Энергосберегающая методика исследования физической модели высоковольтного инвертора на основе электронно-лучевого вентиля
Аннотация
В схемах инверторов статических компенсаторов (СТК) используются силовые полупроводниковые приборы (СИП), однако предпринимаются попытки создания промышленных образцов высоковольтных инверторов на основе серийных электровакуумных приборов (ЭВП). Перспективными являются высоковольтные электронно-лучевые вентили (ЭЛВ), имеющие среди ЭВП, благодаря рекуперации пучка на аноде, минимально возможное падение напряжения на участке анод - катод в проводящем состоянии и, по сравнению с СПП, высокую крутизну фронта и среза.
Проведено моделирование ЭЛВ в схемотехнической программе EWB с целью определения минимально допустимого сопротивления нагрузки, при которой ЭЛВ имеет максимальный электрический КПД до 0,99.
Для определения целесообразности создания инверторов необходимы не только теоретические, но и экспериментальные исследования на физических моделях с помощью специальных стендов. Разработан высоковольтный энергосберегающий стенд для испытания ЭЛВ в инверторном режиме в схеме СТК. Питание стенда от сети 3x380 В, 50 Гц. С помощью высоковольтного трехфазного трансформатора напряжение может повышаться до 40 кВ, выпрямляется по схеме Ларионова и, благодаря искусственной средней точки, получается 0...+20 кВ и 0.-20 кВ при максимальном токе до 1 А. Амплитуда напряжения плавно меняется с помощью трехфазного электромеханического регулятора, установленного в первичной обмотке высоковольтного трансформатора. Синусоидальное напряжение частотой 50 Гц в инверторном режиме формируется на водяном эквиваленте нагрузки с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с тактовой плавно изменяемой частотой 1.3 кГц. С целью повышения уровня испытуемой мощности стенда и энергосбережения введено стробирующее логическое устройство (СЛУ), позволяющее работать системе управления ЭЛВ в прерывистом режиме формирования ШИМ. Оно формирует импульсы, обеспечивающие три периода (длительностью 60 мс) синусоидального напряжения частотой 50 Гц и интервалом около 1,2 с.
Применение СЛУ, формирующего пачки управляющих импульсов, позволяет проводить изучение режимов работы ЭЛВ на стенде при кратковременной мощности до 200 кВт в импульсно-периодическом режиме, что значительно (в 10.20 раз) превышает среднее значение мощности сетевого источника постоянного напряжения питания стенда. Даны осциллограммы напряжения на выходе СЛУ и осциллограммы фронта, среза, напряжения и тока нагрузки.
Литература
2. Местергази В.А., Сухов А.В., Шульга Р.Н. Мобильное устройство электроснабжения с регулируемым напряжением и перестройкой частоты // Электро. 2015. № 1. С. 48—51.
3. Шульга Р.Н. Мировые тенденции в развитии электроэнергетики // Новое в российской электроэнергетике. 2014. № 6. С. 5—12.
4. Perevodchikov V.I., Stalkov P.M. Voltage Drop in Switch High-voltage Vacuum Electronic Devices // Proc. Intern. Conf. Actual Problems of Electron Devices Eng. Saratov, 2010. Рp. 454—459.
5. Переводчиков В.И. Перспективы использования вакуумно-плазменной электроники в энергосберегающей электротехнической аппаратуре // Электричество. 2006. № 9. С. 87—92.
6. Переводчиков В.И. Направление вакуумной и плазменной электроники в ВЭИ // История науки и техники. 2011. № 9. С. 66—70.
7. Пат. № 95434 РФ. Многофункциональный энергетический комплекс (МЭК) / Н.В. Матвеев и др. // Бюл. изобрет. 2009. № 18.
8. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. М.: Солон-Р, 2001.
9. Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств. М.: Горячая линия – Телеком, 2002.
10. Мигдаленок А.А. Определение оптимального алгоритма коммутации ключей преобразователя частоты индуктора демагнетизатора [Электрон. ресурс] http://ees.kdu.edu.ua/wp-content/uploads/2013/04/72.pdf (дата обращения 26.21.2019).
11. Щербаков А.В. Импульсный высоковольтный модулятор с частичным разрядом емкостного накопителя // Вестник МЭИ. 2017. № 1. С. 50—57 .
12. Щербаков А.В., Стальков П.М. Ключевые вакуумные электронно-лучевые вентили в инверторе для статического компенсатора // Вестник МЭИ. 2018. № 4. С. 113—120.
--
Для цитирования: Щербаков А.В. Энергосберегающая методика исследования физической модели высоковольтного инвертора на основе электронно-лучевого вентиля // Вестник МЭИ. 2020. № 1. С. 55—61. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-1-55-61.
#
1. Kuz'menko V.A., Taratuta I.P., Chuprikov V.S. Staticheskie Tiristornye Kompensatory Reaktivnoy Moshchnosti (Opyt Razrabotki i Vnedreniya). Elektro. 2003;5:34—38. (in Russian).
2. Mestergazi V.A., Sukhov A.V., Shul'ga R.N. Mobil'noe Ustroystvo Elektrosnabzheniya s Reguliruemym Napryazheniem i Perestroykoy Chastoty. Elektro. 2015;1: 48—51. (in Russian).
3. Shul'ga R.N. Mirovye Tendentsii v Razvitii Elektroenergetiki. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2014;6:5—12. (in Russian).
4. Perevodchikov V.I., Stalkov P.M. Voltage Drop in Switch High-voltage Vacuum Electronic Devices. Proc. Intern. Conf. Actual Problems of Electron Devices Eng. Saratov, 2010:454—459.
5. Perevodchikov V.I. Perspektivy Ispol'zovaniya Vakuumno-plazmennoy ElektronikivEnergosberegayushchey Elektrotekhnicheskoy Apparature. Elektrichestvo. 2006;9; 87—92. (in Russian).
6. Perevodchikov V.I. Napravlenie Vakuumnoy I Plazmennoy Elektroniki v VEI. Istoriya Nauki i Tekhniki. 2011;9:66—70. (in Russian).
7. Pat. № 95434 RF. Mnogofunktsional'nyy Energeticheskiy Kompleks (MEK). N.V. Matveev i dr. Byul. izobret. 2009;18. (in Russian).
8. Karlashchuk V.I. Elektronnaya Laboratoriya na IBM PC. Programma Electronics Workbench i ee Primenenie. M.: Solon-R, 2001. (in Russian).
9. Kardashev G.A. Virtual'naya Elektronika. Komp'yuternoe Modelirovanie Analogovykh Ustroystv. M.: Goryachaya Liniya – Telekom, 2002. (in Russian).
10. Migdalenok A.A. Opredelenie Optimal'nogo Algoritma Kommutatsii Klyuchey Preobrazovatelya Chastoty Induktora Demagnetizatora [Elektron. Resurs] http://ees. kdu.edu.ua/wp-content/uploads/2013/04/72.pdf (Data Obrashcheniya 26.21.2019). (in Russian).
11. Shcherbakov A.V. Impul'snyy Vysokovol'tnyy Modulyator s Chastichnym Razryadom Emkostnogo Nakopitelya. Vestnik MEI. 2017;1:50—57. (in Russian).
12. Shcherbakov A.V., Stal'kov P.M. Klyuchevye Vakuumnye Elektronno-luchevye Ventili v Invertore dlya Staticheskogo Kompensatora. Vestnik MEI. 2018;4:113— 120. (in Russian)
--
For citation: Shcherbakov A.V. An Energy-Saving Technique for Studying an Electron Beam Valve Based High-Voltage Inverter Physical Model. Bulletin of MPEI. 2020;1:55-61. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-1-55-61.
