RU2467462C1 - Three-phase active rectifier - Google Patents

Three-phase active rectifier Download PDF

Info

Publication number
RU2467462C1
RU2467462C1 RU2011133095/07A RU2011133095A RU2467462C1 RU 2467462 C1 RU2467462 C1 RU 2467462C1 RU 2011133095/07 A RU2011133095/07 A RU 2011133095/07A RU 2011133095 A RU2011133095 A RU 2011133095A RU 2467462 C1 RU2467462 C1 RU 2467462C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
input
input terminal
rectified voltage
voltage
Prior art date
Application number
RU2011133095/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Евтихиевич Козярук (RU)
Анатолий Евтихиевич Козярук
Богдан Юрьевич Васильев (RU)
Богдан Юрьевич Васильев
Алексей Олегович Свириденко (RU)
Алексей Олегович Свириденко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет"
Priority to RU2011133095/07A priority Critical patent/RU2467462C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2467462C1 publication Critical patent/RU2467462C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to power conversion equipment and may be used to supply to DC electric drives, in composition of frequency converters for supply of AC electric drives, in systems of DC power supply, in power rectifying plants supplied from sources of electric energy of limited capacity. A three-phase active rectifier comprising a unit of power valves assembled in accordance with a three-phase bridge circuit, a sensor of rectified voltage and a control system, at the input it is equipped with sensors of input phase currents, and a control system is equipped with a calculator of non-observed coordinates of an electric drive, with two DC sources, a multiplication unit, a linear controller of rectified voltage, relay controllers of active and reactive energy, a detector of a phase spectrum and a unit to select a voltage vector.
EFFECT: invention provides for power coefficient of a rectifier equal to one, simplified and increased reliability of a rectifier.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для питания электроприводов постоянного тока, в составе преобразователей частоты для питания электроприводов переменного тока, в системах электропитания постоянным током, в силовых выпрямительных установках, питающихся от источников электрической энергии ограниченной мощности. The invention relates to the art of power converter and can be used for electric DC power, comprising inverters for AC electric power in DC power systems, power rectifier units, powered by electric energy source of limited power.

Известен трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель (патент RU 2246169, опубл. 10.02.2005). Known uncontrolled three-phase bridge rectifier (patent RU 2246169, publ. 10.02.2005). Основными составными элементами выпрямителя являются диодный трехфазный мост, фильтровые конденсаторы и ограничитель пускового тока между средней точкой фильтровых конденсаторов и нейтралью сети. The main constituent elements are diode phase rectifier bridge, filter condensers and the inrush current limiter between the midpoint of filter capacitors and neutral network.

Недостатками такого выпрямителя являются большие массогабаритные показатели реактивных элементов, низкое качество выпрямленного напряжения (высокий уровень пульсаций), отсутствие возможности его регулирования и стабилизации, а также малое значение коэффициента мощности, обусловленное высоким содержанием высших гармоник в спектре тока, потребляемого из питающей сети. The disadvantages of such a rectifier are the large weight and overall dimensions of the reactive elements, the poor quality of the rectified voltage (high level fluctuations), no possibility of its regulating and stabilizing, as well as low power factor caused by the high content of higher harmonics in the current spectrum consumed from the mains. Последние недостатки определяют низкий уровень электромагнитной совместимости указанного выпрямителя с питающей сетью и с нагрузкой. Recent disadvantages define low electromagnetic compatibility of said rectifier to the mains and the load.

Известен трехфазный управляемый выпрямитель (патент RU 2279178, опубл. 27,06.2006), принятый за прототип. Known three-phase controllable rectifier (patent RU 2279178, publ. 27,06.2006) adopted as a prototype. Трехфазный управляемый выпрямитель состоит из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтра, трех датчиков входного напряжения, датчика выпрямленного напряжения и системы управления. The three-phase controlled rectifier unit comprises valves power collected by the three-phase bridge circuit, the input and output filter, the input voltage of three sensors, the sensor of the rectified voltage, and control system. В блоке силовых вентилей в качестве ключей используются полностью управляемые полупроводниковые приборы. In the power valve unit used as keys fully controllable semiconductor devices. В систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей. The ramp generator includes a control system voltage control pulse generator, the cyclic shift register, phase voltage comparing device and the selection circuit included valves.

Недостатками выпрямителя являются сложная структура и относительно ненадежная система управления ключами выпрямителя, низкое быстродействие системы управления. The disadvantages are a complex structure of the rectifier and relatively unreliable key management system of the rectifier, a low speed control system.

Техническим результатом изобретения является обеспечение коэффициента мощности выпрямителя, равного единице, упрощение и повышение надежности выпрямителя. The technical result of the invention is to provide a rectifier power factor equal to one, simplifying and improving the reliability of the rectifier.

Технический результат достигается тем, что трехфазный активный выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, на полностью управляемых вентилях-транзисторах, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, на входе снабжен датчиками входных фазных токов, а система управления снабжена вычислителем, двумя источниками постоянного тока, блоком перемножения, линейным регулятором выпрямленного напряжения, релейными регуляторами активной и реактивной энергии, определителем фазового секто Technical result is achieved by the three-phase active rectifier consisting of a block of power rectifiers collected by the three-phase bridge circuit, in a fully controlled rectifiers, transistors, sensors rectified voltage, and control system, the inlet is provided with a sensor input phase currents, and the control system is provided with a calculator, two constant current sources, the multiplication unit, the rectified voltage linear regulator, relay controls active and reactive power, phase determinant sects а и блоком выбора вектора напряжения, при этом входные выводы вычислителя соединены с датчиками входных фазных токов и выходными выводами блока выбора вектора напряжения и датчиком выпрямленного напряжения, а выходные выводы - с первыми входными выводами релейных регуляторов активной и реактивной энергии и определителем фазового сектора, выходной вывод определителя фазового сектора соединен с первым входным выводом блока выбора вектора напряжения, второй входной вывод релейного регулятора реактивной энергии соединен с источником по a and voltage vector selection unit, wherein the input terminals of the calculator connected to the sensor input phase currents and the output terminals of the voltage vector selection unit and a sensor of the rectified voltage, and the output terminals of - a first input terminal of the relay controls active and reactive power and determinant phase sector output determinant sector output phase is connected to a first input terminal of the voltage vector selection unit, the second input terminal of the relay reactive power regulator connected to a source of стоянного тока, а выходной вывод - со вторым входным выводом блока выбора вектора напряжения, входные выводы линейного регулятора выпрямленного напряжения соединены с источником постоянного тока и датчиком выпрямленного напряжения, а выходной вывод - с первым входным выводом блока перемножения, второй входной вывод которого соединен с датчиком выпрямленного напряжения, выходной вывод блока перемножения соединен со вторым входным выводом релейного регулятора активной энергии, выходной вывод которого соединен с третьим входным выводом dc, and the output terminal - to a second input terminal of the voltage vector selection unit, the input terminals of the linear regulator of the rectified voltage connected to the DC source and the sensor of the rectified voltage, and an output terminal - a first input terminal of the multiplying unit, the second input terminal is connected to the sensor rectified voltage, multiplying the output terminal block connected to the second input terminal of the relay control of the active power, the output terminal of which is connected to the third input terminal блока выбора вектора напряжения, а выходные выводы блока выбора вектора напряжения соединены с управляющими выводами транзисторов. voltage vector selection unit, and output terminals of the voltage vector selection unit connected to the control terminal of the transistor.

Линейный регулятор выпрямленного напряжения может быть выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора, а релейные регуляторы активной и реактивной энергии могут быть выполнены в виде двухпозиционных релейных регуляторов с гистерезисной петлей без зоны нечувствительности. Linear regulator rectified voltage can be configured as a proportional-integral regulator and relay controls active and reactive power may be implemented as two-position controllers relay without hysteresis loop deadband.

Структурная схема трехфазного активного выпрямителя представлена на фиг 1. Трехфазный активный выпрямитель состоит из блока силовых вентилей 1, собранных по трехфазной мостовой схеме, на полностью управляемых вентилях-транзисторах 13, 14, 15, 16, 17, 18, датчика выпрямленного напряжения 2, датчиков входных фазных токов 19 и системы управления 3. The block diagram of the three-phase active rectifier is shown in Figure 1. The three-phase active rectifier unit consists of power valves 1 collected by the three-phase bridge circuit, in a fully controlled rectifiers transistors 13, 14, 15, 16, 17, 18, the rectified voltage sensor 2, sensor input 19 of the phase currents and three control systems.

В состав системы управления входят вычислитель 4, линейный регулятор выпрямленного напряжения 5, релейные регуляторы активной 6 и реактивной энергии 7, определитель фазового сектора 8, блок выбора вектора напряжения 9, источники постоянного тока 10 и 11, блок перемножения 12. In the control system includes a calculator 4, the rectified voltage linear regulator 5, relay controls active and reactive energy 6 7 8 Sector determinant phase, the voltage vector selection unit 9, the DC sources 10 and 11, multiplying unit 12.

Входные выводы вычислителя 4 соединены с датчиками входных фазных токов, выходными выводами блока выбора вектора напряжения 9 и датчиком выпрямленного напряжения 2, а выходные выводы - с первыми входными выводами релейных регуляторов активной 6 и реактивной энергии 7 и определителем фазового сектора 8. Выходной вывод определителя фазового сектора 8 соединен с первым входным выводом блока выбора вектора напряжения 9. Второй входной вывод релейного регулятора реактивной энергии 7 соединен с источником постоянного тока 11, а выходной вывод - со Input terminals of the calculator 4 are connected to the input phase current sensors, the output terminals of the voltage vector selection unit 9 and the rectified voltage sensor 2 and the output terminals of - a first input terminal 6 relays controls active and reactive energy 7 and sector determinant phase output terminal 8. determinant phase sector 8 is connected to a first input terminal of the voltage vector selection unit 9. The second input terminal regulator reactive power relay 7 is connected to the constant current source 11, and an output terminal - with вторым входным выводом блоком выбора вектора напряжения 9. Входные выводы линейного регулятора выпрямленного напряжения 5 соединены с источником постоянного тока 10 и датчиком выпрямленного напряжения 2, а выходной вывод - с первым входным выводом блока перемножения 12, второй входной вывод которого соединен с датчиком выпрямленного напряжения 2. Выходной вывод блока перемножения 12 соединен со вторым входным выводом релейного регулятора активной энергии 6, выходной вывод которого соединен с третьим входным выводом блока выбора вектора нап a second input terminal of the voltage vector selection unit 9. Input terminals of the rectified voltage linear regulator 5 are connected to a constant current source 10 and the rectified voltage sensor 2 and the output terminal - a first input terminal of a multiplying block 12, a second input terminal connected to the rectified voltage sensor 2 . The output terminal of the multiplication unit 12 is connected to a second input terminal of the relay active power controller 6, the output terminal of which is connected to the third input terminal nap vector selection unit ряжения 9. Выходные выводы блока выбора вектора напряжения 9 соединены с управляющими выводами транзисторов. maskers 9. The output terminals of the voltage vector selection unit 9 connected to the control terminal of the transistor.

Выпрямитель работает следующим образом. The rectifier works as follows. С помощью источника постоянного тока 10 устанавливают постоянное значение выпрямленного напряжения, а с помощью источника постоянного тока 11 устанавливают нулевое значение реактивной энергии. Using the constant current source 10 set a constant value of the rectified voltage, and using the DC 11 is set to a zero value of reactive power. В вычислителе 4 рассчитывают текущее значение активной и реактивной энергии и угол поворота вектора входного напряжения выпрямителя. The calculator 4 calculates current value of active and reactive power and rotation angle of the input vector of the rectifier voltages.

В определителе фазового сектора 8 по углу поворота вектора входного напряжения выпрямителя определяют номер сектора, в котором находится вектор входного напряжения выпрямителя. The determinant phase sector 8 to the angle of rotation of the vector of the input voltage of the rectifier is determined sector number in which the vector of the input voltage of the rectifier. На фиг.2 показано положение этого вектора. Figure 2 shows the position of the vector. За один полный период вектор U последовательно перемещается из сектора 1 в сектора 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и опять в сектор 1. Угол φ U при этом изменяется от 0 до 2π. For one full period vector U moves sequentially from the sector 1 to sector 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 and back to sector 1. Angle φ U thus varies from 0 to 2π . Информация о номере сектора поступает на входной вывод блока выбора вектора напряжения 9, где по номеру сектора выбирают столбец таблицы переключения. a sector number information supplied to the input terminal of the voltage vector selection unit 9, which is selected by the sector number shift table column.

Постоянное значение выпрямленного напряжения поступает на входной вывод линейного регулятора выпрямленного напряжения 5, в качестве которого используют пропорционально-интегральный регулятор. The constant value of the rectified voltage is supplied to the input terminal of the rectified voltage linear regulator 5, which is used as a proportional-integral controller. Информация с выхода линейного регулятора выпрямленного напряжения 5 поступает на первый входной вывод блока перемножения 12, а на второй входной вывод поступает информация с датчиком выпрямленного напряжения 2. В результате операции перемножения формируют уставку на заданное значение активной энергии. Information output from the linear controller 5 receives the rectified voltage on the first input terminal of the multiplying block 12 and the second input terminal receives information from the rectified voltage sensor 2. As a result of the multiplication operation is formed at a predetermined setpoint value of the active power. Она поступает на первый входной вывод релейного регулятора активной энергии 6, а на второй входной вывод поступает информация о текущем значении активной энергии. It is supplied to the first input terminal of the relay active energy regulator 6, and the second input terminal receives information about the current value of the active energy. Информация с выходного вывода релейного регулятора активной энергии 6 в виде единичных импульсов поступает на третий входной вывод блока выбора вектора напряжения 9. Information from the output terminal of the relay active power controller 6 as a single pulse is supplied to the third input terminal of the voltage vector selection unit 9.

Информация о текущем значении реактивной энергии поступает на первый входной вывод релейного регулятора реактивной энергии 7, на первый входной вывод устанавливают нулевое значение реактивной энергии. Information about current value of reactive power supplied to the first input terminal of the relay reactive power regulator 7, the first input terminal is set to zero value of reactive power. Информация с выходного вывода релейного регулятора реактивной энергии 7 в виде единичных импульсов поступает на второй входной вывод блока выбора вектора напряжения 9. Information from the output terminal of the relay reactive power regulator 7 as a single pulse is supplied to the second input terminal of the voltage vector selection unit 9.

В блоке выбора вектора напряжения 9 по номеру сектора выбирают столбец таблицы переключения, а по значению выходных сигналов релейных регуляторов активной и реактивной энергии выбирают строку таблицы переключения. The voltage vector selection unit 9 to switch the selected sector number column of the table, and on the value of the output signals of the relay controls active and reactive power switch selected table row. По пересечению указанных строки и столбца выбирают вектор напряжения выпрямителя, с возможностью поддержания вектора входного тока синфазно с вектором напряжения выпрямителя. At the intersection of said selected row and column vector of the rectifier voltages, the input to maintain a current vector in phase with the vector of the rectifier voltages. Выбор вектор напряжения выпрямителя осуществляется в автоматическом режиме. Selecting the vector of the rectifier voltages is performed in the automatic mode. Частота выбора равна частоте коммутации силовых вентилей трехфазного активного выпрямителя 12 кГц. Frequency selection is frequency switching power gates a three-phase active rectifier 12 kHz. Таблица переключения блока выбора вектора напряжения 9 представлена на фиг.3. Table switching voltage vector selection unit 9 shown in Figure 3.

Таким образом, выпрямитель обеспечивает коэффициент мощности выпрямителя, равный единице, упрощается конструкция и повышается надежность выпрямителя, что приводит к повышению качества управления и стабилизации выпрямленного напряжения. Thus, the rectifier provides a power factor of the rectifier equal to unity, simplifies design and improves the reliability of the rectifier, which leads to improving the quality control and stabilization of the rectified voltage.

Claims (2)

1. Трехфазный активный выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме на полностью управляемых вентилях-транзисторах, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, отличающийся тем, что на входе он снабжен датчиками входных фазных токов, а система управления снабжена вычислителем ненаблюдаемых координат электропривода, двумя источниками постоянного тока, блоком перемножения, линейным регулятором выпрямленного напряжения, релейными регуляторами активной и реактивной энергии, опреде 1. The three-phase active rectifier consisting of block valves power collected by the three-phase bridge circuit to fully control valve transistors, the rectified voltage sensor and the control system, characterized in that the inlet is provided with a sensor input phase currents, and the control system is provided with a calculator unobservable coordinate drive two DC sources, multiplication block, linear regulator rectified voltage relay controls active and reactive energy, defined ителем фазового сектора и блоком выбора вектора напряжения, при этом входные выводы вычислителя соединены с датчиками входных фазных токов и выходными выводами блока выбора вектора напряжения и датчиком выпрямленного напряжения, а выходные выводы - с первыми входными выводами релейных регуляторов активной и реактивной энергии и определителем фазового сектора, выходной вывод определителя фазового сектора соединен с первым входным выводом блоком выбора вектора напряжения, второй входной вывод релейного регулятора реактивной энергии Ithel phase sector and the voltage vector selection unit, wherein the input terminals of the calculator connected to the sensor input phase currents and the output terminals of the voltage vector selection unit and a sensor of the rectified voltage, and the output terminals of - a first input terminal of the relay controls active and reactive power and determinant phase sector , the output terminal of the phase sector determinant coupled to a first input terminal of the voltage vector selection unit, the second relay input terminal regulator reactive energy оединен с источником постоянного тока, а выходной вывод - со вторым входным выводом блоком выбора вектора напряжения, входные выводы линейного регулятора выпрямленного напряжения соединены с источником постоянного тока и датчиком выпрямленного напряжения, а выходной вывод - с первым входным выводом блока перемножения, второй входной вывод которого соединен с датчиком выпрямленного напряжения, выходной вывод блока перемножения соединен со вторым входным выводом релейного регулятора активной энергии, выходной вывод которого соединен oedinen with constant current source, and an output terminal - to a second input terminal of the voltage vector selection unit, the input terminals of the linear regulator of the rectified voltage connected to the DC source and the sensor of the rectified voltage, and an output terminal - a first input terminal of the multiplying unit, the second input terminal of which connected to a sensor rectified voltage multiplication unit output terminal connected to the second input terminal of the relay active energy regulator, the output terminal of which is connected третьим входным выводом блока выбора вектора напряжения, а выходные выводы блока выбора вектора напряжения соединены с управляющими выводами транзисторов. a third input terminal of the voltage vector selection unit, and output terminals of the voltage vector selection unit connected to the control terminal of the transistor.
2. Выпрямитель по п.1 отличающийся тем, что линейный регулятор выпрямленного напряжения выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора, а релейные регуляторы активной и реактивной энергии выполнены в виде двухпозиционных релейных регуляторов с гистерезисной петлей без зоны нечувствительности. 2. Rectifier according to claim 1 characterized in that the rectified voltage linear regulator is designed as a proportional-integral regulator and relay controls active and reactive power are designed as two-position controllers relay without hysteresis loop deadband.
RU2011133095/07A 2011-08-05 2011-08-05 Three-phase active rectifier RU2467462C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011133095/07A RU2467462C1 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Three-phase active rectifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011133095/07A RU2467462C1 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Three-phase active rectifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2467462C1 true RU2467462C1 (en) 2012-11-20

Family

ID=47323398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011133095/07A RU2467462C1 (en) 2011-08-05 2011-08-05 Three-phase active rectifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2467462C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2002601A (en) * 1977-08-09 1979-02-21 Sony Corp Controllable rectifier circuit for a power supply
SU1577023A1 (en) * 1988-04-01 1990-07-07 Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Three-phase alternating voltage-to-direct voltage converter
RU2279178C1 (en) * 2005-02-09 2006-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Three-phased controllable rectifier

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2002601A (en) * 1977-08-09 1979-02-21 Sony Corp Controllable rectifier circuit for a power supply
SU1577023A1 (en) * 1988-04-01 1990-07-07 Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Three-phase alternating voltage-to-direct voltage converter
RU2279178C1 (en) * 2005-02-09 2006-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Three-phased controllable rectifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Iman-Eini et al. A modular strategy for control and voltage balancing of cascaded H-bridge rectifiers
Singh et al. Analysis and design of STATCOM-based voltage regulator for self-excited induction generators
Yazdani et al. Voltage-sourced converters in power systems
Jiang et al. Grid-connected boost-half-bridge photovoltaic microinverter system using repetitive current control and maximum power point tracking
US7495410B2 (en) Systems and methods for improved motor drive power factor control
RU2408971C2 (en) Power converter
Espelage et al. High-frequency link power conversion
US6236580B1 (en) Modular multi-level adjustable supply with series connected active inputs
US6839249B2 (en) AC-to-ac power converter without a dc link capacitor
US9071141B2 (en) Two-stage single phase bi-directional PWM power converter with DC link capacitor reduction
Kamran et al. A novel on-line UPS with universal filtering capabilities
Wai et al. Design of high-performance stand-alone and grid-connected inverter for distributed generation applications
Kouro et al. Model predictive control: MPC's role in the evolution of power electronics
US20080298104A1 (en) Prediction scheme for step wave power converter and inductive inverter topology
JP4585774B2 (en) Power converter and power supply
CN102217182B (en) Power conversion device
Ghosh et al. Control of three-phase, four-wire PWM rectifier
Massoud et al. Three-phase, three-wire, five-level cascaded shunt active filter for power conditioning, using two different space vector modulation techniques
US9065321B2 (en) Isolated dynamic current converters
CN101542867B (en) Converters for high power applications
Kasal et al. Decoupled voltage and frequency controller for isolated asynchronous generators feeding three-phase four-wire loads
CN102282750B (en) Power converting apparatus
WO2013059088A1 (en) Method and apparatus for controlling an inverter using pulse mode control
Kenzelmann et al. A versatile DC-DC converter for energy collection and distribution using the Modular Multilevel Converter
Gao et al. Efficient voltage regulation scheme for three-phase self-excited induction generator feeding single-phase load in remote locations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170806