RU2240642C2

RU2240642C2 - Direct-current power supply

Info

Publication number: RU2240642C2
Application number: RU2002135193/09A
Authority: RU
Inventors: А.В. Левин (RU); А.В. Левин; Э.Я. Лившиц (RU); Э.Я. Лившиц; В.Г. Пузанов (RU); В.Г. Пузанов; М.М. Юхнин (RU); М.М. Юхнин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Агрегатное конструкторское бюро "Якорь"; Открытое Акционерное Общество "Акционерное Конструкторское Бюро "Якорь-2"
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-11-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; dc power supplies.

SUBSTANCE: device has uncontrolled m-phase ac generator driven by variable-speed motor shaft. Generator winding is connected to input leads of regulated thyristor bridge rectifier whose output leads are connected to load. One of output control units is coupled with gate electrodes of first or second thyristors through normally closed controlled switch 5 which is opened by means of threshold unit 6 as soon as motor shaft speed rises above its operating threshold and interrupts supply of control pulses to respective thyristors. In the process diode 7 that connects neutral lead of generator winding to mentioned output lead of rectifier is driven in conduction with the result that mentioned rectifier starts running as half-wave rectifier and not full-wave one thereby ensuring desired degree of regulation.

EFFECT: improved output voltage characteristics, reduced mass and size of device.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании источников питания для наземных и воздушных транспортных средств.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the design of power supplies for land and air vehicles.

Известен источник питания постоянного тока, выполненный в виде генератора, мощность которого соизмерима с мощность нагрузки, обмотка генератора через регулируемый по напряжению тиристорный выпрямитель подсоединена к цепи нагрузки (1). Известное устройство характеризуется низким качеством выходного напряжения постоянного тока при изменении величины нагрузки (от холостого хода до короткого замыкания) в режимах широкого диапазона изменения (более 3 - 4-кратного) числа оборотов вала двигателя, приводящего во вращение генератор переменного тока. Наиболее близким к изобретению устройством является источник питания постоянного тока, содержащий магнитоэлектрический нерегулируемый m-фазный генератор переменного тока, мощность которого соизмерима с мощностью нагрузки, приводимый во вращение валом двигателя с переменным числом оборотов, фазные выводы обмотки генератора переменного тока соединены с входными выводами переменного тока m-фазного регулируемого мостового выпрямителя на тиристорах, выходные выводы которого, образованные объединенными анодами первых и катодами вторых тиристоров соответственно подключены к цепи нагрузки, соединенной через узел обратной связи по напряжению с входом блока управления, выходы которого связаны с управляющими электродами первых и вторых тиристоров соответственно (2). Недостаток известного устройства заключается в том, что при большом диапазоне изменения частоты вращения вала двигателя (более 3 - 4-кратного) и, следовательно, частоты выходного напряжения генератора, особенно в верхних его границах, тиристорам регулируемого выпрямителя не хватает диапазона изменения углов управления для стабилизации выходного напряжения, особенно при изменении нагрузки от холостого хода до короткого замыкания, что ведет к невозможности обеспечения заданной степени стабилизации выходного напряжения. Данный недостаток приводит к резкому уменьшению коэффициента мощности выпрямителя и, следовательно, к необходимости повышения массы генератора.A known DC power source, made in the form of a generator, the power of which is comparable with the load power, the generator winding through a voltage-regulated thyristor rectifier is connected to the load circuit (1). The known device is characterized by low quality of the output DC voltage when the load changes (from idle to short circuit) in the modes of a wide range of changes (more than 3-4 times) the number of revolutions of the motor shaft, which drives the alternator. Closest to the invention, the device is a direct current power source containing a magnetoelectric unregulated m-phase alternating current generator, the power of which is comparable with the load power, driven by a variable speed motor shaft, the phase terminals of the alternator winding are connected to the input terminals of the alternating current m-phase adjustable thyristor bridge rectifier, the output terminals of which are formed by the combined anodes of the first and cathodes of the second thyristors are respectively connected to a load circuit connected through a voltage feedback node to the input of the control unit, the outputs of which are connected to the control electrodes of the first and second thyristors, respectively (2). A disadvantage of the known device is that with a wide range of changes in the frequency of rotation of the motor shaft (more than 3-4 times) and, consequently, the frequency of the output voltage of the generator, especially in its upper limits, the thyristors of the adjustable rectifier do not have a range of variation of the control angles for stabilization output voltage, especially when the load changes from idle to short circuit, which leads to the inability to provide a given degree of stabilization of the output voltage. This drawback leads to a sharp decrease in the power factor of the rectifier and, therefore, to the need to increase the mass of the generator.

Положительным результатом, который может быть достигнут при использовании данного изобретения, является повышение качества выходного напряжения и улучшение массогабаритных показателей.A positive result that can be achieved by using the present invention is to improve the quality of the output voltage and improve the overall dimensions.

Положительный результат достигается тем, что в источнике питания постоянного тока, содержащем магнитоэлектрический нерегулируемый m-фазный генератор переменного тока, приводимый во вращение валом двигателя с переменным числом оборотов, фазные выводы обмотки генератора переменного тока соединены с входными выводами переменного тока m-фазного стабилизированного мостового тиристорного выпрямителя, выходные выводы которого, образованные объединенными анодами первых и катодами вторых тиристоров соответственно, подсоединены к выходным выводам устройства, служащим для подключения к цепи нагрузки, соединенной через узел обратной связи по напряжению с входом блока управления, выходы которого связаны с управляющими электродами первых и вторых тиристоров соответственно (2), указанная связь управляющих электродов первых либо вторых тиристоров с соответствующим выходом блока управления осуществлена через нормально замкнутый управляемый ключ, управляющий вход которого подключен к выходу введенного порогового узла, выполненного обеспечивающим размыкание управляемого ключа при превышении частоты выходного напряжения генератора переменного тока уровня срабатывания порогового узла, при этом нулевой вывод обмотки генератора переменного тока соединен с объединенными анодами первых тиристоров либо с объединенными катодами вторых тиристоров через введенный диод, анодом подключенный к объединенным анодам первых тиристоров либо катодом - к объединенным катодам вторых тиристоров соответственно. Уровень срабатывания порогового узла может быть выбран в соответствии с величиной частоты напряжения генератора переменного тока при превышении ее в 1,5-2 раза минимальной величины, либо в соответствии с частотой вращения вала двигателя при превышении ее в 1,5-2 раза минимальной величины.A positive result is achieved in that in a DC power source containing a magnetoelectric unregulated m-phase alternating current generator driven by a variable speed motor shaft, the phase terminals of the alternating current winding are connected to the input terminals of the m-phase stabilized bridge thyristor a rectifier, the output terminals of which are formed by the combined anodes of the first and cathodes of the second thyristors, respectively, connected to the output the conclusions of the device, which is used to connect to the load circuit connected through the voltage feedback node to the input of the control unit, the outputs of which are connected to the control electrodes of the first and second thyristors, respectively (2), the indicated connection of the control electrodes of the first or second thyristors with the corresponding output of the control unit implemented through a normally closed managed key, the control input of which is connected to the output of the input threshold node, which is designed to open the controlled key when the frequency of the output voltage of the alternating current generator exceeds the threshold level of the threshold node, while the zero output of the winding of the alternating current generator is connected to the combined anodes of the first thyristors or to the combined cathodes of the second thyristors through the inserted diode, the anode connected to the combined anodes of the first thyristors or the cathode to the combined cathodes of the second thyristors, respectively. The response level of the threshold node can be selected in accordance with the magnitude of the frequency of the voltage of the alternator when exceeding it by 1.5-2 times the minimum value, or in accordance with the frequency of rotation of the motor shaft when exceeding it by 1.5-2 times the minimum value.

На чертеже представлена электрическая схема устройства.The drawing shows an electrical diagram of the device.

Устройство содержит нерегулируемый магнитоэлектрический m-фазный генератор переменного тока, мощность которого соизмерима с мощностью нагрузки. Генератор приводят во вращение валом двигателя с переменным числом оборотов. Фазные выводы обмотки 1 генератора переменного тока соединены с входными выводами переменного тока m-фазного регулируемого выпрямителя 2, выполненного по мостовой схеме на тиристорах. Выходные выводы постоянного тока выпрямителя 2, образованные объединенными анодами и катодами соответственно первых и вторых тиристоров, подключены к выходным выводам, служащим для подсоединения к цепи нагрузки. Выходные выводы устройства соединены через узел обратной связи по напряжению 3 с входом блока управления 4, выходы которого связаны с управляющими электродами первых и вторых тиристоров, причем указанная связь с первыми либо вторыми тиристорами осуществлена через нормально замкнутый управляемый ключ 5. Управляющий вход управляемого ключа 5 подключен к выходу порогового узла 6, выполненного обеспечивающим размыкание управляемого ключа при превышении частоты выходного напряжения генератора переменного тока или частоты вращения вала двигателя его порога срабатывания. Вход порогового узла 6 может быть подсоединен либо к датчику частоты вращения вала, соединенному с валом, либо к датчику частоты выходного напряжения генератора переменного тока, соединенному с его обмоткой 1. Нулевой вывод обмотки 1 через диод 7 соединен с одним из выходных выводов постоянного тока выпрямителя 2.The device contains an unregulated magnetoelectric m-phase alternator, the power of which is comparable with the load power. The generator is driven into rotation by a variable speed engine shaft. The phase outputs of the winding 1 of the alternator are connected to the input terminals of the alternating current of the m-phase adjustable rectifier 2, made on a thyristor bridge circuit. The DC output terminals of the rectifier 2 formed by the combined anodes and cathodes of the first and second thyristors, respectively, are connected to the output terminals used to connect to the load circuit. The output terminals of the device are connected through the feedback node for voltage 3 with the input of the control unit 4, the outputs of which are connected to the control electrodes of the first and second thyristors, and this connection with the first or second thyristors is carried out through a normally closed controlled key 5. The control input of the controlled key 5 is connected to the output of the threshold node 6, which is designed to open the controlled key when the frequency of the output voltage of the alternating current generator or the rotational speed of the drive shaft is exceeded Gatel of its threshold of operation. The input of the threshold node 6 can be connected either to a shaft speed sensor connected to the shaft, or to an output voltage sensor of an alternating current generator connected to its winding 1. The zero output of winding 1 through a diode 7 is connected to one of the rectifier direct current outputs 2.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Нерегулируемый генератор переменного тока приводится во вращение валом двигателя с переменным числом оборотов N, кратность изменения которых относительно минимального числа оборотов Nmin может быть более 4-х. Минимальное число оборотов вала Nmin и, следовательно, минимальная частота напряжения генератора переменного тока, выбирается из заданной номинальной мощности нагрузки. Когда преобразователь переменного m-фазного напряжения в постоянное (выпрямитель 2) работает в “нормальном” диапазоне изменения числа оборотов вала двигателя (от 1Nmin до 2Nmin), то при широком диапазоне изменения величины нагрузки достигается заданная степень стабилизации выходного напряжения, т.к. диапазона изменения углов управления тиристоров выпрямителя 2, работающего по мостовой схеме выпрямления, достаточно. В этом случае стабилизация выходного напряжения в цепи нагрузки осуществляется за счет импульсно-фазового управления, реализуемого блоком управления 4, выходные сигналы с которого подаются на управляющие входы тиристоров выпрямителя (при этом управляющий ключ 5 замкнут). Однако при увеличении кратности изменения оборотов вала двигателя более, чем в 1,5-2 раза и, следовательно, соответствующем увеличении выходного напряжения на обмотке 1 генератора и повышении выходного напряжения выпрямителя диапазона изменения углов управления тиристоров не хватает и срабатывает защита по максимальному напряжению. Чтобы этого не происходило, выходное напряжение выпрямителя уменьшают до величины, обеспечивающей возможность его работы в режиме стабилизации, для чего выпрямитель 2 переводят в режим однополупериодного выпрямления. При поступлении на вход порогового узла 6 сигнала, превышающего его порог срабатывания, пороговый элемент срабатывает, формируя сигнал на размыкание управляемого ключа 5. Управляющие импульсы с блока управления 4 не поступают на управляющие электроды соответствующих тиристоров, а ток нагрузки замыкается через диод 7. Выходное напряжение выпрямителя автоматически уменьшается в

раз по сравнению с работой схемы в двухполупериодном режиме. При включении управляемого ключа 5 в цепь управляющего сигнала, поступающего на управляющие электроды первых тиристоров, при одновременном подсоединении анода диода 7 к объединенным анодам этих же тиристоров, процессы в схеме будут идентичны вышеописанным.An unregulated alternator is driven by a motor shaft with a variable number of revolutions N, the rate of change of which relative to the minimum number of revolutions Nmin can be more than 4. The minimum number of revolutions of the shaft Nmin and, therefore, the minimum voltage frequency of the alternator, is selected from a given nominal load power. When the converter of alternating m-phase voltage to DC (rectifier 2) operates in the “normal” range of changes in the number of revolutions of the motor shaft (from 1Nmin to 2Nmin), then with a wide range of changes in the magnitude of the load, a predetermined degree of stabilization of the output voltage is achieved, since the range of variation of the control angles of the thyristors of the rectifier 2, operating according to the bridge rectification circuit, is sufficient. In this case, the output voltage is stabilized in the load circuit due to the pulse-phase control implemented by the control unit 4, the output signals from which are fed to the control inputs of the rectifier thyristors (while the control key 5 is closed). However, with an increase in the multiplicity of changes in the engine shaft revolutions by more than 1.5-2 times and, consequently, a corresponding increase in the output voltage on the generator winding 1 and an increase in the output voltage of the rectifier of the range of variation of the thyristor control angles, it is not enough and the maximum voltage protection is activated. To avoid this, the output voltage of the rectifier is reduced to a value that enables it to work in stabilization mode, for which rectifier 2 is transferred to the half-wave rectification mode. When the input to the threshold node 6 receives a signal that exceeds its response threshold, the threshold element is triggered, generating a signal to open the controlled key 5. The control pulses from the control unit 4 do not arrive at the control electrodes of the corresponding thyristors, and the load current is closed via diode 7. Output voltage rectifier automatically decreases in

times compared with the operation of the circuit in a half-wave mode. When the controlled key 5 is included in the control signal circuit supplied to the control electrodes of the first thyristors, while the anode of the diode 7 is connected to the combined anodes of the same thyristors, the processes in the circuit will be identical to those described above.

Таким образом, данная схема может обеспечить заданное качество напряжения питания нагрузки во всем диапазоне ее изменения при 3 - 4-кратных изменениях скорости вращения вала двигателя. Данное изобретение можно использовать в качестве источника питания постоянного тока для любых наземных и воздушных транспортных средств.Thus, this circuit can provide a given quality of the supply voltage of the load in the entire range of its change with 3 to 4-fold changes in the speed of rotation of the motor shaft. This invention can be used as a DC power source for any land and air vehicles.

Источники информацииSources of information

1. “Тиристоры” под ред. В.А.Лабунцова и др. М.: “Энергия”, с.216, 1971 г. Журнал “Конверсия в машиностроении” ISSN 0869-6772, №4, с.60-61, 2002 г.1. Thyristors, ed. V.A. Labuntsova et al. M .: “Energy”, p. 216, 1971. Magazine “Conversion in mechanical engineering” ISSN 0869-6772, No. 4, p. 60-61, 2002.

Claims

1. A DC power supply containing a magnetoelectric unregulated m-phase alternator, the power of which is commensurate with the load power, driven by a variable speed motor shaft, the phase terminals of the alternator winding are connected to the input terminals of an m-phase adjustable thyristor bridge rectifier, the output terminals of which are formed by the combined anodes of the first and the combined cathodes of the second thyristors, respectively, They are connected to the output terminals of the device, which are used to connect to the load circuit connected via the voltage feedback node to the input of the control unit, the outputs of which are connected to the control electrodes of the first and second thyristors, respectively, characterized in that the said connection of the control electrodes of the first or second thyristors with the corresponding output of the control unit is carried out through a normally closed controlled key, the control input of which is connected to the output of the entered threshold node, made opening the controlled key when the output voltage of the alternator exceeds the threshold level of the threshold node, while the zero output of the winding of the alternator is connected to the combined anodes of the first thyristors or to the combined cathodes of the second thyristors through the input diode, connected to the combined anodes of the first thyristors by its anode, and to the combined cathodes of the second thyristors - by their cathode, respectively.

2. The DC power source according to claim 1, characterized in that the response level of the threshold node is selected in accordance with the voltage frequency of the alternator, 1.5-2 times higher than its minimum value.