RU2802419C1 - Adjustable transformer-rectifier device - Google Patents
Adjustable transformer-rectifier device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802419C1 RU2802419C1 RU2023105577A RU2023105577A RU2802419C1 RU 2802419 C1 RU2802419 C1 RU 2802419C1 RU 2023105577 A RU2023105577 A RU 2023105577A RU 2023105577 A RU2023105577 A RU 2023105577A RU 2802419 C1 RU2802419 C1 RU 2802419C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- control unit
- rtvu
- primary
- input
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано при создании преобразователей переменного напряжения (однофазно или трехфазного) в регулируемое или стабилизированное напряжение постоянного тока, как на промышленных предприятиях, так и на подвижных и стационарных объектах в тех случаях, когда предъявляются требования к улучшенной их электромагнитной совместимости - ЭМС (по входу и выходу) и с улучшенными массогабаритными показателями.The invention relates to the field of power converter technology and can be used to create alternating voltage converters (single-phase or three-phase) into adjustable or stabilized direct current voltage, both at industrial enterprises and at mobile and stationary objects in cases where requirements are made for improved their electromagnetic compatibility - EMC (input and output) and with improved weight and dimensions.
В принципе известно техническое решение трансформаторно-выпрямительного устройства (ТВУ) с во многом аналогичной (изобретению) структурой силовой части (см. рис. 3а на стр. 7 в журнале «Промышленная энергетика», 2021, №3). Оно содержит два 3-фазных выпрямительных моста, выполненных на диодах (ВДМ), и трехфазный трехобмоточный трансформатор напряжения (ТТН) с первичной 3-фазной обмоткой и двумя вторичными 3-фазными обмотками, одна из которых выполнена по схеме «звезда», а другая по схеме «треугольник», причем каждая вторичная обмотка подключена к трем входам одного из ВДМ, а выходы ВДМ одноименными по полярности выводами соединены параллельно.In principle, a technical solution is known for a transformer-rectifier device (TRD) with a power section structure that is largely similar (to the invention) (see Fig. 3a on page 7 in the journal “Industrial Energy”, 2021, No. 3). It contains two 3-phase rectifier bridges made on diodes (VDM), and a three-phase three-winding voltage transformer (VT) with a primary 3-phase winding and two secondary 3-phase windings, one of which is made in a star circuit and the other according to the “triangle” circuit, with each secondary winding connected to three inputs of one of the VDM, and the outputs of the VDM by terminals of the same polarity are connected in parallel.
Недостатком этого решения является ограниченные его функциональные возможности - оно не обеспечивает регулирования выпрямленного напряжения, например, для его стабилизации при нестабильности сетевого напряжения (от которого ТВУ получает электропитание).The disadvantage of this solution is its limited functionality - it does not provide regulation of the rectified voltage, for example, to stabilize it when the mains voltage is unstable (from which the TVU receives power).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является регулируемое трансформаторно-выпрямительное устройство (представленное на с. 62, рис. 2-24г в книге: Справочник по преобразовательной технике. (Под ред. И.М. Чиженко. - Киев: Техшка, 1978. - 447 с. ). Это решение содержит два 3-фазных выпрямительных моста (ВМ), один из которых выполнен на диодах, а другой на тиристорах, причем их выходы соединены последовательно, два 3-фазных двухобмоточных ТТН, вторичные 3-фазные обмотки у которых выполнены у одного по схеме «звезда», а у другого - по схеме треугольник», причем каждая из них подключена ко входам одного из ВМ, первичные 3-фазные обмотки ТТН выполнены по схеме «звезда» и предназначены для подключения их к сети электропитания, а также блок управления тиристорным ВМ. По структуре силовой части и по выполняемой функции данное решение является наиболее близким к настоящему изобретению, и поэтому оно выбрано за прототип.The closest in technical essence to the proposed invention is an adjustable transformer-rectifier device (presented on p. 62, Fig. 2-24d in the book: Handbook of Converter Technology. (Ed. I.M. Chizhenko. - Kiev: Tekhshka, 1978 - 447 pp.) This solution contains two 3-phase rectifier bridges (RM), one of which is made on diodes and the other on thyristors, and their outputs are connected in series, two 3-phase two-winding transformer transformers, secondary 3-phase windings in which one is made according to the “star” circuit, and the other - according to the triangle circuit”, and each of them is connected to the inputs of one of the VMs, the primary 3-phase windings of the transformer transformers are made according to the “star” circuit and are designed to connect them to the network power supply, as well as a thyristor VM control unit.In terms of the structure of the power part and the function performed, this solution is the closest to the present invention, and therefore it was chosen as a prototype.
Недостатком настоящего технического решения является низкое значение входного коэффициента мощности ТВУ, причем, как за счет искажений формы потребляемого из сети тока, так и за счет снижения cosϕ2(1), где ϕ2(1) - угол сдвига по фазе между основными (фазными) гармониками напряжения сети и потребляемого от нее тока.The disadvantage of this technical solution is the low value of the input power factor of the TVU, both due to distortion of the shape of the current consumed from the network, and due to a decrease in cosϕ 2(1) , where ϕ 2(1) is the phase shift angle between the main (phase) ) harmonics of the network voltage and the current consumed from it.
Технической задачей, решаемой в изобретении, является уменьшение искажений потребляемого из сети тока при выполнении условия cosϕ2(1)=1.The technical problem solved by the invention is to reduce the distortion of the current consumed from the network when the condition cosϕ 2(1) =1 is met.
Технический результат заключается в повышении входного коэффициента мощности ТВУ при одновременном упрощении силовой части и блока управления (БУ).The technical result is to increase the input power factor of the TVU while simultaneously simplifying the power section and control unit (CU).
Это достигается тем, что известное регулируемое трансформаторно-выпрямительное устройство (РТВУ), содержащее m фазный трансформаторный блок напряжения (mФТБН), по крайней мере, с одной первичной m фазной и двумя вторичными m фазными обмотками, а также два m фазных выпрямительных моста (ВМ), один из которых выполнен на диодах, входы этих ВМ подключены ко вторичным m фазным обмоткам, образуя таким образом два канала выпрямления напряжения, а также блок управления (БУ), снабжено m фазным фильтром, включающим в себя m число дросселей и m число конденсаторов, причем каждый из этих дросселей одним своим концом подключен к концу одной из фазных обмоток первичной m фазной обмотки, другие концы этих дросселей образуют входные силовые выводы РТВУ для подключения их к сети, каждый из m конденсаторов подключен между концами одной из m пар первичной m фазной обмотки, первичная m фазная и две вторичные m фазные обмотки выполнены на общем магнитопроводе, второй ВМ также выполнен на диодах, между выходными выводами каждого из ВМ подключен полностью управляемый ключевой элемент (УКЭ) и цепочка из последовательно соединенных разделительного диода и накопительного конденсатора, вторичные m фазные обмотки выполнены одинаковыми по числу витков и по одинаковой топологии, например, по схеме «звезда», БУ выполнен в виде двухканального модулятора ширины импульсов (ДМШИ) с возможностью формирования на своих двух выходных выводах сигналов с тактовой частотой причем сдвинутых между собой по фазе на полпериода тактовой частоты и регулируемых по длительности, а каждый из его выходных выводов предназначен для подключения его к управляющему входу одного из УКЭ.This is achieved by the fact that the known adjustable transformer-rectifier device (RTVU), containing an m phase voltage transformer unit (mFTBN), with at least one primary m phase and two secondary m phase windings, as well as two m phase rectifier bridges (VM ), one of which is made on diodes, the inputs of these VMs are connected to the secondary m phase windings, thus forming two voltage rectification channels, as well as a control unit (CU), equipped with an m phase filter, including m number of chokes and m number of capacitors , and each of these chokes is connected at one end to the end of one of the phase windings of the primary m phase winding, the other ends of these chokes form the input power terminals of the RTVU for connecting them to the network, each of the m capacitors is connected between the ends of one of the m pairs of the primary m phase windings, the primary m phase and two secondary m phase windings are made on a common magnetic core, the second VM is also made on diodes, a fully controlled key element (UKE) and a chain of series-connected separating diode and storage capacitor are connected between the output terminals of each of the VMs, secondary m the phase windings are made with the same number of turns and the same topology, for example, according to the “star” circuit; the control unit is designed as a two-channel pulse width modulator (PWM) with the ability to generate signals with a clock frequency at its two output pins moreover, they are shifted in phase by half a clock period and adjustable in duration, and each of its output pins is designed to connect it to the control input of one of the UKEs.
В одном варианте РТВУ выходы двух каналов, образованные одноименными по полярности обкладками накопительных конденсаторов объединены и образуют два его выходных вывода.In one version of the RTVU, the outputs of two channels formed by the plates of storage capacitors of the same polarity are combined and form its two output terminals.
В другом варианте РТВУ выходы двух каналов, образованные обкладками накопительных конденсаторов, соединены между собой согласно последовательно, а оставшиеся свободными выходные выводы 1-го и 2-го каналов образуют два его выходных вывода, между которыми подключен суммирующий конденсатор.In another version of the RTVU, the outputs of two channels, formed by the plates of storage capacitors, are connected to each other in series, and the remaining free output terminals of the 1st and 2nd channels form its two output terminals, between which a summing capacitor is connected.
БУ выполнен в виде двухканального модулятора ширины импульсов (ДМШИ), содержащего задатчик частоты (ЗЧ) с парафазными выходными сигналами р, с частотой генератор пилообразного напряжения (ГПН) с тактовым входом, компаратор (К) с тактовым и управляющим входами и с выходным сигналом S, а также два двухвходовых логических элемента «2И», выходы которых образуют выходы БУ с сигналами для управления УКЭ РТВУ, причем тактовый вход компаратора подключен к выходу ГПН, управляющий его вход образует управляющий вход БУ, тактовый вход ГПН подключен к одному из выходов ЗЧ, а связи между входами первого и второго двухвходовых логических элементов «2И» с компаратором и 34 определяются следующими логическими выражениями:The control unit is made in the form of a two-channel pulse width modulator (PWM), containing a frequency master (FS) with paraphase output signals p, with frequency a sawtooth voltage generator (RPG) with a clock input, a comparator (K) with clock and control inputs and an output signal S, as well as two two-input logic elements “2I”, the outputs of which form the CU outputs with signals to control the UKE RTVU, and the clock input of the comparator is connected to the output of the GPG, its control input forms the control input of the control unit, the clock input of the GPG is connected to one of the outputs of the AF, and the connections between the inputs of the first and second two-input logic elements “2I” with the comparator and 34 are determined the following logical expressions:
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены: на фиг. 1 - принципиальная электрическая схема 1-го варианта силовой части РТВУ с блоком управления (БУ) и с топологией выходной цепи, обеспечивающей суммирование токов каналов; на фиг. 2 - схема 2-го варианта силовой части РТВУ (с БУ) и с суммированием не токов, а напряжений каналов; на фиг. 3 - упрощенная блок-схема БУ РТВУ; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие логику формирования сигналов управления УКЭ РТВУ; на фиг. 5 - осциллограммы рабочих процессов, отражающие функциональную характеристику устройства РТВУ при тактовой частоте на фиг. 6 - укрупненная осциллограмма тока через УКЭ при на фиг. 7 - осциллограммы, отражающие функциональную характеристику устройства РТВУ при тактовой частоте The essence of the invention is illustrated by drawings, which show: FIG. 1 - schematic diagram of the 1st version of the power section of the RTVU with a control unit (CU) and with an output circuit topology that provides summation of channel currents; in fig. 2 - diagram of the 2nd version of the power section of the RTVU (with control unit) and with the summation of channel voltages rather than currents; in fig. 3 - simplified block diagram of the RTVU control unit; in fig. 4 - timing diagrams explaining the logic of generating control signals for UKE RTVU; in fig. 5 - oscillograms of work processes, reflecting the functional characteristics of the RTVU device at clock frequency in fig. 6 - enlarged oscillogram of the current through the UKE at in fig. 7 - oscillograms reflecting the functional characteristics of the RTVU device at clock frequency
Силовая часть РТВУ по 1-му варианту (на фиг. 1) содержит трехфазный трансформатор напряжения (ТТН) 1 (при m=3) с одной первичной 3-фазной обмоткой 1.1 и двумя одинаковыми (по числу витков и по топологии) вторичными обмотками 1.2 и 1.3, расположенными на магнитопроводе 1.4; первый 2 и второй 3 активные выпрямительные каналы (АВК), каждый из которых выполнен в виде 3-фазного выпрямительного диодного моста (ВДМ) 2.1 и 3.1, входные выводы которых подключены к соответствующим вторичным обмоткам 1.2 и 1.3 ТТН (соответственно). Между выходными выводами ВДМ 2.1 и 3.1 подключены управляемые ключевые элементы (УКЭ) 2.2 и 3.2 соответственно, а также цепочки из последовательно соединенных диода 2.3 (и 3.3) и накопительного конденсатора 4, который в 1-м варианте РТВУ является общим для двух каналов. Обкладки этого конденсатора образуют выходные выводы 5, 6 РТВУ, выполненные с возможностью подключения нагрузки 7. На силовом входе РТВУ последовательно с первичной обмоткой 1.1 ТТН включено m=3 число дросселей переменного тока 8.1, 8.2, 8.3, которые образуют блок дросселей фильтра (БДФ) 8. Свободные концы его трех дросселей (8.1, 8.2, 8.3) образуют силовые входные выводы «А», «В», «С» РТВУ. К концам первичной обмотки 1.1 подключен также блок конденсаторов фильтра (БКФ) 9. Его конденсаторы 9.1, 9.2, 9.3 могут быть соединены как по топологии «треугольник» (как показано на фиг. 1, 2), так и по топологии «звезда».The power part of the RTVU according to the 1st option (in Fig. 1) contains a three-phase voltage transformer (VT) 1 (at m=3) with one primary 3-phase winding 1.1 and two identical (in the number of turns and topology) secondary windings 1.2 and 1.3, located on the magnetic circuit 1.4; the first 2 and second 3 active rectifier channels (ARC), each of which is made in the form of a 3-phase rectifier diode bridge (RDB) 2.1 and 3.1, the input terminals of which are connected to the corresponding secondary windings 1.2 and 1.3 of the TVT (respectively). Between the output terminals of the VDM 2.1 and 3.1, controlled key elements (UKE) 2.2 and 3.2 are connected, respectively, as well as a chain of series-connected diodes 2.3 (and 3.3) and a storage capacitor 4, which in the 1st version of the RTVU is common to two channels. The plates of this capacitor form the output terminals 5, 6 of the RTVU, made with the ability to connect a load 7. At the power input of the RTVU in series with the primary winding 1.1 of the TVT, m=3 number of AC chokes 8.1, 8.2, 8.3 are connected, which form a block of filter chokes (BDF) 8. The free ends of its three chokes (8.1, 8.2, 8.3) form the power input terminals “A”, “B”, “C” of the RTVU. A block of filter capacitors (BKF) 9 is also connected to the ends of the primary winding 1.1. Its capacitors 9.1, 9.2, 9.3 can be connected either in a “triangle” topology (as shown in Fig. 1, 2) or in a “star” topology.
Во втором варианте (по фиг. 2) силовая часть РТВУ отличается тем, что в каждом канале на его выходе установлен индивидуальный накопительный конденсатор - 4.1 и 4.2 соответственно, и эти конденсаторы соединены согласно последовательно, а их свободные обкладки образуют выходные выводы 5, 6 РТВУ. Между ними подключен суммирующий конденсатор 4.3.In the second version (according to Fig. 2), the power part of the RTVU differs in that an individual storage capacitor is installed in each channel at its output - 4.1 and 4.2, respectively, and these capacitors are connected in series, and their free plates form the output pins 5, 6 of the RTVU . A summing capacitor 4.3 is connected between them.
Управление УКЭ 2.2. 3.2 обеспечивается блоком управления (БУ) 10. Информация о выходном напряжении обеспечивается датчиком выпрямленного напряжения (ДН) 11, который своим входом подключен к обкладкам накопительного конденсатора 4 (в варианте по фиг. 1) или конденсатора 4.3 (в варианте по фиг. 2).Management of UKE 2.2. 3.2 is provided by the control unit (CU) 10. Information about the output voltage is provided by the rectified voltage sensor (VR) 11, which with its input is connected to the plates of storage capacitor 4 (in the version of Fig. 1) or capacitor 4.3 (in the version of Fig. 2) .
Информация о токе нагрузки поставляется датчиком тока 12, включенным своим входом последовательно в цепь нагрузки. Электропитание БУ 10 обеспечивает источник питания внутренних нужд 13, получающий электроэнергию от одной из обмоток ТТН.Information about the load current is supplied by current sensor 12, connected with its input in series to the load circuit. The power supply of BU 10 is provided by the internal power supply 13, which receives electricity from one of the windings of the transformer transformer.
Блок управления (БУ) 10 (фиг. 3) содержит двухканальный модулятор ширины импульсов (ДМШИ), выполненный в виде задатчика частоты (34) 10.1 с парафазными выходными сигналами р, с тактовой частотой где - частота сетевого напряжения генератора пилообразного напряжения (ГПН) 10.2 с тактовым входом, компаратор (К) 10.3 с тактовым и управляющим входами и с выходным сигналом S, а также два двухвходовых логических элемента «2И» 10.4 и 10.5, выходы которых с сигналами подключены ко входам драйверов 10.6 и 10.7. Выходы последних образуют выходы БУ для подключения их к управляющим входам УКЭ 2.2, 3.2 РТВУ. При этом тактовый вход компаратора 10.3 подключен к выходу ГПН 10.2, а управляющий его вход образует управляющий вход БУ 10; тактовый вход ГПН подключен к одному из выходов 34 10.1, а связи между входами первого и второго двухвходовых логических элементов «2И» 10.4 и 10.5 с компаратором 10.3 и 34 10.1 определяются следующими логическими выражениями:The control unit (CU) 10 (Fig. 3) contains a two-channel pulse width modulator (PWM), made in the form of a frequency setter (34) 10.1 with paraphase output signals p, with clock frequency Where - the frequency of the mains voltage of the sawtooth voltage generator (RPG) 10.2 with a clock input, the comparator (K) 10.3 with clock and control inputs and with the output signal S, as well as two two-input logic elements “2I” 10.4 and 10.5, the outputs of which are with signals connected to the inputs of drivers 10.6 and 10.7. The outputs of the latter form the outputs of the control unit for connecting them to the control inputs of UKE 2.2, 3.2 RTVU. In this case, the clock input of the comparator 10.3 is connected to the output of the GPG 10.2, and its control input forms the control input of BU 10; the clock input of the gas pump is connected to one of the outputs 34 10.1, and the connections between the inputs of the first and second two-input logic elements “2I” 10.4 and 10.5 with the comparator 10.3 and 34 10.1 are determined by the following logical expressions:
Регулируемое трансформаторно-выпрямительное устройство работает следующим образом.An adjustable transformer-rectifier device operates as follows.
Временные диаграммы, поясняющие принцип управления двухканальным РТВУ (2-РТВУ) при m=3, представлены на фиг. 4, а осциллограммы, иллюстрирующие работу силовой его части, - на фиг. 5 и фиг. 6. Функционирование устройства рассмотрим на примере работы одного его канала для одной фазы «А» (фиг. 4). Алгоритмы переключения УКЭ 2.2 и 3.2 двух каналов, ψ1, ψ2 показаны на фиг. 4 На первом интервале (с угловой длительностью θ) включают УКЭ 2.2 и вторичная обмотка 1.2 ТТН 1 вводится, по сути, в режим короткого замыкания (КЗ). В результате токи в трех фазах двух обмоток 1.1, 1.2, первого канала начинают нарастать с постоянной времени контура (где rэ - его эквивалентное активное сопротивление, Ls - индуктивность рассеяния 3-фазных m(=3) обмоток ТТН 1), по которому замыкается ток КЗ (через указанные обмотки 1.2 и 1.1, диоды ВДМ 2.1 и УКЭ 2.2). В конце заданного интервала проводимости θ УКЭ 2.2 выключают, и токи (индуктивного характера) в двух этих обмотках 1.2 и 1.1 начинают спадать, протекая через уже ранее открытые диоды ВДМ 2.1 и разделительный диод 2.3, заряжая накопительный конденсатор 4. Таким образом, накопительный конденсатор 4 заряжается энергией, накопленной в 3-х индуктивностях (Ls) вторичной 3-фазной обмотки 1.2 и в 3-х индуктивностях (Ls) первичной 3-фазной обмотки 1.1. Принципиальным условием формирования тока в первичной обмотке 1.1 является прерывистый его характер (с учетом того, что пауза между соседними импульсами тока будет находиться (лежать) на форме (кривой) тока холостого хода - XX). После окончания работы 1-го канала начинает работать второй канал. Причем при α=0 его УКЭ 3.2 открывают одновременно с запиранием УКЭ 2.2 1-го канала, а при α>0 - после паузы α. При этом токи в обмотках 1.3 и 1.1, начинают нарастать, (с той же постоянной времени τ), замыкаясь через соответствующие обмотки, три диода ВДМ 3.1 и УКЭ 3.2. В конце очередного интервала 8 УКЭ 3.2 выключают, и индуктивные токи обмоток 1.3, 1.1, протекая через ранее открытые диоды ВДМ 3.1 и разделительный диод 3.3, заряжают общий накопительный конденсатор 4. Далее, снова вступает в работу 1-й канал, и процессы повторяются. Таким образом, каждый канал двухканального трехфазного активного выпрямителя (2-ТАВ) отработал уже по одному такту. От такта к такту напряжение на накопительном конденсаторе 4 возрастает. Процесс его роста прекращается в момент, когда накопленная за один такт энергия в накопительном конденсаторе 4 станет равной рассеиваемой в сопротивлении нагрузки 7 энергии. Из этого следует, что значение выходного напряжения Ud0 определяется следующими параметрами:Timing diagrams explaining the control principle of a two-channel RTVA (2-RTVU) at m=3 are presented in Fig. 4, and oscillograms illustrating the operation of its power part are in Fig. 5 and fig. 6. Let us consider the operation of the device using the example of the operation of one of its channels for one phase “A” (Fig. 4). Algorithms for switching UKE 2.2 and 3.2 of two channels, ψ 1 , ψ 2 are shown in Fig. 4 In the first interval (with angular duration θ), UKE 2.2 is turned on and the secondary winding 1.2 of TTN 1 is, in fact, introduced into short circuit (short circuit) mode. As a result, currents in three phases of two windings 1.1, 1.2, the first channel begin to increase with a time constant circuit (where r e is its equivalent active resistance, L s is the leakage inductance of the 3-phase m(=3) windings of TTN 1), through which the short-circuit current is closed (through the indicated windings 1.2 and 1.1, diodes VDM 2.1 and UKE 2.2). At the end of a given conductivity interval θ, UKE 2.2 is turned off, and the currents (inductive in nature) in these two windings 1.2 and 1.1 begin to decrease, flowing through the previously open diodes VDM 2.1 and the separating diode 2.3, charging storage capacitor 4. Thus, storage capacitor 4 is charged with energy accumulated in 3 inductances (L s ) of the secondary 3-phase winding 1.2 and in 3 inductances (L s ) of the primary 3-phase winding 1.1. The fundamental condition for the formation of current in the primary winding 1.1 is its intermittent nature (taking into account that the pause between adjacent current pulses will be located (lie) on the shape (curve) of the no-load current - XX). After the 1st channel has finished working, the second channel starts working. Moreover, when α=0, its UKE 3.2 is opened simultaneously with the locking of UKE 2.2 of the 1st channel, and when α>0 - after a pause α. In this case, the currents in windings 1.3 and 1.1 begin to increase (with the same time constant τ), closing through the corresponding windings, three diodes VDM 3.1 and UKE 3.2. At the end of the next interval 8, UKE 3.2 is turned off, and the inductive currents of windings 1.3, 1.1, flowing through the previously open diodes VDM 3.1 and the separating diode 3.3, charge the common storage capacitor 4. Next, the 1st channel comes into operation again, and the processes are repeated. Thus, each channel of a two-channel three-phase active rectifier (2-TAB) has already worked for one cycle. From cycle to cycle, the voltage on the storage capacitor 4 increases. The process of its growth stops at the moment when the energy accumulated in one cycle in the storage capacitor 4 becomes equal to the energy dissipated in the load resistance 7. It follows from this that the value of the output voltage U d0 is determined by the following parameters:
1. Значением индуктивности рассеяния - Ls трех 3-фазных обмоток.1. The value of leakage inductance - L s of three 3-phase windings.
2. Значением эквивалентного активного сопротивления контура КЗ-rэ.2. The value of the equivalent active resistance of the short-circuit circuit - r e .
3. Значением сопротивления нагрузки.3. Load resistance value.
4. Значением (тактовой) частоты переключения УКЭ, которая определяет (угловую) длительность интервала - θ накопления энергии в индуктивностях рассеяния (соответствующих) 3-фазных обмоток.4. The value of the (clock) switching frequency of the UKE, which determines the (angular) duration of the interval - θ of energy accumulation in the leakage inductances of the (corresponding) 3-phase windings.
5. Значением скважности работы 5. The duty cycle value
Дальнейшее улучшение качества этого тока обеспечивается установкой на входе РТВУ 3-фазного Г образного LC фильтра, реализованного на фиг. 1, фиг. 2 в виде двух блоков 8 и 9 (индуктивного и емкостного характера соответственно). Что касается конденсаторов фильтра, то при тактовой частоте 10 кГц их (и в 2 раза большей частоте квантования импульсов в первичной обмотке ТТН) значения индуктивности дросселя фильтра и емкости фильтра (как показало моделирование) незначительны (0,05 мГн и 10 мкФ) и, по сути, не нарушает прогнозируемый положительный эффект, особенно относительно гипотетического решения РТВУ с использованием реальных накопительных дросселей. Таким образом, дополнительно к выше приведенным 5 факторам следует добавить еще один - 6-ой:Further improvement in the quality of this current is ensured by installing a 3-phase L-shaped LC filter at the input of the RTVU, implemented in Fig. 1, fig. 2 in the form of two blocks 8 and 9 (inductive and capacitive in nature, respectively). As for the filter capacitors, at a clock frequency of 10 kHz (and 2 times higher pulse quantization frequency in the primary winding of the transformer transformer), the values of the inductance of the filter inductor and the filter capacitance (as modeling has shown) are insignificant (0.05 mH and 10 μF) and, in fact, it does not violate the predicted positive effect, especially regarding the hypothetical solution of the RTVU using real storage chokes. Thus, in addition to the above 5 factors, one more should be added - the 6th:
6. Значениями параметров Сф и Lф входного фильтра.6. Values of parameters C f and L f of the input filter.
От значения всех этих шести параметров зависят также и искажения потребляемого из сети тока. Задача оптимизации всех этих значений параметров по критерию минимума искажений потребляемого тока (причем только в одном заданном, например, номинальном режиме) была решена на основе компьютерного моделирования. Некоторые результаты имитационного компьютерного моделирования (ИКМ) рабочих процессов в двухканальном РТВУ представлены на фиг. 5, где показаны: а) - фазное напряжение сети и потребляемый из нее ток; б) - выпрямленное напряжение; в) - ток в первичной обмотке и ток, потребляемый из сети; г) - ток через УКЭ. Результаты получены при следующих значениях параметров: напряжение сети с частотой значения индуктивностей первичной и вторичной обмоток (соответственно) коэффициент магнитной связи между обмотками ТТН частота переключения УКЭ (тактовая частота) емкость накопительного конденсатора 4 на выходе (фиг. 1) емкость конденсатора входного Г образного LC фильтра индуктивность входного фильтра Значения полной мощности на входе и на выходе РМИТВУ The distortion of the current consumed from the network also depends on the value of all these six parameters. The problem of optimizing all these parameter values according to the criterion of minimum distortion of the consumed current (and only in one given, for example, nominal mode) was solved on the basis of computer simulation. Some results of computer simulation (PCM) of work processes in a two-channel RTWU are presented in Fig. 5, which shows: a) - phase voltage of the network and the current consumed from it; b) - rectified voltage; c) - current in the primary winding and current consumed from the network; d) - current through UKE. The results were obtained at the following parameter values: mains voltage with frequency inductance values of the primary and secondary windings (respectively) magnetic coupling coefficient between the windings of the transformer transformer UKE switching frequency (clock frequency) capacity of storage capacitor 4 at the output (Fig. 1) capacitance of the input L-shaped LC filter input filter inductance Values of total power at the input and output of RMITVU
Снижение тактовой частоты в 5 раз приводит к увеличению значений параметров фильтра. Результаты имитационного компьютерного моделирования рабочих процессов в РТВУ представлены на фиг. 7 (полученных при следующих значениях параметров моделирования): при скважности S=3 (θ=120°; α=240°); ).Reducing the clock frequency by 5 times leads to an increase in the values of the filter parameters. The results of computer simulation of work processes in the RTWU are presented in Fig. 7 (obtained with the following values of simulation parameters): with duty cycle S=3 (θ=120°; α=240°); ).
Особенностью изобретения является отказ от явно выраженных накопительных дросселей переменного тока, традиционно устанавливаемых в силовой части активных выпрямителей такого типа. Это существенно упрощает технологию изготовления РТВУ. Их функция здесь возложена на индуктивности рассеяния фазных обмоток которые реально (с тем или иным значением) всегда в каждой обмотке присутствуют. Этими индуктивностями (Ls) в значительной мере определяются характеристики РТВУ, включая, прежде всего, значение его тактовой частоты - она должна быть существенно больше, чем в известных решениях с дросселями. Кроме того, по сравнению с прототипом в данном изобретении используется 2 УКЭ вместо 6, что также упрощает технологию изготовления РТВУ.A feature of the invention is the abandonment of explicit ac storage chokes, traditionally installed in the power section of active rectifiers of this type. This significantly simplifies the RTVU manufacturing technology. Their function here is assigned to leakage inductance phase windings which in reality (with one value or another) are always present in each winding. These inductances (L s ) largely determine the characteristics of the RTVU, including, first of all, the value of its clock frequency - it should be significantly higher than in known solutions with chokes. In addition, compared to the prototype, this invention uses 2 UKEs instead of 6, which also simplifies the manufacturing technology of the RTVU.
Упрощение БУ 10 по отношению к прототипу состоит в том, что в нем используется только один ДКМШИ (вместо 6). Следует отметить, однако, что это упрощение достигается уменьшением диапазона регулирования выходного напряжения РТВУ. В результате проведенного эксперимента кратность повышения выходного напряжения относительно амплитуды фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора здесь равна примерно 3, что все равно превосходит кратность регулирования 2 в прототипе. При необходимости увеличения этой кратности может потребоваться уже другой, несколько более сложный БУ.The simplification of BU 10 in relation to the prototype is that it uses only one DKMSHI (instead of 6). It should be noted, however, that this simplification is achieved by reducing the control range of the RTVU output voltage. As a result of the experiment, the increase in output voltage is relative to phase voltage amplitude The secondary winding of the transformer here is approximately 3, which still exceeds the regulation factor of 2 in the prototype. If it is necessary to increase this multiplicity, another, somewhat more complex rig may be required.
Преимущество изобретения РТВУ перед решением в прототипе заключается также в значительно уменьшенных искажениях потребляемого из сети тока за счет: 1) новой структурно-алгоритмической организации его силовой цепи (введения УКЭ 2.2 и 3.2 разделительных диодов 2.3, 3.3 и входного индуктивно-емкостного фильтра 8, 9); 2) принципиально иного алгоритма управления УКЭ и реализующего его БУ 10.The advantage of the invention of the RTVU over the solution in the prototype also lies in the significantly reduced distortion of the current consumed from the network due to: 1) a new structural and algorithmic organization of its power circuit (the introduction of UKE 2.2 and 3.2 isolation diodes 2.3, 3.3 and an input inductive-capacitive filter 8, 9 ); 2) a fundamentally different control algorithm for the UKE and BU 10 that implements it.
Для снижения максимального значения импульсов токов в первичной и вторичной обмотках можно использовать две возможности: а) - увеличивать значение накопительных индуктивностей при заданной тактовой частоте (за счет уменьшения коэффициента магнитной связи между обмотками ТТН); б) - увеличивать значение тактовой частоты при заданном значении накопительной индуктивностей (то есть, при ).To reduce the maximum value of current pulses in the primary and secondary windings, two possibilities can be used: a) - increase the value of storage inductances at a given clock frequency (by reducing the magnetic coupling coefficient between the windings of the transformer transformer); b) - increase the value of the clock frequency at a given value of storage inductances (that is, at ).
Основная функционально-параметрическая особенность изобретения в том, что необходимое значение достигается в тех режимах, при которых ток во вторичных обмотках является разрывным (т.е. с паузами между импульсами тока). Как только он начинает быть непрерывным, он (а также ток в первичной обмотке) сразу же начинает сдвигаться по фазе (в сторону отставания), что ухудшает значение входного коэффициента мощности РТВУ. По этой причине искажения тока в первичной обмотке оказываются значительными. Для уменьшения значения этого показателя в изобретении установлен входной фильтр, а для улучшения его массогабаритных показателей тактовая частота повышена до нескольких кГц. При этом ток, потребляемый из сети, становится непрерывным с меньшими искажениями и с The main functional and parametric feature of the invention is that the required value is achieved in those modes in which the current in the secondary windings is discontinuous (i.e., with pauses between current pulses). As soon as it begins to be continuous, it (as well as the current in the primary winding) immediately begins to shift in phase (towards the lag), which worsens the value of the input power factor of the RTVU. For this reason, current distortion in the primary winding is significant. To reduce the value of this indicator, an input filter is installed in the invention, and to improve its weight and size indicators, the clock frequency is increased to several kHz. In this case, the current consumed from the network becomes continuous with less distortion and with
Отличительной особенностью изобретения является повышенное значение максимального значения импульсного тока, протекающего через управляемый ключевой элемент (УКЭ), см. фиг. 7. Однако, эти импульсы имеют достаточно большую скважность (порядка 5÷6)A distinctive feature of the invention is the increased value of the maximum value of the pulse current flowing through the controlled key element (UKE), see Fig. 7. However, these pulses have a fairly large duty cycle (about 5÷6)
В результате действующее значение этого тока (которым определяются потере в УКЭ) в 4 раза меньше максимального значения этого (импульсного) тока.As a result, the effective value of this current (which determines the losses in the UKE) is 4 times less than the maximum value of this (pulse) current.
Использование изобретения позволяет повысить входной коэффициент мощности ТВУ при одновременном упрощении силовой части и блока управления.The use of the invention makes it possible to increase the input power factor of the TVU while simultaneously simplifying the power section and control unit.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2802419C1 true RU2802419C1 (en) | 2023-08-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1150715A1 (en) * | 1983-02-25 | 1985-04-15 | Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Силовой,Полупроводниковой Техники Завода "Электровыпрямитель" | A.c. voltage-to-d.c. voltage converter |
| US6307763B1 (en) * | 1999-12-20 | 2001-10-23 | Powerware Corporation | Twelve-pulse rectifiers including separate six-pulse controllers and methods of controlling same |
| US9692311B2 (en) * | 2013-08-29 | 2017-06-27 | Korea Electric Power Corporation | High-voltage direct current converter including a 12-pulse diode recitifier connected in series with a voltage-source converter |
| RU2703984C2 (en) * | 2019-01-16 | 2019-10-23 | Евгений Николаевич Коптяев | Double-channel straightening method |
| RU208998U1 (en) * | 2021-09-22 | 2022-01-26 | Евгений Николаевич Коптяев | SEMICONDUCTOR RECTIFIER |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1150715A1 (en) * | 1983-02-25 | 1985-04-15 | Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Силовой,Полупроводниковой Техники Завода "Электровыпрямитель" | A.c. voltage-to-d.c. voltage converter |
| US6307763B1 (en) * | 1999-12-20 | 2001-10-23 | Powerware Corporation | Twelve-pulse rectifiers including separate six-pulse controllers and methods of controlling same |
| US9692311B2 (en) * | 2013-08-29 | 2017-06-27 | Korea Electric Power Corporation | High-voltage direct current converter including a 12-pulse diode recitifier connected in series with a voltage-source converter |
| RU2703984C2 (en) * | 2019-01-16 | 2019-10-23 | Евгений Николаевич Коптяев | Double-channel straightening method |
| RU208998U1 (en) * | 2021-09-22 | 2022-01-26 | Евгений Николаевич Коптяев | SEMICONDUCTOR RECTIFIER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chub et al. | A review of galvanically isolated impedance-source DC–DC converters | |
| US8824179B2 (en) | Soft-switching high voltage power converter | |
| Torrico-Bascop et al. | A double ZVS-PWM active-clamping forward converter: analysis, design, and experimentation | |
| US6069800A (en) | Line harmonic correcting flyback power converter | |
| Watson et al. | Analysis, design, and experimental results of a 1-kW ZVS-FB-PWM converter employing magamp secondary-side control | |
| Alou et al. | Comparison of current doubler rectifier and center tapped rectifier for low voltage applications | |
| JPH07250471A (en) | Three-phase sine-wave input switching power circuit | |
| KR20170064100A (en) | High Power Factor And High Efficiency Interleaved Dual-Buck Converter And Method Therefor | |
| CN115868105A (en) | Soft switching pulse width modulation DC-DC power converter | |
| US5870291A (en) | Asymmetrical half-bridge converter having adjustable parasitic resistances to offset output voltage DC bias | |
| Malesani et al. | Single-switch three-phase ac/dc converter with high power factor and wide regulation capability | |
| Okutani et al. | Analysis and comparison of series resonant converter with embedded filters for high power density DCX of solid-state transformer | |
| RU2802419C1 (en) | Adjustable transformer-rectifier device | |
| CA1236520A (en) | Direct current voltage converter apparatus | |
| JP5776496B2 (en) | Power converter | |
| JP3740926B2 (en) | Power supply | |
| RU2798943C1 (en) | Adjustable transformer-rectifier device | |
| Garcia-Rodriguez et al. | A new SST topology comprising boost three-level AC/DC converters for applications in electric power distribution systems | |
| RU2614045C1 (en) | Transistor inverter | |
| JPH01177870A (en) | Dc/dc converter | |
| JPH0678535A (en) | Dc power supply equipment | |
| RU2619079C1 (en) | Thyristor frequency converter | |
| US20240072632A1 (en) | Soft switching power converter | |
| Bhat et al. | Analysis and design of hybrid parallel-series resonant converter | |
| US3916290A (en) | Parallel inverters |