Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

Б. Н. Абрамович, профессор кафедры электроэнергетики и электромеханики, докт. техн. наук,
эл. почта: abramovich_bn@pers.spmi.ru
А. А. Веприков, ассистент кафедры электроэнергетики и электромеханики, канд. техн. наук,
эл. почта: veprikov_aa@pers.spmi.ru
Ю. А. Сычёв, доцент кафедры электроэнергетики и электромеханики, канд. техн. наук
Д. А. Лях, аспирант кафедры электроэнергетики и электромеханики

Представлены результаты исследований энергетических характеристик преобразовательного комплекса на основе импульсных источников питания с IGBT для питания промышленных электролизеров цветных металлов. На основе проведенных промышленных испытаний подтверждена возможность увеличения тока нагрузки путем параллельного соединения IGBT, обоснован выбор числа ключей в параллельно соединенных блоках полупроводников. Установлено, что при этом уменьшается удельный расход электроэнергии, обеспечивается снижение потребляемой реактивной и установленной мощностей электрооборудования при плавном регулировании тока нагрузки. Для улучшения качества электрической энергии в сетях с сильноточными потребителями постоянного тока предложено использовать преобразовательный комплекс на основе активных выпрямителей тока. Показано, что рассинхронизация коммутационных процессов активных выпрямителей в составе комплекса позволит снизить суммарный коэффициент гармонических искажений сетевого напряжения. На основании проведенных исследований установлено, что использование активных выпрямителей тока с параллельным соединением IGBT-модулей в составе преобразователей электроэнергии для питания электролизеров позволяет улучшить энергетические характеристики электротехнических комплексов. Рассмотренные типы преобразователей реализуют плавное и точное регулирование тока нагрузки в широком диапазоне, не снижая при этом коэффициента мощности. Установлено, что использование активных преобразователей позволяет минимизировать реактивную мощность, мощность искажений и обеспечивает требуемую глубину регулирования напряжения нагрузки в диапазоне от 80 до 100 %. Это позволяет снизить установленную мощность транс форматорного оборудования на 20–40 % за счет отказа от устройств регулирования под нагрузкой. Снижение уровня гармоник напряжения и тока за счет рассинхронизации коммутационных процессов активных выпрямителей тока позволит повысить степень электромагнитной совместимости преобразовательного комплекса с питающей сетью, что приведет к увеличению срока службы электротехнического оборудования преобразовательного комплекса и сети.

1. Абрамович Б. Н., Веприков А. А., Сычёв Ю. А. Повышение эффективности электротехнических преобразовательных комплексов для добычи и переработки полезных ископаемых // Горное оборудование и электромеханика. 2017. № 1. С. 7–12.
2. Бурман А. П., Розанов Ю. К., Шакарян Ю. Г. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности энергетических систем. — М. : Издательский дом МЭИ, 2012. — 336 с.
3. Golubev V. O., Chistiakov D. G., Brichkin V. N., Litvinova T. E. Systems and aids of mathematical modeling of the alumina refinery methods: problems and solutions // Non-ferrous Мetals. 2019. No. 1. P. 40–47. DOI: 10.17580/nfm.2019.01.07.
4. Сизяков В. М., Власов А. А., Бажин В. Ю. Стратегические задачи металлургического комплекса России // Цветные металлы. 2016. № 1. С. 32–37. DOI: 10.17580/tsm.2016.01.05.
5. Patrin R. K., Bazhin V. Y. Spent linings from aluminum cells as a raw material for the metallurgical, chemical and construction industries // Metallurgist. 2014. Vol. 58, Iss. 7-8. P. 625–629.
6. Вайстнер М., Хабибулин М. Обеспечение качества электроэнергии при производстве алюминия // Мир металла. 2014. № 10. С. 10–14.
7. Полищук В. В., Веприков А. А. Высокоэффективные системы электроснабжения мощных промышленных потребителей постоянного тока // Естественные и технические науки. 2017. № 6. С. 126–130.
8. Сальников В. Г., Шевченко В. В. Эффективные системы электроснабжения предприятий цветной металлургии. — М. : Металлургия, 1986. — 134 с.
9. Галевский Г. В., Минцис М. Я., Сиразутдинов Г. А. Металлургия алюминия: стабилизация и модуляция тока электролизной серии : монография. — Новокуз нецк : СибГИУ, 2011. — 151 с.
10. Lv X., Shuang Y., Li J., Hu L., Liu J., Xu Z., Zhang H. Characterization of bubble behavior in aluminum reduction cells // Light Metals. 2016. Ch. 57. P. 347–352.
11. Винтрих А., Николаи У., Турски В., Рейман Т. Проблемы параллельного и последовательного соединения IGBT. Часть 1. Параллельная работа IGBT ; пер. А. Колпаков, Е. Карташов // Силовая электроника. 2013. № 4. С. 67–74.
12. Абрамович Б. Н., Веприков А. А., Сычёв Ю. А., Хомяков К. А. Повышение эффективности электротехнических преобразовательных комплексов для питания электро лизеров алюминия // Цветные металлы. 2016. № 10. С. 49–53.
13. Веприков А. А., Полищук В. В. Высокоэффективные системы электроснабжения мощных промышленных потребителей постоянного тока // Естественные и технические науки. 2017. № 6. С. 126–130.
14. Веприков А. А., Полищук В. В. Повышение энергоэффективности систем электроснабжения промышленных потребителей постоянного тока на основе активных преобразователей // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. № 7. С. 17–21.

15. Журавин Ю. Д., Мусс К. Б., Шулецкая С. П. О критериях электромагнитной совместимости системы электроснабжения и электролизных серий алюминиевых заво дов // Цветные металлы. 1987. № 4. С. 51–55.
16. Храмшин Т. Р., Корнилов Г. П., Николаев А. А., Храмшин Р. Р., Крубцов Д. С. Исследование воздействия активных выпрямителей большой мощности на питающую сеть // Вестник ИГЭУ. 2013. № 1. С. 1–5.
17. Zhou X., Wei K., Ma Y., Gao Z. A review of reactive power compensation devices // Proc. of 2018 IEEE Int. Conf. on Mechatronics and Automation (Changchun: IEEE Xplore). 2018. Vol. 1. P. 2020–2024.
18. Sun M., Li B., Li L. Effect of slotted anode on gas bubble behaviors in aluminum reduction cell // Metallurgical and Materials Trans. 2017. Vol. 48. P. 3161–3173.
19. Pandit P., Mazymdar J., May T., Koellner W. G. Keal-time power quality measurements from a conventional AC dragline // IEEE Transactions on Industry Applications. 2010. Vol. 46, Iss. 5. P. 1755–1763.
20. Шклярский Я. Э., Шклярский А. Я., Замятин Е. О. Анализ потерь электроэнергии алюминиевого производства при наличии искажений в системе электроснабжения // Цветные металлы. 2019. № 4. С. 84–91. DOI: 10.17580/tsm.2019.04.11.
21. Муньос-Гихоса Х. М., Крыльцов С. Б., Соловьев С. В. Применение активного выпрямителя в качестве компенсатора токов искажений в распределительных сетях 6–10 кВ // Записки Горного института. 2019. Т. 236. С. 229–238. DOI: 10.31897/PMI.2019.2.229.