Лабораторная установка для испытания силовых преобразователей на кратковременное воздействие повышенного напряжения

  • Александр Сергеевич Корнев
  • Сергей Иосифович Вольский
  • Дмитрий Александрович Сорокин
  • Илья Павлович Викулов
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.

Биографии авторов

Александр Сергеевич Корнев

доктор техн. наук, профессор кафедры «Электротехника и электрооборудование судов», Санкт-Петербургский государственный морской университет, Санкт-Петербург, Россия.

Сергей Иосифович Вольский

доктор техн. наук, профессор кафедры "Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы", Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия.

Дмитрий Александрович Сорокин

кандидат техн. наук, начальник технологического бюро ООО «Трансконвертер», Москва, Россия

Илья Павлович Викулов

кандидат техн. наук, доцент кафедры «Электрическая тяга», Петербургский государственный университет путей сообщения, Санкт-Петербург, Россия

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
Опубликован
2022-07-26
Раздел
Статьи