Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. Трехфазные выпрямители с улучшенной ЭМС

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ  
СОВМЕСТИМОСТЬ УСТРОЙСТВ 
СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ 
 
 
ТРЕХФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ  
С УЛУЧШЕННОЙ ЭМС 
 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 

УДК 621.314.6(075.8) 
Э 455 
 
Коллектив авторов: 
Г.С. Зиновьев, И.А. Александров, С.В. Заводина, Д.В. Кочнев,  
Д.А. Курочкин, Н.Н. Лопаткин, Н.В. Севастьянов  
 
Рецензенты:  
д-р техн. наук, профессор В.З. Манусов  
д-р техн. наук, профессор А.В. Сапсалев  
 
Работа выполнена на кафедре электроники и электротехники  
и утверждена Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебно-методического пособия 
 
Э 455  
Электромагнитная совместимость устройств силовой 
электроники. Трехфазные выпрямители с улучшенной 
ЭМС : учебно-методическое пособие / коллектив авторов. – 
Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2019. – 70 с. 

ISBN 978-5-7782-4052-0 

Настоящее учебно-методическое пособие является девятым продолжением запланированной серии учебно-методических пособий для практических занятий по курсу «Электромагнитная совместимость устройств 
силовой электроники», предназначенных для магистрантов и бакалавров 
специальности «Промышленная электроника». Во-первых, оно является 
учебным пособием, дополняя учебник «Основы силовой электроники», 
по одному важному новому подклассу старейшего класса выпрямительных устройств, а именно транзисторным трехфазным выпрямителям, 
управляемым в полном диапазоне регулирования выпрямленного напряжения, с улучшенной электромагнитной совместимостью за счет формирования практически синусоидального входного тока, фактически синфазного с питающим напряжением. Во-вторых, данное руководство используется и как методическое пособие для практических занятий по 
курсу ЭМС устройств силовой электроники применительно к анализу 
указанных новых устройств. 
 
УДК 621.314.6(075.8) 

ISBN 978-5-7782-4052-0 
© Коллектив авторов, 2019 
 
© Новосибирский государственный  
 
технический университет 2019 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Данное учебно-методическое пособие является продолжением (девятой частью) запланированной серии учебно-методических пособий 
для практических занятий по курсу «Электромагнитная совместимость 
устройств силовой электроники», предназначенных для магистрантов 
и бакалавров специальности «Промышленная электроника» [1–8]. Его 
особенностью, как и частей [4–8], является комбинированный характер 
материала. 
Во-первых, оно является учебным пособием, дополняя учебник «Основы силовой электроники» [9] и учебно-методическое пособие [10]  
по одному новому и важному классу преобразовательных устройств,  
а именно транзисторным трехфазным выпрямителям, управляемым  
в полном диапазоне, с улучшенным входным коэффициентом мощности. Во-вторых, данное руководство используется и как методическое 
пособие для практических занятий по курсу ЭМС устройств силовой 
электроники применительно к анализу указанных новых устройств. 
Особое, практически центральное, внимание к старейшему классу 
вентильных преобразователей – управляемым выпрямителям – обусловлено широким распространением самостоятельных устройств преобразования переменного тока в постоянный, а также использованием 
их как составной части в других типах преобразователей электрической энергии. Самостоятельными областями применения управляемых 
выпрямителей, потребляющими почти третью часть всей генерируемой электрической энергии, являются следующие:  
 системы передачи электрической энергии постоянного тока (высокого напряжения); 
 тяговые подстанции городского электрического транспорта 
(метро, трамвай, троллейбус) и железных дорог (электровозы, электропоезда); 
 системы регулируемого электропривода постоянного тока; 

 устройства электротехнологий (электролиз, гальваника, сварка, 
дуговые электропечи постоянного тока, плазменные установки и т. п.); 
 источники питания электронной, вычислительной, радиотехнической аппаратуры; 
Кроме того, другими областями применения управляемых выпрямителей, как составных частей преобразователей переменного тока в 
переменный, являются: 
 системы электропривода переменного тока, получающие питание от сетей переменного напряжения через выпрямители, с выходными инверторами как регуляторами частоты переменного напряжения; 
 системы электротехнологий на высокой частоте (индукционный 
нагрев, высокочастотная закалка и сварка, электрообработка поверхностей) с высокочастотными инверторами, получающими питание от сетей переменного напряжения через выпрямители; 
 перспективные инновационные элементы электрических сетей 
и систем – силовые электронные трансформаторы, которые характеризуются новыми качествами: высокой динамикой, малой массой и 
габаритами, регулируемым коэффициентом преобразования по 
напряжению, синусоидальными входными и выходными токами, 
возможностью кондиционировать качество преобразуемой энергии 
[В7, В8, В11]. 
Входной коэффициент мощности выпрямителей определяется значением коэффициента сдвига входного тока (cos )
  и его формой, характеризуемой коэффициентом искажения или коэффициентом гармоник тока. В СССР для энергосистем было характерно, что общий коэффициент сдвига сетевого тока был довольно низким (cos  порядка 
0,5), а для оптимизации режима работы энергосистемы необходим коэффициент сдвига сетевого тока порядка 0,9. Для повышения его значения в сети используют конденсаторные компенсаторы реактивной 
мощности. Если в западных энергосистемах удается с помощью компенсации добиться значений общего коэффициента сдвига сетевого 
тока на оптимальном уровне, то в СССР мощностей конденсаторных 
компенсаторов реактивной мощности было недостаточно (общий коэффициент сдвига сетевого тока повышался только до значений 
0,7…0,8). Поэтому тарифы на потребление электрической энергии в то 
время были зависимы от значения коэффициента сдвига входного тока 

потребителя (cos )
 . В свою очередь, это принуждало потребителей 
электрической энергии снижать потребление реактивной мощности, 
что применительно к выпрямителям означало необходимость совершенствования классических схем выпрямления. В эпоху тиристорных 
схем выпрямления их модернизация пошла по двум путям. Первое 
направление касалось схем с естественной коммутацией [9–12], а второе – схем с искусственной коммутацией и транзисторных выпрямителей [13–30].  
В учебно-методическом пособии в пяти разделах рассмотрены пять 
схем транзисторных, управляемых в почти полном диапазоне трехфазных выпрямителей с улучшенным входным коэффициентом сдвига и 
практически с синусоидальным входным током. 
1. Выпрямитель типа обращенного инвертора напряжения с дополнительным на выходе понижающим DC-DC-конвертором, исследованный магистрантом И. Александровым. 
2. Выпрямитель типа обращенного инвертора тока, исследованный 
магистрантом Д. Курочкиным. 
3. Выпрямитель типа обращенного инвертора тока с дополнительным на выходе понижающе-повышающим DC-DC-конвертором, исследованный магистранткой С. Заводиной. 
4. Выпрямитель на основе понижающего преобразователя SWISS, 
исследованный магистрантом Н. Севостьяновым. 
5. Маловентильный выпрямитель на основе инновационного [29, 
30] понижающе-повышающего преобразователя типа Кука, исследованный магистрантом Д. Кочневым. 
В разделе 6 приведена теория расчета входных энергетических показателей двух первых выпрямителей на основе метода АДУ, построенная доцентом Н.Н. Лопаткиным. 
Последний раздел пособия снабжен заданиями для практических 
занятий и для самостоятельной работы магистрантов. 
Заключение подводит итоги предварительного анализа исследованных классов транзисторных трехфазных выпрямителей. 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
 
В1. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. 
Часть 1: методическое руководство к практическим занятиям / Г.С. Зиновьев, 

В.А. Клан, А.М. Зимин, М.А. Петров, А.А. Шербелев. – Новосибирск: Изд-во 
НГТУ, 2005. – 46 с. 
В2. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. 
Часть 2: методическое руководство к практическим занятиям / Г.С. Зиновьев, 
В.И. Попов, Р.С. Анбразевич, В.Г. Баулин, А.В. Волков, А.И. Митряшкина, 
О.В. Светлосанова, С.С. Снытко. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. – 87 с. 
В3. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. 
Часть 3: методическое руководство к практическим занятиям / Г.С. Зиновьев, 
Д.В. Игонин, И.А. Маслов, К.И. Савинов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 
2008. – 55 с. 
В4. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. 
Часть 4: учебно-методическое пособие / Г.С. Зиновьев, А.И. Мальнев, 
Д.В. Панфилов, В.И. Попов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2012. – 63 с. 
В5. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. 
Часть 5: учебно-методическое пособие/ Г.С. Зиновьев, А.В. Удовиченко. – 
Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2013. – 56 с. 
В6. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. 
Часть 6: учебно-методическое пособие / Г.С. Зиновьев, Л.Г. Зотов, А.В. Сидоров, А.В. Удовиченко, А.В. Роньшин, В.А. Сковота. – Новосибирск: Изд-во 
НГТУ, 2014. – 56 с. 
В7. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. 
Часть 7. Силовые электронные трансформаторы-1: учебно-методическое пособие / Г.С. Зиновьев, П.В. Козлов, Н.Н. Лопаткин. – Новосибирск: Изд-во 
НГТУ, 2015. – 63 с. 
В8. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники. 
Часть 8. Силовые электронные трансформаторы-2: учебно-методическое пособие / Г.С. Зиновьев, Е.Д. Баранов, И.А. Баховцев, Н.Н. Лопаткин, Г.В. Чиркова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. – 115 с. 
В9. Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. – М.: Энергия, 1978. – 320 с. 
В10. Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. Часть 3. – М.: 
ГЭИ, 1956. 
В11. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. – 5-е изд. – М.: Юрайт, 
2012. – 672 с. 
В12. Репин А.М. 
Новый 
метод 
синтеза 
вентильных 
схем 
класса 
Skm(M)lRL. // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы. – 1983.– 
Вып. 8. Ч. 1. – С. 44–61; Ч. 2, С. 62–81. 
В13. Зиновьев Г.С. Электромагнитная совместимость устройств силовой 
электроники (Электроэнергетический аспект). – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 
1998. – 91 с. 

В14. Benysek G., Strzelescki R., Zinoviev G.S. Power Electronics in Smart 
Electric Energy Systems. Springer, London, 2008. 
В15. Зиновьев Г.С. Наш путь к силовым электронным трансформаторам. 
Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2014 // Труды 
XII международной конференции (Новосибирск, 2–4 октября 2014 г.) – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – Т. 7. – С. 135. 
В16. Хохлов Ю.И. Компенсированные выпрямители. – Челябинск: Изд-во 
ЧГТУ, 1995. – 355 с. 
В17. Баев А.Е. Вентильные преобразователи с конденсаторами в силовых 
цепях / А.Е. Баев, Ю.К. Волков, В.П. Долинин, В.К. Корнеев. – М.: Энергия, 
1969.  
В18. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии / 
А. Крогерис, К. Рашевиц, Л. Рутманис и др. – Рига: Зинатне, 1969. – 531 с. 
В19. Вентильные преобразователи переменной структуры / В.Е. Тонкаль, 
В.С. Руденко, В.Я. Жуйков и др. – Киев: Наукова думка, 1989. – 336 с. 
В20. Шидловский А.К. Транзисторные преобразователи с улучшенной 
ЭМС / А.К. Шидловский, Ю.Н. Драбович, Н.С. Комаров, Г.А. Москаленко. – 
Киев: Наукова думка, 1993. – 273 с. 
В21. Кобзев А.В. Модуляционные источники питания РЭА / А.В. Кобзев, 
Г.Я. Михальченко, Н.М. Музыченко. – Томск: Радио и связь, 1990. – 336 с. 
В22. Bhim Singh, Brij N. Singh, Ambrish Chandra, Kamal Al-Haddad, Ashish 
Pandey, and Dwarka P. Kothari, A Review of Three-Phase Improved Power Quality 
AC–DC Converters. IEEE transactions on industrial electronics, vol. 51, no. 3, june 
2004 641-660. 
В23. Johann W. Kolar and Thomas Friedli. The Essence of Three-Phase PFC 
Rectifier Systems. Proceedings of the 33rd IEEE International Telecommunications 
Energy Conference (INTELEC 2011), Amsterdam, Netherlands, October 9-13, 
2011. P. 1–27. 
В24. Зиновьев Г.С. Энергосберегающие выпрямители трехфазного тока на 
базе обращенных автономных инверторов / Г.С. Зиновьев, Н.Н. Лопаткин // 
Вестник УГТУ-УПИ, № 5 (25), 2003, ч. 2.  
В25. Зиновьев Г.С. Энергоэффективные выпрямители трехфазного тока // 
Труды конф. «Техническая термодинамика» / Г.С. Зиновьев, Н.Н. Лопаткин. – 
Алушта, 2004. 
В26. N.N. Lopatkin, G.S. Zinoviev, A.M. Zimin, H. Weiss. Comparison of 
three-phase rectifiers with improved EMC with the mains, Proc. EPE 2004, Riga. 
В27. Singh B., S. Gailora, B. N. Singh, A. Chandra, K. A-Haddad, Multipulse 
AC-DC Converters for Improving Power Quality: A Review. IEEE transactions on 
power electronics, vol. 23, no. 1, 2008, 260–281.