RU2622645C1 - Rectifier unit - Google Patents
Rectifier unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622645C1 RU2622645C1 RU2016126781A RU2016126781A RU2622645C1 RU 2622645 C1 RU2622645 C1 RU 2622645C1 RU 2016126781 A RU2016126781 A RU 2016126781A RU 2016126781 A RU2016126781 A RU 2016126781A RU 2622645 C1 RU2622645 C1 RU 2622645C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- diodes
- rectifier
- capacitors
- terminal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
- H02M7/162—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
Abstract
Description
Изобретение относится к силовой электронике, а конкретно к выпрямителям трехфазной системы напряжений, и может быть использовано в качестве вторичного источника питания электроприводов, устройств информационной и силовой электроники.The invention relates to power electronics, and specifically to rectifiers of a three-phase voltage system, and can be used as a secondary power source for electric drives, information and power electronics devices.
Известен выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтров, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, содержащей устройство согласования, в блоке силовых вентилей в качестве ключей используются полностью управляемые вентили (транзисторы), а в систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей (Атрощенко В.А., Крылов А.Л., Суртаев Н.А. Трехфазный управляемый выпрямитель. Патент РФ №2279178, МПК Н02М 7/162, опубл. 2006.06.27, Бюл. №18 - [1]).A rectifier is known, consisting of a block of power valves assembled according to a three-phase bridge circuit, input and output filters, a rectified voltage sensor and a control system containing a matching device, fully controlled valves (transistors) are used as keys in the power valve block, and the control system includes a sawtooth generator, a control pulse generator, a cyclic shift register, a phase voltage comparison device, and a circuit for selecting valves to be switched on (Atroshchenko V.A., Krylov A.L., Surtaev N.A. Three-phase controlled rectifier (RF Patent No. 2279178, IPC
Недостатком данного выпрямителя является сложная структура и относительно ненадежная система управления ключами выпрямителя, низкое быстродействие системы управления. Наличие входного и выходного фильтров увеличивает массу и габариты.The disadvantage of this rectifier is the complex structure and relatively unreliable key management system of the rectifier, low speed control system. The presence of input and output filters increases the mass and dimensions.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является диодный выпрямитель, содержащий трехфазный диодный мост, к полюсам которого присоединены два последовательно включенных конденсатора, замыкающие контакты, включенные в две фазы моста, ограничитель тока, размыкающий контакт, механически связанный с контактами в фазах, и третий независимый замыкающий контакт, включенный в третью фазу моста, а ограничитель тока и размыкающий контакт включены последовательно и присоединены к средней точке конденсаторов. (Джус И.Н. Диодный выпрямитель. Патент РФ №2246169, МПК Н02М 7/10, опубл. 2005.02.10, Бюл. №4 - [2].)The closest to the proposed invention in technical essence and the achieved effect is a diode rectifier containing a three-phase diode bridge, to the poles of which are connected two series-connected capacitors, closing contacts, included in two phases of the bridge, a current limiter, an opening contact, mechanically connected with contacts in phases , and a third independent make contact included in the third phase of the bridge, and the current limiter and break contact are connected in series and connected to the midpoint th capacitors. (Dzhus I.N. Diode rectifier. RF patent №2246169, IPC Н02М 7/10, publ. 2005.02.10, Bull. No. 4 - [2].)
Недостатками такого выпрямителя являются массивные конденсаторы, низкое качество выпрямленного напряжения (высокий уровень пульсаций), отсутствие возможности его регулирования и стабилизации, а также малое значение коэффициента мощности, обусловленное высоким содержанием высших гармоник в спектре токов, потребляемых из питающей сети.The disadvantages of such a rectifier are massive capacitors, the low quality of the rectified voltage (high ripple), the lack of regulation and stabilization, as well as the low power factor due to the high content of higher harmonics in the spectrum of currents consumed from the mains.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании выпрямителя, имеющего синусоидальные входные токи с единичным коэффициентом мощности, регулируемое стабилизированное выходное напряжение при высоких массогабаритных показателях.The technical result to which the claimed invention is directed is to create a rectifier having sinusoidal input currents with a unit power factor, an adjustable stabilized output voltage at high overall dimensions.
Технический результат достигается тем, что в выпрямитель, имеющий шесть диодов и два конденсатора, катоды первого-третьего диодов подключены к первому зажиму первого конденсатора, а аноды четвертого-шестого диодов подключены к первому зажиму второго конденсатора и к минусовому зажиму, вторые зажимы конденсаторов соединены между собой, аноды первого-третьего диодов и катоды четвертого-шестого диодов образуют средние точки первого-третьего плеч соответственно, согласно изобретению введены первый-третий дроссели, первый-третий реверсивные ключи, управляющее устройство, первый-четвертый датчики напряжения и первый-четвертый датчики тока, первый-третий входные зажимы соединены со средними точками первого-третьего плеч через первый-третий дроссели и через первый-третий датчики тока соответственно, первый зажим первого конденсатора соединен с плюсовым зажимом через четвертый датчик тока, вторые зажимы конденсаторов подключены к общему проводу, первый-третий реверсивные ключи подключены между средними точками первого-третьего плеч соответственно и общим проводом, первый-третий датчики напряжения подключены между первым-третьим зажимами соответственно и общим проводом, четвертый датчик напряжения подключен к первым зажимам конденсаторов, выходы датчиков напряжения и датчиков тока соединены с первым-восьмым входами управляющего устройства, девятый вход которого является управляющим входом выпрямителя, а первый-третий выходы соединены с управляющими входами первого-третьего ключей.The technical result is achieved in that in a rectifier having six diodes and two capacitors, the cathodes of the first to third diodes are connected to the first terminal of the first capacitor, and the anodes of the fourth to sixth diodes are connected to the first terminal of the second capacitor and to the negative terminal, the second terminals of the capacitors are connected between by itself, the anodes of the first to third diodes and the cathodes of the fourth to sixth diodes form the midpoints of the first to third arms, respectively; according to the invention, first to third chokes are introduced, the first to third keys, a control device, the first to fourth voltage sensors and the first to fourth current sensors, the first to third input terminals are connected to the midpoints of the first to third arms through the first to third chokes and through the first to third current sensors, respectively, the first terminal of the first capacitor is connected with a positive clamp through the fourth current sensor, the second clamps of the capacitors are connected to a common wire, the first and third reversible keys are connected between the midpoints of the first and third arms, respectively, and the common wire, the first the third and third voltage sensors are connected between the first and third terminals, respectively, and the common wire, the fourth voltage sensor is connected to the first terminals of the capacitors, the outputs of the voltage sensors and current sensors are connected to the first to eighth inputs of the control device, the ninth input of which is the control input of the rectifier, and the first -third outputs connected to the control inputs of the first or third keys.
Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг. 1-4, гдеThe essence of the claimed invention is illustrated in FIG. 1-4, where
Фиг. 1 - схема выпрямителя;FIG. 1 - rectifier circuit;
Фиг. 2 - входные напряжения и токи;FIG. 2 - input voltages and currents;
Фиг. 3 - фазные мощности и мощности, поступающие на первый-второй конденсаторы;FIG. 3 - phase power and power supplied to the first or second capacitors;
Фиг. 4 - напряжения на конденсаторах и выходное напряжение выпрямителя.FIG. 4 - voltage across the capacitors and the output voltage of the rectifier.
На Фиг. 1 выпрямитель содержит диоды 1-6, конденсаторы 7, 8, дроссели 9-11, реверсивные ключи 12-14, управляющее устройство 15, датчики напряжения 16-19, датчики тока 20-23, входные зажимы А, В, С.In FIG. 1 rectifier contains diodes 1-6,
Диоды 1-6 соединены в мостовую схему Ларионова. Катоды диодов 1-3 подключены к первому зажиму конденсатора 7 и к плюсовому зажиму через датчик тока 23, а аноды диодов 4-6 подключены к первому зажиму конденсатора 8 и к минусовому зажиму. Вторые зажимы конденсаторов 7, 8 подключены к общему проводу. Аноды диодов 1-3 и катоды диодов 4-6 образуют средние точки первого-третьего плеч соответственно.Diodes 1-6 are connected to the Larionov bridge circuit. The cathodes of diodes 1-3 are connected to the first terminal of the
Входные зажимы А, В, С соединены со средними точками первого-третьего плеч через дроссели 9-11 и датчики тока 20-22 соответственно. Датчики напряжения 16-18 подключены между зажимами А, В, С соответственно и общим проводом. Датчик напряжения 19 подключен к первым зажимам конденсаторов 7, 8. Реверсивные ключи 12-14 подключены между средними точками первого-третьего плеч соответственно и общим проводом.The input terminals A, B, C are connected to the midpoints of the first to third shoulders through inductors 9-11 and current sensors 20-22, respectively. Voltage sensors 16-18 are connected between terminals A, B, C, respectively, and the common wire. The
Выходы датчиков напряжения 16-19 и датчиков тока 20-23 соединены с первым-восьмым входами управляющего устройства 15 (эти соединения на фиг. 1 не показаны), девятый вход которого является управляющим входом выпрямителя, а первый-третий выходы соединены с управляющими входами ключей 12-14 соответственно.The outputs of the voltage sensors 16-19 and current sensors 20-23 are connected to the first to eighth inputs of the control device 15 (these connections are not shown in Fig. 1), the ninth input of which is the control input of the rectifier, and the first and third outputs are connected to the control inputs of the keys 12-14 respectively.
Выпрямитель работает следующим образом. На входные зажимы А, В, С подается трехфазная система напряженийThe rectifier operates as follows. A three-phase voltage system is supplied to the input terminals A, B, C
; ;
; ;
. .
Датчики напряжения 16-18 вырабатывают соответствующие сигналы. Датчики тока 20-22 вырабатывают сигналы, пропорциональные токам iA, iB, iC, потребляемым от сети. Датчик напряжения 19 и датчик тока 23 вырабатывают сигналы, пропорциональные напряжению и току на выходе выпрямителя.The voltage sensors 16-18 generate the corresponding signals. Current sensors 20-22 generate signals proportional to the currents i A , i B , i C consumed from the network. The
Эти сигналы поступают на управляющее устройство 15. Оно сравнивает задающее воздействие U0 с действительным напряжением на выходе выпрямителя и вырабатывает внутренний сигнал , который умножается на текущие значения напряжений , , . Формируются требуемые мгновенные значения токов:These signals are supplied to the
; ; . ; ; .
Далее эти значения сравниваются с истинными значениями фазных токов iA(t), iB(t), iC(t), которые поступают от датчиков тока 20-22, и вырабатываются широтно-модулированные импульсы, поступающие на управляющие входы ключей 12-14 соответственно.Further, these values are compared with the true values of the phase currents i A (t), i B (t), i C (t), which come from the current sensors 20-22, and the pulse-width modulated pulses are generated, which are supplied to the control inputs of the switches 12- 14 respectively.
В результате токи iA(t), iB(t), iC(t) изменяются по законам, близким кAs a result, the currents i A (t), i B (t), i C (t) change according to laws close to
синусоидальным и совпадающим по фазе с соответствующими напряжениями. Снижается мощность потерь в сети переменного тока и улучшается качество электроэнергии, т.е. снижаются несинусоидальные искажения напряжений.sinusoidal and in phase with the corresponding voltages. The power loss in the AC network is reduced and the quality of electricity is improved, i.e. non-sinusoidal voltage distortion is reduced.
Малые пульсации токов обеспечиваются сравнительно высокой частотой ШИМ и наличием дросселей 9-11.Small ripple currents are provided by a relatively high PWM frequency and the presence of chokes 9-11.
Отметим, что предлагаемый выпрямитель выполняет сразу четыре функции: выпрямителя, активного фильтра низкой частоты для входных токов, стабилизатора и регулятора выходного напряжения. Реверсивный ключ может быть реализован с помощью двух IGBT-транзисторов, включенных параллельно и встречно, с добавлением двух диодов.Note that the proposed rectifier performs four functions at once: a rectifier, an active low-pass filter for input currents, a stabilizer and an output voltage regulator. The reversing switch can be implemented using two IGBT transistors connected in parallel and counter with the addition of two diodes.
Сигнал вырабатывается из условия поддержания выходногоSignal developed from the condition of maintaining the output
напряжения, равного задающему воздействию U0, например, по закону пропорционально-интегрального регулятора:voltage equal to the setting action U 0 , for example, according to the law of the proportional-integral controller:
. .
Здесь - погрешность регулирования напряжения.Here - voltage regulation error.
Требуемая амплитуда входных токов при отсутствии погрешности по напряжению может быть получена из условия баланса мощностей:The required amplitude of the input currents in the absence of a voltage error can be obtained from the power balance condition:
, ,
где ηв - коэффициент полезного действия выпрямителя; I - постоянный ток, потребляемый от выпрямителя. Отсюда следует:where η in - the efficiency of the rectifier; I is the direct current consumed from the rectifier. This implies:
. .
Эта величина может быть использована для комбинированного управления - по отклонению и по возмущению.This value can be used for combined control - by deviation and perturbation.
На фиг. 2 показаны графики фазных напряжений и токов. Токи синусоидальны и совпадают по фазе с напряжениями, т.е. коэффициент мощности равен единице.In FIG. 2 shows graphs of phase voltages and currents. The currents are sinusoidal and coincide in phase with the voltages, i.e. power factor equal to one.
На фиг. 3 показаны графики мощностей, поступающих из сети по фазам А-С. Эти мощности в любой момент времени положительные. Однако при положительном напряжении фазы соответствующая мощность поступает на конденсатор 7, а при отрицательном напряжении - на конденсатор 8. Поэтому на фиг. 3 показаны графики мощностей pA, pB, pC и -pA, -pB, -pC в зависимости от знаков напряжений , , , а также суммы p1(t), p2(t) положительных и отрицательных мощностей.In FIG. Figure 3 shows the graphs of the power coming from the network in phases A-C. These powers are positive at any given time. However, with a positive phase voltage, the corresponding power is supplied to the
Напряжения , на конденсаторах 7, 8 получаются делением суммарных мощностей p1(t), p2(t) на постоянный ток нагрузки I. Графики этих напряжений и их разность показаны на фиг. 4. Видно, что напряжения , содержат большие синусоидальные пульсации, имеющие тройную частоту и совпадающие по фазе, а их разность постоянна. Поэтому емкости конденсаторов 7, 8 могут быть малыми, связанными с частотой ПШМ (десятки кГц).Stress , on
Таким образом, путем введения трех дросселей, трех реверсивных ключей, управляющего устройства, четырех датчиков напряжения и четырех датчиков тока получен выпрямитель, имеющий практически синусоидальные входные токи, совпадающие по фазе с напряжениями, малые пульсации постоянного выходного напряжения с возможностью его регулирования и стабилизации, имеющий высокие массогабаритные показатели.Thus, by introducing three chokes, three reversing switches, a control device, four voltage sensors and four current sensors, a rectifier is obtained that has practically sinusoidal input currents that coincide in phase with the voltage, small ripple of the constant output voltage with the possibility of its regulation and stabilization, having high overall dimensions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126781A RU2622645C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Rectifier unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126781A RU2622645C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Rectifier unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2622645C1 true RU2622645C1 (en) | 2017-06-19 |
Family
ID=59068653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016126781A RU2622645C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Rectifier unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2622645C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2002601A (en) * | 1977-08-09 | 1979-02-21 | Sony Corp | Controllable rectifier circuit for a power supply |
RU2246169C1 (en) * | 2003-09-25 | 2005-02-10 | Джус Илья Николаевич | Diode rectifier (alternatives) |
RU2279178C1 (en) * | 2005-02-09 | 2006-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Three-phased controllable rectifier |
-
2016
- 2016-07-04 RU RU2016126781A patent/RU2622645C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2002601A (en) * | 1977-08-09 | 1979-02-21 | Sony Corp | Controllable rectifier circuit for a power supply |
RU2246169C1 (en) * | 2003-09-25 | 2005-02-10 | Джус Илья Николаевич | Diode rectifier (alternatives) |
RU2279178C1 (en) * | 2005-02-09 | 2006-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Three-phased controllable rectifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Weidong et al. | A carrier-based virtual space vector modulation with active neutral-point voltage control for a neutral-point-clamped three-level inverter | |
US20120161858A1 (en) | Capacitor balancing circuit and control method for an electronic device such as a multilevel power inverter | |
US20080259663A1 (en) | Methods and apparatus for three-phase rectifier with lower voltage switches | |
US11183948B2 (en) | Series multiplex inverter | |
Nami et al. | Comparison between symmetrical and asymmetrical single phase multilevel inverter with diode-clamped topology | |
WO2019019925A1 (en) | Control method and device for alternating-current and direct-current conversion circuit, and computer storage medium | |
US11139751B2 (en) | Multiphase multilevel power converter having a drive and a passive frequency filter, and method for driving the multiphase multilevel power converter | |
CN102545681B (en) | Step wave synthesis three-phase inverter capable of eliminating low frequency harmonic waves and control method | |
CN107873119A (en) | Power converter is pressed in more level with exchange output | |
Mondal et al. | Modular parallel interleaved converter for high current application | |
RU2634348C1 (en) | Controlled rectifier | |
Lahlou et al. | Simulation and analysis of control and modulation schemes for a multilevel cascaded H-bridge inverter for use in a battery energy storage system | |
RU2622645C1 (en) | Rectifier unit | |
US20180367062A1 (en) | Network Feedback Unit and Electrical Drive System | |
Mohzani et al. | The balancing properties of DC link compensation for 3-phase Neutral Point Clamped (NPC) Converter | |
Konstantinou et al. | Offset PWM in modular multilevel converters for stored arm energy reduction | |
TWI524647B (en) | Multilevel ac/dc power converting method and converter device thereof | |
JP2014239615A (en) | Three-level inverter | |
BANAEI et al. | A ladder multilevel inverter topology with reduction of on-state voltage drop | |
US10248148B2 (en) | Converter for symmetrical reactive power compensation, and a method for controlling same | |
RU2254658C1 (en) | Transistorized tree-phase reactive-current supply | |
Kouchaki et al. | Inductor design comparison of three-wire and four-wire three-phase voltage source converters in power factor correction applications | |
CN110326204B (en) | Method for controlling a three-phase rectifier of a charging device on board an electric or hybrid vehicle | |
Kolmakov et al. | Three-phase current source inverter with hysteresis control in voltage source mode | |
RU2279178C1 (en) | Three-phased controllable rectifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190705 |