Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

УДК 621.314.58

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

БЕЗРЕАКТИВНЕ ЗГЛАДЖУВАННЯ ПУЛЬСАЦІЙ У МЕРЕЖЕВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧАХ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Попов Володимир Андрійович

Cпеціальність 05.09.12 - Напівпровідникові перетворювачі електроенергії

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 визначають енергоефективність та масогабаритні показники електронної системи в цілому. Мережеві перетворювачі з виходом на постійному струмі складають більшість перетворювачів, які живляться від однофазної мережі змінного струму.

Актуальність теми. Покращення якості електроенергії, що споживається, забезпечення високого к.к.д. перетворювання та сприйнятливих масогабаритних характеристик перетворювачів є суперечними вимогами. Це викликає необхідність пошуку нетрадиційних підходів до вирішення задачі. Низька частота мережі (50-60 Гц) визначає труднощі в забезпеченні високих якісних показників вихідних напруг насамперед у досягненні потрібного рівня пульсацій. Класичний метод зменшення рівня пульсацій, який базується на застосуванні реактивних та активних згладжувальних фільтрів, стає малоефективним через велику встановлену потужність реактивних фільтрів та значних втрат енергії в активних фільтрах. Застосування проміжного перетворення енергії та імпульсного регулювання вихідних напруг не у повній мірі вирішують проблему зменшення габаритів, бо зменшуються тільки масогабаритні показники трансформатора, а не фільтруючих пристроїв. Фільтрація відбувається на низькій частоті мережі, що веде до необхідності використання конденсаторів великої ємності. В той же час накопичений певний досвід застосування імпульсних методів синтезування напруг та струмів заданої форми, що дозволяє на базі трансформаторно-ключовых виконавчих структур формувати напругу, близьку до постійної. Тому актуальними є задачі розробки способів формування квазіпостійної напруги та схем перетворювачів енергії без застосування реактивних елементів.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з основними принципами державної політики енергозбереження (закон України “Про енергозбереження”, постанова Верховної Ради України №75/94-ВР від 1 липня 1994 р.), розділами державної бюджетної теми “Теоретичне обґрунтування створення спеціальних типів джерел живлення сучасних енергозберігаючих технологій” (№2039, номер державної реєстрації - 0196U009074) згідно координаційного плану НАН України по комплексній проблемі “Наукові основи електроенергетики” (код 1.9.2.2.1.2.8; 1.9.2.2.2.2.17; 1.9.2.2.2.3.4), розділами державної бюджетної теми “Розробка нових принципів побудови робастних систем силової електроніки на основі дискретних перетворень на кінцевих інтервалах” (№ 2271, номер державної реєстрації 0198V001422) згідно з Державною науково-технічною програмою Міністерства України в справах науки і технологій “Високоефективні енергозберігаючі енерготехнологічні та електротехнічні системи” на 1997-1998 р.р. (шифр 04.08 “Екологічна чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”), що виконувалися на кафедрі промислової електроніки НТУУ “КПІ”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка способів безреактивного згладжування пульсацій шляхом формування квазипостійної вихідної напруги і створення на цій основі схем мережевих перетворювачів з покращеними масогабаритними показниками, а також розробка методики розрахунку інтегральних характеристик електричних параметрів перетворювачів.

Поставлена мета вимагає вирішення таких наукових завдань:

· аналіз та вибір способів безреактивного згладжування пульсацій вихідної напруги і структур мережевих перетворювачів електричної енергії;

· розробка та дослідження нових алгоритмів формування квазипостійної вихідної напруги;

· розробка та реалізація алгоритмів формування синусоїдального мережевого струму;

· розробка схем перетворювачів постійної напруги з покращеними масогабаритними показниками;

· визначення інтегральних характеристик електричних параметрів перетворювачів та дослідження гармонічних складових вихідної напруги і мережевого струму.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

· вперше отримані співвідношення, які дозволяють вибрати оптимальні параметри схеми перетворювача з безреактивним згладжуванням пульсацій;

· запропонована нова методика визначення середнього значення електричних параметрів реакції лінійної схеми на періодичне збудження;

· розроблена нова методика визначення інтегральних характеристик електричних параметрів перетворювачів в залежності від структурного та режимного параметрів схеми безреактивного згладжування;

· запропоновані нові схемі ключових елементів на біполярних транзисторах, які захищені авторськими свідоцтвами.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що проведені дослідження дозволили розробити мережеві перетворювачі з поліпшеними техніко-економічними характеристиками для застосування у джерелах вторинного електроживлення. Наведені у роботі методика та алгоритм дозволяють спроектувати перетворювач з заданими технічними характеристиками. Теоретичні і практичні результати роботи впроваджені в учбовий процес Національного технічного університету України та у процес проектування джерел вторинного електроживлення Технопарку “Перспектива” НТУУ “КПІ”.

Особистий внесок здобувача.

Автором розроблено алгоритм формування квазіпостійної напруги кусково-синусоїдальної форми та отримані співвідношення, які пов'язують параметри схеми з характеристиками якості вихідної напруги та мережевого струму; отримані розрахункові співвідношення для визначення інтегральних характеристик перетворювача та визначені функції зв'язку параметрів схеми та параметрів якості вихідної напруги та мережевого струму, які використовуються у процесі проектування перетворювачів; розроблена спрощена методика визначення середнього значення електричних параметрів реакції лінійної схеми на періодичне збудження.

Роботи [1,2,10,11] написані самостійно. У роботах, які опубліковані у співавторстві, особисто дисертанту належать: [3] - розробка алгоритму визначення функції коригуючого струму та виведення співвідношення між значенням необхідної ємності конденсатора та параметрами схеми; [4] - запропонований спосіб реалізації системи керування перетворювачем на базі мікропроцесора, при якому інформація про форму коригуючого струму мережі зберігається у ПЗУ мікропроцесора; [5] - для визначення ємності вхідного конденсатора запропоновано замість реальної функції напруги на конденсаторі використовувати еквівалентну; [6] - запропонована ідея автоматичної затримки відкриття ключового транзистора на час розсмоктування неосновних носіїв у базі протифазного; [7] -запропонована ідея використання у якості датчика інтервалу розсмоктування базового резистора ключового транзистора; [8] - розробка алгоритмів формування квазипостійної напруги, отримання співвідношень для визначення середнього значення та коефіцієнту пульсацій випрямленої напруги; [9] - запропоновано використовувати для автоматичної стабілізації коефіцієнту насичення транзистора регулюючий транзистор у базі силового.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на семінарах Наукової Ради НАН України по комплексній проблемі “Наукові основи електроенергетики” (1997, 1999, 2000 р.); на ІІІ-й та IV-й Всесоюзних науково-технічних конференціях “Проблемы преобразовательной техники”, Київ, 1983, 1987 р.р., на IV-й Міжнародній конференції “Проблеми сучасної електротехніки-2000”, Київ, на Міжнародній науково-технічній конференції “Силова електроніка та енергоефективність”, Алушта, 2000 р.

Публікація результатів наукових досліджень. За темою дисертації опубліковано 11 наукових робіт (4 самостійно), з них 5 статей у фахових наукових 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. Загальний 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 промислової електроніки Національного технічного університету України, д.т.н. Артеменко М.Ю.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

мережевий перетворювач напруга квазипостійний

У вступі обґрунтована актуальність, сформульовано мету досліджень, перераховані основні результати, надано коротку анотацію наукових положень, запропонованих здобувачем особисто, наведено відомості про практичне значення результатів роботи, апробацію та публікації.

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

Аналіз розробок перетворювачів з проміжним перетворенням частоти показав, що фільтруючі елементи (низькочастотні та високочастотні) складають від 28% до 42% загального об'єму перетворювача. Суттєвим резервом зменшення масогабаритніх показників є зменшення кількості реактивних компонентів у складі перетворювачів. Розробка пристроїв формування квазіпостійної напруги є перспективним напрямком розвитку, оскільки на їх базі можна реалізувати безреактивне згладжування пульсацій випрямленої напруги.

Використання первинного джерела синусоїдальної напруги дає можливість синтезувати на виході випрямляча квазіпостійну кусково-синусоїдальну напругу ud(v) у відповідності з наступним алгоритмом:

1. Задається верхня та нижня межі зміни вихідної напруги.

2. В момент досягнення миттєвим значенням вихідної напруги однієї з меж структура перетворювача змінюється таким чином, щоб миттєве значення напруги прийняло значення іншої межі.

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

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 амплітудного значення вихідної напруги на першому інтервалі сталості структури; значення верхньої межі - 1, нижньої - а. Моменти зміни структури перетворювача 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 амплітудному значенню, має вигляд:

, (3)

Для зменшення негативного впливу вищих гармонічних складових у перетворювачах з безреактивним згладжуванням пульсацій застосовуються фільтрокомпенсаційні перетворювачі паралельного 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 безреактивним згладжуванням пульсацій. Показано, що у перетворювачах з проміжним перетворенням енергії доцільно застосовувати трансформаторно-ключову схему, яка одночасно виконує функції високочастотного інвертора та комутатора обмоток трансформатора.

Ключі V0…Vk, V0'…Vk' утворюють комутатор обмоток, поєднаний з високочастотним інвертором. Зарядний Vз і розрядний Vp ключі здійснюють заряд та розряд допоміжного ємнісного накопичувача С; L та D -дросель та діод широтно-імпульсного перетворювача схеми корекції мережевого струму, який вводиться при високих вимогах до якості споживаної електроенергії.

В роботі знайдений вираз для ємності допоміжного накопичувача та проведене порівняння її значення з ємністю звичайного випрямляча (С*), яка потрібна для забезпечення однакового розмаху пульсацій.

В роботі запропоновано спосіб збільшення кількості інтервалів сталості структури 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 мережевого струму gc в залежності від параметрів схеми a та k, та наведено графіки залежності gc від значення параметра а при k=2,3,…,11.

Третій розділ присвячено аналізу основних параметрів та характеристик мережевих 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 мінімум, який зменшується із зростанням k. На рис.7 наведено аналогічні залежності для схеми з допоміжним реактивним накопичувачем.

Ступінь зменшення коефіцієнта пульсацій порівняно із схемою звичайного випрямлення може трактуватися як коефіцієнт згладжування, досягнутий зміною структури перетворювача без застосування реактивних елементів. Наприклад, коефіцієнт пульсацій по першій гармоніці при а=аopt зменшується, 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 перетворювача та отримані вирази для розрахунку інтегральних характеристик перетворювачів з безреактивним згладжуванням пульсацій. В загальному вигляді знайдені вирази для визначення миттєвих, середніх, діючих значень напруг та струмів ключових елементів, обмоток трансформатора і окремих його секцій як для схеми без проміжного перетворення енергії, так і з ним. Запропоновано методику для визначення середніх значень електричних параметрів реакції лінійної частини схеми перетворювача на періодичне збудження.

В четвертому розділі розглянуто способи забезпечення заданих режимів роботи, проаналізовані особливості роботи ключових елементів перетворювачів з безреактивним згладжуванням пульсацій та запропоновані відповідні технічні рішення. Однією з основних вимог до ключових елементів є їх повна керованість, тому перетворювачі будуються здебільшого на базі силових транзисторів.

Особливостями роботи транзисторних ключів є: 1) неоднаковий час роботи окремих груп транзисторів на протязі періоду мережевої напруги; 2) наявність зворотної напруги на колекторах транзисторів на певних інтервалах; 3) значна різниця між величинами колекторних струмів транзисторів на різних інтервалах періоду мережевої напруги; 4) велика різниця між максимальним та середнім значеннями струмів окремих ключів. Запропоновано шляхи оптимізації роботи транзисторних ключів, які полягають у стабілізації коефіцієнта насичення силового транзистора при зміні колекторного струму в широких межах. Проведені дослідження показали, що при роботі на струмах навантаження, які складають 20-50% від номінального, к.к.д. зростає на 5-12% порівняно зі схемою без стабілізації коефіцієнта насичення. Наявність “наскрізних” струмів у двотактних схемах інверторів зменшує к.к.д. та збільшують рівень електромагнітних перешкод. В роботі запропоновано схеми, захищені авторськими свідоцтвами, для усунення “наскрізних” струмів шляхом автоматичної затримки відкривання силового транзистора на інтервал розсмоктування неосновних носіїв у базі протифазного транзистора. В результаті застосування запропонованих схем к.к.д. перетворювачів додатково підвищується на 3-4%.

В роботі розглянуто питання побудови систем керування перетворювачем 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 способи і схеми безреактивного згладжування пульсацій шляхом формування квазипостійної вихідної напруги, а також методики розрахунку інтегральних характеристик електричних параметрів перетворювачів. Отримані результати в сукупності вирішують наукову задачу побудови мережевих перетворювачів електричної енергії з покращеними масогабаритними показниками.

1. Аналіз способів безреактивного згладжування пульсацій і структур мережевих перетворювачів електричної енергії показав необхідність розробки алгоритмів формування квазипостійної вихідної напруги.

2. Запропоновано нові алгоритми формування квазипостійної 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 перетворювачів з безреактивним згладжуванням пульсацій шляхом формування коригуючого струму допоміжного реактивного накопичувача спеціальної форми, що дозволяє сформувати 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 підвищенням частоти, засновані на поєднанні функцій інвертування та формування квазіпостійної напруги в одному вузлі, що призвело до зменшення встановленої потужності реактивних елементів низькочастотних фільтрів у 2-10 разів.

6. Розроблена методика визначення інтегральних характеристик електричних параметрів перетворювачів з безреактивним згладжуванням, яка дозволяє отримати основні співвідношення у аналітичному вигляді.

7. Отримані співвідношення для визначення гармонічних складових вихідної напруги та мережевого струму, які дозволяють обґрунтовано обрати значення режимного а та структурного k параметрів перетворювача для забезпечення заданого рівня пульсацій вихідної напруги та коефіцієнта спотворення мережевого струму.

8. Результати теоретичних досліджень та практичних розробок, виконаних у дисертації, впроваджені в процес проектування джерел вторинного електроживлення Технопарку “Перспектива” НТУУ “КПІ”, а також у навчальний процес НТУУ “КПІ”.

9. Достовірність та обґрунтованість наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується використанням коректних методів досліджень, узгодженням розрахунків з експериментальними даними і раніш відомими з літературних джерел результатами.

ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Попов В.А. Преобразователи электрической энергии с безреактивным сглаживанием пульсаций выпрямленного напряжения // Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. - 2000.- Ч.7. - С.49-52.

2. Попов В.А. Определение средних значений электрических параметров квазиустановившейся реакции линейной схемі на периодическое воздействие //Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. - 2000.- Ч.9, - С.3-6.

3. Жуйков В.Я., Попов В.А. Основы построения сетевых преобразователей с безреактивным сглаживанием пульсаций выпрямленного напряжения // Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. - 2000.- Ч.1. - С.69-72.

4. Терещенко Т.А., Артеменко М.Е., Попов В.А. Управление преобразователем с безреактивным сглаживанием пульсаций выпрямленного напряжения с коррекцией тока сети // Электроника и связь. - 2000. - №9. - С.89-90.

5. Попов В.А., Артеменко М.Е. Определение емкости входного конденсатора вторичного источника питания с бестрансформаторным входом // Радиоэлектроника: 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 выходного напряжения в сетевых источниках вторичного электропитания с промежуточным преобразованием частоты // Тез. докл. III Всесоюз. Науч.-техн. конф. “Проблемы преобразовательной техники”. - Ч.VI. - Киев: Ин-т электродинамики АН УССР. - 1983. -- С. 74-77.

9. Гулый В.Д., Попов В.А. Стабилизация коэффициента насыщения транзисторов 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 сглаживанием пульсаций. //Тез. докл. IV Всесоюз. Науч.-техн. конф. “Проблемы преобразовательной 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 перетворювачах електричної енергії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 - Напівпровідникові перетворювачі електроенергії. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2001 р.

Дисертація присвячена розробці способів безреактивного згладжування пульсацій шляхом формування квазіпостійної вихідної напруги і створенню на цій основі схем мережевих перетворювачів з покращеними масогабаритними показниками. В роботі запропоновано спосіб безреактивного згладжування пульсацій на основі алгоритмів формування квазипостійної напруги кусково-синусоїдальної форми, який дозволив досягти зменшення кількості реактивних елементів у 2-10 разів. На основі теоретичних досліджень визначені якісні характеристики вихідної напруги та мережевого струму, запропоновано шляхи їх поліпшення. Отримані аналітичні співвідношення для розрахунку основних електричних параметрів перетворювачів, надано рекомендації по їх проектуванню. Визначені особливості режиму роботи елементів 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 преобразователях электрической энергии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 - Полупроводниковые преобразователи электроэнергии. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2001.

Диссертация посвящена разработке способов безреактивного сглаживания пульсаций путем формирования квазипостоянного выходного напряжения и созданию на этой основе схем сетевых преобразователей с улучшенными массогабаритными показателями, а также разработке методики расчета интегральных характеристик электрических параметров преобразователей.

Анализ состояния сетевых преобразователей электрической энергии показал, что существенным резервом улучшения массогабаритных показателей преобразователей является применение схем преобразователей с промежуточным преобразованием частоты с объединением в одном узле нескольких функций и уменьшение числа реактивных элементов сглаживающих фильтров. 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, заключающийся в формировании квазипостоянного напряжения, разработаны алгоритмы формирования 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 коммутатора обмоток формирователя квазипостоянного напряжения на высоковольтной стороне, объединив его с высокочастотным инвертором.

Исследованы свойства предложенных схем, обеспечивающих на большей части периода питание нагрузки непосредственно от сети, без промежуточного запасания энергии в реактивных элементах преобразователя, что позволяет уменьшить номиналы реактивных элементов в 2-10 раз.

Предложены способы повышения коэффициента мощности преобразователей с безреактивным сглаживанием пульсаций путем формирования корректирующего тока вспомогательного реактивного накопителя специальной формы, позволяющие обеспечить ток сети близкий к синусоидальному (коэффициент искажения 0,96 и выше) и улучшить форму выходного напряжения (коэффициент пульсаций 6-12%.).

Предложена методика определения интегральных характеристик электрических параметров преобразователей, получены аналитические выражения для определения гармонических составляющих 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 преобразователях 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, квазипостоянное напряжение.

Размещено на Allbest.ru