Точная стабилизация напряжения

Многоячейковые источники энергии – новое изобретение НИУ «МЭИ». Фото представлено пресс-службой НИУ «МЭИ»

В НИУ «МЭИ» разработали перспективный высоковольтный многоячейковый источник питания с высокой точностью стабилизации выходного напряжения. В принципе высоковольтный источник питания – это сложная схема, выполняющая преобразование низкого напряжения в высокое. Высоковольтные источники питания могут работать от постоянного или переменного входного напряжения. Постоянное входное напряжение экономически целесообразно использовать в оборудовании малой мощности (от 1 до 125 Вт). Типичными значениями входного напряжения постоянного тока являются +12 В и +24 В. Высоковольтные источники питания, использующие входное напряжение переменного тока, могут работать от различных номинальных значений напряжений в диапазоне от 100 до 480 В (переменного тока), однофазного или трехфазного, в зависимости от конструкции. Высоковольтные источники питания с коррекцией коэффициента мощности/универсальным входом питания могут работать от любого входного напряжения в диапазоне от 90 до 264 В переменного тока без какого-либо вмешательства пользователя.

Новый источник представляет собой набор однотипных ячеек. Источники с такой структурой называются многоячейковыми, другими словами, это работа большого количества ячеек на одну нагрузку (все ячейки соединены последовательно и питают одну-единственную нагрузку). Каждая ячейка независимо измеряет и стабилизирует напряжение на своем выходе с высокой точностью. Такой подход позволяет легко разрабатывать источник с заданным напряжением, изменяя лишь количество ячеек, а также существенно упрощается ремонт источника питания, поскольку замена вышедшей из строя ячейки является несложной операцией.

«Новая разработка наших ученых необходима для питания широкого спектра промышленного оборудования: для рентгеновской аппаратуры, установок электронно-лучевой сварки, радиоаппаратуры. Производство полностью российского высоковольтного многоячейкового источника питания является важным шагом в развитии отечественной промышленной электроники», – рассказал ректор НИУ «МЭИ» Николай Рогалев.

Характерной проблемой при разработке высоковольтных источников для промышленного оборудования является необходимость обеспечения изоляции между входными и выходными частями устройства. Это значительно усложняет конструкцию источника питания – преобразователя электроэнергии.

Для решения этой проблемы группа специалистов из НИУ «МЭИ» предлагает использовать токовую петлю для передачи энергии от входной к выходным частям. Петля является первичной обмоткой для трансформаторов тока и представляет собой отрезок кабеля с высоковольтной изоляцией. Через первичную обмотку проходит входной электрический ток, именно она играет ключевую роль в процессе трансформации электрической энергии. Данное решение существенно упрощает конструкцию и изготовление источника в сравнении с другими существующими подходами.

Новый высоковольтный многоячейковый источник питания разработан под руководством профессора кафедры промышленной электроники НИУ «МЭИ» Игоря Воронина.

С точки зрения ректора НИУ МЭИ Николая Рогалева, проекты института создают современный, безопасный и эффективный облик энергетики. Как он считает, «энергетика больших мощностей нового поколения» – первый среди проектов НИУ «МЭИ» в рамках реализации программы «Приоритет 2030». Он направлен на разработку полного инновационного цикла ключевых конструкторских, технологических и цифровых решений для создания российского основного и вспомогательного энергетического оборудования. В проект входит разработка 12 комплексных решений: ТЭС на углекислотном рабочем теле, ГТУ (газотурбинная установка) большой мощности, ТЭС на УСКП пара (технологии получения пара с ультра-суперкритическими параметрами), гидромашины повышенной мощности, ГЭС-ГАЭС (насосно-аккумулирующая гидроэлектростанция), интеллектуальные системы управления энергетическими системами, силовая электроника для цифровой энергетики.

Фактически речь идет о создании совокупности ключевых объектов на всех уровнях – от генерации до управления сетями, – обеспечивающих новый, современный, безопасный и энергоэффективный облик энергетики. Иначе говоря, будут разработаны технологии производства и передачи электрической энергии с качественно новым уровнем энергетической эффективности, надежности и экологической безопасности. На сегодняшний момент уже разработан комплексный план научных исследований и проведена работа по вопросу импортозамещения программного обеспечения в НИУ «МЭИ». Так, в 2021 году инжиниринговым центром «Энергетика больших мощностей нового поколения» закуплены российские программные продукты, являющиеся аналогами зарубежных, которые ранее применялись при разработке новых решений для энергетического оборудования.