SU1150717A1

SU1150717A1 - Versions of a.c. voltage-to-controlled d.c. voltage converter

Info

Publication number: SU1150717A1
Application number: SU823435276A
Authority: SU
Inventors: Борис Антонович Багинский
Priority date: 1982-05-14
Filing date: 1982-05-14
Publication date: 1985-04-15

Abstract

1. Преобразователь переменного напр жени в регулируемое посто нно содержащий входные и выходные вывод дл подключени соответственно т-фа ной сети переменного тока и нагрузки, ш цепочек, кажда из которых состоит . из последовательно соединенных первого и второго неуправл емых вентилей и обмотки линейного дроссел , а также конденсатор, включенный параллельно выходным выводам,причем в каждой из указанных цепочек обща точка соединени первого и второго вентилей подключена к одному из входных выводов, свободный вывод первого вентил соединен с одним из выходных выводов, а свободный вьгоод обмотки линейного дроссел соединен с другим выхоДньш вьшодом, отличающийс - тем, что, с целью улучшени энергетических показателей при регулировании выходного напр жени , в него дополнительно введены управл емые вентили, каждый из которых анодом подключен к общей точке соединени вентилей одной цепочки , а катодом - к общей точке соединени второго вентил и обмотки линейного дроссел каждой из других цепочек.1. AC-to-adjustable voltage converter with constant input and output terminals for connecting AC mains and load, respectively, to wiring chains, each of which consists of. of the first and second uncontrolled valves and the line throttle winding in series, as well as a capacitor connected in parallel to the output terminals, and in each of these chains the common connection point of the first and second valves is connected to one of the input terminals, the free output of the first valve is connected to one from the output pins, and the free end of the winding of the linear throttle is connected to another output, characterized in that, in order to improve the energy performance when regulating you a voltage, it is further introduced controllable valves, each of which anode is connected to the common junction gates of one chain and the cathode - to the common junction and the second gate line choke winding each of the other chains.

Description

2.Преобразователь по п. 1, отличающийс тем, что указанные дополнительно введенные вентили полностью управл емые.2. A converter according to claim 1, characterized in that said additionally introduced valves are fully controllable.

3.Преобразователь переменного напр жени в регулируемое посто нное, содержащий входные и выходные выводы дл подключени соответственно сети переменного тока и нагрузки, две цепочки, кажда из которых состоит3. Variable voltage AC to DC converter containing input and output terminals for connecting, respectively, an AC network and a load, two chains, each of which consists

из последовательно соединенных первого и второго неуправл емых венти-лей и обмотки линейного дроссел , а также конденсатор, включенный параллельНо выходным вьгоодам, причем в каждой из указанных цепочек обща точка соединени первого и второго вентилей подключена к одному из входных вьшодов, свободный вьшод первого вентил соединен с одним из выходных .выводов, а свободный вьшод обмотки линейного дроссел соединен с другим выходнь М выводом, отличающи с тем, что, с целью улучшени энергетических показателей при регулировании выходного напр жени , в него дополнительно введены два управл емых вентил , каждый из которых анодом подключен к общей точке соединени второго вентил и обмотки линейного дроссел одной цепочки, а катодом - к общей точке соединени второго вентил и обмотки линейного дроссел другой цепочки.From the first and second uncontrolled valves and windings of a linear throttle in series, as well as a capacitor connected in parallel to the output outlets, in each of these chains the common connection point of the first and second valves is connected to one of the input outlets, the free end of the first valve is connected one of the output outputs, and the free output of the winding of the linear throttle is connected to another output M output, characterized in that, in order to improve the energy performance when regulating the output th voltage, it is further introduced two actuated valve, each of which anode is connected to a common point connecting the second gate and one choke coil linear chain, and the cathode - to the common point connecting the second gate and another choke coil of the linear chain.

11eleven

4.Преобразователь по п. 3, о тличающийс тем, что указанные дополнительно введенные вентили полностью управл емые,4. The converter according to claim 3, characterized in that said additionally introduced valves are fully controlled,

5.Преобразователь переменного напр жени в регулируемое посто нное , содержащий входные и выходные вьшоды дл подключени соответственно т фазной сети переменного тока и нагрузки, m цепочек, кажда из которых состоит из последовательно соединенных первого и второго неуправл емых вентилей и обмотки линейного дроссел , а также конденсатор, включенный параллельно выходным вьшодам, причем в каждой из указанных цепочек обща точка соединени первого и второго вентилей подключена к одному5. Adjustable constant-voltage AC voltage converter containing input and output outputs for connecting respectively an AC phase network and a load, m chains, each of which consists of series-connected first and second uncontrolled gates and a winding of the line throttle, as well as a capacitor connected in parallel to the output ports, and in each of these chains, the common connection point of the first and second valves is connected to one

из входных выводов, свободный вывод первого вентил соединен с одним из выходных вьгоодов, а свободный вывод обмотки линейного дроссел соединен с другим выходньм выводом, отличающийс тем, что, с целью улучшени энергетических показателей при регулировании выходного напр жени , дополнительно введены управл емые вентили, каждый из которых включен параллельно одному из линейных дросселей.from the input pins, the free output of the first valve is connected to one of the output terminals, and the free output of the linear throttle winding is connected to another output terminal, characterized in that, in order to improve the energy performance in regulating the output voltage, control valves are added of which is connected in parallel to one of the linear chokes.

6.Преобразователь по п. 5,. о тличающийс тем, что указанные дополнительно введенные вентили полностью управл емые.6. The converter according to claim. 5 ,. This is indicated by the fact that the additionally introduced valves are fully controllable.

Изобретение относитс к электротехнике , предназначено дл преобразовани переменного напр жени в регулируемое либо стабилизированное посто нное и может быть использовано дл питани посто нным током электротехнической и радиоэлектронуой аппаратуры.The invention relates to electrical engineering, is intended to convert an alternating voltage into a controlled or stabilized constant voltage, and can be used to supply electrical equipment and electronic equipment to direct current.

Цель изобретени - улучшение энергетических показателей при регулировании выходного напр жени .The purpose of the invention is to improve the energy performance when regulating the output voltage.

На фиг. 1 - 3 изображены схемы однофазных преобразователей; на фиг. 4 и 5 - диаграммы изменени напр жени Uj, и тока 1, питающей сети; на фиг;. 6 - схема трехфазногоFIG. 1-3, single-phase converter circuits are shown; in fig. 4 and 5 are diagrams of voltage variation Uj, and current 1, of the supply network; in fig ;. 6 - three-phase diagram

преобразовател переменного напр жени в регулируемое посто нное.variable voltage to constant voltage converter.

Однофазный преобразователь (фиг.1) содержит две параллельно соединенныеA single-phase converter (figure 1) contains two parallel-connected

цепи, в каждой из которых последовательно соединены два вентил 1 и 2 (3 и 4) и дроссель 5 (6). Общие точки соединени вентилей 1, 2 и 3, 4 присоединены к питающей сети переменного тока, причем точка соединени вентилей 1 и 2 через управл емый вентиль 7 подключена к точке соединени вентил 3 и дроссел 6, а точка соединени вентилей 3, 4 черезchains, in each of which two valves 1 and 2 (3 and 4) and throttle 5 (6) are connected in series. The common connection points of the valves 1, 2 and 3, 4 are connected to the AC mains, the connection point of the valves 1 and 2 through the controlled valve 7 is connected to the connection point of the valve 3 and throttle 6, and the connection point of the valves 3, 4 through

управл емый вентиль 8 - к точке соединени вентил 1 и дроссел 5. Сво31controlled valve 8 - to the point of connection of valve 1 and throttle 5. Svo31

водные выводы дросселей 5 и 6, а также вентилей 2 и 4 объединены и к ним подключены параллельно соединенные конденсатор фильтра 9 и нагрузка 10.water leads chokes 5 and 6, as well as valves 2 and 4 are combined and connected to them are connected in parallel the filter capacitor 9 and the load 10.

Однофазный преобразователь по фиг. 2 отличаетс от преобразовател по фиг. 1 тем, что управл емые вентили 7 и 8 включены встречно-параллельно между общей точкой соединени вентил 1 и дроссел 5 и общей точкой соединени вентил 3 и дроссел 6. Однофазный преобразователь по фиг.З отличаетс от преобразовател по фиг. 1 тем, что управл емый вентиль 7 включен параллельно дросселю 5, а вентиль 8 - параллельно дросселю 6. Устройство по фиг. 6 отличаетс от устройства по фиг. 1 использованием трехфазного источника питающего напр жени и введением дополнительно вентилей 11 и 12, дроссел 13 и управл емых вентилей 14 - 17, включенных соответствующим образом.The single phase converter of FIG. 2 differs from the converter of FIG. 1 in that the control valves 7 and 8 are inversely connected between the common connection point of valve 1 and throttle 5 and the common connection point of valve 3 and throttle 6. The single-phase converter in FIG. 3 is different from the converter in FIG. 1 in that the controlled valve 7 is connected parallel to the choke 5, and the valve 8 is parallel to the choke 6. The device of FIG. 6 is different from the device of FIG. 1 using a three-phase power supply source and the introduction of additional valves 11 and 12, throttles 13, and controlled valves 14-17, which are connected accordingly.

При рассмотрении принципа деистВИЯ схем будем полагать, что магнитный поток в сердечниках дросселей вл етс непрерывным и его пульсаци пренебрежимо мала.Considering the principle of deispivities of the circuits, we assume that the magnetic flux in the cores of the chokes is continuous and its ripple is negligible.

Преобразователь по фиг. 1 работает следую1цим образом.The converter of FIG. 1 works as follows.

При положительной полуволне входHOTi . напр жени (пол рность обозначена без скобок) до момента времени ti (фиг.4) открыты вентили 1, 3 и 4.With a positive half-wave input HOTi. voltage (polarity is denoted without brackets) until valves ti (figure 4) valves 1, 3 and 4 are open.

Ток дроссел 5 замыкаетс через нагрузку , вентили 1 и 4 и питающую сеть. В момент времени t под дейстгвием запускающего сигнала включаетс вентиль 7, что приводит к запиранию вентил 3 и переводу тока дроссел 6 также в цепь источника питани . В момент времени t входное напр жение мен ет знак (пол рность обозначена в скобках), вентили 7 и 4 за .пираютс , ток провод т вентили 1, 2 и 3. При этом ток дроссел 6 протекает через питающую сеть, а ток дроссел 5 замыкаетс через вентили 1 и 2, мину сеть. В момент времени tj включаетс вентиль 8, вентиль 1 запираетс и ток дроссел 5 также замыкаетс через источник питани . Регулировка угла включени вентилей 7 и 8 в пределах 0-7 обеспечивает изменение выходного напр жени в два раза от Ejf до 2 , где Efn - амплитуда входного синусоидаль17 4The throttle current 5 is closed through the load, valves 1 and 4, and the supply network. At time t, valve 7 is turned on under the action of the triggering signal, which causes the valve 3 to be closed and the current of the throttle 6 to also be transferred to the power supply circuit. At time t, the input voltage changes sign (the polarity is indicated in parentheses), valves 7 and 4 clocked, current goes through valves 1, 2 and 3. At the same time, the current of throttle 6 flows through the supply network, and the current of throttle 5 closes through valves 1 and 2, mine network. At time tj, the valve 8 is turned on, the valve 1 is closed and the current of the throttle 5 is also closed through the power source. Adjusting the switching angle of the valves 7 and 8 within 0-7 provides a change in the output voltage twice from Ejf to 2, where Efn is the amplitude of the input sinusoidal17 4

ного напр жени . При этом потребл емый из сети ток имеет форму, показанную на фиг. 4 сплошной линией (1 ) и коэффициент мощности в крайних точках диапазона регулировани равен 0,9, а в процессе регулировани измен етс в пределах 0,94-0,78.new voltage. In this case, the current consumed from the network has the form shown in FIG. 4 by a solid line (1) and the power factor at the extreme points of the control range is 0.9, and during the control process it varies between 0.94-0.78.

Трехфазный преобразователь работае следующим образом.Three-phase converter as follows.

Если управл емые вентили 7, 14, 8, 15, 16 и 17 не включать, то выходное напр жение составит величину 3 (1, где Едп,- амплитуда линейного напр жени питающей сети. Ток каждой фазы составл ет 2/3 тока нагрузки в течение одной трети периода и 1/3 тока нагрузки в оставшуюс часть периода. Перва гармоника тока совпадает с питающим напр жением. При включении управл емых вентилейIf the controlled valves 7, 14, 8, 15, 16 and 17 do not turn on, then the output voltage will be 3 (1, where Unp is the amplitude of the line voltage of the power supply network. The current of each phase is 2/3 of the load current in one third of the period and 1/3 of the load current for the remainder of the period. The first harmonic of the current coincides with the supply voltage. When the controlled valves are turned on

7,14, 7, 15, 16и17в момент по влени на них положительного напр жени режим работы схемы аналогичен трехфазному мостовому неуправл емому выпр мителю с индуктивной реакцией нагрузки . Выходное напр жение равно7.14, 7, 15, 16, and 17 at the time of the appearance of a positive voltage on them, the mode of operation of the circuit is similar to a three-phase unguided rectifier with inductive load response. Output voltage is

3 , ток каждой фазы представл ет собой разнопол рные пр моугольные импульсы с амплитудой, равной току нагрузки и длительностью равной 1/3 периода. Перва гармоника тока также совпадает с питшощш напр жением. Фазное регулирование моментами включени управл емых вентилей 7, 14,3, the current of each phase is heteropolar rectangular pulses with an amplitude equal to the load current and a duration of 1/3 period. The first harmonic of the current also coincides with the pitching voltage. Phase regulation by switching on the controlled valves 7, 14,

8,15, 1б и 17 позвол ет измен ть выходное напр жение в 2 раза,причем коэффициент мощности S крайних точках ра-:: вен соответственно 0,827 и 0,955 (З/и).8.15, 1b and 17 allows the output voltage to be changed by a factor of 2, with the power factor S at the extreme points of the ra- :: ven, respectively, 0.827 and 0.955 (W / l).

Работа однофазного преобразовател напр жени по фиг. 2 аналогична работе преобразовател по фиг.1. Отличием вл етс то, что при включении управл емого- вентил 7 ток дроссел 6 замыкаетс через сеть и вентили 4, 1 и 7. Соответственно, при отрицательной полуволне входного напр жени (пол рность на фиг.2 показана в скобках ) ток дроссел 5 после включени вентил 8 протекает через сеть и вентили 2, 3 и 8. Потребл емые от сети токи, регулировочные и энергетические характеристики преобразователей по фиг. 2 и фиг. 1 идентичны. В схеме по фиг. 2 вентили 7 и 8 могут быть заменены одним двухнаправленнь1м вентилем , например, симистором. Если в схемах преобразователе по фиг. 1 и фиг. 2 выбрать вентили 7 и 8 115 полностью управл емыми, то можно обес ;печить двукратное регулирование выходного напр жени с еще более высоким коэффициентом мощности. Действительно , если вентили 7 и 8 включить при yглeЫtJ, ,а выключить при угле Ц -wt. , то форма потребл емого тока будет иметь вид, показанный на фиг.4 пунктиром. Перва гармоника тока совпадает с питающим напр жением ив пределах всего диапазона регулировани коэффициент мощности превьшает величину 0,9, достига максимального значени 0,98. В преобразователе, представленном на фиг. 3, с помощью управл емых вентилей 7 и 8 производитс закорачивание дросселей 5 и 6 на интервалах отдачи накопленной в них энергии. Так, при положительной полуволне входного напр жени (пол рность показана ка фиг. 3 без скобок), когда его величина превышает напр жение нагрузки в дросселе 5, происходит накопление энергии, его ток замыкаетс через нагрузку, вентили 1 и 4, мину сеть. Напр жение на обмотке дроссел имеет.пол рность, показанную на фиг. 3, и равно нагрузочному. С включением вентил 8 вентиль 3 запираетс , ток дроссел 6 замыкаетс через вентиль 8, а напр жение на дросселе скачком злменьшаетс до падени напр жени на открытом вентипе 8. При этом дроссель практически не отдает энергию и его ток остаетс нейзменньш. Когда входное напр жение сменйт знак (пол рность обозначена на фиг. 3 в скобках) и его величина превысит напр жение нагрузки, вентил 8 запираетс , ток дроссел б замыкаетс через вентили 2 и 3, питающую The operation of the single phase voltage converter of FIG. 2 is similar to the operation of the converter in FIG. The difference is that when the controlled valve 7 is turned on, the current of the throttle 6 closes through the network and the valves 4, 1 and 7. Accordingly, with a negative input voltage half-wave (the polarity in FIG. 2 is shown in parentheses) the current of throttles 5 after switching on the valve 8 flows through the network and the valves 2, 3 and 8. The currents consumed from the network, the regulation and energy characteristics of the converters of FIG. 2 and FIG. 1 are identical. In the circuit of FIG. 2 valves 7 and 8 can be replaced with one bidirectional valve, for example, a triac. If in the converter circuits of FIG. 1 and FIG. 2, select valves 7 and 8 115 fully controlled, then it is possible to provide double adjustment of the output voltage with an even higher power factor. Indeed, if the valves 7 and 8 are turned on when the points are J, and turned off at the angle Ц -wt. , the form of the consumed current will have the form shown in figure 4 by the dotted line. The first current harmonic coincides with the supply voltage and within the entire control range, the power factor exceeds 0.9, reaching a maximum value of 0.98. In the converter shown in FIG. 3, controlled valves 7 and 8 are used to short the throttles 5 and 6 at the recoil intervals of the energy stored in them. Thus, with a positive input voltage half-wave (the polarity is shown in Fig. 3 without brackets), when its value exceeds the load voltage in the inductor 5, energy is accumulated, its current is closed through the load, valves 1 and 4, mine network. The voltage across the winding has a polarity. The polarity shown in FIG. 3, and is equal to the load. When the valve 8 is turned on, the valve 3 is closed, the current of the throttle 6 closes through the valve 8, and the voltage across the choke decreases abruptly until the voltage drops on the open valve 8. At the same time, the choke practically does not give energy and its current remains unchanged. When the input voltage is replaced by a sign (the polarity is indicated in Fig. 3 in brackets) and its value exceeds the load voltage, the valve 8 is closed, the throttle current b is closed through the valves 2 and 3, supplying

Т- wT- w

Фцг.2 76 сеть и нагрузку. При данной полуволне входного напр жени дроссель 5 отдает энергию и, аналогично рассмотренному , его ток может быть переведен в цепь вентил 7. Регулиру врем закороченного состо ни дросселей, т.е. обеспечива фазовое управление моментами включени вентилей 7 и 8, можно измен ть выходное напр жение преобразовател в пределах от до Е„. Потребл емый из сети ток 1 имеет форму пр моугольных импульсов с измен ющейс амплитудой и сдвинутым относительно перехода синусоидального напр жени через нуль передним фронтом (фиг.5). Регулирование выходного напр жени в два раза от до 2 „, производитс с высоким коэффициентом мощности, близким 0,9. Если вентили 7 и 8 выбрать полностью управл емыми и выключать их в момент перехода входного напр жени через нуль, то передний фронт потребл емого тока совпадает с нулем питающего напр жени , причем при регулировании измен етс лишь амплитуда тока. Коэффициент мощности во всем диапазоне регулировани равен коэффициенту мощнос™ неуправл емого преобразовател , Высоким коэффициентом мощности обладают также трехфазные управл емые преобразователи, у которых общие точки вентилей и дросселей через управл емые вентили св заны между собой, аналогично устройству по фиг. 2, либо управл емые вентили включены параллельно дроссел м, аналогично устройству по фиг.З. В каждой из рассмотренных схем посто нна составл юща тока, потребл емого от питающей сети, равна нулю.Фцг.2 76 network and load. With this input voltage half-wave, choke 5 sends energy and, similarly to the considered one, its current can be transferred to the circuit of valve 7. By adjusting the time of the shorted state of the chokes, i.e. By providing phase control of the switching times of the valves 7 and 8, the output voltage of the converter can be varied from to E ". The current consumed from the network 1 has the form of rectangular pulses with varying amplitude and a leading front shifted with respect to the transition of a sinusoidal voltage through zero (Fig. 5). Regulation of the output voltage twice from 2 to 2 is made with a high power factor, close to 0.9. If valves 7 and 8 are selected to be fully controllable and turn them off at the moment the input voltage passes through zero, the leading edge of the current consumed coincides with the zero supply voltage, and only the current amplitude changes during regulation. The power factor in the entire control range is equal to the power factor of the unmanaged converter. Three-phase controlled converters, in which the common points of the valves and throttles are connected to each other through the controlled valves, are similar to the power factor, similarly to the device of FIG. 2, or controlled valves are connected in parallel to the throttles m, similar to the device in FIG. In each of the considered schemes, the constant component of the current consumed from the mains is zero.

y.iy.i

L«NL "n

U.I.U.I.

/ I Vn/ I Vn

иг.Зig.Z

icic

t2tjt2tj

тt

rr

UJ.Uj

/c/ c

t/Ht / H

UH IUh i

иг.5ig.5

ЯI

f Uf U

.6.6

Claims

AC VOLTAGE CONVERTER TO REGULATED CONSTANT CONSTANT (ITS OPTIONS).

(57) 1. An AC-to-DC constant-voltage converter containing input and output terminals for connecting w-phases respectively

Г '...... -....... - ........ of an alternating current network and load, m chains, each of which consists of series-connected first and second uncontrolled valves and a winding of linear throttle, as well as a capacitor connected in parallel with the output terminals, moreover, in each of these circuits, the common connection point of the first and second valves is connected to one of the input terminals, the free terminal of the first valve is connected to one of the output terminals, and the free terminal of the winding of the linear inductor is connected to other output which, in order to improve energy performance when regulating the output voltage, additionally controlled gates are introduced into it, each of which is connected by an anode to a common point of connection of the valves of one chain, and by a cathode to a common point of connection of the second valve and the winding of the linear inductor of each from other chains.

—FV'rxZL__

SU,., 1J50717

Figure 1

2. The converter according to π. 1, characterized in that the said additionally introduced valves are fully controllable.

3. An AC to adjustable DC converter, containing input and output terminals for connecting an AC network and a load, respectively, two circuits, each of which consists of a series of connected first and second uncontrolled valves and a winding of a linear inductor, as well as a capacitor connected in parallel with the output conclusions, moreover, in each of these chains the common point of connection of the first and second valves is connected to one of the input terminals, the free output of the first valve is connected It is connected with one of the output outputs, and the free output of the winding of the linear inductor is connected to the other output output, which differs in that, in order to improve energy performance when regulating the output voltage, two additional controlled valves are introduced into it, each of which is an anode 'm is connected to the common connection point of the second valve and the winding of the linear inductor of one chain, and the cathode is connected to the common connection point of the second valve and the winding of the linear inductor of another chain.

4. The converter according to claim 3, characterized in that the said additionally introduced valves are fully controllable.

5. An AC to adjustable DC converter containing input and output terminals for connecting a w-phase AC network and a load, respectively, w chains, each of which consists of a series of connected first and second uncontrolled valves and a winding of a linear inductor, as well as a capacitor, connected in parallel to the output terminals, and in each of these chains the common connection point of the first and second valves is connected to one of the input terminals, the free output of the first valve connected to one of the output terminals, and the free output of the winding of the linear inductor is connected to another output output, characterized in that, in order to improve energy performance when regulating the output voltage, additionally controlled valves are introduced, each of which is connected in parallel to one of the linear inductors.

6. The Converter according to claim 5 ,. o characterized by the fact that these additionally introduced valves are fully controllable.