RU2396687C1

RU2396687C1 - Alternating voltage converter (versions)

Info

Publication number: RU2396687C1
Application number: RU2009131199/09A
Authority: RU
Inventors: Ариф Гасан оглы Аслан-заде (RU); Ариф Гасан оглы Аслан-заде
Original assignee: Ариф Гасан оглы Аслан-заде
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2010-08-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention can be used for optimisation of converters, for example for conversion of single-phase alternating voltage to alternating or/and direct, with advanced operating angle of controlled voltage with naturally switched thyristors on primary side of transformer made on two magnetic conductors or standardisation of transformer and valve equipment. Converter of single-phase alternating voltage includes transformer on two twisted strip ring-shaped magnetic conductors with primary and secondary windings arranged by the fact that any cavity envelopes the secondary winding of both magnetic conductors, and one output of each primary winding is connected to the first output of bipole, the second output of which is connected to inlet output, and free output - directly to the other input output; both primary windings together with the above bipoles, one of which can be short-circuited, and the other one - thyristor, are connected to one and the same pair of inlet outputs; at that, reciprocal priority of descriptions of outputs of primary windings from one and the same inlet output to the other corresponds to equal directions of coiling of primary windings relative to common axis of magnetic conductors. In the second version, the converter of three-phase alternating voltage can be made on pin-type or strip twisted magnetic conductors and includes four thyristor bipoles; at that, ratio of frequency of actuation of thyristors of various groups of bipoles per even number of supply voltage periods is two.

EFFECT: increasing power coefficient or uniform distribution of load between primary windings considering the observation of equality of commutation angles and irrespective of the design of transformers, by means of which the possibility of standardisation of transformer and valve equipment is achieved.

6 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в первом варианте для преобразования однофазного переменного напряжения в переменное или/и постоянное, с опережающим углом отсечки регулируемого напряжения естественно коммутируемыми тиристорами с первичной стороны трансформатора, выполненного на двух витых ленточных магнитопроводах кольцевидной формы, а во втором варианте для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, также на двух магнитопроводах, но произвольного исполнения с двумя или четырьмя равномерно нагружаемыми выпрямляющими диодами при регулировании напряжения тиристорами с отстающим углом отсечки с первичной стороны трансформатора.The invention relates to a conversion technique and can be used in the first embodiment for converting a single-phase alternating voltage to alternating and / or constant, with a leading angle of cutoff of the regulated voltage by naturally switched thyristors on the primary side of the transformer, made on two ring-shaped twisted magnetic circuits, and in the second variant for converting a three-phase alternating voltage to direct, also on two magnetic cores, but of arbitrary design with two mja or four uniformly loads the rectifying diodes with voltage regulation by thyristors cutoff angle lagging the primary side of the transformer.

В настоящее время среди преобразователей переменного напряжения не существует устройства с возможностью получения опережающего угла отсечки преобразуемого напряжения естественно коммутируемыми тиристорами, т.е. получения такого режима коммутации, когда ток с тиристора, заканчивающего свою работу, переходит на очередной тиристор до наступления момента естественной коммутации. В частном случае преобразования однофазного переменного напряжения не существует устройства, в котором ток нагрузки проводящего тиристора естественным образом прерывается в неразомкнутой цепи до отключения на нем прямого напряжения.Currently, there is no device among AC converters with the ability to obtain a leading cutoff angle of the converted voltage by naturally switched thyristors, i.e. obtaining such a switching mode, when the current from the thyristor, which finishes its operation, passes to the next thyristor until the moment of natural switching occurs. In the particular case of converting a single-phase alternating voltage, there is no device in which the load current of the conducting thyristor is naturally interrupted in an open circuit until the direct voltage is turned off on it.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что до наступления момента естественной коммутации напряжение на тиристоре, заканчивающем свою работу, превосходит напряжение на тиристоре, вступающем в работу. Соответственно в случае однофазного преобразования спад тока нагрузки проводящего тиристора до нуля не может произойти естественным образом до отключения или перехода через нуль прямого напряжения на тиристоре.The set of reasons that impede the achievement of the required technical result is that before the moment of natural switching, the voltage at the thyristor, which finishes its work, exceeds the voltage at the thyristor, which comes into operation. Accordingly, in the case of a single-phase conversion, the drop in the load current of the conducting thyristor to zero cannot occur naturally until the forward voltage on the thyristor is turned off or passes through zero.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное (аналог второго варианта), содержащий два однофазных трансформатора с вторичными обмотками, подключенными к входам однофазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно, образуя выпрямитель с числом вентилей, кратным четырем, с двумя первичными фазными обмотками, подключенными промежуточными выводами, делящими витки каждой из них на равные части, к выводам первой пары встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, одной парой разноименных крайних выводов обеих обмоток - к разноименным фазным входным выводам, а другой парой разноименных крайних выводов - к выводам второй и третьей пар встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, свободные выводы которых подключены к свободному фазному входному выводу (см. А.с. №1457124, Кл. Н02М, 7/17, от 01.06.87).A known converter of three-phase AC to DC (analogue of the second option), containing two single-phase transformers with secondary windings connected to the inputs of single-phase rectifiers, the outputs of which are connected in parallel, forming a rectifier with the number of valves multiple of four, with two primary phase windings connected by intermediate leads dividing the turns of each of them into equal parts, to the terminals of the first pair of counter-parallel-connected controlled valves, one pair of opposite extreme x conclusions of both windings - to opposite phase input terminals, and another pair of opposite extreme conclusions - to the terminals of the second and third pairs of counter-parallel connected controlled valves, the free terminals of which are connected to a free phase input terminal (see A.S. No. 1457124, Cl. Н02М, 7/17, from 01.06.87).

Недостатком трехфазного преобразователя является необходимость промежуточного вывода в каждой первичной обмотке, делящего ее на равные части для равномерного распределения нагрузки между диодами и трансформаторами. Наличие указанных промежуточных выводов приводит к формированию неравных углов коммутации при переключениях между тиристорами, подключенными к промежуточным и крайним выводам первичных фазных обмоток, а возможная замена промежуточных выводов крайними для подключения той же пары тиристоров создает неравные углы проводимости диодов.The disadvantage of a three-phase converter is the need for an intermediate output in each primary winding, dividing it into equal parts for uniform load distribution between diodes and transformers. The presence of these intermediate terminals leads to the formation of unequal switching angles when switching between thyristors connected to the intermediate and extreme terminals of the primary phase windings, and the possible replacement of the intermediate terminals by the extreme ones for connecting the same pair of thyristors creates unequal conduction angles of the diodes.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в неравных условиях проводимости тиристоров, подключенных к разнотипным выводам, и, как следствие, в неравных токах диодов в двух из шести интервалов дискретности, проявляющихся в виде биений в форме выпрямленного напряжения.The set of reasons that impede the achievement of the required technical result consists in unequal conduction conditions of thyristors connected to different types of conclusions, and, as a result, in unequal currents of diodes in two of the six discrete intervals, which manifest themselves in the form of beats in the form of a rectified voltage.

Наиболее близким техническим решением (прототип - аналог обоих вариантов) является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, например секционированными, подключенными каждая первичная одним выводом к первой общей точке основных встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, вторая общая точка которых соединена с фазным входным выводом, а свободным выводом - непосредственно к входному выводу смежной фазы, дополнительными встречно-параллельно включенными управляемыми вентилями, подключенными первой общей точкой к крайнему выводу одной первичной обмотки, две вторичные обмотки, одна пара разноименных выводов которых образует общий вывод, а другая подключена к одноименным электродам диодов, соединенных другой парой электродов с первым выходным выводом, второй выходной вывод, в любой полости, образованной вторичной обмоткой, размещен один стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора, вторая общая точка дополнительных управляемых вентилей подключена к соответствующему выводу цепи, содержащей совместно с парой основных управляемых вентилей другую первичную обмотку, и замыкает последовательную цепь, состоящую из всех управляемых вентилей и одной из первичных обмоток, а общий вывод вторичных обмоток подключен ко второму выходному выводу (см. патент №2358379, Кл. Н02М, 7/155, от 08.05.2008).The closest technical solution (prototype is an analogue of both options) is an AC to DC converter, containing two single-phase transformers with primary and secondary windings, for example, sectioned, each primary connected with one output to the first common point of the main counter-parallel connected controlled valves, the second common the point of which is connected to the phase input terminal, and the free terminal directly to the input terminal of the adjacent phase, additional counter-parallel controlled valves connected by the first common point to the extreme terminal of one primary winding, two secondary windings, one pair of opposite terminals of which forms a common terminal, and the other is connected to the same electrode diodes connected by another pair of electrodes to the first output terminal, the second output terminal, in any cavity formed by the secondary winding, there is one rod with the primary winding of each transformer, the second common point of additional controlled valves is connected to the corresponding yuschemu conclusion circuit containing a pair of basic together with controlled valves another primary winding, and closes the series circuit, consisting of all controlled valves and one of the primary windings, and the total output of secondary winding connected to the second output terminal (see. Patent No. 2358379, Cl. Н02М, 7/155, dated 05/08/2008).

Недостатком трехфазного преобразователя является препятствующее унификации магнитопроводов, неодинаковое распределение нагрузки между первичными обмотками.The disadvantage of a three-phase converter is that it prevents the unification of the magnetic cores, the uneven distribution of the load between the primary windings.

Кроме того, недостатком этого преобразователя в случае однофазного режима работы является невозможность получения опережающего угла отсечки преобразуемого напряжения естественно коммутируемыми тиристорами.In addition, the disadvantage of this converter in the case of a single-phase operation mode is the inability to obtain a leading cutoff angle of the converted voltage by naturally switched thyristors.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что угол проводимости одной из первичных обмоток равен 240 эл.град., а другой - 120 эл.град., т.е. вдвое меньше. Кроме того, спад тока нагрузки тиристора до нуля, в случае однофазного режима работы, не может произойти естественным образом до отключения или перехода через нуль прямого напряжения на этом тиристоре.The set of reasons that impede the achievement of the required technical result is that the conduction angle of one of the primary windings is 240 electric degrees, and the other 120 electrical degrees, i.e. half as much. In addition, the drop in the thyristor load current to zero, in the case of a single-phase operation mode, cannot occur naturally until the direct voltage on this thyristor is turned off or passes through zero.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в оптимизации режимов работы путем создания в первом варианте однофазного преобразователя с повышенным коэффициентом мощности, работающего в качестве регулятора переменного напряжения или/и выпрямителя с опережающим углом отсечки преобразуемого напряжения естественно коммутируемыми тиристорами с первичной стороны группового трансформатора или в получении во втором варианте одинакового распределения нагрузки между первичными обмотками магнитопроводов, с учетом соблюдения равенства углов коммутации и независимо от конструктивного исполнения трансформаторов.The task to which the proposed technical solution is directed is to optimize the operating modes by creating in the first embodiment a single-phase converter with a high power factor, operating as an AC voltage regulator or / and rectifier with a leading angle of cutoff of the converted voltage by naturally switched thyristors on the primary side of the group transformer or in obtaining in the second embodiment the same load distribution between the primary windings of the magnetic circuit gadgets, taking into account the equality of switching angles and regardless of the design of transformers.

Эта задача в первом варианте решается тем, что в преобразователе переменного напряжения, содержащем трансформатор на двух витых ленточных магнитопроводах кольцевидной формы с первичными и, по крайней мере, одной вторичной обмотками, размещенными путем охвата любой полостью вторичной обмотки обоих магнитопроводов, подключенными вторичная обмотка к выходным выводам, каждая первичная обмотка одним выводом к первому выводу двухполюсника, второй вывод которого соединен с входным выводом, а свободным выводом - непосредственно к другому входному выводу, обе первичные обмотки совместно с упомянутыми двухполюсниками подключены к одной и той же паре входных выводов, при этом одинаковым направлениям намотки первичных обмоток относительно общей оси магнитопроводов соответствует взаимообратная очередность следования наименований выводов первичных обмоток от одного и того же входного вывода к другому.This task in the first embodiment is solved by the fact that in an AC voltage converter containing a transformer on two twisted ring-shaped magnetic circuits with primary and at least one secondary windings, placed by covering any secondary winding of both magnetic circuits connected by a secondary winding to the output conclusions, each primary winding with one terminal to the first terminal of a two-terminal network, the second terminal of which is connected to the input terminal, and a free terminal - directly to another input To the same conclusion, both primary windings together with the mentioned two-terminal circuits are connected to the same pair of input terminals, while the same directions of winding the primary windings relative to the common axis of the magnetic cores correspond to the reciprocal sequence of the names of the conclusions of the primary windings from the same input terminal to the other.

Каждый двухполюсник может быть выполнен в виде встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, общие точки которых образуют его выводы.Each two-terminal can be made in the form of counter-parallel connected controlled valves, the common points of which form its conclusions.

Один двухполюсник может быть выполнен короткозамкнутым, а другой - в виде встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, общие точки которых образуют его выводы.One two-terminal can be made short-circuited, and the other in the form of counter-parallel connected controlled valves, the common points of which form its conclusions.

Вторичная обмотка может быть подключена к входу выпрямителя с числом вентилей, кратным двум.The secondary winding can be connected to the input of the rectifier with the number of valves multiple of two.

Преобразователь может содержать две вторичные обмотки, соединенные согласно-последовательно и подключенные крайними выводами к одноименным электродам диодов, свободные электроды которых образуют первый выходной вывод, а общая точка вторичных обмоток - второй выходной вывод.The converter may contain two secondary windings connected in series and connected by the extreme terminals to the diode electrodes of the same name, the free electrodes of which form the first output terminal, and the common point of the secondary windings forms the second output terminal.

Во втором варианте эта задача решается тем, что в преобразователе переменного напряжения, содержащем трансформатор на двух магнитопроводах с первичными и вторичными обмотками, размещенными, например, путем охвата любой полостью вторичной обмотки одного стержня с первичной обмоткой каждого магнитопровода, вторичными обмотками, соединенными по схеме однополупериодного выпрямителя с числом диодов, кратным двум, подключенными каждая первичная обмотка одним выводом к первой общей точке основных встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, вторая общая точка которых соединена с фазным входным выводом, а свободным выводом - непосредственно к входному выводу смежной фазы, одной парой дополнительных встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, подключенных общими точками к одной паре выводов первичных обмоток, и замыкающих последовательную цепь, состоящую из основных управляемых вентилей и соответствующей первичной обмотки, содержит вторую пару дополнительных встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, подключенных общими точками к другой паре выводов первичных обмоток, и замыкающих последовательную цепь, состоящую из основных управляемых вентилей и другой первичной обмотки, при этом отношение частоты включения основных управляемых вентилей к частоте включения дополнительных управляемых вентилей за четное число периодов напряжения сети равно двум.In the second embodiment, this problem is solved by the fact that in an AC voltage converter containing a transformer on two magnetic circuits with primary and secondary windings, placed, for example, by covering any cavity with a secondary winding of one rod with the primary winding of each magnetic circuit, secondary windings connected according to a half-wave circuit rectifier with the number of diodes, a multiple of two connected each primary winding with one output to the first common point of the main counter-parallel connected valves, the second common point of which is connected to the phase input terminal, and the free terminal directly to the input terminal of the adjacent phase, by one pair of additional counter-parallel-connected controlled valves connected by common points to one pair of terminals of the primary windings, and closing a series circuit consisting of of the main controlled valves and the corresponding primary winding, contains a second pair of additional counter-parallel connected controlled valves connected by common points to each other a pair of terminals of the primary windings and closing a series circuit composed of the main control valve and the other primary winding, wherein the ratio of the frequency controlled main switching valves to include additional frequency controlled valves for an even number of mains voltage periods is two.

Технический результат, достигаемый в первом варианте, заключается в реализации возможности преобразования однофазного переменного напряжения в переменное или/и в постоянное с опережающим углом отсечки преобразуемого напряжения на естественно коммутируемых тиристорах (см., например, Ю.К.Розанов. Основы преобразовательной техники. М., Энергия, 1979, стр.116), т.е. повышении коэффициента мощности при отсутствии узлов коммутации с емкостными накопителями энергии. Во втором варианте техническим результатом является одинаковое распределение нагрузки между первичными обмотками, с учетом соблюдения равенства углов коммутации и независимо от конструктивного исполнения трансформаторов, чем достигается возможность унификации трансформаторного оборудования.The technical result achieved in the first embodiment consists in realizing the possibility of converting a single-phase alternating voltage into alternating and / or into constant with a leading angle of cutoff of the converted voltage on naturally switched thyristors (see, for example, Yu.K. Rozanov. Fundamentals of converter technology. M ., Energy, 1979, p. 116), i.e. increasing power factor in the absence of switching nodes with capacitive energy storage. In the second embodiment, the technical result is the same load distribution between the primary windings, taking into account the equality of switching angles and regardless of the design of the transformers, which makes it possible to unify transformer equipment.

Дополнительный технический результат, достигаемый во втором варианте, относительно вышеуказанного аналога (А.с. №1457124) заключается в отсутствии промежуточных выводов первичных обмоток трансформаторов, равных углах коммутации и одинаковом распределении нагрузки между диодами.An additional technical result achieved in the second embodiment, relative to the aforementioned analogue (A.S. No. 1457124), is the absence of intermediate leads of the transformer primary windings, equal switching angles and the same load distribution between the diodes.

На фиг.1 приведена принципиальная схема преобразователя однофазного переменного напряжения, на витых ленточных магнитопроводах трансформаторов кольцевидной формы, с возможностью формирования на выходе как переменного, так и выпрямленного напряжения с опережающим углом отсечки естественно коммутируемых тиристоров обоих двухполюсников; на фиг.2 - то же для случая, когда один из двухполюсников короткозамкнут; на фиг.3 - временные диаграммы напряжений на вторичной обмотке трансформатора U_w и на выходе выпрямителя U_dα при различных углах отпирания α тиристоров одного из двух двухполюсников, другой из которых выполнен короткозамкнутым, а также временные диаграммы управляющих импульсов U_y тиристоров с указанной нумерацией; на фиг.4 - то же при различных углах отпирания α тиристоров (с приведенной нумерацией) обоих двухполюсников; на фиг.5 - то же, что и на фиг.2, но с взаимообратным направлением намотки первичных обмоток; на фиг.6 приведена принципиальная схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное, на витых ленточных магнитопроводах трансформаторов кольцевидной формы и на двух выпрямляющих диодах; на фиг.7 - то же, на стержневых магнитопроводах трансформаторов и четырех выпрямляющих диодах.Figure 1 shows a schematic diagram of a single-phase AC voltage converter, on a twisted tape magnetic circuits of ring-shaped transformers, with the possibility of forming both alternating and rectified voltage at the output with a leading cutoff angle of naturally switched thyristors of both two-terminal devices; figure 2 is the same for the case when one of the two-terminal circuits is short-circuited; figure 3 is a timing diagram of the voltages on the secondary winding of the transformer U _w and at the output of the rectifier U _dα at different firing angles α of the thyristors of one of the two two-terminal networks, the other of which is short-circuited, as well as timing diagrams of the control pulses U _{y of the} thyristors with the indicated numbering; figure 4 is the same for different angles of unlocking α thyristors (with the given numbering) of both two-terminal devices; figure 5 is the same as in figure 2, but with the reciprocal direction of the winding of the primary windings; Fig.6 shows a schematic diagram of a three-phase AC to DC converter on twisted tape magnetic circuits of ring-shaped transformers and on two rectifying diodes; in Fig.7 - the same, on the core magnetic transformers and four rectifying diodes.

Преобразователь на фиг.1 содержит встречно-параллельно включенную пару тиристоров 1 и 2 (3 и 4), объединенную в первый (второй) двухполюсник с выводами 5 и 6 (7 и 8), два витых ленточных магнитопровода кольцевидной формы 9, 10, с идентичными первичными обмотками соответственно 11, 12, с вторичной обмоткой 13, между крайними выводами 14, 15 которой может быть выведен средний вывод 16. Входной вывод фазы А подключен к концу (началу) первичной обмотки 12 (11), начало (конец) которой подключено к выводу 8 (6) второго (первого) двухполюсника на тиристорах 3, 4 (1, 2). Входной вывод фазы С подключен к выводам 5 и 7 указанных двухполюсников. Соответствующие из выходных выводов 14, 15, 16 могут быть подключены к одноименным входным выводам цепи нагрузки 17 непосредственно, по схеме однофазного однополупериодного выпрямителя на диодах 18, 19 или по схеме однофазного мостового выпрямителя на диодах 18-21.The Converter in figure 1 contains a counter-parallel connected pair of thyristors 1 and 2 (3 and 4), combined in the first (second) two-terminal network with terminals 5 and 6 (7 and 8), two twisted tape magnetic circuits of ring shape 9, 10, s identical primary windings, respectively 11, 12, with a secondary winding 13, between the extreme terminals 14, 15 of which the middle terminal 16. The input terminal of phase A is connected to the end (beginning) of the primary winding 12 (11), the beginning (end) of which is connected to the conclusion of 8 (6) of the second (first) two-terminal on thyristors 3, 4 (1, 2). The input terminal of phase C is connected to terminals 5 and 7 of these two-terminal devices. The corresponding output terminals 14, 15, 16 can be connected to the same input terminals of the load circuit 17 directly, according to the scheme of a single-phase half-wave rectifier on diodes 18, 19 or according to the scheme of a single-phase bridge rectifier on diodes 18-21.

Вместо одного из фазных входных выводов может быть использован нулевой входной вывод (см. фиг.2). В каждой согласно-последовательной цепи, содержащей первичную обмотку и двухполюсник, допустима различная очередность соединения указанных элементов относительно входных выводов. Однако, если первичная обмотка 12 подключена к входному выводу фазы А концом, то первичная обмотка 11 должна быть подключена к входному выводу той же фазы началом. Это правильно, если направления намотки первичных обмоток 11 и 12 относительно общей оси магнитопроводов совпадают, как это показано на фиг.1 и на фиг.2. Если же направления намотки первичных обмоток 11 и 12 относительно общей оси магнитопроводов не совпадают, т.е. взаимообратны, то обе первичные обмотки 11 и 12 должны быть подключены к одному и тому же входному выводу одноименными выводами (см. фиг.5). Таким образом, к взаимообратно разноименным выводам первичных обмоток 11 и 12 одновременно подключается одно и то же напряжение. Это создает в каждом магнитопроводе относительно другого встречное направление магнитного потока. В этом случае результирующее напряжение общей вторичной обмотки 13 становится равным нулю. Если же переменное напряжение подключено только к одной из первичных обмоток 11 или 12, то напряжение вторичной обмотки 13 не равно нулю, и через нагрузку 17 по одной из приведенных на фиг.1 и фиг.2 схем подключения нагрузки 17 протекает переменный или выпрямленный ток под действием трансформируемого первичного напряжения.Instead of one of the phase input terminals, a zero input terminal can be used (see FIG. 2). In each according-serial circuit containing the primary winding and the two-terminal network, a different sequence of connection of these elements with respect to the input terminals is permissible. However, if the primary winding 12 is connected to the input terminal of phase A by the end, then the primary winding 11 must be connected to the input terminal of the same phase by the beginning. This is correct if the winding directions of the primary windings 11 and 12 with respect to the common axis of the magnetic cores coincide, as shown in FIG. 1 and FIG. 2. If the directions of winding the primary windings 11 and 12 relative to the common axis of the magnetic circuits do not coincide, i.e. are reciprocal, then both primary windings 11 and 12 must be connected to the same input terminal with the same terminals (see figure 5). Thus, the mutually opposite terminals of the primary windings 11 and 12 simultaneously connect the same voltage. This creates in each magnetic circuit relative to another counter direction of magnetic flux. In this case, the resulting voltage of the common secondary winding 13 becomes equal to zero. If the alternating voltage is connected only to one of the primary windings 11 or 12, then the voltage of the secondary winding 13 is not equal to zero, and an alternating or rectified current flows under load 17 according to one of the connection diagrams of load 17 shown in Fig. 1 and Fig. 2 action of transformable primary voltage.

Преобразователь по фиг.2 отличается от преобразователя по фиг.1 тем, что второй двухполюсник выполнен короткозамкнутым, а для иллюстрации разнообразия возможностей один из входных выводов выполнен нулевым.The converter of FIG. 2 differs from the converter of FIG. 1 in that the second two-terminal is made short-circuited, and to illustrate the diversity of possibilities, one of the input terminals is made zero.

Допустим, что выводы 7 и 8 второго двухполюсника короткозамкнуты (см. фиг.2), а углы отпирания тиристоров 1 и 2 первого двухполюсника регулируются в диапазоне 0≤α≤180°. Форма напряжения на вторичной обмотке и нагрузке при указанных на фиг.3 углах отпирания тиристоров представлена утолщенными линиями и свидетельствует о том, что первичная обмотка 11 магнитопровода 9, в отличие от первичной обмотки 12 магнитопровода 10, не проводит нагрузочный ток ни до, ни после включения тиристоров 1 или 2. При включении одного из указанных тиристоров он проводит только намагничивающий ток, создающий в соответствующем магнитопроводе противофазный магнитный поток. Выключаются тиристоры при естественной смене полярности прикладываемого к ним напряжения сети. Таким образом, расчетные мощности первичных обмоток 11 и 12 существенно отличаются друг от друга, однако преобразователь содержит всего два тиристора.Suppose that the terminals 7 and 8 of the second two-terminal are short-circuited (see FIG. 2), and the opening angles of the thyristors 1 and 2 of the first two-terminal are adjustable in the range 0≤α≤180 °. The voltage shape on the secondary winding and the load at the thyristor unlocking angles indicated in Fig. 3 is represented by thickened lines and indicates that the primary winding 11 of the magnetic circuit 9, unlike the primary winding 12 of the magnetic circuit 10, does not conduct a load current either before or after switching on thyristors 1 or 2. When you turn on one of these thyristors, it conducts only the magnetizing current, which creates an antiphase magnetic flux in the corresponding magnetic circuit. The thyristors turn off when the polarity of the mains voltage applied to them is naturally changed. Thus, the calculated power of the primary windings 11 and 12 are significantly different from each other, however, the converter contains only two thyristors.

Допустим, что углы отпирания всех тиристоров 1-4 обоих двухполюсников (см. фиг.1) регулируются в диапазоне 0≤α≤180°. В этом случае форма напряжения на вторичной обмотке и нагрузке 17 при указанных на фиг.4 углах отпирания тиристоров также представлена утолщенными линиями и свидетельствует о том, что первичные обмотки 11 и 12 проводят нагрузочный ток попеременно, каждая в течение одного из двух смежных по фазе периодов напряжения сети. Намагничивающий ток тиристоры проводят в течение каждого периода, т.е. с частотой напряжения сети. Выключаются тиристоры аналогично. Таким образом, расчетные мощности первичных обмоток 11 и 12 равны друг другу за счет их усреднения, однако преобразователь содержит на два тиристора больше.Assume that the unlocking angles of all thyristors 1-4 of both two-terminal devices (see Fig. 1) are regulated in the range 0≤α≤180 °. In this case, the voltage shape on the secondary winding and the load 17 at the thyristor unlocking angles indicated in FIG. 4 is also represented by thickened lines and indicates that the primary windings 11 and 12 conduct alternating load currents, each during one of two periods adjacent in phase mains voltage. Thyristors conduct magnetizing current during each period, i.e. with the frequency of the mains voltage. Thyristors turn off similarly. Thus, the calculated power of the primary windings 11 and 12 are equal to each other due to their averaging, however, the converter contains two more thyristors.

Преобразователь по фиг.5 отличается от преобразователя по фиг.2 взаимообратным направлением намотки первичных обмоток относительно общей оси магнитопроводов и соответственно (в соответствии с правилом буравчика) одинаковой очередностью следования наименований выводов первичных обмоток от одного и того же входного вывода к другому (на фиг.5 обе первичные обмотки подключены к одному и тому же входному выводу одноименными выводами). Временные диаграммы (см. фиг.3) работы преобразователя по фиг.2 полностью соответствуют и преобразователю по фиг.5, т.к. изменение направления намотки приводит к необходимости изменения очередности следования наименований, и поэтому результат не изменяется.The converter of FIG. 5 differs from the converter of FIG. 2 in the reciprocal direction of winding of the primary windings relative to the common axis of the magnetic cores and, accordingly (in accordance with the rule of the gimlet), in the same sequence of following the names of the conclusions of the primary windings from the same input terminal to another (in FIG. 5 both primary windings are connected to the same input terminal with the same terminals). Timing diagrams (see Fig. 3) of the operation of the converter of Fig. 2 fully correspond to the converter of Fig. 5, because a change in the direction of winding leads to the need to change the sequence of the following items, and therefore the result does not change.

Преобразователь на фиг.6 содержит встречно-параллельно соединенные пары тиристоров соответственно 1 и 2, 3 и 4, 22 и 23, 24 и 25, трансформаторы, выполненные на витых ленточных магнитопроводах 9, 10 с первичными обмотками соответственно 11, 12 и общей вторичной обмоткой 13, в полости которой размещены указанные магнитопроводы. Между крайними выводами 14, 15 вторичной обмотки 13 выведен ее средний вывод 16. Вывод 14 (15) вторичной обмотки 13 подключен к аноду диода 18 (19), а между общей точкой катодов диодов 18, 19 и средним выводом 16 обмотки 13 подключена нагрузка 17. Конец (начало) обмотки 12 (11) подключен к входному выводу фазы А (С), а начало (конец) - к общей точке тиристоров 22 и 23 (24 и 25), другие общие точки которых подключены к входному выводу фазы В. Тиристоры 1 и 2 (3 и 4) подключены между концами (началами) обмоток 11, 12.The Converter in Fig.6 contains counter-parallel connected pairs of thyristors, respectively 1 and 2, 3 and 4, 22 and 23, 24 and 25, transformers made on twisted tape magnetic circuits 9, 10 with primary windings, respectively 11, 12 and a common secondary winding 13, in the cavity of which these magnetic cores are placed. Between the extreme terminals 14, 15 of the secondary winding 13, its middle terminal 16. The terminal 14 (15) of the secondary winding 13 is connected to the anode of the diode 18 (19), and a load 17 is connected between the common point of the cathodes of the diodes 18, 19 and the middle terminal 16 of the winding 13. The end (beginning) of the winding 12 (11) is connected to the input terminal of phase A (C), and the beginning (end) is to the common point of thyristors 22 and 23 (24 and 25), other common points of which are connected to the input terminal of phase B. Thyristors 1 and 2 (3 and 4) are connected between the ends (beginnings) of the windings 11, 12.

Преобразователь работает в двухпериодном режиме, т.е. полный цикл выпрямления завершается в течение двух смежных по фазе периодов напряжения сети. Рассмотрим один из возможных вариантов его работы в течение условно названного первым периода напряжения сети.The converter operates in two-period mode, i.e. the full rectification cycle is completed within two adjacent phase-phase periods of the mains voltage. Consider one of the possible options for its operation during the conditionally called first period of the mains voltage.

Допустим, что открыт тиристор 22 от прикладываемого к нему линейного напряжения между входными выводами фаз А и В. Ток первичной обмотки 12 трансформатора 10 протекает по цепи: входной вывод фазы А, от конца к началу обмотки 12, тиристор 22, входной вывод фазы В. Ток общей вторичной обмотки 13 трансформаторов 9 и 10 протекает по цепи: конец обмотки 13, диод 19, нагрузка 17, средний вывод 16 обмотки 13, т.е. одна половина обмотки 13 проводит ток нагрузки 17, а другая остается обесточенной.Suppose that thyristor 22 is open from the line voltage applied to it between the input terminals of phases A and B. The current of the primary winding 12 of transformer 10 flows through the circuit: input terminal of phase A, from the end to the beginning of winding 12, thyristor 22, input terminal of phase B. The current of the common secondary winding 13 of transformers 9 and 10 flows through the circuit: the end of the winding 13, diode 19, load 17, the middle terminal 16 of the winding 13, i.e. one half of the winding 13 conducts a load current 17, and the other remains de-energized.

Через 60 эл.град., когда потенциал фазы С становится более отрицательным, чем потенциал фазы В, отпирается тиристор 3 от прикладываемого к нему линейного напряжения между фазными входными выводами А и С, а к тиристору 22 прикладывается обратное напряжение, и ток первичной обмотки 11 трансформатора 9 протекает по цепи: входной вывод фазы А, тиристор 3, от конца к началу обмотки 11, входной вывод фазы С. Ток общей вторичной обмотки 13 трансформаторов 9 и 10 продолжает протекать по той же цепи через диод 19, формируя следующую по фазе пульсацию, т.к. направление магнитного потока относительно вторичной обмотки не изменяется.After 60 degrees, when the potential of phase C becomes more negative than the potential of phase B, thyristor 3 is unlocked from the line voltage applied to it between the phase input terminals A and C, and reverse voltage is applied to thyristor 22, and the primary current 11 transformer 9 flows through the circuit: input terminal of phase A, thyristor 3, from the end to the beginning of winding 11, input terminal of phase C. The current of the secondary secondary winding 13 of transformers 9 and 10 continues to flow through the same circuit through diode 19, forming the next phase ripple because the direction of the magnetic flux relative to the secondary winding does not change.

Далее, через 60 эл.град., когда потенциал фазы В становится больше, чем потенциал фазы А, отпирается тиристор 24 от прикладываемого к нему линейного напряжения между фазными входными выводами В и С, а к тиристору 3 прикладывается обратное напряжение, и ток первичной обмотки 11 трансформатора 9 протекает по цепи: входной вывод фазы В, тиристор 24, от конца к началу обмотки 11, входной вывод фазы С. Ток общей вторичной обмотки 13 трансформаторов 9 и 10 вновь продолжает протекать по той же цепи через диод 19, формируя очередную по фазе пульсацию.Further, after 60 degrees, when the potential of phase B becomes greater than the potential of phase A, the thyristor 24 is unlocked from the line voltage applied to it between the phase input terminals B and C, and the reverse voltage is applied to the thyristor 3, and the primary current 11 of the transformer 9 flows through the circuit: the input terminal of phase B, the thyristor 24, from the end to the beginning of the winding 11, the input terminal of phase C. The current of the secondary secondary winding 13 of the transformers 9 and 10 continues to flow through the same circuit through the diode 19, forming another ripple phase.

В следующем интервале дискретности потенциал фазы А становится более отрицательным, чем потенциал фазы С, отпирается тиристор 23 от прикладываемого к нему линейного напряжения между входными выводами фаз В и А, а к тиристору 24 прикладывается обратное напряжение, и ток первичной обмотки 12 трансформатора 10 протекает по цепи: входной вывод фазы В, тиристор 23, от начала к концу обмотки 12, входной вывод фазы А. Одновременно потенциал анода относительно катода диода 18 становится больше, чем у диода 19, и последний запирается. Объясняется это тем, что направление магнитного потока относительно общей вторичной обмотки 11 изменяет свой знак. Напряжение, трансформируемое в обмотку 13, также изменяет свой знак, вследствие чего происходит коммутационный процесс между диодами 19 и 18. В процессе выключения тиристора 24 происходит трансформирование в обмотку 13 разностного коммутационного напряжения между отстающей и опережающей полуволнами линейных напряжений, которое прикладывается к выключающемуся диоду 19 в обратном направлении, а к включающемуся диоду 18 в прямом направлении. Запирание диода 19 обесточивает от нагрузочного тока тиристор 24, а напряжение на нагрузке 17, формируемое открытым диодом 18, возрастает до номинального значения. Теперь ток общей вторичной обмотки 13 трансформаторов 9 и 10 протекает через другую ее половину по цепи: начало обмотки 13, диод 18, нагрузка 17, средний вывод обмотки 13. Далее диод 18 аналогично проводит ток еще в течение двух тактов, затем вновь, в связи с изменением направления магнитного потока, вступает в работу диод 19.In the next interval of discreteness, the potential of phase A becomes more negative than the potential of phase C, thyristor 23 is unlocked from the line voltage applied to it between the input terminals of phases B and A, and reverse voltage is applied to thyristor 24, and the current of the primary winding 12 of transformer 10 flows through circuits: the input terminal of phase B, the thyristor 23, from the beginning to the end of the winding 12, the input terminal of phase A. At the same time, the potential of the anode relative to the cathode of diode 18 becomes larger than that of diode 19, and the latter is locked. This is explained by the fact that the direction of the magnetic flux relative to the common secondary winding 11 changes its sign. The voltage that is transformed into the winding 13 also changes its sign, as a result of which a switching process occurs between the diodes 19 and 18. In the process of turning off the thyristor 24, the differential switching voltage between the lagging and leading half-waves of the linear voltage is transformed, which is applied to the turning off diode 19 in the opposite direction, and to turn on the diode 18 in the forward direction. The locking of the diode 19 de-energizes the thyristor 24 from the load current, and the voltage at the load 17 generated by the open diode 18 rises to the nominal value. Now the current of the secondary secondary winding 13 of transformers 9 and 10 flows through the other half of the circuit: the beginning of the winding 13, diode 18, load 17, the middle output of the winding 13. Further, the diode 18 similarly conducts current for two more cycles, then again, in connection with a change in the direction of the magnetic flux, diode 19 enters into operation.

Работа преобразователя в следующем (условно названном вторым) периоде напряжения сети отличается от предыдущего тем, что вместо тиристоров 3 и 4 включаются соответственно тиристоры 1 и 2. Поэтому, в отличие от первого периода, угол проводимости обмотки 12 становится вдвое больше, чем обмотки 11.The operation of the converter in the next (conditionally called second) period of the mains voltage differs from the previous one in that instead of thyristors 3 and 4, thyristors 1 and 2 are turned on, respectively. Therefore, unlike the first period, the conductivity angle of winding 12 becomes twice as large as winding 11.

Таким образом, коммутация тиристоров 22-25 и диодов, с учетом изменения направления магнитного потока относительно вторичной обмотки, происходит с частотой 50 Гц, а тиристоров 1-4 с частотой 25 Гц. Благодаря однополупериодной схеме выпрямления на вторичной стороне преобразователя возрастание и убывание вторичных токов в процессе коммутации диодов происходит несмотря на общую вторичную обмотку в разных цепях, одна из которых находится в предварительно обесточенном состоянии.Thus, the switching of thyristors 22-25 and diodes, taking into account the change in the direction of the magnetic flux relative to the secondary winding, occurs with a frequency of 50 Hz, and of thyristors 1-4 with a frequency of 25 Hz. Due to the half-wave rectification scheme on the secondary side of the converter, the increase and decrease of the secondary currents during the switching of the diodes occurs despite the common secondary winding in different circuits, one of which is in a previously de-energized state.

Тиристоры и диоды в течение одного периода напряжения сети формируют на нагрузке 17 выпрямленное напряжение с периодичностью m=6 в следующей последовательности: 22-19, 3-19, 24-19, 23-18, 4-18, 25-18, а в течение следующего периода напряжения сети в другой последовательности: 22-19, 1-19, 24-19, 23-18, 2-18, 25-18. Угол проводимости первичной обмотки 11 (12) в течение одного периода равен 240 (120) эл.град., а в течение следующего периода равен 120 (240) эл.град. Поэтому средняя за два периода величина угла проводимости для каждой из этих обмоток равна 180 эл.град., и их средние расчетные мощности равны. При этом угол проводимости каждого диода и вторичной полуобмотки равен 180 эл.град.Thyristors and diodes during one period of the mains voltage form a rectified voltage at load 17 with a frequency of m = 6 in the following sequence: 22-19, 3-19, 24-19, 23-18, 4-18, 25-18, and during the next period of the mains voltage in a different sequence: 22-19, 1-19, 24-19, 23-18, 2-18, 25-18. The conduction angle of the primary winding 11 (12) for one period is 240 (120) electric degrees, and during the next period is 120 (240) electric degrees. Therefore, the average conductivity angle over two periods for each of these windings is 180 electric degrees, and their average design powers are equal. In this case, the conduction angle of each diode and the secondary half-winding is 180 electric degrees.

Возможна и другая последовательность включения тиристоров и диодов соответственно в одном периоде 22-19, 3-19, 24-19, 23-18, 2-18, 25-18, а в следующем периоде 22-19, 1-19, 24-19, 23-18, 4-18, 25-18.Another sequence of thyristor and diode switching is possible, respectively, in one period 22-19, 3-19, 24-19, 23-18, 2-18, 25-18, and in the next period 22-19, 1-19, 24- 19, 23-18, 4-18, 25-18.

Таким образом, алгоритм переключения между тиристорами 1, 2 и 3, 4 является поочередно дублирующим относительно двух смежных периодов напряжения сети или в пределах каждого указанного периода, но всегда относительно одной и той же пары фазных входных выводов. На фиг.6 - это поочередно подключаемые к первичным обмоткам 11 или 12 входные выводы фаз А и С. Изменение одинаковых направлений намотки первичных обмоток преобразователя на взаимообратные не приводит к изменению его режима работы. Происходит только фазовый сдвиг момента включения и соответственно выключения диодов.Thus, the switching algorithm between thyristors 1, 2, and 3, 4 is alternately duplicative with respect to two adjacent periods of the mains voltage or within each specified period, but always with respect to the same pair of phase input terminals. Figure 6 is the input terminals of phases A and C alternately connected to the primary windings 11 or 12. Changing the same directions of winding the primary windings of the converter to reciprocal does not lead to a change in its operating mode. Only the phase shift of the moment of switching on and, accordingly, turning off the diodes occurs.

Условия построения и работы преобразователя по фиг.6 при взаимообратном направлении намотки первичных обмоток относительно общей оси магнитопроводов и исключении входного вывода фазы В с тиристорами 22-25 совпадают с условиями построения и работы преобразователя по фиг.1 при одинаковом направлении намотки первичных обмоток относительно общей оси магнитопроводов. Это указывает на различие возможностей, реализуемых однотипным средством оптимизации режимов работы преобразователей.The conditions for the construction and operation of the converter of FIG. 6 with the reciprocal direction of winding the primary windings relative to the common axis of the magnetic cores and the exclusion of the input terminal of phase B with thyristors 22-25 coincide with the conditions for the construction and operation of the converter of FIG. 1 with the same direction of winding of the primary windings relative to the common axis magnetic circuits. This indicates the difference in the possibilities realized by the same type of means of optimizing the operating modes of the converters.

Преобразователь по фиг.7 отличается тем, что вторичная обмотка 13 разделена между двумя стержневьми магнитопроводами и соединена по схеме однополупериодного выпрямителя на четырех диодах 18-21, между общей точкой анодов которых и средней точкой сдвоенной обмотки 13 включена нагрузка 17.The Converter according to Fig.7 is characterized in that the secondary winding 13 is divided between two core magnetic cores and connected according to the scheme of a half-wave rectifier on four diodes 18-21, between the common point of the anodes of which and the midpoint of the dual winding 13 a load 17 is connected.

Здесь предпочтительнее первая из двух вышеприведенных последовательностей включения тиристоров и диодов, т.е. в одном периоде 22-21, 3-19, 24-19, 23-20, 4-18, 25-18, а в следующем периоде 22-21, 1-21, 24-19, 22-20, 2-20, 25-18.Here, the first of the two above sequences of turning on the thyristors and diodes, i.e. in one period 22-21, 3-19, 24-19, 23-20, 4-18, 25-18, and in the next period 22-21, 1-21, 24-19, 22-20, 2-20 25-18.

Работа преобразователя по фиг.7 характеризуется тем, что средний за два периода угол проводимости каждого диода и вторичной полуобмотки равен 90 эл.град. Однако достигаемое в преобразователе по фиг.7 усреднение угла проводимости диодов приводит к возможности унификации не только трансформаторного, но и вентильного оборудования. Кроме того, из-за меньшего магнитного потока рассеяния преобразователь по фиг.7 предпочтительнее преобразователя по фиг.6 при использовании более мощных трансформаторов стержневого типа. Равенство углов коммутации вентилей преобразователя по фиг.7 уменьшает уровень искажения формы его выпрямленного напряжения за счет минимизации уровня неканонических гармоник. Оба преобразователя несмотря на использование всего двух магнитопроводов обеспечивают равномерную нагрузку всех трех фаз питающей сети, а симметрирование режима работы не требует изменения конструктивного исполнения их трансформаторов.The operation of the Converter according to Fig.7 is characterized in that the average for two periods the conduction angle of each diode and the secondary half-winding is 90 el. However, the averaging of the angle of conductivity of the diodes achieved in the converter of Fig. 7 makes it possible to unify not only transformer, but also valve equipment. In addition, due to the lower scattering magnetic flux, the converter of FIG. 7 is preferable to the converter of FIG. 6 when using more powerful rod-type transformers. The equality of the switching angles of the valves of the Converter according to Fig.7 reduces the level of distortion of the shape of its rectified voltage by minimizing the level of non-canonical harmonics. Despite the use of only two magnetic cores, both converters provide a uniform load of all three phases of the supply network, and balancing the operation mode does not require changing the design of their transformers.

Claims

1. An AC voltage converter comprising a transformer on two twisted ring-shaped magnetic circuits with primary and at least one secondary windings, placed by covering any secondary winding of both magnetic circuits with any cavity, connected - a secondary winding to the output terminals, each primary winding - one output to the first output of a two-terminal device, the second output of which is connected to the input output, and the free output directly to another input output, characterized in that both first Meth winding together with said two-terminal network are connected to the same pair of input terminals, wherein the same winding directions of the primary windings relative to the common axis corresponds to the reciprocal of the magnetic cores sequence repetition names of terminals of the primary windings of the same to another input terminal.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that each two-terminal device is made in the form of counter-parallel connected controlled valves, the common points of which form its conclusions.

3. The Converter according to claim 1, characterized in that one two-terminal is made short-circuited, and the other in the form of counter-parallel connected controlled valves, the common points of which form its conclusions.

4. The Converter according to claim 1, characterized in that the secondary winding is connected to the input of the rectifier with the number of valves multiple of two.

5. The Converter according to claim 1, characterized in that it contains two secondary windings connected in series and connected by the extreme leads to the same electrodes of the diodes, the free electrodes of which form the first output terminal, and the common point of the secondary windings is the second output terminal.

6. An AC voltage converter comprising a transformer on two magnetic circuits with primary and secondary windings, arranged, for example, by covering any cavity of the secondary winding of one rod with the primary winding of each magnetic circuit, by secondary windings connected according to a half-wave rectifier circuit with a number of diodes that are multiple of two, connected each primary winding with one output to the first common point of the main counter-parallel connected controlled valves, the second common point of which is connected on with a phase input terminal, and a free terminal directly to the input terminal of an adjacent phase, with one pair of additional counter-parallel connected controlled valves connected by common points to one pair of terminals of the primary windings and closing a series circuit consisting of the main controlled valves and the corresponding primary winding , characterized in that it contains a second pair of additional counter-parallel connected controlled valves connected by common points to another pair of primary outputs skein and closing a series circuit composed of the main control valve and the other primary winding, wherein the ratio of the frequency controlled main switching valves to include additional frequency controlled valves for an even number of mains voltage periods is two.