RU2564990C2 - Three-phase voltage regulator - Google Patents
Three-phase voltage regulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564990C2 RU2564990C2 RU2013158722/07A RU2013158722A RU2564990C2 RU 2564990 C2 RU2564990 C2 RU 2564990C2 RU 2013158722/07 A RU2013158722/07 A RU 2013158722/07A RU 2013158722 A RU2013158722 A RU 2013158722A RU 2564990 C2 RU2564990 C2 RU 2564990C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- voltage
- input
- shaped
- converters
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым регуляторам электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое по величине переменное напряжение, и может быть использовано для регулирования и стабилизации переменного напряжения на нагрузке, в том числе в бортовых системах электроснабжения автономных объектов, а также в устройствах плавного пуска двигателей переменного напряжения.The present invention relates to semiconductor electric energy regulators designed to convert an alternating voltage into a variable-voltage variable voltage, and can be used to regulate and stabilize an alternating voltage at a load, including in on-board power supply systems of autonomous objects, as well as in soft starters AC motors.
Известен трехфазный регулятор напряжения, состоящий из однофазных конверторов (регуляторов) переменного напряжения, построенных на базе мостовых схем с ключами переменного тока, в состав которого также входят высокочастотный трансформатор и нагрузка (Модуляционные источники питания РЭА / Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. - Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. 336 стр. 39).Known three-phase voltage regulator, consisting of single-phase converters (regulators) of alternating voltage, built on the basis of bridge circuits with alternating current switches, which also includes a high-frequency transformer and load (Modulating power supplies REA / Kobzev A.V., Mikhalchenko G.Ya ., Muzychenko N.M. - Tomsk: Radio and Communications, Tomsk Department, 1990. 336 p. 39).
Недостатком такого регулятора является большое количество ключей переменного тока на первичной и вторичной стороне трансформатора, что усложняет схему.The disadvantage of this regulator is the large number of alternating current switches on the primary and secondary side of the transformer, which complicates the circuit.
Известен трехфазный регулятор напряжения, состоящий из однофазных конверторов (регуляторов) переменного напряжения (Модуляционные источники питания РЭА / Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. - Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. - 336 стр. 61), являющийся прототипом. Рассмотрим структуру такого трехфазного регулятора переменного напряжения на примере одной фазы. Однофазный конвертор (регулятор) содержит ключи переменного тока, диоды и высокочастотные трансформаторы со средней точкой, ключи переменного тока подключены к концам первичной обмотки и вторичной обмотки высокочастотного трансформатора, также ко вторичной стороне высокочастотного трансформатора подключены встречно-параллельно диоды. Вторая и третья фазы выполнены идентично.Known three-phase voltage regulator, consisting of single-phase converters (regulators) of alternating voltage (Modulating power supplies REA / Kobzev A.V., Mikhalchenko G.Ya., Muzychenko N.M. - Tomsk: Radio and communications, Tomsk department, 1990. - 336 p. 61), which is the prototype. Consider the structure of such a three-phase AC voltage regulator using the example of one phase. A single-phase converter (regulator) contains alternating current keys, diodes and high-frequency transformers with a midpoint, alternating current keys are connected to the ends of the primary winding and the secondary winding of the high-frequency transformer, and anti-parallel diodes are connected to the secondary side of the high-frequency transformer. The second and third phases are identical.
Недостатком такого регулятора является зависимость входного коэффициента мощности от коэффициента мощности нагрузки, а также низкая эффективность использования трансформатора по типовой мощности и высокое обратное напряжение на ключах.The disadvantage of such a regulator is the dependence of the input power factor on the power factor of the load, as well as the low efficiency of using a transformer for typical power and high reverse voltage on the keys.
Задачей предлагаемого изобретения является создание трехфазного регулятора переменного напряжения, способного поддерживать заданный входной коэффициент мощности, независимо от коэффициента мощности нагрузки, кроме того более высокая эффективность использования трансформатора по типовой мощности и снижение обратного напряжения на ключах.The objective of the invention is the creation of a three-phase AC voltage regulator capable of maintaining a given input power factor, regardless of the load power factor, in addition, higher efficiency of using a transformer for typical power and reducing reverse voltage on the keys.
Поставленная задача достигается тем, что в трехфазный регулятор напряжения, состоящий из трех основных однофазных конверторов, содержащий ключи переменного тока и высокочастотные трансформаторы со средней точкой, ключи переменного тока подключены к концам первичной и вторичной обмоток высокочастотного трансформатора, дополнительно введены входные "Г-образные" LC-фильтры, дополнительные однофазные конверторы, выполненные идентично основным однофазным конверторам, включенные своими выходами последовательно в каждую фазу трехфазного регулятора между выходом основного однофазного конвертора и фазой нагрузки, входы основных однофазных конверторов включены между общей точкой соединения в звезду конденсаторов входных "Г-образных" LC-фильтров и выходом входного "Г-образного" LC-фильтра соответствующей фазы, входы каждого дополнительного однофазного конвертора включены между выходами входных "Г-образных" LC-фильтров двух других фаз.The task is achieved in that a three-phase voltage regulator, consisting of three main single-phase converters, containing alternating current keys and high-frequency transformers with a midpoint, alternating current keys are connected to the ends of the primary and secondary windings of the high-frequency transformer, input “L-shaped” ones are additionally introduced LC filters, additional single-phase converters, identical to the main single-phase converters, connected with their outputs in series in each phase of the three-phase regulator between the output of the main single-phase converter and the load phase, the inputs of the main single-phase converters are connected between the common point of connection of the input "L-shaped" LC filters in the star capacitor and the output of the input "L-shaped" LC filter of the corresponding phase, the inputs of each additional single-phase converter included between the outputs of the input "l-shaped" LC filters of the other two phases.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого регулятора, на фиг. 2 представлены диаграммы переменного напряжения ea и тока ia на входе одной из фаз регулятора с входным "Г-образным" LC-фильтром. На фиг. 3 представлены диаграммы переменного напряжения на нагрузке uн и тока iн одной из фаз регулятора. На фиг. 4 представлена векторная диаграмма, поясняющая принцип работы изобретения.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed controller, in FIG. 2 shows diagrams of alternating voltage e a and current i a at the input of one of the phases of the controller with an input “L-shaped” LC filter. In FIG. 3 shows diagrams of alternating voltage at a load u n and current i n of one of the phases of the controller. In FIG. 4 is a vector diagram illustrating the principle of operation of the invention.
Трехфазный регулятор напряжения (фиг. 1) содержит входные "Г-образные" LC-фильтры 1, 2, 3. В фазе А блок однофазных конверторов БОК 4 включает в себя основной однофазный конвертор ООК 5, который содержит высокочастотный трансформатор 6, имеющий первичную и вторичную обмотки со средними точками, к выводам первичных и вторичных обмоток трансформаторов подключены ключи переменного тока 7-10. Входы основного однофазного конвертора включены между общей точкой соединения в звезду конденсаторов входных "Г-образных" LC-фильтров и выходом входного "Г-образного" LC-фильтра соответствующей фазы источника питания; последовательно с основным однофазным конвертором, к средней точке вторичной обмотки трансформатора, подключен дополнительный однофазный конвертор ДОК 11, выполненный идентично основному однофазному конвертору, с высокочастотным трансформатором 12, и ключами переменного тока 13-16. Входы каждого дополнительного однофазного конвертора включены между выходами входных "Г-образных" LC-фильтров двух других фаз. К выходу каждого дополнительного однофазного конвертора включен трехфазный LC-фильтр 17, содержащий индуктивности 18-20, и емкости 21-23. Активно-индуктивная нагрузка 24 представлена последовательным соединением активного и индуктивного сопротивления в каждой фазе 25-27. Блоки двух других фаз БОК 28 и БОК 29 имеют идентичное строение, как блок БОК 4.The three-phase voltage regulator (Fig. 1) contains input “L-shaped” LC filters 1, 2, 3. In phase A, the block of single-phase converters BOK 4 includes a main single-phase converter OOK 5, which contains a high-frequency transformer 6 having a primary and secondary windings with midpoints; alternating current keys 7-10 are connected to the terminals of the primary and secondary windings of the transformers. The inputs of the main single-phase converter are connected between a common connection point in the star of the capacitors of the input “L-shaped” LC filters and the output of the input “L-shaped” LC filter of the corresponding phase of the power source; in series with the main single-phase converter, to the midpoint of the secondary winding of the transformer, an additional single-phase converter DOK 11 is connected, which is identical to the main single-phase converter, with a high-frequency transformer 12, and alternating current switches 13-16. The inputs of each additional single-phase converter are connected between the outputs of the input “L-shaped” LC filters of the other two phases. To the output of each additional single-phase converter, a three-phase LC filter 17 is included, containing inductors 18-20, and capacitors 21-23. Active-inductive load 24 is represented by a series connection of the active and inductive resistance in each phase 25-27. Blocks of the other two phases BOK 28 and BOK 29 have the same structure as the block BOK 4.
Трехфазный регулятор напряжения работает следующим образом. В случае, когда входное напряжение ea принимает номинальное значение, то оно полностью повторится и в нагрузке, и напряжение ШИР вольтодобавки равняется нулю (фиг. 2). Рассмотрим случай, когда входное напряжение ea меньше требуемого напряжения (фиг. 3). В этом случае, на ключи переменного тока подаются управляющие прямоугольные импульсы широтно-импульсного регулирования, и напряжение на выходе uн будет являться суммой двух векторов - входного напряжения и напряжения вольтодобавки. Для протекания тока во вторичной обмотке трансформатора на ключи переменного тока 13-14, 19-20 подаются управляющие импульсы так, что для создания нулевой паузы в напряжении в каждой фазе управляющие импульсы перекрывают друг на друга на требуемое время, тем самым создавая эффект нулевого вентиля, в результате чего входной ток ia убудет иметь импульсный характер. Для улучшения качества входного тока, очевидно, требуется наличие соответствующего входного "Г-образного" L-C фильтра на входе каждой фазы трехфазного регулятора напряжения. С целью регулирования входного коэффициента мощности, в каждую фазу введен дополнительный однофазный конвертор, который запитан напряжением, сдвинутым на 90 градусов относительно напряжения питания основного однофазного конвертора каждой фазы. В качестве такого напряжения, сдвинутого на 90 градусов, берется линейное напряжение между двумя другими входными фазами. Как видно из векторных диаграмм (фиг. 4), при правильном подборе величины выходного напряжения дополнительного однофазного конвертора входной ток и входное напряжение совпадают по фазе, как показано на фиг. 4, или фазовый сдвиг между ними может иметь любое заданное значение.Three-phase voltage regulator operates as follows. In the case when the input voltage e a takes a nominal value, then it will fully repeat in the load, and the voltage of the WID voltage addition is zero (Fig. 2). Consider the case when the input voltage e a is less than the required voltage (Fig. 3). In this case, the rectangular switching pulses of pulse-width regulation are applied to the alternating current switches, and the output voltage u n will be the sum of two vectors - the input voltage and the voltage boost. For the current to flow in the secondary winding of the transformer, control pulses are supplied to the alternating current switches 13-14, 19-20 so that to create a zero pause in the voltage in each phase, the control pulses overlap each other for the required time, thereby creating the effect of a zero valve, as a result, the input current i a will be pulsed. To improve the quality of the input current, it is obviously necessary to have a corresponding input “L-shaped” LC filter at the input of each phase of the three-phase voltage regulator. In order to regulate the input power factor, an additional single-phase converter is introduced into each phase, which is powered by a voltage shifted by 90 degrees relative to the supply voltage of the main single-phase converter of each phase. As such a voltage shifted by 90 degrees, a linear voltage is taken between two other input phases. As can be seen from the vector diagrams (Fig. 4), with the correct selection of the output voltage of the additional single-phase converter, the input current and input voltage coincide in phase, as shown in FIG. 4, or the phase shift between them can have any given value.
Таким образом, за счет дополнительного однофазного конвертора можно обеспечить входной ток с любым фазовым соотношением по отношению к входному напряжению, а, следовательно, и любое значение входного коэффициента мощности, в том числе и единичный, независимо от коэффициента мощности нагрузки, кроме того более высокая эффективность использования трансформатора по типовой мощности и сниженное обратное напряжение на ключах.Thus, due to the additional single-phase converter, it is possible to provide an input current with any phase ratio with respect to the input voltage, and, therefore, any value of the input power factor, including one, regardless of the load power factor, in addition, higher efficiency the use of a transformer for typical power and reduced reverse voltage on the keys.
Кроме того, в предложенной системе регулирования напряжения обеспечивается возможность повышения напряжения на его выходе по сравнению с напряжением на входе, что используется для регулирования и стабилизации напряжения на нагрузке на номинальном уровне при снижении входного напряжения ниже номинального.In addition, in the proposed voltage control system, it is possible to increase the voltage at its output compared to the input voltage, which is used to regulate and stabilize the voltage at the load at the nominal level while reducing the input voltage below the nominal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013158722/07A RU2564990C2 (en) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | Three-phase voltage regulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013158722/07A RU2564990C2 (en) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | Three-phase voltage regulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013158722A RU2013158722A (en) | 2015-07-10 |
| RU2564990C2 true RU2564990C2 (en) | 2015-10-10 |
Family
ID=53538112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013158722/07A RU2564990C2 (en) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | Three-phase voltage regulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2564990C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU186131U1 (en) * | 2018-09-10 | 2019-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | HIGH VOLTAGE AS-AC CONVERTER |
| RU211991U1 (en) * | 2022-04-28 | 2022-06-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | VOLTAGE REGULATOR |
| US11735923B2 (en) | 2020-07-28 | 2023-08-22 | Eaton Intelligent Power Limited | Voltage regulation device that includes a converter for harmonic current compensation and reactive power management |
| US11747841B2 (en) | 2018-08-20 | 2023-09-05 | Eaton Intelligent Power Limited | Current control apparatus |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU892617A1 (en) * | 1979-12-14 | 1981-12-23 | Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники | Device for regulating m-phase ac voltage |
| RU2156024C1 (en) * | 1999-03-30 | 2000-09-10 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Three-phase sine-voltage regulator with high- frequency section |
| GB2477554A (en) * | 2010-02-08 | 2011-08-10 | Econolight Internat | Lighting control system using first and second transformers |
-
2013
- 2013-12-27 RU RU2013158722/07A patent/RU2564990C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU892617A1 (en) * | 1979-12-14 | 1981-12-23 | Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники | Device for regulating m-phase ac voltage |
| RU2156024C1 (en) * | 1999-03-30 | 2000-09-10 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Three-phase sine-voltage regulator with high- frequency section |
| GB2477554A (en) * | 2010-02-08 | 2011-08-10 | Econolight Internat | Lighting control system using first and second transformers |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11747841B2 (en) | 2018-08-20 | 2023-09-05 | Eaton Intelligent Power Limited | Current control apparatus |
| RU186131U1 (en) * | 2018-09-10 | 2019-01-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | HIGH VOLTAGE AS-AC CONVERTER |
| US11735923B2 (en) | 2020-07-28 | 2023-08-22 | Eaton Intelligent Power Limited | Voltage regulation device that includes a converter for harmonic current compensation and reactive power management |
| RU211991U1 (en) * | 2022-04-28 | 2022-06-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | VOLTAGE REGULATOR |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013158722A (en) | 2015-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3068029A1 (en) | Inverter system | |
| US20170294853A1 (en) | Switching scheme for static synchronous compensators using cascaded h-bridge converters | |
| Baier et al. | Improving power quality in cascade multilevel converters based on single-phase nonregenerative power cells | |
| RU2625341C2 (en) | Control transformer | |
| WO2016170869A1 (en) | Power conversion device | |
| RU2675726C1 (en) | Voltage converter | |
| RU2564990C2 (en) | Three-phase voltage regulator | |
| US8199542B2 (en) | Method and device for creating a direct voltage or a direct current | |
| CA3070937A1 (en) | Switching scheme for static synchronous compensators using cascaded h-bridge converters | |
| US9136776B2 (en) | Current supply arrangement for the rectifying three-phase AC current into multi-pulse DC current | |
| RU157682U1 (en) | HIGH POWER HIGH POWER FREQUENCY CONVERTER WITH ACTIVE RECTIFIERS | |
| JP2013172530A (en) | Power conversion device | |
| RU2013120515A (en) | POWER SUPPLY SYSTEM | |
| RU2373625C1 (en) | Variable voltage zoned regulator | |
| RU203267U1 (en) | AC voltage regulator | |
| Salari et al. | A novel nine-level boost inverter with reduced structure and simple DC link capacitor control | |
| Sidorov | AC voltage regulators review | |
| RU187809U1 (en) | MULTI-PHASE SYSTEM OF ELECTRIC MOTION OF VESSELS WITH A SWITCH IN NEUTRAL | |
| RU2368937C1 (en) | Ac voltage controller | |
| RU2510769C1 (en) | Multilevel frequency converter with differential voltage levels and bypass semiconductor keys | |
| CN212435577U (en) | Power converter apparatus with fault current turn-off capability | |
| KR101224589B1 (en) | Multilevel inverter | |
| WO2015145713A1 (en) | Rectifier circuit | |
| RU2529887C1 (en) | M-phase variable voltage regulator | |
| RU2256284C1 (en) | Frequency converter (alternatives) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171228 |