energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2022-65-4-317-330energy-2178Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGПодавление пульсаций управляемых выпрямителей для питания магнитных системSuppression of Ripples of Controllable Rectifiers for Power Supply of Magnetic SystemsЛурьеМ. С.Lur’eM. S.

Адрес для переписки:Лурье Михаил Семенович -Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева,просп. им. Газеты «Красноярский рабочий», 31, 660037, г. Красноярск, Российская Федерация.Тел.: +7 391 222-73-19sibgtu-frolov@rambler.ru

Address for correspondence:Lur’e Mikhail S. -Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,31, Krasnoyarsky Rabochy Ave.,660037, Krasnoyarsk, Russian Federation.Tel.: +7 391 222-73-19sibgtu-frolov@rambler.ru

sibgtu-frolov@rambler.ruЛурьеО. М.Lur’eO. M.

г. Красноярск

Krasnoyarsk

sibgtu-frolov@rambler.ruФроловА. С.FrolovA. S.

г. Красноярск

Krasnoyarsk

sibgtu-frolov@rambler.ruСибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. РешетневаРоссияReshetnev Siberian State University of Science and TechnologyRussian Federation202202082022654317330Copyright © Лурье М.С., Лурье О.М., Фролов А.С., 20222022Лурье М.С., Лурье О.М., Фролов А.С.Lur’e M.S., Lur’e O.M., Frolov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2178

К установкам, связанным с регулируемыми источниками постоянного тока, предъявляется ряд требований, среди которых малые пульсации напряжения и тока в нагрузке, а также широкий диапазон изменения выходного тока. Такие установки традиционно строятся на управляемых выпрямителях или широтно-импульсных преобразователях, в которых всегда присутствуют пульсации напряжения. В статье рассмотрен метод снижения пульсаций напряжения мощных выпрямителей для питания магнитных систем, основанный на введении в цепь нагрузки компенсирующего напряжения, равного по величине и противоположного по фазе напряжению пульсаций. Показана возможность применения компенсаторов пульсаций, подключаемых параллельно и последовательно с нагрузкой. Приведены методы получения компенсирующего напряжения. Для исключения подмагничивания трансформатора компенсатора пульсаций предлагается применять несколько вариантов его исполнения и включения. Проанализированы практические схемы пассивных компенсаторов (с цепью размагничивания и бифилярной обмоткой). Рассмотрена проблема разработки компенсаторов пульсаций для многофазных выпрямителей, а также пути ее решения. Приведены практические рекомендации по выбору материала сердечника и расчету трансформатора. На основе теоретических и практических соображений по проектированию компенсаторов пульсаций разработаны имитационные модели в пакете Simulink программы MATLAB. Представлена методика исследования компенсаторов пульсаций на разработанных имитационных моделях симметричного 12-пульсного выпрямителя. Результаты имитационного моделирования пассивных компенсаторов пульсаций, выполненных в двух вариантах, показали их эффективность при относительно несложной схеме и невысоких экономических затратах. Время установления заданного тока в системе при наличии компенсатора пульсаций увеличивается не более чем на 3 %, а точность и стабильность работы не изменяются.

A number of requirements are imposed on installations associated with regulated DC sources, including low voltage and current ripple in the load, as well as a wide range of output current variation. Such installations are traditionally made on controlled rectifiers or pulse-width converters in which voltage ripples are always present. The paper considers a method for reducing the voltage ripple of powerful rectifiers for powering magnetic systems based on the insertion of a compensating voltage equal in magnitude and opposite in phase to the ripple voltage into the load circuit. The possibility of using ripple compensators connected in parallel and in series with the load, as well as methods of obtaining a compensating voltage is shown. Methods for obtaining compensating voltage are given. In order to exclude the magnetization of the ripple compensator transformer, it is proposed to use several versions of the compensating transformer and the inclusion of ripple compensators. Practical schemes of passive compensators (with a demagnetizing circuit and a bifilar winding) are analyzed. The problem of developing ripple compensators for multiphase rectifiers, as well as ways to solve it, is considered. Practical recommendations for choosing a core material and calculating a transformer are given. On the basis of the presented theoretical and practical considerations for the design of the ripple compensators, simulation models have been developed in the Simulink pack-age of the MATLAB program. A technique for studying ripple compensators using the simulation models of a symmetrical 12-pulse rectifier that has been developed is presented. The results of simulation of passive ripple compensators, performed in two versions, showed their effectiveness, while the scheme was relatively simple and economic costs were relatively low. Also, the time of setting the set current in the system in the presence of a ripple compensator increases by no more than 3 %, and the accuracy and stability of operation do not change.

регулирование постоянного токанагрузкапульсации напряжения и токакомпенсация пульсацийцепь размагничиваниябифилярная обмоткамоделированиеимитационная модельDC regulationloadvoltage and current rippleripple compensationdemagnetization circuitbifilar windingmodelingsimulation modelReferencesRings and Accelerators / A. Medvedko // The 17th International Conference on High Energy Accelerators (HEACC'98), 07.09–12.09, Dubna. 1998. 13 p. (Scientific Programme of HEACC’98).Medvedko A. (1998) Review of the Power Supplies for Electromagnetic Systems of the Storage Rings and Accelerators. The 17th International Conference on High Energy Accelerators (HEACC'98) 07.09–12.09, Dubna. 1998. 13.Синтез алгоритма векторной широтно-импульсной модуляции в девятифазном активном выпрямителе напряжения / С. В. Пантелеев [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 4. С. 334–345. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-4-334-345.Panteleev S. V., Malashin A. N., Karkotskiy D. V., Suchodolov Yu. V. (2018) Synthesis of the Algorithm of the Vector Width-Pulse Modulation in a Nine-Phase Active Voltage Rectifier. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (4), 334–345. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-4-334-345 (in Russian).Кривцов, А. Н. Мощные стабилизаторы тока / А. Н. Кривцов, М. С. Лурье, В. П. Николаев. Л.: ЛДНТП, 1976. 24 с.Krivtsov A. N., Lur’e M. S., Nikolaev V. P. (1976) Powerful Current Stabilizers. Leningrad, LHSTP. 24 (in Russian).Generalized Averaging Method for Power Conversion Circuits / S. R. Sanders [et al.] // IEEE Transactions on Power Electronics. 1991. Vol. 6, Iss. 2. P. 251–259. https://doi.org/10.1109/63.76811Sanders S. R., Noworolski J. M., Liu X. Z., Verghese G. C. (1991) Generalized Averaging Method for Power Conversion Circuits. IEEE Transactions on Power Electronics, 6 (2), 251–259. https://doi.org/10.1109/63.76811.Климов, В. П. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания / В. П. Климов, А. Д. Москалев // Практическая силовая электроника. 2002. Вып 5. С. 26–32.Klimov V. P., Moskalev A. D. (2002) Problems of Higher Harmonics in Modern Power Supply Systems. Prakticheskaya Silovaya Elektronika [Practical Power Electronics], (5), 26–32 (in Russian).Игольников, Ю. С. 24-фазный выпрямитель / Ю. С. Игольников // Электротехника. 2004. № 10. С. 51–54.Igol’nikov J. S. (2004) 24-Phase Rectifier. Elektrotekhnika [Electrical Engineering], (10), 51–54 (in Russian).Электромагнитная совместимость. «Умный город». Общие положения: ГОСТ 34594.1–2019. Введ. 01.06.20. М.: Стандартинформ, 2019. 19 с.State Standard 34594.1–2019. Electromagnetic Compatibility. “Smart City”: General Provisions. Moscow, Standartinform Publ. 2019. 19 (in Russian).Лурье, М. С. Снижение пульсаций мощных выпрямителей для питания магнитных систем / М. С. Лурье, А. С. Фролов, О. М. Лурье // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2015. № 51. С. 141–145.Lurie M. S., Frolov A. S., Lurie O. M. (2015) Power Rectifiers Pulsations Reduction for Magnetic Systems Power Supply. Vestnik Ryazanskogo Gosudarstvennogo Radiotekhnicheskogo Universiteta = Vestnik of Ryazan State Radioengineering University, (51), 141–145 (in Russian).Степанов, А. А. Двадцатичетырехпульсный выпрямитель в системе распределенного электроснабжения постоянного тока с улучшенной электромагнитной совместимостью / А. А. Степанов, Н. И. Щуров // Наука, технологии, инновации: материалы Всерос. науч. конф. молодых ученых: в 7 ч. Новосибирск: НГТУ, 2012. Ч. 5. С. 380–383.Stepanov A. A., Shchurov N. I. (2012) Twenty-Four Pulse Rectifier in a Distributed DC Power Supply System with Improved Electromagnetic Compatibility. Nauka, Tekhnologii, Innovatsii: Materialy Vseros. Nauch. Konf. Molodykh Uchenykh. Ch. 5 [Science, Technology, Innovations. Materials of the All-Russian Scientific Conference of Young Scientists. Part 5]. Novosibirsk, NSTU. 380–383 (in Russian).Источник постоянного напряжения с шестнадцатикратной частотой пульсации / Г. Н. Ворфоломеев [и др.] // Электротехника. 2003. № 9. С. 34–38.Vorfolomeev G. N., Shchurov N. I., Myatezh S. V., Evdokimov S. A. (2003) A Constant Voltage Source with a Sixteen-Fold Ripple Frequency. Elektrotekhnika [Electrical Engineering], (9), 34–38 (in Russian).Яворский, В. Н. Расчет силовых сглаживающих фильтров, предназначенных для тиристорных управляемых выпрямителей / В. Н. Яворский, О. В. Титов // Электричество. 1969. № 9. С. 41–45.Yavorskii V. N., Titov O. V. (1969) Calculation of Power Smoothing Filters Designed for Thyristor Controlled Rectifiers. Elektrichestvo = Electricity, (9), 41–45 (in Russian).Wiseman, J. C. Active Damping Control of a High-Power PWM Current-Source Rectifier for Line-Current THD Reduction / J. C. Wiseman, B. Wu // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2005. Vol. 52, Iss. 3. P. 758–764. https://doi.org/10.1109/TIE.2005.843939.Wiseman J. C., Wu B. (2005) Active Damping Control of a High-Power PWM Current-Source Rectifier for Line-Current THD Reduction. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 52 (3), 758–764. https://doi.org/10.1109/TIE.2005.843939.Hazem, Z. Lowpass Broadband Harmonic Filter Design / Z. Hazem. Department of Electrical and Electronics Engineering, 2005. 192 p.Hazem Z. (2005) Lowpass Broadband Harmonic Filter Design. Department of Electrical and Electronics Engineering. 192.Активный фильтр гармоник [Электронный ресурс] // Матик-электро. Режим доступа: http://www.matic.ru/harmonic-filters/active-harmonic-filters/. Дата доступа: 17.12.2020.Active Harmonic Filter. Matic-Electro. Available at: http://www.matic.ru/harmonic-filters/active-harmonic-filters/ (Accessed 17 December 2020) (in Russian).Климов, В. П. Способы подавления гармоник в системах электропитания / В. П. Климов, А. Д. Москалев // Практическая силовая электроника. 2003. № 6. C. 24–31.Klimov V. P., Moskalev A. D. (2003) Methods of Harmonic Suppression in Power Supply Systems. Prakticheskaya Silovaya Elektronika [Practical Power Electronics], (6), 24–31 (in Russian).Лурье, М. С. Активные компенсаторы пульсаций для мощных выпрямителей / М. С. Лурье, О. М. Лурье, Ю. С. Баранов // Вестник КрасГАУ. 2010. № 6. С. 149–154.Lurye M. S., Lurye О. M., Baranov Yu. S. (2010) Active Compensators of Rippling for the Powerful Rectifier. Vestnik KrasGAU = Bulletin of KrasGAU, (6), 149–154 (in Russian).New Method for Reducing Harmonics Involved in Input and Output of Rectifier with Interphase Transformer / S. Miyairi [et al.] // IEEE Transactions on Industry Applications. 1986. Vol. IA-22, Iss. 5. P. 790–797. https://doi.org/10.1109/TIA.1986.4504795.Miyairi S., Iida S., Nakata K., Masukawa S. (1986) New Method for Reducing Harmonics Involved in Input and Output of Rectifier with Interphase Transformer. IEEE Transactions on Industry Applications, IA-22 (5), 790–797. https://doi.org/10.1109/TIA.1986.4504795.Лейтес, Л. В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов / Л. В. Лейтес. М.: Энергия, 1981. 392 с.Leites L.V. (1981) Electromagnetic Calculations of Transformers and Reactors. Мoscow, Energiya Publ. 392 (in Russian).Стародубцев, Ю. Н. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов / Ю. Н. Стародубцев, В. Я. Белозеров. Екатеринбург: Уральский ун-т, 2002. 386 с.Starodubtsev Yu. N., Belozerov V. Ya. (2002) Magnetic Properties of Amorphous and Nanocrystalline Alloys. Yekaterinburg, Publishing House of the Ural University. 386 (in Russian).Цифровой измерительный орган тока для функционирования в условиях глубокого насыщения трансформатора тока / Ю. B. Румянцев [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 6. С. 483–493. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-483-493.Rumiantsev Yu. V., Romaniuk F. A., Rumiantsev V. Yu., Novash I. V. (2018) Digital Current Measurement Element for Operation During Current Transformer Severe Saturation. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (6), 483–493. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-483-493 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.