CC BY
0
УДК 621.316.721.1
ПАССИВНЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ ПУЛЬСАЦИЙ МОЩНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
С. Г. Алимасов Научный руководитель - А. С. Фролов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: Zenderyou322@mail.ru
В работе рассмотрен метод снижения пульсаций напряжения мощных выпрямителей, основанный на введении в цепь нагрузки компенсирующей ЭДС равной по величине и противоположной по фазе напряжению пульсаций.
Ключевые слова: выпрямители, пульсации, компенсация пульсаций.
PASSIVE PULSE COMPENSATORS OF POWERFUL RECTIFIERS
S. G. Alimasov Scientific supervisor - A. S. Frolov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Zenderyou322@mail.ru
The paper considers a method for reducing voltage ripples in powerful rectifiers, based on the introduction of a compensating EMF equal in magnitude and opposite in phase to the ripple voltage into the load circuit.
Keywords: rectifiers, ripple, ripple compensation.
В современных системах точного электропривода, установках для физических исследований и других отраслях промышленности требуются мощные источники постоянного тока (более 10 кВт) с малыми пульсациями тока и напряжения (менее 0,01%).
Обычно, в мощных выпрямителях пульсации снижают с помощью L или LC фильтров, рис. 1.а и 1.б, соответственно.
Zh
и
С:
а б
Рис. 1. Виды фильтров снижающих пульсации
Коэффициенты сглаживания пульсаций K при этом определяются по известным формулам
Для L - фильтров:
Секция «Автоматика и электроника»
К
_ 2жт/СЬ
Я
(1)
Н
где т - эквивалентное число фаз выпрямления; /с - частота сети; Ян - сопротивление нагрузки.
Для ЬС - фильтров:
К2 = (2пт/с )2 ЬС -1 (2)
Но использование пассивных фильтров для снижения пульсаций в мощных выпрямителях нецелесообразно, так как требует наличия дросселей со значительной индуктивностью и конденсаторов большой емкости.
В работе [2] нами рассмотрена возможность применения так называемых компенсаторов пульсаций (КП), которые представляют собой генераторы переменной компенсирующей ЭДС, направленной против ЭДС пульсаций. Для введения компенсирующей ЭДС в силовую цепь можно использовать трансформаторы.
На рис.2, показана схема одного из КП, разработанного авторами. Обмотка щ представляет собой датчик пульсаций напряжения выпрямителя. Конденсатор С служит для исключения постоянной составляющей напряжения. Переменная составляющая этого напряжения трансформируется в обмотку о2, которая включена последовательно с нагрузкой. ЭДС, выделяющаяся в этой обмотке, представляет собой компенсирующую ЭДС. Обмотка щ с дросселем Др является обмоткой размагничивания.
0)2
О-
А
1
К^КУ^ГГ
Сй!
С:
Др
Рис. 2.Пассивный компенсатор пульсаций
Очевидно, что амплитуда компенсирующей ЭДС должна быть равна, а фаза сдвинута на 180°(2к-1) по отношению к компенсируемой гармонике [3]. На практике между компенсирующими и компенсируемыми напряжениями есть некоторые сдвиги по фазе, отличающиеся от требуемых, и амплитуды их неточно соответствуют друг другу. Определим требования, которые должны предъявляться к амплитудам и фазам компенсирующих напряжений. Для этого можно найти результирующее напряжение, полученное как разность напряжений 1-й гармоники компенсируемого и компенсирующего напряжений (АЦ), и
получить выражение для коэффициента подавления напряжения --й гармоники К-;
К
1
и
VА2 +1 - 2 А созщ
(3)
где
А = иш/и-
амплитудная характеристика компенсатора пульсаций на -й гармонике; и- - амплитуда напряжения 1-й гармоники; ф\ - допустимое рассогласование фаз между компенсируемым и компенсирующим напряжениями.
Для обеспечения требуемого фазового сдвига и амплитудных соотношений компенсирующего напряжения относительно напряжения пульсаций наиболее эффективно использовать режим резонанса в компенсирующей обмотке. В этом случае, для схемы, показанной на рис.2, коэффициент сглаживания пульсаций будет равен:
К = К • Q, (4)
где К - коэффициент сглаживания пульсаций, определяемый наличием в цепи нагрузки индуктивности обмотки о2 трансформатора Тр.
Для схемы на рис.2., при равенстве чисел витков обмоток и а>2, потенциалы их правых (по схеме) концов одинаковы, поэтому, конденсатор С не только выполняет функции разделительного в цепи обмотки , но и оказывается включен параллельно нагрузке, образуя совместно с индуктивностью обмотки о2 LC - фильтр, который дополнительно сглаживает пульсации. Поэтому коэффициент сглаживания для схемы на рис.2. будет
К = К2 • Q, (5)
где К2 - коэффициент сглаживания пульсаций определяемый наличием в цепи нагрузки индуктивности обмотки о>2 трансформатора Тр и конденсатора С. Поскольку К2 > Кх, то К > Къ.
Рассмотренные КП экспериментально опробованы в схеме трехфазного мостового выпрямителя с током нагрузки 35 А. В качестве трансформатора, использовался стандартный двухобмоточный дроссель типа Д261Т. Добротность настроенной в резонанс обмотки дросселя на частоте первой гармоники составила около 150.
Для первой гармоники измеренная величина Кх=14, а К2 = 50. Соответственно К3 = 2060
(согласно формуле (4) К3 = К, • Q =2100). Величина коэффициента сглаживания пульсаций, в схеме показанной на рис.2, К4=7350 (согласно формуле (5) К4 = К2 • Q =7500).
Некоторое снижение экспериментально определенного коэффициента сглаживание, по отношению к теоретическому возможно объясняется погрешностью измерений несинусоидальной формы пульсаций сглаженного напряжения.
Таким образом, видим, что компенсаторы пульсаций по своим массогабаритным показателям могут заметно превосходить обычные фильтры, так как при тех же условиях имеют значительно больший коэффициент сглаживания. Они имеют высокую надежность, просты по конструкции и в настройке.
Библиографические ссылки
1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника [Текст] / Ю.С. Забродин. М.: Высшая школа, 1982, 496 с.
2. Лурье М.С. Мощные стабилизаторы тока [Текст] / М.С. Лурье. Ф.Н. Кривцов, В.П. Николаев. Л.: ЛДНТП, 1976, 24 с.
3. Лурье М.С. Компенсаторы пульсаций для мощных выпрямителей [Текст] / М.С. Лурье, О.М. Лурье. Сб. Оптимизация режимов работы электроприводов, Красноярск, СФУ, 2008, С. 5 - 9.
© Алимасов С. Г., Фролов А. С., 2022
