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大功率的低紋波、高精度穩(wěn)定/脈沖直流電源是一種非常重要的特種電源,在現(xiàn)代科學(xué)研究和醫(yī)療、新能源、工業(yè)生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。
據(jù)悉:目前一般大功率加速器,超導(dǎo)磁體等特種磁鐵電源多采用晶閘管相控整流電源,它由相控整流器和無源濾波器組成。這種常規(guī)的電源具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、電源容量大、開關(guān)器件價格低和易實現(xiàn)磁場能量回饋等特點。然而由于濾波電感不是無窮大,輸入電源電壓不對稱,整流器件觸發(fā)角不一致,器件特性不理想等,均可產(chǎn)生大量的特征諧波和非特征諧波。
為了滿足嚴(yán)格的穩(wěn)態(tài)性能要求,往往一方面需要接入大量的無源濾波器,另一方面,過去還采用多級串聯(lián)線性調(diào)整電路來提高電流的穩(wěn)定度和降低電流紋波。
無源濾波器體積龐大,價格昂貴,運行費用比較高。較大的無源濾波器將使系統(tǒng)的動態(tài)性能和過渡過程中的跟蹤精度惡化,還可能引起系統(tǒng)振蕩。采用無源濾波器時,高速控制要求和需要大幅度衰減紋波也是相互矛盾的。而且消除含量極低的非特征紋波(諧波)時非常困難,有時甚至不可能。
采用多級串聯(lián)線性調(diào)整電路,串聯(lián)在主電路中的調(diào)節(jié)器晶體管工作在線性區(qū),整流器輸出諧波電壓靠晶體管集—射極的電壓降吸收。而調(diào)整晶體管往往由數(shù)百個大功率晶體管組成,也存在能量損耗大、效率低、成本高、控制復(fù)雜等缺點。借助于直流有源電力濾波器獲得更進一步的電流穩(wěn)定、降低輸出電流的紋波和提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)是必須的。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,使有源電力濾波器技術(shù)實用化成為可能。這種濾波器即使在諧(紋)波頻率和幅值迅速變化時,也能產(chǎn)生相應(yīng)的補償電流(壓),這是一種非常理想、很有發(fā)展前途的補償裝置。目前,絕大多數(shù)有源電力濾波器都是應(yīng)用于交流電路中,把其用于高壓直流輸電、高精度穩(wěn)定/脈沖電源等直流電路中,也會產(chǎn)生非常理想的濾波效果。與傳統(tǒng)的無源濾波器相比,有源電力濾波器具有以下優(yōu)點:
——對各次諧波都能衰減,特別容易抑制低次諧波;
——能補償頻率變化和失諧效應(yīng),并能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng);
——濾波性能優(yōu)異而費用相對較低;
——由于有源電力濾波器僅對諧(紋)波起作用,其相對容量非常?。?/span>
——裝置體積小、效率高。
本文詳細(xì)介紹了直流有源電力濾波器在穩(wěn)定/脈沖電源中應(yīng)用的工作原理,主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),國內(nèi)外的研究及實際應(yīng)用狀況。結(jié)果表明,直流有源電力濾波器抑制紋波電流(壓)的性能非常優(yōu)秀,具廣泛的應(yīng)用前景。相信在未來的不久,其會得到廣為廣泛的應(yīng)用與普及。
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