SU1725351A1

SU1725351A1 - Ac-to-dc voltage converter

Info

Publication number: SU1725351A1
Application number: SU894772584A
Authority: SU
Inventors: Николай Алексеевич Сингаевский; Николай Алексеевич Суртаев; Анатолий Михайлович Сухинин
Original assignee: Краснодарское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1992-04-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитани . Цель изобретени - повышение коэффициента мощности при переменной нагрузки. Устройство содержит трехфазный тиристор- ный мостовой выпр митель 1, входом подключённый через первичные обмотки 4-6 трансформаторов тока к фазам питающей сети, а выходом - к нагрузке 2 через датчик 3 тока. Между каждым фазным входным выводом и нулевым выводом включены два однотактных выпр мител 7 и 8, выполненных на разнопол рных транзисторах 9-11 и 12-14. Через регулирующие транзисторы 17 и 18 выходы выпр мителей 7 и 8 подключены к дополнительным цеп м нагрузок 15 и 16. Базовые цепи транзисторов 9-14 через управл ющие цепи 19-24 соединены с соответствующими фазами питающей сети. Кажда управл юща цепь состоит из двух соединенных последовательно и согласно фотодиодов оптопар, излучающие диоды которых последовательно-параллельно соеди- нены с вторичными обмотками трансформаторов тока. Указанное выполнение устройства позвол ет, за счет получени совпадающих кривых огибающих токов нагрузок 2,15 и 16, обеспечить потребление из питающей сети практически синусоидального тока при коэффициенте мощности выпр мител , близком к единице как при посто нной, так и при переменной основной нагрузке. Это достигаетс за счет возможности регулировани величины тока выпр мителей 7 и 8 в соответствии с величиной тока нагрузки 2. 2 ил. ел СThis invention relates to electrical engineering and can be used as a secondary power source. The purpose of the invention is to increase the power factor at variable load. The device contains a three-phase thyristor bridge rectifier 1, the input connected through the primary windings of 4-6 current transformers to the phases of the supply network, and the output to the load 2 through the sensor 3 of the current. Between each phase input output and zero output, two single-ended rectifiers 7 and 8 are made, made on opposite polarity transistors 9-11 and 12-14. Through control transistors 17 and 18, the outputs of rectifiers 7 and 8 are connected to additional load circuits 15 and 16. The base circuits of transistors 9-14 are connected through control circuits 19-24 to the corresponding phases of the mains supply. Each control circuit consists of two optocouplers connected in series and according to photodiodes, whose emitting diodes are connected in series to the secondary windings of current transformers. This design of the device allows, due to obtaining coincident curves of current envelopes of loads 2.15 and 16, to ensure the consumption of almost sinusoidal current from the supply mains with the power factor of the rectifier close to unity, both at constant and variable main load. This is achieved due to the possibility of adjusting the current value of the rectifiers 7 and 8 in accordance with the magnitude of the load current 2. 2 Il. ate with

Description

Изобретение относитс к силовой преобразовательной технике и может быть использованоприсоздании полупроводниковых преобразователей переменного тока в посто нный в источниках вторичного электропитани .The invention relates to power converter technology and can be used to create semiconductor converters of alternating current to constant power in the secondary power supply sources.

Известен сетевой выпр митель, подключаемый к сети через первичные обмотки трансформатора тока, и содержащий мостовой выпр митель, выход которого соединен через сглаживающий реактор и диод с нагрузкой , параллельно которой подключен сглаживающий конденсатор. Напр жение на выходе выпр мител регулируетс с помощью регул тора паралелльного типа, вы- полненного на силовом транзисторе, подключенном между точкой соединени сглаживающего реактора с диодом и нулевой шиной. Управление силовым транзистором осуществл етс с помощью широтно-импульсного модул тора по сигналу рассоглассовани , получаемого при срав- нении выходного напр жени и напр жени вторичной обмотки трансформатора тока с опорным сигналом.A network rectifier connected to the network through the primary windings of a current transformer is known, and it contains a bridge rectifier whose output is connected via a smoothing reactor and a diode to a load, in parallel to which a smoothing capacitor is connected. The voltage at the output of the rectifier is regulated by means of a parallel-type regulator, made on a power transistor connected between the point of connection of the smoothing reactor with the diode and the zero bus. The power transistor is controlled by a pulse-width modulator with the help of an error signal obtained by comparing the output voltage and the voltage of the secondary winding of the current transformer with the reference signal.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству вл етс сетевой выпр митель, содержащий трехфазный мостовой тиристорный выпр митель , входы которого подключены к фазам сети, а выход- к нагрузке, два однотактных выпр мител , подключенные между каждой фазой и нулевой шиной и выполненные на разнопол рных транзисторах, базы каждого из которых подключены к одноименной фазе сети через упраавл ющие цепи, состо щие из последовательно соединенных базового сопротивлени и двух параллельных цепочек, состо щих из двух соединенных последовательно и согласно фотодиодов оптопар, излучающие диоды которых последовательно-параллельно соединены с вторичными обмотками трансформаторов тока, одни концы первичных обмоток которых соединены с двум другими фазами сети, а вторые - с соответствующими входами трехфазного мостового тиристорного выпр мител .The closest in technical essence to the proposed device is a network rectifier containing a three-phase bridge thyristor rectifier, the inputs of which are connected to the phases of the network and the output to the load, two one-cycle rectifiers connected between each phase and zero bus and connected to different fields pn transistors, the bases of each of which are connected to the same-phase network through control circuits consisting of series-connected basic resistance and two parallel chains consisting of two co sequentially union of photodiodes and optocouplers according emitting diodes are series-connected in parallel with the secondary windings of current transformers, one ends of the primary windings of which are connected with the two other phases of the network, and the latter - to the corresponding inputs of the thyristor three-phase bridge rectifier.

Такое устройство при посто нной нагрузке силового тиристорного моста обес- печивает загрузку сети практически синусоидальным током, т.е. имеет лучшее значение коэффициента мощности, чем указанное устройство.Such a device with a constant load of the power thyristor bridge provides the network load with almost sinusoidal current, i.e. has a better power factor than the specified device.

Однако, при изменении тока основной нагрузки, ток дополнительной нагрузки в данном устройстве не измен етс . В результате суммарный ток, потребл емый из сети, становитс несинусоидальным и коэффициент мощности ухудшаетс .However, when the base load current changes, the additional load current in this device does not change. As a result, the total current consumed from the network becomes non-sinusoidal and the power factor deteriorates.

Цель изобретени -улучшение коэффициента мощности преобразовател при переменной нагрузке силового тиристорного моста.The purpose of the invention is to improve the power factor of the converter at a variable load of the power thyristor bridge.

Поставленна цель достигаетс тем, что выход каждого из дополнительных выпр мителей соединен с нулевым выводом сети через последовательно включенные дополнительно введенные цепь нагрузки и регулирующий транзистор, база которого соединена с выходом тиристорного мостового выпр мител через дополнительно введенные устройство регулировани величины тока дополнительной цепи нагрузки и датчик тока, включенный в цепь основной нагрузки.The goal is achieved by the fact that the output of each of the additional rectifiers is connected to the zero output of the network through a series-connected additionally entered load circuit and a regulating transistor, the base of which is connected to the output of the thyristor bridge rectifier through the additionally introduced current-size control device included in the main load circuit.

На фиг. 1 представлена принципиальна электрическа схема предлагаемого сетевого выпр мител ; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу,FIG. 1 is a schematic electrical diagram of the proposed network rectifier; in fig. 2 - time diagrams that show his work,

Сетевой выпр митель содержит трехфазный мостовой выпр митель 2, выходные выводы которого подключены к нагрузке таким образом, что один выходной вывод выпр мител соединен с одним выводом нагрузки 2 через датчик 3 тока нагрузки, а второй выходной вывод выпр мител - с вторым выводом нагрузки 2 непосредственно , а входы переменного тока через первичные обмотки 4-6 трансформаторов тока - к фазным входным выводам. Между каждым фазным входным выводом и нулевым выводом включены два однотактных.выпр мител 7 и 8, выполненные на разнопол рных транзисторах 9-11 и 12-14 соответственно. Выходы выпр мителей 7 и 8 подключены к дополнительным нагрузкам 15 и 16 через соответствующие регулирующие транзисторы 17 и 18. Базовые цепи транзисторов 9-14 подключены к соответствующим фазным входным выводам через управл ющие цепи 19-24, состо щие из последовательно соединенных базового сопротивлени и двух параллельных цепочек. Кажда цепочка состоит из двух соединенных последовательно и согласно фотодиодов оптопар. Излучающие диоды этих оптопар вместе с излучающими диодами оптопар управл ющей цепи, подключенной к другому входному фазному выводу, образуют последовательное соединение, подключенное к вторичным цеп м трансформатора тока . Встречно-параллельно этим излучающим диодам подключены последовательно соединенные излучающие диоды оптронов соответствующих управл ющих цепей транзистора обратной проводимости , составл с ними соответствующую группу излучающих диодов 25-27 каждого трансформатора тока. Трансформатор тока,The mains rectifier contains a three-phase bridge rectifier 2, the output terminals of which are connected to the load in such a way that one output output of the rectifier is connected to one output of load 2 via the load current sensor 3, and the second output output of the rectifier - to the second output of load 2 and the inputs of the alternating current through the primary windings of 4-6 current transformers - to the phase input terminals. Between each phase input terminal and zero terminal, two single-ended ones are included. Outputs 7 and 8 are made on opposite polarity transistors 9-11 and 12-14, respectively. The outputs of the rectifiers 7 and 8 are connected to the additional loads 15 and 16 through the respective control transistors 17 and 18. The base circuits of the transistors 9-14 are connected to the corresponding phase input pins via control circuits 19-24, consisting of series-connected base resistance and two parallel chains. Each chain consists of two connected in series and according to photodiodes of optocouplers. The emitting diodes of these optocouplers, together with the emitting diodes of the optocouplers of the control circuit connected to another input phase output, form a series connection connected to the secondary circuits of the current transformer. The series-connected emitting diodes of the optocouplers of the respective control circuits of the reverse conduction transistor are connected in parallel with these emitting diodes, having made up with them the corresponding group of emitting diodes 25-27 of each current transformer. Current transformer,

к вторичным цеп м которого подключены излучающие диоды оптронов, вход щих в управл ющие цепи, подключенные к двум фазным входным выводам, включен между третьим входным выводом и соответствую- щим входным выводом выпр мител . Управление открытием транзисторов 17 и 18 осуществл етс устройством 28 регулировани тока дополнительных цепей нагрузки, выходы которого подключены к базовым це- п м соответствующих транзисторов 17 и 18, а вход - к датчику 3 тока.to the secondary circuits of which the emitting diodes of optocouplers connected to the control circuits connected to the two phase input terminals are connected, are connected between the third input terminal and the corresponding input terminal of the rectifier. The opening of the transistors 17 and 18 is controlled by the device 28 for controlling the current of the additional load circuits, the outputs of which are connected to the base circuits of the respective transistors 17 and 18, and the input to the current sensor 3.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

На интервале времени от момента пере- сечени синусоидной напр жени Ui оси аи до точки коммутации тиристоров (фиг. 2) включены тиристоры одного плеча выпр мител 1 и ток id нагрузки 2 течет по фазам В и С через первичные обмотки 5 и 6 транс- форматоров тока. При этом включаютс излучающие диоды соответствующих оптопар и, следовательно, открываютс соответствующие им фотодиоды оптопар. К базам транзисторов 9 и 12 прикладываетс через управл ющие цепи 19 и 22 положительный потенциал. Открываетс транзистор 9. Транзистор 12 закрыт. По фазе А и нагрузке 15 протекает тока i di (фиг. 2).In the time interval from the moment of crossing the sinusoidal voltage Ui axis ai to the switching point of the thyristors (Fig. 2), the thyristors of one arm of the rectifier 1 are turned on and the load current id 2 flows in phases B and C through the primary windings 5 and 6 of the transformers current. In so doing, the emitting diodes of the respective optocouplers are turned on and, consequently, the corresponding photodiodes of the optocouplers are opened. A positive potential is applied to the bases of transistors 9 and 12 through control circuits 19 and 22. Transistor 9 is opened. Transistor 12 is closed. Phase a and load 15 current flows i i di (Fig. 2).

На интервале от точки коммутации ти- ристоров до момента пересечени синусоидой напр жени Uni оси on ток id нагрузки 2 течет по фазам А, В через первичные обмотки 4 и 5 трансформаторов тока. При этом включаютс излучающие диоды соответст- вующих оптопар и открываютс соответствующие им фотодиоды оптопар. К базам транзисторов 11 и 14 прикладываетс через управл ющие цепи 21 и 24 положительный потенциал. Открываетс транзистор 11. По фазе С и нагрузке 15 протекает ток I di (фиг. 2).In the interval from the switching point of the thyristors to the moment of the sinusoid voltage crossing Uni on the axis, the load current id 2 flows in phases A and B through the primary windings 4 and 5 of the current transformers. In this case, the emitting diodes of the corresponding optocouples are turned on and the corresponding photodiodes of the optocouplers are opened. A positive potential is applied to the bases of the transistors 11 and 14 via the control circuits 21 and 24. The transistor 11 opens. Phase C and load 15 carry a current I di (Fig. 2).

Аналогично обеспечиваетс управление транзисторами 12-14 и формирование тока id 2 нагрузки 16.Similarly, the control of transistors 12-14 and the formation of a load current id 2 is provided.

Ток id, протекающий через тиристорный выпр митель 1, определ етс сопротивлением (мощностью) основной нагрузки 2, а токи id i и Id 2 дополнительных выпр мителей 7 и 8 - сопротивлением дополнительных цепей нагрузок 15 и 16 и соответствующим сопротивлением эмиттерно-коллекторной цепи транзисторов 17 и 18. Причем управление величиной сопротивлени транзистоThe current id flowing through the thyristor rectifier 1 is determined by the resistance (power) of the base load 2, and the currents id i and Id 2 of the additional rectifiers 7 and 8 are determined by the resistance of the additional load circuits 15 and 16 and the corresponding resistance of the emitter-collector circuit of the transistors 17 and 18. Moreover, the control of the resistance value of the transistor

ров 17 и 18 осуществл ет устройство 28ditch 17 and 18 implement device 28

. .

регулировани величины тока дополнитель ной нагрузки, входным сигналом которого вл етс сигнал датчика 3 тока нагрузки. В предлагаемой конструкции при настройкеcontrolling the magnitude of the current of the additional load, whose input signal is the signal of the load current sensor 3. In the proposed design when setting up

. .

5 10 5 10

15 20 2515 20 25

30 35 40-30 35 40-

4545

5050

5555

устройства 28 регулировани тока задаетс начальный уровень и коэффициент усилени его выходного сигнала, что вл етс необходимым и достаточным условием дл реализации любой пропорциональности потреблени тока основным 1 и дополнительными 7 и 8 выпр мител ми как по посто нной, так и при переменной нагрузках . Выходной сигнал устройства 28 регулировани тока дополнительных цепей нагрузок, поданный на базу соответствующего транзистора 17 и 18, определ ет степень их открыти и в конечном итоге величину тока в каждой из дополнительных цепей нагрузок 15 и 16.Current control device 28 sets the initial level and gain of its output signal, which is a necessary and sufficient condition for realizing any proportionality of current consumption by main 1 and additional 7 and 8 rectifiers both at constant and variable loads. The output signal of the current control device 28 of the additional load circuits supplied to the base of the respective transistor 17 and 18 determines the degree of their opening and ultimately the amount of current in each of the additional load circuits 15 and 16.

В результате устройство, настроенное таким образом, чтобы огибающие токов (фиг. 2, пунктирные линии)основной нагрузки 2 и дополнительных цепей нагрузок 15 и 16 совпадали, оебспечивает потребление из сети практически синусоидального тока, обуславлива коэффициент мощности выпр мител близкий к единице как при посто нной , так и при переменной основной нагрузке.As a result, the device configured in such a way that the envelopes of the currents (Fig. 2, dotted lines) of the main load 2 and the additional load circuits 15 and 16 coincide, ensure the consumption of almost sinusoidal current from the network, causing the power factor of the rectifier close to unity as in the case of constant This, and at variable main load.

Claims

Claims of the AC-to-DC converter containing a three-phase thyristor bridge rectifier whose outputs form output pins for connecting the load, two additional rectifiers on different polarity transistors, each of which is connected between the pins to connect the corresponding phase and the zero output of the mains The base of each of the transistors is connected to the corresponding phase through a control circuit consisting of series-connected basic resistance and Vuh parallel chains consisting of two connected in series and according to photodiodes of optocouplers, the radiating diodes of which are connected in series to the secondary windings of current transformers, the primary windings of which are included in the respective shoulders of the thyristor bridge, characterized in that, in order to improve the power factor at variable load, the output of each of the additional rectifiers is connected to the zero input of the network through a series-connected additionally entered load circuit and reg liruyuschy transistor whose base is connected to the output of the thyristor rectifier bridge is further introduced through the load control device further current path and a current sensor included in the primary load circuit.