大功率的低紋波、高精度穩定/脈沖直流電源是一種非常重要的特種電源,在現代科學研究和醫療、新能源、工業生產中得到普遍應用。
據悉:目前一般大功率加速器,超導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。這種常規的電源具有系統結構簡單、電源容量大、開關器件價格低和易實現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,整流器件觸發角不一致,器件特性不理想等,均可產生大量的特征諧波和非特征諧波。
為了滿足嚴格的穩態性能要求,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線性調整電路來提高電流的穩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的動態性能和過渡過程中的跟蹤精度惡化,還可能引起系統振蕩。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。
采用多級串聯線性調整電路,串聯在主電路中的調節器晶體管工作在線性區,整流器輸出諧波電壓靠晶體管集—射極的電壓降吸收。而調整晶體管往往由數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定、降低輸出電流的紋波和提高系統的動態響應是必須的。
隨著電力電子技術的發展,使有源電力濾波器技術實用化成為可能。這種濾波器即使在諧(紋)波頻率和幅值迅速變化時,也能產生相應的補償電流(壓),這是一種非常理想、很有發展前途的補償裝置。目前,絕大多數有源電力濾波器都是應用于交流電路中,把其用于高壓直流輸電、高精度穩定/脈沖電源等直流電路中,也會產生非常理想的濾波效果。與傳統的無源濾波器相比,有源電力濾波器具有以下優點:
——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,并能提高系統穩定性和動態響應;
——濾波性能優異而費用相對較低;
——由于有源電力濾波器僅對諧(紋)波起作用,其相對容量非常小;
——裝置體積小、效率高。
本文詳細介紹了直流有源電力濾波器在穩定/脈沖電源中應用的工作原理,主要的拓撲結構,國內外的研究及實際應用狀況。結果表明,直流有源電力濾波器抑制紋波電流(壓)的性能非常優秀,具廣泛的應用前景。相信在未來的不久,其會得到廣為廣泛的應用與普及。
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