НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Попов Володимир Андрійович

УДК 621.314.58

БЕЗРЕАКТИВНЕ ЗГЛАДЖУВАННЯ ПУЛЬСАЦІЙ У МЕРЕЖЕВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧАХ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Cпеціальність 05.09.12 - Напівпровідникові перетворювачі електроенергії

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі промислової електроніки Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, м.Київ.

Науковий керівник – доктор технічних наук, доцент

Терещенко Тетяна Олександрівна,

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут” (м. Київ), професор кафедри промислової електроніки.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Липківський Костянтин Олександрович,

Інститут електродинаміки НАН України (м.Київ), завідувач відділом

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Денисюк Сергій Петрович,

АТ “Укренергозбереження” (м. Київ), директор

Провідна установа Національний технічний університет України“Харківський політехнічний інститут” (м. Харків), кафедра промислової електроніки

Захист відбудеться “_23_” _квітня_ 2001 р. о __15_ годині на засіданні спеціалізованої вченоі ради К 26.002.06 в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, Київ - 56, пр. Перемоги, 37, тел. 241-76-62.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці НТУУ “КПІ”.

Автореферат розісланий “ 28 “ лютого 2001 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кондра Б.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Перетворювачі електричної енергії в значній мірі ви-зна-чають енер-гоефективність та масогабаритні показники електронної системи в цілому. Мережеві перетворювачі з виходом на постійному струмі складають більшість перетворю-вачів, які живляться від однофазної мережі змінного струму.

Актуальність теми. Покращення якості електроенергії, що спожива-єть-ся, за-без-печення високого к.к.д. перетворювання та сприйнятливих масогаба-рит-них ха-рак-теристик перетворювачів є суперечними вимогами. Це викликає не-обхідність по-шуку нетрадиційних підходів до вирішення задачі. Низька час-то-та ме-ре-жі (50-60 Гц) визначає труднощі в забезпеченні високих якісних по-каз-ників вихідних напруг на-сам-перед у досягненні потрібного рівня пульсацій. Кла-сичний метод зменшення рів-ня пульсацій, який базується на застосуванні ре-ак-тивних та активних згладжу-валь-них фільтрів, стає малоефективним через ве-ли-ку встановлену потужність реак-тив-них фільтрів та значних втрат енергії в ак-тивних фільтрах. Застосування проміж-ного перетворення енергії та ім-пуль-с-но-го регулювання вихід-них напруг не у пов-ній мірі вирі-шують проблему змен-шен-ня габаритів, бо зменшу-ються тільки масогабаритні показники трансфор-ма-то-ра, а не фільтруючих при-строїв. Фільтрація відбувається на низькій частоті ме-режі, що веде до необ-хідності ви-ко-ристання конденсаторів ве-ли-кої ємності. В той же час накопи-чений певний до-свід застосування імпульсних ме-то-дів синтезу-вання напруг та стру-мів зада-ної форми, що дозволяє на базі транс-фор-ма-торно-ключовых виконавчих струк-тур формувати напругу, близьку до по-стій-ної. Тому актуальними є задачі розробки способів формування квазіпо-стій-ної напруги та схем перетворювачів енергії без засто-сування реак-тивних елементів.

Зв’язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з основними принципами державної політики енерго-збе-реження (закон України “Про енергозбереження”, постанова Верхов-ної Ради Украї-ни №75/94-ВР від 1 липня 1994 р.), розділами державної бюджет-ної теми “Теоре-тичне обґрунтування створення спеціальних типів джерел жив-лен-ня сучасних енер-го-зберігаючих технологій” (№2039, номер державної реє-страції – 0196U009074) згідно координаційного плану НАН України по ком-плек-сній проблемі “Наукові ос-нови електроенергетики” (код 1.9.2.2.1.2.8; 1.9.2.2.2.2.17; 1.9.2.2.2.3.4), розділами дер-жавної бюджетної теми “Розробка но-вих прин-ципів побудови робастних систем силової електроніки на основі дис-кретних перетворень на кінцевих інтервалах” (№ 2271, номер державної реє-страції 0198V001422) згідно з Державною науково-тех-ніч-ною програмою Міні-стерства України в справах науки і технологій “Висо-ко-еф-ек-тивні енер-гозбе-рі-га-ючі енерготехнологічні та електротехнічні системи” на 1997-1998 р.р. (шифр 04.08 “Екологічна чиста енергетика та ресурсозберігаючі техно-логії”), що виконувалися на кафедрі про-мислової електроніки НТУУ “КПІ”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка спо-собів безреактивного згладжування пульсацій шляхом формування квазипостій-ної вихід-ної напруги і створення на цій основі схем мережевих перетворювачів з покраще-ни-ми масогабаритними показни-ками, а також розробка методики роз-ра-хунку інтег-ральних характеристик елек-тричних параметрів пере-тво-рю-вачів.

Поставлена мета вимагає вирішення таких наукових завдань:

· аналіз та вибір способів безреактивного згладжування пульсацій вихідної напруги і структур мережевих перетворювачів елек-трич-ної енергії;

· розробка та дослідження нових алгоритмів формування квази-пос-тій-ної вихід-ної напруги;

· розробка та реалізація алгоритмів формування синусоїдального мереже-вого струму;

· розробка схем перетворювачів постійної напруги з покращеними масо-габаритними показниками;

· визначення інтегральних характеристик електричних параметрів пе-ре-тво-рю-ва-чів та дослідження гармонічних складових вихідної на-пру-ги і мере-жевого струму.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в нас-туп-ному:

· вперше отримані спів-від-но-шення, які дозволяють вибрати опти-маль-ні па-ра-метри схеми пере-творювача з безреактивним згладжу-ванням пульсацій;

· запропонована нова методика визначення середнього значення елек-трич-них пара-метрів реакції лінійної схеми на пері-одичне збуд-ження;

· розроблена нова методика визначення інтегральних харак-теристик елек-трич-них параметрів перетворювачів в залежності від струк-турного та ре-жим-ного пара-метрів схеми без-реак-тив-ного згладжування;

· запропоновані нові схемі ключових елементів на біполярних транзи-сторах, які захищені авторськими свідоцтвами.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що прове-де-ні дослідження дозволили розробити мережеві пере-тво-рю-вачі з поліпшеними тех-ніко-економічними характеристиками для застосування у джерелах вторин-ного електро-живлення. Наведені у роботі методика та алгоритм дозволяють спро-ек-тувати пере-тво-рювач з заданими технічними характе-рис-тика-ми. Теоре-тичні і практичні резуль-тати роботи впроваджені в учбовий процес Націо-нального технічного університету України та у процес проектування джерел вто-ринного електроживлення Технопарку “Перспектива” НТУУ “КПІ”.

Особистий внесок здобувача.

Автором розроблено алгоритм формування квазіпостійної напруги куско-во-си-ну-соїдальної форми та отримані співвідношення, які пов’язують пара-ме-три схе-ми з характеристиками якості вихідної напруги та мережевого стру-му; отри-мані розра-хункові спів-від-ношення для визначення інтегральних харак-те-рис-тик пере-творювача та визначені функції зв’язку параметрів схеми та пара-ме-трів якості вихідної напруги та мережевого струму, які використовуються у про-цесі проектування пе-ретворювачів; роз-роб-лена спрощена методика визна-чен-ня се-ред-нього значення електричних пара-метрів реакції лінійної схеми на пе-рі-одичне збудження.

Роботи [1,2,10,11] написані самостійно. У роботах, які опубліковані у спів-ав-тор-стві, особисто дисертанту належать: [3] – розробка алгоритму визначення функції ко-ри-гуючого струму та виведення спів-відношення між зна-ченням необхідної ємності конденсатора та параметрами схеми; [4] – запро-по-нований спосіб реаліза-ції системи керування перетворювачем на базі мі-кро-процесора, при яко-му інформація про форму кори-гую-чо-го струму мережі збе-рігається у ПЗУ мі-кропроцесора; [5] – для визначення ємності вхідного кон-ден-са-тора запро-поно-вано замість реальної функції напруги на конденсаторі вико-ри-стовувати еквівалентну; [6] – запропоно-вана ідея ав-то-матичної затримки від-криття ключового транзистора на час роз-смоктування неос-новних носіїв у ба-зі протифазного; [7] –запропонована ідея використання у якості датчика ін-тер-валу розсмоктування базового резисто-ра ключового транзистора; [8] – роз-робка ал-го-ритмів форму-вання ква-зипостійної напруги, отримання співвід-но-шень для ви-значення серед-нього значення та коефіцієнту пульсацій випрям-леної напру-ги; [9] – запропо-но-вано використовувати для автома-тич-ної стабілізації коефіцієнту насичення транзистора регулюючий транзистор у базі силового.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати ди-сер-таційної роботи доповідалися та обговорювалися на семінарах Наукової Ра-ди НАН України по комплексній проблемі “Наукові основи електроенергетики” (1997, 1999, 2000 р.); на ІІІ-й та IV-й Всесоюзних науково-технічних конфе-рен-ціях “Проблемы преобразовательной техники”, Київ, 1983, 1987 р.р., на IV-й Міжнародній конфе-ренції “Проблеми сучасної електротехніки-2000”, Київ, на Міжнародній науково-технічній конференції “Силова електроніка та енерго-ефективність”, Алушта, 2000 р.

Публікація результатів наукових досліджень. За темою дисертації опу-бліковано 11 наукових робіт (4 самостійно), з них 5 статей у фахових нау-ко-вих виданнях, 4 доповіді на конференціях та 2 авторських свідоцтва.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. За-галь-ний обсяг роботи складає 172 сторінки, у тому числі на 56 сторінках розміщені 85 рисунків, 12 таблиць, список літератури з 85 найменувань та 1 додаток.

Автор висловлює подяку науковому консультанту, професору кафедри про-мислової електроніки Національного технічного університету України, д.т.н. Артеменко М.Ю.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність, сформульовано мету досліджень, пе-ре-ра-ховані основні результати, надано коротку анотацію наукових положень, запропо-нованих здобувачем особисто, наведено відомості про практичне зна-чення резуль-татів роботи, апробацію та публікації.

У першому розділі розглянуто стан розвитку мережевих перетворювачів електричної енергії з виходом на постійному струмі, проаналізовані їх енерго-ефек-тивність та масогабаритні показники.

Аналіз розробок перетворювачів з проміжним перетворенням частоти по-ка-зав, що фільтруючі елементи (низькочастотні та високочастотні) скла-да-ють від 28% до 42% загального об’єму перетворювача. Суттє-вим резервом змен-шення масогаба-ритніх показників є зменшення кількості реак-тивних компо-нентів у складі перетворю-ва-чів. Розробка пристроїв формування квазіпостійної на-пруги є перспективним на-прям-ком розвитку, оскільки на їх базі можна реалі-зувати безреактивне згладжування пульсацій випрямленої напруги.

Використання первинного джерела синусоїдальної напруги дає можли-вість синтезувати на виході випрямляча квазіпостійну кусково-сину-сої-даль-ну напругу ud(v) (рис.1) у відповідності з наступним алгоритмом:

1. Задається верхня та нижня межі зміни вихідної напруги.

2. В момент досягнення миттєвим значенням вихідної напруги о-днієї з меж структура перетворювача змінюється таким чином, щоб миттєве значен-ня напруги прийняло значення іншої межі.

3. На інтервалах, які містять моменти переходу мережевої на-пруги через нуль або максимум, наступна зміна структури здійснюється, ко-ли миттєве значення напруги знову досягне значення попередньої межі.

Рис.1

Для покращення форми вихідної напруги застосовується допоміжний ємнісний накопичувач, за рахунок якого підтримується струм навантаження на інтервалі [vk;-vk]. Напруга ud(v) подана у відносних одиницях до ам-плі-тудного значення ви-хід-ної напруги на першому інтервалі сталості структури; значення верхньої межі – 1, ниж-ньої – а. Моменти зміни структури пере-тво-рювача v1, v2,..,vk. Довільний момент vn та миттєве значення напруги udn(v) на відповідному інтервалі [vn-1;vn] визначається:

, (1)

, n=1,2,...,k, (2)

де k – кількість інтервалів сталості структури.

Зміна вихідної напруги за виразом (2) досягається, наприклад, зміною коефіцієнту трансформації силового трансформатора у відповідні моменти vn.

Форма струму мережі ic зображена на рис.2, а вираз для миттєвого струму мережі на п-му інтервалі, нормованого по ам-плітудному значенню, має вигляд:

, (3)

Рис.2

Для зменшення негативного впливу вищих гармонічних складових у перетворювачах з безреактивним зглад-жу-ван-ням пульсацій застосовуються фільтроком-пенса-цій-ні пе-ретворювачі пара-лель-ного типу, які формують синусоїдальний струм мережі, з амплітудою, яка співпадає з максимальною амплітудою струму (пунктирна лінія на рис.2).

Другий розділ присвячений розгляду питань побудови перетворювачів з без-ре-активним згладжуванням пульсацій. Показано, що у перетворювачах з проміжним пе-ретворенням енергії доцільно застосовувати трансформаторно-ключову схему, яка одночасно виконує функції високочастотного інвертора та комута-тора обмоток трансформатора (рис.3).

Рис.3

Ключі V0…Vk, V0’…Vk’ утворюють комутатор обмоток, поєднаний з висо-ко-час-тотним інвертором. Зарядний Vз і розрядний Vp ключі здійснюють заряд та розряд до-поміжного єм-нісного накопичувача С; L та D –дросель та діод ши-ротно-ім-пульсного перетворювача схеми корекції мережевого струму, який вво-диться при високих вимогах до якості споживаної електроенергії.

В роботі знайдений вираз для ємності допоміжного на-ко-пичувача та проведене порівняння її значення з ємністю звичайного випрям-ляча (С*), яка потрібна для забезпечення однакового розмаху пульсацій (рис.4).

В роботі запропоновано спосіб збільшення кількості інтервалів сталості струк-тури без збільшення числа секцій обмотки до значення 2k-1. Доведено, що оптимальні значення а визначаються коренями рівняння:

аk +а–1=0 (4)

Отримано вираз для визначення коефіцієнту спотворення мере-же-вого стру-му gc в залежності від параметрів схеми a та k, та наведено графіки залеж-ності gc від значення параметра а при k=2,3,…,11 (рис.5).

Рис.4 Рис.5

Третій розділ присвячено аналізу основних параметрів та характерис-тик мере-жевих перетворювачів. Отримані вирази для середнього значення вихідної напруги Ud та коефіцієнта пульсацій KП(q) в залежності від значень параметрів а та k схеми. На рис.6 наведено графіки Ud для значень а в діапазоні від 0,5 до 0,9 та k – від 3 до 11, з якого видно, що функція Ud(a,k) має максимум, який збільшується при зростанні k, а функція коефіцієнту пульсацій по першій гармоніці KП(1)(a,k) має мі-німум, який зменшується із зростанням k. На рис.7 наведено аналогічні залежності для схеми з допоміжним реактивним накопичувачем.

Рис.6 Рис.7

Сту-пінь зменшення ко-еф-іцієнта пульсацій порівняно із схемою звичай-но-го ви-прям-лення може трактуватися як коефіцієнт згладжування, досягну-тий зміною структури перетворювача без застосування реактивних елементів. Наприклад, коефіцієнт пульсацій по першій гармоніці при а=аopt змен-шу-ється, від 1,5 разів при k0=2 до 2,5 при k0=7, де k0 – кількість секцій первинної обмотки трансформатора. Застосування допоміжного накопичувача позитивно впливає на якісні показники вихідної напруги.

Проведено гармонічний аналіз мережевого струму перетво-рювача та отримані вирази для розрахунку інтегральних характеристик пе-ре-тво-рю-вачів з безреактивним згладжуванням пульсацій. В загальному ви-гля-ді знайдені вирази для визначення миттєвих, середніх, діючих значень на-пруг та струмів ключових елементів, обмоток трансформатора і окремих його секцій як для схеми без проміжного перетворення енергії, так і з ним. Запро-поновано методику для визначення середніх значень електричних параметрів реакції лінійної частини схеми перетворювача на періодичне збудження.

В четвертому розділі розглянуто способи забезпечення заданих режи-мів ро-бо-ти, проаналізовані особливості роботи ключових елементів пере-тво-рювачів з без-ре-актив-ним згладжуванням пульсацій та запропоновані відповідні технічні рішення. Однією з основних вимог до ключових елементів є їх повна керова-ність, тому пе-ре-творювачі будуються здебільшого на базі силових транзисторів.

Особливостями роботи транзисторних ключів є: 1) неодна-ковий час робо-ти окремих груп транзисторів на протязі періоду мережевої на-пруги; 2) наяв-ність зворот-ної напруги на колекторах транзисторів на певних ін-тер-ва-лах; 3) знач-на різниця між ве-ли-чинами колекторних струмів транзисторів на різ-них інтервалах періоду мере-же-вої напруги; 4) велика різниця між максимальним та середнім значеннями струмів окремих ключів. Запропоновано шля-хи опти-мі-зації роботи транзисторних ключів, які полягають у стабілі-за-ції коефіцієнта на-си-чення силового транзистора при зміні колектор-ного струму в ши-роких ме-жах. Проведені дослідження показали, що при роботі на струмах наван-таження, які складають 20-50% від номінального, к.к.д. зро-стає на 5-12% порівняно зі схемою без стабілізації коефіцієнта на-сичення. Наявність “наскрізних” струмів у двотактних схемах інвер-то-рів зменшує к.к.д. та збільшують рівень електро-магнітних перешкод. В ро-боті запропоно-ва-но схеми, захищені авторськими сві-доцтвами, для усу-нення “наскрізних” стру-мів шляхом автома-тич-ної затримки відкривання силового тран-зистора на інтер-вал розсмокту-ван-ня неосновних носіїв у базі протифазного транзистора. В резуль-таті застосування запропо-нованих схем к.к.д. перетво-рювачів додатково підвищується на 3-4%.

В роботі розглянуто питання побудови систем керування перетворюва-чем як без корекції струму мережі, так и з корекцією, запропоновано систему керування на базі однокристальної мікроЕОМ К1816ВЕ51.

В додатку наведені акти впровадження результатів роботи у виробництво та навчальний процес.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі розроблені спо-соби і схеми безреактивного згла-джу-вання пульсацій шляхом формування квазипостій-ної вихідної напруги, а та-кож методики роз-ра-хунку інтегральних характеристик елек-тричних параметрів перетворювачів. Отримані результати в сукупності вирішують наукову задачу по-бу-дови мережевих перетворювачів електричної енергії з покращеними масо-га-барит-ними показни-ками.

1. Аналіз способів безреактивного згладжування пуль-сацій і структур ме-режевих перетворювачів елек-трич-ної енергії по-казав необхідність роз-роб-ки алгоритмів фор-му-вання квази-пос-тій-ної ви-хід-ної напруги.

2. Запропоновано нові алгоритми формування квази-пос-тій-ної вихідної напруги кусково-синусоїдальної форми, які полягають у зміні структури перетворювача на інтервалах, що дозволяє підтримувати вихідну напругу перетворювача у заздалегідь заданих межах та живити навантаження безпосередньо від мережі без проміжного накопичення енергії у реактивних елементах перетворювача.

3. Отримані співвідношення для амплітуди напруг та меж інтервалів сталості структури, які забезпечують оптимальну структуру перетворювача.

4. Запропоновано способи підвищення коефіцієнту потужності пере-творю-ва-чів з безреактивним згладжуванням пульсацій шляхом формування коригу-ю-чого струму допоміжного реактивного накопичувача спеціальної форми, що до-зволяє сформу-ва-ти мережевий струм, близький до синусоїдального (коефіцієнт спотворення більше 0,96) та покращити форму вихідної напруги (коефіцієнт пульсацій 6-12 % ).

5. Запропоновано нові схеми перетворювачів з проміжним під-ви-щенням частоти, засновані на поєднанні функцій інвертування та форму-вання квазі-по-стійної на-пруги в одному вузлі, що призвело до змен-шення вста-новленої потуж-ності реактив-них елементів низько-час-тот-них фільтрів у 2-10 разів.

6. Розроблена методика визначення інтегральних характеристик електрич-них пара-метрів перетворювачів з безреактивним згладжуванням, яка дозволяє отримати основні співвідношення у аналітичному вигляді.

7. Отримані співвідношення для визначення гармонічних складових вихідної на-пруги та мережевого струму, які дозволяють обґрунтовано обрати значен-ня режимного а та структурного k параметрів перетворювача для забезпечення заданого рівня пульсацій вихідної напруги та коефіцієнта спотворення мере-жевого струму.

8. Результати теоретичних досліджень та практичних розробок, виконаних у ди-сер-тації, впроваджені в процес проектування джерел вторинного електро-жив-лення Технопарку “Перспектива” НТУУ “КПІ”, а також у навчальний процес НТУУ “КПІ”.

9. Достовірність та обґрунтованість наукових положень, висновків і реко-мен-да-цій підтверджується використанням коректних методів досліджень, уз-год-женням розрахунків з експериментальними даними і раніш відомими з літе-ратурних джерел результатами.

ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Попов В.А. Преобразователи электрической энергии с безреактивным сгла-жи-ванием пульсаций выпрям-лен-ного напряжения // Технічна електро-ди-на-мі-ка. - Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. - 2000.- Ч.7. - С.49-52.

2. Попов В.А. Определение средних значений электрических параметров квазиустановив-шейся реакции линейной схемі на периоди-ческое воз-дей-ствие //Технічна електродина-міка. - Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. - 2000.- Ч.9, - С.3-6.

3. Жуйков В.Я., Попов В.А. Основы построения сетевых преобразова-телей с безреактивным сглаживанием пульсаций выпрямленного напря-же-ния // Тех-ніч-на електродинаміка. - Тематичний випуск “Силова електроніка та енерго-ефективність”. - 2000.- Ч.1. - С.69-72.

4. Терещенко Т.А., Артеменко М.Е., Попов В.А. Управление прео-бра-зо-ва-те-лем с безреактивным сглаживанием пульсаций выпрямленного на-пря-жения с коррекцией тока сети // Электроника и связь. – 2000. - №9. - С.89-90.

5. Попов В.А., Артеменко М.Е. Определение емкости входного кон-ден-сатора вторичного источника питания с бестрансформаторным входом // Радио-электроника: Вестн. Киев. Политехн. Ин-та. - 1981. - Вып. 18. – С.52-55.

6. Транзисторный инвертор: А.с. 762113 СССР, МКИ Н 02М 7/537 / В.С. Руденко, В.А. Попов, В.Г. Морозов, В.Д. Гулый (СССР). - №2575356/24-07; Заявлено 02.02.78; Опубл. 07.09.80 Бюл. №3. – 4 с.

7. Транзисторный инвертор: А.с. 817910 СССР, МКИ Н 02М 3/335 Н 02М 7/537 / В.С. Руденко, В.А. Попов, В.Д. Гулый, В.Г. Морозов (СССР). - №2720501/24-07; Заявлено 02.02.79; Опубл. 30.03.81 Бюл. №12. – 4 с.

8. Попов В.А., Руденко В.С. Безреактивное сглаживание пульсаций выход-ного напряжения в сетевых источниках вторичного электропитания с промежу-точным преобразованием частоты // Тез. докл. III Всесоюз. Науч.-техн. конф. “Проблемы преобразовательной техники”. - Ч.VI. – Киев: Ин-т электроди-на-мики АН УССР. - 1983. –– С. 74-77.

9. Гулый В.Д., Попов В.А. Стабилизация коэффициента насыщения транзи-сторов инвертора в широком диапазоне изменения нагрузки // Тез. докл. III Всесоюз. Науч.-техн. конф. “Проблемы преобразовательной техники”. - Ч.III. – Киев: Ин-т электродинамики АН УССР. - 1983. –– С. 146-147.

10. Попов В.А. Практическая реализация ИВЭП с безреактивным сглажива-нием пульсаций. //Тез. докл. IV Всесоюз. Науч.-техн. конф. “Проблемы прео-бразовательной техники”. – Ч.VI. – Киев: Ин-т электродинамики АН УССР. - 1987. – С. 203-205.

11. Попов В.А. Построение систем управления ИВЭП с безреактивным сглаживанием пульсаций // Тез. докл. IV Всесоюз. Науч.-техн. конф. “Проблемы преобразовательной техники”. – Ч.V. – Киев: Ин-т электродинамики АН УССР. - 1987. – С. 193-194.

АНОТАЦІЇ

Попов В.А. Безреактивне згладжування пульсацій у мережевих перетво-рювачах електричної енергії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціаль-ністю 05.09.12 – Напівпровідникові перетворювачі електроенергії. – Національ-ний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2001 р.

Дисертація присвячена розробці спо-собів безреактивного згладжування пуль-са-цій шляхом формування квазіпостій-ної вихідної напруги і створенню на цій основі схем мережевих перетворювачів з покращеними масогабаритними показни-ками. В ро-боті запропоновано спосіб безреактивно-го згладжування пульсацій на основі ал-го-ритмів формування квазипостійної напруги кусково-синусоїдальної форми, який дозволив досягти зменшення кількості реактивних елементів у 2-10 разів. На ос-но-ві теоретичних досліджень визначені якісні характеристики вихідної напруги та мережевого струму, запропоновано шляхи їх поліпшення. Отримані аналітичні спів-відношення для розрахунку основних електричних параметрів перетворювачів, на-да-но рекомендації по їх проектуванню. Визначені особливості режиму роботи еле-мен-тів та вузлів перетворювачів та розроблені засоби підвищення ефективності їх застосування.

Ключові слова: перетворювач, безреактивне згладжування, квазіпостійна напруга.

Popov V.A. Reactiveless pulsation smoothing in network converters of electrical energy. – Manuscript.

Thesis for the Candidate’s degree by specialty 05.09.12 – Semiconductor Electrical Energy Converters – National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”, Kiev, 2001.

The thesis is devoted to elaboration of the methods of reactiveless pulse smoothing by forming of quasi-stable output voltage and designing on its base of the schemes of electrical converters with improving mass and dimensional characteristics. Proposed method of reactiveless pulse smoothing is based on algorithms of forming of quasi-stable voltage of piece-of-sinus form. Its allow reducing amount of reactive components in 2-10 times. On the base of this theoretical investigations operation characteristics of output current and voltage are defined and the ways of its optimising are proposed. Analytical equations for calculation of main electrical parameters of such converters are obtained and recommendations for its elaboration are formulated. Main features of operation of elaborated electrical converters and methods of increasing of its efficiency are investigated.

Keywords: converter, reactiveless smoothing, quasi pulse voltage.

Попов В.А. Безреактивное сглаживание пульсаций в сетевых преобра-зователях электрической энергии. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по спе-циальности 05.09.12 - Полупроводниковые преобразователи электроэнергии. – Нацио-нальный технический университет Украины “Киевский политехни-чес-кий институт”, Киев, 2001.

Диссертация посвящена разработке способов безреактивного сглажи-ва-ния пульсаций путем формирования квазипостоянного выходного напряжения и соз-да-нию на этой основе схем сетевых преобразователей с улучшенными мас-со-габа-ритными показателями, а также разработке методики расчета инте-граль-ных харак-теристик электрических параметров преобразователей.

Анализ состояния сетевых преобразователей электрической энергии показал, что существенным резервом улучшения массогабаритных показателей пре-о-бра-зова-те-лей является применение схем преобразователей с промежуточным преобразованием частоты с объединением в одном узле нескольких функций и уменьшение числа реактивных элементов сгла-жи-вающих филь-тров. Установлено, что пассивные и большинство активных способов фильтрации требуют применения реактивных элементов, рассчитанных на подавление низкочастотной огибающей пульсаций. В работе предложен способ безреактивного сглаживания пульсаций, за-клю-чающийся в формировании квазипостоянного напряжения, раз-работаны алгоритмы фор-мирования напряжения кусочно-синусоидальной формы, предложены схемы преобразователей, реализующих этот способ. Анализ способов построения преобразователей с безреактивным сглаживанием показал, что целесообразно применять способ с суммированием в общем узле по однотрансформаторной многообмоточной схеме с размещением комму-татора обмоток формирователя квазипостоянного напряжения на высоковольтной стороне, объединив его с высокочастотным инвертором.

Исследованы свойства предложенных схем, обеспечивающих на большей части периода питание нагруз-ки не-по-средственно от сети, без промежуточного запасания энергии в реактив-ных элементах прео-бра-зова-теля, что позволяет уменьшить номиналы реактив-ных элементов в 2-10 раз.

Предложены способы повышения коэффициента мощ-нос-ти преобра-зователей с безреактивным сглаживанием пульсаций путем форми-ро-вания корректирующего тока вспомога-тельного реактивного накопи-теля спе-ци-альной формы, позволяющие обеспечить ток сети близкий к сину-со-и-даль-но-му (коэффициент искажения 0,96 и выше) и улучшить форму выход-но-го на-пряжения (коэффициент пульсаций 6-12%.).

Предложена мето-дика опре-де-ления ин-тегральных характеристик электрических параметров прео-бра-зова-те-лей, по-лу-чены аналитические выражения для определения гармонических сос-тав-ля-ю-щих выходного напряжения и сетевого тока, позволяющие обоснованно выбрать параметры и рассчитать элементы преобразователя.

Разработаны способы повышения эффективности работы элементов и узлов преобразователей. Показано, что ключевые элементы в прео-бразователях с безреактивным сглаживанием пульсаций работают в режиме изменения тока в широком диапазоне. Для повышения эффективности применения транзисторов предложено использовать схемы стабилизации коэффициента насыщения и устранения сквозных токов. Схемы транзисторных инверторов защищены авторскими свидетельствами. Разработаны схемы систем управления безреактивным преобразователем с коррекцией тока сети на базе однокристальной микроЭВМ К1816ВЕ51.

Ключевые слова: преобразователь, безреактивное сглаживание, квазипо-стоянное напряжение.