RU2732737C1 - Device for control of three-phase bridge rectifier thyristors - Google Patents
Device for control of three-phase bridge rectifier thyristors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732737C1 RU2732737C1 RU2020117885A RU2020117885A RU2732737C1 RU 2732737 C1 RU2732737 C1 RU 2732737C1 RU 2020117885 A RU2020117885 A RU 2020117885A RU 2020117885 A RU2020117885 A RU 2020117885A RU 2732737 C1 RU2732737 C1 RU 2732737C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- control
- voltage
- power supply
- rectifier
- 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
- H02M7/1623—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 with control circuit
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления силовыми тиристорами преобразователей, и в частности трехфазных управляемых мостовых выпрямителей, применяемых для регулирования выпрямленного напряжения в транспортной технике. Целью регулирования выпрямленного напряжения трехфазного мостового выпрямителя с помощью данного устройства является стабилизация величины выходного выпрямленного напряжения выпрямителя в зависимости от изменения величины амплитуды и частоты входного напряжения выпрямителя, поступающего от источника трехфазного напряжения переменного тока.The invention relates to electrical engineering and is intended to control power thyristors of converters, and in particular three-phase controlled bridge rectifiers used to regulate rectified voltage in transport equipment. The purpose of regulating the rectified voltage of a three-phase bridge rectifier using this device is to stabilize the magnitude of the rectified output voltage of the rectifier, depending on the change in the amplitude and frequency of the rectifier input voltage supplied from a three-phase AC voltage source.
Существующие устройства для управления тиристорами трехфазных выпрямителей, питающиеся от источника трехфазного напряжения переменного тока, позволяют управлять моментом открытия тиристоров с целью регулирования величины выпрямленного напряжения выпрямителя, подаваемого для питания нагрузки. Однако задача стабилизации величины выпрямленного напряжения выпрямителя путем ее регулирования требует расширения функциональных возможностей устройства для управления тиристорами в направлении введения обратных связей по слежению за изменениями величины амплитуды и частоты напряжения трехфазного источника переменного тока.Existing devices for controlling thyristors of three-phase rectifiers, powered by a three-phase AC voltage source, allow controlling the moment of opening the thyristors in order to regulate the rectified voltage of the rectifier supplied to power the load. However, the problem of stabilizing the rectified voltage of the rectifier by regulating it requires expanding the functionality of the device for controlling thyristors in the direction of introducing feedbacks to monitor changes in the amplitude and frequency of the voltage of a three-phase AC source.
Известно устройство для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя [Авторское свидетельство СССР №1365298, кл. Η02Μ 7/12, 1985, опубл. 07.01.1988, бюл. №1], содержащее три канала управления по числу фаз А, В, С.Каждый канал состоит из двух блоков управления. Один блок управления относится к анодной, а другой к катодной группе выпрямителя. В каждом блоке находятся узел синхронизации, формирователь пилообразного напряжения, узел сравнения и узел выходного фототиристора оптрона. Узел синхронизации включает в себя токоограничительный резистор и двухсторонний стабилитрон, первый вывод которого соединен с общим нулевым проводом сети, а второй через токоограничительный резистор подсоединен к соответствующей фазе А, В, С переменного напряжения сети. В результате, образуется источник знакопеременных трапецеидальных импульсов. Формирователь пилообразного напряжения включает в себя два фазосмещающих устройства, выполненных на транзисторах противоположного типа проводимости, две пары накопительных конденсаторов и шесть разделительных диодов. Узел сравнения включает в себя двухбазовый диод и два резистора. Узел выходного фототиристора включает в себя фототиристор, который управляется с помощью светодиода, образуя тем самым оптопару. Параллельно светодиоду присоединен резистор, падение напряжение которого от протекания по нему тока, включает фототиристор оптопары.A device for controlling thyristors of a three-phase bridge rectifier is known [USSR author's certificate No. 1365298, cl. Η02, 7/12, 1985, publ. 07.01.1988, bul. No. 1], containing three control channels by the number of phases A, B, C. Each channel consists of two control units. One control unit belongs to the anode group and the other to the cathode group of the rectifier. Each block contains a synchronization unit, a sawtooth voltage driver, a comparison unit and an optocoupler output photothyristor unit. The synchronization unit includes a current-limiting resistor and a two-way zener diode, the first terminal of which is connected to the common neutral wire of the network, and the second through a current-limiting resistor is connected to the corresponding phase A, B, C of the alternating voltage of the network. As a result, a source of alternating trapezoidal pulses is formed. The sawtooth voltage generator includes two phase-shifting devices made on transistors of the opposite conductivity type, two pairs of storage capacitors and six isolation diodes. The comparison unit includes a dual base diode and two resistors. The photothyristor output assembly includes a photothyristor that is controlled by an LED, thereby forming an optocoupler. A resistor is connected in parallel to the LED, the voltage drop of which from the current flowing through it turns on the photothyristor of the optocoupler.
Работа устройства для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя заключается в следующем. В каждом канале управления фаз А, В, С с помощью узла синхронизации синусоидальное напряжение ограничивается двухсторонним стабилитроном по своему максимуму и преобразуется в последовательность знакопеременных трапецеидальных импульсов. Напряжение этих импульсов используется для заряда накопительных конденсаторов и управления коммутирующими транзисторами формирователя пилообразного напряжения. Эти транзисторы задают очередность процесса разряда накопительных конденсаторов, с помощью которых формируется пилообразное напряжение. Далее, сформированное пилообразное напряжение сравнивается с постоянным напряжением, а их разность поступает на эмиттер двухбазового диода. В момент времени, когда разность постоянного и пилообразного напряжений достигает порога переключения двухбазового диода, происходит его включение. В результате включения двухбазового диода на резисторе, присоединенного параллельно светодиоду оптопары, формируется импульс напряжения, включающий светодиод соответствующей оптопары, а значить и открывание его фототиристора. Светодиоды подключены к накопительным конденсаторам через общий токоограничительный резистор. При равенстве емкостей накопительных конденсаторов при их разряде обеспечивается одинаковая необходимая длительность светового импульса для включения в каждом полупериоде напряжения сети соответствующего фототиристора оптопары. В результате включения фототиристоров формируются управляющие импульсы напряжения для открытия силовых тиристоров выпрямителя. Поскольку процессы разряда накопительных конденсаторов в каналах управления фаз А, В, С протекают синхронно с последовательностью фаз трехфазного напряжения, на выходах каналов управления формируются импульсы, сдвинутые в каждой фазе относительно друг друга на 180 град. Исходя из особенностей работы трехфазного симметричного мостового выпрямителя, в котором моменты отпирания тиристоров анодной и катодной групп должны повторно производиться через 60 эл. град., управляющие импульсы положительных полуволн фаз А, В, С и отрицательных полуволн фаз А1, В1, С1 поступают на тиристоры выпрямителя в виде сдвоенных управляющих импульсов, следующих с фазовым сдвигом в 60 эл. град.The operation of the device for controlling the thyristors of a three-phase bridge rectifier is as follows. In each control channel of phases A, B, C with the help of a synchronization unit, the sinusoidal voltage is limited by a two-way zener diode to its maximum and is converted into a sequence of alternating trapezoidal pulses. The voltage of these pulses is used to charge storage capacitors and control the switching transistors of the sawtooth voltage driver. These transistors set the sequence of the discharge process of the storage capacitors, with the help of which the sawtooth voltage is formed. Further, the formed sawtooth voltage is compared with a constant voltage, and their difference is fed to the emitter of the two-base diode. At the moment when the difference between the constant and sawtooth voltages reaches the switching threshold of the two-base diode, it turns on. As a result of switching on a two-base diode on a resistor connected in parallel to the LED of the optocoupler, a voltage pulse is formed, which turns on the LED of the corresponding optocoupler, and hence the opening of its photothyristor. LEDs are connected to storage capacitors through a common current-limiting resistor. If the capacities of the storage capacitors are equal, during their discharge, the same required duration of the light pulse is provided to turn on the corresponding photothyristor of the optocoupler in each half-cycle of the mains voltage. As a result of turning on the photothyristors, control voltage pulses are formed to open the power thyristors of the rectifier. Since the processes of discharge of storage capacitors in the control channels of phases A, B, C proceed synchronously with the sequence of phases of the three-phase voltage, pulses are formed at the outputs of the control channels, shifted in each phase relative to each other by 180 degrees. Based on the peculiarities of the operation of a three-phase symmetric bridge rectifier, in which the moments of unlocking the thyristors of the anode and cathode groups must be repeated after 60 el. deg., control pulses of positive half-waves of phases A, B, C and negative half-waves of phases A 1 , B 1 , C 1 are fed to the rectifier thyristors in the form of double control pulses, following with a phase shift of 60 e. hail.
Регулирование фазы управляющих импульсов относительно фазы анодного напряжения тиристоров выпрямителя достигается изменением времени разряда накопительных конденсаторов посредством изменения сопротивления дополнительных транзисторов - эмиттерных повторителей. В свою очередь изменение сопротивления этих эмиттерных повторителей осуществляется изменением тока фазы, поступающего с резистора с регулируемым переменным сопротивлением. Диапазон регулирования угла включения силовых тиристоров выпрямителя приблизительно равен 180 эл. град.Controlling the phase of the control pulses relative to the phase of the anode voltage of the rectifier thyristors is achieved by changing the discharge time of the storage capacitors by changing the resistance of additional transistors - emitter followers. In turn, the change in the resistance of these emitter followers is carried out by changing the phase current coming from a resistor with an adjustable variable resistance. The adjustment range of the switching angle of the rectifier power thyristors is approximately equal to 180 el. hail.
Достоинством данного устройства является то, что в нем расширена область его использования за счет формирования в каждом канале управления двух сдвинутых на угол 180 эл. град., выходных импульсов, образующих в результате сложения с импульсами других каналов управления шестифазную систему сдвоенных управляющих импульсов, следующих с фазовым сдвигом в 60 эл. град. Недостатком данного устройства является большая сложность его построения с большим количеством элементов и узлов, что снижает надежность работы устройства. Вторым недостатком является отсутствие возможности стабилизации выпрямленного напряжения выпрямителя путем регулирования фазы управляющих импульсов при изменении величин амплитуды и частоты напряжения источника трехфазного переменного тока.The advantage of this device is that it has expanded the area of its use due to the formation in each control channel of two shifted by an angle of 180 e. deg., output pulses, forming as a result of addition with pulses of other control channels a six-phase system of double control pulses, following with a phase shift of 60 el. hail. The disadvantage of this device is the great complexity of its construction with a large number of elements and assemblies, which reduces the reliability of the device. The second drawback is the inability to stabilize the rectified voltage of the rectifier by adjusting the phase of the control pulses when changing the amplitude and frequency of the voltage of the three-phase alternating current source.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство для управления тиристорами [Авторское свидетельство СССР №754600, кл. Η02Μ 1/08, Η02Ρ 13/16, 1978, опубл. 07.08.1980, бюл. №29], содержащее два транзистора, подключенных базами и коллекторами через резисторы нагрузки к одному, а эмиттерами к другому выводам источника питания постоянного тока. База-эмиттерные переходы транзисторов зашунтированы цепочками из двух последовательно включенных диодов, к точкам соединения которых между собой подключены выводы синхронизирующего напряжения переменного тока преобразователя. Между базами транзисторов включены последовательно соединенные конденсаторы. Между точкой соединения конденсаторов и выводом источника питания включен зарядный транзистор, зашунтированный встречно включенным разрядным диодом. К база-коллектор-ному переходу зарядного транзистора через мостовой выпрямитель подключен источник управления переменного тока.Closest to the claimed invention in terms of the set of essential features and the achieved result is a device for controlling thyristors [USSR author's certificate No. 754600, class.
Данное устройство работает следующим образом. В один из полупериодов переменного напряжения источника синхронизации в закрытом состоянии находится один из двух транзисторов благодаря тому, что на его база-эмиттерный переход через диоды диодных цепочек подается полуволна переменного напряжения синхронизации. Эта полуволна одновременно через эмиттер-коллекторную цепь зарядного транзистора заряжает один из конденсаторов. Величина зарядного напряжения конденсатора изменяется за счет изменяющегося сопротивления эмиттер-коллекторной цепи зарядного транзистора, которое в свою очередь зависит от величины напряжения источника управления переменного тока. Время заряда конденсатора ограничивается моментом достижения переменного напряжения синхронизации своего амплитудного значения. После этого момента времени конденсатор начинает разряжаться через резистор базовой цепи, источник питания постоянного тока и разрядный диод. Величина зарядного напряжения конденсатора и постоянная времени его разряда, зависящая от величины сопротивления резистора базовой цепи и величины заряда конденсатора, определяют интервал времени закрытого состояния транзистора. Далее при разряде конденсатора до нуля транзистор полностью открывается в режиме ключа и на нагрузочном резисторе коллекторной цепи выделяется выходной прямоугольный импульс управления, который подается на отпирание управляемого полупроводникового прибора (тиристора, транзистора и др.) преобразователя. Таким образом, изменением величины напряжения источника управления переменного тока регулируется момент открытия транзистора, т.е. фаза выходного прямоугольного импульса управления. Аналогичный процесс происходит в отношении второго транзистора, состояние которого определяется зарядом и разрядом второго конденсатора.This device works as follows. In one of the half-periods of the alternating voltage of the synchronization source, one of the two transistors is in the off state due to the fact that a half-wave of the alternating synchronization voltage is supplied to its base-emitter junction through the diodes of the diode chains. This half-wave simultaneously charges one of the capacitors through the emitter-collector circuit of the charging transistor. The magnitude of the charging voltage of the capacitor changes due to the changing resistance of the emitter-collector circuit of the charging transistor, which in turn depends on the magnitude of the voltage of the AC control source. The charging time of the capacitor is limited by the moment the AC synchronization voltage reaches its amplitude value. After this point in time, the capacitor begins to discharge through the base circuit resistor, DC power supply, and discharge diode. The value of the charging voltage of the capacitor and the time constant of its discharge, depending on the value of the resistance of the base circuit resistor and the value of the capacitor charge, determine the time interval of the closed state of the transistor. Further, when the capacitor is discharged to zero, the transistor fully opens in the key mode and an output rectangular control pulse is released on the load resistor of the collector circuit, which is fed to the unlocking of the controlled semiconductor device (thyristor, transistor, etc.) of the converter. Thus, by changing the voltage value of the AC control source, the moment of opening of the transistor is regulated, i.e. the phase of the output rectangular control pulse. A similar process occurs with respect to the second transistor, the state of which is determined by the charge and discharge of the second capacitor.
Достоинством данного устройства является то, что оно имеет расширенные функциональные возможности путем обеспечения синхронизации, управления и регулирования фазы выходных прямоугольных импульсов управления тиристоров однофазного выпрямителя в диапазоне длительности полупериода однофазного переменного напряжения сети, поступающего в выпрямитель.The advantage of this device is that it has extended functionality by providing synchronization, control and regulation of the phase of the output rectangular pulses of control of the thyristors of a single-phase rectifier in the range of the half-cycle duration of a single-phase alternating mains voltage supplied to the rectifier.
Недостатком устройства является отсутствие возможности стабилизации выпрямленного напряжения выпрямителя путем регулирования фазы прямоугольных импульсов управления при изменении величины амплитуды и частоты входного переменного напряжения выпрямителя. Кроме того, данное устройство не может управлять тиристорами трехфазного выпрямителя переменного тока.The disadvantage of the device is the inability to stabilize the rectified voltage of the rectifier by adjusting the phase of rectangular control pulses when changing the amplitude and frequency of the input alternating voltage of the rectifier. In addition, this device cannot control thyristors of a three-phase AC rectifier.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя путем построения трех каналов управления по числу фаз А, В, С, в каждом из которых осуществляется синхронизация, управление и регулирование фазы выходных прямоугольных импульсов управления, их формирование и усиление, обеспечивающие стабилизацию выходного напряжения трехфазного мостового выпрямителя при изменении величины амплитуды и частоты его входного трехфазного переменного напряжения, поступающего от источника трехфазного переменного тока (например, трехфазного синхронного генератора). Причем, напряжение источника трехфазного переменного тока поступает на вход устройства для управления тиристорами через трехфазный трансформатор, первичные и вторичные обмотки которых соединены по схеме «треугольник». При этом, напряжение вторичных обмоток трехфазного трансформатора, поступающее в устройство для управления тиристорами, одновременно является не только синхронизирующим, но и управляющим.The aim of the invention is to expand the functionality of the device for controlling thyristors of a three-phase bridge rectifier by building three control channels according to the number of phases A, B, C, in each of which synchronization, control and regulation of the phase of output rectangular control pulses, their formation and amplification, ensuring stabilization the output voltage of a three-phase bridge rectifier when the amplitude and frequency of its input three-phase alternating voltage changes from a three-phase alternating current source (for example, a three-phase synchronous generator). Moreover, the voltage of the three-phase alternating current source is fed to the input of the device for controlling the thyristors through a three-phase transformer, the primary and secondary windings of which are delta-connected. At the same time, the voltage of the secondary windings of a three-phase transformer supplied to the device for controlling the thyristors is simultaneously not only synchronizing, but also controlling.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя, содержащее каналы управления, каждый из которых состоит из двух основных транзисторов, подключенных базами через резисторы и коллекторами через нагрузочные элементы к одному (например, положительному) выводу, а эмиттерами - к другому (например, отрицательному) выводу источника питания постоянного тока, причем их база-эмиттерные переходы зашунтированы конденсаторами и цепочками из двух последовательно включенных диодов, к точкам соединения которых между собой подключены выводы вторичной обмотки одной из фаз трехфазного трансформатора напряжения, являющегося одновременно источником как синхронизированного, так и управляющего напряжения, подключенного своими первичными обмотками к трехфазному источнику переменного тока, дополнительно снабжено еще двумя такими же каналами управления, образуя тем самым три канала управления согласно фаз А, В, С, каждое из которых дополнено двумя импульсными трансформаторами, первичная обмотка каждого из которых включена между коллектором и положительным выводом источника питания постоянного тока, а вторичная обмотка предназначена для подключения к управляющей цепи соответствующего тиристора трехфазного выпрямителя, двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых своим коллекторно-эмиттерным переходом шунтирует резистор в цепи базы основного транзистора, а между его базой и положительным выводом источника питания постоянного тока включен резистор, причем первичная обмотка каждого импульсного трансформатора зашунтирована диодом, катод которого присоединен к положительному выводу источника питания постоянного тока.This goal is achieved by the fact that a device for controlling thyristors of a three-phase bridge rectifier containing control channels, each of which consists of two main transistors, connected by bases through resistors and collectors through load elements to one (for example, positive) terminal, and emitters to the other (for example, negative) terminal of the DC power supply, and their base-emitter junctions are shunted by capacitors and chains of two series-connected diodes, to the connection points of which the terminals of the secondary winding of one of the phases of a three-phase voltage transformer are connected to each other, which is simultaneously a source as synchronized, and the control voltage, connected by its primary windings to a three-phase AC source, is additionally equipped with two more of the same control channels, thereby forming three control channels according to phases A, B, C, each of which is supplemented by two and pulse transformers, the primary winding of each of which is connected between the collector and the positive terminal of the DC power source, and the secondary winding is designed to connect to the control circuit of the corresponding thyristor of a three-phase rectifier, two additional transistors, each of which by its collector-emitter junction shunts the resistor in the base circuit the main transistor, and a resistor is connected between its base and the positive terminal of the DC power supply, and the primary winding of each pulse transformer is shunted by a diode, the cathode of which is connected to the positive terminal of the DC power supply.
Задачу управления и регулирования фазы выходных прямоугольных импульсов в каждом канале управления выполняет напряжение одной из фаз источника трехфазного синхронизированного и управляющего напряжения переменного тока, в качестве которого выступает трехфазный трансформатор напряжения. Построение устройства для управления тиристорами в виде трех каналов управления согласно фаз А, В, С, в каждый из которых дополнительно включены два импульсных трансформатора, первичная обмотка каждого из которых включена между коллектором основного транзистора и положительным выводом источника питания постоянного тока, а вторичная обмотка подключена к управляющей цепи соответствующего тиристора трехфазного выпрямителя, двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых своим коллекторно-эмиттерным переходом шунтирует резистор в цепи базы основного транзистора, а между его базой и положительным выводом источника питания постоянного тока включен резистор, причем первичная обмотка каждого импульсного трансформатора зашунтирована диодом, катод которого присоединен к положительному выводу источника питания постоянного тока, отличают заявляемое изобретение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».The task of controlling and regulating the phase of the output rectangular pulses in each control channel is performed by the voltage of one of the phases of the source of a three-phase synchronized and control voltage of an alternating current, which is a three-phase voltage transformer. Construction of a device for controlling thyristors in the form of three control channels according to phases A, B, C, each of which additionally includes two pulse transformers, the primary winding of each of which is connected between the collector of the main transistor and the positive terminal of the DC power supply, and the secondary winding is connected to the control circuit of the corresponding thyristor of a three-phase rectifier, two additional transistors, each of which by its collector-emitter junction shunts the resistor in the base circuit of the main transistor, and a resistor is connected between its base and the positive terminal of the DC power supply, and the primary winding of each pulse transformer is shunted by a diode , the cathode of which is connected to the positive terminal of the DC power supply, distinguish the claimed invention from the prototype. The presence of significant distinctive features indicates the compliance of the claimed invention with the criterion of patentability "novelty".
Благодаря построению устройства для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя в виде трех каналов управления согласно фаз А, В, С, каждое из которых дополнено двумя импульсными трансформаторами, первичная обмотка каждого из которых включена между коллектором основного транзистора и положительным выводом источника питания постоянного тока, а вторичная обмотка подключена к управляющей цепи соответствующего тиристора трехфазного выпрямителя, двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых своим коллекторно-эмиттерным переходом шунтирует резистор в цепи базы основного транзистора, а между его базой и положительным выводом источника питания постоянного тока включен резистор, причем первичная обмотка каждого импульсного трансформатора зашунтирована диодом, катод которого присоединен к положительному выводу источника питания постоянного тока, обеспечивается расширение функциональных возможностей устройства для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя в направлении синхронизации, управления и регулирования фазы выходных прямоугольных импульсов управления, их формирования и усиления. Благодаря расширению функциональных возможностей устройства для управления тиристорами обеспечивается стабилизация выходного напряжения трехфазного мостового выпрямителя при изменении величины амплитуды и частоты входного переменного напряжения выпрямителя. Стабилизация выходного напряжения выпрямителя обусловлена следующим. Дополнение каждого канала управления двумя импульсными трансформаторами, включенными в коллекторную цепь основных транзисторов, и двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых шунтирует резистор в цепи базы основного транзистора, позволило сформировать такие выходные прямоугольные импульсы управления, у которых их фаза регулируется так, что одновременно с увеличением амплитуды входного напряжения переменного тока фаза импульса увеличивается, а в увеличением частоты входного напряжения наоборот, несколько уменьшается. В результате слежения за амплитудой и частотой входного напряжения выпрямителя устройство управления формирует такой фазовый угол прямоугольных импульсов управления, при котором происходит стабилизация величины выходного напряжения выпрямителя, т.е. неизменность величины напряжения на выходе при широком диапазоне изменения (в два раза) напряжения на входе трехфазного мостового выпрямителя.Thanks to the construction of a device for controlling thyristors of a three-phase bridge rectifier in the form of three control channels according to phases A, B, C, each of which is supplemented by two pulse transformers, the primary winding of each of which is connected between the collector of the main transistor and the positive terminal of the DC power supply, and the secondary the winding is connected to the control circuit of the corresponding thyristor of a three-phase rectifier, by two additional transistors, each of which by its collector-emitter junction shunts the resistor in the base circuit of the main transistor, and a resistor is connected between its base and the positive terminal of the DC power supply, and the primary winding of each pulse transformer shunted by a diode, the cathode of which is connected to the positive terminal of the DC power supply, provides an expansion of the functionality of the device for controlling the thyristors of a three-phase bridge rectifier in the direction of synchronization, control and regulation of the phase of output rectangular control pulses, their formation and amplification. Due to the expansion of the functionality of the device for controlling thyristors, stabilization of the output voltage of a three-phase bridge rectifier is provided when the amplitude and frequency of the input AC voltage of the rectifier change. The stabilization of the output voltage of the rectifier is due to the following. The addition of each control channel with two pulse transformers included in the collector circuit of the main transistors, and two additional transistors, each of which shunts a resistor in the base circuit of the main transistor, made it possible to form such output rectangular control pulses, in which their phase is controlled so that simultaneously with an increase the amplitude of the input voltage of the alternating current, the phase of the pulse increases, and with an increase in the frequency of the input voltage, on the contrary, it slightly decreases. As a result of tracking the amplitude and frequency of the input voltage of the rectifier, the control device forms such a phase angle of rectangular control pulses, at which the value of the output voltage of the rectifier is stabilized, i.e. constancy of the voltage at the output with a wide range of change (two times) of the voltage at the input of a three-phase bridge rectifier.
Причинно-следственная связь «построение устройства для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя в виде трех каналов управления согласно фаз А, В, С, каждое из которых дополнено двумя импульсными трансформаторами, первичная обмотка каждого из которых включена между коллектором основного транзистора и положительным выводом источника питания постоянного тока, а вторичная обмотка предназначена для подключения к управляющей цепи соответствующего тиристора трехфазного выпрямителя, двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых своим коллекторно-эмиттерным переходом шунтирует резистор в цепи базы основного транзистора, а между его базой и положительным выводом источника питания постоянного тока включен резистор, причем первичная обмотка каждого импульсного трансформатора зашунтирована диодом, катод которого присоединен к положительному выводу источника питания постоянного тока, - расширение функциональных возможностей устройства для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя путем синхронизации, управления и регулирования фазы прямоугольных импульсов управления, их формирования и усиления, а также слежение за изменением величины амплитуды и частоты входного напряжения трехфазного мостового выпрямителя - стабилизация величины выходного напряжения трехфазного мостового выпрямителя» явно не вытекает из существующего уровня техники и является новой.Causal relationship "construction of a device for controlling thyristors of a three-phase bridge rectifier in the form of three control channels according to phases A, B, C, each of which is supplemented by two pulse transformers, the primary winding of each of which is connected between the collector of the main transistor and the positive terminal of the DC power supply current, and the secondary winding is designed to connect to the control circuit of the corresponding thyristor of a three-phase rectifier, by two additional transistors, each of which by its collector-emitter junction shunts the resistor in the base circuit of the main transistor, and a resistor is connected between its base and the positive terminal of the DC power supply, moreover, the primary winding of each pulse transformer is shunted by a diode, the cathode of which is connected to the positive terminal of the DC power supply, - expanding the functionality of the device for controlling three-phase thyristors core rectifier by synchronizing, controlling and regulating the phase of rectangular control pulses, their formation and amplification, as well as tracking changes in the amplitude and frequency of the input voltage of a three-phase bridge rectifier - stabilization of the output voltage of a three-phase bridge rectifier "clearly does not follow from the existing state of the art and is new.
Наличие новых причинно-следственных связей «существенные отличительные признаки - результат» свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».The presence of new causal relationships "essential distinctive features - the result" indicates the compliance of the claimed invention with the criterion of patentability "inventive step".
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя, а на фиг. 2 показана диаграмма процессов работы устройства для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя.FIG. 1 shows a schematic diagram of a device for controlling thyristors of a three-phase bridge rectifier, and FIG. 2 shows a diagram of the operation processes of the device for controlling the thyristors of a three-phase bridge rectifier.
Заявляемое устройство для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя осуществляется в устройстве, содержащем три канала управления согласно трех фаз А, В, С, в каждом из которых осуществляется синхронизация, управление и регулирование фазы прямоугольных импульсов управления, их формирование и усиление, а также слежение за изменением величины амплитуды и частоты входного напряжения трехфазного мостового выпрямителя, что обеспечивает в итоге стабилизацию величины выходного напряжения выпрямителя.The claimed device for controlling thyristors of a three-phase bridge rectifier is carried out in a device containing three control channels according to three phases A, B, C, in each of which synchronization, control and regulation of the phase of rectangular control pulses, their formation and amplification, as well as monitoring of changes are carried out the amplitude and frequency of the input voltage of the three-phase bridge rectifier, which ultimately ensures the stabilization of the output voltage of the rectifier.
Каждый канал управления (А, В, С) содержит два основных транзистора 1, 2, которые подключены коллекторами через первичные обмотки импульсных трансформаторов 3, 4 и базами через разрядные резисторы 5, 6 к положительному выводу, а эмиттерами через разделительный диод 7 к отрицательному выводу источника питания постоянного тока 8. Первичные обмотки импульсных трансформаторов 3, 4 зашунтированы диодами 9, 10, катоды которых присоединены к положительному выводу источника питания 8. Вторичные обмотки импульсных трансформаторов через разделительные диоды 19, 20, соединены с цепями управления тиристоров выпрямителя. База-эмиттерные переходы основных транзисторов 1, 2 зашунтированы цепочками 11, 12 из последовательно включенных диодов, к точкам соединения которых между собой подключены выводы одной из трех фазных вторичных обмоток трехфазного трансформатора 13. выступающего в качестве источника трехфазного синхронизированного и управляющего напряжения переменного тока. Между базами основных транзисторов 1, 2 включены последовательно соединенные конденсатора 14, 15. Разрядные резисторы 5, 6 зашунтированы коллекторно-эмиттерными переходами дополнительных транзисторов 16, 17 к базе которых и к положительному выводу источника питания 8 присоединены резисторы 18, 19.Each control channel (A, B, C) contains two
Устройство для управления тиристорами трехфазного мостового выпрямителя работает следующим образом (см. фиг. 2). В один из полупериодов линейного напряжения Uл=Uab, например, фазы А источника синхронизированного и управляющего напряжения 13 оказывается закрытым основной транзистор 2, благодаря тому, что на его база-эмиттерный переход через один из двух диодов цепочек 11 и 12 подается полуволна переменного линейного напряжения Uab источника 13, которая одновременно заряжает и конденсатор 14. Величина зарядного напряжения конденсатора 14 зависит от амплитуды синхронизированного и управляющего напряжения Uab, поступающего от вторичной обмотки трансформатора 13. Время заряда конденсатора 14 ограничивается моментом достижения линейного напряжения Uab фазы А вторичной обмотки трансформатора 13 своего амплитудного значения. После этого момента времени конденсатор 14 начнет разряжаться через разделительный диод 7, внутреннее сопротивление источника питания постоянного тока 8, сопротивление резистора 6 и параллельно ему включенное сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода дополнительного транзистора 16, который частично открывается благодаря его базовому току, проходящему через сопротивление резистора 18. Величина зарядного напряжения и постоянная времени разряда конденсатора 14 определяют интервал времени закрытого состояния транзистора 2. При этом, постоянная времени разряда конденсатора 14 зависит как от величины заряда конденсатора, так и от величин сопротивления резистора 6 и сопротивления коллекторно-эмиттерного перехода дополнительного транзистора 16. При разряде конденсатора 14 до нуля основной транзистор 2 открывается благодаря базовому току, проходящему через резистор 6 и шунтирующий его дополнительный транзистор 16. При открытии основного транзистора 2 на первичной обмотке импульсного трансформатора 4 выделяется выходной прямоугольный сигнал управления, который трансформируется в его вторичную обмотку и через разделительный диод 20 подается на управляющий электрод (УЭ) - катод (К) силового тиристора VS4 трехфазного выпрямителя 23. Величина зарядного напряжения конденсатора 14 зависит от уровня напряжения управления (оно же напряжение синхронизации), поступающего с фазы А вторичной обмотки трехфазного трансформатора. Если линейное напряжение трехфазного источника переменного тока, в качестве которого может быть синхронный генератор переменного тока 22, повышается, то увеличивается и напряжение управления фазы А трехфазного трансформатора, а значит увеличивается зарядное напряжение конденсатора 14, что приводит к увеличению постоянной его времени разряда и увеличению фазового угла выходного прямоугольного импульса управления, подаваемого для открытия тиристора VS4 трехфазного выпрямителя 23. Однако, с увеличением частоты вращения генератора переменного тока 22 увеличивается не только амплитуда его линейного напряжения, но и его частота, что вызовет уменьшение времени периода изменения это напряжения. Чтобы постоянная времени разряда конденсатора 14 не перекрыла уменьшенное время периода изменения напряжения генератора 22, необходимо скорректировать постоянную времени разряда конденсатора 14 в сторону ее уменьшения. С этой целью необходимо на время разряда конденсатора 14 включить дополнительный транзистор 16 так, чтобы фазовый угол выходного импульса управления уменьшился на определенную величину, достаточную для сохранения уровня стабилизации выходного напряжения Ud выпрямителя 23, подаваемого на нагрузку 24. Это достигается за счет уменьшения величины сопротивления цепи разряда конденсатора 14 путем открытия дополнительного транзистора 16, который своим шунтированием резистора 6 уменьшает общее сопротивление параллельной цепи, состоящей из сопротивления резистора 6 и сопротивления коллекторно-эмиттерного перехода дополнительного транзистора 16. Таким образом, увеличение или уменьшение величины напряжения и частоты генератора 22 не вызовет изменения величины стабилизации выходного напряжения Uстаб выпрямителя.The device for controlling thyristors of a three-phase bridge rectifier operates as follows (see Fig. 2). In one of the half-periods of the line voltage U l = U ab , for example, phase A of the synchronized and
Аналогичный процесс происходит в отношении транзистора 1, состояние которого определяется зарядом и разрядом конденсатора 15 при смене полупериода для линейного напряжения Uba фазы А генератора.A similar process occurs with respect to the
В каналах управления фаз В и С происходят аналогичные процессы, описанные для фазы А, с той лишь разницей, что регулирование прямоугольных импульсов управления осуществляется в интервалах линейных напряжений Ubc (Ucb) для фазы В и Uca (Uac) для фазы С.In the control channels of phases B and C, similar processes occur as described for phase A, with the only difference that the regulation of rectangular control pulses is carried out in the intervals of line voltages U bc (U cb ) for phase B and U ca (U ac ) for phase C ...
Проведенное математическое моделирование работы устройства для управления тиристорами трехфазного мостового управляемого выпрямителя с настройкой устройства для управления тиристорами на стабилизацию выходного напряжения выпрямителя на уровень 50 В показало, что при изменении линейного напряжения синхронного генератора с 40 до 80 В и частоты переменного тока с 400 до 800 Гц, стабилизация выходного напряжения Uстаб трехфазного мостового выпрямителя была осуществлена на уровне 50 В с отклонением в сторону увеличения до 54 В и в сторону уменьшения до 47 В, что составляет 7% отклонения при увеличении и 6% при уменьшении. Это является хорошим результатом стабилизации.The carried out mathematical modeling of the operation of the device for controlling the thyristors of a three-phase bridge controlled rectifier with the adjustment of the device for controlling the thyristors to stabilize the output voltage of the rectifier at a level of 50 V showed that when the linear voltage of the synchronous generator changes from 40 to 80 V and the frequency of the alternating current from 400 to 800 Hz , the stabilization of the output voltage U stab of the three-phase bridge rectifier was carried out at a level of 50 V with a deviation upward to 54 V and downward to 47 V, which is 7% deviation with an increase and 6% with a decrease. This is a good stabilization result.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117885A RU2732737C1 (en) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | Device for control of three-phase bridge rectifier thyristors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117885A RU2732737C1 (en) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | Device for control of three-phase bridge rectifier thyristors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2732737C1 true RU2732737C1 (en) | 2020-09-22 |
Family
ID=72922378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020117885A RU2732737C1 (en) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | Device for control of three-phase bridge rectifier thyristors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2732737C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1037538A (en) * | 1962-12-31 | 1966-07-27 | Brookhirst Igranic Ltd | Controlled rectifier system |
| SU599713A1 (en) * | 1973-05-14 | 1979-03-30 | Предприятие П/Я Р-6517 | Logic circuit block of device for pulse control of high-voltage gates of m-phase cascade-bridge transducer |
| SU754600A1 (en) * | 1978-03-15 | 1980-08-07 | Khabarov I Inzh Zheleznodorozh | Thyristor control device |
| SU1173505A1 (en) * | 1983-07-15 | 1985-08-15 | Донецкий Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Method of controlling the three-phase power semiconductor switch and apparatus for effecting the same |
| SU1365298A1 (en) * | 1985-03-05 | 1988-01-07 | Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского | Device for controlling thyristors of three-phase rectifier |
-
2020
- 2020-05-19 RU RU2020117885A patent/RU2732737C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1037538A (en) * | 1962-12-31 | 1966-07-27 | Brookhirst Igranic Ltd | Controlled rectifier system |
| SU599713A1 (en) * | 1973-05-14 | 1979-03-30 | Предприятие П/Я Р-6517 | Logic circuit block of device for pulse control of high-voltage gates of m-phase cascade-bridge transducer |
| SU754600A1 (en) * | 1978-03-15 | 1980-08-07 | Khabarov I Inzh Zheleznodorozh | Thyristor control device |
| SU1173505A1 (en) * | 1983-07-15 | 1985-08-15 | Донецкий Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Method of controlling the three-phase power semiconductor switch and apparatus for effecting the same |
| SU1365298A1 (en) * | 1985-03-05 | 1988-01-07 | Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского | Device for controlling thyristors of three-phase rectifier |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104283449B (en) | Multiphase power converter circuit and method | |
| US9425622B2 (en) | Power converter circuit with AC output and at least one transformer | |
| EP2805400B1 (en) | Power converter circuit, power supply system and method | |
| US20150015072A1 (en) | Power Converter Circuit and Method | |
| US7916507B2 (en) | High voltage electron tube inverter with individual output phase current control | |
| JPH04289782A (en) | Single-phase ac power converter | |
| US10608554B2 (en) | Power supply having four quadrant converter and techniques for operation | |
| US3424970A (en) | Self-regulated rapid response phase-controlled rectifier | |
| RU2732737C1 (en) | Device for control of three-phase bridge rectifier thyristors | |
| KR20120085682A (en) | Rectifier circuit with at least two operating points | |
| RU203267U1 (en) | AC voltage regulator | |
| RU2534749C1 (en) | Reversible frequency converter | |
| SU1365298A1 (en) | Device for controlling thyristors of three-phase rectifier | |
| CN108880522B (en) | Silicon controlled trigger circuit | |
| Pulgamkar et al. | Application of Power Electronics to Power System | |
| SU922995A1 (en) | Ac voltage regulator control device | |
| SU1127043A1 (en) | Device for charging and discharging battery of chemical sources of electric energy | |
| SU1246270A1 (en) | Device for controlling thyristors | |
| SU1279033A1 (en) | Synchronous device for controlling thyristors | |
| SU574817A1 (en) | Device for switching capacitors in a.c. circuit | |
| SU1381666A1 (en) | M-phase low frequency-to-single-phase h.f. voltage converter | |
| SU1023622A1 (en) | Thyristorized converter control device | |
| SU1688358A1 (en) | Three-phase controllable ac voltage-to-ac voltage converter | |
| KR101705524B1 (en) | Battery-linked high efficiency uninterruptible DC power supply | |
| SU1156211A1 (en) | Device for controlling three-phase thyristor converter |