Аналiз двоступiнчастої топологiї тиристорного випрямляча з паралельними мостами для зменшення споживання реактивної потужностi
DOI:
https://doi.org/10.64915/RADAP.2026.103.94-102Ключові слова:
фазокерований випрямляч, двоступінчастий перетворювач, випрямляч з паралельними мостами, реактивна потужність, корекція коефіцієнта потужності, потужні електроприводи постійного струмуАнотація
Потужні фазокеровані тиристорні електроприводи постійного струму, незважаючи на їхню надійність, мають фундаментальний недолік — значне споживання реактивної потужності з мережі живлення, особливо в динамічних режимах роботи при великих кутах керування (α). Це призводить до низького коефіцієнта зсуву (Displacement Power Factor, DPF) та додаткових втрат. Це дослідження аналізує економічно ефективну нову топологію двоступінчастого тиристорного випрямляча, запропоновану для пом'якшення цієї проблеми. Топологія використовує спеціальний трансформатор із відводами від вторинних обмоток (наприклад, на 50% та 100% напруги), які живлять два 6-пульсні мости (R1 та R2), підключені паралельно до спільного навантаження постійного струму. Система функціонує як швидкодіючий твердотільний аналог пристрою регулювання напруги під навантаженням. Завдяки послідовному включенню мостів у роботу перетворювач підтримує малі кути керування (α) у широкому діапазоні вихідної напруги. Детальний аналіз енергетичних характеристик на прикладному дослідженні типового циклу розгону приводу з високою інерцією (підіймальна машина) демонструє енергетичну ефективність топології. Порівняно зі звичайним одномостовим тиристорним випрямлячем, двоступінчаста схема зменшує загальну реактивну енергію, спожиту за цикл розгону, на 51% (з 54.4 кВАр · год до 26.8 кВАр · год у прикладі). Додатковою перевагою рішення є зниження діючого (Root-Mean-Square, RMS) струму первинної обмотки на початковому етапі розгону, що призводить до зменшення активних втрат потужності (I2R) у трансформаторі та лініях живлення. Недоліком розглянутого алгоритму комутації є наявність режиму «уривчастих» струмів у первинній обмотці трансформатора у змішаному режимі (одночасна робота R1 та R2), що значно погіршує гармонійний склад (Total Harmonic Distortion, THD) вхідного струму, роблячи перетворювач невідповідним стандартам якості електроенергії (напр., IEEE 519). У роботі зроблено висновок, що практичне впровадження цієї енергоефективної топології вимагає апаратної адаптації, зокрема проєктування спеціалізованого міжфазного реактора (Inter-Phase Reactor, IPR) або інтеграції у багатопульсні конфігурації, щоб нівелювати гармонійні спотворення, зберігаючи при цьому виграш у реактивній потужності.
Посилання
1. Rashid, M. H. (2017) Power Electronics Devices, Circuits And Applications. 4th edn. Harlow: Pearson.
2. Gao, Y., Wang, X. & Meng, X. (2024) `Advanced rectifier technologies for electrolysis-based hydrogen production: a comparative study and real-world applications', Energies, 18(1), p. 48. doi: 10.3390/en18010048.
3. Mohan, N., Undeland, T.M. & Robbins, W.P. (2002) Power Electronics: Converters, Applications, and Design. 3rd edn. Nashville, TN: John Wiley & Sons.
4. Iribarren, Á., Barrios, E.L., Sanchis, P. & Ursúa, A. (2025) `Modeling and optimal sizing of thyristor rectifiers for high-power hydrogen electrolyzers', IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 13(5), pp. 5459–5478. doi: 10.1109/jestpe.2025.3566285.
5. Zeng, Y., Qiu, Y., Xu, L., Gu, C., Zhou, Y., Li, J., Chen, S. & Zhou, B. (2025) `Optimal investment portfolio of thyristor- and IGBT-based electrolysis rectifiers in utility-scale renewable P2H systems', IEEE Transactions on Sustainable Energy, pp. 1–14. doi: 10.1109/tste.2025.3595150.
6. Oguchi, K. & Yamada, T. (1997) `Novel 18-step diode rectifier circuit with non-isolated phase shifting transformers', IEE Proceedings - Electric Power Applications, 144(1), pp. 1–5. doi: 10.1049/ip-epa:19970700.
7. Hall, J.K., Kettleborough, J.G. & Razak, A.B.M.J. (1990) `Parallel operation of bridge rectifiers without an interbridge reactor', IEE Proceedings B (Electric Power Applications), 137(2), pp. 125–140. doi: 10.1049/ip-b.1990.0013.
8. Rodriguez, J.R. et al. (2005) `Large current rectifiers: state of the art and future trends', IEEE Transactions on Industrial Electronics, 52(3), pp. 738–746. doi: 10.1109/tie.2005.843949.
9. Gour, S. (2013) `Comparative analysis of multipulse AC-DC converter using zigzag transformer', IOSR Journal of Engineering, 3(7), pp. 38–42. doi: 10.9790/3021-03753842.
10. Voitovych, Y., Makarov, V. & Pichkalov, I. (2018) `18-pulse rectifier with electronic phase shifting with autotransformer in inverter and rectifier mode', in 2018 IEEE 6th Workshop on Advances in Information, Electronic and Electrical Engineering (AIEEE), Vilnius: IEEE, pp. 1–5. doi: 10.1109/aieee.2018.8592446.
11. Singh, B. & Gairola, S. (2008) `A zigzag connected auto-transformer based 24-pulse AC-DC converter', Journal of Electrical Engineering & Technology, 3(2), pp. 235–242.
12. Choi, S., Enjeti, P.N., Lee, H.-H. & Pitel, I.J. (1996) `A new active interphase reactor for 12-pulse rectifiers provides clean power utility interface', IEEE Transactions on Industry Applications, 32(6), pp. 1304–1311. doi: 10.1109/28.556632.
13. Das, A., Chatterjee, J.K. & Gaja, A.K. (2006) `Asymmetrical firing of 12-pulse converter for controlled P-Q operation using PIC microcontroller', in IEEE Power India Conference, New Delhi: IEEE, p. 5. doi: 10.1109/poweri.2006.1632602.
14. Ahsan, F.M., Chatterjee, J.K. & Das, A. (2006) `Operation of a 12-pulse converter in closed loop for controlled P-Q operation', in 2006 International Conference on Power Electronic, Drives and Energy Systems, New Delhi: IEEE, pp. 1–6. doi: 10.1109/pedes.2006.344236.
15. Hernadi, A., Taufik & Anwari, M. (2008) `Modeling and simulation of 6-pulse and 12-pulse rectifiers under balanced and unbalanced conditions with impacts to input current harmonics', in 2008 Second Asia International Conference on Modelling & Simulation (AMS), Kuala Lumpur: IEEE, pp. 1034–1038. doi: 10.1109/ams.2008.88.
16. Singh, B., Singh, B.N., Chandra, A., Al-Haddad, K., Pandey, A. & Kothari, D.P. (2004) `A review of three-phase improved power quality AC–DC converters', IEEE Transactions on Industrial Electronics, 51(3), pp. 641–660. doi: 10.1109/tie.2004.825341.
17. Zhang, M.L., Wu, B., Xiao, Y., Dewinter, F.A. & Sotudeh, R. (2002) `A multilevel buck converter based rectifier with sinusoidal inputs and unity power factor for medium voltage (4160-7200 V) applications', IEEE Transactions on Power Electronics, 17(6), pp. 853–863. doi: 10.1109/TPEL.2002.805600.
18. Kolagar, A.D. & Shoulaie, A. (2012) `Power quality improvement in DC electric arc furnace plants utilizing multi-phase transformers', International Transactions on Electrical Energy Systems, 23(8), pp. 1233–1253. doi: 10.1002/ETEP.1649.
19. Solanki, J., Fröhleke, N., Böcker, J., Averberg, A. & Wallmeier, P. (2015) `High‐current variable‐voltage rectifiers: state of the art topologies', IET Power Electronics, 8(6), pp. 1068–1080. doi: 10.1049/iet-pel.2014.0533.
20. Naseri, F. & Samet, H. (2015) `A comparison study of high power IGBT-based and thyristor-based AC to DC converters in medium power DC arc furnace plants', in 2015 9th International Conference on Compatibility and Power Electronics (CPE), Lisbon: IEEE. doi: 10.1109/cpe.2015.7231042.
21. Zargari, N.R., Xiao, Y. & Wu, B. (1997) `A multilevel thyristor rectifier with improved power factor', IEEE Transactions on Industry Applications, 33(5), pp. 1208–1213. doi: 10.1109/28.633798.
22. Blooming, T.M. & Carnovale, D.J. (2006) `Application of IEEE STD 519-1992 Harmonic Limits', in Conference Record of 2006 Annual Pulp and Paper Industry Technical Conference, Appleton, WI: IEEE. doi: 10.1109/papcon.2006.1673767.
23. IEEE (2014) IEEE Std 519-2014: IEEE recommended practice and requirements for harmonic control in electric power systems. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 В. Ф. Комаров, Ю. В. Рассохіна
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
