Лабораторная установка для испытания силовых преобразователей на кратковременное воздействие повышенного напряжения
Ключевые слова:
силовые преобразователи, импульсное перенапряжение, операторный метод, переходные процессы, преобразование Лапласа, теорема Бореля
Аннотация
В статье рассмотрена лабораторная установка для проверки устойчивости силовых преобразователей к аварийным состояниям, возникающим при импульсе входного перенапряжения до 10 кВ длительностью до 12 мс в результате коммутационных процессов. Такие процессы имеют место, например, в электрических цепях электровозов постоянного тока. Лабораторная установка разработана с использованием двух силовых транзисторов и формирует на выходе импульс перенапряжения требуемой длительностью по нарастанию до заданной амплитуды и требуемой длительностью спада до заданного уровня напряжения. Приведена электрическая схема рассматриваемой установки. Определены аналитические выражения, описывающие переходные процессы в установке, точность которых подтверждена с помощью компьютерного моделирования в среде MATLAB Simulink. Описан макетный образец предлагаемой лабораторной установки и представлены результаты ее использования при испытании преобразователя собственных нужд ПСН235 У2, предназначенного для грузового электровоза серии 3ЭС4К постоянного тока. Статья представляет интерес для специалистов-электротехников, разрабатывающих силовые электронные установки с выходным импульсным напряжением до 10 кВ как для железнодорожного подвижного состава, так и для промышленного применения.
Литература
1. Kasri N.F., Piah M.A.M., Adzis Z. Compact High-Voltage Pulse Generator for Pulsed Electric Field Applications: Lab-Scale Development. – Journal of Electrical and Computer Engineering, 2020, No. 1, DOI:10.1155/2020/6525483.
2. Пичугина М.Т. Высоковольтная электротехника. Томск: Изд-во ТПУ, 2011, 136 с.
3. Воршевский А.А. Обеспечение электромагнитной совместимости технических средств по импульсным помехам в судовых электротехнических системах: дис. … докт. техн. наук, 2007, 400 с.
4. Бочаров Ю.Н., Шнеерсон Г.А., Янчус Е.И. Генератор импульсного тока. СПб.: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2012, 100 с.
5. Volskiy S., Skorokhod Yu., Sorokin D. High-Voltage Converter for the Traction Application. – Advances in Power Electronics, 2016, ID 4705709, DOI:10.1155/2016/4705709.
6. Пичугина М.Т. Мощная импульсная техника. Томск: Изд-во ТПУ, 2013, 104 с.
7. Makarov S.N., Stephen R.L., Bitar J. Practical Electrical Engineering. Washington, USA: Worcester Polytechnic Institute, 2016, 986 p.
8. ГОСТ 33726-2016. Преобразователи статические нетяговые для железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2016, 26 с.
9. Вольский С.И. и др. Имитатор импульсных высоковольтных перенапряжений. – Электричество, 2021, № 11, с. 18–27.
10. Бессонов Л.А., Бессонов В.Л. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Юрайт, 2019, 831 с.
11. Демирчян К.С. и др. Теоретические основы электротехники. СПб.: Питер, 2003, 463 с.
12. Skorokhod Yu., et al. Novel Algorithm to Protect Converter from Impulsive Overvoltages by Using Neural Networks. – PCIM2020, Nurnberg, 2020, pp. 1079–1085.
13. Ким К.К., Корнев А.С., Иващенко В.О. Руководство к решению задач по основам теории линейных и нелинейных электрических цепей. СПб.: Издательство ПГУПС, 2013, 94 с.
14. Пустынников С.В., Сипайлов А.Г., Шандарова Е.Б. Теоретические основы электротехники. Часть 1. Томск: Изд-во ТПУ, 2014, 92 с.
15. Терёхин В.Б., Дементьев Ю.Н. Компьютерное моделирование систем электропривода постоянного и переменного тока в Simulink. М.: Юрайт, 2019., 306 с.
16. Терехин В.В. Основы моделирования в MATLAB. Часть 2: Simulink. Новокузнецк: Кузбассвузиздат, 2004, 376 с.
17. Дементьев Ю.Н. и др. Компьютерное моделирование электрических систем постоянного и переменного тока в среде Matlab Simulink. Томск: Изд-во ТПУ, 2018, 497 с
#
1. Kasri N.F., Piah M.A.M., Adzis Z. Compact High-Voltage Pulse Generator for Pulsed Electric Field Applications: Lab-Scale Development. – Journal of Electrical and Computer Engineering, 2020, No. 1, DOI:10.1155/2020/6525483.
2. Pichugina М.Т. Vysokovol'tnaya elektrotekhnika (High-Voltage Electrical Engineering). Тоmsk: Izd-vo TPU, 2011, 136 p.
3. Vorshevskiy А.А. Obespechenie elektromagnitnoy sovmesti-mosti tekhnicheskih sredstv po impul'snym pomekham v sudovyh elektrotekhnicheskih sistemah: dis. … dokt. tekhn. nauk (Ensuring Electromagnetic Compatibility of Technical Means for Pulse Interference in Ship Electrical Systems: dis. ... Dr. Sci. (Eng.)), 2007, 400 p.
4. Bocharov Yu.N., Shneerson G.A., Yanchus E.I. Generator impul'snogo toka (Pulse Current Generator). SPb.: Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy politekhnicheskiy universitet, 2012, 100 p.
5. Volskiy S., Skorokhod Yu., Sorokin D. High-Voltage Converter for the Traction Application. – Advances in Power Electronics, 2016, ID 4705709, DOI:10.1155/2016/4705709.
6. Pichugina М.Т. Moshchnaya impul'snaya tekhnika (Powerful Pulse Technique). Tomsk: Izd-vo TPU, 2013, 104 p.
7. Makarov S.N., Stephen R.L., Bitar J. Practical Electrical Engineering. Washington, USA: Worcester Polytechnic Institute, 2016, 986 p.
8. GОSТ 33726-2016. Preobrazovateli staticheskie netyagovye dlya zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Obshchie tekhnicheskie usloviya (Static Non-Tractive Converters for Railway Rolling Stock. General Specifications). М.: Standartinform, 2016, 26 p.
9. Vol'skiy S.I., et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 11, pp. 18–27.
10. Bessonov L.A., Bessonov V.L. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Elektricheskie tsepi (Theoretical Foundations of Electrical Engineering. Electric Circuits). М.: Yurayt, 2019, 831 p.
11. Demirchyan K.S., et al. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki (Theoretical Foundations of Electrical Engineering). SPb.: Piter, 2003, 463 p.
12. Skorokhod Yu., et al. Novel Algorithm to Protect Converter from Impulsive Overvoltages by Using Neural Networks. – PCIM2020, Nurnberg, 2020, pp. 1079–1085.
13. Kim K.K., Kornev A.S., Ivashchenko V.О. Rukovodstvo k resheniyu zadach po osnovam teorii lineynyh i nelineynyh elektricheskih tsepey (A Guide to Solving Problems on the Basics of the Theory of Linear and Nonlinear Electrical Circuits). SPb.: Izdatel'stvo PGUPS, 2013, 94 p.
14. Pustynnikov S.V., Sipaylov A.G., Shandarova E.B. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Chast’ 1 (Theoretical Foundations of Electrical Engineering/ Part 1). Тоmsk: Izd-vo ТPU, 2014, 92 p.
15. Dementiev Yu.N., Terekhin V.B. Komp'yuternoe modelirovanie sistem elektroprivoda postoyannogo i peremennogo toka v Simulink (Computer Modeling of DC and AC Electric Drive Systems in Si-mulink). М.: Yurayt, 2019, 306 p.
16. Terekhin V.V. Osnovy modelirovaniya v MATLAB. Chast' 2. Simulink (Basics of Modeling in MATLAB. Part 2. Simulink). Novokuznetsk: Kuzbassvuzizdat, 2004, 376 p.
17. Dementiev Yu.N., et al. Komp'yuternoe modelirovanie elektrotekhnicheskih sistem postoyannogo i peremennogo toka v srede Matlab Simulink (Computer Modeling of Electrical Systems of Direct and Alternating Current in the Matlab Simulink Environment). Тоmsk: Izd-vo ТPU, 2018, 497 p
2. Пичугина М.Т. Высоковольтная электротехника. Томск: Изд-во ТПУ, 2011, 136 с.
3. Воршевский А.А. Обеспечение электромагнитной совместимости технических средств по импульсным помехам в судовых электротехнических системах: дис. … докт. техн. наук, 2007, 400 с.
4. Бочаров Ю.Н., Шнеерсон Г.А., Янчус Е.И. Генератор импульсного тока. СПб.: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2012, 100 с.
5. Volskiy S., Skorokhod Yu., Sorokin D. High-Voltage Converter for the Traction Application. – Advances in Power Electronics, 2016, ID 4705709, DOI:10.1155/2016/4705709.
6. Пичугина М.Т. Мощная импульсная техника. Томск: Изд-во ТПУ, 2013, 104 с.
7. Makarov S.N., Stephen R.L., Bitar J. Practical Electrical Engineering. Washington, USA: Worcester Polytechnic Institute, 2016, 986 p.
8. ГОСТ 33726-2016. Преобразователи статические нетяговые для железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2016, 26 с.
9. Вольский С.И. и др. Имитатор импульсных высоковольтных перенапряжений. – Электричество, 2021, № 11, с. 18–27.
10. Бессонов Л.А., Бессонов В.Л. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Юрайт, 2019, 831 с.
11. Демирчян К.С. и др. Теоретические основы электротехники. СПб.: Питер, 2003, 463 с.
12. Skorokhod Yu., et al. Novel Algorithm to Protect Converter from Impulsive Overvoltages by Using Neural Networks. – PCIM2020, Nurnberg, 2020, pp. 1079–1085.
13. Ким К.К., Корнев А.С., Иващенко В.О. Руководство к решению задач по основам теории линейных и нелинейных электрических цепей. СПб.: Издательство ПГУПС, 2013, 94 с.
14. Пустынников С.В., Сипайлов А.Г., Шандарова Е.Б. Теоретические основы электротехники. Часть 1. Томск: Изд-во ТПУ, 2014, 92 с.
15. Терёхин В.Б., Дементьев Ю.Н. Компьютерное моделирование систем электропривода постоянного и переменного тока в Simulink. М.: Юрайт, 2019., 306 с.
16. Терехин В.В. Основы моделирования в MATLAB. Часть 2: Simulink. Новокузнецк: Кузбассвузиздат, 2004, 376 с.
17. Дементьев Ю.Н. и др. Компьютерное моделирование электрических систем постоянного и переменного тока в среде Matlab Simulink. Томск: Изд-во ТПУ, 2018, 497 с
#
1. Kasri N.F., Piah M.A.M., Adzis Z. Compact High-Voltage Pulse Generator for Pulsed Electric Field Applications: Lab-Scale Development. – Journal of Electrical and Computer Engineering, 2020, No. 1, DOI:10.1155/2020/6525483.
2. Pichugina М.Т. Vysokovol'tnaya elektrotekhnika (High-Voltage Electrical Engineering). Тоmsk: Izd-vo TPU, 2011, 136 p.
3. Vorshevskiy А.А. Obespechenie elektromagnitnoy sovmesti-mosti tekhnicheskih sredstv po impul'snym pomekham v sudovyh elektrotekhnicheskih sistemah: dis. … dokt. tekhn. nauk (Ensuring Electromagnetic Compatibility of Technical Means for Pulse Interference in Ship Electrical Systems: dis. ... Dr. Sci. (Eng.)), 2007, 400 p.
4. Bocharov Yu.N., Shneerson G.A., Yanchus E.I. Generator impul'snogo toka (Pulse Current Generator). SPb.: Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy politekhnicheskiy universitet, 2012, 100 p.
5. Volskiy S., Skorokhod Yu., Sorokin D. High-Voltage Converter for the Traction Application. – Advances in Power Electronics, 2016, ID 4705709, DOI:10.1155/2016/4705709.
6. Pichugina М.Т. Moshchnaya impul'snaya tekhnika (Powerful Pulse Technique). Tomsk: Izd-vo TPU, 2013, 104 p.
7. Makarov S.N., Stephen R.L., Bitar J. Practical Electrical Engineering. Washington, USA: Worcester Polytechnic Institute, 2016, 986 p.
8. GОSТ 33726-2016. Preobrazovateli staticheskie netyagovye dlya zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Obshchie tekhnicheskie usloviya (Static Non-Tractive Converters for Railway Rolling Stock. General Specifications). М.: Standartinform, 2016, 26 p.
9. Vol'skiy S.I., et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 11, pp. 18–27.
10. Bessonov L.A., Bessonov V.L. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Elektricheskie tsepi (Theoretical Foundations of Electrical Engineering. Electric Circuits). М.: Yurayt, 2019, 831 p.
11. Demirchyan K.S., et al. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki (Theoretical Foundations of Electrical Engineering). SPb.: Piter, 2003, 463 p.
12. Skorokhod Yu., et al. Novel Algorithm to Protect Converter from Impulsive Overvoltages by Using Neural Networks. – PCIM2020, Nurnberg, 2020, pp. 1079–1085.
13. Kim K.K., Kornev A.S., Ivashchenko V.О. Rukovodstvo k resheniyu zadach po osnovam teorii lineynyh i nelineynyh elektricheskih tsepey (A Guide to Solving Problems on the Basics of the Theory of Linear and Nonlinear Electrical Circuits). SPb.: Izdatel'stvo PGUPS, 2013, 94 p.
14. Pustynnikov S.V., Sipaylov A.G., Shandarova E.B. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Chast’ 1 (Theoretical Foundations of Electrical Engineering/ Part 1). Тоmsk: Izd-vo ТPU, 2014, 92 p.
15. Dementiev Yu.N., Terekhin V.B. Komp'yuternoe modelirovanie sistem elektroprivoda postoyannogo i peremennogo toka v Simulink (Computer Modeling of DC and AC Electric Drive Systems in Si-mulink). М.: Yurayt, 2019, 306 p.
16. Terekhin V.V. Osnovy modelirovaniya v MATLAB. Chast' 2. Simulink (Basics of Modeling in MATLAB. Part 2. Simulink). Novokuznetsk: Kuzbassvuzizdat, 2004, 376 p.
17. Dementiev Yu.N., et al. Komp'yuternoe modelirovanie elektrotekhnicheskih sistem postoyannogo i peremennogo toka v srede Matlab Simulink (Computer Modeling of Electrical Systems of Direct and Alternating Current in the Matlab Simulink Environment). Тоmsk: Izd-vo ТPU, 2018, 497 p
