RU2754090C1

RU2754090C1 - Voltage rectifier

Info

Publication number: RU2754090C1
Application number: RU2020128464A
Authority: RU
Inventors: Федор Андреевич Гельвер
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2021-08-26

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and power electronics, particularly, to static electrical converters of alternating voltage to direct voltage, and can also be used as part of a two-link frequency converter with an intermediate direct current link. The technical result is achieved by the fact that the voltage rectifier circuit is comprised of voltage and current sensors, thyristors, a transistor and a pick-off diode, implementing the process of adjusting the power flow at the output of the voltage rectifier. If three voltage levels need to be obtained at the output of the voltage rectifier, the latter can be equipped with an additional transistor, diode and capacitor. Only one fully controlled semiconductor element and several semi-controlled elements are used in the voltage rectifier, providing improved efficiency, reliability, reduced weight, dimensions and cost, and improved operational capabilities of the voltage rectifier.

EFFECT: provided are possibility of adjusting the voltage at the output both below and above the voltage level determined by the circuit of the uncontrolled voltage rectifier; reduced amount of semiconductor elements of the power circuit; increased efficiency; improved operational capabilities; simplified control system; increased reliability during operation thereof; reduced weight, dimensions and cost of the voltage rectifier.

4 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим электрическим преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение. Кроме того, предложенный выпрямитель напряжения может быть использован в составе двухзвенного статического преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Отличительной особенностью предложения является функциональная возможность выпрямителя напряжения, позволяющего как повышать, так и уменьшать напряжение на выходе выпрямителя напряжения относительно уровня напряжения, определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения.The invention relates to the field of electrical engineering and power electronics, in particular to static electrical converters of alternating voltage to direct voltage. In addition, the proposed voltage rectifier can be used as part of a two-link static frequency converter with an intermediate DC link. A distinctive feature of the proposal is the functionality of the voltage rectifier, which allows both increasing and decreasing the voltage at the output of the voltage rectifier relative to the voltage level determined by the uncontrolled voltage rectifier circuit.

Известен выпрямитель напряжения (патент №50, класс 21 с, 04.04.1923, заявленное свидетельство 76382, Устройство для выпрямления многофазного тока, А.Н. Ларионов), содержащий шесть диодов собранных по трехфазной мостовой схеме (схема Ларионова). Достоинством такого выпрямителя является простота конструкции, минимум полупроводниковых приборов с естественной коммутацией, а так же высокая степень надежности. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулирования напряжения на выходе выпрямителя средствами самого выпрямителя напряжения.Known voltage rectifier (patent No. 50, class 21 c, 04/04/1923, claimed certificate 76382, Device for rectifying multiphase current, A. N. Larionov), containing six diodes assembled in a three-phase bridge circuit (Larionov's circuit). The advantage of such a rectifier is its simplicity of design, a minimum of semiconductor devices with natural switching, as well as a high degree of reliability. The disadvantage of the known device is the inability to regulate the voltage at the output of the rectifier by means of the voltage rectifier itself.

Известна схема трехфазного управляемого двухполупериодного выпрямителя напряжения (патент US 4797802, Multiple phase rectifier with active filter for removing noise in triggering signals and digital phase shift compensator for phase shifting signal passed through, класс H02M 1/084, дата выдачи 10.01.1989 г.) содержащего шесть полууправляемых полупроводниковых элементов - тиристоров включенных по схеме Ларионова. Достоинством известной конструкции является возможность регулирования напряжения в звене постоянного тока вниз относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения. Недостатком известной конструкции является возможность регулирования напряжения звена постоянного тока только вниз относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения, а также искажения формы напряжения питающей сети. К недостаткам известного выпрямителя также можно отнести генерацию выпрямителем в питающую сеть коммутационных помех вызванных работой тиристоров.A known circuit of a three-phase controlled full-wave voltage rectifier (US patent 4797802, Multiple phase rectifier with active filter for removing noise in triggering signals and digital phase shift compensator for phase shifting signal passed through, class H02M 1/084, issue date 01/10/1989) containing six semi-controlled semiconductor elements - thyristors connected according to the Larionov circuit. The advantage of the known design is the ability to regulate the voltage in the DC link downward relative to the voltage determined by the uncontrolled voltage rectifier circuit. The disadvantage of the known design is the ability to regulate the DC link voltage only downward relative to the voltage determined by the uncontrolled rectifier circuit, as well as distortion of the voltage waveform of the supply network. The disadvantages of the known rectifier can also be attributed to the generation of the rectifier in the supply network of switching noise caused by the operation of thyristors.

Известна схема активного выпрямителя напряжения (патент US 20120300519 (А1), класс Н02М 7/217, 29.11.2012, Multi-phase active rectitler, авторы James H. Clemmons, Nicholas Wlaznik) содержащая дроссели включенные между источником переменного напряжения и входными выводами выпрямителя напряжения и конденсатор подключенный на выход выпрямителя напряжения. Причем выпрямитель напряжения выполнен на шести транзисторах каждому из которых антипаралельно подключен диод и собранных по схеме Ларионова. Достоинством известной схемы является возможность регулирования напряжения звена постоянного тока вверх относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения. К достоинствам известной схемы также следует отнести возможность рекуперации энергии со стороны постоянного тока в питающую сеть, а также потребление из сети практически синусоидального тока и отсутствие искажении напряжения питающей сети. Недостатком же такою выпрямителя являются наличие габаритных дросселей установленных на входе выпрямителя, а также наличие большого количества полностью управляемых полупроводниковых элементов и сложная система управления таким выпрямителем напряжения.Known circuit of an active voltage rectifier (US patent 20120300519 (A1), class H2M 7/217, 11/29/2012, Multi-phase active rectitler, authors James H. Clemmons, Nicholas Wlaznik) containing chokes connected between the AC voltage source and the input terminals of the voltage rectifier and a capacitor connected to the output of the voltage rectifier. Moreover, the voltage rectifier is made on six transistors to each of which a diode is connected antiparallel and assembled according to the Larionov scheme. The advantage of the known circuit is the ability to regulate the DC link voltage upward relative to the voltage determined by the uncontrolled rectifier circuit. The advantages of the known circuit also include the possibility of energy recovery from the DC side to the supply network, as well as the consumption of almost sinusoidal current from the network and the absence of voltage distortion of the supply network. The disadvantage of such a rectifier is the presence of dimensional chokes installed at the input of the rectifier, as well as the presence of a large number of fully controlled semiconductor elements and a complex control system for such a voltage rectifier.

Известна схема активного выпрямителя напряжения (патент RU 2540110 (C2), класс Н02М 5/42, 23.04.2013, Обратимый преобразователь частоты, авторы Гельвер А.А., Гельвер Ф.А., Хомяк В.А., Калинин И.М., Лазаревский Н.А.) содержащая дроссели, включенные между источником переменного напряжения и входными выводами выпрямителя напряжения и двухуровневый инвертор напряжения, и конденсатор подключенные на выход выпрямителя напряжения. Причем выпрямитель напряжения выполнен на шести одинаковых полупроводниковых цепочках собранных по схеме Ларионова. Каждая из полупроводниковых цепочек содержит транзистор и последовательно встречно включенный тиристор, причем параллельно каждому из этих элементов включен антипараллельный диод. Достоинством такой схемы является возможность регулирования напряжения звена постоянного тока как вверх, так и вниз относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения. К недостаткам известной схемы относится наличие большого количества полупроводниковых элементов схемы, причем половина, из которых является полностью управляемыми а, следовательно, более сложная аппаратная часть системы управления и более сложные алгоритмы управления таким выпрямителем напряжения (преобразователем частоты).A known circuit of an active voltage rectifier (patent RU 2540110 (C2), class Н02М 5/42, 04/23/2013, Reversible frequency converter, authors Gelver A.A., Gelver F.A., Khomyak V.A., Kalinin I.M. ., Lazarevsky N.A.) containing chokes connected between the AC voltage source and the input terminals of the voltage rectifier and a two-level voltage inverter, and a capacitor connected to the output of the voltage rectifier. Moreover, the voltage rectifier is made on six identical semiconductor chains assembled according to the Larionov scheme. Each of the semiconductor circuits contains a transistor and a series-oppositely connected thyristor, and an antiparallel diode is connected in parallel to each of these elements. The advantage of such a circuit is the ability to regulate the DC link voltage both up and down relative to the voltage determined by the uncontrolled voltage rectifier circuit. The disadvantages of the known circuit include the presence of a large number of semiconductor circuit elements, half of which are fully controllable and, therefore, a more complex hardware part of the control system and more complex control algorithms for such a voltage rectifier (frequency converter).

Наиболее близким по технической сущности является схема повышающего выпрямителя напряжения (патент FR 2921211 (А1), класс Н02М 7/217, 20.03.2009, Systeme de redressement actif ameliore a correction du facteur de puissance, автор Baker Donal) содержащая входной фильтр из грех конденсаторов соединенных звездой и подключенных к сетевым выводам питающей сети, содержащей нулевой провод, и трех дросселей установленных последовательно между фазными выводами питающей сети и входами выпрямителя напряжения. Выпрямитель напряжения собран на восемнадцати диодах, трех транзисторах и двух конденсаторах звена постоянного тока соединенных последовательно общая точка, которых подключена к нулевому выводу питающей сети. Достоинством такого повышающего выпрямителя напряжения является получение двух уровней напряжения звена постоянного тока и наличие трех полностью управляемых силовых ключей - транзисторов и как следствие более простая система управления. Недостатком прототипа является возможность только повышать напряжение на выходе выпрямителя относительно уровня напряжения определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя. К недостаткам известной схемы также следует отнести необходимость наличия нулевого вывода питающей сети, большое число диодов и транзисторов, большие потери энергии вследствие большого числа одновременно включенных полупроводниковых ключей (диодов и транзисторов).The closest in technical essence is a circuit of a step-up voltage rectifier (patent FR 2921211 (A1), class Н02М 7/217, 03/20/2009, Systeme de redressement actif ameliore a correction du facteur de puissance, by Baker Donal) containing an input filter made of sin of capacitors connected by a star and connected to the mains terminals of the supply network containing a neutral wire, and three chokes installed in series between the phase terminals of the supply network and the inputs of the voltage rectifier. The voltage rectifier is assembled on eighteen diodes, three transistors and two DC link capacitors connected in series with a common point, which is connected to the zero terminal of the supply network. The advantage of such a step-up voltage rectifier is the receipt of two voltage levels of the DC link and the presence of three fully controllable power switches - transistors and, as a consequence, a simpler control system. The disadvantage of the prototype is the ability to only increase the voltage at the output of the rectifier relative to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier. The disadvantages of the known circuit should also include the need for a zero output of the supply network, a large number of diodes and transistors, large energy losses due to a large number of simultaneously connected semiconductor switches (diodes and transistors).

Задачей предлагаемого изобретения является возможность реализации выпрямителя напряжения позволяющего как повышать, так и уменьшать напряжение на своем выходе относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения. При этом используется значительно меньшее количество полупроводниковых элементов. Повышается КПД такого выпрямителя за счет сокращения числа полупроводниковых элементов обтекаемых током в каждый момент времени. К достоинствам предложенного выпрямителя напряжения следует отнести использование всего одного полностью управляемого полупроводникового элемента - транзистора для повышения напряжения на выходе выпрямителя относительно уровня напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения, и нескольких полууправляемых полупроводниковых элементов - тиристоров для уменьшения напряжения на выходе выпрями теля относительно уровня напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения. Отличительной особенностью предложения является простота схемной реализации и высокая надежность при значительном расширении функциональных возможностей. Кроме того, достоинством предложенного выпрямителя напряжения является возможность плавного заряда накопительного конденсатора установленного на выходе выпрямителя напряжения с использованием импульсно-фазового закона управления тиристорами выпрямителя напряжения.The objective of the present invention is the possibility of implementing a voltage rectifier that allows both to increase and decrease the voltage at its output relative to the voltage determined by the uncontrolled rectifier circuit. This uses a much smaller number of semiconductor elements. The efficiency of such a rectifier is increased by reducing the number of semiconductor elements streamlined by current at each moment of time. The advantages of the proposed voltage rectifier include the use of only one fully controlled semiconductor element - a transistor to increase the voltage at the output of the rectifier relative to the voltage level determined by the uncontrolled voltage rectifier circuit, and several semi-controlled semiconductor elements - thyristors to reduce the voltage at the output of the rectifier relative to the voltage level determined by the circuit uncontrolled voltage rectifier. A distinctive feature of the proposal is the simplicity of circuit implementation and high reliability with a significant expansion of functionality. In addition, the advantage of the proposed voltage rectifier is the ability to smoothly charge the storage capacitor installed at the output of the voltage rectifier using the pulse-phase control law of the thyristors of the voltage rectifier.

Решение поставленной задачи позволит сократить до минимума количество полупроводниковых элементов схемы, уменьшить количество драйверов полностью управляемых полупроводниковых элементов и значительно упростить систему управления. Предложенная схема выпрямителя напряжения позволит сократить тепловыделения в силовых элементах предложенного выпрямителя напряжения, за счет сокращения числа одновременно работающих полупроводниковых приборов. При необходимости получения грех уровней напряжения в звене постоянного тока выпрямитель напряжения может быть дополнительно снабжен конденсатором, дополнительным диодом и транзистором, а также необходимо предусмотреть его питание от питающей сети, содержащей рабочий нулевой провод.The solution to this problem will reduce the number of semiconductor circuit elements to a minimum, reduce the number of drivers for fully controllable semiconductor elements, and significantly simplify the control system. The proposed voltage rectifier circuit will reduce heat generation in the power elements of the proposed voltage rectifier, by reducing the number of simultaneously operating semiconductor devices. If it is necessary to obtain sin of voltage levels in the DC link, the voltage rectifier can be additionally equipped with a capacitor, an additional diode and a transistor, and it is also necessary to provide for its power supply from the mains containing a working neutral wire.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в выпрямителе напряжения, состоящим из источника многофазного переменного напряжения, системы управления, дросселей, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения, полупроводникового выпрямителя, транзистора и конденсатора, причем дроссели включены между выводами источника многофазного переменного напряжения и входом полупроводникового выпрямителя, минусовой вывод полупроводникового выпрямителя соединен с минусовым выводом выпрямителя напряжения, а плюсовой вывод выпрямителя напряжения подключен к положительной обкладке конденсатора управляющий вывод транзистора заведен в систему управления предусмотрены следующие отличия: полупроводниковый выпрямитель собран по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямителя на тиристорах, а выпрямитель напряжения содержит датчики сетевого напряжения и датчик тока, дополнительный диод, анод которого подключен к коллектору транзистора и через датчик тока к плюсовому выводу полупроводникового выпрямителя, катод дополнительного диода соединен с плюсовым выводом выпрямителя напряжения, эмиттер транзистора соединен с минусовым выводом выпрямителя напряжения и отрицательной обкладкой конденсатора, датчики сетевого напряжения, количество которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения минус один, своими входными цепями подключены между различными входами полупроводникового выпрямителя, информационные выходы датчиков сетевого напряжения, датчика тока и управляющие электроды тиристоров полупроводникового выпрямителя подключены к системе управления.The problem is solved due to the fact that in a voltage rectifier consisting of a multiphase alternating voltage source, a control system, chokes, the number of which is equal to the number of phases of the polyphase alternating voltage source, a semiconductor rectifier, a transistor and a capacitor, and the chokes are connected between the terminals of the polyphase alternating voltage source and the input of the semiconductor rectifier, the negative terminal of the semiconductor rectifier is connected to the negative terminal of the voltage rectifier, and the positive terminal of the voltage rectifier is connected to the positive plate of the capacitor; the control terminal of the transistor is brought into the control system; contains mains voltage sensors and a current sensor, an additional diode, the anode of which is connected to the collector of the transistor and through the current sensor to the positive terminal semiconductor rectifier, the cathode of the additional diode is connected to the positive terminal of the voltage rectifier, the emitter of the transistor is connected to the negative terminal of the voltage rectifier and the negative plate of the capacitor, line voltage sensors, the number of which is equal to the number of phases of the multiphase alternating voltage source minus one, are connected with their input circuits between different inputs of the semiconductor rectifier, information outputs of mains voltage sensors, current sensor and control electrodes of the thyristors of the semiconductor rectifier are connected to the control system.

Кроме того, выпрямитель напряжения может быть выполнен так что полупроводниковый выпрямитель собран по схеме полууправляемого на тиристорах и диодах, причем тиристоры соединены между собой катодами и образуют катодную группу полупроводникового выпрями теля, а диоды между собой соединены анодами и образуют анодную группу полупроводникового выпрямителя.In addition, the voltage rectifier can be designed so that the semiconductor rectifier is assembled according to the semi-controlled circuit on thyristors and diodes, wherein the thyristors are connected to each other by cathodes and form the cathode group of the semiconductor rectifier, and the diodes are connected to each other by the anodes and form the anode group of the semiconductor rectifier.

Кроме того, выпрямитель напряжения может быть выполнен так что полупроводниковый выпрямитель собран по схеме полууправляемого на тиристорах и диодах, причем тиристоры соединены между собой анодами и образуют анодную группу полупроводникового выпрямителя, а диоды между собой соединены катодами и образуют катодную группу полупроводникового выпрямителя.In addition, the voltage rectifier can be designed so that the semiconductor rectifier is assembled according to a semi-controlled circuit on thyristors and diodes, wherein the thyristors are connected to each other by anodes and form the anode group of the semiconductor rectifier, and the diodes are interconnected by cathodes and form the cathode group of the semiconductor rectifier.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в выпрямителе напряжения, состоящим из источника многофазного переменного напряжения, системы управления, дросселей, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения, полупроводникового выпрямителя, транзисторов и двух конденсаторов, дроссели включены между выводами источника многофазного переменного напряжения и входом полупроводникового выпрямителя, два конденсатора включены согласованно последовательно, а общая точка конденсаторов подключена к нулевому выводу источника многофазного переменного напряжения и выходной нулевой точке выпрямителя напряжения, при этом плюсовой вывод конденсаторов подключен к плюсовому выводу выпрямителя напряжения, минусовой вывод конденсаторов подключен к минусовому выводу выпрямителя напряжения предусмотрены следующие отличия: полупроводниковый выпрямитель собран по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямителя на тиристорах, а выпрямитель напряжения содержит датчики сетевого напряжения, два датчика тока, два дополнительных диода, причем анод первого дополнительного диода подключен к коллектору первого транзистора и через первый датчик тока к плюсовому выводу полупроводникового выпрямителя, катод первого дополнительного диода соединен с плюсовым выводом выпрямителя напряжения, эмиттер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора и с общей точкой конденсаторов, эмиттер второго транзистора соединен с катодом второго дополни тельного диода и через второй датчик тока с минусовым выводом полупроводникового выпрямителя, анод второго дополнительного диода соединен с минусовым выводом выпрямителя напряжения, датчики сетевого напряжения, количество которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения, своими входными цепями подключены между каждым из входов полупроводникового выпрямителя и нулевым выводом источника многофазного переменного напряжения, информационные выходы датчиков сетевого напряжения, датчиков тока и управляющие электроды тиристоров полупроводникового выпрямителя подключены к системе управления.The problem is solved due to the fact that in a voltage rectifier consisting of a multiphase alternating voltage source, a control system, chokes, the number of which is equal to the number of phases of a polyphase alternating voltage source, a semiconductor rectifier, transistors and two capacitors, chokes are connected between the terminals of the polyphase alternating voltage source and input of a semiconductor rectifier, two capacitors are connected in series in series, and the common point of the capacitors is connected to the zero terminal of the multiphase alternating voltage source and the output zero point of the voltage rectifier, while the positive terminal of the capacitors is connected to the positive terminal of the voltage rectifier, the negative terminal of the capacitors is connected to the negative terminal of the voltage rectifier the following differences are provided: the semiconductor rectifier is assembled according to the scheme of a three-phase full-wave rectifier on thyristors, and the voltage rectifier contains network sensors voltage, two current sensors, two additional diodes, and the anode of the first additional diode is connected to the collector of the first transistor and through the first current sensor to the positive terminal of the semiconductor rectifier, the cathode of the first additional diode is connected to the positive terminal of the voltage rectifier, the emitter of the first transistor is connected to the collector of the second transistor and with a common point of the capacitors, the emitter of the second transistor is connected to the cathode of the second additional diode and through the second current sensor with the negative terminal of the semiconductor rectifier, the anode of the second additional diode is connected to the negative terminal of the voltage rectifier, mains voltage sensors, the number of which is equal to the number of phases of the multiphase alternating source voltage, their input circuits are connected between each of the inputs of the semiconductor rectifier and the zero output of the multiphase alternating voltage source, the information outputs of the mains voltage sensors, current sensors and control The thyristor electrodes of the semiconductor rectifier are connected to the control system.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 - представлена схема многофазного двухуровнего выпрямителя напряжения, полупроводниковый выпрямитель которого собран полностью управляемым на тиристорах, на Фиг. 2 - представлена схема многофазного двухуровнего выпрямителя напряжения, полупроводниковый выпрямитель которого собран полууправляемым на тиристорах катодной группы, на Фиг. 3 - представлена схема многофазного двухуровнего выпрямителя напряжения, полупроводниковый выпрямитель которого собран полууправляемым на тиристорах анодной группы, на Фиг. 4 представлена схема многофазного трехуровнего выпрямителя напряжения, полупроводниковый выпрямитель которого собран полностью управляемым на тиристорах, на Фиг. 5 - представлена схема двухзвенного двухуровнего преобразователя частоты построенного на основе многофазного выпрямителя напряжения, на Фиг. 6 - представлена схема трехуровнего преобразователя частоты построенного на основе многофазного выпрямителя напряжения с трехуровневым инвертором напряжения с отсекающими диодами, на Фиг. 7 - представлена схема трехуровнего преобразователя частоты построенного на основе многофазного выпрямителя напряжения с мостовым Т-образным трехуровневым инвертором напряжения.FIG. 1 is a diagram of a multiphase two-level voltage rectifier, the semiconductor rectifier of which is assembled completely controlled on thyristors, in Fig. 2 shows a diagram of a multiphase two-level voltage rectifier, the semiconductor rectifier of which is assembled semi-controlled on thyristors of the cathode group, in Fig. 3 shows a diagram of a multiphase two-level voltage rectifier, the semiconductor rectifier of which is assembled semi-controlled on thyristors of the anode group, in Fig. 4 shows a diagram of a multiphase three-level voltage rectifier, the semiconductor rectifier of which is assembled completely controlled on thyristors, in Fig. 5 shows a diagram of a two-link two-level frequency converter built on the basis of a multiphase voltage rectifier; FIG. 6 is a diagram of a three-level frequency converter built on the basis of a multiphase voltage rectifier with a three-level voltage inverter with cut-off diodes; FIG. 7 shows a diagram of a three-level frequency converter built on the basis of a multiphase voltage rectifier with a bridge T-shaped three-level voltage inverter.

Выпрямитель напряжения, схема которого представлена на Фиг. 1, содержит источник многофазного переменного напряжения 1, систему управления 2, дроссели 3-1÷3-n, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения 1, полупроводниковый выпрямитель 4, транзистор 5 и конденсатор 6. Дроссели 3-1÷3-n включены между выводами источника многофазного переменного напряжения 1 и входом полупроводникового выпрямителя 4. Минусовой вывод полупроводникового выпрямителя 4 соединен с минусовым выводом 7 выпрямителя напряжения. Плюсовой вывод 8 выпрямителя напряжения подключен к положительной обкладке конденсатора 6. Управляющий вывод транзистора 3 заведен в систему управления 2. Полупроводниковый выпрямитель 4 собран по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямителя на тиристорах 9-1÷9-(2⋅n). Выпрямитель напряжения содержит датчики сетевого напряжения 10-1÷10-(n-1), и датчик тока 11, дополнительный диод 12, анод которого подключен к коллектору транзистора 5 и через датчик тока 11 к плюсовому выводу полупроводникового выпрямителя 4. Катод дополнительного диода 12 соединен с плюсовым выводом 8 выпрямителя напряжения. Эмиттер транзистора 5 соединен с минусовым выводом 7 выпрямителя напряжения и отрицательной обкладкой конденсатора 6. Датчики сетевого напряжения 10-1÷10-(n-1), количество которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения 1 минус один, своими входными цепями подключены между различными входами полупроводникового выпрямителя 4. Информационные выходы датчиков сетевого напряжения 10-1÷10-(n-1), датчика тока 11 и управляющие электроды тиристоров 9-1÷9-(2÷n) полупроводникового выпрямителя 4 подключены к системе управления 1.A voltage rectifier, the circuit of which is shown in FIG. 1, contains a source of polyphase alternating voltage 1, control system 2, chokes 3-1 ÷ 3-n, the number of which is equal to the number of phases of the source of polyphase alternating voltage 1, semiconductor rectifier 4, transistor 5 and capacitor 6. Chokes 3-1 ÷ 3- n are connected between the terminals of the multiphase alternating voltage source 1 and the input of the semiconductor rectifier 4. The negative terminal of the semiconductor rectifier 4 is connected to the negative terminal 7 of the voltage rectifier. The positive terminal 8 of the voltage rectifier is connected to the positive plate of the capacitor 6. The control terminal of the transistor 3 is brought into the control system 2. The semiconductor rectifier 4 is assembled according to the scheme of a three-phase full-wave rectifier on thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n). The voltage rectifier contains mains voltage sensors 10-1 ÷ 10- (n-1), and a current sensor 11, an additional diode 12, the anode of which is connected to the collector of the transistor 5 and through the current sensor 11 to the positive terminal of the semiconductor rectifier 4. Cathode of the additional diode 12 connected to the positive terminal 8 of the voltage rectifier. The emitter of the transistor 5 is connected to the negative terminal 7 of the voltage rectifier and the negative plate of the capacitor 6. Mains voltage sensors 10-1 ÷ 10- (n-1), the number of which is equal to the number of phases of the multiphase alternating voltage source 1 minus one, their input circuits are connected between different the inputs of the semiconductor rectifier 4. Information outputs of the mains voltage sensors 10-1 ÷ 10- (n-1), the current sensor 11 and the control electrodes of the thyristors 9-1 ÷ 9- (2 ÷ n) of the semiconductor rectifier 4 are connected to the control system 1.

Выпрямитель напряжения, схема которого представлена на Фиг. 2, может быть выполнен, так что полупроводниковый выпрямитель 4 собран по схеме полууправляемого на тиристорах 9-1÷9-n и диодах 13-1÷13-n. Тиристоры 9-1÷9-n соединены между собой катодами и образуют катодную группу полупроводникового выпрямителя 4, а диоды 13-1÷13-n между собой соединены анодами и образуют анодную группу полупроводникового выпрямителя 4.A voltage rectifier, the circuit of which is shown in FIG. 2, can be made so that the semiconductor rectifier 4 is assembled according to the semi-controlled circuit on thyristors 9-1 ÷ 9-n and diodes 13-1 ÷ 13-n. Thyristors 9-1 ÷ 9-n are interconnected by cathodes and form a cathode group of a semiconductor rectifier 4, and diodes 13-1 ÷ 13-n are interconnected by anodes and form an anode group of a semiconductor rectifier 4.

Выпрямитель напряжения, схема которого представлена на Фиг. 3, может быть выполнен, так что полупроводниковый выпрямитель 4 собран по схеме полууправляемого на тиристорах 9-1÷9-n и диодах 13-1÷13-n. Тиристоры 9-1÷9-n соединены между собой анодами и образуют анодную группу полупроводникового выпрямителя 4, а диоды 13-1÷13-n между собой соединены катодами и образуют катодную группу полупроводникового выпрямителя 4.A voltage rectifier, the circuit of which is shown in FIG. 3, can be made so that the semiconductor rectifier 4 is assembled according to the semi-controlled circuit on thyristors 9-1 ÷ 9-n and diodes 13-1 ÷ 13-n. Thyristors 9-1 ÷ 9-n are interconnected by anodes and form an anode group of a semiconductor rectifier 4, and diodes 13-1 ÷ 13-n are interconnected by cathodes and form a cathode group of a semiconductor rectifier 4.

Выпрямитель напряжения, схема которого представлена на Фиг. 4, содержит источник многофазного переменного напряжения 1, систему управления 2, дроссели 3-1÷3-n, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения 1, полупроводниковый выпрямитель 4. транзисторы 5 и 14 и два конденсатора 6 и 13. Дроссели 3-1÷3-n включены между выводами источника многофазного переменного напряжения 1 и входом полупроводникового выпрямителя 4. Два конденсатора 6 и 15 включены согласованно последовательно, а общая точка конденсаторов 6 и 13 подключена к нулевому выводу источника многофазного переменного напряжения 1 и выходной нулевой точке 16 выпрямителя напряжения. Плюсовой вывод конденсаторов 6 и 13 подключен к плюсовому выводу 8 выпрямителя напряжения. Минусовой вывод конденсаторов 6 и 15 подключен к минусовому выводу 7 выпрямителя напряжения. Полупроводниковый выпрямитель 4 собран по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямителя на тиристорах 9-1÷9-(2÷n). Выпрямитель напряжения содержит датчики сетевого напряжения 10-1÷10-n, два датчика тока 11 и 17, два дополнительных диода 12 и 18. Анод первого дополнительного диода 12 подключен к коллектору первого транзистора 5 и через первый датчик тока 11 к плюсовому выводу полупроводникового выпрямителя 4. Катод первого дополнительного диода 12 соединен с плюсовым выводом 8 выпрямителя напряжения. Эмиттер первого транзистора 5 соединен с коллектором второго транзистора 14 и с общей точкой конденсаторов 6 и 15. Эмиттер второго транзистора 14 соединен с катодом второго дополнительного диода 18 и через второй датчик тока 17 с минусовым выводом полупроводникового выпрямителя 4. Анод второго дополнительного диода 18 соединен с минусовым выводом 7 выпрямителя напряжения. Датчики сетевого напряжения 10-1÷10-n, количество которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения 1, своими входными цепями подключены между каждым из входов полупроводникового выпрямителя 4 и нулевым выводом источника многофазного переменного напряжения 1. Информационные выходы датчиков сетевого напряжения 10-1÷10-n, датчиков тока 11 и 17 и управляющие электроды тиристоров 9-1÷9-(2÷n) полупроводникового выпрямителя 4 подключены к системе управления 2.A voltage rectifier, the circuit of which is shown in FIG. 4, contains a source of polyphase alternating voltage 1, control system 2, chokes 3-1 ÷ 3-n, the number of which is equal to the number of phases of the source of polyphase alternating voltage 1, semiconductor rectifier 4. transistors 5 and 14 and two capacitors 6 and 13. Chokes 3 -1 ÷ 3-n are connected between the terminals of the polyphase alternating voltage source 1 and the input of the semiconductor rectifier 4. Two capacitors 6 and 15 are connected in series, and the common point of the capacitors 6 and 13 is connected to the zero terminal of the polyphase alternating voltage source 1 and the output zero point 16 rectifier voltage. The positive terminal of the capacitors 6 and 13 is connected to the positive terminal 8 of the voltage rectifier. The negative terminal of the capacitors 6 and 15 is connected to the negative terminal 7 of the voltage rectifier. Semiconductor rectifier 4 is assembled according to the scheme of a three-phase full-wave rectifier on thyristors 9-1 ÷ 9- (2 ÷ n). The voltage rectifier contains mains voltage sensors 10-1 ÷ 10-n, two current sensors 11 and 17, two additional diodes 12 and 18. The anode of the first additional diode 12 is connected to the collector of the first transistor 5 and through the first current sensor 11 to the positive terminal of the semiconductor rectifier 4. The cathode of the first additional diode 12 is connected to the positive terminal 8 of the voltage rectifier. The emitter of the first transistor 5 is connected to the collector of the second transistor 14 and to the common point of the capacitors 6 and 15. The emitter of the second transistor 14 is connected to the cathode of the second additional diode 18 and through the second current sensor 17 with the negative terminal of the semiconductor rectifier 4. The anode of the second additional diode 18 is connected to negative terminal 7 of the voltage rectifier. The mains voltage sensors 10-1 ÷ 10-n, the number of which is equal to the number of phases of the multiphase alternating voltage source 1, are connected with their input circuits between each of the inputs of the semiconductor rectifier 4 and the zero terminal of the multiphase alternating voltage source 1. Information outputs of the mains voltage sensors 10-1 ÷ 10-n, current sensors 11 and 17 and control electrodes of thyristors 9-1 ÷ 9- (2 ÷ n) semiconductor rectifier 4 are connected to control system 2.

Работа выпрямителя напряжения происходит следующим образом. Выпрямитель напряжения может работать в двух режимах: в режиме понижающего выпрямителя напряжения или в режиме повышающего выпрямителя напряжения относительно уровня напряжения определяемого уровнем напряжения схемы неуправляемого выпрямителя. Рассмотрим работу выпрямителя напряжения в каждом из двух режимов.The work of the voltage rectifier is as follows. The voltage rectifier can operate in two modes: in the step-down voltage rectifier mode or in the step-up voltage rectifier mode relative to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier circuit. Consider the operation of the voltage rectifier in each of the two modes.

Работа выпрямителя напряжения (Фиг. 1) в режиме понижающего выпрямителя напряжения, осуществляющего регулирование или стабилизацию выходного напряжения на уровне напряжения в диапазоне от нуля до уровня напряжения определяемого уровнем напряжения схемы неуправляемого выпрямителя напряжения происходит следующим образом. При наличии напряжения на фазах источника многофазного переменного напряжения 1 выпрямителя напряжения, изображенного на Фиг. 1 с использованием информации от датчиков сетевого напряжения 10-1÷10-(n-1) с помощью системы управления 2 осуществляется управление тиристорами 9-1÷9-(2÷n) по алгоритму импульсно-фазового управления. Осуществляя регулирование угла фазового управления тиристорами 9-1÷9-(2÷n) полупроводникового выпрямителя 4 возможно осуществлять регулирование среднего значения напряжения между минусовым 7 и плюсовым 8 выводом: выпрямителя напряжения. При этом в выпрямителе напряжения может быть обеспечено плавное нарастание выходного напряжения на заданный уровень. Система управления 2 с использованием информации от датчиков сетевого напряжения 10-1÷10-(n-1) осуществляет плавное открытие тиристоров 9-1÷9-(2⋅n) изменяя угол фазового управления от максимального значения

электрических градусов до значения которое определяет требуемый уровень выходного напряжения выпрямителя напряжения. При этом происходит плавный заряд конденсатора 6 через дополнительный: диод 12, тем: самым: происходит ограничение тока заряда конденсатора 6. В этом режиме работы выпрямителя напряжения транзистор 5 находится в закрытом состоянии, а дроссели 3-1÷3-n осуществляют сглаживание тока потребляемого выпрямителем: напряжения от источника многофазного переменного напряжения 1. Конденсатор 6 осуществляет сглаживание пульсации выпрямленного напряжения, выполняя роль емкостного фильтра. Датчик тока 11 с системой управления 2 контролируют значение выпрямленного тока полупроводникового выпрямителя 4 и в случае превышения током допустимого значения система управления 2 будет либо призакрывать тиристоры 9-1÷9-(2÷n) изменением угла фазового управления и ограничивая значение выпрямленного тока либо закроет их полностью.The operation of the voltage rectifier (Fig. 1) in the mode of the step-down voltage rectifier, which regulates or stabilizes the output voltage at a voltage level in the range from zero to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled voltage rectifier circuit, is as follows. In the presence of voltage on the phases of the multiphase alternating voltage source 1 of the voltage rectifier shown in FIG. 1 using information from the mains voltage sensors 10-1 ÷ 10- (n-1) using the control system 2 thyristors 9-1 ÷ 9- (2 ÷ n) are controlled according to the pulse-phase control algorithm. By adjusting the phase control angle of thyristors 9-1 ÷ 9- (2 ÷ n) of the semiconductor rectifier 4, it is possible to regulate the average voltage value between the negative 7 and positive 8 outputs: the voltage rectifier. In this case, a smooth increase in the output voltage to a given level can be provided in the voltage rectifier. Control system 2, using information from mains voltage sensors 10-1 ÷ 10- (n-1), smoothly opens thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n) by changing the phase control angle from the maximum value

electrical degrees to a value that determines the required level of the output voltage of the voltage rectifier. In this case, a smooth charge of the capacitor 6 occurs through an additional: diode 12, thereby: there is a limitation of the charge current of the capacitor 6. In this operating mode of the voltage rectifier, the transistor 5 is in the closed state, and the chokes 3-1 ÷ 3-n smooth the current consumed rectifier: voltage from a multiphase alternating voltage source 1. Capacitor 6 smooths the ripple of the rectified voltage, acting as a capacitive filter. Current sensor 11 with control system 2 control the value of the rectified current of the semiconductor rectifier 4 and if the current exceeds the permissible value, the control system 2 will either close the thyristors 9-1 ÷ 9- (2 ÷ n) by changing the phase control angle and limiting the value of the rectified current or close them completely.

Работа выпрямителя напряжения (Фиг. 1) в режиме повышающего выпрямителя напряжения осуществляющего регулирование или стабилизацию выходного напряжения на уровне напряжения выше уровня напряжения определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя напряжения происходит следующим образом. При наличии напряжения на фазах источника многофазного переменного напряжения 1 выпрямителя напряжения изображенного на Фиг. 1 система управления 2 с использованием информации от датчиков сетевого напряжения 10-1÷10-(n-1) осуществляет плавное открытие тиристоров 9-1÷9-(2÷n) изменяя угол фазового управления от максимального значения

электрических градусов до нуля. При этом происходит заряд конденсатора 6 через дополнительный диод 12, тем самым происходит ограничение тока заряда конденсатора 6. При угле фазового управления тиристорами 9-1÷9-(2⋅n) полупроводникового выпрямителя 4 равным нулю, между плюсовым 8 и минусовым 7 выводам выпрямителя напряжения образуется напряжение, определяемое уровнем напряжения схемы неуправляемого выпрямителя за минусом падения напряжения на дросселях 3-1÷3-n и дополнительном диоде 12. При этом конденсатор 6 осуществляет сглаживание пульсации выпрямленного напряжения, выполняя роль фильтра. При необходимости повышения напряжения на выходе выпрямителя напряжения система управления 2 выполняет управление транзистором 3 по закону широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом транзистор 5 работает исключительно в ключевом режиме работы. При включении транзистора 5 происходит нарастание тока протекающего через дроссели 3-1÷3-n при этом они накапливают энергию. Ток протекающий через транзистор 5 контролируется датчиком тока 11 и системой управления 2 которая осуществляет управление транзистором 5. Напряжение на дросселях 3-1÷3-n определяется согласно зависимости

где L - индуктивность дросселя, i_L - ток протекающий через дроссель. При отключении транзистора 3 энергия, накопленная в дросселях 3-1÷3-n передается через полупроводниковый выпрямитель 4 и дополнительный диод 12 на заряд конденсатора 6 и на нагрузку, подключенную к плюсовому 8 и минусовому 7 выводам выпрямителя напряжения. При этом напряжение на выходе выпрямителя напряжения определяется уровнем: напряжения источника многофазного переменного напряжения 1 и падением напряжения на дросселях 3-1÷3-n,

а так же коэффициентом схемы полупроводникового выпрямителя 4. Дополнительный диод 12 выполняет роль отсекающего, исключая закорачивание конденсатора 6 при включении транзистора 5. Изменяя величину скважности (отношения времени включенного состояния транзистора к периоду модуляции) работы транзистора 5 при фиксированной частоте ШИМ можно осуществлять регулирование напряжения на дросселях 3-1÷3-n, а соответственно осуществлять регулирование напряжения между плюсовым 8 и минусовым 7 выводами выпрямителя напряжения. Дроссели 3-1÷3-n кроме функции накопителя энергии осуществляют сглаживание тока, потребляемого выпрямителем напряжения из питающей сети.The operation of the voltage rectifier (Fig. 1) in the mode of the step-up voltage rectifier regulating or stabilizing the output voltage at a voltage level higher than the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled voltage rectifier is as follows. In the presence of voltage on the phases of the multiphase alternating voltage source 1 of the voltage rectifier shown in FIG. 1 control system 2, using information from mains voltage sensors 10-1 ÷ 10- (n-1), smoothly opens thyristors 9-1 ÷ 9- (2 ÷ n) by changing the phase control angle from the maximum value

electrical degrees to zero. In this case, the capacitor 6 is charged through the additional diode 12, thereby limiting the charging current of the capacitor 6. When the phase control angle of the thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n) of the semiconductor rectifier 4 is equal to zero, between the positive 8 and minus 7 terminals of the rectifier voltage, a voltage is formed, determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier circuit minus the voltage drop across the chokes 3-1 ÷ 3-n and the additional diode 12. In this case, the capacitor 6 smooths the rectified voltage ripple, acting as a filter. If it is necessary to increase the voltage at the output of the voltage rectifier, the control system 2 controls the transistor 3 according to the law of pulse-width modulation (PWM). In this case, the transistor 5 operates exclusively in the key mode of operation. When the transistor 5 is turned on, the current flowing through the chokes 3-1 ÷ 3-n increases, while they accumulate energy. The current flowing through the transistor 5 is controlled by the current sensor 11 and the control system 2, which controls the transistor 5. The voltage across the chokes 3-1 ÷ 3-n is determined according to the dependence

where L is the inductance of the choke, i _L is the current flowing through the choke. When the transistor 3 is turned off, the energy stored in the chokes 3-1 ÷ 3-n is transmitted through the semiconductor rectifier 4 and the additional diode 12 to the charge of the capacitor 6 and to the load connected to the positive 8 and negative 7 terminals of the voltage rectifier. In this case, the voltage at the output of the voltage rectifier is determined by the level: voltage of the multiphase alternating voltage source 1 and the voltage drop across the chokes 3-1 ÷ 3-n,

as well as the coefficient of the semiconductor rectifier circuit 4. An additional diode 12 acts as a cut-off diode, excluding the short-circuiting of the capacitor 6 when the transistor 5 is turned on. chokes 3-1 ÷ 3-n, and accordingly carry out voltage regulation between the positive 8 and negative 7 terminals of the voltage rectifier. Chokes 3-1 ÷ 3-n, in addition to the energy storage function, smooth out the current consumed by the voltage rectifier from the supply network.

На Фиг. 5 представлен вариант схемы двухзвенного двухуровнего преобразователя частоты построенного на основе многофазного выпрямителя напряжения на выход, которого подключен трехфазный двухуровневый инвертор напряжения 19. Следует отметить, что инвертор напряжения 19 может быть выполнен с любым количеством выходных фаз. Такое схемное решение позволяет регулировать уровень напряжения питания инвертора напряжения 19 для получения требуемого уровня напряжения на выходе двухзвенного преобразователя частоты.FIG. 5 shows a variant of the circuit of a two-level two-level frequency converter built on the basis of a polyphase voltage rectifier to the output, which is connected to a three-phase two-level voltage inverter 19. It should be noted that the voltage inverter 19 can be made with any number of output phases. This circuit design allows you to adjust the supply voltage level of the voltage inverter 19 to obtain the required voltage level at the output of the two-link frequency converter.

Предложенная схема (Фиг. 1, Фиг. 5) отличается простой структурой силовой части и содержит всего лишь один полностью управляемый полупроводниковый элемент - транзистор 5, и несколько низкочастотных полууправляемых ключей - тиристоров 9-1÷9-(2⋅n).The proposed circuit (Fig. 1, Fig. 5) has a simple structure of the power section and contains only one fully controlled semiconductor element - transistor 5, and several low-frequency semi-controlled switches - thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n).

Достоинством схемы является возможность стабилизации и регулирования выходного напряжения выпрямителя напряжения как выше, так и ниже относительно уровня напряжения, определяемого напряжением схемы неуправляемого выпрямителя. Кроме того, предложенная схема обладает высоким показателем надежности и высоким КПД за счет снижения количества полупроводниковых элементов, работающих в каждый момент времени. Кроме того, предложенный вариант схемы выпрямителя напряжения позволяет осуществлять ограничение пускового тока и плавный заряд конденсатора 6.The advantage of the circuit is the ability to stabilize and regulate the output voltage of the voltage rectifier both above and below the voltage level determined by the voltage of the uncontrolled rectifier circuit. In addition, the proposed circuit has a high reliability and high efficiency due to a decrease in the number of semiconductor elements operating at each moment of time. In addition, the proposed version of the voltage rectifier circuit allows limiting the inrush current and smooth charging of the capacitor 6.

На Фиг. 2 и Фиг. 3 изображены варианты схем выпрямителя напряжения, в которых полупроводниковый выпрямитель 4 выполнен полууправляемым. Такое схемное решение позволит упростить систему управления 2 и уменьшить количество ее каналов управления управляемыми полупроводниковыми ключами, но при этом уменьшится диапазон регулирования выходного напряжения вниз относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя. При этом регулирование напряжения вниз в выпрямителе напряжения будет осуществляться в диапазоне от уровня напряжения многофазного однополупериодного выпрямителя до уровня напряжения, определяемого неуправляемым многофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения. Схемы выпрямителей напряжения, представленные на Фиг. 2 и Фиг. 3 могут быть использованы в составе электрических преобразователей, в которых нет необходимости осуществлять регулирование напряжения ниже уровня напряжения, определяемого многофазным однополупериодным выпрямителем напряжения. При этом схемы выпрямителей напряжения, представленные на Фиг. 2 и Фиг. 3 работают аналогично схеме, изображенной на Фиг. 1 и не требует дополнительных пояснений.FIG. 2 and FIG. 3 shows variants of the voltage rectifier circuits, in which the semiconductor rectifier 4 is made semi-controlled. Such a circuit solution will simplify the control system 2 and reduce the number of its control channels for controlled semiconductor switches, but at the same time the range of regulation of the output voltage will decrease downward relative to the voltage determined by the uncontrolled rectifier circuit. In this case, the voltage regulation downward in the voltage rectifier will be carried out in the range from the voltage level of the polyphase half-wave rectifier to the voltage level determined by the uncontrolled polyphase full-wave rectifier. The voltage rectifier circuits shown in FIG. 2 and FIG. 3 can be used as part of electrical converters, in which there is no need to regulate the voltage below the voltage level determined by a polyphase half-wave voltage rectifier. In this case, the voltage rectifier circuits shown in FIG. 2 and FIG. 3 operate in a similar manner to that shown in FIG. 1 and does not require additional explanation.

На Фиг. 4 изображен вариант схемы выпрямителя напряжения, позволяющего получать три уровня напряжения на своем выходе. При этом схема содержит источник многофазного переменного напряжения 1 с нулевым выводом, подключенным к общей точке конденсаторов, два транзистора 3 и 14, два конденсатора 6 и 15, два дополнительных диода 12 и 18. Такое схемное решение (Фиг. 4) позволяет получать два независимых уровня напряжения: первое - между минусовым выводом 7 и выводом нулевой точки 16 посредствам управления тиристорами 9-(n+1)÷9-(2⋅n) или транзистором 14; второе - между выводом нулевой точки 16 и плюсовым выводом 8 посредствам управления тиристорами 9-1÷9-n или транзистором 6. Третий уровень напряжения - между минусовым выводом 7 и плюсовым выводом 8 определяется как сумма двух независимо регулируемых уровней. Датчики напряжения 10-1÷10-n контролируют фазные напряжения на входе полупроводникового выпрямителя 4 и участвуют в процессе управления тиристорами 9-1÷9-(2⋅n). Датчики тока 11 и 17 совместно с системой управления 2 выполняют функцию защиты выпрямителя напряжения от токов короткого замыкания и перегрузки, а также участвуют в процессе регулирования скважности при управлении транзисторами 5 и 14 для повышения уровня напряжения выше напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя. Отличительной особенностью схемы выпрямителя напряжения, изображенного на Фиг. 4 является то, что можно осуществлять независимое регулирование напряжений первого и второго уровня как выше, так и ниже уровня напряжения, определяемого неуправляемым выпрямителем. При этом для регулирования первого (второго) уровня напряжения ниже уровня напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя используются тиристоры 9-(n+1)÷9-(2⋅n) (9-1÷9n) а для регулирования уровня напряжения выше уровня напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя используется транзистор 14 (5). Работа схемы выпрямителя напряжения, представленного на Фиг. 4 производится аналогично схеме, изображенной на Фиг. 1 и не требует дополнительных пояснений.FIG. 4 shows a variant of the voltage rectifier circuit, which makes it possible to obtain three voltage levels at its output. In this case, the circuit contains a multiphase alternating voltage source 1 with a zero terminal connected to the common point of the capacitors, two transistors 3 and 14, two capacitors 6 and 15, two additional diodes 12 and 18. Such a circuit solution (Fig. 4) makes it possible to obtain two independent voltage level: the first - between the negative terminal 7 and the zero point terminal 16 by controlling thyristors 9- (n + 1) ÷ 9- (2⋅n) or transistor 14; the second - between the zero point terminal 16 and the positive terminal 8 by means of controlling the thyristors 9-1 ÷ 9-n or the transistor 6. The third voltage level - between the negative terminal 7 and the positive terminal 8 is determined as the sum of two independently adjustable levels. Voltage sensors 10-1 ÷ 10-n control the phase voltages at the input of the semiconductor rectifier 4 and participate in the control process of thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n). Current sensors 11 and 17, together with control system 2, perform the function of protecting the voltage rectifier from short-circuit and overload currents, and also participate in the duty cycle control process when controlling transistors 5 and 14 to increase the voltage level above the voltage determined by the uncontrolled rectifier circuit. A distinctive feature of the voltage rectifier circuit shown in FIG. 4 is that it is possible to independently regulate the voltages of the first and second levels both above and below the voltage level determined by the uncontrolled rectifier. In this case, to regulate the first (second) voltage level below the voltage level determined by the uncontrolled rectifier circuit, thyristors 9- (n + 1) ÷ 9- (2⋅n) (9-1 ÷ 9n) are used and to control the voltage level above the voltage level determined the uncontrolled rectifier circuit uses a transistor 14 (5). The operation of the voltage rectifier circuit shown in FIG. 4 is produced similarly to the circuit shown in FIG. 1 and does not require additional explanation.

На Фиг. 6 представлен вариант схемы двухзвенного трехуровнего преобразователя частоты построенного на основе многофазного выпрямителя напряжения на выход, которого подключен трехфазный трехуровневый инвертор напряжения 20 выполненный по схеме трехуровнего инвертора напряжения с отсекающими диодами. На Фиг. 7 представлен вариант схемы двухзвенного трехуровнего преобразователя часто ты построенного на основе многофазного выпрямителя напряжения на выход, которого подключен трехфазный трехуровневый инвертор напряжения 21 выполненный по мостовой схеме с Т-образным трехуровневым инвертором напряжения. Следует отметить, что инверторы напряжения 20 и 21 могут быть выполнены с любым количеством выходных фаз. Такое схемное решение позволяет регулировать напряжение питания инверторов напряжения 20 и 21 для получения требуемого уровня напряжения на выходе двухзвенного преобразователя частоты. Предложенная схема (Фиг. 4, Фиг. 6, Фиг. 7) отличается простой структурой силовой части и содержит два полностью управляемых полупроводниковых элемента - транзистора 6 и 13 и полупроводниковый выпрямитель 4 собранный на простых полууправляемых полупроводниковых элементах -тиристорах 9-1÷9-(2÷n). При этом предложенная схема позволяет получать три различных уровня напряжения (два независимых и один зависимый) на выходе выпрямителя напряжения. Достоинством схемы является высокая надежность и высокий КПД за счет снижения количества полупроводниковых элементов, работающих в каждый момент времени, а также значительно упрощается система управления.FIG. 6 shows a variant of the circuit of a two-link three-level frequency converter built on the basis of a multiphase voltage rectifier to the output, which is connected to a three-phase three-level voltage inverter 20 made according to the scheme of a three-level voltage inverter with cut-off diodes. FIG. 7 shows a variant of the circuit of a two-link three-level frequency converter built on the basis of a polyphase voltage rectifier to the output, which is connected to a three-phase three-level voltage inverter 21 made in a bridge circuit with a T-shaped three-level voltage inverter. It should be noted that the voltage inverters 20 and 21 can be made with any number of output phases. This circuit design allows you to adjust the supply voltage of the voltage inverters 20 and 21 to obtain the required voltage level at the output of the two-link frequency converter. The proposed circuit (Fig. 4, Fig. 6, Fig. 7) differs in a simple structure of the power section and contains two fully controllable semiconductor elements - transistors 6 and 13 and a semiconductor rectifier 4 assembled on simple semi-controllable semiconductor elements - thyristors 9-1 ÷ 9- (2 ÷ n). At the same time, the proposed scheme allows one to obtain three different voltage levels (two independent and one dependent) at the output of the voltage rectifier. The advantage of the circuit is its high reliability and high efficiency due to the reduction in the number of semiconductor elements operating at any given time, and the control system is also greatly simplified.

Таким образом, предлагаемый выпрямитель напряжения позволяет осуществлять регулирование напряжения на своем выходе как ниже, так и выше уровня напряжения, определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения, уменьшить число полупроводниковых элементов силовой схемы, повысить КПД, улучшить функциональные возможности, упростить систему управления, повысить надежность при его работе, снизить вес, габариты и стоимость выпрямителя напряжения. Кроме того, предложенный выпрямитель напряжения с двумя транзисторами позволяет создать схему регулируемого трехуровнего выпрямителя напряжения без использования согласующего трансформатора которая может быть использована в составе многоуровневых двухзвенных преобразователей частоты для питания многоуровневых инверторов напряжения.Thus, the proposed voltage rectifier makes it possible to regulate the voltage at its output both below and above the voltage level determined by the uncontrolled voltage rectifier circuit, reduce the number of semiconductor elements of the power circuit, increase efficiency, improve functionality, simplify the control system, and increase reliability work, to reduce the weight, dimensions and cost of the voltage rectifier. In addition, the proposed voltage rectifier with two transistors allows you to create an adjustable three-level voltage rectifier circuit without using a matching transformer, which can be used as part of multi-level two-tier frequency converters to power multi-level voltage inverters.

Claims

1. A voltage rectifier consisting of a multiphase alternating voltage source, a control system, chokes, the number of which is equal to the number of phases of a polyphase alternating voltage source, a semiconductor rectifier, a transistor and a capacitor, and the chokes are connected between the terminals of the multiphase alternating voltage source and the input of the semiconductor rectifier, the negative terminal of the semiconductor rectifier is connected to the negative terminal of the voltage rectifier, and the positive terminal of the voltage rectifier is connected to the positive plate of the capacitor, the control terminal of the transistor is connected to the control system, characterized in that the semiconductor rectifier is assembled according to the scheme of a three-phase full-wave rectifier on thyristors, and the voltage rectifier contains line voltage sensors and a current sensor, an additional diode, the anode of which is connected to the collector of the transistor and through the current sensor to the positive terminal of the semiconductor rectifier, the cathode of the additional diode yes it is connected to the positive terminal of the voltage rectifier, the emitter of the transistor is connected to the negative terminal of the voltage rectifier and the negative plate of the capacitor, the mains voltage sensors, the number of which is equal to the number of phases of the multiphase alternating voltage source minus one, are connected with their input circuits between the various inputs of the semiconductor rectifier, the information outputs of the sensors mains voltage, current sensor and control electrodes of the thyristors of the semiconductor rectifier are connected to the control system.

2. The voltage rectifier according to claim 1, characterized in that the semiconductor rectifier is assembled according to a semi-controlled circuit on thyristors and diodes, wherein the thyristors are interconnected by cathodes and form the cathode group of the semiconductor rectifier, and the diodes are interconnected by the anodes and form the anode group of the semiconductor rectifier.

3. The voltage rectifier according to claim 1, characterized in that the semiconductor rectifier is assembled according to a semi-controlled circuit on thyristors and diodes, wherein the thyristors are interconnected by anodes and form the anode group of the semiconductor rectifier, and the diodes are interconnected by cathodes and form the cathode group of the semiconductor rectifier.

4. A voltage rectifier consisting of a multiphase alternating voltage source, a control system, chokes, the number of which is equal to the number of phases of a polyphase alternating voltage source, a semiconductor rectifier, transistors and two capacitors, chokes are connected between the terminals of the polyphase alternating voltage source and the input of the semiconductor rectifier, two capacitors connected in series, and the common point of the capacitors is connected to the zero terminal of the multiphase alternating voltage source and the output zero point of the voltage rectifier, while the positive terminal of the capacitors is connected to the positive terminal of the voltage rectifier, the negative terminal of the capacitors is connected to the negative terminal of the voltage rectifier, characterized in that the semiconductor the rectifier is assembled according to the scheme of a three-phase full-wave rectifier on thyristors, and the voltage rectifier contains mains voltage sensors, two current sensors, two additional diodes, etc. where the anode of the first additional diode is connected to the collector of the first transistor and through the first current sensor to the positive terminal of the semiconductor rectifier, the cathode of the first additional diode is connected to the positive terminal of the voltage rectifier, the emitter of the first transistor is connected to the collector of the second transistor and to the common point of the capacitors, the emitter of the second transistor is connected with the cathode of the second additional diode and through the second current sensor with the negative terminal of the semiconductor rectifier, the anode of the second additional diode is connected to the negative terminal of the voltage rectifier, the mains voltage sensors, the number of which is equal to the number of phases of the multiphase alternating voltage source, are connected with their input circuits between each of the inputs of the semiconductor rectifier and zero terminal of a multiphase alternating voltage source, information outputs of mains voltage sensors, current sensors and control electrodes of thyristors of a semiconductor rectifier us to the control system.