RU2014717C1

RU2014717C1 - Alternating-to-direct voltage converter

Info

Publication number: RU2014717C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Федорович Валуев
Original assignee: Анатолий Федорович Валуев
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1991-12-11
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: alternating-to-direct voltage converter has three-phase bridge rectifier with thyristors 1-3 of cathode group and diodes 4-6 of anode group of valves, three units (by number of thyristors) for control 11-13, output voltage control unit 14, resistors 15-17. Each unit for control incorporates transistor 30 (31, 32), resistor 36 (37,38), diode 33 (34,35) and capacitor 39 (40,41). Units 11-13 for control over thyristors prevent unblanking of thyristor next in time at conductance angles of preceding thyristor equal to 60 electrical degrees or less. EFFECT: simplified design, provision for control over output voltage range close to maximum. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования постоянного напряжения на нагрузке при питании от трехфазной сети переменного тока. The invention relates to electrical engineering and can be used to control a constant voltage at a load when powered by a three-phase AC network.

Известно устройство (1)/ представляющее собой мостовой выпрямитель с тремя силовыми управляемыми вентильными элементами - тиристорами/ обеспечивающее широкий диапазон регулирования выходного напряжения/ но имеющее для каждого тиристора свой блок импульсно-фазового регулирования/ из-за чего такое устройство сложно. A device (1) is known / which is a bridge rectifier with three power controlled valve elements - thyristors / providing a wide range of output voltage regulation / but having for each thyristor its own pulse-phase regulation unit / which makes such a device difficult.

Известен также простой трехфазный управляемый вентиль (2)/ выбранный за прототип/ с тремя силовыми тиристорами и одним блоком импульсно-фазового регулирования. Недостатком этого устройства является малый диапазон регулирования выходного напряжения от 25% до 100% максимального значения. Also known is a simple three-phase controlled valve (2) / selected as a prototype / with three power thyristors and one pulse-phase control unit. The disadvantage of this device is the small range of regulation of the output voltage from 25% to 100% of the maximum value.

Задачей/ решаемой предлагаемым устройством/ является регулирование напряжения на выходе в широких пределах при сохранении одного блока регулирования трех тиристоров/ т.е. при сохранении простоты его выполнения. Решение поставленной задачи обеспечивается тем/ что в преобразователе переменного напряжения в постоянное/ содержащем трехфазный вентильный выпрямитель/ вход переменного тока которого соединен с входными выводами для подключения соответствующих фаз питающей сети/ а выход постоянного тока соединен с выходными выводами для подключения нагрузки/ причем в качестве вентилей катодной группы выпрямителя использованы тиристоры/ а также систему управления тиристорами/ система управления указанными тиристорами выпрямителя выполнена в виде трех отдельных простых блоков управления/ каждый из которых имеет два входа и один выход/ соединенный с управляющим электродом соответствующего тиристора/ причем первый вход первого блока управления соединен с третьим входным выводом/ первый вход второго блока управления соединен с первым входным выводом/ первый вход третьего блока управления соединен со вторым входным выводом/ а вторые входы блоков управления объединены и соединены с общим выводом катодов тиристоров. The task / solved by the proposed device / is to control the output voltage over a wide range while maintaining one control unit of three thyristors / i.e. while maintaining the simplicity of its implementation. The solution to this problem is provided by the fact that in an AC / DC converter / containing a three-phase valve rectifier / whose AC input is connected to the input terminals for connecting the corresponding phases of the supply network / and the DC output is connected to the output terminals for connecting the load / and as valves the thyristors are used in the cathode group of the rectifier / as well as the thyristor control system / the rectifier thyristor control system is made in the form three separate simple control units / each of which has two inputs and one output / connected to the control electrode of the corresponding thyristor / and the first input of the first control unit is connected to the third input terminal / the first input of the second control unit is connected to the first input terminal / first input of the third block the control is connected to the second input terminal / and the second inputs of the control units are combined and connected to the common output of the thyristor cathodes.

Техническим результатом решения поставленной задачи является простой трехфазный выпрямитель с тремя силовыми тиристорами и одним блоком регулирования выходного напряжения/ обеспечивающий на нагрузке широкий диапазон изменения напряжения от близкого к нулю до почти максимального возможного в мостовых выпрямителях. The technical result of solving this problem is a simple three-phase rectifier with three power thyristors and one unit for regulating the output voltage / providing a wide range of voltage changes from close to zero to almost the maximum possible in bridge rectifiers on the load.

Подобный технический результат достигается и устройством (3)/ в котором также используются три блока управления и один блок регулирования для трех тиристоров. По сравнению с ним предлагаемое устройство имеет меньшее число управляемых силовых элементов/ более простые блоки управления с меньшим числом связей и больший диапазон регулирования выходного напряжения. A similar technical result is achieved by the device (3) / in which three control units and one regulation unit for three thyristors are also used. Compared with it, the proposed device has fewer controllable power elements / simpler control units with fewer connections and a larger range of output voltage regulation.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на элементах схемы и нагрузке. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device; figure 2 is a timing diagram of the stresses on the circuit elements and the load.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное фиг.1 содержит трехфазный мостовой выпрямитель из тиристоров катодной группы 1/ 2 и 3 и диодов анодной группы 4/ 5 и 6/ входные выводы переменного тока 7/ 8 и 9 которого предназначены для подключения соответствующих фаз питающей сети/ а к выходным выводам подключена нагрузка 10. Система управления тиристорами 1/ 2 и 3 выполнена в виде трех одинаковых блоков управления 11/ 12 и 13 и блока регулирования 14/ который подает отпирающие сигналы на управляющие переходы тиристоров 1/ 2 и 3 через резисторы 15/ 16 и 17 соответственно. Блок регулирования 14 подключен к входным выводам 7/ 8 и 9 через диоды 18/ 19 и 20/ соединенные в звезду/ и соединен также с общим выводом катодов тиристоров 1/ 2 и 3. The AC to DC converter of FIG. 1 contains a three-phase bridge rectifier from thyristors of the cathode group 1/2 and 3 and diodes of the anode group 4/5 and 6 / whose input terminals 7/8 and 9 are designed to connect the corresponding phases of the supply network / a a load 10 is connected to the output terminals. The thyristor control system 1/2 and 3 is made in the form of three identical control units 11/12 and 13 and the control unit 14 / which supplies the unlocking signals to the control transitions of the thyristors 1/2 and 3 through resistors 15/16 and 17 accordingly. The control unit 14 is connected to the input terminals 7/8 and 9 through diodes 18/19 and 20 / connected to a star / and is also connected to a common terminal of the cathodes of thyristors 1/2 and 3.

Одинаковые блоки управления 11/ 12 и 13 имеют первые входы 21/ 22 и 23/ вторые входы 24/ 25 и 26 и выходы 27/ 28 и 29 соответственно. Первый вход 21 блока 11 соединен с третьим входным выводом 9/ первый вход 22 блока 12 соединен с первым входным выводом 7/ а первый вход 23 третьего блока 13 соединен со вторым входным выводом 8. Вторые входы 24/ 25 и 26 блоков 11/ 12 и 13 объединены и соединены с общим выводом катодов тиристоров 1/ 2 и 3/ а выходы 27/ 28 и 29 блоков 11/ 12 и 13 соединены соответственно с выводами управляющих переходов тиристоров 1/ 2 и 3. Блоки управления 11/ 12 и 13 включают в себя соответственно транзисторы 30/ 31 и 32/ диоды 33/ 34 и 35/ резисторы 36/ 37 и 38 и конденсаторы 39/ 40 и 41. В блоке управления 11 последовательная цепочка из диода 33 и резистора 36 подсоединена одним выводом к базе транзистора 30/ причем свободный вывод анода диода 33 образует первый вход блока 11/ конденсатор 39 подсоединен одним выводом к катоду диода 33/ а другим выводом - к эмиттеру транзистора 39 и их общая точка образует второй вход блока 11/ а выход блока 11 образует вывод коллектора транзистора 30. Остальные блоки управления 12 и 13 содержат такие же элементы/ как и блок 11/ с аналогичными связями между ними/ показанными на фиг. 1. На фиг.2 представлен вариант выполнения блока управления 11 (блоки 11/ 12 и 13 одинаковы). Такой блок включает транзистор 42/ диод 43/ резистор 44 и индуктивность 45. Последовательная цепочка LR из индуктивности 45 и резистора 44 подает ток/ отпирающий транзистор 42/ от первого входа 21/ от обратного напряжения на базе переход база-эмиттер защищен диодом 43/ и как на фиг.1/ вывод эмиттера транзистора 42 образует второй вход 24/ а вывод коллектора - выход 27 блока 11. The same control units 11/12 and 13 have first inputs 21/22 and 23 / second inputs 24/25 and 26 and outputs 27/28 and 29, respectively. The first input 21 of block 11 is connected to the third input terminal 9 / the first input 22 of block 12 is connected to the first input terminal 7 / and the first input 23 of the third block 13 is connected to the second input terminal 8. Second inputs 24/25 and 26 of blocks 11/12 and 13 are combined and connected to the common terminal of the cathodes of thyristors 1/2 and 3 / a; the outputs 27/28 and 29 of blocks 11/12 and 13 are connected respectively to the terminals of the control transitions of thyristors 1/2 and 3. Control units 11/12 and 13 are included in themselves, respectively, transistors 30/31 and 32 / diodes 33/34 and 35 / resistors 36/37 and 38 and capacitors 39/40 and 41. In the control unit 11 the research chain from the diode 33 and the resistor 36 is connected by one output to the base of the transistor 30 / and the free output of the anode of the diode 33 forms the first input of the block 11 / the capacitor 39 is connected by one output to the cathode of the diode 33 / and the other output to the emitter of the transistor 39 and their common point forms the second input of block 11 / and the output of block 11 forms the output of the collector of transistor 30. The remaining control units 12 and 13 contain the same elements / as block 11 / with similar connections between them / shown in FIG. 1. Figure 2 shows an embodiment of a control unit 11 (blocks 11/12 and 13 are the same). Such a unit includes a transistor 42 / diode 43 / resistor 44 and inductance 45. A series circuit LR from inductance 45 and resistor 44 supplies the current / gate transistor 42 / from the first input 21 / from the reverse voltage on the basis of the base-emitter junction protected by a diode 43 / and as in figure 1 / the output of the emitter of the transistor 42 forms a second input 24 / a collector output is the output 27 of the block 11.

На фиг.3 представлены временные диаграммы/ поясняющие работу схемы: 46 - напряжение между выводами сети 7 и 8; 47 - напряжение -"- 8 и 9; 48 - напряжение -"- 9 и 7; 49 и 50 - напряжения на нагрузке 10/ близкие к пределам регулирования: максимальному и минимальному соответственно. Figure 3 presents the timing diagrams / explaining the operation of the circuit: 46 - voltage between the terminals of the network 7 and 8; 47 - voltage - "- 8 and 9; 48 - voltage -" - 9 and 7; 49 and 50 - voltage at load 10 / close to the limits of regulation: maximum and minimum, respectively.

Предлагаемый преобразователь отличается от прототипа введенными блоками управления 11/ 12 и 13/ которые выполнены и соединены таким образом/ что шунтируют управляющие переходы тиристоров 1/ 2 и 3/ в частности/ в тот промежуток времени/ когда напряжение на аноде предыдущего по времени работы тиристора падает к нулю. The proposed converter differs from the prototype by the introduced control units 11/12 and 13 / which are made and connected in such a way / that the control transitions of the thyristors 1/2 and 3 / are shunted / in particular / in that period of time / when the voltage at the anode of the thyristor’s previous operating time drops to zero.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на схему в момент времени t_o (фиг.3б) выпрямленное трехфазным мостом из диодов 18...20 и 4...6 напряжение сети подается практически целиком на блок регулирования 14. Через промежуток времени/ определяемый задатчиком выходного напряжения в блоке 14/ к резисторам 15/ 16 и 17 прикладывается в момент времени t₁ от блока 14 напряжение и отпирается тот из тиристоров 1/ 2 или 3/ на аноде которого наибольшее положительное напряжение и управляющий переход которого не зашунтирован одним из открытых транзисторов 30/ 31 или 32 (в данном случае - тиристор 1). На нагрузку 10 подается напряжение сети/ а блок регулирования 14 шунтируется открытым тиристором 1.The device operates as follows. When a voltage is applied to the circuit at time t _o (Fig.3b), the mains voltage rectified by a three-phase bridge from diodes 18 ... 20 and 4 ... 6 is supplied almost entirely to the control unit 14. After a period of time / determined by the output voltage adjuster in block 14 / to the resistors 15/16 and 17 a voltage is applied at time t ₁ from block 14 and the thyristor 1/2 or 3 / is unlocked at the anode of which the highest positive voltage and the control transition of which is not bridged by one of the open transistors 30/31 or 32 (in this case, tyri 1 torr). The load 10 is supplied with mains voltage / and the control unit 14 is bridged by an open thyristor 1.

В случае/ когда блоком регулирования 14 задано большое значение выходного напряжения (диаграмма 49 на фиг.3б)/ пока напряжение на нагрузке равно выпрямленному напряжению сети/ напряжения на блоке регулирования нет. Начиная с момента времени t₂ на блоке регулирования появляется напряжение (на фиг.3б - заштриховано) и в момент времени t₃/ как и раньше/ от блока 14 подается напряжение на резисторы 15/ 16 и 17 и отпирается тиристор 2. Это происходит из-за того/ что напряжение на его аноде больше/ чем на катоде открытого тиристора 1/ а транзистор 31 закрыт/ так как отпирающая его цепочка от входа 22 к входу 25 блока 12 зашунтирована тем же пока открытым тиристором 1. После отпирания тиристора 2 тиристор 1 запирается обратным током/ напряжение сети снова прикладывается только к нагрузке 10 до момента времени t₄/ где опять часть напряжения сети начнет прикладываться к блоку регулирования 14 и т.д./ в результате чего на нагрузку 10 будет подаваться почти полное выпрямленное напряжение сети.In the case / when the control unit 14 sets a large value of the output voltage (diagram 49 in Fig. 3b) / while the voltage at the load is equal to the rectified mains voltage / there is no voltage at the control unit. Starting at time t ₂ , a voltage appears on the control unit (in Fig. 3b it is shaded) and at time t ₃ / as before / voltage is supplied to resistors 15/16 and 17 from block 14 and thyristor 2 is unlocked. This occurs from - due to the fact that the voltage at its anode is greater / than at the cathode of the open thyristor 1 / and the transistor 31 is closed / since the unlocking circuit from input 22 to input 25 of block 12 is bridged by the same open thyristor 1. After thyristor 2 is unlocked, thyristor 1 locked by reverse current / mains voltage only applied again about load 10 until time t ₄ / where again part of the mains voltage will begin to be applied to the control unit 14, etc. / as a result of which almost full rectified mains voltage will be applied to load 10.

В зоне пульсирующих напряжений на нагрузке (для проводящего состояния тиристора 1/ начиная с момента времени t₅/ фиг.3в) отпирающее напряжение/ поступающее на резисторы 15/ 16 и 17/ в промежутке времени t₅...t₆ не будет открывать тиристор 2/ так как в базу шунтирующего его управляющий переход транзистора 31 втекает ток от входа 22 к входу 25 блока 12. В этом случае тиристор 1/ открываясь/ подает на нагрузку напряжение (диаграмма 50/ фиг. 3в) и шунтирует входные выводы блока 12. Включение тиристора 2 возможно сохраняющимся напряжением на резисторе 16/ но этого не произойдет/ так как конденсатор 40 разряжается на базовый переход транзистора 31/ поддерживая его в открытом состоянии. Открывание тиристора 1 уменьшает напряжение на блоке регулирования 14/ который после момента времени t₆ начнет отсчет угла задержки включения следующего тиристора 2 в момент времени t₇/ после чего откроет его и т.д.In the zone of pulsating voltages on the load (for the conducting state of the thyristor 1 / starting from time t ₅ / Fig.3c), the unlocking voltage / supplied to the resistors 15/16 and 17 / in the time interval t ₅ ... t ₆ will not open the thyristor 2 / since the current flowing from the input 22 to the input 25 of the block 12 flows into the base of the shunting control transition of the transistor 31. In this case, the thyristor 1 / opens / applies voltage to the load (diagram 50 / Fig. 3c) and shunts the input terminals of the block 12. The inclusion of thyristor 2 is possibly the remaining voltage across the resistor 16 / but this n e does not happen / since the capacitor 40 is discharged to the base transition of the transistor 31 / keeping it open. Opening the thyristor 1 reduces the voltage on the control unit 14 / which, after time t _6, will start the countdown of the turn-on delay angle of the next thyristor 2 at time t ₇ / and then open it, etc.

Таким образом/ схема (фиг.1) при своей простоте может регулировать напряжение на нагрузке 10 практически от максимально возможного до нуля/ причем можно отметить/ что при выполнении блока регулирования 14 простым/ аналогично выполненному в прототипе/ небходимо не приближаться к началу и концу зоны регулирования напряжения/ так как в этих случаях условия работы блока регулирования усложняются. Предельные - практические кривые напряжения на нагрузке для такого случая примерно показаны на фиг.3б и 3в. Thus / the circuit (Fig. 1) with its simplicity can regulate the voltage at the load 10 from practically the maximum possible to zero / and it can be noted / that when the control unit 14 is simple / similar to the prototype / it is not necessary to approach the beginning and end of the zone voltage regulation / as in these cases the operating conditions of the regulation unit are complicated. Ultimate — practical load voltage curves for such a case are approximately shown in FIGS. 3b and 3c.

Блок управления/ показанный на фиг.2/ позволяет получить более близкие к нулю значения выходного напряжения и даже полностью снять напряжение с нагрузки/ так как отстающий по фазе от напряжения ток в индуктивности 45 препятствует включению последующего тиристора даже при отрицательном напряжении на предыдущем. The control unit / shown in figure 2 / allows you to get closer to zero values of the output voltage and even completely remove the voltage from the load / since the current lagging in phase from the inductance 45 prevents the subsequent thyristor from turning on even with a negative voltage on the previous one.

Предложенная схема работает также/ если из нее исключить диоды 4/ 5 и 6 и освободившийся вывод нагрузки 10 подключить к нейтрали питающей сети/ т. е. и в качестве трехфазного однополупериодного управляемого выпрямителя. The proposed circuit also works / if diodes 4/5 and 6 are excluded from it and the freed output of load 10 is connected to the neutral of the supply network / i.e., as a three-phase half-wave controlled rectifier.

Claims

1. AC VOLTAGE CONVERTER TO DC, containing a three-phase rectifier rectifier, the AC input of which is connected to the input terminals for connecting the corresponding phases of the supply network, and the DC output is connected to the output terminals for connecting the load, and thyristors are used as valves of the rectifier cathode group, as well as a thyristor control system and an output voltage control unit, the output of which is connected to the electrode controls through the corresponding resistors mi of said thyristors, characterized in that the control system of said rectifier thyristors is made in the form of three separate control units, each of which has two inputs and one output connected to a control electrode of the corresponding thyristor, the first input of the first control unit being connected to the third input terminal, the first input of the second control unit is connected to the first input output, the first input of the third control unit is connected to the second input output, and the second inputs of the control units are combined and ineny common terminal of cathodes of the thyristors.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that each of these control units is made in the form of a transistor, diode, resistor and capacitor, the base of the transistor connected to the first output of the resistor, the free output of which is connected to the first output of the capacitor and the cathode of the diode, anode which forms the first input, the second output of the capacitor is combined with the emitter of the transistor and forms the second input, and the collector output of the transistor is the output of the control unit.

3. The Converter according to claim 1, characterized in that each of these control units is made in the form of a transistor, diode, resistor and inductance, the resistor and inductance connected in series and form a circuit, one terminal of which is connected to the base of the transistor, and the free terminal forms the first input of the block, the diode is connected parallel to the base-emitter junction of the transistor and the common point of its cathode and emitter forms the second input of the block, and the collector terminal of the transistor is the output of the control unit.