RU2373625C1 - Variable voltage zoned regulator - Google Patents
Variable voltage zoned regulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2373625C1 RU2373625C1 RU2008138763/09A RU2008138763A RU2373625C1 RU 2373625 C1 RU2373625 C1 RU 2373625C1 RU 2008138763/09 A RU2008138763/09 A RU 2008138763/09A RU 2008138763 A RU2008138763 A RU 2008138763A RU 2373625 C1 RU2373625 C1 RU 2373625C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- phase
- series
- keys
- controlled
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое по величине переменное напряжение, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока и в качестве устройств их плавного пуска.The present invention relates to semiconductor converters of electrical energy, designed to convert an alternating voltage into a variable-sized alternating voltage, and can be used in controlled alternating current electric drives and as devices for their soft start.
Известен многозонный регулятор переменного напряжения с вольтдобавкой (Липковский К.А. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей переменного напряжения. Киев, Наукова думка, 1983, с.148), который содержит трансформатор (однофазный или трехфазный) напряжения, к первичным и вторичным обмоткам которого последовательно подключены ключи переменного тока.Known multi-zone AC voltage regulator with voltage boost (K. Lipkovsky. Transformer-key executive structures of AC voltage converters. Kiev, Naukova Dumka, 1983, p.148), which contains a transformer (single-phase or three-phase) voltage, to the primary and secondary windings of which AC keys are connected in series.
Такой регулятор характеризуется сложностью из-за наличия ключей переменного тока на первичных и вторичных обмотках трансформатора, плохим использованием ключей по напряжению.Such a regulator is characterized by complexity due to the presence of alternating current switches on the primary and secondary windings of the transformer, and the poor use of voltage switches.
Кроме того, известен многозонный регулятор переменного напряжения в однофазном или трехфазном исполнении (Липковский К.А. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей переменного напряжения. Киев, Наукова думка, 1983, с.100), являющийся прототипом, содержащий однофазный или трехфазный трансформатор с секционированной вторичной обмоткой для получения различных уровней переменного входного напряжения, а также содержащий группу управляемых ключей переменного тока, образованных из встречно-параллельно включенных тиристоров или транзисторов, подключенных одними выводами к отводам вторичных обмоток входного трансформатора переменного напряжения, а вторыми выводами подключенных к соответствующим фазам многофазной нагрузки, соединенной в звезду или треугольник.In addition, a multi-zone AC voltage regulator in a single-phase or three-phase design is known (K. Lipkovsky. Transformer-key executive structures of AC voltage converters. Kiev, Naukova Dumka, 1983, p. 100), which is a prototype containing a single-phase or three-phase transformer with a partitioned secondary winding for obtaining various levels of alternating input voltage, as well as containing a group of controlled alternating current switches formed from counter-parallel connected dashes sources or transistors connected by one terminal to the taps of the secondary windings of the AC input transformer, and second terminals connected to the corresponding phases of the multiphase load connected in a star or delta.
Недостатком этого регулятора является большие обратные напряжения на ключах, которые определяются амплитудами напряжения вторичных обмоток трансформатора, что ухудшает использование по напряжению ключей регулятора.The disadvantage of this regulator is the large reverse voltages on the keys, which are determined by the voltage amplitudes of the secondary windings of the transformer, which impairs the use of voltage regulator keys.
Задачей предлагаемого изобретения является создание многозонного регулятора переменного напряжения с лучшим использованием по напряжению ключей регулятора.The objective of the invention is the creation of a multi-zone AC voltage regulator with the best use of voltage regulator keys.
Поставленная задача достигается тем, что в многозонном регуляторе переменного напряжения, содержащем группу управляемых ключей (выполненных на тиристорах или транзисторах), подключенных одними выводами к разным уровням переменного входного напряжения, а вторыми выводами подключенных к соответствующим фазам многофазной нагрузки, соединенной в звезду или треугольник, введены цепочки из n-последовательно соединенных конденсаторов по числу фаз переменного напряжения, а группа управляемых ключей в каждой фазе регулятора разделена на две подгруппы из последовательно соединенных n-однонаправленных ключей (тиристоров или транзисторов), введены также в каждой фазе регулятора две группы диодов из n-1 диодов каждая, причем одна подгруппа n управляемых однонаправленных ключей, соединенных последовательно, подключена в каждой фазе регулятора катодом крайнего ключа к фазам входного переменного напряжения, а анодом другого крайнего ключа подгруппы - к одной из соответствующих фаз нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых ключей той же фазы регулятора подключена анодом крайнего ключа к соответствующим фазам входного переменного напряжения, а катодом - к той же фазе нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых ключей первой подгруппы и отводами цепочки из n-последовательно соединенных конденсаторов включены диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, аналогично, между катодами последовательно включенных управляемых ключей второй подгруппы и отводами той же цепочки из n-последовательно соединенных конденсаторов также включены диоды второй дополнительной группы, анодами к соответствующим отводам n-последовательно соединенных конденсаторов.The problem is achieved in that in a multi-zone AC voltage regulator containing a group of controlled keys (made on thyristors or transistors) connected by one terminal to different levels of alternating input voltage, and the second terminal connected to the corresponding phases of the multiphase load connected to a star or a triangle, chains of n-series-connected capacitors are introduced according to the number of phases of alternating voltage, and the group of controlled keys in each phase of the regulator is divided into two subgroups of serially connected n-unidirectional keys (thyristors or transistors), two groups of diodes of n-1 diodes each are also introduced in each phase of the regulator, and one subgroup of n controlled unidirectional keys connected in series is connected in each phase of the regulator by the cathode of the extreme key to the phases of the input AC voltage, and the anode of the other extreme key of the subgroup to one of the corresponding phases of the load, the second group of sequentially connected controlled keys of the same phase of the regulator is connected by the anode of the extreme key to the corresponding phases of the input AC voltage, and the cathode to the same phase of the load, while between the anodes of the serially connected controlled keys of the first subgroup and the taps of the chain of n-series connected capacitors, the diodes of the first additional group are connected, the cathodes to the taps, similarly , between the cathodes of the serially connected controlled keys of the second subgroup and the taps of the same chain of n-series connected capacitors, the diodes of the second are also included ln group, anodes to the corresponding taps of n-series connected capacitors.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого изобретения в виде трехфазного трехзонного регулятора на ключах, на фиг.2 приведена схема предлагаемого изобретения трехфазного трехзонного регулятора на ключах в виде тиристоров, на фиг.3 приведена диаграмма переменного напряжения на нагрузке для первого поддиапазона регулирования при выполнении ключей на тиристорах, как показано на фиг.2, на фиг.4 приведена диаграмма переменного напряжения и тока нагрузки для второго поддиапазона регулирования при выполнении ключей на тиристорах в соответствии с фиг.2, на фиг.5 приведена диаграмма переменного напряжения и тока нагрузки для третьего поддиапазона регулирования (для наглядности для режима независимой работы фаз нагрузки) для регулятора на фиг.2, на фиг.6 приведена диаграмма переменного напряжения нагрузки для первого поддиапазона регулирования при выполнении ключей регулятора фиг.1 на транзисторах (для наглядности для режима независимой работы фаз нагрузки), здесь же показано напряжение одного конденсатора цепочки последовательных конденсаторов, на фиг.7 приведена диаграмма переменного напряжения нагрузки для второго поддиапазона регулирования при выполнении ключей регулятора фиг.1 на транзисторах (для наглядности для режима независимой работы фаз нагрузки).Figure 1 shows a diagram of the invention in the form of a three-phase three-zone controller on keys, figure 2 shows a diagram of the invention of a three-phase three-zone controller on keys in the form of thyristors, figure 3 shows a diagram of the AC voltage at the load for the first control sub-band when performing keys on thyristors, as shown in figure 2, figure 4 shows a diagram of the alternating voltage and load current for the second control sub-range when executing the keys on the thyristors in accordance with figure 2, figure 5 shows a diagram of the alternating voltage and load current for the third regulation sub-band (for clarity, for the independent operation of the phases of the load) for the controller in figure 2, figure 6 shows a diagram of the alternating voltage of the load for the first regulation sub-band at the execution of the keys of the controller of figure 1 on transistors (for clarity, for the independent operation of the phases of the load), here also shows the voltage of one capacitor of a series of series capacitors, figure 7 shows a diagram of the load voltage for the second control sub-range when executing the controller keys of Fig. 1 on transistors (for clarity, for the independent operation of the load phases).
Многозонный регулятор переменного напряжения (фиг.1) содержит в каждой фазе цепочку из n=3 последовательно включенных конденсаторов ЦК1 (на фиг.1 это конденсаторы 2, 3, 4 для изображенного случая с n=3), подключенных в каждой фазе регулятора начальным выводом цепочки к соответствующей фазе А, В, С входного переменного напряжения, а конечные выводы цепочек разных фаз соединены между собой, первую подгруппу из n-последовательно включенных прямых ключей цепочки ЦПК 5 (для рассматриваемого на фиг.1 случая с n=3 это ключи 6, 7, 8), подключенную анодом первого ключа 6 к соответствующей фазе А, В, С входного переменного напряжения и катодом последнего ключа 8 к соответствующей фазе X, Y, Z нагрузки регулятора, вторую подгруппу из n-последовательно включенных управляемых ключей цепочки ЦОК 9 (в рассматриваемом на фиг.1 случае с n=3 это ключи 10, 11, 12), подключенную катодом первого ключа к соответствующей фазе А, В, С входного переменного напряжения и анодом последнего ключа - к соответствующей фазе X, Y, Z нагрузки регулятора, две группы диодов - прямые диоды ПД 13, и обратные диоды ОД 14, состоящую в первой группе из n-1 диодов (в случае фиг.1 n=3 это диоды 15, 16) и во второй группе диодов также из n-1 диодов (в случае фиг.1 n=3 это диоды 17, 18), подключенные анодами первой группы диодов к отводам цепочки из n-последовательно включенных конденсаторов 2, 3 и своими катодами к катодам ЦПК 5 последовательно включенных прямых управляемых ключей 6, 7 и подключенные катодами второй группы диодов ОД 14 к отводам цепочки из n-последовательно включенных конденсаторов 2, 3, а своими анодами - к анодам ЦОК 9 управляемых ключей 10, 11.The multi-zone AC voltage regulator (Fig. 1) contains in each phase a chain of n = 3 series-connected capacitors CC1 (in Fig. 1 these are
Многозонный регулятор переменного напряжения на фиг.2 содержит ключи, выполненные на тиристорах.The multi-zone AC voltage regulator in figure 2 contains keys made on thyristors.
Устройство работает следующим образом. Сначала рассмотрим случай, когда в качестве ключей на фиг.1 использованы тиристоры, как показано на фиг.2, а затем и случай транзисторов в качестве ключей. В обоих случаях конфигурация схемы регуляторов одинакова, но алгоритмы управления ключами разные. Весь диапазон регулирования переменного напряжения разделен на n поддиапазонов, в рассматриваемом случае на n=3 поддиапазона. В первом поддиапазоне при положительной полуволне питающего напряжения, полярность которого соответствует знакам (+) на верхних выводах каждого конденсатора цепочки конденсаторов ЦК 1, сначала включаются тиристоры 7 и 8 по моментам перехода отрицательной полуволны тока нагрузки через ноль и затем с варьируемым в этом поддиапазоне углом α1>0 тиристор 6.The device operates as follows. First, we consider the case when thyristors are used as keys in Fig. 1, as shown in Fig. 2, and then the case of transistors as keys. In both cases, the configuration of the controller circuit is the same, but the key management algorithms are different. The entire range of AC voltage regulation is divided into n subbands, in this case, n = 3 subbands. In the first subband, at a positive half-wave of the supply voltage, the polarity of which corresponds to the signs (+) on the upper terminals of each capacitor of the chain of
Ток при этом протекает сначала по контуру: конденсатор 2 - диод 15 - тиристор 7 - тиристор 8 - фаза X нагрузки и далее через фазы нагрузки Y и Z и соответствующие тиристоры входных фаз В и С регулятора. Затем с регулируемым углом αх>0 (на фиг.3 этот угол взят равным 90°) включается тиристор 6 и ток из цепочки конденсатор 2 - диод 15 переходит в него, в результате чего напряжение на нагрузке фазы X увеличивается скачком до полного напряжения питающей сети в фазе А (на фиг.3 - c 200 вольт до 300 вольт). В момент перехода напряжения нагрузки через ноль тиристоры 6 и 7 выключаются в силу естественной коммутации и ток в нагрузке течет через тиристор 8 против напряжения конденсатора 4 третьей секции цепочки конденсаторов 1 фазы А. По моментам перехода положительной полуволны тока нагрузки фазы А через ноль включаются тиристоры 11 и 12. Отрицательная полуволна тока нагрузки начинает протекать через тиристоры 11 и 12, диод 17, конденсатор 2 цепочки конденсаторов ЦК 1 фазы А. Затем, аналогично, как в положительную полуволну, здесь включается тиристор 10 с варьируемым в этом поддиапазоне углом α1>0, и ток из диода 17 и конденсатора 2 переходит в силу естественной коммутации в тиристор 10 и фазу А входного напряжения. Мгновенное значение отрицательного переменного напряжения на нагрузке фазы А возрастает до полного напряжения фазы А сети, как показано на фиг.3, где наряду с переменным напряжением показан и ток нагрузки.The current flows first along the circuit: capacitor 2 - diode 15 - thyristor 7 - thyristor 8 - load phase X and then through the load phases Y and Z and the corresponding thyristors of the input phases B and C of the controller. Then, with an adjustable angle α x > 0 (in figure 3 this angle is taken equal to 90 °), the thyristor 6 is turned on and the current from the circuit of the capacitor 2 -
Тогда форма напряжения на нагрузке в этой полуволне будет такая же двухуровневая, как в предыдущей полуволне, как показано на фиг.3.Then the form of voltage on the load in this half-wave will be the same two-level as in the previous half-wave, as shown in Fig. 3.
Для устранения некоторого искажения кривой напряжения на нагрузке на интервале протекания тока против напряжения нагрузки можно крайние диоды 16 и 18 обеих групп диодов ПД 13 и ОД 14 заменить на тиристоры.To eliminate some distortion of the voltage curve at the load in the interval of current flow against the load voltage, the
Во втором поддиапазоне регулирования переменного напряжения в положительную полуволну питающего напряжения сначала включается тиристор 12 с диодом 18 и на нагрузке фазы X действует напряжения секции конденсатора 4 цепочки конденсаторов 1 фазы А, т.е. одна треть от максимального напряжения фазы при условии равенства емкостей конденсаторов цепочки конденсаторов ЦК 1. Ток протекает по контуру конденсаторы 2, 3 - диод 18 - тиристор 12 - фаза X нагрузки. Затем с варьируемым углом α2>0 включается тиристор 11 и напряжение на нагрузке становится равным сумме напряжений секций 3 и 4 цепочки конденсаторов ЦК 1. Результирующая кривая напряжения на нагрузке показана на фиг.4 для второго поддиапазона регулирования. При отрицательной полуволне питающего напряжения сначала включается тиристор 12, а затем с углом α2>0 тиристор 11.In the second sub-range of AC voltage regulation, the thyristor 12 with the diode 18 is first turned on in the positive half-wave of the supply voltage and the voltage of the capacitor section 4 of the chain of
В третьем поддиапазоне регулирования переменного напряжения в положительную полуволну питающего напряжения включается с варьируемым углом α3>0 тиристор 8 и фаза X нагрузки получает питание от одной трети питающего напряжения, действующего на конденсаторе 4. С момента перехода тока нагрузки этой фазы через ноль вступает в работу тиристор 12 с диодом 18 и аналогично формируется отрицательная полуволна тока нагрузки. Результирующая кривая переменного напряжения на нагрузке будет такая же, как в классической схеме регулятора напряжения, питающегося от одной секции цепочки конденсаторов ЦК 1, как показано на фиг.5 (для наглядности для режима независимой работы фаз нагрузки, т.е. при соединении нулевых точек источника и нагрузки).In the third sub-range of AC voltage regulation, the
Теперь рассмотрим случай использования транзисторов в качестве ключей. В первом поддиапазоне при положительной полуволне питающего напряжения, полярность которого соответствует знакам (+) на верхних выводах секций цепочки из n-последовательно включенных конденсаторов, включаются с повышенной частотой поочередно то два транзистора 7 и 8, то три транзистора 6, 7, 8. При отрицательной полуволне питающего напряжения, полярность которого соответствует знакам (-) на верхних выводах секций цепочки из n-последовательно включенных конденсаторов, включаются с повышенной частотой поочередно то два транзистора 11 и 12, то три транзистора 10, 11, 12. Напряжение uн на нагрузке фазы X имеет вид, показанный на фиг.6, где дополнительно показано напряжение u21 одной секции цепочки из n-последовательно включенных конденсаторов. При активно-индуктивной нагрузке указанные последовательности управления необходимо делать по интервалам, соответствующим положительной и отрицательной полуволнам тока нагрузки, как и в случае тиристорного регулятора.Now consider the case of using transistors as keys. In the first subband, with a positive half-wave of the supply voltage, the polarity of which corresponds to the signs (+) on the upper outputs of the sections of the chain of n-series-connected capacitors, two
Во втором поддиапазоне регулирования выходного напряжения при положительной полуволне питающего напряжения включаются с повышенной частотой поочередно то один транзистор 8, то два транзистора 7, 8. При отрицательной полуволне питающего напряжения включаются с повышенной частотой поочередно то один транзистор 12, то два транзистора 11, 12. На фиг.7 приведена диаграмма переменного напряжения нагрузки для второго поддиапазона регулирования (для наглядности для режима независимой работы фаз нагрузки). В третьем диапазоне регулирования выходного напряжения кривая напряжения на нагрузке регулируется методом ШИР или же так же, как и в случае тиристорного регулятора.In the second sub-range of regulation of the output voltage, with a positive half-wave of the supply voltage, one
Таким образом, создан многозонный регулятор переменного напряжения с лучшим использованием по напряжению ключей регулятора за счет уменьшения на тиристорах обратных напряжений, т.к. напряжения на тиристорах 6-8 и 10-12 фиксируются с помощью диодов 15-16 и 17-18 соответственно на уровне напряжения секции цепочки конденсаторов, которое в общем случае в n раз (здесь в 3 раза) меньше входного переменного напряжения питающей сети.Thus, a multi-zone AC voltage regulator was created with the best use of voltage regulator keys by reducing reverse voltages on thyristors, because the voltages at thyristors 6-8 and 10-12 are fixed using diodes 15-16 and 17-18, respectively, at the voltage level of the section of the capacitor chain, which in the general case is n times (here 3 times) less than the input AC voltage of the supply network.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008138763/09A RU2373625C1 (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Variable voltage zoned regulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008138763/09A RU2373625C1 (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Variable voltage zoned regulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2373625C1 true RU2373625C1 (en) | 2009-11-20 |
Family
ID=41478022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008138763/09A RU2373625C1 (en) | 2008-09-29 | 2008-09-29 | Variable voltage zoned regulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2373625C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461875C1 (en) * | 2011-07-12 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Multizone frequency-pulse-duration alternating voltage controller |
RU2507669C1 (en) * | 2012-10-19 | 2014-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" | Ac voltage controller |
RU2529887C1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | M-phase variable voltage regulator |
RU2769343C1 (en) * | 2021-07-07 | 2022-03-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Ac voltage regulator |
-
2008
- 2008-09-29 RU RU2008138763/09A patent/RU2373625C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461875C1 (en) * | 2011-07-12 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Multizone frequency-pulse-duration alternating voltage controller |
RU2507669C1 (en) * | 2012-10-19 | 2014-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" | Ac voltage controller |
RU2529887C1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | M-phase variable voltage regulator |
RU2769343C1 (en) * | 2021-07-07 | 2022-03-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Ac voltage regulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sathik et al. | An improved seven-level PUC inverter topology with voltage boosting | |
US9831778B2 (en) | Power-converting device and power conditioner using the same | |
US9806618B2 (en) | Power converting device and power conditioner using the same | |
JP4759673B2 (en) | Multi-level converter and control method thereof | |
Hosseini et al. | An attempt to improve output voltage quality of developed multi-level inverter topology by increasing the number of levels | |
RU2373625C1 (en) | Variable voltage zoned regulator | |
RU2411628C1 (en) | Multilevel bridge autonomous voltage inverter | |
RU2411627C1 (en) | Multilevel autonomous voltage inverter | |
RU142160U1 (en) | Thyristor Variable Voltage Regulator | |
JP5814759B2 (en) | Power converter | |
Ali et al. | High boost seventeen-level switched capacitor inverter topology with continuous input current | |
JP2013055753A (en) | Multilevel power converter | |
RU2564990C2 (en) | Three-phase voltage regulator | |
RU2357352C1 (en) | Three-phase high ac voltage converter | |
RU2368937C1 (en) | Ac voltage controller | |
Shahir et al. | 16-level basic topology for cascaded multilevel inverters with reduced number of components | |
RU2726946C1 (en) | Ac voltage regulator | |
Sudhakar et al. | Design of DC-DC converter for wind power application | |
RU2523001C2 (en) | Multizone direct to alternate current converter | |
Anand et al. | Experimental Validation of a Quadruple Boost Multilevel Inverter for Medium Voltage High Power Renewable Energy Integration | |
Das et al. | A generalized hybrid multilevel inverter with reduced number of switches | |
RU2408968C1 (en) | Cycloconverter/cycloinverter | |
RU2713389C2 (en) | Multi-zone dc/ac converter | |
RU2580677C1 (en) | Step-up/step-down voltage controller | |
RU2507669C1 (en) | Ac voltage controller |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130930 |