RU2544379C2

RU2544379C2 - Alternating voltage regulator

Info

Publication number: RU2544379C2
Application number: RU2013112037/07A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Степанович Зиновьев; Алексей Вячеславович Удовиченко
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2015-03-20
Also published as: RU2013112037A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: regulator can be applied as three-phase alternate voltage stabiliser, transformer-free device of alternate voltage stepping-up, adjustable source of stable alternate voltage, or as smooth start device for asynchronous motors. Regulator includes reactor included in power source at input, with one condenser inserted in each phase and connected in parallel to power source with its own reactor, and additionally includes two three-phase diode bridges and two transistors, where input of first three-phase diode bridge is connected to one end of circuit comprised by power source, condenser and reactor, output of first diode bridge is connected to first transistor, the other end of circuit is connected to second three-phase diode bridge, out put of second three-phase diode bridge is connected to second transistor, and input of second three-phase diode bridge is connected to a load comprised by a reactor and resistance sequence.

EFFECT: voltage regulation and increase without the use of power supply network transformer.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения, причем качество входного и выходного токов остается высоким. Такой регулятор может быть использован как стабилизатор трехфазного переменного напряжения, бестрансформаторное устройство повышения переменного напряжения, регулируемый источник стабильного переменного напряжения и как устройство плавного пуска асинхронных двигателей.The invention relates to the field of semiconductor converting technology and can be used to obtain an adjustable and stabilized three-phase AC voltage, and the quality of the input and output currents remains high. Such a regulator can be used as a three-phase AC voltage stabilizer, a transformerless device for increasing AC voltage, an adjustable source of stable AC voltage, and as a soft start device for asynchronous motors.

Известен регулятор переменного напряжения (Патент 2122274 CI RU, МПК Н02М 5/22. Регулятор трехфазного напряжения), содержащий в каждой фазе последовательно включенные входной LC-фильтр, входной ключ, выполненный в виде встречно-параллельного соединения вентиля с полным управлением и диода, реактор выходного фильтра, а также выходной ключ, подсоединенный к точке соединения входного ключа и реактора выходного фильтра.Known AC voltage regulator (Patent 2122274 CI RU, IPC Н02М 5/22. Three-phase voltage regulator), containing in each phase series-connected input LC filter, input key, made in the form of an anti-parallel connection of a valve with full control and a diode, reactor output filter, as well as an output key connected to the connection point of the input key and the reactor of the output filter.

Однако указанный регулятор имеет недостаток - автономию фаз нагрузки, что зачастую недоступно.However, this regulator has a drawback - autonomy of the load phases, which is often not available.

Кроме того, известен регулятор переменного напряжения (D. Divan, J Sastry Control of Multilevel Direct AC Converters, 978-1-4244-2893-9/09/$25.00 ©2009 IEEE, P.3077-3084), взятый за прототип, содержащий на входе реактор, один конец которого соединен с цепью из параллельно соединенных конденсатора и ключа переменного тока, а другой конец реактора соединен с параллельно соединенной группой ключей, между которыми подключена пара конденсаторов, к средней точке соединения которой подсоединен другой вывод ключа переменного тока, в свою очередь регулятор имеет трансформатор, вторичная обмотка которого подсоединена к нагрузке.In addition, an AC voltage regulator is known (D. Divan, J Sastry Control of Multilevel Direct AC Converters, 978-1-4244-2893-9 / 09 / $ 25.00 © 2009 IEEE, P.3077-3084), taken as a prototype containing at the input, a reactor, one end of which is connected to a circuit from a parallel-connected capacitor and an AC key, and the other end of the reactor is connected to a parallel-connected group of keys, between which a pair of capacitors is connected, to the midpoint of which is connected the other output of the AC key, the regulator has a transformer, a secondary winding which is connected to the load.

Однако этот регулятор имеет повышенные массогабаритные показатели из-за наличия трансформатора.However, this regulator has increased overall dimensions due to the presence of a transformer.

Задачей предлагаемого изобретения является создание регулятора переменного напряжения с улучшенными массогабаритными показателями.The task of the invention is the creation of an AC voltage regulator with improved overall dimensions.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемый регулятор, содержащий на входе реактор, включенный в источник питания, введены в каждую фазу по одному конденсатору, который параллельно соединен с источником питания со своим реактором, также введены два трехфазных диодных моста и два транзистора, вход первого трехфазного диодного моста соединен с источником питания, а к его выходу подсоединен первый транзистор, при этом другой конец цепи, состоящей из источника питания, конденсатора и реактора соединен с вторым трехфазным диодным мостом, к выходу которого подсоединен второй транзистор, также к входу этого трехфазного диодного моста подсоединена нагрузка, состоящая из последовательно соединенных реактора и активного сопротивления.The task is achieved in that in the proposed controller, containing at the input of the reactor, included in the power source, one capacitor is introduced into each phase, which is connected in parallel with the power source with its reactor, two three-phase diode bridges and two transistors are introduced, the input of the first a three-phase diode bridge is connected to a power source, and a first transistor is connected to its output, while the other end of the circuit consisting of a power source, a capacitor and a reactor is connected to a second three-phase diode a bridge to the output of which a second transistor is connected, also a load consisting of a series-connected reactor and active resistance is connected to the input of this three-phase diode bridge.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого регулятора переменного напряжения. На фиг.2 приведены временные диаграммы токов и напряжений. На фиг.3 показана векторная диаграмма, поясняющая принцип работы регулятора.Figure 1 presents a diagram of the proposed AC voltage regulator. Figure 2 shows the timing diagrams of currents and voltages. Figure 3 shows a vector diagram explaining the principle of operation of the regulator.

Предлагаемый регулятор содержит в каждой фазе источник питания со своим реактором 1, которые параллельно соединены с конденсатором 2 в каждой фазе, при этом один конец этой цепи соединен с входом первого трехфазного диодного моста 3, к выходу которого подсоединен транзистор 4, а второй конец цепи соединен с входом второго трехфазного диодного моста 5, к выходу которого подсоединен транзистор 6, и нагрузку, состоящую из последовательно соединенных реактора 7 и активного сопротивления 8 и подключенную ко входу второго трехфазного диодного моста 5.The proposed controller contains in each phase a power source with its own reactor 1, which are connected in parallel with a capacitor 2 in each phase, while one end of this circuit is connected to the input of the first three-phase diode bridge 3, to the output of which a transistor 4 is connected, and the second end of the circuit is connected with the input of the second three-phase diode bridge 5, to the output of which a transistor 6 is connected, and a load consisting of a series-connected reactor 7 and active resistance 8 and connected to the input of the second three-phase diode mos and 5.

Регулятор (фиг.1) работает следующим образом. На диаграммах токов и напряжений (фиг.2) показаны: а) входной ток i_A и напряжение фазы A u_Aпредлагаемого регулятора переменного напряжения, б) импульсы, подаваемые на ключ трехфазного диодного моста в нуле источника, в) ток конденсатора и напряжение на конденсаторе, г) ток в индуктивности и напряжение на индуктивности, д) выходной ток i_HA и напряжение нагрузки u_HA предлагаемого регулятора переменного напряжения. Высокочастотные прямоугольные импульсы (фиг.26), подаваемые на ключ 4, включают его, тем самым коммутируя квазиимпеданс источника питания с высокой частотой, внешний емкостной (конденсаторный) 2 импеданс добавляется к индуктивному 1 импедансу источника питания, функцию этого импеданса может выполнить или собственный индуктивный импеданс источника питания, или дополнительно последовательно включенный импеданс реактора. Известно, что фаза напряжения на емкости V_C (фиг.3) в последовательной цепи противоположна фазе напряжения на индуктивности V_L, т.е. напряжение на конденсаторе V_C добавляется к напряжению источника питания V₁. В зависимости от длительности включения ключа 4, возможно осуществить регулирование, в результате которого изменяется напряжение на нагрузке V_H. Можно повышать, понижать и стабилизировать напряжение на нагрузке 7, 8, если регулировать с высокой частотой относительные длительности подключения нагрузки к цепям с указанными различными импедансами. Для получения эффекта управляемого нулевого вентиля добавлен трехфазный диодный мост 5 с ключом 6, на который подаются в противофазе импульсы управления относительно тех, которыми управляется ключ 4.The regulator (figure 1) works as follows. The diagrams of currents and voltages (figure 2) show: a) the input current i _A and phase voltage A u _{A of the} proposed AC voltage regulator, b) the pulses supplied to the key of a three-phase diode bridge at the source zero, c) the capacitor current and voltage to capacitor, d) current in inductance and voltage across inductors, e) output current i _HA and load voltage u _{HA of the} proposed AC voltage regulator. High-frequency rectangular pulses (Fig. 26) supplied to the switch 4 include it, thereby switching the quasi-impedance of the power source with a high frequency, an external capacitive (capacitor) 2 impedance is added to the inductive 1 impedance of the power source, the function of this impedance can be performed either by its own inductive impedance of the power source, or additionally in series impedance of the reactor. It is known that the phase of the voltage across the capacitance V _C (Fig. 3) in the series circuit is opposite to the phase of the voltage across the inductance V _L , i.e. the voltage across the capacitor V _{C is} added to the voltage of the power supply V ₁ . Depending on the duration of the switch 4, it is possible to carry out regulation, as a result of which the voltage across the load V _H changes. It is possible to increase, decrease and stabilize the voltage at the load 7, 8 if the relative durations of connecting the load to the circuits with the indicated various impedances are controlled with high frequency. To obtain the effect of a controlled zero gate, a three-phase diode bridge 5 with a key 6 is added, to which control pulses are applied in antiphase relative to those controlled by the key 4.

Таким образом, предлагаемый регулятор переменного напряжения, в котором регулирование и повышение напряжения обеспечивается без использования трансформатора сетевого напряжения, по сравнению с прототипом имеет лучшие массогабаритные показатели.Thus, the proposed AC voltage regulator, in which voltage regulation and increase is provided without using a mains voltage transformer, has better overall dimensions compared to the prototype.

Claims

An AC voltage regulator, comprising a reactor at the input, included in the power source, characterized in that one capacitor is introduced into each phase, which is connected in parallel with the power source with its reactor, two three-phase diode bridges and two transistors are also introduced, the input of the first a three-phase diode bridge is connected to one end of the circuit, consisting of a power source, a capacitor and a reactor, and a first transistor is connected to the output of the first diode bridge, while the other end of the circuit is connected to the second three-phase by a diode bridge to the output of which a second transistor is connected, a load consisting of a series-connected reactor and active resistance is also connected to the input of this three-phase diode bridge.