RU2566365C1 - Method of step-link control of output voltage for rectifier based on transformer with rotating magnetic field - Google Patents

Method of step-link control of output voltage for rectifier based on transformer with rotating magnetic field Download PDF

Info

Publication number
RU2566365C1
RU2566365C1 RU2014123573/07A RU2014123573A RU2566365C1 RU 2566365 C1 RU2566365 C1 RU 2566365C1 RU 2014123573/07 A RU2014123573/07 A RU 2014123573/07A RU 2014123573 A RU2014123573 A RU 2014123573A RU 2566365 C1 RU2566365 C1 RU 2566365C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rectifier
voltage
sections
branches
taps
Prior art date
Application number
RU2014123573/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Платоненков
Александр Иванович Черевко
Александра Алексеевна Рогушина
Игорь Александрович Сакович
Михаил Михайлович Музыка
Илья Юрьевич Кузьмин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ)
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 автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ)
Priority to RU2014123573/07A priority Critical patent/RU2566365C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2566365C1 publication Critical patent/RU2566365C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention may be used in control systems (B) based on transformers with rotating magnetic fields (TRMF). The suggested method of step-chord control is implemented due to vectorial addition of voltage values in separate sections of secondary circular TRMF winding by means of semiconductor switch (SS) switching branches of secondary circular n-section TRMF winding in compliance with new algorithm. Outputs of SS - multi-arm rectifying bridge are coupled to collecting bus bars supplying load of the rectifier. At each control step branches of circular TRMF winding are connected to collecting bus bars of the rectifier; the branches are divided by number of sections permanent for each section, in result value of rectified voltage is defined by vectorial sum of EMF for a group of sections placed between branches, connected by semiconductor switch to positive and negative collecting bus bars of the rectifier, and each next pair of branches connected to collecting bus bars of the rectifier has minimum phase shift in regard to the previous pair of branches.
EFFECT: improved energy characteristics.
1 tbl, 5 dwg

Description

Область использования Area of use

Способ ступенчато-хордового регулирования выходного напряжения выпрямителя относится к области электротехники, в частности к полупроводниковым преобразователям параметров электрической энергии и может быть использован для управления выпрямителями, построенными на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями (ТВМП).The method of step-chord regulation of the output voltage of the rectifier relates to the field of electrical engineering, in particular to semiconductor converters of electric energy parameters and can be used to control rectifiers built on the basis of transformers with rotating magnetic fields (TVMP).

Уровень техники State of the art

Известно, что ступенчатое регулированием выходного напряжения применяют для стабилизации выходного напряжения выпрямителей [B.C. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко, Основы преобразовательной техники, М., Высшая школа, 1980 г., 424 с], а также для регулирования переменного напряжения [Ю.С. Забродин. Промышленная электроника, М., Высшая школа, 1982 г., 496 с]. Способ ступенчатого регулирования реализуется с помощью трансформаторов с пульсирующим магнитным полем, содержащих первичные или вторичные обмотки с несколькими секциями, отводы которых переключаются полупроводниковыми коммутаторами.It is known that stepwise regulation of the output voltage is used to stabilize the output voltage of the rectifiers [B.C. Rudenko, V.I. Senko, I.M. Chizhenko, Fundamentals of converter technology, M., Higher School, 1980, 424 s], as well as for regulating AC voltage [Yu.S. Zabrodin. Industrial Electronics, M., Higher School, 1982, 496 s]. The method of stepwise regulation is implemented using pulsating magnetic field transformers containing primary or secondary windings with several sections, the taps of which are switched by semiconductor switches.

Наиболее близким к заявляемому способу ступенчато-хордового регулирования является способ ступенчатого регулирования выходного напряжения выпрямителя за счет переключения отводов вторичных обмоток согласующего трехфазного трансформатора с пульсирующими магнитными полями, с обмотками, включенными по схеме звезда/звезда (с отводами) [B.C. Руденко, В.И. Сенько. И.М. Чиженко, Основы преобразовательной техники, М., Высшая школа, 1980 г., 424 с.].Closest to the claimed method of step-chord regulation is a method of step-by-step regulation of the output voltage of the rectifier by switching the taps of the secondary windings of the matching three-phase transformer with pulsating magnetic fields, with windings connected according to the star / star circuit (with taps) [B.C. Rudenko, V.I. Senko. THEM. Chizhenko, Fundamentals of transformative technology, M., Higher School, 1980, 424 pp.].

Цель применения способа ступенчатого регулирования выпрямленного напряжения с помощью вольтодобавки состоит в улучшении энергетических показателей выпрямителя, а именно: коэффициента сдвига и коэффициента мощности.The purpose of applying the method of stepwise regulation of the rectified voltage by means of voltage boosting is to improve the energy performance of the rectifier, namely: shear coefficient and power factor.

Сущность способа ступенчатого регулированием выходного напряжения выпрямителя заключается в арифметическом суммировании напряжения вольтодобавок от секций с более высокими напряжениями с напряжением основной секции с номинальным напряжением за счет чего ступенчато изменяется величина выходного напряжения выпрямителя. Управляемый выпрямитель (УВ), реализующий способ ступенчатого регулирования содержит два трехфазных коммутатора: неуправляемый, выполненный по трехфазной нулевой схеме на силовых диодах, который передает в нагрузку номинальное напряжение, и управляемый, выполненный по трехфазной нулевой схеме на тиристорах, который передает в нагрузку добавочное (высокое) регулируемое напряжение.The essence of the method of stepwise regulation of the output voltage of the rectifier is the arithmetic summation of the voltage of the voltage additives from the sections with higher voltages with the voltage of the main section with the rated voltage, due to which the value of the output voltage of the rectifier changes stepwise. A controlled rectifier (HC) that implements a stepwise regulation method contains two three-phase switches: uncontrolled, made according to a three-phase zero circuit on power diodes, which transfers the rated voltage to the load, and controlled, made according to a three-phase zero circuit on thyristors, which transfers an additional ( high) adjustable voltage.

К недостаткам аналога следует отнести:The disadvantages of the analogue include:

1) усложнение конструкции трансформатора за счет применения вольтодобавок;1) the complexity of the design of the transformer due to the use of voltage boosts;

2) значительный коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, так как при регулировании напряжения высшей ступени вольтодобавки возникают разрывы первого рода в кривых выпрямленного напряжения;2) a significant ripple coefficient of the rectified voltage, since when regulating the voltage of the highest step of the voltage boost, first-order discontinuities occur in the curves of the rectified voltage;

3) увеличение числа силовых ключей в составе полупроводниковых коммутаторов;3) an increase in the number of power switches in semiconductor switches;

4) ухудшение качества питающего напряжения и тока при регулировании напряжения высшей ступени вольтодобавки.4) deterioration in the quality of the supply voltage and current when regulating the voltage of the highest stage of voltage boost.

Задача изобретения Object of the invention

Цель изобретения - улучшение качества питающего и выпрямленного напряжения на основании применения нового ступенчато-хордового способа регулирования, при котором выпрямленное напряжение получается путем геометрического суммирования напряжений отдельных секций вторичной круговой обмотки трансформатора нового типа с вращающимся магнитным полем (ТВМП). ТВМП содержит первичную трехфазную и вторичную круговую n-секционную обмотку (КО), отводы которой переключаются полупроводниковым коммутатором в соответствии с новым «хордовым» алгоритмом, при котором исключаются разрывы первого рода в кривой выпрямленного напряжения, что уменьшает коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, уменьшает коэффициент сдвига между первыми гармониками питающего тока и напряжения, снижает влияние УВ с ТВМП на питающую сеть и обеспечивает высокое значение коэффициента мощности на всех ступенях регулирования.The purpose of the invention is to improve the quality of the supply and rectified voltage based on the use of a new step-chord method of regulation, in which the rectified voltage is obtained by geometrically summing the voltages of individual sections of the secondary circular winding of a new type of transformer with a rotating magnetic field (TVMP). TVMP contains a primary three-phase and secondary circular n-sectional winding (KO), the taps of which are switched by a semiconductor switch in accordance with the new "chord" algorithm, which eliminates first-type discontinuities in the rectified voltage curve, which reduces the ripple voltage of the rectified voltage, reduces the shear coefficient between the first harmonics of the supply current and voltage, reduces the effect of HC from TVMP on the supply network and provides a high value of power factor at all stages of regulation Bani.

Раскрытие изобретения Disclosure of invention

Сущность предлагаемого способа - ступенчато-хордового регулирования состоит в геометрическом суммировании напряжений отдельных секций вторичной круговой обмотки трансформатора нового типа с вращающимся магнитным полем. ТВМП содержит первичную трехфазную и вторичную круговую n-секционную обмотку, отводы которой переключаются полупроводниковым коммутатором (ПК). Непосредственный порядок геометрического суммирования мгновенных напряжений отдельных секций вторичной круговой обмотки определяется новым «хордовым» алгоритмом переключения отводов n-секционной КО и поясняется схемами, приведенными на фигуре 1, когда КО содержит различное число секций.The essence of the proposed method - step-chord regulation consists in geometric summation of the voltages of individual sections of the secondary circular winding of a new type of transformer with a rotating magnetic field. TVMP contains a primary three-phase and secondary circular n-section winding, the taps of which are switched by a semiconductor switch (PC). The direct order of the geometric summation of the instantaneous voltages of individual sections of the secondary circular winding is determined by the new "chord" algorithm for switching the taps of the n-section QO and is illustrated by the schemes shown in figure 1, when the QS contains a different number of sections.

Если принять, что в каждой секции КО возбуждаются одинаковые по амплитуде ЭДС, отличающиеся между собой пространственно-фазовыми сдвигами, а сами ЭДС уравновешиваются соответствующими падениями секционных напряжений, то амплитудное напряжение на секции КО, при холостом ходе УВ с ТВМП, можно найти какIf we assume that EMFs of the same amplitude are excited in each section of the CO, differing in spatial-phase shifts, and the EMF themselves are balanced by the corresponding drops in the sectional voltages, then the amplitude voltage on the CO section, when the HC is idling with TVMP, can be found as

Figure 00000001
Figure 00000001

где Uts_m - амплитудное напряжения на секции t-s КО ТВМП (здесь t и s - номера узлов КО на концах одной секции); Ul_m - амплитудное падение напряжения на фазе первичной трехфазной обмотки (ТО) ТВМП; w1 и w2 - числа витков фазы ТО и одной секции КО соответственно; L1 и L2 - индуктивности фазы ТО и одной секции КО соответственно.where U ts_m is the amplitude voltage at the ts section of the TBMP FET (here t and s are the FB node numbers at the ends of one section); U l_m is the amplitude voltage drop in the phase of the primary three-phase winding (TO) of the TVMP; w 1 and w 2 - the number of turns of the TO phase and one section of the TO, respectively; L 1 and L 2 are the inductances of the TO phase and one section of the TO, respectively.

Для расчета напряжения между узлами КО, можно воспользоваться топографической векторной диаграммой, основанной на геометрической интерпретации конструкции круговой обмотки ТВМП (фигура 1). Тогда КО ТВМП при 3-х секциях представляется в виде треугольника, при 4-х секциях - в виде квадрата, при 5-и секциях - в виде пятиугольника, при 6-и секциях - в виде шестиугольника и т.д. (фигура 1). В случае КО с 3-я секциями (фигура 1, выход 1.1) напряжение, например, между узлами 1-2, 2-3, 3-1 оказывается численно равно длине хорды, соединяющей соответствующие узлы (отводы КО):To calculate the voltage between the nodes of the TO, you can use the topographic vector diagram based on the geometric interpretation of the design of the circular winding of the TVMP (figure 1). Then KO TVMP with 3 sections is represented as a triangle, with 4 sections - as a square, with 5 sections - as a pentagon, with 6 sections - as a hexagon, etc. (figure 1). In the case of a QA with 3 sections (figure 1, output 1.1), the voltage, for example, between nodes 1-2, 2-3, 3-1 is numerically equal to the length of the chord connecting the corresponding nodes (bends of the QoS):

Figure 00000002
Figure 00000002

Для КО с 4 секциями (фигура 1, выход 1.2), напряжение между узлами 1 и 3 КО может быть найдено, как величина, равная диагонали квадрата, которая численно равна сумме проекций двух секционных напряжений U′12 и U′23 на диагональ квадрата:For a KO with 4 sections (figure 1, output 1.2), the voltage between nodes 1 and 3 of the KO can be found as a value equal to the diagonal of the square, which is numerically equal to the sum of the projections of two sectional voltages U ′ 12 and U ′ 23 on the diagonal of the square:

Figure 00000003
Figure 00000003

При нечетном числе секций КО NСКЛ=5, коммутатор отводов секций КО, формирующий выпрямленное напряжение (Ud), будет поочередно подсоединять к нагрузке отводы 1-3 и 1-4, 2-4 и 2-5, 3-5 и 3-1, 4-1 и 4-2, 5-2 и 5-3 и т.д. (фигура 1, выход 1.3).With an odd number of sections KO N SKL = 5, the switch of the taps of the KO sections forming the rectified voltage (U d ) will alternately connect taps 1-3 and 1-4, 2-4 and 2-5, 3-5 and 3 to the load -1, 4-1 and 4-2, 5-2 and 5-3, etc. (figure 1, exit 1.3).

Поэтому при пятисекционной обмотке мгновенное значение выпрямленного напряжения ud(t) может быть найдено, например, как напряжение между узлами 1 и 3, которое выражается как сумма проекций, отличающихся по величине от проекций четырехсекционной КО (фигура 1, выход 1.3):Therefore, with a five-section winding, the instantaneous value of the rectified voltage u d (t) can be found, for example, as the voltage between nodes 1 and 3, which is expressed as the sum of the projections that differ in magnitude from the projections of the four-section KO (figure 1, output 1.3):

Figure 00000004
Figure 00000004

При четном числе NСКЛ=6, коммутатор отводов секций КО будет поочередно подсоединять к нагрузке отводы 1-4, 2-5, 3-6, 4-1, 5-2, 6-3 и т.д. (фигура 1, выход 1.4). Здесь ud(t) может быть найдено, как напряжение между диаметрально расположенными узлами 1 и 4, которое состоит из трех проекций:With an even number N SKL = 6, the switch of the taps of the sections of the KO will alternately connect taps 1-4, 2-5, 3-6, 4-1, 5-2, 6-3, etc. to the load. (figure 1, output 1.4). Here u d (t) can be found as the voltage between the diametrically located nodes 1 and 4, which consists of three projections:

Figure 00000005
Figure 00000005

Из фигуры 1 следует, что при четном числе NСКЛ КО имеет 2n хорд с максимальным напряжением, а при нечетном числе NСКЛ таких хорд нет. Здесь при каждой вершине (отводе КО) имеются две хорды с наибольшими по величине напряжениями, например хорда 1-3 и 1-4 (1.3), из которых формируется ud(t). Указанная геометрическая интерпретация, отображающая топологию КО, позволяет получить физическое объяснение причины удвоения числа пульсаций в кривой выпрямленного напряжения УВ с ТВМП с нечетным числом пар силовых ключей.From figure 1 it follows that with an even number N SCR KO has 2n chords with a maximum voltage, and with an odd number N SCR there are no such chords. Here, at each vertex (KO branch), there are two chords with the highest voltages, for example, chords 1-3 and 1-4 (1.3), from which u d (t) is formed. The indicated geometric interpretation, which reflects the topology of the QoS, allows one to obtain a physical explanation of the reason for doubling the number of ripples in the curve of the rectified voltage of a shock wave with TVMP with an odd number of power switch pairs.

Аналогичным образом можно рассчитать максимальное напряжение между любыми двумя отводами КО, при любом числе секций КО или числе пар силовых ключей.Similarly, you can calculate the maximum voltage between any two branches of the TO, for any number of sections of the TO or the number of pairs of power switches.

Напряжение с отводов КО поступает на полупроводниковый коммутатор (ПК), представляющий собой многоплечную мостовую схему выпрямления, выполненную на полностью управляемых полупроводниковых приборах (ПП), роль которых, в зависимости от напряжения, прикладываемого к нагрузке выпрямителя, могут выполнять двухоперационные (запираемые) тиристоры, полевые транзисторы или биполярные транзисторы с изолированным затвором. ПК работает в соответствии с новым алгоритмом, при котором переключение отводов силовой КО происходит без разрыва ее токовых цепей, что исключает появление разрывов первого рода (скачков) выходного напряжения. Выходы многоплечного моста подключены к сборным шинам, с которых запитывается нагрузка выпрямителя. В качестве примера новый способ регулирования рассмотрим для случая, когда ТВМП содержит девятисекционную КО, а выпрямительный коммутатор выполнен на 9 пар полностью управляемых силовых ключей. Принципиальная схема УВ с ТВМП представлена на фигуре 2.The voltage from the KO taps is fed to a semiconductor switch (PC), which is a multi-arm bridge rectification circuit, made on fully controllable semiconductor devices (PP), the role of which, depending on the voltage applied to the rectifier load, can be performed by two-operation (lockable) thyristors, field effect transistors or insulated gate bipolar transistors. The PC operates in accordance with the new algorithm, in which the switching of the power KO taps occurs without breaking its current circuits, which eliminates the appearance of first-order discontinuities (surges) in the output voltage. The outputs of the multi-arm bridge are connected to the busbars from which the rectifier load is supplied. As an example, we will consider a new regulation method for the case when the TVMP contains a nine-section KO and the rectifier switch is made up of 9 pairs of fully controllable power switches. Schematic diagram of HC with TVMP is presented in figure 2.

Для реализации ступенчато-хордового регулирования по новому алгоритму работы силовых ключей (СКЛ) необходимо ввести определенный порядок нумерации СКЛ, что позволит формализовать описание алгоритма работы устройства управления. Вначале один из отводов КО принимается за базовый и ему присваивается номер «1», причем в качестве базового может быть принят любой отвод. Отвод КО, имеющий минимальный отрицательный фазовый сдвиг относительно отвода «1», получает номер «2». Отвод КО, имеющий минимальный отрицательный фазовый сдвиг относительно отвода «2», получает номер «3» и т.д. Катодные СКЛ получают номера в соответствии с выражением (6)To implement step-chord regulation according to the new algorithm for the operation of power keys (SCR), it is necessary to introduce a certain numbering procedure for SCR, which will formalize the description of the algorithm of the control device. Initially, one of the KO taps is taken as the base and is assigned the number “1”, and any branch can be taken as the base. The KO tap having a minimum negative phase shift relative to the “1” tap is given the number “2”. The KO branch having the minimum negative phase shift relative to the branch "2" receives the number "3", etc. Cathode SCR receive numbers in accordance with the expression (6)

Figure 00000006
Figure 00000006

где NKK - номер текущего катодного ключа; NKO - номер текущего отвода круговой обмотки, а анодные СКЛ получают номера в соответствии с выражением (7)where N KK is the number of the current cathode key; N KO is the number of the current tap of the circular winding, and the anode SCR receive numbers in accordance with the expression (7)

Figure 00000007
Figure 00000007

где NKA - номер текущего анодного ключа.where N KA is the number of the current anode key.

В результате номера СКЛ катодной группы принимают нечетные значения (1, 3, 5 и т.д.), а номера силовых ключей анодной группы - четные значения (2, 4, 6 и т.д.). Принципиальная схема силовой части устройства с предлагаемой нумерацией отводов и силовых вентилей представлена на фигуре 2.As a result, the SCR numbers of the cathode group take odd values (1, 3, 5, etc.), and the numbers of the power keys of the anode group take even values (2, 4, 6, etc.). A schematic diagram of the power part of the device with the proposed numbering of taps and power valves is shown in figure 2.

Величина напряжения, снимаемого коммутатором с пары отводов КО и подаваемого на сборные шины УВ, зависит от количества последовательно включенных секций между коммутируемыми отводами КО и определяется геометрической суммой ЭДС последовательно включенных секций. Так для УВ с девятью секциями КО (фигура 2) можно получить четыре уровня выпрямленного напряжения без разрывов первого рода (фигура 3):The voltage removed by the switch from a pair of KO taps and supplied to the HC busbars depends on the number of sections connected in series between the switched KO taps and is determined by the geometric sum of the EMF of the series-connected sections. So for HC with nine sections of KO (figure 2) you can get four levels of rectified voltage without gaps of the first kind (figure 3):

1) напряжение U4, определяемое геометрической суммой ЭДС четырех последовательно соединенных секций, когда коммутатор подключает на сборные шины УВ отводы 1 и 6 КО;1) voltage U 4 , determined by the geometric sum of the EMF of the four series-connected sections, when the switch connects to the busbars of the HC, taps 1 and 6 KO;

2) напряжение U3, определяемое геометрической суммой ЭДС трех последовательно соединенных секций, когда коммутатор подключает на сборные шины У В отводы 2 и 5 КО;2) voltage U 3 , determined by the geometrical sum of the EMF of three series-connected sections, when the switch connects taps 2 and 5 to the busbars U V;

3) напряжение U2, определяемое геометрической суммой ЭДС двух последовательно соединенных секций, когда коммутатор подключает на сборные шины У В отводы 9 и 7 КО;3) voltage U 2 , determined by the geometric sum of the EMF of two series-connected sections, when the switch connects taps 9 and 7 to the busbars U V;

4) напряжение U1, определяемое ЭДС секции, когда коммутатор подключает на сборные шины У В отводы 3 и 4 КО.4) the voltage U 1 determined by the EMF section, when the switch connects to the busbars U In taps 3 and 4 KO.

На фигуре 4 представлена векторная диаграмма, представляющая собой совокупность всех векторов напряжений КО ТВМП для всех четырех уровней выходного напряжения преобразователя (фигура 2), позволяющая сформировать предлагаемый алгоритм управления ПП, заключающийся в том, что при работе на любой ступени регулирования последовательно подключаются к нагрузке выводы КО, разделенные постоянным для каждой ступени числом секций КО. Каждая следующая пара отводов имеет минимальный отрицательный фазовый сдвиг напряжения относительно предыдущей пары отводов.The figure 4 presents a vector diagram, which is a set of all voltage vectors KO TVMP for all four levels of the output voltage of the Converter (figure 2), which allows you to create the proposed control algorithm PP, which consists in the fact that when working at any stage of regulation, the leads are connected in series to the load KO, divided by a constant for each step the number of sections KO. Each next pair of taps has a minimum negative phase shift in voltage relative to the previous pair of taps.

Так для преобразователя (фигура 2) согласно фигуре 4 на первой ступени, если принять за точку отсчета момент естественной коммутации диаметральной пары силовых ключей 1 и 2 (фигура 2), согласно векторной диаграмме (фигура 4), в первый момент времени следует замкнуть СКЛ 5 и 16, при этом 3-й отвод КО подключается к положительной шине выпрямителя 5-м СКЛ, а 4-й отвод КО 16-м ключом подключается к отрицательной шине выпрямителя.So for the converter (figure 2) according to figure 4 in the first stage, if we take for the reference point the moment of natural switching of the diametrical pair of power switches 1 and 2 (figure 2), according to the vector diagram (figure 4), at the first moment of time it should close SCR 5 and 16, while the 3rd KO tap is connected to the positive rectifier bus of the 5th SCR, and the 4th KO tap with the 16th key is connected to the negative rectifier bus.

Через время, равное π/N, с момента включения предыдущей пары СКЛ должна включиться последующая смежная пара, подключенная к выводам КО, имеющим минимальный отрицательный фазовый сдвиг (СКЛ 17 и 6). При этом предшествующая пара СКЛ отключается с небольшой временной задержкой, что позволяет исключить разрывы цепей питания индуктивных катушек, составляющих секции КО, и тем самым обеспечивает высокое качество выпрямленного напряжения. Далее процесс переключения повторяется аналогичным образом для последующих пар силовых ключей.After a time equal to π / N, from the moment the previous SCR pair is turned on, the next adjacent pair should be turned on, connected to the terminals of the SC having the minimum negative phase shift (SCR 17 and 6). At the same time, the previous SCR pair is switched off with a short time delay, which eliminates the breaks in the power circuits of the inductive coils that make up the KO sections, and thereby ensures high quality of the rectified voltage. Further, the switching process is repeated in a similar manner for subsequent pairs of power switches.

На второй ступени, согласно векторной диаграмме (фигура 4), в первый момент времени следует замкнуть СКЛ 17 и 4, при этом 9-й отвод КО подключается к положительной шине выпрямителя 17-м СКЛ, а 7-й отвод КО 4-м СКЛ подключается к отрицательной шине выпрямителя.In the second stage, according to the vector diagram (figure 4), at the first moment of time, SCR 17 and 4 should be closed, while the 9th branch of the KO is connected to the positive rectifier bus with the 17th SCR, and the 7th branch of the KO with the 4th SCR connects to the negative bus of the rectifier.

Через время, равное π/N, с момента включения предыдущей пары СКЛ должна включиться последующая смежная пара, подключающая выводы КО, имеющие минимальный отрицательный фазовый сдвиг (СКЛ 5 и 18). При этом предшествующая пара СКЛ отключается с небольшой временной задержкой, что позволяет исключить разрывы цепей питания индуктивных катушек, составляющих секции КО, и тем самым обеспечивает высокое качество выпрямленного напряжения. Далее процесс переключения повторяется аналогичным образом для последующих пар силовых ключей.After a time equal to π / N, from the moment the previous SCR pair is turned on, the next adjacent pair should turn on, connecting the KO terminals having the minimum negative phase shift (SCR 5 and 18). At the same time, the previous SCR pair is switched off with a short time delay, which eliminates the breaks in the power circuits of the inductive coils that make up the KO sections, and thereby ensures high quality of the rectified voltage. Further, the switching process is repeated in a similar manner for subsequent pairs of power switches.

На третьей ступени, согласно векторной диаграмме (фигура 4), в первый момент времени следует замкнуть СКЛ 3 и 18, при этом 2-й отвод КО подключается к положительной шине выпрямителя 3-м СКЛ, а 5-й отвод КО 4-м СКЛ подключается к отрицательной шине выпрямителя.In the third stage, according to the vector diagram (figure 4), at the first moment of time, SCR 3 and 18 should be closed, while the 2nd KO tap is connected to the positive rectifier bus with the 3rd SCR, and the 5th KO tap with the 4th SCR connects to the negative bus of the rectifier.

Через время, равное π/N, с момента включения предыдущей пары СКЛ должна включиться последующая смежная пара, подключенная к выводам КО, имеющим минимальный отрицательный фазовый сдвиг (СКЛ 1 и СКЛ 4). При этом предшествующая пара СКЛ отключается с небольшой временной задержкой, что позволяет исключить разрывы цепей питания индуктивных катушек, составляющих секции КО, что тем самым обеспечивает высокое качество выпрямленного напряжения. Далее процесс переключения повторяется аналогичным образом для последующих пар силовых ключей.After a time equal to π / N, from the moment the previous SCR pair is turned on, the next adjacent pair should be connected, connected to the terminals of the QO having a minimum negative phase shift (SCR 1 and SCR 4). At the same time, the previous SCR pair is turned off with a short time delay, which eliminates the breaks in the power circuits of the inductive coils that make up the KO sections, thereby ensuring high quality of the rectified voltage. Further, the switching process is repeated in a similar manner for subsequent pairs of power switches.

На четвертой ступени регулирования, в первый момент времени следует замкнуть ключи 1 и 2, при этом 1-й отвод КО подключается к положительной шине выпрямителя 1-м ключом, а 6-й отвод КО 2-м ключом подключается к отрицательной шине выпрямителя.At the fourth stage of regulation, at the first moment of time, keys 1 and 2 should be closed, while the 1st KO tap is connected to the positive rectifier bus with the 1st key, and the 6th KO tap with the 2nd key is connected to the negative rectifier bus.

Через время, равное π/N, с момента включения пары 1 и 2 СКЛ должна включиться последующая смежная пара (СКЛ 3 и СКЛ 4), соединенная с выводами КО, имеющими минимальный отрицательный фазовый сдвиг. При этом предшествующая пара СКЛ отключается с небольшой временной задержкой, что позволяет исключить разрывы цепей питания индуктивных катушек, составляющих секции КО, что тем самым обеспечивает высокое качество выпрямленного напряжения. Далее процесс переключения повторяется аналогичным образом для последующих пар силовых ключей.After a time equal to π / N, from the moment the SCR pair 1 and 2 are turned on, the next adjacent pair (SCR 3 and SCR 4) should be connected, connected to the KO terminals with a minimum negative phase shift. At the same time, the previous SCR pair is turned off with a short time delay, which eliminates the breaks in the power circuits of the inductive coils that make up the KO sections, thereby ensuring high quality of the rectified voltage. Further, the switching process is repeated in a similar manner for subsequent pairs of power switches.

Порядок включения СКЛ для всех ступеней регулирования приведен в таблице 1.The procedure for enabling SCR for all stages of regulation is given in table 1.

Графики значений ступеней выходного напряжения в долях напряжения секции для преобразователя (фигура 2) представлены на фигуре 5.Graphs of the values of the stages of the output voltage in fractions of the voltage section for the Converter (figure 2) are presented in figure 5.

Figure 00000008
Figure 00000008

Количество ступеней регулирования NСТУП выпрямленного напряжения в общем случае зависит от n - числа фаз КО ТВМП, и может быть определено из выражения (8.1) для четного n и (8.2) для нечетного n.The number of regulation steps N STUP of the rectified voltage in the general case depends on n - the number of phases of the TVMP flux, and can be determined from expression (8.1) for even n and (8.2) for odd n.

Figure 00000009
Figure 00000009

Так, например, при n=15, число ступеней регулирования выпрямленного напряжения будет равно семи, при n=19 число ступеней регулирования выпрямленного напряжения будет равно девяти и т.д.So, for example, with n = 15, the number of steps for regulating the rectified voltage will be seven, for n = 19 the number of steps for regulating the rectified voltage will be nine, etc.

Достоинство данного способа регулирования выпрямленного напряжения состоит в том, что здесь нет разрывов первого рода в кривой выпрямленного напряжения, а также в том, что здесь отношение амплитуды основной пульсации выпрямленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения остается практически постоянным по величине, что следует из временных диаграмм (фигура 5) и выражения для коэффициента пульсаций:The advantage of this method of regulating the rectified voltage is that there are no first-order discontinuities in the rectified voltage curve, and also that here the ratio of the amplitude of the main ripple of the rectified voltage to the average value of the rectified voltage remains almost constant in value, which follows from the time diagrams (figure 5) and expressions for the ripple coefficient:

Figure 00000010
Figure 00000010

здесь порядковый номер гармоники основной пульсации выпрямленного напряжения численно равен удвоенному числу фаз (2n) КО ТВМП.here the sequence number of the harmonic of the main ripple of the rectified voltage is numerically equal to the doubled number of phases (2n) of the TBMP.

Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings

Изобретение поясняется чертежами в количестве 5 (пяти) штук. На фигуре 1 представлены геометрические интерпретации круговых обмоток с различным числом секций и диаграммы напряжений между узлами 1,2 КО с 3-я секциями (1.1), между узлами 1,3 КО с 4-я секциями (1.2), между узлами 1,3 КО с 5-ю секциями (1.3) и напряжения между узлами 1,3 КО с 6-ю секциями (1.4). На фигуре 2 приведена принципиальная схема устройства, реализующего новый способ ступенчато-хордового регулирования. На фигуре 3 изображен ТВМП, где на схеме КО указаны максимальные значения напряжений на четырех ступенях регулирования в виде векторов между отводами круговой обмотки. На фигуре 4 представлена векторная диаграмма, представляющая собой совокупность всех векторов напряжений снимаемых с отводов КО для всех четырех уровней выходного напряжения выпрямителя (фигура 2), позволяющая сформировать новый алгоритм управления. На фигуре 5 приведены кривые выпрямленных напряжений для четырех ступеней регулирования, полученные в соответствии с новым способом ступенчато-хордового регулирования.The invention is illustrated by drawings in an amount of 5 (five) pieces. The figure 1 shows the geometric interpretation of circular windings with a different number of sections and voltage diagrams between nodes 1.2 KO with 3 sections (1.1), between nodes 1.3 KO with 4 sections (1.2), between nodes 1.3 CF with 5 sections (1.3) and voltage between nodes 1.3 CF with 6 sections (1.4). The figure 2 shows a schematic diagram of a device that implements a new method of step-chord regulation. The figure 3 shows the TVMP, where the KO diagram shows the maximum voltage values at the four stages of regulation in the form of vectors between the taps of the circular winding. The figure 4 presents a vector diagram, which is a set of all the voltage vectors removed from the taps KO for all four levels of the output voltage of the rectifier (figure 2), which allows you to create a new control algorithm. The figure 5 shows the curves of the rectified stresses for the four stages of regulation, obtained in accordance with the new method of step-chord regulation.

Реализация способаThe implementation of the method

Предлагаемый способ ступенчато-хордового регулирования реализуется за счет геометрического суммирования напряжений отдельных секций вторичной круговой обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем с помощью полупроводникового коммутатора (ПК), переключающего отводы вторичной круговой n-секционной обмотки ТВМП в соответствии с новым алгоритмом. Выходы ПК - многоплечного выпрямительного моста - подключаются к сборным шинам, с которых запитывается нагрузка выпрямителя. На любой ступени регулирования на сборные шины выпрямителя подключаются отводы круговой обмотки ТВМП, разделенные постоянным для каждой ступени числом секций КО, в результате этого величина выпрямленного напряжения определяется геометрической суммой ЭДС группы секций, находящихся между отводами круговой обмотки, которые подключаются полупроводниковым коммутатором на плюсовую и минусовую сборные шины выпрямителя, а каждая последующая пара отводов, подключаемых на сборные шины выпрямителя, имеет минимальный отрицательный фазовый сдвиг напряжения относительно предыдущей пары отводов.The proposed method of step-chord regulation is implemented by geometric summation of the voltages of individual sections of the secondary circular winding of a transformer with a rotating magnetic field using a semiconductor switch (PC), switching the taps of the secondary circular n-section winding of TVMP in accordance with the new algorithm. The outputs of the PC - the multi-arm rectifier bridge - are connected to the busbars from which the rectifier load is fed. At any regulation stage, rectifier busbars of the TVMP are connected to the rectifier busbars, separated by a constant number of sections for each stage, as a result of which the rectified voltage is determined by the geometric sum of the EMF of the group of sections located between the branches of the circular winding, which are connected to the plus and minus by the semiconductor switch busbar rectifier, and each subsequent pair of taps connected to the busbar rectifier has a minimum negative phase sd wig voltage relative to the previous pair of taps.

Claims (1)

Способ ступенчато-хордового регулирования выходного напряжения управляемого выпрямителя состоит в том, что на любой ступени регулирования на сборные шины выпрямителя подключаются выводы круговой обмотки ТВМП, разделенные для каждой ступени постоянным числом секций круговой обмотки, отличающийся тем, что величина выпрямленного напряжения определяется геометрической суммой ЭДС группы секций, находящихся между отводами круговой обмотки, которые подключаются полупроводниковым коммутатором на плюсовую и минусовую сборные шины выпрямителя, а каждая последующая пара отводов, подключаемых на сборные шины выпрямителя, имеет минимальный отрицательный фазовый сдвиг напряжения относительно предыдущей пары отводов. The method of step-chord regulation of the output voltage of a controlled rectifier consists in the fact that at any stage of regulation on the busbars of the rectifier are connected the terminals of the circular winding of the TVMP, separated for each stage by a constant number of sections of the circular winding, characterized in that the value of the rectified voltage is determined by the geometric sum of the EMF of the group sections located between the taps of the circular winding, which are connected by a semiconductor switch to the positive and negative busbars straight of Tell, and each successive pair of taps connected to the assembly of the rectifier tire has a minimum negative voltage phase shift relative to the previous pair of taps.
RU2014123573/07A 2014-06-09 2014-06-09 Method of step-link control of output voltage for rectifier based on transformer with rotating magnetic field RU2566365C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014123573/07A RU2566365C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Method of step-link control of output voltage for rectifier based on transformer with rotating magnetic field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014123573/07A RU2566365C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Method of step-link control of output voltage for rectifier based on transformer with rotating magnetic field

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2566365C1 true RU2566365C1 (en) 2015-10-27

Family

ID=54362198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014123573/07A RU2566365C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Method of step-link control of output voltage for rectifier based on transformer with rotating magnetic field

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2566365C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170077U1 (en) * 2016-02-02 2017-04-13 Евгений Николаевич Коптяев REVERSIBLE CONVERTER
RU2619077C1 (en) * 2015-11-30 2017-05-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) Method of regulating output voltage of controlled rectifier at basis of transformer with rotating magnetic field with any number of circular winding sections
RU2641662C2 (en) * 2015-11-10 2018-01-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) Method of regulating output voltage of controlled rectifier at basis of transformer with rotating magnetic field

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1149358A1 (en) * 1982-11-03 1985-04-07 Азербайджанский Политехнический Институт Им.Чингиза Ильдрыма A.c. voltage-to-d.c. voltage converter
RU2035828C1 (en) * 1993-03-02 1995-05-20 Виктор Анатольевич Хахулин Rectified voltage regulator
GB2383477A (en) * 2001-08-29 2003-06-25 Walter Farrer 12-pulse ac to dc converter with improved total harmonic distortion

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1149358A1 (en) * 1982-11-03 1985-04-07 Азербайджанский Политехнический Институт Им.Чингиза Ильдрыма A.c. voltage-to-d.c. voltage converter
RU2035828C1 (en) * 1993-03-02 1995-05-20 Виктор Анатольевич Хахулин Rectified voltage regulator
GB2383477A (en) * 2001-08-29 2003-06-25 Walter Farrer 12-pulse ac to dc converter with improved total harmonic distortion

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641662C2 (en) * 2015-11-10 2018-01-19 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) Method of regulating output voltage of controlled rectifier at basis of transformer with rotating magnetic field
RU2619077C1 (en) * 2015-11-30 2017-05-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) Method of regulating output voltage of controlled rectifier at basis of transformer with rotating magnetic field with any number of circular winding sections
RU170077U1 (en) * 2016-02-02 2017-04-13 Евгений Николаевич Коптяев REVERSIBLE CONVERTER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5643104B2 (en) Multiphase grid synchronous adjustment current source inverter system
EP3910770A1 (en) Multi-phase ac/dc converter
JP2012143104A (en) Power conversion system
RU2566365C1 (en) Method of step-link control of output voltage for rectifier based on transformer with rotating magnetic field
RU2673250C1 (en) Semiconductor rectifier
CN105515405B (en) 18 pulse self coupling vertoro of wide scope buck
Dong et al. Design of hybrid AC-DC-AC topology for Uninterruptible Power Supply
RU144525U1 (en) CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY
Von Hofen et al. Hybrid offshore HVDC converter with diode rectifier and Modular Multilevel Converter
US9837926B2 (en) Rectifier for converting three-phase AC voltage to 12-pulse DC voltage
RU2379818C1 (en) Device for interphase current distribution
RU2357352C1 (en) Three-phase high ac voltage converter
RU2586322C1 (en) Method of controlling output voltage of controlled rectifier based on transformer with rotating magnetic field with even number of sections of circular winding
RU151148U1 (en) CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY
Xiang et al. An improved proportional pulse compensation strategy for DC voltage balance of cascaded H-Bridge Rectifier
RU176888U1 (en) SEMICONDUCTOR RECTIFIER
RU144509U1 (en) CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY
RU2156024C1 (en) Three-phase sine-voltage regulator with high- frequency section
Kouchaki et al. Inductor design comparison of three-wire and four-wire three-phase voltage source converters in power factor correction applications
RU161057U1 (en) DEVICE FOR REDUCING THE CURRENT OF THIRD HARMONICS OF A FOUR-WIRE NETWORK
RU2604829C1 (en) Three-phase alternating voltage converter into direct voltage (versions)
RU2487457C1 (en) Converter of three-phase alternating voltage
RU158207U1 (en) ELECTROMAGNETIC COMPENSATOR OF CURRENT OF THIRD HARMONIC 4-WIRE NETWORK
RU2703984C2 (en) Double-channel straightening method
CN111279597A (en) Control of delta-connected converters

Legal Events

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

Effective date: 20170610