RU2106712C1

RU2106712C1 - Saturation choke

Info

Publication number: RU2106712C1
Application number: RU96122230A
Authority: RU
Inventors: В.А. Бобков; О.А. Неуймин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Российская электротехническая компания"
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1998-03-10
Also published as: AU4887897A; WO1998022959A1

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: saturation choke with internal positive feedback has magnetic core, control winding, working winding with diode connected in series, load, circuit incorporating additional winding with diode connected in series placed in parallel with load. Diode of additional winding is connected to load in aiding with diode of working winding. Additional and working windings are coupled by opposite poles. EFFECT: possibility of adjustment of direct voltage and/or current in power rectifiers with considerable gain in power factor and coefficient of harmonics. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования и стабилизации выпрямленного тока или напряжения. The invention relates to electrical engineering, namely to power converting equipment, and can be used to regulate and stabilize the rectified current or voltage.

Известен дроссель насыщения (см. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок. М: Энергия, 1974, с. 187; см. Ю.Г. Толстов др., Силовые полупроводниковые выпрямители. М.: Наука, 1968, с. 81; см. Ю.И. Хохлов, Компенсированные выпрямители с фильтрацией в коммутирующие конденсаторы нечетнократных гармоник токов преобразовательных блоков. Челябинск: изд. ЧГТУ, 1995. с. 231). Известный дроссель насыщения с внутренней положительной обратной связью содержит магнитопровод, обмотку управления, рабочую обмотку с последовательно включенным диодом и нагрузку. A known saturation inductor (see the Design Guide for electric drives, power and lighting systems. M: Energy, 1974, p. 187; see Yu.G. Tolstov et al., Power semiconductor rectifiers. M: Nauka, 1968, p. 81 ; see Yu.I. Khokhlov, Compensated rectifiers with filtration into switching capacitors of odd-numbered harmonics of currents of converter blocks. Chelyabinsk: published by ChSTU, 1995. p. 231). Known saturation choke with positive internal feedback contains a magnetic circuit, a control winding, a working winding with a diode connected in series, and a load.

Недостатком известного дросселя насыщения является низкое значение коэффициента мощности (cos φ) при регулировании напряжения нагрузки, обусловленное линейной зависимостью значения cos φ от глубины регулирования напряжения. A disadvantage of the known saturation inductor is the low value of the power factor (cos φ) when regulating the load voltage, due to the linear dependence of the value of cos φ on the depth of voltage regulation.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является увеличение значения cos φ за счет обеспечения протекания тока в нагрузке в течение всего рабочего полупериода дросселя. При ограниченном диапазоне регулирования заявляемое изобретение обеспечивает значение cos φ , равное 1 в крайних точках диапазона, при незначительном уменьшении значения cos φ в середине диапазона. The technical problem solved by the claimed invention is to increase the value of cos φ by ensuring the flow of current in the load during the entire working half-cycle of the inductor. With a limited range of regulation, the claimed invention provides a value of cos φ equal to 1 at the extreme points of the range, with a slight decrease in the value of cos φ in the middle of the range.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что известный дроссель насыщения с внутренней положительной обратной связью, содержащий магнитопровод, обмотку управления, рабочую обмотку с последовательно включенным диодом и нагрузку, согласно изобретению, снабжен цепью из дополнительной обмотки с последовательно включенным диодом, подключенной параллельно нагрузке, причем диод дополнительной обмотки подключен к нагрузке согласно с диодом рабочей обмотки, а дополнительная и рабочая обмотки связаны противоположными полюсами. The stated technical problem is solved due to the fact that the known saturation inductor with internal positive feedback, comprising a magnetic circuit, a control winding, a working winding with a diode connected in series and a load, according to the invention, is equipped with a circuit from an additional winding with a diode connected in series with a load, moreover, the diode of the additional winding is connected to the load in accordance with the diode of the working winding, and the additional and working windings are connected by opposite poles .

На фиг.1 изображена принципиальная схема дросселя насыщения. Figure 1 shows a schematic diagram of a saturation inductor.

На фиг.2 представлены диаграммы напряжения питающей сети U_с, напряжения на рабочей обмотке U_р, напряжения на дополнительной обмотке U_д, напряжения на нагрузке U_н, тока рабочей обмотки i_р, тока дополнительной обмотки i_д.Figure 2 presents diagrams of the voltage of the supply network U _s , voltage on the working winding U _p , voltage on the additional winding U _d , voltage on the load U _n , current of the working winding i _p , current of the additional winding i _d .

На фиг.3 выполнен график зависимости cos φ от напряжения на нагрузке U_н для прототипа и заявляемого устройства.Figure 3 is a graph of cos φ versus voltage at load U _n for the prototype and the claimed device.

Заявляемый дроссель насыщения содержит магнитопровод 1, обмотку управления 2, рабочую обмотку 3 с последовательно включенным диодом 4, нагрузку 5, дополнительную обмотку 6 с последовательно включенным диодом 7. The inventive saturation inductor comprises a magnetic circuit 1, a control winding 2, a working winding 3 with a diode 4 connected in series, a load 5, an additional winding 6 with a diode 7 connected in series.

Устройство работает следующим образом. В начале положительного по отношению к диоду 4 рабочей обмотки 3 полупериода питающей сети диод 4 открыт, магнитопровод 1 дросселя ненасыщен, на этом интервале происходит процесс выведения магнитопровода 1 в сторону насыщения. В случае отсутствия дополнительной обмотки 6 все напряжение сети на этом интервале было бы приложено к рабочей обмотке 3, а напряжение на нагрузке 5 было бы равно нулю. Интервал выведения заканчивается, когда индукция в магнитопроводе 1 достигает индукции насыщения, при этом рабочая обмотка 3 теряет возможность вырабатывать противоЭДС и все напряжение питающей сети прикладывается к нагрузке 5. The device operates as follows. At the beginning of a positive half-period of the supply network with respect to diode 4 of the working winding 3, diode 4 is open, the magnetic circuit 1 of the inductor is unsaturated, at this interval the magnetic circuit 1 is brought out to saturation. In the absence of an additional winding 6, all the mains voltage in this interval would be applied to the working winding 3, and the voltage at load 5 would be zero. The output interval ends when the induction in the magnetic circuit 1 reaches the saturation induction, while the working winding 3 loses the ability to generate counter-EMF and the entire voltage of the supply network is applied to the load 5.

Введенная по изобретению дополнительная обмотка 6 на интервале выведения образует с рабочей обмоткой 3 понижающий автотрансформатор. При этом напряжение на нагрузке 5 будет составлять ту же часть напряжения сети, какую составляет число витков дополнительной обмотки 6 по отношению к сумме числа витков рабочей 3 и дополнительной 6 обмоток. The additional winding 6 introduced according to the invention forms a step-down autotransformer with a working winding 3 at the output interval. In this case, the voltage at load 5 will be the same part of the mains voltage as the number of turns of the additional winding 6 with respect to the sum of the number of turns of the working 3 and additional 6 windings.

По окончании интервала выведения, когда индукция в магнитопроводе 1 достигает индукции насыщения, обмотки дросселя перестают вырабатывать ЭДС, все напряжение питающей сети прикладывается к нагрузке 5, а диод 7 дополнительной обмотки запирается. At the end of the withdrawal interval, when the induction in the magnetic circuit 1 reaches the saturation induction, the inductor windings cease to produce EMF, the entire supply voltage is applied to load 5, and the diode 7 of the additional winding is locked.

В начале отрицательного полупериода питающей сети диод 4 рабочей обмотки 3 запирается и отключает нагрузку 5 и рабочую обмотку 3 от питающей сети. Индукция в магнитопроводе 1 под воздействием тока обмотки управления 2, действующего в противоположном направлении по сравнению с током рабочей обмотки, начинает уменьшаться, происходит заведение магнитопровода 1. С изменением полярности напряжения питающей сети диод 4 рабочей обмотки начинает проводить намагничивающий ток и действие схемы повторяется. At the beginning of the negative half-cycle of the supply network, the diode 4 of the working winding 3 is locked and disconnects the load 5 and the working winding 3 from the supply network. The induction in the magnetic circuit 1 under the influence of the current of the control winding 2, acting in the opposite direction compared to the current of the working winding, begins to decrease, the magnetic circuit 1 is started. With a change in the polarity of the supply voltage, the diode 4 of the working winding starts to conduct magnetizing current and the action is repeated.

Мгновенные значения напряжения на рабочей обмотке U_р, напряжения на дополнительной обмотке U_д, напряжения на нагрузке U_н, тока рабочей обмотки i_р, тока дополнительной обмотки i_д, приведенные на фиг.2, иллюстрируют процессы, описанные выше.The instantaneous values of the voltage on the working winding U _p , the voltage on the additional winding U _d , the voltage at the load U _n , the current of the working winding i _p , the current of the additional winding i _d , shown in figure 2, illustrate the processes described above.

Таким образом, в течение положительного полупериода напряжения питающей сети напряжение на нагрузке сначала составляет часть от напряжения питающей сети, а потом переключается на полное напряжение сети. Длительность интервала до момента переключения на полное напряжение сети определяется током обмотки управления. Thus, during a positive half-period of the supply voltage, the voltage at the load first makes up a part of the supply voltage, and then switches to the full supply voltage. The duration of the interval until switching to full mains voltage is determined by the current of the control winding.

На фиг. 3 показаны графики зависимости cos φ от напряжения нагрузки для прототипа (A) и для предлагаемого устройства (B) для диапазона регулирования выходного напряжения от 0,67 до 1. Заштрихованная зона (C) характеризует выигрыш в значении cos φ, получаемый в результате применения предлагаемого устройства. In FIG. 3 shows graphs of the dependence of cos φ on the load voltage for the prototype (A) and for the proposed device (B) for the range of regulation of the output voltage from 0.67 to 1. The shaded area (C) characterizes the gain in the value of cos φ obtained as a result of applying the proposed devices.

Соединение двух описанных дросселей насыщения между собой обеспечивает регулируемое однофазное двухполупериодное выпрямление питающего напряжения, соединение шести описанных дросселей насыщения между собой обеспечивает регулируемое трехфазное мостовое выпрямление трехфазного напряжения. The connection of the two described saturation reactors to each other provides an adjustable single-phase two-half-wave rectification of the supply voltage, the connection of the six described saturation reactors to each other provides an adjustable three-phase bridge rectification of the three-phase voltage.

Использование заявляемого технического решения обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
в случае применения в схемах стабилизации напряжения или тока с ограниченным диапазоном регулирования, предлагаемое устройство позволят получить значительный выигрыш в значении cos φ по сравнению со схемами, построенными с использованием прототипа;
уменьшение коэффициента гармоник в выходном напряжении;
уменьшение коэффициента гармоник в сетевых напряжении и токе, что улучшает "экологическую" электромагнитную обстановку для других потребителей энергосистемы.Using the proposed technical solution provides the following technical and economic advantages:
if applied to voltage or current stabilization circuits with a limited control range, the proposed device will allow to obtain a significant gain in cos φ in comparison with circuits constructed using the prototype;
decrease in the harmonic coefficient in the output voltage;
reduction of the harmonic coefficient in the mains voltage and current, which improves the "ecological" electromagnetic environment for other consumers of the power system.

Claims

Дроссель насыщения с внутренней положительной обратной связью, содержащий магнитопровод, обмотку управления, рабочую обмотку с последовательно включенным диодом и нагрузку, отличающийся тем, что он снабжен цепью из дополнительной обмотки с последовательно включенным диодом, подключенной параллельно нагрузке, причем диод дополнительной обмотки подключен к нагрузке согласно с диодом рабочей обмотки, а дополнительная и рабочая обмотки связаны противоположными полюсами. Saturation inductor with internal positive feedback, comprising a magnetic circuit, a control winding, a working winding with a diode connected in series and a load, characterized in that it is equipped with a circuit from an additional winding with a diode connected in series with the load, and the additional winding diode connected to the load according to with the diode of the working winding, and the additional and working windings are connected by opposite poles.