RU2226738C2

RU2226738C2 - Ac-to-dc voltage converter

Info

Publication number: RU2226738C2
Application number: RU2002117550/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Игольников
Original assignee: Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-04-10
Also published as: RU2002117550A

Abstract

FIELD: converter engineering; power supply to dc loads. SUBSTANCE: converter has ac voltage supply and rectifier built of several diodes forming rectifier arms; it also has ripple inductor that functions both to smooth down rectifier current ripples and to limit external and internal short-circuit currents; inductor has wound magnetic core whose winding is divided into several identical electrically isolated coils whose number equals that of rectifier arms; each coil that can be made of wires having smaller sectional areas is connected in series with respective-arm diodes. EFFECT: enlarged functional capabilities; facilitated manufacture. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение для питания потребителей постоянного тока.The invention relates to a conversion technique and may find application for supplying direct current consumers.

Широко известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие вентильные выпрямители, выполненные по мостовой, нулевой или кольцевой схеме, в цепь выпрямленного тока нагрузки которых включена сглаживающая катодная индуктивность (см. например, Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи, ч. 111 – М.: Госэнергоиздат, 1956). Обычно катодная индуктивность представляет собою одну обмотку, расположенную на магнитопроводе. При больших значениях тока нагрузки она выполняется проводом большого сечения, что обуславливает трудности технологического характера.Converters of alternating voltage to DC are widely known, containing valve rectifiers made according to a bridge, zero or ring circuit, in the circuit of the rectified load current of which a smoothing cathode inductance is included (see, for example, Kaganov I.L. Electronic and ion converters, part 111 - M .: Gosenergoizdat, 1956). Typically, the cathodic inductance is one winding located on the magnetic circuit. At large values of the load current, it is performed by a wire of large cross section, which leads to technological difficulties.

При анализе работы схем сопротивление катодной индуктивности часто принимают равным бесконечности, чтобы получить полностью сглаженный ток нагрузки.When analyzing the operation of circuits, the resistance of the cathodic inductance is often taken to be infinity to obtain a fully smoothed load current.

Однако недостатком такого включения сглаживающей индуктивности является то, что она не входит в цепь внешнего (на выходных зажимах выпрямителя) или внутреннего (пробой вентиля) короткого замыкания, а также технологические трудности, возникающие при ее изготовлении при больших токах нагрузки.However, the disadvantage of this inclusion of a smoothing inductance is that it does not enter the circuit of the external (at the output terminals of the rectifier) or internal (breakdown of the valve) short circuit, as well as the technological difficulties encountered in its manufacture at high load currents.

Технический результат заключается в совмещении индуктивностью как функции сглаживания выпрямленного тока, так и ограничения тока внешнего и внутреннего короткого замыкания, а также в упрощении изготовления, поскольку она может выполняться в виде нескольких обмоток провода меньшего сечения.The technical result consists in combining the inductance as a function of smoothing the rectified current and limiting the current of external and internal short circuit, as well as to simplify the manufacture, since it can be performed in the form of several windings of a wire of a smaller cross section.

Сущность заключается в том, что в преобразователе переменного, например трехфазного напряжения, в постоянное, содержащем источник переменного напряжения, подключенный к выпрямителю, образованному соединением вентильных плеч, и сглаживающую индуктивность, состоящую из магнитопровода, на который нанесена обмотка, обмотка разделена на несколько одинаковых, гальванически не связанных обмоток, число которых равно числу плеч выпрямителя, причем каждая из обмоток включена последовательно с вентилями этого плеча. Индуктивность может быть включена в плечи выпрямителя, выполненного по мостовой, или нулевой, или кольцевой схемам.The essence lies in the fact that in an AC converter, for example, a three-phase voltage, to DC, containing an AC voltage source connected to a rectifier formed by connecting the valve arms, and a smoothing inductance consisting of a magnetic circuit on which the winding is applied, the winding is divided into several identical ones. galvanically unconnected windings, the number of which is equal to the number of rectifier arms, each of the windings connected in series with the valves of this arm. Inductance can be included in the shoulders of the rectifier, made on the bridge, or zero, or ring circuits.

На чертеже показаны примеры включения сглаживающей индуктивности в мостовую (фиг.1,а), нулевую (фиг.1,б) и кольцевую (фиг.1,в) схемы преобразователя. Показаны примеры включения сглаживающей индуктивности в мостовую (фиг.1,а) нулевую (фиг.1,б) и кольцевую (фиг.1,в) схемы преобразователя.The drawing shows examples of the inclusion of a smoothing inductance in the bridge (Fig.1, a), zero (Fig.1, b) and ring (Fig.1, c) converter circuits. Shown are examples of the inclusion of a smoothing inductance in the bridge (Fig. 1, a) zero (Fig. 1, b) and ring (Fig. 1, c) converter circuits.

Преобразователь (фиг.1,а) состоит из источника переменного напряжения 1 и мостового выпрямителя, состоящего из вентильных элементов 2-7, образующих плечи выпрямителя (участок между зажимом переменного входа и электродом - анодом или катодом вентиля). В каждое плечо выпрямителя включена одна из обмоток 8-13 сглаживающей индуктивности 14, выполненной на магнитопроводе 15. При этом ко всем одноименным электродам как вентилей 2-4, так и 5-7, подключены одноименные зажимы обмоток 8-13 сглаживающей индуктивности 14. Общий магнитопровод 15 делает обмотки магнитосвязанными. К выходу выпрямителя подключается нагрузка 16 (R_н). Аналогично схеме (фиг.1.а), включаются обмотки сглаживающей индуктивности и в схемах фиг.1,б и 1,в.The Converter (figure 1, a) consists of an AC voltage source 1 and a bridge rectifier, consisting of valve elements 2-7, forming the shoulders of the rectifier (the section between the AC input clamp and the electrode - the anode or cathode of the valve). One of the windings 8-13 of the smoothing inductance 14, made on the magnetic circuit 15, is included in each arm of the rectifier. In this case, the same clamps of the windings 8-13 of the smoothing inductance 14 are connected to all the electrodes of the same name as the valves 2-4 and 5-7. General the magnetic circuit 15 makes the windings magnetically coupled. The output of the rectifier is connected to the load 16 (R _n ). Similarly to the circuit (Fig. 1.a), the windings of the smoothing inductance are turned on in the circuits of Figs.

Принцип работы преобразователя с указанной сглаживающей индуктивностью может быть рассмотрен на примере мостовой схемы (фиг.1,а).The principle of operation of the Converter with the specified smoothing inductance can be considered on the example of a bridge circuit (figure 1, a).

В нормальном режиме, как известно, ток одновременно проводят два вентиля, например 2 и 6. При этом ток проходит от зажима фазы А источника переменного напряжения 1 через обмотку 8 индуктивности 14, вентиль 2, нагрузку 16, вентиль 6, обмотку 11 индуктивности к зажиму фазы В. Линейное напряжение U_AB будет приложено к обмоткам 8 и 11 и нагрузке 16, причем к обмоткам 8 и 11 будет приложена переменная составляющая напряжения, а к нагрузке 16 - постоянная и переменная. Следует отметить, что ток в обмотках 8 и 11 создает магнитный поток в магнитопроводе 16 одного направления, т.к. входит в одноименные зажимы.In the normal mode, as you know, two valves simultaneously conduct current, for example 2 and 6. At the same time, current flows from the phase A clamp of the AC source 1 through the inductance 8 winding 14, valve 2, load 16, valve 6, inductance winding 11 to the clamp phase B. The linear voltage U _AB will be applied to the windings 8 and 11 and the load 16, and the alternating voltage component will be applied to the windings 8 and 11, and constant and variable to the load 16. It should be noted that the current in the windings 8 and 11 creates a magnetic flux in the magnetic circuit 16 of one direction, because included in the same clamps.

После коммутации тока с вентиля 2 на вентиль 4 ток с обмотки 8 индуктивности 14 переходит на обмотку 12 в течение короткого интервала времени, поскольку полное потокосцепление остается неизменным. В дальнейшем процессы повторяются.After switching the current from valve 2 to valve 4, the current from the winding 8 of the inductance 14 passes to the winding 12 for a short period of time, since the total flux linkage remains unchanged. Subsequently, the processes are repeated.

При внутреннем коротком замыкании, например пробое одного из вентилей, например 3, ток короткого замыкания проходит через вентиль 2, пробитый вентиль 3 и обмотки 8 и 10 индуктивности. Поскольку при внутреннем коротком замыкании в цепи протекания тока оказываются включенными последовательно и согласно обмотки 8 и 10 индуктивности, его нарастание ограничивается. Эффект ограничения тока короткого замыкания обуславливается согласным включением при коротком замыкании обмоток 8 и 10, вследствие чего увеличивается результирующая индуктивность.In case of an internal short circuit, for example, breakdown of one of the valves, for example 3, the short circuit current passes through the valve 2, the punched valve 3 and the windings 8 and 10 of the inductance. Since when an internal short circuit occurs in the current flow circuit, they are connected in series and according to the windings 8 and 10 of the inductance, its increase is limited. The effect of limiting the short circuit current is determined by the consonant inclusion of a short circuit of the windings 8 and 10, as a result of which the resulting inductance increases.

При внешнем коротком замыкании (на нагрузке) обмотки индуктивности также входят в цепь короткого замыкания, в связи с чем ток короткого замыкания будет меньше, чем при включении сглаживающей индуктивности в цепь нагрузки. Аналогично происходит сглаживание и ограничение тока короткого замыкания в схемах фиг.1б,в. К положительному фактору можно отнести и то, что технология изготовления такой индуктивности на большие токи проще, поскольку она выполняется в виде нескольких обмоток на меньшие токи.With an external short circuit (on load), the inductance windings are also included in the short circuit, and therefore the short circuit current will be less than when the smoothing inductance is included in the load circuit. Similarly, smoothing and limitation of short-circuit current occurs in the circuits of fig.1b, c. A positive factor is the fact that the technology for manufacturing such an inductance for high currents is simpler, since it is performed in the form of several windings for lower currents.

Моделирование схем фиг.1а-в, а также экспериментальная проверка схемы фиг.1а, подтверждает получение положительного эффекта - сглаживания напряжения на нагрузке и ограничения тока короткого замыкания.Modeling of the circuits of figa-b, as well as experimental verification of the circuit of figa, confirms the receipt of a positive effect - smoothing the voltage at the load and limiting the short circuit current.

Claims

1. An AC, for example, three-phase voltage to DC converter, comprising an AC voltage source connected to a rectifier formed by connecting the valve arms, and a smoothing inductance consisting of a magnetic circuit on which the winding is applied, characterized in that the winding is divided into several identical galvanically unconnected windings, the number of which is equal to the number of rectifier arms, each of the windings connected in series with the valves of this arm.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that the inductance is included in the shoulders of the rectifier, made according to the bridge circuit.

3. The Converter according to claim 1, characterized in that the inductance is included in the shoulders of the rectifier, made according to the zero circuit.

4. The Converter according to claim 1, characterized in that the inductance is included in the shoulders of the rectifier, made in a circular pattern.