RU2751546C1

RU2751546C1 - Adjustable voltage rectifier (options)

Info

Publication number: RU2751546C1
Application number: RU2020134079A
Authority: RU
Inventors: Фёдор Андреевич Гельвер
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2021-07-14

Abstract

FIELD: electrical engineering; power electronics.SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of electrical engineering and power electronics, in particular to static electric converters of alternating voltage to direct voltage, which can vary over a wide range, it can be used as part of a two-link frequency converter with a DC intermediate link. The circuit of adjustable voltage rectifier contains a voltage rectifier and chokes installed in series between the phase outputs of the supply network and the inputs of the voltage rectifier. The voltage rectifier, according to the first option, is made controlled on thyristors; it contains an additional multiphase two-half-period voltage rectifier assembled on diodes and a switch made on a transistor. According to the second option, the voltage rectifier is made controlled on thyristors; it contains an additional capacitor, a multiphase two-half-period voltage rectifier assembled on diodes and a switch made on a transistor, as well as the zero point of the adjustable voltage rectifier connected to the zero output of the supply network.EFFECT: device allows regulating the rectified voltage both below and above the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled voltage rectifier, increasing efficiency, simplifying the power circuit of the adjustable voltage rectifier, expanding functionality, and increasing reliability.2 cl, 7 dwg

Description

Группа изобретений относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим выпрямителям напряжения, которые позволяют осуществлять регулирование выходного напряжения в широком диапазоне. Отличительной особенностью изобретений является возможность осуществлять регулирование напряжения как ниже, так и выше относительно уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя. Предложенные устройства могут быть использованы в составе двухзвенного преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока.The group of inventions relates to the field of electrical engineering and power electronics, in particular to static voltage rectifiers, which make it possible to regulate the output voltage in a wide range. A distinctive feature of the inventions is the ability to regulate the voltage both lower and higher relative to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier. The proposed devices can be used as part of a two-link frequency converter with an intermediate DC link.

Известна схема трехфазного управляемого двухполупериодного выпрямителя напряжения (патент US 4797802, Multiple phase rectifier with active filter for removing noise in triggering signals and digital phase shift compensator for phase shifting signal passed through, класс Н02M1/084, опубл. 10.01.1989 г.) содержащего шесть полууправляемых полупроводниковых элементов – тиристоров, включенных по схеме Ларионова (см. А.с. СССР № 50, опубл. 15.09.1924). Недостатком известной схемы является возможность регулирования напряжения звена постоянного тока только вниз относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения, а также искажения формы напряжения питающей сети. К недостаткам известного выпрямителя также можно отнести генерацию выпрямителем в питающую сеть коммутационных помех, вызванных работой тиристоров.A known circuit of a three-phase controlled full-wave voltage rectifier (patent US 4797802, Multiple phase rectifier with active filter for removing noise in triggering signals and digital phase shift compensator for phase shifting signal passed through, class Н02M1 / 084, publ. 01/10/1989) containing six semi-controlled semiconductor elements - thyristors, connected according to the Larionov scheme (see AS USSR No. 50, publ. 09/15/1924). The disadvantage of the known circuit is the ability to regulate the DC link voltage only downward relative to the voltage determined by the uncontrolled rectifier circuit, as well as distortion of the voltage waveform of the supply network. The disadvantages of the known rectifier can also be attributed to the generation of the rectifier in the supply network of switching noise caused by the operation of thyristors.

Известна схема активного выпрямителя напряжения (патент US 20120300519 (A1), класс H02M7/217, 29.11.2012, Multi-phase active rectifier, авторы James H. Clemmons, Nicholas Wlaznik), содержащая дроссели, включенные между источником переменного напряжения и входными выводами выпрямителя напряжения, и конденсатор, подключенный к выходу выпрямителя напряжения. Причем выпрямитель напряжения выполнен на шести транзисторах, каждому из которых антипараллельно подключен диод, и собран по схеме Ларионова. Достоинством известной схемы является возможность регулирования напряжения звена постоянного тока вверх относительно напряжения, определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения. К достоинствам известной схемы также следует отнести возможность рекуперации энергии со стороны постоянного тока в питающую сеть, а также потребление из сети практически синусоидального тока и отсутствие искажении напряжения питающей сети при использовании соответствующих алгоритмов управления. Недостатками выпрямителя являются наличие габаритных дросселей, установленных на входе выпрямителя, а также наличие большого количества полупроводниковых элементов и более сложная система управления таким выпрямителем напряжения.Known active voltage rectifier circuit (US patent 20120300519 (A1), class H02M7 / 217, 11/29/2012, Multi-phase active rectifier, authors James H. Clemmons, Nicholas Wlaznik), containing chokes connected between the AC voltage source and the input terminals of the rectifier voltage, and a capacitor connected to the output of the voltage rectifier. Moreover, the voltage rectifier is made on six transistors, each of which is connected antiparallel to a diode, and is assembled according to Larionov's scheme. The advantage of the known circuit is the ability to regulate the DC link voltage upward relative to the voltage determined by the uncontrolled voltage rectifier circuit. The advantages of the known circuit also include the possibility of energy recovery from the DC side to the supply network, as well as the consumption of almost sinusoidal current from the network and the absence of voltage distortion of the supply network when using appropriate control algorithms. The disadvantages of the rectifier are the presence of dimensional chokes installed at the input of the rectifier, as well as the presence of a large number of semiconductor elements and a more complex control system for such a voltage rectifier.

Известна схема активного выпрямителя напряжения (патент RU 2540110 (C2), МПК H02M5/42, опубл. 23.04.2013), содержащая дроссели, включенные между источником переменного напряжения и входными выводами выпрямителя напряжения, двухуровневый инвертор напряжения и конденсатор, подключенные на выход выпрямителя напряжения. Причем выпрямитель напряжения выполнен на шести одинаковых полупроводниковых цепочках, собранных по схеме Ларионова. Каждая из полупроводниковых цепочек содержит транзистор и последовательно встречно включенный тиристор, причем параллельно каждому из этих элементов включен антипараллельный диод. Достоинством такой схемы является возможность регулирования напряжения звена постоянного тока как вверх, так и вниз относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения. К недостаткам известной схемы относится наличие большого количества полупроводниковых элементов схемы, половина, из которых является управляемыми а, следовательно, более сложная аппаратная часть системы управления и более сложные алгоритмы управления таким выпрямителем напряжения (преобразователем частоты).A known circuit of an active voltage rectifier (patent RU 2540110 (C2), IPC H02M5 / 42, publ. 04/23/2013), containing chokes connected between the AC voltage source and the input terminals of the voltage rectifier, a two-level voltage inverter and a capacitor connected to the output of the voltage rectifier ... Moreover, the voltage rectifier is made on six identical semiconductor chains, assembled according to the Larionov scheme. Each of the semiconductor circuits contains a transistor and a series-oppositely connected thyristor, and an antiparallel diode is connected in parallel to each of these elements. The advantage of such a circuit is the ability to regulate the DC link voltage both up and down relative to the voltage determined by the uncontrolled voltage rectifier circuit. The disadvantages of the known circuit include the presence of a large number of semiconductor circuit elements, half of which are controllable and, therefore, a more complex hardware part of the control system and more complex control algorithms for such a voltage rectifier (frequency converter).

Наиболее близким по технической сущности к заявленным изобретениям является схема повышающего выпрямителя напряжения (патент FR2921211 (A1), МПК H02M7/217, опубл. 20.03.2009, Systeme de redressement actif ameliore a correction du facteur de puissance, автор Baker Donal), содержащая входной фильтр из трех конденсаторов, соединенных звездой и подключенных к сетевым выводам питающей сети, содержащей нулевой провод, и трех дросселей, установленных последовательно между фазными выводами питающей сети и входами выпрямителя напряжения. Выпрямитель напряжения собран на восемнадцати диодах, трех транзисторах и двух конденсаторах звена постоянного тока, соединенных последовательно, общая точка которых подключена к нулевому выводу питающей сети. Достоинством такого повышающего выпрямителя напряжения является получение двух уровней напряжения звена постоянного тока и наличие всего трех полностью управляемых силовых ключей – транзисторов и, как следствие, более простая система управления. Недостатком прототипа является возможность регулирования уровня напряжения только вверх относительно уровня напряжения, определяемого схемой неуправляемого выпрямителя. Кроме того для работы повышающего выпрямителя напряжения необходимо наличие нулевого вывода питающей сети. К недостаткам известного устройства следует отнести большое число диодов, большие потери энергии вследствие большого числа одновременно работающих полупроводниковых ключей (диодов и транзисторов).The closest in technical essence to the claimed inventions is a step-up voltage rectifier circuit (patent FR2921211 (A1), IPC H02M7 / 217, publ. 03/20/2009, Systeme de redressement actif ameliore a correction du facteur de puissance, by Baker Donal), containing an input a filter of three capacitors connected by a star and connected to the mains terminals of the supply network containing a neutral wire, and three chokes installed in series between the phase terminals of the supply network and the inputs of the voltage rectifier. The voltage rectifier is assembled on eighteen diodes, three transistors and two DC link capacitors connected in series, the common point of which is connected to the zero terminal of the supply network. The advantage of such a step-up voltage rectifier is to obtain two voltage levels of the DC link and the presence of only three fully controlled power switches - transistors and, as a result, a simpler control system. The disadvantage of the prototype is the ability to regulate the voltage level only upward relative to the voltage level determined by the uncontrolled rectifier circuit. In addition, for the operation of the step-up voltage rectifier, it is necessary to have a zero output of the supply network. The disadvantages of the known device include a large number of diodes, large energy losses due to a large number of simultaneously operating semiconductor switches (diodes and transistors).

Задачей предлагаемых изобретений является реализация регулируемого выпрямителя напряжения с использованием меньшего количества полупроводниковых элементов, с возможностью осуществлять регулирование выпрямленного напряжения как ниже, так и выше относительно уровня напряжения определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя, а также повышение К.П.Д. такого выпрямителя за счет сокращения числа полупроводниковых элементов, обтекаемых током в каждый момент времени. Отличительной особенностью устройств является простота схемной реализации при сохранении тех же функциональных возможностей, присущих множеству существующих схем регулируемых выпрямителей напряжения. Предложенные схемы регулируемого выпрямителя напряжения позволят сократить тепловыделения в силовой части устройства за счет сокращения числа одновременно работающих полупроводниковых элементов. Кроме того изобретения также позволят увеличить надежность, эффективность и улучшить эксплуатационные характеристики выпрямителя. При необходимости получения трех уровней напряжения в звене постоянного тока устройство может быть дополнительно снабжено конденсатором, и возможностью питания от источника напряжения, содержащего рабочий нулевой провод. При этом организуется два взаимосвязанных многофазных однополупериодных выпрямителя с емкостными фильтрами, установленными на выходе выпрямителей напряжения. При этом нулевой рабочий провод подключен к общей точке конденсаторов двух многофазных однополупериодных выпрямителей.The objective of the proposed inventions is to implement an adjustable voltage rectifier using a smaller number of semiconductor elements, with the ability to regulate the rectified voltage both lower and higher relative to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier, as well as increasing the efficiency. such a rectifier by reducing the number of semiconductor elements, streamlined with current at each time. A distinctive feature of the devices is the simplicity of the circuit implementation while maintaining the same functionality inherent in many existing circuits of adjustable voltage rectifiers. The proposed circuits of an adjustable voltage rectifier will reduce heat generation in the power section of the device by reducing the number of simultaneously operating semiconductor elements. In addition, the inventions will also increase the reliability, efficiency and performance of the rectifier. If it is necessary to obtain three voltage levels in the DC link, the device can be additionally equipped with a capacitor, and the possibility of power supply from a voltage source containing a working neutral wire. In this case, two interconnected polyphase half-wave rectifiers with capacitive filters installed at the output of voltage rectifiers are organized. In this case, the neutral working wire is connected to the common point of the capacitors of two polyphase half-wave rectifiers.

Для достижения технического результата по первому варианту используется следующая совокупность существенных признаков: в регулируемом выпрямителе напряжения, состоящем так же, как и прототип, из источника многофазного переменного напряжения, системы управления, дросселей, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения, выпрямителя напряжения, транзистора и конденсатора, при этом дроссели включены между выводами источника многофазного переменного напряжения и входом выпрямителя напряжения, минусовой вывод выпрямителя напряжения соединен с отрицательной обкладкой конденсатора и минусовым выводом регулируемого выпрямителя напряжения, а плюсовой вывод выпрямителя напряжения соединен с плюсовым выводом регулируемого выпрямителя напряжения в отличие от прототипа, выпрямитель напряжения выполнен управляемым на тиристорах по схеме многофазного двухполупериодного моста, с образованием многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, плюсовой вывод которого соединен с положительной обкладкой конденсатора, причем регулируемый выпрямитель напряжения дополнительно содержит датчик напряжения и дополнительный многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения, собранный на диодах, причем входы дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения соединены с одноименными входами основного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, а к плюсовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключен коллектор транзистора, эмиттер которого подключен к минусовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, в свою очередь управляющие выводы тиристоров выпрямителя напряжения и управляющий вывод транзистора подключены к системе управления, датчик напряжения своими измерительными входами подключен к фазам источника многофазного переменного напряжения, а информационные выходы датчика напряжения подключены к системе управления.To achieve the technical result according to the first option, the following set of essential features is used: in an adjustable voltage rectifier, which, like the prototype, consists of a multiphase AC voltage source, a control system, chokes, the number of which is equal to the number of phases of a multiphase AC voltage source, a voltage rectifier, transistor and capacitor, while the chokes are connected between the terminals of the multiphase alternating voltage source and the input of the voltage rectifier, the negative terminal of the voltage rectifier is connected to the negative plate of the capacitor and the negative terminal of the adjustable voltage rectifier, and the positive terminal of the voltage rectifier is connected to the positive terminal of the adjustable voltage rectifier, in contrast to prototype, the voltage rectifier is made controlled by thyristors according to the scheme of a multiphase full-wave bridge, with the formation of a multi-phase full-wave voltage rectifier, the positive terminal of which is is single with the positive plate of the capacitor, and the adjustable voltage rectifier additionally contains a voltage sensor and an additional multi-phase full-wave voltage rectifier, assembled on diodes, and the inputs of the additional multi-phase full-wave voltage rectifier are connected to the same inputs of the main multi-phase two-half-wave voltage rectifier, and to the positive two-phase rectifier output of the additional multi-phase rectifier voltage collector of the transistor is connected, the emitter of which is connected to the negative terminal of an additional multiphase full-wave voltage rectifier, in turn, the control terminals of the thyristors of the voltage rectifier and the control terminal of the transistor are connected to the control system, the voltage sensor by its measuring inputs is connected to the phases of the multiphase alternating voltage source, and the information outputs voltage sensors are connected to the control system.

По второму варианту поставленная задача решается благодаря тому, что в регулируемом выпрямителе напряжения, состоящем из источника многофазного переменного напряжения который содержит рабочий нулевой вывод, системы управления, дросселей, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения, выпрямителя напряжения, транзистора и двух конденсаторов, дроссели включены между фазными выводами источника многофазного переменного напряжения и входом выпрямителя напряжения, плюсовой вывод выпрямителя напряжения соединен с положительной обкладкой первого конденсатора и плюсовым выводом регулируемого выпрямителя напряжения, минусовой вывод выпрямителя напряжения соединен с отрицательной обкладкой второго конденсатора и минусовым выводом регулируемого выпрямителя напряжения, отрицательная обкладка первого конденсатора соединена с положительной обкладкой второго конденсатора и с нулевым выводом источника многофазного переменного напряжения и выходной нулевой точкой регулируемого выпрямителя напряжения в отличие от прототипа, выпрямитель напряжения выполнен управляемым на тиристорах по схеме многофазного двухполупериодного моста, с образованием многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, причем регулируемый выпрямитель напряжения дополнительно содержит датчик напряжения и дополнительный многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения собранный на диодах, причем входы дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения соединены с одноименными входами основного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, а к плюсовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключен коллектор транзистора, эмиттер которого подключен к минусовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, управляющие выводы тиристоров выпрямителя напряжения и управляющий вывод транзистора подключены к системе управления, датчик напряжения своими измерительными входами подключен к фазам источника многофазного переменного напряжения, а информационные выходы датчика напряжения подключены к системе управления.According to the second option, the task is solved due to the fact that in an adjustable voltage rectifier consisting of a multiphase AC voltage source that contains a working zero terminal, a control system, chokes, the number of which is equal to the number of phases of a multiphase AC voltage source, a voltage rectifier, a transistor and two capacitors, chokes are connected between the phase terminals of the multiphase AC voltage source and the input of the voltage rectifier, the positive terminal of the voltage rectifier is connected to the positive plate of the first capacitor and the positive terminal of the adjustable voltage rectifier, the negative terminal of the voltage rectifier is connected to the negative plate of the second capacitor and the negative terminal of the adjustable voltage rectifier, negative plate of the first capacitor is connected to the positive plate of the second capacitor and to the zero terminal of the multiphase alternating voltage source and the output zero point is adjustable th voltage rectifier, in contrast to the prototype, the voltage rectifier is controlled on thyristors according to the scheme of a polyphase full-wave bridge, with the formation of a multi-phase full-wave voltage rectifier, and the adjustable voltage rectifier additionally contains a voltage sensor and an additional multi-phase full-wave voltage rectifier assembled on diodes, and the inputs of an additional multi-phase two-wave voltage rectifier the voltage rectifier is connected to the inputs of the same name of the main multiphase full-wave voltage rectifier, and the transistor collector is connected to the positive terminal of the additional multiphase full-wave voltage rectifier, the emitter of which is connected to the negative terminal of the additional multiphase full-wave voltage rectifier, the control outputs of the thyristors and the control terminals of the rectifier output system , the voltage sensor with its measuring inputs is connected It is connected to the phases of the multiphase alternating voltage source, and the information outputs of the voltage sensor are connected to the control system.

Сущность изобретения заключается в том, что для регулирования напряжения от нуля до уровня напряжения определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя используется выпрямитель напряжения собранный на тиристорах которые с помощью фазового управления осуществляют регулирование напряжение на выходе регулируемого выпрямителя напряжения. При этом дроссели осуществляют сглаживание токов потребляемых регулируемым выпрямителем напряжения из питающей сети. Для регулирования напряжения на выходе регулируемого выпрямителя напряжения выше уровня напряжения определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя используется выпрямитель напряжения собранный на диодах и коммутатор, выполненный на транзисторе. При этом выпрямитель напряжения собранный на тиристорах работает в режиме неуправляемого выпрямителя напряжения. Регулирование напряжения на выходе регулируемого выпрямителя напряжения осуществляется регулированием скважности работы транзистора коммутатора. В момент, когда транзистор коммутатора находится в замкнутом состоянии, напряжение на дросселях нарастает, и они накапливают энергию. В момент, когда транзистор коммутатора находится в разомкнутом состоянии, напряжение питающей сети складывается с накопленным напряжением на дросселе и через управляемый выпрямитель напряжения, работающий в режиме неуправляемого, прикладывается к конденсатору емкостного фильтра.The essence of the invention lies in the fact that to regulate the voltage from zero to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier, a voltage rectifier assembled on thyristors is used, which, using phase control, regulate the voltage at the output of the regulated voltage rectifier. In this case, the chokes smooth out the currents consumed by the adjustable voltage rectifier from the supply network. To regulate the voltage at the output of an adjustable voltage rectifier above the voltage level determined by the voltage level of an uncontrolled rectifier, a voltage rectifier assembled on diodes and a switch made on a transistor are used. In this case, the voltage rectifier assembled on thyristors operates in the mode of an uncontrolled voltage rectifier. Voltage regulation at the output of an adjustable voltage rectifier is carried out by regulating the duty cycle of the switch transistor. At the moment when the switch transistor is in a closed state, the voltage across the chokes increases, and they accumulate energy. At the moment when the switch transistor is in the open state, the supply voltage is added to the accumulated voltage across the inductor and is applied to the capacitor of the capacitive filter through the controlled voltage rectifier operating in the uncontrolled mode.

Сопоставление предлагаемых изобретений и прототипа показало, что поставленная задача - возможность осуществления регулирования выпрямленного напряжения как ниже, так и выше относительно уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемых изобретений критерию патентоспособности «новизна».Comparison of the proposed inventions and the prototype showed that the task - the ability to regulate the rectified voltage both lower and higher relative to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier - is solved as a result of a new set of features, which proves the compliance of the proposed inventions with the "novelty" patentability criterion.

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электротехники не выявил отдельных отличительных признаков заявляемых изобретений, что позволяет сделать вывод об их соответствии критерию «изобретательский уровень».In turn, the conducted information search in the field of electrical engineering did not reveal individual distinctive features of the claimed inventions, which allows us to conclude that they comply with the criterion of "inventive step".

Сущность изобретений поясняется чертежами, где:The essence of inventions is illustrated by drawings, where:

На Фиг.1 – представлена схема многофазного двухуровневого регулируемого выпрямителя напряжения, Figure 1 shows a diagram of a multi-phase two-level adjustable voltage rectifier,

на Фиг.2 – схема многофазного трехуровневого регулируемого выпрямителя напряжения, figure 2 is a diagram of a multiphase three-level adjustable voltage rectifier,

на Фиг.3 – схема двухзвенного двухуровневого преобразователя частоты построенного на основе многофазного двухуровневого регулируемого выпрямителя напряжения, figure 3 is a diagram of a two-level two-level frequency converter built on the basis of a multi-phase two-level adjustable voltage rectifier,

на Фиг.4 – схема трехуровневого преобразователя частоты построенного на основе многофазного трехуровневого регулируемого выпрямителя напряжения с трехуровневым инвертором напряжения с отсекающими диодами, Fig. 4 is a diagram of a three-level frequency converter built on the basis of a multi-phase three-level adjustable voltage rectifier with a three-level voltage inverter with cut-off diodes,

на Фиг.5 –схема трехуровневого преобразователя частоты построенного на основе многофазного трехуровневого регулируемого выпрямителя напряжения с мостовым Т – образным трехуровневым инвертором напряжения, Fig. 5 is a diagram of a three-level frequency converter built on the basis of a multi-phase three-level adjustable voltage rectifier with a bridge T-shaped three-level voltage inverter,

на Фиг.6 – схема многофазного двухуровневого регулируемого выпрямителя напряжения, выполненного на полууправляемом выпрямителе с катодной группой соединения тиристоров и анодной группой соединения диодов, Fig. 6 is a diagram of a multiphase two-level adjustable voltage rectifier made on a semi-controlled rectifier with a cathode group for connecting thyristors and an anode group for connecting diodes,

на Фиг. 7 – схема многофазного двухуровневого регулируемого выпрямителя напряжения, выполненного на полууправляемом выпрямителе с анодной группой соединения тиристоров и катодной группой соединения диодов.in FIG. 7 is a diagram of a multiphase two-level adjustable voltage rectifier made on a semi-controlled rectifier with an anode thyristor connection group and a cathode diode connection group.

Двухуровневый регулируемый выпрямитель напряжения (Фиг.1) состоит из источника многофазного переменного напряжения 1, системы управления 2, дросселей 3-1÷3-n, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения 1, выпрямителя напряжения 4, транзистора 5 и конденсатора 6. Дроссели 3-1÷3-n включены между выводами источника многофазного переменного напряжения 1 и входом выпрямителя напряжения 4. Минусовой вывод выпрямителя напряжения 4 соединен с отрицательной обкладкой конденсатора 6 и минусовым выводом 7 регулируемого выпрямителя напряжения. Плюсовой вывод выпрямителя напряжения 4 соединен с плюсовым выводом 8 регулируемого выпрямителя напряжения. Выпрямитель напряжения 4 выполнен управляемым на тиристорах 9-1÷9-(2·n) по схеме многофазного двухполупериодного моста. Плюсовой вывод выпрямителя напряжения 4 соединен с положительной обкладкой конденсатора 6. Регулируемый выпрямитель напряжения дополнительно содержит датчик напряжения 10 и дополнительный многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 11 собранный на диодах. Входы дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 11 соединены с одноименными входами основного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 4. К плюсовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 11 подключен коллектор транзистора 5, эмиттер которого подключен к минусовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 11. Управляющие выводы тиристоров 9-1÷9-(2⋅n) выпрямителя напряжения 4 и управляющий вывод транзистора 5 подключены к системе управления 2. Датчик напряжения 10 своими измерительными входами подключен к фазам источника многофазного переменного напряжения 1. Информационные выходы датчика напряжения 10 подключены к системе управления 2.A two-level adjustable voltage rectifier (Fig. 1) consists of a multiphase AC voltage source 1, a control system 2, chokes 3-1 ÷ 3-n, the number of which is equal to the number of phases of a multiphase AC voltage source 1, a voltage rectifier 4, a transistor 5 and a capacitor 6 Chokes 3-1 ÷ 3-n are connected between the terminals of the polyphase alternating voltage source 1 and the input of the voltage rectifier 4. The negative terminal of the voltage rectifier 4 is connected to the negative plate of the capacitor 6 and the negative terminal 7 of the adjustable voltage rectifier. The positive terminal of the voltage rectifier 4 is connected to the positive terminal 8 of the regulated voltage rectifier. The voltage rectifier 4 is made controlled on thyristors 9-1 ÷ 9- (2 · n) according to the scheme of a multiphase full-wave bridge. The positive terminal of the voltage rectifier 4 is connected to the positive plate of the capacitor 6. The adjustable voltage rectifier additionally contains a voltage sensor 10 and an additional multiphase full-wave voltage rectifier 11 assembled on diodes. The inputs of the additional polyphase full-wave voltage rectifier 11 are connected to the same inputs of the main polyphase full-wave voltage rectifier 4. To the positive terminal of the additional polyphase full-wave voltage rectifier 11 is connected the collector of the transistor 5, the emitter of which is connected to the negative output of the additional multiphase half-wave rectifier 11 1 ÷ 9- (2⋅n) of the voltage rectifier 4 and the control output of the transistor 5 are connected to the control system 2. The voltage sensor 10 with its measuring inputs is connected to the phases of the multiphase alternating voltage source 1. Information outputs of the voltage sensor 10 are connected to the control system 2.

Трехуровневый регулируемый выпрямитель напряжения (Фиг.2) состоит из источника многофазного переменного напряжения 1 который содержит рабочий нулевой вывод, системы управления 2, дросселей 3-1÷3-n, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения 1, выпрямителя напряжения 4, транзистора 5 и двух конденсаторов 6, 12. Дроссели 3-1÷3-n включены между фазными выводами источника многофазного переменного напряжения 1 и входом выпрямителя напряжения 4. Плюсовой вывод выпрямителя напряжения 4 соединен с положительной обкладкой первого конденсатора 6 и плюсовым выводом 8 регулируемого выпрямителя напряжения. Минусовой вывод выпрямителя напряжения 4 соединен с отрицательной обкладкой второго конденсатора 12 и минусовым выводом 7 регулируемого выпрямителя напряжения. Отрицательная обкладка первого конденсатора 6 соединена с положительной обкладкой второго конденсатора 12 и с нулевым выводом источника многофазного переменного напряжения 1 и выходной нулевой точкой 13 регулируемого выпрямителя напряжения. Выпрямитель напряжения 4 выполнен управляемым на тиристорах 9-1÷9-(2⋅n) по схеме многофазного двухполупериодного моста. Причем регулируемый выпрямитель напряжения дополнительно содержит датчик напряжения 10 и дополнительный многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 11 собранный на диодах. Входы дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 11 соединены с одноименными входами основного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 4. К плюсовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 11 подключен коллектор транзистора 5, эмиттер которого подключен к минусовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 11. Управляющие выводы тиристоров 9-1÷9-(2⋅n) выпрямителя напряжения 4 и управляющий вывод транзистора 5 подключены к системе управления 2. Датчик напряжения 10 своими измерительными входами подключен к фазам источника многофазного переменного напряжения 1, а информационные выходы датчика напряжения 10 подключены к системе управления 2.A three-level adjustable voltage rectifier (Fig. 2) consists of a multiphase alternating voltage source 1, which contains a working zero output, a control system 2, chokes 3-1 ÷ 3-n, the number of which is equal to the number of phases of a polyphase alternating voltage source 1, a voltage rectifier 4, transistor 5 and two capacitors 6, 12. Chokes 3-1 ÷ 3-n are connected between the phase terminals of the polyphase alternating voltage source 1 and the input of the voltage rectifier 4. The positive terminal of the voltage rectifier 4 is connected to the positive plate of the first capacitor 6 and the positive terminal 8 of the adjustable rectifier voltage. The negative terminal of the voltage rectifier 4 is connected to the negative plate of the second capacitor 12 and the negative terminal 7 of the adjustable voltage rectifier. The negative plate of the first capacitor 6 is connected to the positive plate of the second capacitor 12 and to the zero terminal of the polyphase alternating voltage source 1 and the output zero point 13 of the adjustable voltage rectifier. The voltage rectifier 4 is made controlled on thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n) according to the scheme of a polyphase full-wave bridge. Moreover, the adjustable voltage rectifier additionally contains a voltage sensor 10 and an additional multiphase full-wave voltage rectifier 11 assembled on diodes. The inputs of the additional polyphase full-wave voltage rectifier 11 are connected to the same inputs of the main polyphase full-wave voltage rectifier 4. To the positive terminal of the additional polyphase full-wave voltage rectifier 11 is connected the collector of the transistor 5, the emitter of which is connected to the negative output of the additional multiphase half-wave rectifier 11 1 ÷ 9- (2⋅n) of the voltage rectifier 4 and the control output of the transistor 5 are connected to the control system 2. The voltage sensor 10 with its measuring inputs is connected to the phases of the multiphase alternating voltage source 1, and the information outputs of the voltage sensor 10 are connected to the control system 2.

Регулируемый выпрямитель напряжения может работать в двух режимах: в режиме понижающего выпрямителя напряжения относительно уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения схемы неуправляемого выпрямителя и в режиме повышающего выпрямителя напряжения относительно уровня напряжения определяемого уровнем напряжения схемы неуправляемого выпрямителя.An adjustable voltage rectifier can operate in two modes: in the step-down rectifier mode with respect to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier circuit and in the step-up rectifier mode with respect to the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier circuit.

Ниже описывается работа регулируемого выпрямителя напряжения в каждом из двух возможных режимов работы.The following describes the operation of the variable voltage rectifier in each of the two possible modes of operation.

Работа двухуровневого регулируемого выпрямителя напряжения (Фиг.1) в режиме понижающего выпрямителя напряжения, осуществляющего регулирование или стабилизацию выходного напряжения на уровне напряжения в диапазоне от нуля до уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения схемы неуправляемого выпрямителя напряжения, происходит следующим образом. The operation of a two-level adjustable voltage rectifier (Fig. 1) in the mode of a step-down voltage rectifier that regulates or stabilizes the output voltage at a voltage level in the range from zero to a voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled voltage rectifier circuit is as follows.

При наличии напряжения на фазах источника многофазного переменного напряжения 1 регулируемого выпрямителя напряжения 1 с использованием информации от датчика напряжения 10 с помощью системы управления 2 осуществляется управление тиристорами 9-1÷9-(2⋅n) по алгоритму импульсно-фазового управления. Осуществляя регулирование угла фазового управления тиристорами 9-1÷9-(2⋅n) полупроводникового выпрямителя 4, возможно осуществлять регулирование среднего значения напряжения между минусовым 7 и плюсовым 8 выводами выпрямителя напряжения. При этом в регулируемом выпрямителе напряжения может быть обеспечено плавное нарастание выходного напряжения на заданный уровень. Система управления 2 с использованием информации от датчика напряжения 10 осуществляет плавное открытие тиристоров 9-1÷9-(2·n), изменяя угол фазового управления от максимального значения

электрических градусов до значения, которое определяет требуемый уровень выходного напряжения регулируемого выпрямителя напряжения. При этом происходит ограничение тока заряда конденсатора 6 и его плавный заряд. В этом режиме работы регулируемого выпрямителя напряжения транзистор 5 находится в закрытом состоянии, а дроссели 3-1÷3-n осуществляют сглаживание тока потребляемого выпрямителем напряжения от источника многофазного переменного напряжения 1. При этом дополнительный выпрямитель напряжения 11 работает в этом режиме без нагрузки, вхолостую. Конденсатор 6 осуществляет сглаживание пульсации выпрямленного напряжения, выполняя роль емкостного фильтра.In the presence of voltage on the phases of the multiphase alternating voltage source 1 of the adjustable voltage rectifier 1, using information from the voltage sensor 10, using the control system 2, thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n) are controlled according to the pulse-phase control algorithm. By adjusting the phase control angle of the thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n) of the semiconductor rectifier 4, it is possible to regulate the average voltage value between the negative 7 and positive 8 terminals of the voltage rectifier. In this case, a smooth increase in the output voltage to a predetermined level can be ensured in an adjustable voltage rectifier. Control system 2, using information from voltage sensor 10, smoothly opens thyristors 9-1 ÷ 9- (2n), changing the phase control angle from the maximum value

electrical degrees to a value that determines the required level of the output voltage of the regulated voltage rectifier. In this case, there is a limitation of the charge current of the capacitor 6 and its smooth charge. In this operating mode of the regulated voltage rectifier, the transistor 5 is in the closed state, and the chokes 3-1 ÷ 3-n smooth the current consumed by the rectifier voltage from the multiphase alternating voltage source 1. In this case, the additional voltage rectifier 11 operates in this mode without load, idle ... Capacitor 6 smooths the rectified voltage ripple, acting as a capacitive filter.

Работа регулируемого выпрямителя напряжения (Фиг.1) в режиме повышающего выпрямителя напряжения осуществляющего регулирование или стабилизацию выходного напряжения на уровне напряжения выше уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя напряжения, происходит следующим образом. The operation of the regulated voltage rectifier (Fig. 1) in the mode of the step-up voltage rectifier regulating or stabilizing the output voltage at a voltage level higher than the voltage level determined by the voltage level of the uncontrolled voltage rectifier is as follows.

Система управления 2 с использованием информации от датчика напряжения 10 осуществляет плавное открытие тиристоров 9-1÷9-(2⋅n) изменяя угол фазового управления от максимального значения

электрических градусов до нуля. При этом происходит плавный заряд конденсатора 6, тем самым происходит ограничение тока заряда конденсатора 6. При угле фазового управления тиристорами 9-1÷9-(2⋅n) полупроводникового выпрямителя 4 равным нулю, между плюсовым 8 и минусовым 7 выводам выпрямителя напряжения образуется напряжение, определяемое уровнем напряжения схемы неуправляемого выпрямителя за минусом падения напряжения на дросселях 3-1÷3-n и тиристорах 9-1÷9-(2⋅n). Тиристоры 9-1÷9-(2⋅n) находятся в полностью открытом состоянии и коммутируются при естественном угле коммутации (работают как выпрямительные диоды). При этом конденсатор 6 осуществляет сглаживание пульсации выпрямленного напряжения, выполняя роль фильтра. При необходимости повышения напряжения на выходе выпрямителя напряжения система управления 2 выполняет управление транзистором 5, подключенного к плюсовому и минусовому выводам дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения 11 по закону широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом транзистор 5 работает исключительно в ключевом режиме работы. При включении транзистора 5 происходит нарастание тока, протекающего через дроссели 3-1÷3-n, при этом они накапливают энергию, а напряжение на дросселях 3-1÷3-n определяется согласно закону

где L – индуктивность дросселя, i _L – ток, протекающий через дроссель. При отключении транзистора 5 энергия, накопленная в дросселях 3-1÷3-n, передается через выпрямитель напряжения 4 на заряд конденсатора 6 и на нагрузку, подключенную к плюсовому 8 и минусовому 7 выводам регулируемого выпрямителя напряжения. При этом напряжение на выходе регулируемого выпрямителя напряжения определяется уровнем напряжения источника многофазного переменного напряжения 1 и падением напряжения на дросселях 3-1÷3-n,

, а также коэффициентом схемы выпрямителя напряжения 4. Дополнительный многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 11 организует выпрямление зарядного тока дросселей 3-1÷3-n для коммутации его однонаправленным ключом - транзистором 5. Для исключения возникновения коммутационных перенапряжении на транзисторе 5, вызванных его коммутацией, дополнительный многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения 11 и транзистор 5 должны быть конструктивно расположены, как можно ближе к дросселям 3-1÷3-n. Изменяя величину скважности (отношения времени включенного состояния транзистора к периоду модуляции) работы транзистора при фиксированной частоте ШИМ, можно осуществлять регулирование напряжения на дросселях 3-1÷3-n, а соответственно осуществлять регулирование напряжения между плюсовым 8 и минусовым 7 выводами регулируемого выпрямителя напряжения. Дроссели 3-1÷3-n кроме функции накопителя энергии осуществляют сглаживание тока потребляемого регулируемым выпрямителем напряжения из сети. На Фиг.3 представлен вариант схемы двухзвенного двухуровнего преобразователя частоты, построенного на основе многофазного двухуровневого регулируемого выпрямителя напряжения на выход, которого подключен трехфазный двухуровневый инвертор напряжения 14. При этом инвертор напряжения 14 может быть выполнен с любым количеством выходных фаз. Такое схемное решение позволяет регулировать напряжение питания инвертора напряжения 14 для получения требуемого уровня напряжения на выходе двухзвенного преобразователя частоты.Control system 2, using information from voltage sensor 10, smoothly opens thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n) by changing the phase control angle from the maximum value

electrical degrees to zero. In this case, a smooth charge of the capacitor 6 occurs, thereby limiting the charge current of the capacitor 6. When the phase control angle of the thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n) of the semiconductor rectifier 4 is equal to zero, a voltage is formed between the positive 8 and minus 7 terminals of the voltage rectifier , determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier circuit minus the voltage drop across the chokes 3-1 ÷ 3-n and thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n). Thyristors 9-1 ÷ 9- (2⋅n) are in a fully open state and are commutated at a natural angle of commutation (they work as rectifier diodes). In this case, the capacitor 6 smooths the ripple of the rectified voltage, acting as a filter. If it is necessary to increase the voltage at the output of the voltage rectifier, the control system 2 controls the transistor 5 connected to the positive and negative terminals of the additional multiphase full-wave voltage rectifier 11 according to the law of pulse-width modulation (PWM). In this case, the transistor 5 operates exclusively in the key mode of operation. When the transistor 5 is turned on, the current flowing through the chokes 3-1 ÷ 3-n increases, while they accumulate energy, and the voltage across the chokes 3-1 ÷ 3-n is determined according to the law

where L is the inductance of the choke, i _L is the current flowing through the choke. When the transistor 5 is turned off, the energy stored in the chokes 3-1 ÷ 3-n is transferred through the voltage rectifier 4 to the charge of the capacitor 6 and to the load connected to the positive 8 and negative 7 terminals of the regulated voltage rectifier. In this case, the voltage at the output of the regulated voltage rectifier is determined by the voltage level of the multiphase alternating voltage source 1 and the voltage drop across the chokes 3-1 ÷ 3-n,

, as well as the ratio of the voltage rectifier circuit 4. An additional multiphase full-wave voltage rectifier 11 organizes the rectification of the charging current of the chokes 3-1 ÷ 3-n for switching it with a unidirectional switch - transistor 5. To exclude the occurrence of switching overvoltage on the transistor 5 caused by its switching, an additional polyphase full-wave voltage rectifier 11 and transistor 5 should be structurally located as close as possible to the chokes 3-1 ÷ 3-n. By changing the duty cycle (the ratio of the on-state time of the transistor to the modulation period) of the transistor operation at a fixed PWM frequency, it is possible to regulate the voltage across the chokes 3-1 ÷ 3-n, and, accordingly, regulate the voltage between the positive 8 and negative 7 terminals of the adjustable voltage rectifier. Chokes 3-1 ÷ 3-n, in addition to the energy storage function, smooth out the current consumed by the regulated rectifier voltage from the network. Figure 3 shows a variant of the circuit of a two-level two-level frequency converter, built on the basis of a multi-phase two-level adjustable voltage rectifier at the output, which is connected to a three-phase two-level voltage inverter 14. In this case, the voltage inverter 14 can be made with any number of output phases. This circuit design allows you to adjust the supply voltage of the voltage inverter 14 to obtain the required voltage level at the output of the two-link frequency converter.

На Фиг. 2 изображен вариант схемы регулируемого выпрямителя напряжения, позволяющего получать три уровня напряжения на своем выходе. При этом схема содержит источник многофазного переменного напряжения 1 с нулевым выводом, подключенным к общей точке конденсаторов 6, 12. Работа регулируемого выпрямителя напряжения изображенного на Фиг. 2 происходит аналогичным образом как и схема регулируемого выпрямителя напряжения изображенного на Фиг. 1 за исключением того что с использованием нулевого вывода источника многофазного переменного напряжения 1 и дополнительного конденсатора 12 регулируемый выпрямитель напряжения способен выдавать два независимых уровня напряжения: между плюсовым 8 и нулевым 13 выходными выводами, а так же между минусовым 7 и нулевым 13 выходными выводами, а также один зависимый уровень напряжения между минусовым 7 и между плюсовым 8 выводами. Напряжения на выводах плюсовом 8 относительно нулевого 13 выводах и на выводах минусовом 7 относительно нулевого 13 регулируемого выпрямителя напряжения образуются искусственно реализованными однополупериодными многофазными выпрямителями, собранными на тиристорах 9-1 ÷ 9-n и 9-(n+1) ÷ 9-(2⋅n) выпрямителя напряжения 4 соответственно. При этом выпрямитель, собранный на тиристорах 9-1 ÷ 9-n образует катодную группу выпрямления, а выпрямитель, собранный на тиристорах 9-(n+1) ÷ 9-(2⋅n) образует анодную группу выпрямления выходных напряжении между выводами плюсовым 8 и нулевым 13 и между минусовым 7 и нулевым 13 выводами регулируемого выпрямителя напряжения соответственно. При этом конденсаторы 7, 12 осуществляют сглаживание пульсации выпрямленного напряжения, выполняя роль фильтров. Отличительной особенностью схемы регулируемого выпрямителя напряжения изображенного на Фиг.2 является то, что можно осуществлять независимое регулирование напряжений первого и второго уровня как выше, так и ниже уровня напряжения определяемого неуправляемым выпрямителем.FIG. 2 shows a variant of the circuit of an adjustable voltage rectifier, which allows obtaining three voltage levels at its output. In this case, the circuit contains a multiphase alternating voltage source 1 with a zero terminal connected to the common point of the capacitors 6, 12. The operation of the adjustable voltage rectifier shown in FIG. 2 proceeds in the same way as the circuit of the adjustable voltage rectifier shown in FIG. 1 except that using the zero terminal of the polyphase alternating voltage source 1 and an additional capacitor 12, the regulated voltage rectifier is capable of delivering two independent voltage levels: between positive 8 and zero 13 output terminals, as well as between negative 7 and zero 13 output terminals, and also one dependent voltage level between minus 7 and between plus 8 terminals. The voltages at the positive terminals 8 relative to the zero 13 terminals and at the negative terminals 7 relative to the zero 13 regulated voltage rectifier are formed by artificially realized half-wave polyphase rectifiers assembled on thyristors 9-1 ÷ 9-n and 9- (n + 1) ÷ 9- (2 ⋅n) of the voltage rectifier 4, respectively. In this case, the rectifier assembled on thyristors 9-1 ÷ 9-n forms a cathode rectifier group, and the rectifier assembled on thyristors 9- (n + 1) ÷ 9- (2⋅n) forms an anode rectifying group for the output voltage between the positive terminals 8 and zero 13 and between negative 7 and zero 13 terminals of the regulated voltage rectifier, respectively. In this case, the capacitors 7, 12 smooth out the ripple of the rectified voltage, acting as filters. A distinctive feature of the regulated voltage rectifier circuit shown in Fig. 2 is that it is possible to independently regulate the voltages of the first and second levels both above and below the voltage level determined by the uncontrolled rectifier.

На Фиг.4 представлен вариант схемы двухзвенного трехуровневого преобразователя частоты, построенного на основе многофазного трехуровневого регулируемого выпрямителя напряжения на выход, которого подключен трехфазный трехуровневый инвертор напряжения 15 выполненный по схеме трехуровневого инвертора напряжения с отсекающими диодами. На Фиг.5 представлен вариант схемы двухзвенного трехуровневого преобразователя частоты построенного на основе многофазного трехуровневого регулируемого выпрямителя напряжения на выход, которого подключен трехфазный трехуровневый инвертор напряжения 16 выполненный по мостовой схеме с Т-образным трехуровневым инвертором напряжения. При этом инверторы напряжения 15 и 16 могут быть выполнены с любым количеством выходных фаз. Такое схемное решение позволяет регулировать напряжение питания инверторов напряжения 15 (Фиг.5) и 16 (Фиг.6) для получения требуемого уровня напряжения на выходе двухзвенного преобразователя частоты.Figure 4 shows a variant of the circuit of a two-level three-level frequency converter, built on the basis of a multi-phase three-level adjustable voltage rectifier at the output, which is connected to a three-phase three-level voltage inverter 15 made according to the scheme of a three-level voltage inverter with cut-off diodes. Figure 5 shows a variant of the circuit of a two-link three-level frequency converter built on the basis of a multi-phase three-level adjustable voltage rectifier at the output, which is connected to a three-phase three-level voltage inverter 16 made on a bridge circuit with a T-shaped three-level voltage inverter. In this case, the voltage inverters 15 and 16 can be made with any number of output phases. This circuit design allows you to regulate the supply voltage of the voltage inverters 15 (Fig. 5) and 16 (Fig. 6) to obtain the required voltage level at the output of the two-link frequency converter.

Предложенная схема регулируемого выпрямителя напряжения (Фиг.1, Фиг.2) отличается простой структурой силовой части. При этом предложенный вариант схемы (Фиг.2) позволяет получать три различных уровня напряжения (два независимых и один зависимый) на выходе регулируемого выпрямителя напряжения. Достоинством схемы является возможность регулирования напряжения как вниз, так и вверх относительно напряжения определяемого уровнем напряжения неуправляемого выпрямителя. Кроме того, предложенная схема обладает высокой степенью надежности и высоким КПД за счет снижения количества полупроводниковых элементов работающих в каждый момент времени.The proposed circuit of an adjustable voltage rectifier (Fig. 1, Fig. 2) is characterized by a simple structure of the power section. In this case, the proposed version of the circuit (Fig. 2) allows you to obtain three different voltage levels (two independent and one dependent) at the output of an adjustable voltage rectifier. The advantage of the circuit is the ability to regulate the voltage both down and up relative to the voltage determined by the voltage level of the uncontrolled rectifier. In addition, the proposed circuit has a high degree of reliability and high efficiency due to a decrease in the number of semiconductor elements operating at each moment of time.

На Фиг. 6 и Фиг. 7 изображены варианты схем регулируемого выпрямителя напряжения, в которых полупроводниковый выпрямитель 4 выполнен полууправляемым на тиристорах 9-1 ÷ 9-n и диодах 17-1 ÷ 17-n. При этом схема регулируемого выпрямителя напряжения изображенного на Фиг. 6 реализована на катодной группе соединения тиристоров 9-1 ÷ 9-n и анодной группе соединения диодов 17-1 ÷ 17-n выпрямителя напряжения 4. Схема регулируемого выпрямителя напряжения изображенного на Фиг. 7 реализована на анодной группе соединения тиристоров 9-1 ÷ 9-n и катодной группе соединения диодов 17-1 ÷ 17-n выпрямителя напряжения 4. Такое схемное решение позволит упростить систему управления 2 и уменьшить количество ее каналов управления управляемыми полупроводниковыми ключами. Однако при этом уменьшится диапазон регулирования выходного напряжения вниз относительно напряжения определяемого схемой неуправляемого выпрямителя. Регулирование напряжения вниз в регулируемом выпрямителе напряжения будет осуществляться в диапазоне от уровня напряжения многофазного однополупериодного выпрямителя до уровня напряжения, определяемого неуправляемым многофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения. Схемы выпрямителей напряжения, представленные на Фиг.6 и Фиг.7 могут быть использованы в составе электрических преобразователей, в которых нет необходимости осуществлять регулирование напряжения ниже уровня напряжения определяемого многофазным однополупериодным выпрямителем напряжения. При этом схемы выпрямителей напряжения, представленные на Фиг.6 и Фиг.7 работают аналогично схеме изображенной на Фиг.1 и не требует дополнительных пояснений.FIG. 6 and FIG. 7 shows variants of circuits of an adjustable voltage rectifier, in which the semiconductor rectifier 4 is made semi-controlled on thyristors 9-1 ÷ 9-n and diodes 17-1 ÷ 17-n. In this case, the circuit of the adjustable voltage rectifier shown in FIG. 6 is implemented on the cathode group for connecting thyristors 9-1 ÷ 9-n and the anode group for connecting the diodes 17-1 ÷ 17-n of the voltage rectifier 4. The circuit of the adjustable voltage rectifier shown in FIG. 7 is implemented on the anode group for connecting thyristors 9-1 ÷ 9-n and the cathode group for connecting diodes 17-1 ÷ 17-n of the voltage rectifier 4. Such a circuit solution will simplify the control system 2 and reduce the number of its control channels for controlled semiconductor switches. However, this will decrease the range of regulation of the output voltage downward relative to the voltage determined by the uncontrolled rectifier circuit. The downward voltage regulation in the variable voltage rectifier will range from the voltage level of the multi-phase full-wave rectifier to the voltage level determined by the uncontrolled multi-phase full-wave rectifier. The voltage rectifier circuits shown in Fig. 6 and Fig. 7 can be used as part of electrical converters, in which there is no need to regulate the voltage below the voltage level determined by a multiphase half-wave voltage rectifier. In this case, the voltage rectifier circuits shown in Fig. 6 and Fig. 7 operate similarly to the circuit shown in Fig. 1 and does not require additional explanations.

Таким образом, предлагаемая группа изобретений позволяет осуществлять регулирование напряжения на своем выходе как ниже, так и выше уровня напряжения, определяемого схемой неуправляемого выпрямителя напряжения. Кроме того предложенные изобретения позволяют уменьшить число полупроводниковых элементов силовой схемы, повысить К.П.Д., улучшить функциональные возможности, упростить систему управления, повысить надежность при работе, снизить вес, габариты и стоимость устройств. Предложенные изобретения позволяют создать схему регулируемого трехуровнего выпрямителя напряжения без использования согласующего трансформатора, которая может быть использована в составе многоуровневых двухзвенных преобразователей частоты для питания многоуровневых инверторов напряжения. Thus, the proposed group of inventions makes it possible to regulate the voltage at its output both below and above the voltage level determined by the uncontrolled voltage rectifier circuit. In addition, the proposed inventions make it possible to reduce the number of semiconductor elements of the power circuit, increase the efficiency, improve the functionality, simplify the control system, increase the reliability during operation, and reduce the weight, size and cost of devices. The proposed inventions make it possible to create a circuit of an adjustable three-level voltage rectifier without using a matching transformer, which can be used as part of multi-level two-tier frequency converters to power multi-level voltage inverters.

Изобретения были созданы специалистами кафедры «Электропривода и электрооборудования береговых установок» ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» и апробировано на имитационной математической модели. Полученные результаты позволяют сделать вывод о соответствии изобретений критерию «промышленная применимость».The inventions were created by specialists of the Department of Electric Drive and Electrical Equipment of Onshore Installations of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “State University of Maritime and River Fleet named after Admiral S.O. Makarov ”and tested on a mathematical simulation model. The results obtained allow us to conclude that the inventions comply with the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. Регулируемый выпрямитель напряжения, состоящий из источника многофазного переменного напряжения, системы управления, дросселей, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения, выпрямителя напряжения, транзистора и конденсатора, дроссели включены между выводами источника многофазного переменного напряжения и входом выпрямителя напряжения, минусовой вывод выпрямителя напряжения соединен с отрицательной обкладкой конденсатора и минусовым выводом регулируемого выпрямителя напряжения, плюсовой вывод выпрямителя напряжения соединен с плюсовым выводом регулируемого выпрямителя напряжения, отличающийся тем, что выпрямитель напряжения выполнен управляемым на тиристорах по схеме многофазного двухполупериодного моста, плюсовой вывод которого соединен с положительной обкладкой конденсатора, причем регулируемый выпрямитель напряжения дополнительно содержит датчик напряжения и дополнительный многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения, собранный на диодах, причем входы дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения соединены с одноименными входами основного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, а к плюсовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключен коллектор транзистора, эмиттер которого подключен к минусовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, управляющие выводы тиристоров выпрямителя напряжения и управляющий вывод транзистора подключены к системе управления, датчик напряжения своими измерительными входами подключен к фазам источника многофазного переменного напряжения, а информационные выходы датчика напряжения подключены к системе управления.1. An adjustable voltage rectifier consisting of a multiphase AC voltage source, a control system, chokes, the number of which is equal to the number of phases of a polyphase AC voltage source, a voltage rectifier, a transistor and a capacitor, chokes are connected between the terminals of the multiphase AC voltage source and the input of the voltage rectifier, negative terminal the voltage rectifier is connected to the negative plate of the capacitor and the negative terminal of the adjustable voltage rectifier, the positive terminal of the voltage rectifier is connected to the positive terminal of the adjustable voltage rectifier, characterized in that the voltage rectifier is controlled by thyristors according to the scheme of a multiphase full-wave bridge, the positive terminal of which is connected to the positive plate of the capacitor , and the regulated voltage rectifier additionally contains a voltage sensor and an additional multiphase full-wave voltage rectifier assembled on diodes, pr and where the inputs of the additional multiphase full-wave voltage rectifier are connected to the same inputs of the main multiphase full-wave voltage rectifier, and the transistor collector is connected to the positive terminal of the additional multiphase full-wave voltage rectifier, the emitter of which is connected to the negative output of the additional multi-phase half-wave rectifier, and to the negative output of the additional multiphase half-wave rectifier rectifier transistors are connected to the control system, the voltage sensor with its measuring inputs is connected to the phases of the multiphase alternating voltage source, and the information outputs of the voltage sensor are connected to the control system.

2. Регулируемый выпрямитель напряжения, состоящий из источника многофазного переменного напряжения, который содержит рабочий нулевой вывод, системы управления, дросселей, число которых равно числу фаз источника многофазного переменного напряжения, выпрямителя напряжения, транзистора и двух конденсаторов, дроссели включены между фазными выводами источника многофазного переменного напряжения и входом выпрямителя напряжения, плюсовой вывод выпрямителя напряжения соединен с положительной обкладкой первого конденсатора и плюсовым выводом регулируемого выпрямителя напряжения, минусовой вывод выпрямителя напряжения соединен с отрицательной обкладкой второго конденсатора и минусовым выводом регулируемого выпрямителя напряжения, отрицательная обкладка первого конденсатора соединена с положительной обкладкой второго конденсатора и с нулевым выводом источника многофазного переменного напряжения и выходной нулевой точкой регулируемого выпрямителя напряжения, отличающийся тем, что выпрямитель напряжения выполнен управляемым на тиристорах по схеме многофазного двухполупериодного моста, причем регулируемый выпрямитель напряжения дополнительно содержит датчик напряжения и дополнительный многофазный двухполупериодный выпрямитель напряжения, собранный на диодах, причем входы дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения соединены с одноименными входами основного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, а к плюсовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения подключен коллектор транзистора, эмиттер которого подключен к минусовому выводу дополнительного многофазного двухполупериодного выпрямителя напряжения, управляющие выводы тиристоров выпрямителя напряжения и управляющий вывод транзистора подключены к системе управления, датчик напряжения своими измерительными входами подключен к фазам источника многофазного переменного напряжения, а информационные выходы датчика напряжения подключены к системе управления.2. An adjustable voltage rectifier, consisting of a multiphase AC voltage source, which contains a working zero output, a control system, chokes, the number of which is equal to the number of phases of the polyphase AC voltage source, a voltage rectifier, a transistor and two capacitors, chokes are connected between the phase terminals of the polyphase AC source voltage and the input of the voltage rectifier, the positive terminal of the voltage rectifier is connected to the positive plate of the first capacitor and the positive terminal of the adjustable voltage rectifier, the negative terminal of the voltage rectifier is connected to the negative plate of the second capacitor and the negative terminal of the adjustable voltage rectifier, the negative plate of the first capacitor is connected to the positive plate of the second capacitor and with a zero terminal of a multiphase alternating voltage source and an output zero point of an adjustable voltage rectifier, characterized in that the voltage rectifier is made controlled on thyristors according to the scheme of a polyphase full-wave bridge, and the regulated voltage rectifier additionally contains a voltage sensor and an additional polyphase full-wave voltage rectifier assembled on diodes, and the inputs of an additional polyphase full-wave voltage rectifier are connected to the same inputs of the main polyphase full-wave voltage rectifier, and a plus the output of the additional polyphase full-wave voltage rectifier is connected to the collector of the transistor, the emitter of which is connected to the negative output of the additional polyphase full-wave voltage rectifier, the control outputs of the thyristors of the voltage rectifier and the control output of the transistor are connected to the control system, the voltage sensor is connected with its measuring inputs to the phases of the multiphase alternating voltage source, and information outputs of the voltage sensor are connected to the control system.