Подавление пульсаций управляемых выпрямителей для питания магнитных систем

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.

1. Rings 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).

2. 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.

3. Кривцов, А. Н. Мощные стабилизаторы тока / А. Н. Кривцов, М. С. Лурье, В. П. Николаев. Л.: ЛДНТП, 1976. 24 с.

4. 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/10.1109/63.76811

5. 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.

6. Игольников, Ю. С. 24-фазный выпрямитель / Ю. С. Игольников // Электротехника. 2004. № 10. С. 51–54.

7. Электромагнитная совместимость. «Умный город». Общие положения: ГОСТ 34594.1–2019. Введ. 01.06.20. М.: Стандартинформ, 2019. 19 с.

8. 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.

9. 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.

10. Источник постоянного напряжения с шестнадцатикратной частотой пульсации / Г. Н. Ворфоломеев [и др.] // Электротехника. 2003. № 9. С. 34–38.

11. Яворский, В. Н. Расчет силовых сглаживающих фильтров, предназначенных для тиристорных управляемых выпрямителей / В. Н. Яворский, О. В. Титов // Электричество. 1969. № 9. С. 41–45.

12. 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.

13. Hazem, Z. Lowpass Broadband Harmonic Filter Design / Z. Hazem. Department of Electrical and Electronics Engineering, 2005. 192 p.

14. Активный фильтр гармоник [Электронный ресурс] // Матик-электро. Режим доступа: http://www.matic.ru/harmonic-filters/active-harmonic-filters/. Дата доступа: 17.12.2020.

15. Климов, В. П. Способы подавления гармоник в системах электропитания / В. П. Климов, А. Д. Москалев // Практическая силовая электроника. 2003. № 6. C. 24–31.

16. 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.

17. 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.

18. Лейтес, Л. В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов / Л. В. Лейтес. М.: Энергия, 1981. 392 с.

19. Стародубцев, Ю. Н. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов / Ю. Н. Стародубцев, В. Я. Белозеров. Екатеринбург: Уральский ун-т, 2002. 386 с.

20. 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.