RU2007014C1

RU2007014C1 - Frequency doubler of three-phase network

Info

Publication number: RU2007014C1
Authority: RU
Inventors: Поль Соломонович Райкин
Original assignee: Поль Соломонович Райкин
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: electrical power engineering. SUBSTANCE: frequency doubler has semi-windings connected to corresponding rectifiers via controlled valves. For each phase of output voltage input of one rectifier is connected to phase output of power supply network and input of other is linked to line output. EFFECT: improved efficiency of operation of frequency doubler. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на энергетических сетях и установках. The invention relates to electrical engineering and can be used on power networks and installations.

Известны вентильно-трансформаторные преобразователи переменного напряжения [1] . Known valve transformer AC voltage converters [1].

Прототипом изобретения является удвоитель частоты с двухфазным входом [2] , содержащий два мостовых выпрямителя и пороговый и суммирующий узлы. A prototype of the invention is a frequency doubler with a two-phase input [2], containing two bridge rectifiers and threshold and summing nodes.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточные КПД и надежность и сложность устройства. The disadvantages of the prototype include insufficient efficiency and reliability and complexity of the device.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности и упрощение устройства. The aim of the invention is to increase efficiency and reliability and simplify the device.

Цель достигается тем, что в удвоителе частоты трехфазной сети с многофазным входом, содержащем двухполупериодные мостовые выпрямители, вход каждого из которых соединен с входными выводами соответствующей фазы удвоителя частоты, а выход через пороговый узел соединен с входом суммирующего узла, выход которого соединен с выходными выводами удвоителя частоты, суммирующий узел выполнен в виде трехфазного трансформатора, каждая первичная обмотка которого состоит из двух включенных встречно полуобмоток, подключенных каждая к выходу своего мостового выпрямителя, причем одна из полуобмоток подключена через свой управляемый вентиль к одному полюсу мостового выпрямителя, вход которого соединен с фазным выходом питающей сети, а управляющий электрод вентиля подключен через пороговый узел непосредственно или через делитель напряжения к другому полюсу этого выпрямителя, другая полуобмотка первичной обмотки фазы трансформатора подключена через свой управляемый вентиль к одному полюсу своего мостового выпрямителя, вход которого соединен непосредственно или через понижающий трансформатор с линейным выходом питающей сети, а управляющий электрод вентиля подключен через свой пороговый узел непосредственно или через делитель напряжения к другому полюсу этого выпрямителя. The goal is achieved in that in a frequency doubler of a three-phase network with a multiphase input containing half-wave bridge rectifiers, the input of each of which is connected to the input terminals of the corresponding phase of the frequency doubler, and the output through the threshold node is connected to the input of the summing node, the output of which is connected to the output terminals of the doubler frequency, the summing node is made in the form of a three-phase transformer, each primary winding of which consists of two oncoming half-windings connected, each connected to its output a bridge rectifier, one of the half-windings being connected through its controlled valve to one pole of the bridge rectifier, the input of which is connected to the phase output of the supply network, and the control electrode of the valve is connected via a threshold node directly or through a voltage divider to the other pole of this rectifier, the other half-winding of the primary winding the transformer phase is connected through its controlled valve to one pole of its bridge rectifier, the input of which is connected directly or through a step-down ransformator with linear output power line, and the control gate electrode is connected through its threshold node directly or via a voltage divider to the other pole of the rectifier.

Для регулирования выходного напряжения и использования тиристоров в качестве управляемых вентилей в цепи их управляющих электродов могут быть включены элементы задержки напряжения. To control the output voltage and use the thyristors as controlled valves in the circuit of their control electrodes, voltage delay elements can be included.

На чертеже приведена электрическая схема удвоителя частоты трехфазной сети, у которого первичные и вторичные обмотки трансформатора соединены треугольником, а в качестве управляемых вентилей использованы тиристоры. The drawing shows the electric circuit of the frequency doubler of a three-phase network, in which the primary and secondary windings of the transformer are connected by a triangle, and thyristors are used as controlled valves.

Полуобмотки 1 и 2 составляют каждую фазу первичной обмотки силового трансформатора, являющегося суммирующим узлом удвоителя частоты первичной трехфазной питающей сети АВС. Один конец каждой полуобмотки 1 подключен к положительному полюсу мостового выпрямителя, собранного на диодах 3. Вход этого выпрямителя соединен с фазным выходом питающей сети. Другой конец полуобмотки 1 подключен к отрицательному полюсу выпрямителя через тиристор 4, управляющий электрод которого через пороговый узел на опорном диоде 5 и резисторе 6 подключен к положительному полюсу выпрямителя (непосредственно или через делитель напряжения). Один конец полуобмотки 2 каждой фазы трансформатора подключен к положительному полюсу мостового выпрямителя, собранного на диодах 7, вход которого соединен с линейным выходом питающей сети. Другой конец полуобмотки 2 подключен к отрицательному полюсу этого выпрямителя через тиристор 8, управляющий электрод которого через свой пороговый узел на опорном диоде 9 и резисторе 10 подключен к положительному полюсу выпрямителя. Подключение управляющих электродов всех тиристоров к положительным полюсам своих мостовых выпрямителей осуществлено через делители напряжения на резисторах 11. По направлению выпрямленных токов полуобмотки 1 и 2 включены между собой встречно и могут иметь друг с другом общую точку (как показано на схеме). Управляющие входы всех тиристоров зашунтированы конденсаторами 12, которые вместе с соответствующими резисторами 6 и 10 составляют элементы задержки напряжения управления. На входе мостовых выпрямителей, относящихся к одной фазе суммирующего трансформатора, сетевое напряжение сдвинуто относительно друг друга на 270^о (90^о). Это достигается тем, что если вход одного выпрямителя подключен к фазе А сети, то вход другого подключен к линии ВС сети, и т. д. Вторичные обмотки 13 силового суммирующего трансформатора образуют вторичную сеть abc переменного тока удвоенной частоты. Для образования вторичной сети небольшой мощности вместо тиристоров могут быть применены транзисторы. В качестве суммирующих силовых трансформаторов удвоителя частоты могут использоваться сетевые трансформаторы понижающих подстанций, обеспечивая одновременное выполнение обеих функций - понижение напряжения и удвоение частоты.Semi-windings 1 and 2 comprise each phase of the primary winding of the power transformer, which is the summing unit of the frequency doubler of the primary three-phase power network of the ABC. One end of each half-winding 1 is connected to the positive pole of a bridge rectifier assembled on diodes 3. The input of this rectifier is connected to the phase output of the supply network. The other end of the semi-winding 1 is connected to the negative pole of the rectifier through a thyristor 4, the control electrode of which is connected through the threshold node on the reference diode 5 and resistor 6 to the positive pole of the rectifier (directly or through a voltage divider). One end of the half-winding 2 of each phase of the transformer is connected to the positive pole of the bridge rectifier assembled on diodes 7, the input of which is connected to the linear output of the supply network. The other end of the half-winding 2 is connected to the negative pole of this rectifier through a thyristor 8, the control electrode of which is connected to the positive pole of the rectifier through its threshold node on the reference diode 9 and resistor 10. The control electrodes of all thyristors are connected to the positive poles of their bridge rectifiers through voltage dividers at resistors 11. In the direction of the rectified currents, the half-windings 1 and 2 are turned on one against the other and can have a common point with each other (as shown in the diagram). The control inputs of all thyristors are shunted by capacitors 12, which together with the corresponding resistors 6 and 10 constitute control voltage delay elements. At the input of bridge rectifiers related to one phase of the summing transformer, the mains voltage is shifted relative to each other by 270 ^about (90 ^about ). This is achieved by the fact that if the input of one rectifier is connected to phase A of the network, then the input of another is connected to the BC line of the network, etc. The secondary windings 13 of the power summing transformer form a secondary network abc of alternating current of double frequency. To form a secondary network of low power, transistors can be used instead of thyristors. As summing power transformers of the frequency doubler, network transformers of step-down substations can be used, providing simultaneous performance of both functions - voltage reduction and frequency doubling.

Для снижения линейного напряжения до уровня фазного вторичные обмотки сетевого трансформатора могут иметь специальные отводы. To reduce the line voltage to the phase level, the secondary windings of the network transformer can have special taps.

Работает удвоитель частоты трехфазной сети следующим образом. The frequency doubler of the three-phase network operates as follows.

Когда выпрямленное пульсирующее фазное напряжение на выходе мостового выпрямителя, собранного на диодах 3, достигает порога срабатывания опорного диода 5, его ток через резистор 6 открывает (с некоторой задержкой во времени) тиристор 4 и по полуобмотке 1 фазы суммирующего трансформатора течет выпрямленный ток. Длительность задержки открывания тиристора 4 определяется величиной сопротивления резистора 6 и емкостью конденсатора 12. Для снижения напряжения на опорном диоде 5 и дополнительной задержки момента его открывания диод подключают к положительному полюсу выпрямителя не непосредственно, а через делитель напряжения на резисторах 11. С этой же целью непосредственно в цепь конденсатора 12 может быть введен добавочный резистор (на чертеже не показан), ограничивающий величину тока через опорный диод. В любом случае порог открывания диода должен быть подобран близким к амплитудному значению выпрямленного пульсирующего напряжения. Ток в полуобмотке 1 суммирующего трансформатора прекращается в паузе тока мостового выпрямителя, собранного на диодах 3. По достижении соответствующего уровня напряжения (также близкого к амплитудному) на выходе выпрямителя на диодах 7, подключенного к линейному выходу питающей сети, открываются опорный диод 9, а вслед за ним тиристор 8. Благодаря элементам 10, 12 тиристор 8 открывается существенно позже диода 9, в полуобмотке 2 соответствующей фазы суммирующего трансформатора появляется выпрямленный ток, который прекращается естественным образом, в паузе тока выпрямителя, собранного на диодах 7. Таким образом, за один период сетевого питающего напряжения ток в первичной обмотке каждой фазы трансформатора меняет свое направление дважды, вследствие чего наведенная во вторичных обмотках 13 ЭДС имеет удвоенную частоту следования. When the rectified pulsating phase voltage at the output of the bridge rectifier assembled on the diodes 3 reaches the threshold of the reference diode 5, its current through the resistor 6 opens (with a certain delay in time) the thyristor 4 and the rectified current flows through the half-winding of the phase 1 of the summing transformer. The duration of the delay in opening the thyristor 4 is determined by the resistance value of the resistor 6 and the capacitance of the capacitor 12. To reduce the voltage at the reference diode 5 and the additional delay of the moment of its opening, the diode is connected not directly to the positive pole of the rectifier, but through a voltage divider across the resistors 11. For this purpose, directly an additional resistor (not shown) can be introduced into the circuit of the capacitor 12, limiting the amount of current through the reference diode. In any case, the threshold for opening the diode must be selected close to the amplitude value of the rectified ripple voltage. The current in the semi-winding 1 of the summing transformer stops in the current pause of the bridge rectifier assembled on the diodes 3. Upon reaching the corresponding voltage level (also close to the amplitude) at the output of the rectifier on the diodes 7 connected to the linear output of the supply network, the reference diode 9 opens, and then followed by thyristor 8. Thanks to the elements 10, 12, thyristor 8 opens much later than diode 9, in the half-winding 2 of the corresponding phase of the summing transformer, a rectified current appears, which stops naturally at once, in the pause of the rectifier current assembled on diodes 7. Thus, for one period of the mains supply voltage, the current in the primary winding of each phase of the transformer changes its direction twice, as a result of which the EMF induced in the secondary windings 13 has a double repetition rate.

Необходимым условием для работы удвоителя частоты, собранного на тиристорах, является требование поочередной работы тиристоров 4 и 8, принадлежащих к одной фазе суммирующего трансформатора (с некоторым запаздыванием на включение последующего тиристора), что обеспечивается соответствующими элементами задержки. Другим условием нормальной работы удвоителя частоты является выравнивание действующих в полуобмотках 1 и 2 магнитных потоков, поскольку величины фазных и линейных напряжений питающей сети различны. Для этого задержка включения тиристора 8 должна существенно превосходить таковую в тиристоре 4. Выравнивание магнитных потоков в полуобмотках может быть достигнуто также включением понижающего трансформатора. С помощью резисторов 6, 10, 11 и конденсаторов 12 может осуществляться дальнейшая большая отсечка токов в полуобмотках, что эквивалентно снижению напряжения на суммирующем трансформаторе. Такое плавное или ступенчатое регулирование напряжения может производиться с помощью шести установленных на общей оси реостатов или контакторов. A prerequisite for the operation of the frequency doubler assembled on thyristors is the requirement for the thyristors 4 and 8 to alternate operation, belonging to the same phase of the summing transformer (with some delay for the subsequent thyristor to turn on), which is provided by the corresponding delay elements. Another condition for the normal operation of the frequency doubler is the alignment of the magnetic fluxes acting in the semi-windings 1 and 2, since the values of the phase and linear voltages of the supply network are different. For this, the turn-on delay of the thyristor 8 should significantly exceed that in the thyristor 4. The alignment of magnetic fluxes in the semi-windings can also be achieved by turning on the step-down transformer. With the help of resistors 6, 10, 11 and capacitors 12, a further large cut-off of the currents in the semi-windings can be carried out, which is equivalent to reducing the voltage across the summing transformer. Such smooth or stepwise voltage regulation can be performed using six rheostats or contactors installed on the common axis.

Естественное выключение токов в обмотках удвоителя частоты обеспечивает простоту устройства, высокие КПД и надежность, малые коммутационные помехи. The natural turn-off of the currents in the windings of the frequency doubler ensures the simplicity of the device, high efficiency and reliability, low switching noise.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в возможности простыми средствами и с малыми энергетическими потерями создать автономные электрические сети с удвоенной частотой, позволяющие экономить электротехнические материалы (железо) и упросить средства для компенсации реактивности на сети. (56) 1. Бушуев В. М. Электропитание устройств связи. М. : Радио и связь, 1986, с. 55, 56. The technical and economic efficiency of the invention consists in the possibility, by simple means and with low energy losses, to create autonomous electrical networks with double frequency, which allow saving electrical materials (iron) and simplify means for compensating reactivity on the network. (56) 1. Bushuev V.M. Power supply of communication devices. M.: Radio and communication, 1986, p. 55, 56.

2. Авторское свидетельство СССР N 500569, кл. Н 02 М 5/16, 1976. 2. USSR author's certificate N 500569, cl. H 02 M 5/16, 1976.

Claims

1. A three-phase network frequency doubler, comprising bridge rectifiers, the input of each of which is connected to the input terminals of the corresponding phase of the frequency doubler, and the output through the threshold node is connected to the input of the summing node, the output of which is connected to the output terminals of the frequency doubler, characterized in that the summing node made in the form of a three-phase transformer, each primary winding of which consists of two oncoming half-windings connected, each connected to the output of its bridge rectifier, one of the half-windings connected through its controlled valve to one pole of its bridge rectifier, the input of which is connected to the phase output of the supply network, and the control electrode of the valve is connected directly or through a voltage divider to the second pole of this rectifier, the other half-winding of the primary winding of the transformer phase is connected through its controlled valve to one pole of its bridge rectifier, the input of which is connected to the linear output of the supply network directly or through a reduction transfer ormatator, and the gate control electrode is connected through its threshold node directly or through a voltage divider to the second pole of this rectifier.

2. Doubler according to claim 1, characterized in that voltage delay elements are included in the valve control electrode circuit.