RU2138901C1

RU2138901C1 - Reversible converter

Info

Publication number: RU2138901C1
Application number: RU96107427A
Authority: RU
Inventors: В.С. Климаш
Original assignee: Климаш Владимир Степанович; Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: converting facilities. SUBSTANCE: reversible converter has two-phase thyristor bridges with spontaneous switching, each shunting by fully controlled key and furnished with diode arm. Load is connected between additional diode arms of indicated bridges. Device can be used as reversible rectifier or frequency converter. EFFECT: m/2-time reduction of number of diodes and fully controlled keys at constant number of reverse-blocking thyristors and preservation of power and dynamic characteristics. 2 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве реверсивного выпрямителя или непосредственного преобразователя частоты с однофазным выходом. The invention relates to a converter technique and can be used as a reversible rectifier or direct frequency converter with a single-phase output.

Известен реверсивный преобразователь, выполненный по m-фазной мостовой схеме [1] . Он содержит 2m диодных мостов, в диагональ каждого из которых включен полностью управляемый ключ (транзистор, запираемый тиристор или однооперационный тиристор с узлом искусственной коммутации). Known reversible Converter, made according to the m-phase bridge circuit [1]. It contains 2m diode bridges, the diagonal of each of which includes a fully controlled key (transistor, lockable thyristor or single-operation thyristor with an artificial switching unit).

Недостатком этого устройства является большое количество вентилей и, в том числе, полностью управляемых. The disadvantage of this device is the large number of valves, including fully controlled ones.

Известен также m-фазный реверсивный преобразователь, в котором общее число вентилей сокращено на 30%, а количество полностью управляемых ключей уменьшено в два раза [2]. Этот преобразователь взят за прототип. Он содержит m однофазных мостов на однооперационных тиристорах, в диагональ каждого из которых включен полностью управляемый ключ, шунтированный встречной ему диодной ветвью, к общей точке соединения диодов которой подключается соответствующая фаза m-фазной сети, а выводы одной и другой тиристорной ветви каждого однофазного тиристорного моста соответственно подключены к одному и другому зажиму нагрузки. Also known is an m-phase reversing converter, in which the total number of valves is reduced by 30%, and the number of fully controllable keys is halved [2]. This converter is taken as a prototype. It contains m single-phase bridges on single-operation thyristors, each diagonal of which includes a fully controllable key, shunted by its opposite diode branch, to the common diode connection point of which the corresponding phase of the m-phase network is connected, and the conclusions of one and the other thyristor branches of each single-phase thyristor bridge respectively connected to one and the other load clamp.

Однако и этот преобразователь имеет большое количество диодов и полностью управляемых ключей, что указывает на сложность как силовой схемы, так и системы управления. Указанный недостаток прототипа, который особенно проявляет себя в многофазных устройствах, обусловлен связями между элементами схемы, при которых число полностью управляемых ключей и диодных ветвей определяется числом фаз преобразователя. However, this converter also has a large number of diodes and fully controllable keys, which indicates the complexity of both the power circuit and the control system. The specified disadvantage of the prototype, which manifests itself particularly in multiphase devices, is due to the connections between circuit elements in which the number of fully controllable keys and diode branches is determined by the number of phases of the converter.

Задачей изобретения является упрощение m-фазного устройства при сохранении его энергетических показателей и динамических свойств. The objective of the invention is to simplify the m-phase device while maintaining its energy performance and dynamic properties.

В результате решения поставленной задачи в устройстве уменьшено в m/2 раз число диодов и полностью управляемых ключей при неизменном количестве однооперационных тиристоров. As a result of solving the problem in the device, the number of diodes and fully controllable keys with an unchanged number of single-operation thyristors is reduced by a factor of m / 2.

Это упрощение при сохранении лучших качеств прототипа, а также то, что в новом конструктивном исполнении устройство стало содержать собственно серийно-выпускаемый двухкомплектный преобразователь с добавлением к нему, независимо от числа фаз двух диодных ветвей и двух полностью управляемых ключей, указывает на высокую готовность устройства к производству. This simplification while maintaining the best qualities of the prototype, as well as the fact that in the new design the device began to contain a commercially available two-set converter with the addition to it, regardless of the number of phases of two diode branches and two fully controllable keys, indicates a high readiness of the device for production.

Решение поставленной задачи достигается тем, что тиристорные мосты выполнены m-фазными с подключением их ветвей к соответствующим фазам сети, а нагрузка подключена между общими точками диодов двух диодных ветвей. The solution to this problem is achieved by the fact that the thyristor bridges are made m-phase with the connection of their branches to the corresponding phases of the network, and the load is connected between the common points of the diodes of the two diode branches.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства, например, трехфазного (m=3), а на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного напряжения, в частности, при двухкратном переключении ключей на каждом полупериоде напряжения сети. The essence of the invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings, where in FIG. 1 is a schematic diagram of a device, for example, a three-phase (m = 3), and in FIG. 2 is a timing diagram explaining the principle of generating the output voltage, in particular, when switching the switches twice on each half-period of the mains voltage.

Реверсивный преобразователь (фиг. 1) содержит первый трехфазный тиристорный мост с нечетными фазными ветвями 1, 3, 5 и второй трехфазный тиристорный мост с четными фазными ветвями 4, 6 и 2, соответственно подключенными к фазам A, B и C сети; первую диодную ветвь 7, состоящую из двух последовательно и однонаправленно соединенных диодов и подключенную встречно параллельно первому полностью управляемому ключу 9, включенному в диагональ первого трехфазного тиристорного моста; вторую диодную ветвь 8, состоящую из двух последовательно и однонаправленно соединенных диодов и подключенную встречно-параллельно второму полностью управляемому ключу 10, включенному в диагональ второго трехфазного тиристорного моста; нагрузку 11, подключенную между общими точками диодов первой и второй диодных ветвей. При этом, в качестве полностью управляемых ключей 8 и 10, в устройстве могут быть использованы запираемые тиристоры или транзисторные ключи. The reversing converter (Fig. 1) contains a first three-phase thyristor bridge with odd phase branches 1, 3, 5 and a second three-phase thyristor bridge with even phase branches 4, 6 and 2, respectively connected to phases A, B and C of the network; the first diode branch 7, consisting of two serially and unidirectionally connected diodes and connected counterclockwise to the first fully controllable key 9, included in the diagonal of the first three-phase thyristor bridge; the second diode branch 8, consisting of two series-wise and unidirectionally connected diodes and connected counter-parallel to the second fully controllable switch 10, included in the diagonal of the second three-phase thyristor bridge; load 11 connected between the common points of the diodes of the first and second diode branches. At the same time, as fully controlled keys 8 and 10, lockable thyristors or transistor keys can be used in the device.

Устройство (фиг. 1) представляет собой собственно шесть однофазных коммутаторов переменного тока, включенных по схеме трехфазного моста с нагрузкой в диагонали этого моста. Нечетные коммутаторы содержат соответствующие нечетные тиристорные ветви 1, 3, 5 и общую для них диодную ветвь 7, одновременно ко всем из которых встречно параллельно подключен полностью управляемый тиристорный ключ 9, а четные коммутаторы переменного тока содержат соответствующие четные фазные тиристорные ветви 2, 4, 6 и общую для них диодную ветвь 8, одновременно ко всем из которых встречно параллельно подключен второй полностью управляемый ключ 10. The device (Fig. 1) is actually six single-phase AC switches connected according to the scheme of a three-phase bridge with a load in the diagonal of this bridge. Odd switches contain the corresponding odd thyristor branches 1, 3, 5 and a common diode branch 7 for them, while all of them are connected in parallel with a fully controlled thyristor switch 9, and even AC switches contain the corresponding even phase thyristor branches 2, 4, 6 and a common diode branch 8 for them, simultaneously to all of which a second fully controllable switch 10 is connected in parallel.

Принцип формирования устройством (фиг. 1) постоянного или переменного напряжения с регулируемыми параметрами сводится к переключению в определенной последовательности шести вышеупомянутых однофазных коммутаторов переменного тока. При этом на каждом временном интервале в работе находятся два коммутатора (один из четной и один из нечетной группы). Среднее значение выпрямленного напряжения нагрузки 11 постоянного тока или действующее значение напряжения нагрузки переменного тока регулируется изменением длительности импульсов внутри периода коммутации. При этом формирование последовательности импульсов (положительных и отрицательных) производится включением двух коммутаторов разных фаз, а формирование пауз с закорачиванием нагрузки - включением двух коммутаторов одной фазы. The principle of formation by the device (Fig. 1) of direct or alternating voltage with adjustable parameters is reduced to switching in a certain sequence of the six above-mentioned single-phase AC switches. At the same time, at each time interval, two switches are in operation (one of the even and one of the odd group). The average value of the rectified voltage of the DC load 11 or the effective value of the AC load voltage is controlled by changing the pulse duration within the switching period. In this case, the formation of a sequence of pulses (positive and negative) is performed by switching on two switches of different phases, and the formation of pauses with short-circuiting of loads is performed by switching on two switches of the same phase.

Включение коммутаторов переменного тока и поддержание его в работе при смене знака тока производится широких или коротких управляющих импульсов на полностью управляемый ключ и широких или пачек высокочастотных импульсов на оба однооперационных тиристора соответствующей ветви, относящиеся к этому коммутатору) а выключение - прерыванием тока через коммутатор на время восстановления запирающих свойств однооперационных тиристоров при помощи полностью управляемого ключа. Turning on the AC switches and maintaining it when changing the sign of the current is carried out by wide or short control pulses to a fully controllable key and wide or bursts of high-frequency pulses to both single-operation thyristors of the corresponding branch related to this switch) and turning off by interrupting current through the switch for a while restoration of the locking properties of single-operation thyristors using a fully managed key.

Последовательность подключения коммутаторов в процессе формирования выпрямленного напряжения U_d показана на фиг. 2. На этой же диаграмме показаны интервалы прерывания тока γ, интервалы проводящего состояния полностью управляемых ключей и управляющие импульсы для однооперационных тиристоров. Номера диаграмм соответствуют номерам элементов схемы, представленной на фиг. 1,
Нечетные коммутаторы формируют потенциал φ₁, четные - потенциал φ₂, а вся схема формирует на нагрузке 11 разность этих потенциалов (фиг. 2)
U_d= φ₁-φ₂.
Из фиг.2 видно, что период коммутации выходного выпрямленного напряжения равен (α+β)/2, длительность импульсов (α-β)/2 и длительность паузы β.
Среднее значение выпрямленного напряжения
U_d= U_d0(α-β)/(α+β), (1)
где α и β - временные интервалы со взаимно изменяющейся длительностью внутри неизменного коммутационного периода; U_d0 = 2,34; U_фс - максимальное фазное значение выпрямленного напряжения; U_фс - фазное напряжение сети.The sequence of connecting the switches during the formation of the rectified voltage U _{d is} shown in FIG. 2. The same diagram shows the intervals of current interruption γ, the intervals of the conducting state of fully controllable keys and control pulses for single-operation thyristors. The numbers of the diagrams correspond to the numbers of the elements of the circuit shown in FIG. 1,
Odd switches form the potential φ ₁ , even switches form the potential φ ₂ , and the whole circuit forms a difference of these potentials at load 11 (Fig. 2)
U _d = φ ₁ -φ ₂ .
From figure 2 it is seen that the switching period of the output rectified voltage is equal to (α + β) / 2, the pulse duration (α-β) / 2 and the duration of the pause β.
The average value of the rectified voltage
U _d = U _d0 (α-β) / (α + β), (1)
where α and β are time intervals with mutually changing durations within an unchanged switching period; U _d0 = 2.34; U _fs - the maximum phase value of the rectified voltage; U _fs - phase voltage of the network.

Из выражения (1) видно, что при α = β напряжение на нагрузке 11 равно нулю, а при α > β оно положительное с наибольшим значением. U_d = U_d0 при β = 0, а при α < β оно отрицательное с наибольшим значением U_d = -U_d0 при α = 0.
Заявляемое устройство, как более простое, обладающее меньшим числом элементов, может заменить известный реверсивный преобразователь со смешанной коммутацией.It can be seen from expression (1) that for α = β, the voltage at load 11 is zero, and for α> β it is positive with the highest value. U _d = U _d0 for β = 0, and for α <β it is negative with the highest value of U _d = -U _d0 for α = 0.
The inventive device, as simpler, with fewer elements, can replace the known reversible Converter with mixed switching.

Источники информации
1. Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Пер, с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983 (с. 310, рис. 8.25).Sources of information
1. Dzhuji L., Pelly B. Power semiconductor frequency converters: Per, with English. - M .: Energoatomizdat, 1983 (p. 310, Fig. 8.25).

2. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, а.с. СССР N 1050066, 1983, H 02 M 7/12. 2. The converter of alternating voltage to direct, and.with. USSR N 1050066, 1983, H 02 M 7/12.

Claims

A reversing converter containing m-phase input terminals designed to connect a network and two bridges on single-operation thyristors, each of which has a fully controllable key included in the diagonal, and a diode branch consisting of two series-connected diodes is connected in parallel to each fully controllable key characterized in that the thyristor bridges are made m-phase with the connection of their phase branches to the corresponding phases of the input terminals and the load is connected between the diode branches.