Перетворювачі постійної напруги на основі резонансних інверторів з широтно-частотним регулюванням - Автореферат

Частотний спосіб регулювання дозволяє зберегти прийнятні умови комутації в обмеженому діапазоні, але регулювання до нуля стає практично неможливим. Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному: - розроблено математичну модель АРК, яка дозволяє дослідити електромагнітні процеси ПРП з широтно-частотним регулюванням, отримати узагальнені вирази та розрахувати статичні характеристики; розроблені динамічні моделі ПРП з широтно-частотним регулюванням, які дозволяють розрахувати динамічні характеристики, синтезувати автоматичний регулятор вихідних величин та оцінити стійкість контуру регулювання; Автору належить обґрунтування завдання, виконання досліджень, їх аналіз та обробка результатів, висновки по усім науковим положенням та результатам роботи, а саме: математична модель АРК; динамічні моделі АРК та ПРП; вирази для розрахунку статичних характеристик ПРП з використанням характеристичних фігур; методика визначення ПФС та алгоритмів комутації; методика розрахунку параметрів контуру ПРП; алгоритм широтно-частотного управління; компютерне моделювання; розробка досвідно-промислових зразків. У наукових працях, які опубліковані в співавторстві, здобувачу належать: у [2, 22] - залежності для розрахунку статичних характеристик ПРП; у [3] - аналіз трьохконтурної схеми заміщення ПРП, мережі і навантаження; у [4, 5] - динамічна модель АРК; у [6] - амплітудноімпульсна модель ПРП, побудова частотних характеристик РП; у [7] - побудова характеристичних фігур на фазовій площині для розрахунку статичних характеристик ПРП; у [8, 9] - моделювання роботи РП при різних алгоритмах комутації; у [10] - дослідження тиристорного ПРП; у [11] - вирази складових передатної функції схеми заміщення ПРП; у [12] - динамічна модель, динамічні характеристики ПРП; у [21] - математична модель осцилятора, принцип регулювання іскрового процесу та експерименти; у роботах [13-20, 23-25] автори розділили труд порівну.У дисертаційній роботі отримала подальший розвиток теорія ПРП з широтним та частотним регулюванням, оснований на суміщенні вказаних способів регулювання й розробці алгоритмів управління з оптимальними умовами комутації, які дозволяють поліпшити енергетичні та динамічні характеристики ПРП у широкому діапазоні регулювання. Результати дисертаційної роботи можуть бути використані для розрахунків силових схем ПРП, проектування систем управління та автоматичних регуляторів ПРП з широтно-частотним регулюванням, а також для проектування систем, у склад котрих входять ПРП. У ході огляду існуючих схем ПРП та способів регулювання обґрунтована необхідність суміщення широтного та частотного способів регулювання, що дозволяє поліпшити параметри ПРП без ускладнення його силової схеми. Розроблено математичну модель АРК, яка дозволяє у загальному вигляді описати процеси у ПРП та розрахувати статичні характеристики. Розроблені динамічні моделі АРК при амплітудній, широтній та частотній модуляції, які дозволяють узагальнити аналіз динамічних характеристик ПРП з різними силовими схемами.

У дисертаційній роботі отримала подальший розвиток теорія ПРП з широтним та частотним регулюванням, оснований на суміщенні вказаних способів регулювання й розробці алгоритмів управління з оптимальними умовами комутації, які дозволяють поліпшити енергетичні та динамічні характеристики ПРП у широкому діапазоні регулювання.

Результати дисертаційної роботи можуть бути використані для розрахунків силових схем ПРП, проектування систем управління та автоматичних регуляторів ПРП з широтно-частотним регулюванням, а також для проектування систем, у склад котрих входять ПРП.

1. У ході огляду існуючих схем ПРП та способів регулювання обґрунтована необхідність суміщення широтного та частотного способів регулювання, що дозволяє поліпшити параметри ПРП без ускладнення його силової схеми.

2. Розроблено математичну модель АРК, яка дозволяє у загальному вигляді описати процеси у ПРП та розрахувати статичні характеристики.

3. Розроблені динамічні моделі АРК при амплітудній, широтній та частотній модуляції, які дозволяють узагальнити аналіз динамічних характеристик ПРП з різними силовими схемами.

4. Розроблена методика визначення алгоритму включення у послідовний резонансний контур будь-якої кількості джерел напруги, який забезпечує енергообмін між ними у завданому напрямку на кожному межкомутаційному проміжку. Ця методика дозволила визначити усі можливі алгоритми комутації вентилів мостової схеми ПРП та виділити з них найефективніші алгоритми для формування ПФС при широтно-частотному регулюванні.

5. Подальший розвиток здобула методика аналізу процесів у РП на фазовій площині, який полягає в поширенні векторних діаграм на широтний, частотний та широтно-частотний способи регулювання за допомогою характеристичних фігур АРК. Це дозволило отримати узагальнені вирази статичних характеристик ПРП та підвищити наочність аналізу процесів у його силовій схемі, а також встановити області з оптимальними умовами комутації та лінії безструмової комутації.

6. Отримано аналітичні вирази та графічні залежності, які дозволяють ввести обмеження на управляючі величини для запобігання паразитних субгармонійних автоколивань у ПРП в стаціонарному режимі роботи.

7. Розроблено динамічні моделі мостового ПРП для впливів зі сторони живлення та управління при широтно-частотному регулюванні, які дозволили розрахувати динамічні характеристики ПРП та синтезувати автоматичні регулятори. Для спрощення проектування систем з ПРП запропоновані еквівалентні моделі неперервного типу.

8. Розроблено алгоритм асинхронного широтно-частотного управління ПРП, який дозволяє поліпшити його енергетичні та динамічні характеристики. Реалізація цього алгоритму дозволила підвищити ККД експериментального зразка не менш ніж на 4% у порівнянні з ПРП з широтним або частотним регулюванням окремо. Швидкодія регулятору струму у експериментальному ПРП на порядок вища у порівнянні з нерезонансним ШІМ-перетворювачем з еквівалентною силовою частиною.

9. Розроблено системи управління ПРП, які реалізують синхронне та асинхронне широтно-частотне управління і забезпечують високі технічні характеристики досвідно-промислових зразків ПРП.

10. Правомочність та обґрунтованість наукових положень, теоретичних дослідів та розрахунків підтверджується достатньою кількістю експериментів компютерного моделювання та натурними експериментами зі зразками ПРП, а також узгодженням з раніш відомими результатами із літературних джерел.

1. Обрубов А. В. Динамические характеристики резонансной ячейки // Зб. наук. пр. УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2003. - №5(391). - С. 128-138.

2. Обрубов А. В., Павлов Г. В. Совмещенное регулирование в мостовом последовательно-резонансном преобразователе // Технічна електродинаміка. - 2003. - №3. - С. 14-19 (залежності для розрахунку статичних характеристик).

3. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Влияние внешних индуктивностей на работу последовательно-резонансного преобразователя // Електромашинобудування та електрообладнання. Респ. межвід. науково-техн. зб. - К.: Техніка - 1998. - Вип. 51. - С. 104-109 (аналіз трьохконтурної схеми заміщення ПРП, мережі і навантаження).

4. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Дискретная модель активного резонансного контура последовательно-резонансного преобразователя // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. Київ: ІЕД НАНУ. Ч. ІІІ. - 2003. - С. 52-55 (динамічна модель АРК).

5. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Линеаризованная математическая модель последовательно-резонансного преобразователя // Электроника и связь - К.: НТУУ “КПИ” ФЭЛ. - 2003. - №19. - С. 20-24 (динамічна модель АРК).

6. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Оценка фильтрующих свойств последовательно-резонансного преобразователя // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Системи електроживлення електротехнічних установок і комплексів”. - 1999. - С. 77-82 (амплітудноімпульсна модель ПРП, побудова частотних характеристик РП).

7. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Расчет статических режимов работы резонансного преобразователя методом фазовой плоскости // Електромашинобудування та електрообладнання. - 1998. - вип.51. - С (побудова характеристичних фігур на фазовій площині).

8. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Регулятор тока на основе резонансной ячейки // Збірник наук. пр. УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2000. - С. 157-164 (моделювання роботи РП).

9. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Регулятор тока с резонансным контуром // Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України. Збірник наукових праць. №2(5). - 2003. - С. 44-49 (моделювання роботи РП).

10. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Установившиеся режимы работы последовательно-резонансного преобразователя при асинхронном и синхронном управлении // Технічна електродинаміка. Спеціальний випуск, №2. Т.1. - 1998. - С. 166-169 (дослідження тиристорного ПРП).

11. Павлов Г. В., Обрубов А. В., Пекер Б. Н. Влияние внешних параметрических возмущений на резонансную частоту последовательно-резонансного преобразователя. Электроника и связь. - 2003. - №18. - С. 69-72 (вирази складових передатної функції схеми заміщення).

12. Павлов Г. В., Обрубов А. В., Пекер Б. Н. Динамическая модель активного резонансного контура инвертора при частотном регулировании // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки” Київ: ІЕД НАНУ. Ч. 5. - 2004. - С. 85-88 (динамічна модель, динамічні характеристики).

13. Павлов Г. В., Обрубов А. В., Покровский М. В. Влияние потерь на работу последовательно-резонансного преобразователя с рабочей частотой выше резонансной // Електромашинобудування та електрообладнання. Респ. межвід. науково-техн. зб. - К.: Техніка - 2000. - Вип. 54. - С. 43-48.

14. Размещено на .ru