RU2542672C1 - Method and device for phase control over variable voltage - Google Patents
Method and device for phase control over variable voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542672C1 RU2542672C1 RU2013148166/08A RU2013148166A RU2542672C1 RU 2542672 C1 RU2542672 C1 RU 2542672C1 RU 2013148166/08 A RU2013148166/08 A RU 2013148166/08A RU 2013148166 A RU2013148166 A RU 2013148166A RU 2542672 C1 RU2542672 C1 RU 2542672C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control
- load
- circuit
- zero
- wave
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к регулированию переменного напряжения и тока, и может быть использовано при глубоком регулировании напряжения во многих областях промышленности, в том числе в сварочных установках и выпрямителях.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the regulation of alternating voltage and current, and can be used for deep voltage regulation in many industries, including welding plants and rectifiers.
Известен способ фазового регулирования напряжения на нагрузке с помощью биполярного ключа («Устройства автоматики на тиристорах» / В.А. Скаржепа, В.В. Морозов. - Киев: Техника, 1974, рис.60 и 62, с.97 и 100), при котором в течение каждого полупериода напряжения сети в заданный момент подключают нагрузку путем замыкания ключа, который размыкается при нулевом значении тока.A known method of phase regulation of the voltage at the load using a bipolar switch ("Automation devices on thyristors" / VA Skarzhepa, VV Morozov. - Kiev: Technique, 1974, Fig. 60 and 62, p. 97 and 100) , in which during each half-period of the mains voltage at a given moment the load is connected by closing the key, which opens at zero current value.
Недостатками указанного фазового способа регулирования напряжения является ограниченный диапазон регулирования, большой уровень высших гармоник (мощности искажения), дополнительное потребление реактивной мощности. Рабочий диапазон изменения угла включения
Прерывистый ток активно-индуктивной нагрузки рассчитывается по уравнению:The intermittent current of the active-inductive load is calculated by the equation:
iн=(Um/ZH)·{sin(α-αк)-sin(αK-φн)·exp[-(α-αк)/tgφн]},i n = (U m / Z H ) · {sin (α-α k ) -sin (α K- φ n ) · exp [- (α-α k ) / tgφ n ]},
где α=ω·t, αk - угол регулирования;
В частности, при активной нагрузке и угле включения αK=90° мощности достигают следующих значений: активная P(1)=50%, реактивная Q(1)=32%, а мощность искажений (высших гармоник) N=39%.In particular, with an active load and an inclusion angle α K = 90 °, the powers reach the following values: active P (1) = 50%, reactive Q (1) = 32%, and distortion power (higher harmonics) N = 39%.
Известен способ регулирования напряжения на нагрузке, выбранный в качестве прототипа, путем поочередного подключения реактивной нагрузки к питающей сети с помощью встречно-параллельных ключей последовательной цепи, последующего замыкания ее накоротко встречно-параллельными ключами параллельной цепи и повторного включения одного из ключей последовательной цепи (а.с. №541157 и а.с. №1686417).A known method of regulating the voltage at the load, selected as a prototype, by alternately connecting the reactive load to the supply network using the anti-parallel keys of the serial circuit, then shorting it with short anti-parallel keys of the parallel circuit and re-enabling one of the keys of the serial circuit (a. S. No. 541157 and A.S. No. 1686417).
Известен регулятор переменного напряжения с регулирующим и нулевым полностью управляемыми ключами, например, на биполярных тиристорах с отсекающими диодами и коммутирующими конденсаторами, установленными между одноименными электродами тиристоров, выбранный в качестве прототипа (см. а.с. №517122, или а.с. №1686417).Known AC voltage regulator with regulating and zero fully controllable switches, for example, on bipolar thyristors with cut-off diodes and switching capacitors installed between the thyristor electrodes of the same name, selected as a prototype (see A.S. No. 517122, or A.S. No. 1686417).
Недостатком способа-прототипа является то, что при фазовом регулировании напряжения по углу включения двухключевой регулятор на встречно-параллельных тиристорных ключах с емкостной коммутацией не работоспособен. Невозможно запереть регулирующий ключ после смены полярности напряжения сети, поскольку образуется короткозамкнутый контур сети через регулирующий тиристорный ключ наступившего полупериода и тиристорный нулевой ключ предыдущего полупериода, особенно в динамических режимах.The disadvantage of the prototype method is that when phase voltage regulation by the angle of inclusion of the two-key controller on the anti-parallel thyristor switches with capacitive switching is not operational. It is not possible to lock the control key after changing the polarity of the mains voltage, since a short-circuited network loop is formed through the control thyristor key of the half-period that has arrived and the thyristor zero key of the previous half-cycle, especially in dynamic modes.
Основной задачей при фазовом управлении является расширение диапазона регулирования напряжения при индуктивной нагрузке независимо от ее параметров и создание надежного регулятора переменного напряжения, позволяющего реализовать этот способ.The main task in phase control is to expand the range of voltage regulation under inductive load regardless of its parameters and create a reliable AC voltage regulator that allows this method to be implemented.
Поставленная цель достигается тем, что в способе фазового регулирования переменного напряжения путем поочередного подключения реактивной нагрузки к питающей сети с помощью однополупериодных регулирующих ключей последовательной цепи и последующего замыкания ее накоротко однополупериодными нулевыми ключами параллельной цепи в начале каждого наступившего полупериода напряжения нулевым ключом предыдущего полупериода нагрузку замыкают накоротко, затем при заданном угле коммутации включают регулирующий ключ предыдущего полупериода, обеспечивая контур рекуперации избыточной электромагнитной энергии в сеть, а в момент перехода тока нагрузки через нуль замыкают регулирующий ключ наступившего полупериода, создавая контур потребления энергии из сети.This goal is achieved by the fact that in the method of phase control of alternating voltage by alternately connecting the reactive load to the mains using the half-wave control keys of the serial circuit and then short-circuiting it with half-wave zero-parallel circuit keys at the beginning of each voltage half-cycle with the zero key of the previous half-cycle, short-circuit the load , then at a given angle of switching include the control key of the previous half-cycle , providing a circuit for the recovery of excess electromagnetic energy into the network, and at the moment the load current passes through zero, the regulating key of the incoming half-cycle is closed, creating an energy consumption circuit from the network.
Устройство фазового регулирования переменного напряжения, содержащее блок управления, связанный с датчиком тока, и спаренные регулирующие и нулевые однополупериодные полностью управляемые ключи, решает поставленную задачу тем, что регулирующие и нулевые ключи попарно соединены по схеме моста, одна диагональ которого связана с питающей сетью, а другая - с нагрузкой через датчик тока, причем в противоположных плечах регулирующие ключи зашунтированы обратными диодами.The phase-voltage control device for alternating voltage, containing a control unit connected to a current sensor, and paired control and zero half-wave fully controlled keys, solves the problem by the fact that the control and zero keys are pairwise connected according to the bridge circuit, one diagonal of which is connected to the mains, and the other with a load through a current sensor, and in the opposite shoulders the control keys are shunted by reverse diodes.
В качестве полностью управляемых ключей могут применяться биполярные и полевые транзисторы типа MOSFET, IGBT, запираемые тиристоры типов GTO, GCT, IGCT или обычные тиристоры с отсекающими диодами и конденсаторами, установленными между общими точками соединения тиристоров с диодами.As fully controlled keys, bipolar and field effect transistors of the MOSFET, IGBT type, lockable thyristors of the GTO, GCT, IGCT types or ordinary thyristors with cut-off diodes and capacitors installed between common points of connection of the thyristors with diodes can be used.
Сущность изобретения поясняется структурной схемой устройства регулирования напряжения на Фиг.1 и временными диаграммами с алгоритмом работы управляемых ключей, приведенными на фиг.2.The invention is illustrated by the structural diagram of the voltage control device in figure 1 and timing diagrams with the algorithm of the controlled keys shown in figure 2.
Устройство (фиг.1) выполнено на однополупериодных управляемых ключах: двух регулирующих ключах 1, 2 и двух встречно-соединенных с ними нулевых ключах 3, 4, которые работают в противофазе с ключами 1, 2, при этом регулирующие ключи 1, 2 зашунтированы обратными диодами 5 и 6, а все ключи соединены по мостовой схеме.The device (Fig. 1) is made on half-wave controlled keys: two
Ключи 1-4 подсоединены одной диагональю моста к питающей сети 7. Другая диагональ, образованная одноименными электродами ключей, нагружена на активно-индуктивную нагрузку 10 и датчик тока 8, связанный с блоком управления 9.The keys 1-4 are connected by one diagonal of the bridge to the
На фиг.2а обозначено: косой штриховой линией - напряжение нагрузки в режиме потребления энергии, а вертикальной штриховой линией - режим рекуперации энергии в питающую сеть.On figa indicated: oblique dashed line is the load voltage in the energy consumption mode, and the vertical dashed line is the mode of energy recovery in the supply network.
На фиг.2д-ж представлены зоны замкнутого состояния ключей, поясняющие способ регулирования напряжения по моменту начала подключения нагрузки к питающей сети.On fig.2d-g presents a zone of a closed state of the keys, explaining the method of regulating the voltage at the time of the start of connecting the load to the mains.
Наступивший полупериод соответствует положительной полуволне синусоидального напряжения сети UC (на фиг.2, б, в, г - горизонтальная штриховка), а предыдущий (второй) полупериод - отрицательной полуволне (фиг.2, д, е, ж - косая штриховка).The onset half-cycle corresponds to the positive half-wave of the sinusoidal voltage of the network U C (in Fig. 2, b, c, d - horizontal hatching), and the previous (second) half-period corresponds to the negative half-wave (Fig. 2, e, f, g - oblique hatching).
Сущность фазового способа регулирования выходного напряжения 11 (фиг.2) состоит в следующем.The essence of the phase method for regulating the output voltage 11 (figure 2) is as follows.
В начале наступившего полупериода напряжения сети 7 с момента α=0 сигналом с блока управления 9 замыкается нулевой ключ 4 предыдущего (второго) полупериода и через диод 6 (фиг.2, е) образуется короткозамкнутый контур нагрузки 10. По контуру продолжает протекать ток 12 нагрузки, состоящий из тока 13, потребляемого из сети, и экспоненциального тока 14, протекающего в короткозамкнутом контуре нагрузки (фиг.2, а). Уравнения для мгновенных значений токов, полученные методом припасовывания, следующие: At the beginning of the onset of the half-cycle of the voltage of the
ток нагрузки iн(α)=iс(α)+iз(α),load current i n (α) = i s (α) + i s (α),
ток сети
ток закоротки
где к1=Rн/Lн; k2=Um/ω·Lн; δ - коэффициент, учитывающий параметрыwhere k 1 = R n / L n ; k 2 = U m / ω · L n ; δ - coefficient taking into account the parameters
схемы и начальные условия припасовывания; α=ω·t.schemes and initial conditions of fitting; α = ω
При заданном угле коммутации α=αK сигналами с блока управления 9 одновременно размыкается нулевой ключ 4, а замыкается регулирующий ключ 2 отрицательного полупериода напряжения (связь регулирующих и нулевых ключей отмечена пунктиром).For a given switching angle α = α K, the signals from the control unit 9 simultaneously open the zero
На интервале αK≤α≤φ ток 13 (12) нагрузки 10 протекает встречно с напряжением сети 7 и спадает до нуля при α=φ со скоростью, зависящей от постоянной времени нагрузки. Избыточная электромагнитная энергия рекуперируется в сеть, при этом регулирующий ключ 2 размыкается и запирается диод 6, открытый в течение полупериода тока φ≤α≤π+φ.On the interval α K ≤α≤φ, the current 13 (12) of the load 10 flows counter to the voltage of the
В момент α=φ перехода тока 12 через нуль сигналом с блока управления 9 замыкается регулирующий ключ 1 и через него и диод 5 начинает протекать ток 13, потребляемый из сети.At the moment α = φ of the transition of the current 12 through zero, the
На интервале αK≤α≤π из питающей сети потребляется энергия, а кривая выходного напряжения 11 формируется в диапазоне зон рекуперации и потребления энергии. После изменения полярности напряжения сети 7 в момент α=π одновременно размыкается регулирующий ключ 1 и замыкается нулевой ключ 3.In the interval α K ≤α≤π, energy is consumed from the supply network, and the
Поскольку напряжение на нагрузке в каждый полупериод складывается из двух зон: зоны рекуперации и зоны потребления энергии из сети, то изменение реактивной составляющей нагрузки вызовет лишь изменение этих зон. В диапазоне этих зон нагрузка постоянно подключена к сети, поэтому их относительная продолжительность не влияет на форму выходного напряжения.Since the voltage on the load in each half-cycle consists of two zones: the recovery zone and the zone of energy consumption from the network, a change in the reactive component of the load will only cause a change in these zones. In the range of these zones, the load is constantly connected to the network, so their relative duration does not affect the shape of the output voltage.
Среднее и действующее значения напряжения 11 на нагрузке определяются из уравнений:
Ток 14, вызванный ЭДС самоиндукции, спадает по экспоненте в контуре: 10-8-5-3-10, рассеиваясь на активных сопротивлениях контура.Current 14, caused by EMF of self-induction, decreases exponentially in the circuit: 10-8-5-3-10, scattering on the active resistances of the circuit.
При угле α=π+αK начинает формироваться отрицательная полуволна выходного напряжения 11, при этом снова замыкается регулирующий ключ 1, образуя контур рекуперации энергии: 1-10-8-5-(+)/(-) сети 7 (фиг.2а, д-ж).At an angle α = π + α K , a negative half-wave of the
С момента α=π+φ в работу вступает регулирующий ключ 2 и диод 6, по которым в диапазоне π+φ≤α≤2π протекает ток 12 нагрузки 10.From the moment α = π + φ, the regulating
В зависимости от схемы и типа применяемых ключей вместо диодов 5 и 6 можно использовать управляемые диоды - тиристоры, отпираемые сигналами с датчика 8 тока, как показано пунктиром на фиг.1.Depending on the circuit and the type of keys used, instead of
Из приведенного следует, что в отличие от прототипа при фазовом регулировании напряжения по моменту замыкания регулирующего ключа в предлагаемом способе диапазон регулирования не зависит от характера нагрузки. При этом способе постоянно имеется контур протекания тока нагрузки, вследствие чего между сетью и нагрузкой происходит свободный обмен энергией.From the above it follows that, unlike the prototype, when the phase voltage regulation at the time of closure of the control key in the proposed method, the control range does not depend on the nature of the load. With this method, there is a constant flow of the load current, as a result of which a free exchange of energy occurs between the network and the load.
Сигнал напряжения с датчика тока 8 сравнивается с опорным напряжением UОП, и разностный сигнал с блока управления 9 воздействует на длительность импульсов управления ключами 1-4, а также действует на систему защиты.The voltage signal from the current sensor 8 is compared with the reference voltage U OP , and the difference signal from the control unit 9 affects the duration of the pulse control keys 1-4, and also acts on the protection system.
Устройство при такой схеме соединений и связей становится надежным в работе, поскольку отсутствует возможность появления сквозных контуров короткого замыкания сети в статических и динамических режимах через регулирующий ключ наступившего полупериода и нулевой ключ предыдущего полупериода напряжения сети. Энергетические показатели устройства здесь выше, поскольку на интервалах короткозамкнутой нагрузки ток по ней протекает, а из сети не потребляется.The device with such a scheme of connections and connections becomes reliable in operation, since there is no possibility of the appearance of through circuits of the short circuit of the network in static and dynamic modes through the control key of the incoming half-cycle and the zero key of the previous half-cycle of the network voltage. The energy performance of the device is higher here, because at intervals of a short-circuited load, current flows through it, but is not consumed from the network.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013148166/08A RU2542672C1 (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Method and device for phase control over variable voltage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013148166/08A RU2542672C1 (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Method and device for phase control over variable voltage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2542672C1 true RU2542672C1 (en) | 2015-02-20 |
Family
ID=53289095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013148166/08A RU2542672C1 (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Method and device for phase control over variable voltage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2542672C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2234726C1 (en) * | 2003-01-24 | 2004-08-20 | Ульяновский государственный технический университет | Method for controlling active regulator of alternating voltage |
RU2308821C2 (en) * | 2002-03-25 | 2007-10-20 | Клипсэл Интегрэйтед Системз Пти Лтд. | Improved power regulator |
RU2361264C2 (en) * | 2007-04-20 | 2009-07-10 | Александр Николаевич Богачев | Method of ac voltage control |
RU2364916C1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-08-20 | Федеральное Космическое Агентство Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Головное Особое Конструкторское Бюро "Прожектор" | Ac controller |
-
2013
- 2013-10-29 RU RU2013148166/08A patent/RU2542672C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2308821C2 (en) * | 2002-03-25 | 2007-10-20 | Клипсэл Интегрэйтед Системз Пти Лтд. | Improved power regulator |
RU2234726C1 (en) * | 2003-01-24 | 2004-08-20 | Ульяновский государственный технический университет | Method for controlling active regulator of alternating voltage |
RU2361264C2 (en) * | 2007-04-20 | 2009-07-10 | Александр Николаевич Богачев | Method of ac voltage control |
RU2364916C1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-08-20 | Федеральное Космическое Агентство Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Головное Особое Конструкторское Бюро "Прожектор" | Ac controller |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9496794B2 (en) | Regulation of powertrain converter circuit | |
JP5932126B2 (en) | Three-phase power converter | |
CN106059351A (en) | Method for generating an offset voltage of three-phase inverter and offset voltage generator | |
CN103401266B (en) | Device and method for realizing seamless switching between grid-connected mode and off-grid mode of inverter | |
SE423771B (en) | POWER CONTROL EQUIPMENT FOR TRANSMISSION OF ENERGY BETWEEN AN AC POWER NETWORK AND A LYC POWER NETWORK | |
JPWO2010119661A1 (en) | DC power supply device and application system | |
Saito et al. | A single to three phase matrix converter with a power decoupling capability | |
RU2542672C1 (en) | Method and device for phase control over variable voltage | |
RU2341002C1 (en) | Method of inverter control | |
Pholsriphim et al. | Half-bridge resonance inverter for induction heating using digital-controlled pulse density modulation technique | |
RU144231U1 (en) | Thyristor Variable Voltage Regulator | |
RU2680715C1 (en) | Power supply for inductor | |
Omokere et al. | Evaluating the performance of a single phase PWM inverter using 3525A PWM IC | |
CN106787870A (en) | Control method and device of inverter circuit | |
RU2534749C1 (en) | Reversible frequency converter | |
CN106787788B (en) | A kind of stator permanent magnetic type memory electrical machine two-way quantitative pulse generating unit | |
Purwanto et al. | Venturini modulation method for matrix converter | |
Umasankar et al. | Fuzzy logic control of single phase matrix converter fed induction heating system | |
RU2321147C1 (en) | Method for relay generation of network currents in a three-phased bridge-based network inverter | |
Narayanan et al. | A Review of all possible control strategies for AC voltage controller | |
RU2453977C2 (en) | Control method for stand-alone inverter with resonance switching | |
JPS58218878A (en) | Regulation of inside impedance of electric power source device | |
Pandey et al. | Modeling and simulation of single phase cycloconverter | |
SU517122A1 (en) | AC Regulator | |
RU2539353C2 (en) | Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151030 |