Управляемая ячейка с питанием от токовой петли и многоканальным выпрямителем
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-6-11-20Ключевые слова:
высоковольтный источник питания, многоячейковый преобразователь, управляемая выпрямительная ячейка, трансформатор тока, многоканальный выпрямительАннотация
Рассмотрены подходы к уменьшению габаритных размеров высоковольтного многоячейкового источника питания с токовой петлей. Такие источники используются для питания различного оборудования, а именно: установок электронно-лучевой сварки, рентгеновской аппаратуры, радиолокационных станций и физико-исследовательского оборудования.
Проанализированы многоячейковые преобразователи с применением управляемых выпрямительных ячеек. Один из подходов — снижение габаритов за счет перехода от аналоговых систем управления ячейками к системам управления на микроконтроллере. Однако этот метод затруднителен в применении к преобразователям с высокими требованиями к быстродействию. Для снижения габаритов высоковольтного источника с многоячейковой структурой и последовательным соединением ячеек по выходу требуется увеличение выходного напряжения каждой ячейки и снижение их общего количества. В рамках такого технического решения необходима доработка выпрямительной ячейки таким образом, чтобы ее выходное напряжение было существенно увеличено, а ячейка сохранила свойства управляемого выпрямителя, способного с высокой точностью стабилизировать выходное напряжение. При этом нежелательно увеличение напряжения, коммутируемого силовыми полупроводниковыми ключами выпрямителя.
В соответствии с приведенными требованиями предложен новый перспективный подход к увеличению выходного напряжения ячейки за счет применения многоканального выпрямителя. Исследования подхода проведены как на моделях, так и на физическом макете. Применение подхода позволило уменьшить количество ячеек в преобразователе и, как следствие, значительно уменьшить его размеры, что подтвердило перспективность его применения.
Библиографические ссылки
1. Ahn S.-H., Gong J.-W., Ryoo H.-J., Jang S.-R. Low-ripple and High-precision High-voltage DC Power Supply for Pulsed Power Applications // IEEE Trans. Plasma Sci. 2014. V. 42(10). Pp. 3023—3033.
2. Kazakevich V.S., Morozov K.V., Petrov A.L., Popkov G.N. High-voltage Power Supply for Electron Gun // Приборы и техника эксперимента. 1994. Т. 37. № 5. С. 213—214.
3. Cunha J.P.V.S., Bellar M.D., Begalli M. High-voltage Power Supply with High Output Current and Low Power Consumption for Photomultiplier Tubes // IEEE Trans. Nuclear Sci. 2012. V. 59(2). Pp. 281—288.
4. Щербаков А.В. Современные принципы построения источников питания электронно-лучевых сварочных установок // Электротехника. 2012. № 4. С. 28—34.
5. Серегин Д.А. и др. Источник питания с передачей энергии трансформаторами тока // Электротехника. 2024. № 6. С. 34—42.
6. Розанов Ю.К., Воронин П.А., Рывкин С.Е., Чаплыгин Е.Е. Справочник по силовой электронике. М.: Издат. дом МЭИ, 2014.
7. Серегин Д.А., Воронин И.П., Павлова М.С., Мостовой Д.В., Громов В.Д. Исследование способов управления и анализ устойчивости выпрямительной ячейки, входящей в состав мощного высоковольтного источника питания // Практическая силовая электроника. 2024. № 1(93). С. 17—25.
8. Пат. № 105213 РФ. Трансформаторно-выпрямительный блок высоковольтного источника электропитания электронно-лучевой пушки / Беневольский Е.С. и др. // Бюл. изобрет. 2011. № 16.
9. Щербаков А.В., Гончаров А.Л., Драгунов В.К., Гладышев А.О. Разработка установки для электроннолучевой сварки малогабаритных изделий // Электротехника. 2013. № 6. С. 25—30.
10. Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. М.: Техносфера, 2011.
11. Серегин Д.А. и др. Алгоритм двухконтурного цифрового управления инвертором с прогнозированием сигналов обратной связи // Практическая силовая электроника. 2024. № 4(96). С. 20—25.
12. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Издат. дом Додэка-XXI, 2001.
---
Для цитирования: Павлова М.С., Серегин Д.А. Управляемая ячейка с питанием от токовой петли и многоканальным выпрямителем // Вестник МЭИ. 2025. № 6. С. 11—20. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-11-20
Работа выполнена в рамках реализации стратегического технологического проекта «Оборудование, новые материалы и технологии для обеспечения технологического лидерства предприятий топливно-энергетического комплекса России» Программы развития НИУ «МЭИ» на 2025 — 2036 годы в рамках программы стратегического академического лидерства «ПРИОРИТЕТ-2030» (НИР № 4301250)
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Ahn S.-H., Gong J.-W., Ryoo H.-J., Jang S.-R. Low-ripple and High-precision High-voltage DC Power Supply for Pulsed Power Applications. IEEE Trans. Plasma Sci. 2014;42(10):3023—3033.
2. Kazakevich V.S., Morozov K.V., Petrov A.L., Popkov G.N. High-voltage Power Supply for Electron Gun. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 1994;37;5:213—214.
3. Cunha J.P.V.S., Bellar M.D., Begalli M. High-voltage Power Supply with High Output Current and Low Power Consumption for Photomultiplier Tubes. IEEE Trans. Nuclear Sci. 2012;59(2):281—288.
4. Shcherbakov A.V. Sovremennye Printsipy Postroeniya Istochnikov Pitaniya Elektronno-luchevykh Svarochnykh Ustanovok. Elektrotekhnika. 2012;4:28—34. (in Russian).
5. Seregin D.A. i dr. Istochnik Pitaniya s Peredachey Energii Transformatorami Toka. Elektrotekhnika. 2024;6:34—42. (in Russian).
6. Rozanov Yu.K., Voronin P.A., Ryvkin S.E., Chaplygin E.E. Spravochnik po Silovoy Elektronike. M.: Izdat. Dom MEI, 2014. (in Russian).
7. Seregin D.A., Voronin I.P., Pavlova M.S., Mostovoy D.V., Gromov V.D. Issledovanie Sposobov Upravleniya i Analiz Ustoychivosti Vypryamitel'noy Yacheyki, Vkhodyashchey v Sostav Moshchnogo Vysokovol'tnogo Istochnika Pitaniya. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2024;1(93):17—25. (in Russian).
8. Pat. № 105213 RF. Transformatorno-vypryamitel'nyy Blok Vysokovol'tnogo Istochnika Elektropitaniya Elektronno-luchevoy Pushki. Benevol'skiy E.S. i dr. Byul. Izobret. 2011;16. (in Russian).
9. Shcherbakov A.V., Goncharov A.L., Dragunov V.K., Gladyshev A.O. Razrabotka Ustanovki dlya Elektronnoluchevoy Svarki Malogabaritnykh Izdeliy. Elektrotekhnika. 2013;6:25—30. (in Russian).
10. Meleshin V.I., Ovchinnikov D.A. Upravlenie Tranzistornymi Preobrazovatelyami Elektroenergii. M.: Tekhnosfera, 2011. (in Russian).
11. Seregin D.A. i dr. Algoritm Dvukhkonturnogo Tsifrovogo Upravleniya Invertorom s Prognozirovaniem Signalov Obratnoy Svyazi. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2024;4(96):20—25. (in Russian).
12. Voronin P.A. Silovye Poluprovodnikovye Klyuchi: Semeystva, Kharakteristiki, Primenenie. M.: Izdat. Dom Dodeka-XXI, 2001. (in Russian)
---
For citation: Pavlova M.S., Seregin D.A. Controlled Cell Powered from a Current Loop with a Multi-channel Rectifier. Bulletin of MPEI. 2025;6:11—20. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-11-20
---
The Work was Carried Out as Part of the Implementation of the Strategic Technological Project «Equipment, New Materials, and Technologies for Ensuring the Technological Leadership of Russian Fuel and Energy Complex Enterprises» of the NRU «MPEI» Development Program for 2025 — 2036 as Part of the Strategic Academic Leadership Program «PRIORITY-2030» (Research Project No. 4301250)
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
