RU2173930C1

RU2173930C1 - Voltage control device

Info

Publication number: RU2173930C1
Application number: RU2000105303A
Authority: RU
Inventors: А.С. Мазнев; О.И. Шатнев; К.В. Марченко
Original assignee: Петербургский государственный университет путей сообщения
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-09-20

Abstract

FIELD: conversion equipment used on electric rolling stock. SUBSTANCE: proposed voltage control device has two fully controlled charge thyristors placed in series circuit. Circuit " reactor-second capacitor " is shunted by thyristors connected in parallel opposition. Circuit " first capacitor-reactor- second capacitor " is shunted by re-chargeable fully controlled thyristor. Circuit including thyristors connected in series is connected in parallel opposition to re- chargeable thyristor. Common terminal of these thyristors is linked to common terminal of capacitors of filter connected in series. Free terminal of first capacitor of filter is connected to anode of first re-chargeable thyristor and to plus terminal of power supply source and free terminal of second capacitor of filter is connected to cathode of second re-chargeable thyristor and minus terminal of power supply source. Load is connected to terminals of second capacitor. EFFECT: enhanced functional efficiency of device by way of prolonged flow of charging current with decrease of value of input voltage. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано на электрическом подвижном составе в качестве преобразователей постоянно-постоянного тока со звеном переменного тока для питания вспомогательных электрических потребителей и цепей управления. The invention relates to a converter technique and can be used on electric rolling stock as DC-DC converters with an AC link for powering auxiliary electrical consumers and control circuits.

Известно устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1700710 от 11.01.90, МКИ H 02 М 3/135, 7/515, опубл. 23.12.91, БИ N 47, Мазнев А. С.), содержащее цепь из последовательно соединенных зарядного, полностью управляемого тиристора, реактора и двух конденсаторов, подключенную к источнику питания. Кроме того, устройство содержит цепь из встречно-параллельно соединенных перезарядного и дополнительного тиристоров, которая шунтирует последовательную цепь: реактор и два конденсатора. Нагрузка подключена к зажимам второго конденсатора. A device for regulating voltage (see ed. St. USSR N 1700710 from 11.01.90, MKI H 02 M 3/135, 7/515, publ. 23.12.91, BI N 47, A. Maznev), containing a circuit of a series-connected charging, fully controlled thyristor, a reactor and two capacitors connected to a power source. In addition, the device contains a circuit of counter-parallel connected rechargeable and additional thyristors, which shunts the series circuit: a reactor and two capacitors. The load is connected to the terminals of the second capacitor.

Недостаток этого устройства состоит в том, что все напряжение источника питания распределяется на конденсаторах, а энергия перезаряда реактора перераспределяется на оба конденсатора одновременно, что создает дополнительные потери в этих цепях, и, кроме того, это устройство не позволяет значительно расширить диапазон регулирования выходного напряжения. The disadvantage of this device is that all the voltage of the power source is distributed on the capacitors, and the recharge energy of the reactor is redistributed to both capacitors at the same time, which creates additional losses in these circuits, and, in addition, this device does not significantly expand the range of regulation of the output voltage.

Известно устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1739460 от 18.06.90, МКИ Н 02 М 7/515, опубл. 07.06.92, БИ N 21, авторы Мазнев А.С., Рогов А.Н., Ширяев А.В.). Указанное устройство содержит те же элементы, что и в предыдущем изобретении. Однако последовательность включения между собой реактора и двух конденсаторов отличается от предыдущей тем, что реактор включен между конденсаторами. При этом первый конденсатор свободным зажимом подключен к катоду зарядного тиристора, а дополнительный тиристор шунтирует только последовательную цепь, содержащую реактор и второй конденсатор. A device for regulating voltage is known (see ed. St. USSR N 1739460 dated 06/18/90, MKI N 02 M 7/515, publ. 07.06.92, BI N 21, authors Maznev A.S., Rogov A.N. , Shiryaev A.V.). The specified device contains the same elements as in the previous invention. However, the sequence of switching on between the reactor and two capacitors differs from the previous one in that the reactor is connected between the capacitors. In this case, the first capacitor is connected by a free clip to the cathode of the charging thyristor, and the additional thyristor shunts only the series circuit containing the reactor and the second capacitor.

Недостаток этого устройства, как и предыдущего, состоит в том, что все напряжение питания распределяется на обоих конденсаторах, что также создает дополнительные потери в цепях заряда, и, кроме того, эта схема не позволяет значительно расширить диапазон регулирования выходного напряжения. The disadvantage of this device, as well as the previous one, is that all the supply voltage is distributed on both capacitors, which also creates additional losses in the charge circuits, and, in addition, this circuit does not significantly expand the range of regulation of the output voltage.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1735987 от 18.06.90, МКИ H 02 М 7/515, опубл. 23.05.92, БИ N 19, Мазнев А.С.), в котором, как и в предыдущем устройстве, к источнику питания подключается цепь, содержащая последовательно включенные в порядке перечисления зарядный, полностью управляемый тиристор, первый конденсатор, реактор и второй конденсатор. Нагрузка подключена также к выводам второго конденсатора, перезарядный тиристор полностью управляемый. При этом в устройстве функционирует цепь, содержащая два встречно-параллельно включенных тиристора. Один их общий вывод соединен с катодом перезарядного тиристора, а другой - с общим зажимом первого конденсатора и реактора. Closest to the claimed invention is a device for regulating voltage (see ed. St. USSR N 1735987 from 06/18/90, MKI H 02 M 7/515, publ. 23.05.92, BI N 19, A. Maznev), in which, as in the previous device, a circuit is connected to the power source that contains a charging, fully controllable thyristor, a first capacitor, a reactor, and a second capacitor sequentially connected in an enumeration order. The load is also connected to the terminals of the second capacitor, the recharge thyristor is fully controllable. In this case, the circuit operates in the device containing two counter-parallel connected thyristors. One common terminal is connected to the cathode of the charge-exchange thyristor, and the other is connected to the common clamp of the first capacitor and reactor.

Эта схема устройства позволяет расширить диапазон регулирования амплитудного значения напряжения на конденсаторах при заряде и перезаряде, что позволяет снизить потери и повысить КПД. This device circuit allows you to expand the range of regulation of the amplitude value of the voltage across the capacitors during charging and overcharging, which allows to reduce losses and increase efficiency.

Однако при этом величина напряжения источника питания распределена на обоих конденсаторах, что не позволяет дополнительно регулировать величину выходного напряжения и тем самым увеличить КПД схемы. However, at the same time, the voltage value of the power source is distributed on both capacitors, which does not allow to further control the value of the output voltage and thereby increase the efficiency of the circuit.

Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия путем увеличения коэффициента заполнения. The objective of the invention is to increase the efficiency by increasing the fill factor.

Указанная задача достигается тем, что в устройство для регулирования напряжения, содержащее первый зарядный, полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к положительному зажиму источника питания, реактор, включенный последовательно между первым и вторым конденсаторами, перезарядный, полностью управляемый тиристор, анодом соединенный с катодом первого зарядного тиристора и с первым, свободным, зажимом первого конденсатора, а катодом соединенный со вторым, свободным, зажимом второго конденсатора, а также два первых встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристора, один общий зажим которых подключен к общему зажиму первого конденсатора и реактора, а второй общий зажим указанных тиристоров соединен с катодом перезарядного тиристора, причем к обоим зажимам второго конденсатора подключена нагрузка, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй зарядный, полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к катоду перезарядного тиристора, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания, два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора, причем свободный катод одного из них соединен с катодом первого зарядного тиристора, свободный анод другого соединен с анодом второго зарядного тиристора, а общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов фильтра, свободный зажим первого из которых подключен к аноду первого зарядного тиристора, а свободный зажим второго подключен к катоду второго зарядного тиристора. This task is achieved by the fact that in the device for regulating the voltage, containing the first charging, fully controllable thyristor, an anode connected to the positive terminal of the power source, a reactor connected in series between the first and second capacitors, a recharging, fully controllable thyristor, an anode connected to the cathode of the first charging thyristor and with the first, free, clamp of the first capacitor, and the cathode connected to the second, free, clamp of the second capacitor, as well as the first two counter-pairs additionally connected thyristors, one common terminal of which is connected to the common terminal of the first capacitor and reactor, and the second common terminal of these thyristors is connected to the cathode of the rechargeable thyristor, and a load is connected to both terminals of the second capacitor, characterized in that a second charging terminal is additionally introduced into it, a fully controlled thyristor, anode connected to the cathode of the rechargeable thyristor, and the cathode to the negative terminal of the power supply, two other additional connected the thyristor is interconnected, moreover, the free cathode of one of them is connected to the cathode of the first charging thyristor, the free anode of the other is connected to the anode of the second charging thyristor, and the common anode-cathode clamp of these additional thyristors is connected to the common clamp of two filter capacitors connected in series, the free clamp of the first of which is connected to the anode of the first charging thyristor, and the free clip of the second is connected to the cathode of the second charging thyristor.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что в него дополнительно введены второй зарядный тиристор, являющийся полностью управляемым. Анодом этот тиристор подключен к катоду перезарядного тиристора, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания. Кроме того, в устройство введены два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора, причем свободный катод одного из них соединен с катодом первого зарядного тиристора, свободный анод другого соединен с анодом второго зарядного тиристора. Общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов фильтра, свободный зажим первого из которых подключен к аноду первого зарядного тиристора, а свободный зажим второго подключен к катоду второго зарядного тиристора. New in the proposed device is that it additionally introduced a second charging thyristor, which is fully controllable. This thyristor is connected by anode to the cathode of the charge-exchange thyristor, and by the cathode to the negative terminal of the power supply. In addition, two other additional thyristors connected in series with each other are introduced into the device, the free cathode of one of them being connected to the cathode of the first charging thyristor, the free anode of the other connected to the anode of the second charging thyristor. The common anode-cathode clamp of these additional thyristors is connected to the common clamp of two series-connected filter capacitors, the free clamp of the first of which is connected to the anode of the first charging thyristor, and the free clamp of the second is connected to the cathode of the second charging thyristor.

Это позволяет улучшить форму кривой выходного напряжения за счет регулирования продолжительности протекания зарядного тока при уменьшении величины входного напряжения и тем самым увеличить коэффициент заполнения. This allows you to improve the shape of the output voltage curve by adjusting the duration of the flow of the charging current while decreasing the input voltage, and thereby increase the duty cycle.

Сказанное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям новизны и изобретательского уровня. The foregoing allows us to conclude that the proposed invention meets the criteria of novelty and inventive step.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства. The drawing shows a schematic diagram of the proposed device.

Устройство содержит первый зарядный, полностью управляемый тиристор 1, анод которого подключен к положительному зажиму источника питания 2; реактор 3, включенный последовательно между первым 4 и вторым 5 конденсаторами; перезарядный, полностью управляемый тиристор 6, анодом соединенный с катодом первого зарядного тиристора 1 и с первым, свободным, зажимом первого конденсатора 4, а катодом соединенный со вторым, свободным, зажимом второго конденсатора 5; два первых встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристора 7 и 8, один общий зажим которых подключен к общему зажиму первого конденсатора 4 и реактора 3. Второй общий зажим указанных тиристоров 7 и 8 соединен с катодом перезарядного тиристора 6, причем к обоим зажимам второго конденсатора 5 подключена нагрузка 9. Дополнительно в устройство введен второй зарядный, полностью управляемый тиристор 10, анодом подключенный к катоду перезарядного тиристора 6, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания 2. Кроме того, введены два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора 11 и 12. Свободный катод одного из них 11 соединен с катодом первого зарядного тиристора 1, свободный анод другого 12 соединен с анодом второго зарядного тиристора 10. Общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров 11 и 12 подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов 13 и 14 фильтра. Свободный зажим первого 13 из них подключен к аноду первого зарядного тиристора 1, а свободный зажим второго 14 подключен к катоду второго зарядного тиристора 10. The device comprises a first charging, fully controllable thyristor 1, the anode of which is connected to the positive terminal of the power supply 2; reactor 3 connected in series between the first 4 and second 5 capacitors; a rechargeable, fully controllable thyristor 6, anode connected to the cathode of the first charging thyristor 1 and the first free clamp of the first capacitor 4, and a cathode connected to the second free clamp of the second capacitor 5; two first counter-parallel connected additional thyristors 7 and 8, one common clamp of which is connected to the common clamp of the first capacitor 4 and reactor 3. The second common clamp of these thyristors 7 and 8 is connected to the cathode of the recharge thyristor 6, and connected to both clamps of the second capacitor 5 load 9. Additionally, a second charging, fully controllable thyristor 10 is introduced into the device, connected to the cathode of the recharged thyristor 6 by the anode and to the negative terminal of the power supply 2 by the cathode. In addition, two other of additional thyristors 11 and 12 connected in series with each other. The free cathode of one of them 11 is connected to the cathode of the first charging thyristor 1, the free anode of the other 12 is connected to the anode of the second charging thyristor 10. The common anode-cathode clamp of these additional thyristors 11 and 12 is connected to the common clamp of two series-connected filter capacitors 13 and 14. The free clamp of the first 13 of them is connected to the anode of the first charging thyristor 1, and the free clamp of the second 14 is connected to the cathode of the second charging thyristor 10.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При одновременном включении зарядного тиристора 1 и дополнительного тиристора 12 начинается колебательный заряд конденсаторов 4 и 5 по цепи: "плюсовой" зажим конденсатора 13 фильтра - зарядный тиристор 1 - конденсатор 4 - реактор 3 - конденсатор 5 - тиристор 12 - "минусовой" зажим конденсатора 13. После достижения током заряда определенной величины тиристор 1 выключается и включается тиристор 7. В результате ток реактора 3 будет протекать по цепи: реактор 3 - конденсатор 5 - тиристор 7, тиристор 12 при этом запирается одновременно с тиристором 1. Энергия, запасенная в реакторе 3, передается только конденсатору 5. После снижения тока до нуля тиристор 7 закроется, а конденсатор 5 разряжается на нагрузку 9. When the charging thyristor 1 and additional thyristor 12 are turned on, the oscillatory charge of the capacitors 4 and 5 begins along the circuit: positive filter clamp 13 of the filter - charging thyristor 1 - capacitor 4 - reactor 3 - capacitor 5 - thyristor 12 - negative clamp of the capacitor 13 . After the charge current reaches a certain value, thyristor 1 turns off and turns on thyristor 7. As a result, the current of reactor 3 will flow through the circuit: reactor 3 - capacitor 5 - thyristor 7, thyristor 12 is locked simultaneously with thyristor 1. Energy, for grazed in the reactor 3, is transferred only to the capacitor 5. After the current is reduced to zero, the thyristor 7 is closed, and the capacitor 5 is discharged to the load 9.

Затем включается перезарядный тиристор 6, начинается перезаряд конденсаторов по цепи: конденсатор 4 - тиристор 6 - конденсатор 5 - реактор 3. В определенный момент времени, например при напряжении на конденсаторе 4, равном нулю, перезарядный, полностью управляемый тиристор 6 выключается и включается тиристор 8. Ток реактора 3 будет протекать по контуру: реактор 3 - тиристор 8 - конденсатор 5. Энергия реактора 3 передается конденсатору 5, полярность напряжения на его обкладках меняется на противоположную (указана на чертеже в скобках). После снижения тока тиристора 8 до нуля он выключается и начинается разряд конденсатора 5 на нагрузку 9. В результате формируется второй полупериод выходного напряжения. Then the rechargeable thyristor 6 is turned on, the capacitors recharge starts in the circuit: capacitor 4 - thyristor 6 - capacitor 5 - reactor 3. At a certain point in time, for example, when the voltage across the capacitor 4 is zero, the rechargeable, fully controllable thyristor 6 turns off and turns on the thyristor 8 The current of reactor 3 will flow along the circuit: reactor 3 - thyristor 8 - capacitor 5. The energy of reactor 3 is transferred to capacitor 5, the voltage polarity on its plates is reversed (indicated in parentheses in the drawing). After reducing the current of the thyristor 8 to zero, it turns off and the discharge of the capacitor 5 to the load 9 begins. As a result, a second half-cycle of the output voltage is formed.

По окончании разряда конденсатора 5 формируется следующий период выходного напряжения: включаются второй зарядный тиристор 10 и дополнительный тиристор 11. Начинается новый колебательный заряд конденсаторов 4 и 5 по цепи: "плюс" конденсатора 14 - тиристор 11 - конденсатор 4 - реактор 3 - конденсатор 5 - зарядный тиристор 10 -"минус" конденсатора 14. После достижения током заряда определенной величины тиристор 10 выключается, соответственно закрывается тиристор 11 и включается тиристор 7. А далее процесс передачи энергии от реактора 3 конденсатору 5 и следующие за этим процессы повторяются, как это было после отключения тиристоров 1 и 12. At the end of the discharge of the capacitor 5, the following output voltage period is formed: the second charging thyristor 10 and the additional thyristor 11 are turned on. A new oscillatory charge of the capacitors 4 and 5 starts along the circuit: the plus of the capacitor 14 - thyristor 11 - capacitor 4 - reactor 3 - capacitor 5 - the charging thyristor 10 is the “minus" of the capacitor 14. After the charge reaches a certain value, the thyristor 10 turns off, respectively, the thyristor 11 closes and the thyristor 7 is turned on. And then the process of transferring energy from the reactor 3 to the capacitor 5 and then The processes following this are repeated, as was the case after thyristors 1 and 12 were turned off.

Регулируя продолжительность протекания тока через тиристоры 1, 10 и 6, можно менять выходное напряжение от нуля до величины, определяемой соотношением параметров конденсаторов. При этом за счет уменьшения входной величины напряжения и увеличения длительности открытого состояния тиристоров 1 и 10 увеличивается коэффициент заполнения, а следовательно, улучшается форма кривой выходного напряжения и КПД устройства. By adjusting the duration of the current flowing through thyristors 1, 10 and 6, it is possible to change the output voltage from zero to a value determined by the ratio of capacitor parameters. At the same time, due to a decrease in the input voltage value and an increase in the duration of the open state of thyristors 1 and 10, the fill factor increases, and therefore, the shape of the output voltage curve and the efficiency of the device improves.

Claims

A voltage control device comprising a first charging fully controllable thyristor, an anode connected to the positive terminal of a power source, a reactor connected in series between the first and second capacitors, a recharging, fully controllable thyristor, an anode connected to the cathode of the first charging thyristor and with the first free clamp of the first capacitor and the cathode connected to the second free clamp of the second capacitor, as well as the first two counter-parallel connected additional dashes torus, one common clamp of which is connected to the common clamp of the first capacitor and reactor, and the second common clamp of these thyristors is connected to the cathode of the rechargeable thyristor, and a load is connected to both clamps of the second capacitor, characterized in that a second charging fully controllable thyristor is additionally introduced into it, an anode connected to the cathode of the rechargeable thyristor, and the cathode to the negative terminal of the power source, two other additional connected in series with each other thyristor, and the cathode of one of them is connected to the cathode of the first charging thyristor, the free anode of the other is connected to the anode of the second charging thyristor, and the common anode-cathode clamp of these additional thyristors is connected to the common clamp of two series-connected filter capacitors, the free clamp of the first of which is connected to the anode of the first a charge thyristor, and a free clip of the second is connected to the cathode of the second charge thyristor.