SU788087A1

SU788087A1 - Dc stabilizer

Info

Publication number: SU788087A1
Application number: SU772477501A
Authority: SU
Inventors: Михаил Михайлович Соколов; Валерий Алексеевич Анисимов; Владимир Васильевич Чупрасов; Владимир Леонидович Кацевич; Александр Викторович Шинянский
Original assignee: Московский Ордена Ленина Энергетический Институт
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1977-04-18
Publication date: 1980-12-15

Description

Изобретение относится к регулированию и стабилизации электрической энергии и может быть использовано в различных областях электротехники, например электроприводе. *The invention relates to the regulation and stabilization of electrical energy and can be used in various fields of electrical engineering, for example, an electric drive. *

Известны стабилизаторы постоянного тока, действие которых основано на использовании усилительных и регулировочных свойств тиристоров та дроссельных магнитных усилителей с разделенными рабочими обмотками переменного тока. Два дросселя такого магнитного усилителя имеют по две рабочие обмотки - напряжения и токовую, которую называют также вспомога-15 тельной. Переключение рабочих обмоток при переходе от интервала возбуждения к интервалу проводимости осуществляется посредством тиристора, выполняющего функции синхронного клю- 20 ча [1].Known DC stabilizers, the action of which is based on the use of amplifying and regulating properties of thyristors and choke magnetic amplifiers with separated working AC windings. Two chokes of such a magnetic amplifier have two working windings - voltage and current, which is also called auxiliary. Switching the working windings during the transition from the excitation interval to the conduction interval is carried out by means of a thyristor, which performs the functions of a synchronous key for 20 hours [1].

Недостаток указанного устройства проявляется в срыве стабилизации тока при сопротивлении нагрузки, близкому к нулю. 25The disadvantage of this device is manifested in the failure of the current stabilization when the load resistance is close to zero. 25

Наиболее близким техническим решением является стабилизатор постоянного тока, содержащий управляекый выпрямительный мост на тиристорах, в диагональ постоянного тока кото- 30 рого включен линейный дроссель, два дросселя насыщения с рабочими обмотками, каждая из которых включена в последовательную цепь с соответствующим диодом между анодом и управляющим электродом соответствующего из тиристоров управляемого выпрямительного моста, с двумя включенными согласно-последовательно обмотками управления, соединенными через дополнительный линейный дроссель с источником управляющего сигнала, и двумя соединенными согласно-последовательно вспомогательными обмотками, включенными в одну из диагоналей управляемого выпрямительного моста на тиристорах [2}.The closest technical solution is a DC stabilizer containing a controlled rectifier bridge on thyristors, in the DC diagonal of which 30 a linear inductor is included, two saturating reactors with working windings, each of which is connected in a series circuit with a corresponding diode between the anode and the control electrode of the corresponding thyristor controlled rectifier bridge, with two control windings connected in series, connected through an additional a linear inductor with a control signal source, and two auxiliary windings connected in series, included in one of the diagonals of a controlled rectifier bridge on thyristors [2}.

Цель изобретения - обеспечение рекуперации энергии в сеть переменного тока и стабилизации тока в нагрузке, имеющей источник ЭДС, т.е. повышение КПД и расширение функциональных возможностей.The purpose of the invention is the provision of energy recovery in an alternating current network and stabilization of current in a load having an emf source, i.e. increase of efficiency and expansion of functionality.

Постатейная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного тока, содержащем управляемый выпрямительный мост на тиристорах, в диагональ постоянного тока которого включены линейный дроссель, два дросселя насыщения с рабочими обмот ками, каждая из которых включена в последовательную цепь с соответствующим диодом между анодом и управляющим электродом соответствующего из тиристоров управляемого выпрямительного моста, с двумя включенными согласно-последовательно обмотками управления, соединенными через дополнительный линейный дроссель с источником управляющего сигнала, и двумя соединенными согласно-последовательно вспомогательными обмотками, включенными в одну из диагоналей управляемого выпрямительного моста на тиристорах, в указанную последова₍тельную цепь каждого из соответствующих тиристоров включен дополнительно введенный конденсатор, шунтированный резистором.A goal by article is achieved by the fact that in a DC stabilizer containing a controlled rectifier bridge on thyristors, in the DC diagonal of which there is a linear inductor, two saturation reactors with working windings, each of which is connected to a series circuit with a corresponding diode between the anode and the control electrode of the corresponding thyristor controlled rectifier bridge, with two control windings connected in series, connected through an additional linear d ossel with a source control signal, and two series-connected according to the auxiliary coils included in one of the diagonals managed thyristor rectifier bridge, in said sequence _(Tel'nykh circuit of each of the thyristors is turned on additionally introduced capacitor shunt resistor.

Кроме того, с целью расширения зоны стабилизации тока, указанные соединенные согласно-последовательно вспомогательные обмотки дросселей насыщения включаются в диагональ постоянного тока управляемого выпрямительного моста на тиристорах.In addition, in order to expand the current stabilization zone, these auxiliary windings of saturation chokes connected in series are included in the DC diagonal of the controlled rectifier bridge on the thyristors.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема стабилизатора постоянного тока; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы напряжений на отдельных элементах стабилизатора тока.In FIG. 1 shows a circuit diagram of a DC stabilizer; in FIG. 2 and 3 are time diagrams of voltages on individual elements of the current stabilizer.

Стабилизатор тока, который питается от источника 1 переменного напряжения, состоит из Однофазного управляемого выпрямительного моста на тиристорах 2 . 3, 4. и 5, двух дросселей 6 и 7 насыщения, каждый из которых имеет рабочие обмотки 8, 9, 10 и 11 напряжения, которые включены соответственно в цепи анод-управляющий электрод тиристоров 2, 5 и 3, 4,, вспомогательные обмотки 12 и 13 (токо-до вые) включены в диагональ выпрямлен15 ного тока управляемого выпрямительного моста последовательно с линейным дросселем 14 и нагрузкой 15, содержащей источник ЭДС₍и обмотки 16 и 17 управления, соединенные последователь-*^ но с дополнительным линейным дросселем 18, питаются от источника 19 управляющего сигнала. Кроме того в цепи анод-управляющий электрод тиристоров 2-5 включены диоды 20, 21, 22 50 к 23, обеспечивающие протекание токов по рабочим обмоткам 8—11 дросселей в одном направлении, а также конденсаторы 24, 25, 26 и 27, шунтированные резисторами 28, 29, 30 и 31. 55The current stabilizer, which is powered by an AC voltage source 1, consists of a single-phase controlled rectifier bridge on thyristors 2. 3, 4. and 5, of two saturable chokes 6 and 7, each of which has working windings 8, 9, 10 and 11, which are connected respectively to the anode-control electrode circuit of thyristors 2, 5 and 3, 4, auxiliary windings 12 and 13 (current) are included in the diagonal of the rectified 15 current of the controlled rectifier bridge in series with a linear inductor 14 and a load 15 containing an EMF source ₍ and control windings 16 and 17 connected to the series - * ^ but with an additional linear inductor 18, powered by a control signal source 19. In addition, in the circuit the anode-control electrode of thyristors 2-5 included diodes 20, 21, 22 50 to 23, providing currents flowing through the working windings of 8-11 chokes in one direction, as well as capacitors 24, 25, 26 and 27, shunted by resistors 28, 29, 30 and 31. 55

Стабилизатор работает следующим образом.The stabilizer works as follows.

От источника 19 управляющего сигнала подается ток в обмотки 16 и 17 управления дросселей 6 и 7. ,θFrom the source 19 of the control signal, current is supplied to the control windings 16 and 17 of the chokes 6 and 7., θ

В результате сердечники дросселей 6 и 7 насыщаются, и при включении источника 1 переменного напряжения по цепям анод-управляющие электроды тиристоров протекают токи, и тиристоры вступают в работу. Схема работает как обычный диодный мост. По цепи нагрузки 15 протекает выпрямленный ток. Линейный дроссель 14 запасает электромагнитную энергию, и его индуктивность в основном определяет скорость нарастания тока нагрузки. При достижении токов нагрузки заданной величины дроссели выходят из насыщения. Здесь W^, Wy соответственно число витков обмоток 16 и 17 управления и вспомогательной обмотки 12/13 ( токовой). Дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к тому, что дроссели 6 или 7 начинают работать в режиме трансформатора тока. При этом скорость изменения магнитных потоков в сердечниках дросселей 6 или 7 пропорциональна скорости изменения тока нагрузки и определяется величиной индуктивности дросселя 18. Изменение потоков в сердечниках вызывает появление ЭДС рабочих обмоток 8-11 в цепях анод-управляющий электрод тиристоров выпрямительного моста. При принятой маркировке начал и концов обмоток дросселей ЭДС - Е_ррабочих обмоток 8-11 всегда направлена встречно ЭДС) E_tдросселя 14. Поэтому токи в цепях анод-управляющий электрод тиристоров 2-5 не будут протекать до тех пор, пока происходит изменение потоков в сердечниках дросселей 6 иAs a result, the cores of the chokes 6 and 7 are saturated, and when the source 1 of the alternating voltage is turned on, currents flow through the anode-control electrodes of the thyristors, and the thyristors come into operation. The circuit works like a regular diode bridge. Along the load circuit 15, a rectified current flows. Line choke 14 stores electromagnetic energy, and its inductance mainly determines the rate of rise of the load current. When reaching the load currents of a given value, the inductors go out of saturation. Here W ^, Wy, respectively, the number of turns of the control windings 16 and 17 and the auxiliary winding 12/13 (current). A further increase in the load current leads to the fact that the chokes 6 or 7 begin to work in the mode of a current transformer. In this case, the rate of change of magnetic fluxes in the cores of the chokes 6 or 7 is proportional to the rate of change of the load current and is determined by the inductance of the choke 18. The change in the fluxes in the cores causes the appearance of an EMF of working windings 8-11 in the anode-control electrode of the rectifier thyristors. With the accepted marking of the beginnings and ends of the windings of the EMF chokes - E _{p of the} working windings 8-11, the EMF) E _{t of the} inductor 14 is always directed opposite. Therefore, the currents in the circuits of the anode-control electrode of thyristors 2-5 will not flow until a change in flows occurs in the cores of the chokes 6 and

7. При этом включенными остаются тиристоры, например, 3 и 4 управляемого выпрямительного моста. С изменением полярности питающего напряжения изменяется синхронно и полярность Е_ри Е_ь, вследствие чего по-прежнему не будет тока в цепи управляющих электродов тиристоров, например, 2 и 5, а в работе остаются тиристоры 3 и 4. Так как ток в цепи нагрузки 15 измениться скачком не может, вследствие значительной индуктивности дросселя 14, последний начинает отдавать запасенную энергию в сеть. Это продолжается до тех пор, пока дроссель 14 не вернет в сеть избыток энергии, запасенный с магнитном полем сверх заданного значения,определяемого током управления . При этом производная изменения тока на нагрузки имеет отрицательный знак, а ток в нагрузке принимает значение З_н - Зу^/νψΒ этот момент сердечник, например, дросселя 7 перемагничивается под действием напряжения, приложенного к рабочим обмоткам 8 и 11, и снова насыщается. По цепи анодуправляющий электрод тиристоров 2 и 5 проходит ток, что приводит к включению упомянутых тиристоров 2 и 5. Вновь происходит сравнение намагничивающих сил обмоток токовых и управления, и перемагничивается, например, дроссель 6. Далее переключение тиристоров происходит синхрон но с насыщением соответствующих сердечников дросселей, рабочие обмотки которых включены в цепи анод-управляющий электрод тиристоров. Таким образом, выпрямленный ток определяется величиной тока в обмотках управ^ ления и выдерживается неизменным при различных по величине и характеру сопротивлениях нагрузок. Однако сдвиг по фазе тока се, потребляемого из сети, зависит от величины и характера сопротивлений нагрузок. Например, для сопротивлений нагрузок активного характера фазовый угол изменяется в пределах d η, <сС где с£гр>0, и соответствует фазовому сдвигу, при котором выдерживается закон равенства средних намагничивающих сил обмоток токовых и управления. При нагрузках, содержащих ЭДС, фазовый угол изменяется в пределах <d_np, где d_Пр - предельный угол, при котором возможна работа тиристорного моста в режиме инвертора, ведомого сетью. Одновременно с этим ток нагрузки выдерживается неизменным, т.е. сохраняется закон равенства -средних намагничивающих сил. Стаби- ** лизация тока в цепи нагрузки при одновременном инвертировании энер чительно расширить эону работы стабилизатора в инверторном режиме. Указанное обстоятельство связано с изменением условий перемагничивания сердечников дросселей 6 и 7, что позволяет исключить появление дополнительного импульса тока в цепи анод-управляющий электрод тиристора, заканчивающего работу при переключении плеч выпрямительного моста. Указанный дополнительный импульс тока приводит к повторному включению тиристора и срыву инверторного режима работы, поскольку тиристоры моста шунтируют нагрузку, физической основой появления импульса тока является отличие реальной кривой намагничивания материала сердечников дросселей б и 7 от идеальной прямоугольной.7. At the same time, thyristors, for example, 3 and 4 of the controlled rectifier bridge, remain switched on. With a change in the polarity of the supply voltage, the polarity of E _r and E _b changes simultaneously, as a result of which there will still be no current in the control electrode circuit of thyristors, for example, 2 and 5, and thyristors 3 and 4 remain in operation. Since the current in the load circuit 15 cannot change abruptly, due to the significant inductance of the inductor 14, the latter begins to transfer stored energy to the network. This continues until the inductor 14 returns to the network the excess energy stored with the magnetic field in excess of a predetermined value determined by the control current. In this case, the derivative of the change in the current to the load has a negative sign, and the current in the load takes the value З _n - Зу ^ / νψΒ this moment the core, for example, the inductor 7 is magnetized under the influence of voltage applied to the working windings 8 and 11, and is saturated again. A current passes through the anode control electrode of thyristors 2 and 5, which leads to the inclusion of the aforementioned thyristors 2 and 5. Again, the magnetizing forces of the current and control windings are compared, and, for example, the inductor 6 is remagnetized. Next, the thyristors are switched simultaneously with the saturation of the corresponding inductor cores. whose working windings are included in the circuit of the anode-control electrode of the thyristors. Thus, the rectified current is determined by the magnitude of the current in the control windings and is maintained unchanged for loads of varying magnitude and nature. However, the phase shift of the current CE consumed from the network depends on the magnitude and nature of the load resistances. For example, for active load resistances, the phase angle varies within d η, <cС where с £ gr> 0, and corresponds to a phase shift at which the law of equality of the average magnetizing forces of the current and control windings is maintained. Under loads containing EMF, the phase angle varies within <d _n p, where d _P p is the limiting angle at which the thyristor bridge can operate in the inverter driven by the network. At the same time, the load current is kept constant, i.e. the law of equality — the average magnetizing forces — is maintained. Stabilizing the current in the load circuit while simultaneously inverting energetically expands the stabilizer operating inverter mode. This circumstance is associated with a change in the magnetization reversal conditions of the cores of the chokes 6 and 7, which eliminates the appearance of an additional current pulse in the anode-control electrode of the thyristor, which ends when switching the arms of the rectifier bridge. The indicated additional current pulse leads to the repeated switching on of the thyristor and failure of the inverter operation mode, since the bridge thyristors shunt the load, the physical basis for the appearance of the current pulse is the difference between the real magnetization curve of the core material of the chokes b and 7 from the ideal rectangular one.

Применение предлагаемого устройства значительно расширяет область применения стабилизаторов тока для питания разных нагрузок, в том числе содержащих ЭДС. При этом значительно улучшаются энергетические показатели, поскольку становится возможной работа в инверторном режиме, когда мощность может отдаваться в питающую сеть неременного напряжения.The application of the proposed device significantly expands the field of application of current stabilizers to power various loads, including those containing EMF. At the same time, energy indicators are significantly improved, since it becomes possible to work in inverter mode, when power can be given to the mains supply of uninterrupted voltage.

гии в питающую сеть переменного напряжения оказывается возможной вследствие включения в цепи анод-управ- 30 Ляющий электрод тиристоров конденсаторов 24-27, шунтированных резисторами 28-31. Такое соединение конденсаторов эквивалентно введению противо ЭДС, пропорциональных ЭДС 35 нагрузки в цепи управления тиристоров, что препятствует насыщению сердечников дросселей постоянным током смещения, создаваемым ЭДС нагрузки, и преждевременному включению тирис- 4θ торов 2-5 выпрямительного моста. Резисторы 28-31 создают цепь для тока намагничивания,протекающего через рабочие обмотки 8-11 и образуют кон туры для токов разряда конденсаторов 24-27.It is possible due to the inclusion in the supply network of an alternating voltage due to the inclusion of anode-controlling 30 capacitors 24-27 in the circuit of the thyristor, shunted by resistors 28-31. Such a connection of capacitors is equivalent to introducing counter-EMF proportional to the EMF load 35 in the thyristor control circuit, which prevents saturation of the core of the inductors with the constant bias current created by the EMF load and premature switching on of the thyristor 4θ of the rectifier bridge tori 2-5. Resistors 28-31 create a circuit for the magnetization current flowing through the working windings 8-11 and form circuits for the discharge currents of capacitors 24-27.

, На фиг. 2 и 3, где показаны напря-> жения на отдельных элементах стабилизатора тока, поясняется работа стабилизатора тока соответственно в выпря- 50 мительном и инверторном режимах.In FIG. 2 and 3, where the voltage> on the individual elements of the current stabilizer is shown, the operation of the current stabilizer in the rectifier and inverter modes, respectively, is explained.

На диаграммах обозначены U^~ напряжение питающей сети, - переменный ток на входе стабилизатора, и_тнапряжение на входе моста, i_R - ток 55 в цепи анод-управляющий электрод ти-* ~ ристора, ,υ_Λ - напряжение на диоде в цепи анод-управляющий электрод тиристора, U_c - напряжение на конденсаторе, Up - напряжение на рабочей обмотке дросселя.In the diagrams denoted U ^ ~ mains voltage, - an alternating current at the input of the stabilizer, and _so the input voltage of the bridge, i _R - current circuit 55 in the anode-control electrode of the variable resistor five- * ~,, υ _Λ - the voltage across the diode in the chain the anode-control electrode of the thyristor, U _c is the voltage across the capacitor, Up is the voltage across the working winding of the inductor.

Следует обратить внимание на то, что вспомогательные токовые обмотки включены на стороне постоянного тока. Это позволяет, в свою очередь, зна- *It should be noted that the auxiliary current windings are included on the DC side. This allows, in turn, to

Claims

1. USSR author's certificate No. 321192, cl. H 02 R 13/16, 1971.

2. USSR author's certificate No. 444488, cl. H 02 R 13/16, 1970.