RU2564992C1

RU2564992C1 - Ac voltage regulator

Info

Publication number: RU2564992C1
Application number: RU2014118181/07A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Степанович Зиновьев; Роман Леонидович Горбунов
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-10-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: AC voltage regulator comprises in each phase reactors connected in parallel with a power supply source, accumulating capacitors, connected in parallel to the load, two three-phase diode rectifying bridges, the first of which by AC outputs is connected to the second load outputs, and the second one - to the outputs of additional capacitors, which by other outputs are connected to points of reactor connection with the first load outputs, and also two transistors, which by one are connected in conducting direction to DC outputs of diode rectifying bridges.

EFFECT: development of an AC voltage regulator with wide regulation range.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области силовой электроники 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, безтрансформаторное устройство повышения переменного напряжения, регулируемый источник стабильного переменного напряжения и как устройство плавного пуска асинхронных двигателей.The present invention relates to the field of power electronics 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 starter for induction motors.

Известен регулятор переменного 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 (Пат. 2122274 C1 RU, МПК H02M 5/22. Регулятор трехфазного напряжения).Known AC voltage regulator, containing in each phase in series an input LC filter, an input key made in the form of a counter-parallel connection of a valve with full control and a diode, an output filter reactor, as well as an output key connected to the connection point of the input key and reactor output filter (Pat. 2122274 C1 RU, IPC H02M 5/22. Three-phase voltage regulator).

Однако указанный регулятор имеет большое количество реактивных элементов и ключей.However, this controller has a large number of reactive elements and keys.

Кроме того, известен регулятор переменного напряжения (Z. Peng, L. Chen, F. Zhang. Simple Topologies of PWM AC-AC Converters, 1540-7985/03$17.00 ©2003 IEEE, P.10-13), взятый за прототип, содержащий в каждой фазе реакторы, включенные последовательно с источником питания, накопительные конденсаторы, включенные параллельно нагрузке, два трехфазных диодных выпрямительных моста, первый из которых выводами переменного тока подключен ко вторым выводам нагрузки, а второй - к точкам соединения реакторов с первыми выводами нагрузки, а также два транзистора, которые по одному подсоединены в проводящем направлении к выводам постоянного тока диодных выпрямительных мостов.In addition, an AC voltage regulator is known (Z. Peng, L. Chen, F. Zhang. Simple Topologies of PWM AC-AC Converters, 1540-7985 / 03 $ 17.00 © 2003 IEEE, P.10-13), taken as a prototype, containing in each phase reactors connected in series with the power source, storage capacitors connected in parallel with the load, two three-phase rectifier diode bridges, the first of which is connected to the second terminals of the load by the AC terminals and the second to the connection points of the reactors with the first terminals of the load, and also two transistors that are connected one at a time to dyaschem direction to the DC terminals of the diode rectifier bridges.

Однако этот регулятор способен только повышать напряжение, то есть имеет ограниченный диапазон регулирования напряжения.However, this regulator can only increase the voltage, that is, it has a limited voltage regulation range.

Задачей предлагаемого изобретения является создание регулятора переменного напряжения с широким диапазоном регулирования.The objective of the invention is the creation of an AC voltage regulator with a wide range of regulation.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом регуляторе переменного напряжения введены дополнительные конденсаторы, включенные последовательно между точками соединения реакторов с первыми выводами нагрузки и выводами переменного тока второго трехфазного диодного выпрямительного моста.The task is achieved by the fact that in the proposed AC voltage regulator additional capacitors are introduced, connected in series between the connection points of the reactors with the first load terminals and the AC terminals of the second three-phase diode rectifier bridge.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого регулятора переменного напряжения. На фиг.2 приведены временные диаграммы токов и напряжений (при уменьшенной частоте коммутации для ясности диаграмм).Figure 1 presents a diagram of the proposed AC voltage regulator. Figure 2 shows the timing diagrams of currents and voltages (with a reduced switching frequency for clarity of diagrams).

Предлагаемый регулятор переменного напряжения (фиг.1) содержит в каждой фазе реакторы 1, включенные последовательно с фазами A, B, C источника питания, накопительные конденсаторы 2, включенные параллельно каждой фазе a, b, c нагрузки 3, два трехфазных диодных выпрямительных моста 4, 5, первый из которых выводами переменного тока подключен ко вторым выводам нагрузки, а второй - к выводам дополнительных конденсаторов 6, которые другими выводами подключены к точкам соединения реакторов с первыми выводами нагрузки, а также два транзистора 7, 8, которые подсоединены в проводящем направлении к выводам постоянного тока соответствующих диодных выпрямительных мостов 4, 5, соответственно.The proposed AC voltage regulator (Fig. 1) contains in each phase reactors 1 connected in series with phases A, B, C of the power source, storage capacitors 2 connected in parallel with each phase a, b, c of load 3, two three-phase diode rectifier bridges 4 , 5, the first of which is connected to the second terminals of the load by the terminals of the alternating current, and the second to the terminals of the additional capacitors 6, which are connected by other terminals to the connection points of the reactors with the first terminals of the load, and also two transistors 7, 8, which Connect the in the conducting direction to the respective DC terminals of the diode bridge rectifier 4, 5, respectively.

На временных диаграммах токов и напряжений (фиг.2) показаны: a) входной ток i_A и напряжение u_A фазы А, б) импульсы, подаваемые на транзистор 8, в) выходной ток i_a и напряжение u_a нагрузки.The time diagrams of currents and voltages (Fig. 2) show: a) input current i _A and voltage u _{A of} phase A, b) pulses supplied to transistor 8, c) output current i _a and load voltage u _a .

Регулятор (фиг.1) работает следующим образом. Высокочастотные импульсы (фиг.2б), подаваемые на транзисторы 7 и 8, поочередно включают их, тем самым замыкая и разрывая нулевые точки трехфазных звезд цепи нагрузки и цепи, содержащей дополнительные конденсаторы 6. При замыкании транзистора 8 последовательно с источником питания оказываются включенными реакторы 1 и дополнительные конденсаторы 6. При замыкании транзистора 7 происходит обмен энергией реакторов 1 и источника питания с накопительными конденсаторами 2 и фазами нагрузки 3, приводящий к изменению напряжения на нагрузке. На интервале проводящего состояния транзистора 8 противо-ЭДС дополнительных конденсаторов 6 уменьшает напряжение на реакторах 1, ограничивая рост тока и регулируя длительности проводящего состояния транзистора 8, можно влиять на величину тока в реакторах 1, то есть на энергию, поступающую от реакторов 1 и источника в конденсаторы 2 и фазы нагрузки 3.The regulator (figure 1) works as follows. High-frequency pulses (figb), supplied to the transistors 7 and 8, turn on them one by one, thereby closing and breaking the zero points of the three-phase stars of the load circuit and the circuit containing additional capacitors 6. When the transistor 8 closes, the reactors 1 turn on in series with the power source and additional capacitors 6. When the transistor 7 is closed, the energy of the reactors 1 and the power source is exchanged with storage capacitors 2 and load phases 3, which leads to a change in voltage at the load. In the interval of the conductive state of the counter-EMF transistor 8 of additional capacitors 6 reduces the voltage at the reactors 1, limiting the growth of current and adjusting the duration of the conductive state of the transistor 8, you can affect the current in the reactors 1, that is, the energy coming from the reactors 1 and the source in capacitors 2 and load phases 3.

Таким образом, предлагаемый регулятор дает возможность повышать и понижать выходное напряжение. Повышение напряжения обеспечивается за счет ″накачки″ во входных реакторах токов, больших, чем требует цепь нагрузки во время подключения дополнительных конденсаторов к ним с последующей отдачей этого избытка энергии в конденсаторы, соединенные параллельно нагрузке. Понижение напряжения обеспечивается как обычно его широтно-импульсным регулированием. В целом, это позволяет регулировать напряжение как вверх, так и вниз от напряжения входа, т.е. в широком диапазоне.Thus, the proposed controller makes it possible to increase and decrease the output voltage. The voltage increase is ensured by “pumping” currents in the input reactors that are larger than the load circuit requires when additional capacitors are connected to them, with the subsequent transfer of this excess energy to capacitors connected in parallel with the load. Voltage reduction is ensured as usual by its pulse-width regulation. In general, this allows you to adjust the voltage both up and down from the input voltage, i.e. in a wide range.

Claims

An AC voltage regulator containing in each phase reactors connected in series with the power source, storage capacitors connected in parallel with the load, two three-phase diode rectifier bridges, the first of which is connected to the second terminals of the load by the AC terminals, two transistors that are connected in the conducting direction to DC outputs of the corresponding diode rectifier bridges, characterized in that additional capacitors are introduced, which are connected in series between the connection points of the reactors with the first terminals of the load and the terminals of the alternating current of the second three-phase diode rectifier bridge.