счет разряда емкости. Каждый канал осуществляет также и гальваническую развязку между системой управления и силовой схемой. The output driver 30, 31, 32 consists of two channels, one channel generates a positive control current pulse for unlocking the thyristor (2.4-4) A in amplitude due to the capacitance charge, the second channel forms a negative current pulse (20-80) A in amplitude due to discharge capacity. Each channel also provides galvanic isolation between the control system and the power circuit.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства видны в сравнении с прототипом. The technical and economic advantages of the proposed device are visible in comparison with the prototype.

В известном устройстве переключающий блок, включенный в первичную обмотку однофазного трансформатора, не может обеспечить коммутацию на частоте, большей частоты сети, так как не обеспечивается перемагничивание сердечника трансформатора. In the known device, the switching unit included in the primary winding of a single-phase transformer cannot provide switching at a frequency higher than the network frequency, since magnetization reversal of the transformer core is not provided.

В предложенном устройстве однофазный трансформатор подключен к трехфазной сети с помощью предложенного алгоритма управления обеспечивается перемагничивание сердечника трансформатора, что позволяет значительно (в 5-10) раз улучшить его массогабаритные показатели. Улучшаются также массогабаритные показатели всего преобразователя, т. к. упрощается выпрямительная часть при сохранении качества выходных параметров тока и напряжения преобразователей с трехфазным трансформатором при частоте передачи энергии 50 Гц. (56) Ситник Н. Х. Силовая полупроводниковая техника. М. : Энергия, 1968, с. 176. In the proposed device, a single-phase transformer is connected to a three-phase network using the proposed control algorithm provides magnetization reversal of the transformer core, which can significantly (5-10) times improve its overall dimensions. The overall dimensions of the entire converter are also improved, since the rectifying part is simplified while maintaining the quality of the output parameters of the current and voltage of the converters with a three-phase transformer at a frequency of energy transfer of 50 Hz. (56) Sitnik N.Kh. Power semiconductor technology. M.: Energy, 1968, p. 176.

Заявка Японии N 55-42589, кл. Н 02 М 7/02, 1980. Japanese Application N 55-42589, cl. H 02 M 7/02, 1980.

Патент Франции N 2454725, кл. Н 02 М 5/16, 1980. French patent N 2454725, CL H 02 M 5/16, 1980.

Claims

1. METHOD FOR CONTROL OF A THREE-PHASE AC VOLTAGE CONVERTER TO DC, containing a supply transformer, the phase primary windings of which with controllable bipolar switches connected in series with them are included in a triangle, and the secondary winding with a valve group is made single-phase, each phase of which the supply transformer during the period of the supply voltage unlock and lock controlled bipolar switches and adjust the duration of the conductive state I am a managed key, characterized in that, in order to improve the overall dimensions, the unlocking of each managed bipolar key is carried out at an interval of 120 e. hail. period of the network frequency in each of its half-periods with a frequency exceeding the frequency of the supply network, and at any time only one phase key is unlocked, and after it is locked, the key of the other phase is unlocked, the voltage of which is currently maximum and has the opposite polarity.

2. The method according to p. 1, characterized in that, in order to improve the operation of the supply transformer, the duration of the conductive state of the key in each interval is determined by the volt-second characteristic of the previous interval.