Теоретичні основи і методи регулювання субгармонік напівпровідникових перетворювачів електроенергії

Динамічний зв'язок між вхідною Uу і вихідною U_н координатами визначається лінеаризацією рівняння (31)

. (33)

З виразу (33) слідує, що в режимі переривистого струму інформація про прирости керуючого впливу передається в навантаження перетворювача двома каналами, перший із яких має коефіцієнт передачі

На рис.8 наведена імпульсна модель ШІП.

Обчислення фактора пульсацій пов'язано з визначенням реакції приведенної безперервної частини імпульсної системи на вихідну напругу перетворювача. Показано, що передатна функція зведеної безперервної частини багатоконтурної системи або складна передатна функція одноконтурної системи може бути подана у вигляді рівнобіжного з'єднання узагальнених елементарних ланок

Кожна з ланок формує в сигналі управління свою інформаційну складову про пульсації вихідної координати перетворювача. У силу цього кожний з окремо узятих рівнобіжних каналів характеризується своїм фактором пульсацій F_j. Для випадку комплексних полюсів характеристичного рівняння зведеної безперервної частини фактор пульсації всієї системи визначається виразом

, (36)

де k- число рівнобіжних каналів проходження пульсаційної складової вихідної координати перетворювача; а_i- коефіцієнти при дійсній частини F_j^-1;

b_i- коефіцієнти при уявній частині F_j^-1.

Показано, що подання системи перетворювач-навантаження у вигляді еквівалентної імпульсної моделі із подальшим застосуванням математичного апарату z- перетворення дозволяє отримати усталене значення реакції зведеної неперервної частини на переодичну імпульсну послідовність .

На першому етапі, використовуючи метод суперпозиції, записується перетворення по Лапласу ЕРС, що діють на кожному комутаційному інтервалі в межах періода дискретності перетворювача. Так, для КВ в режимі безперервного струму

, (37)

де -формуючі функції, - зсув між формуючими функціями. Сукупність _i визначає тривалість комутаційного інтервалу на періоді дискретності КВ. Виразу (37) відповідає імпульсна модель, що показана на рис.9. Число каналів передачі складових реакції кола навантаження Н(р) залежить від кількості формуючих функцій.

На другому етапі записують z-перетворення вихідного сигналу імпульсної системи

, (38)

де 1. Квазіусталений процес в навантаженні перетворювача визначається як . Застосуванням теорем диференціювання та інтегрування в області оригіналу із виразу (38) можна визначити закон зміни похідної та середнє значення U_н.

У п'ятому розділі розглядаються особливості регулювання субгармонік при вмиканні перетворювача із широтно-імпульсною модуляцією другого роду в замкнуту структуру. Отримані основні співвідношення для синтезу такої структури. Вмикання перетворювача в замкнуту систему автоматичного регулювання викликає симетруючу дію, що змінює амплітуди субгармонік. Базуючись на положеннях теорії замкнутої системи, показано, що ступінь впливу на амплітуди субгармонік залежить від величини коефіцієнта передачі системи на їхніх частотах, обумовленого передатною функцією безперервної частини системи і смугою пропускання перетворювача.

Різна форма вихідних ЕРС перетворювачів (у КВ це послідовність кусково-синусоїдних функцій, параметри яких змінюються у функції кута керування; у ШІП це послідовність прямокутних імпульсів, тривалість яких залежить від регульованого параметра) призводить до різної реакції зведеної безперервної частини. Це викликає різні лівосторонні значення в точці зустрічі похідних від реакції безупинної частини на вихідні ЕРС перетворювачів з однаковими опорними сигналами. У результаті КВ і ШІП характеризуються різними законами зміни фактора пульсацій.

Ідентичність імпульсних моделей КВ і ШІП в умовах впливу несиметрії призводить до того, що ефект компенсації субгармонік у замкнутій структурі буде визначатися смугою пропускання і законами зміни фактора пульсацій. Під коефіцієнтом компенсації прийнято розуміти відношення амплітуди субгармоніки на виході перетворювача з розімкнутим зворотним зв'язком до амплітуди субгармоніки з замкнутим зворотним зв'язком, записаних у формі z- перетворення.

Показано, що ефект компенсації дії несиметрії визначається властивостями передатної функції зведеної безперервної частини системи. Для системи регулювання вихідної напруги з інтегральним регулятором коефіцієнт компенсації несиметрії управління дорівнює

. (39)

Як слідує з (39), ефект симетрування збільшується зі зменшенням сталої часу регулятора, що зв'язано із зростанням коефіцієнта передачі на частотах субгармонік, викликаним розширенням смуги пропускання системи регулювання. Граничне значення сталої часу Т₁ обмежується умовою стійкості системи. З цього слідує, що прагнення збільшити ефект симетрування вступає в протиріччя з якістю системи в перехідних режимах. Реалізація граничної швидкодії в контурі регулювання вихідної напруги досягається вибором сталої часу регулятора відповідно до умов процесу кінцевої тривалості

. (41)

Наявність у виразі (41) фактора пульсацій F призводить до неоднозначності перехідних процесів від тривалості вихідних імпульсів перетворювача. Для однозначності перехідних процесів у всьому діапазоні регулювання необхідно, щоб у виразі (41)

, (42)

що досягається наданням системі властивостей інваріантності до зміни регульованого параметра . Виконання умови (42) здійснюється застосуванням адаптивного регулятора з параметричним зв'язком по вхідному діянню. Для інтегрального регулятора умова (42) виконується, коли

 . (43)

Розв'язання системи, складеної з рівнянь (41) і (43), визначає зв'язок між необхідною величиною К_п і регульованим параметром ШІП у вигляді гіперболічної залежності . (44)

Зміна коефіцієнта передачі зведеної безперервної частини системи регулювання для одержання однозначності динамічних процесів вносить зміни в коефіцієнт компенсації субгармонік

. (45)

З врахуванням умов (44) вираз для коефіцієнта компенсації -й субгармоніки перетвориться до вигляду

. (47)

З (46) витікає, що компенсація субгармонік, що містяться у вхідній напрузі ШІП, у більшій мірі, ніж для НК, залежить від фактора пульсацій. У той же час слід зазначити, що в системі регулювання з адаптивним регулятором коефіцієнт компенсації, як це слідує з формули (47), інваріантний до регульованого параметра ШІП.

 Симетрування ШІП у системі з аперіодичною ланкою

. (48)

Оптимальну величину коефіцієнта компенсації субгармонік одержують при виборі параметрів системи регулювання за умовами процесу кінцевої тривалості.

Залежність умов процесу кінцевої тривалості від регульованого параметра визначає неоднозначність коефіцієнта компенсації у всьому діапазоні регулювання ШІП. Показано, що зі збільшенням необхідно зменшувати (при заданій величині сталої часу Т₁ регулятора) величину контурного коефіцієнта передачі. Пояснюється це характером зміни фактора пульсацій (50), що із зростанням прагне до одиниці.

Компенсація впливу несиметрії в імпульсній системі з ланцюгом зворотного зв'язку

(52)

багато в чому визначається її частотними властивостями. Ланка (52) характеризується великим спадом коефіцієнта передачі при зміні за межами смуги пропускання _u імпульсного елемента. У зв'язку з цим амплітудна частотна характеристика імпульсної системи для < _u /2 має два резонансних підйоми коефіцієнта передачі. Спектральні лінії центральних частот розташовані симетрично до середини смуги квантування імпульсного елемета.

З збільшенням _i зсув між спектральними лініями зменшується. При _i =_і/2 процес передачі інформації зазнає якісного стрибка, що проявляється в тому, що на інтервалі дискретності відбувається додавання суміжних спектральних ліній. Унаслідок цього коефіцієнт передачі імпульсної системи вдвічі більше в порівнянні з (53). Дана особливість передачі інформації в імпульсній системі може бути охарактеризована як зміна коефіцієнта передачі імпульсного елемента. При розгляді процесів у замкнутій системі регулювання необхідно враховувати, що коефіцієнт передачі на частоті _і/2 буде в два рази більше, ніж на частоті <_u/2, що природно накладає відбиток на характеристики замкнутої системи в цілому.

Для зіставлення ефектів компенсації субгармонік КВ і ШІП прийнято, що гармонічні спектри впливів U_y і U_о такі ж, як і в КВ. Тоді несиметрія НК викликає генерацію у вихідний ланцюг ШІП субгармонік з частотами, кратними частоті мережі, що живить КВ. Показано, що ступінь компенсації визначається величиною контурного коефіцієнта підсилення на частоті - ї субгармоніки, що залежить від статичного коефіцієнта передачі К_п перетворювача, коефіцієнта демпфіювання селективної ланки G(p) і фактора пульсацій F. У силу того, що фактор пульсацій є раціональною функцією від регульованого параметра , коефіцієнт компенсації є неоднозначним у всьому діапазоні регулювання вихідної координати ШІП.

На рис.11 подані результати розрахунків коефіцієнтів компенсації несиметрії керування К_пу і субгармонік вхідної напруги ШІП К_по при =0,005. Наведені графіки вказують на слабку залежність, як і для КВ, коефіцієнта компенсації НК від змін відносної тривалості вихідного імпульсу перетворювача у всьому діапазоні регулювання. Компенсація субгармонік вхідної напруги ШІП, так само як і в КВ, носить більш складний характер. У даному випадку коефіцієнт компенсації К_по є раціональною функцією від фактора пульсацій, що викликає його неоднозначність у всьому діапазоні зміни регульованого параметра перетворювача і залежності його величини від частоти субгармоніки.

Наведено результати досліджень впливу режимів роботи КВ на процес компенсації впливу несиметрії. Показано, що компенсація НМ у ШІП носить більш складний характер, ніж у КВ, що пояснюється сильною залежністю фактора пульсацій від . Дано порівняльну оцінку межі стійкості системи регулювання субгармоніки з КВ і ШІП.

У шостому розділі наведені результати аналізу і синтезу системи регулювання субгармонік і основних координат перетворювача, направлені на виявлення механізму взаємного впливу контурів регулювання; на одержання розрахункових співвідношень і розробку рекомендацій на вибір параметрів, що забезпечують одержання перехідних процесів, близьких до процесів кінцевої тривалості. Динамічні характеристики досліджувані з використанням теорії безперервних і імпульсних систем регулювання.

При інтерпретації перетворювача у вигляді неперервної ланки з коефіцієнтом передачі К_п частотні характеристики системи регулювання субгармонічних складових із ланкою (52) у ланцюзі зворотного зв'язку описуються амплітудною і фазовою характеристиками режекторного фільтра. При цьому показано, що в смузі пропускання частотного селектора при уявленнях перетворювача у вигляді амплітудно-імпульсного модулятора або у вигляді неперервної ланки частотні характеристики замкнутої системи практично збігаються з точністю до величини фактора пульсацій. За межами смуги пропускання розбіжності частотних характеристик виникають під впливом дії імпульсного елемента на спектр вихідного сигналу ланки G(p). Наближення частотних характеристик імпульсної системи до неперервної залежить від співвідношення частот смуги пропускання імпульсного елемента і частоти резонансу ланки G(p).

З частотних характеристик слідує, що в першому наближенні оцінка взаємного впливу контурів регулювання основної координати перетворювача і регулювання субгармонічної складової може бути зроблена з позиції відомих положень теорії безперервних систем, що базується на методі часового поділу. Застосовність методу часового поділу обгрунтовується порівняно низькою швидкодією контура регулювання субгармонік щодо контурів регулювання основних координат перетворювача. По результатах досліджень сформульовані рекомендації по застосуванню даного методу і вибору параметрів системи регулювання.

Представлення напівпровідникового перетворювача при малих відхиленнях керуючого діяння у вигляді амплітудно-імпульсного модулятора дозволяє при визначених умовах реалізувати перехідні процеси кінцевої тривалості. Показано, що існування процесу кінцевої тривалості і фізична реалізованість його умов накладає обмеження на передатну функцію зведеної безперервної частини системи. Це обмеження полягає в тому, що процес кінцевої тривалості реалізується в системі в якій різниця порядків поліномів знаменника і чисельника передатної функції безперервної частини дорівнює одиниці. У такій системі реакція безперервної частини W(p) на послідовність - імпульсів містить розриви першого роду.

Встановлено, що якщо передатну функцію W(p) уявити у вигляді послідовного з'єднання елементарних ланок

. (54)

то передатна функція зведеної безперервної частини системи, що відповідає вимогам існування процесу кінцевої тривалості і астатизму першого порядку,

має вигляд

(55)

На підставі виразів (54) і (55) синтезована передавальна функція коригувальної ланки ( регулятора )

(56)

Інтегральна частина передавальної функції G(p) забезпечує одержання нульової похибки регулювання в статичному режимі. Диференціальна частина G(p) дозволяє встановити різницю порядків поліномів знаменника і чисельника W (p), що дорівнює одиниці, без взаємної компенсації нулів і полюсів.

Вираз (56) дозволяє синтезувати передавальну функцію регулятора по заданій передавальній функції об'єкта регулювання для одержання граничної швидкодії замкнутої системи і надання їй властивостей астатизму. За допомогою запропонованого методу параметричного формування процесу кінцевої тривалості виконано синтез регулятора системи регулювання напруги перетворювача з LC- фільтром. Отримано перехідні процеси, що підтверджують існування процесу кінцевої тривалості.

Запропонований метод формування перехідного процесу кінцевої тривалості дозволяє синтезувати систему регулювання перетворювача, інваріантну до контурів регулювання субгармонік. У такій системі реалізовано повний поділ процесів у контурах регулювання субгармонік і основних координат перетворювача.

Розглянуто перетворювач, у ланцюзі зворотного зв'язку якого міститься частотна селективна ланка G(p) з передавальною функцією (52) і ланка з регульованим коефіцієнтом передачі К_о. З виразу (55) випливає, що для виключення впливу контуру регулювання субгармоніки регулятор G_р(p) зовнішнього контуру повинний містити ланки які компенсують спотворення частотних характеристик перетворювача. Передавальна функція зведеної безперервної частини імпульсної системи, що відповідає умові інваріантності, має вигляд

, (57)

де р_j і p_i - нулі і полюси передавальної функції зведеної безперервної частини

контуру регулювання субгармонік; р_q і p_l - нулі і полюси коригувальної ланки.

На підставі виразу (56) одержуємо, що поряд із ланками, які забезпечують необхідні статичні і динамічні характеристики системи регулювання вихідного параметра перетворювача, регулятор G_р(p) при К_пК_о=1 повинний містити ланку з передавальною функцією

Для одержання абсолютної інваріантності прямого каналу передачі інформації до контуру регулювання субгармоніки необхідно введення в систему параметричних зв'язків за фактором пульсацій і коефіцієнтом К_о.

Структурна схема синтезованої системи наведена на рис.12. Ця структура покладена в основу побудови ряду стабілізованих систем живлення постійного струму.

У сьомому розділі, базуючись на теорії і принципах комбінованого автоматичного регулювання, системам регулювання субгармонік додані властивості інваріантності до внутрішніх і зовнішніх збурень. Синтезовано оптимальні по швидкодії структури. Досліджені умови стійкості і шляхи підвищення динамічних характеристик системи регулювання субгармонік.

Досліджено динамічні характеристики системи, яка для одержання інваріантності амплітуди субгармоніки до змін несиметрії і режимів роботи перетворювача містить контур автоматичного регулювання підсилення (АРП) . Дослідження виконані з використанням імпульсної моделі системи регулювання наведеної на рис.13. У основу одержання даної моделі покладені властивості

параметрично регульованої ланки (19) і допущення про те, що пульсаційна складова перетворювача діє тільки по основному ланцюгу зворотного зв'язку. Це припущення базується на значно більш сильній фільтруючій дії контура АРП. Модель характеризується двома каналами передачі інформації про прирости вхідних сигналів із коефіцієнтами К1 і К2.

Елемент виділення модуля, що перетворює синусоїдний вихідний сигнал ланки G(p) в однополярний, має коефіцієнт передачі К3=2/. Передатні функції регулятора і фільтра позначені як Н1(р) і Н2(р). Встановлено, що інваріантність амплітуди субгармоніки на виході перетворювача досягається при застосуванні в якості регулятора інтегральної ланки з сталою часу Т₁, а в якості фільтра - аперіодичної ланки першого порядку з сталою часу Т₂.

Обмеження на вибір параметрів системи регулювання накладає умова стійкості

З (59) витікає, що положення межі стійкості є раціональною функцією параметрів системи. У процесі регулювання коефіцієнти К1 і К2 змінюються в діапазоні від нуля до одиниці. Положення межі стійкості слабо залежить від зміни величини К1. Збільшення К1 підвищує дію диференціючої частини системи, що викликає незначне розширення зони стійкості. Мало позначається на зсуві межа стійкості і зміна коефіцієнта ? ланки G(p). Пов'язано це з його слабкою дією на частотну характеристику ланки G(p) на основній частоті перетворювача. Значно більший вплив на стійкість системи мають коефіцієнт К2 і фактор пульсацій F. Ці параметри в основному і накладають обмеження на сталу часу регулятора. На рис.14 а,б показані межі стійкості системи регулювання субгармонік КВ і ШІП, отриманих для Т2=0,0025с. З графіків випливає, що в ШІП зміна регульованого параметра значно більше впливає на межу стійкості. Це пояснюється особливостями дії пульсаційної складової вихідної напруги на фактор пульсацій.

Структурна схема одного з каналів системи регулювання субгармоніки шляхом обчислення коефіцієнтів Фур'є зображена на рис.15. Інтервал дискретності ДФ, визначуваний частотою регульованої субгармоніки, значно більше інтервалу дискретності перетворювача. Це дозволяє подати перетворювач у вигляді безперервної ланки з коефіцієнтом передачі К_п. Вхідний і вихідний перемножувачі подані у вигляді лінеаризованих моделей із коефіцієнтами передачі К1 і К2. Дискретний фільтр з усередненням вхідного сигналу на інтервалі дискретності поданий у вигляді локальної замкнутої структури, що містить фіксатор нульового порядку і інтегруючу ланку із сталою часу, рівною інтервалу дискретності.

Показано, що динамічні характеристики системи визначаються динамічними властивостями дискретного фільтра і регулятора Gp(p). Застосування ДФ середнього значення, що реалізує процес кінцевої тривалості, дозволяє при відповідному виборі передавальної функції регулятора G_p(p) реалізувати граничну швидкодію у всій системі.

Відповідно до (55) зведена безперевна частина системи, що відповідає вимогам існування процесу кінцевої тривалості й астатизму першого порядку, має вигляд . Тоді згідно з (56) передавальна функція регулятора .

Отримано умови процесу кінцевої тривалості Т_о=Т, Т₁=Т_о/2 і умови стійкості системи (Т₁/T_o)<1, (T/T_o)<2(1+Т₁/T_o). Показано, що при настроюванні на процеси кінцевої тривалості система має дворазовий запас по сталій часу Т₁ і триразовий по Т_о. При виборі параметрів регулятора відповідно до умов процесу кінцевої тривалості реакція системи на східчастий вхідний вплив змінюється за законом

. ( 60)

З (60) слідує, що введення в систему ПІ- регулятора забезпечує граничну швидкодію в системі регулювання -ї субгармоніки при нульовій помилці щодо U_з у сталому режимі і з достатнім запасом стійкості.

Показано, що введенням компенсуючих зв'язків досягається інваріантність частотної характеристики перетворювача до контура регулювання субгармоніки. Структурна схема такої системи показана на рис.16. У даній структурі від вихідного сигналу датчика напруги ДН, пропорційного е_ТВ, у складі якого присутні гармоніки вхідного діяння U_y і НГ від різних видів несиметрії, віднімається сигнал із гармоніками вхідного діяння U_y. У результаті цього розмикається зворотний зв'язок по частоті вхідного впливу U_y, що виключає спотворення частотної характеристики на частоті регульованої субгармоніки. Коригувальний сигнал одержують підсумову-ванням сигналу помилки (t) і вихідного сигналу U_k селективної ланки G(p).

Зв'язок між U_y і е_ТВ одержимо, замінюючи елементи структурної схеми їхніми передавальними коефіцієнтами на резонансній частоті селективної ланки .

З якого слідує, що при виконанні умови К₅=К₂К₃, коефіцієнт передачі перетворювача стає інваріантним до коефіцієнта компенсації субгармоніки.

Інваріантність процесу регулювання субгармоніки до змін частоти живильної мережі досягається включенням генератора ортогональних функцій у систему фазового підстроювання частоти, що синхронізується мережею або параметричним регулюванням резонансної частоти частотного селектора (ЧС). Регулювання частотного селектора виконується перетворювачем частота- напруга (ПЧН). Сполучення регулювальних характеристик ПЧН і ЧС відбувається при виконанні умови К_чс=1/К_пчн, де К_чс і К_пчн- коефіцієнти перестроювання ЧС і ПЧН. Синтезовано структурну схему ПЧН, що реалізує граничну швидкодію (половина періоду живильної мережі) і високу лінійність регулювальної характеристики. Показано, що включення ДФ в САР фазрегулюючюї ланки поліпшує динамічні та статичні характеристики.

У додатках наведені результати моделювання замкнутої системи регулювання субгармонік та документи, що підтверджують практичне використання результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

Основна мета дисертаційної роботи полягала в створенні теоретичних основ спеціальних систем автоматичного регулювання субгармонік перетворювача.

У роботі розкритий механізм генерації неканонічних гармонік у вхідному і вихідному колах перетворювача. Базуючись на результатах аналізу процесу генерації неканонічних гармонік, розкритий механізм регулювання субгармонік для зменшення їхніх амплітуд.

Доведено, що динамічні властивості перетворювача при впливі несиметрії характеризуються додатковими каналами передачі інформації про відхилення, що призводить до ускладнення імпульсних моделей.

Розроблено теорію замкнутої структури регулювання субгармоніки перетворювача із широтно-імпульсною модуляцією другого роду для малих відхилень керуючого діяння. Показано, що статичні і динамічні характеристики замкнутої системи регулювання субгармонік визначаються дискретними властивостями перетворювача і властивостями приведеної безперервної частини.

Показано, що інваріантність амплітуди субгармоніки до відхилень внутрішніх і зовнішніх збурень досягається застосуванням комбінованих систем регулювання, що включають у себе параметричне регулювання і регулювання по відхиленню.

Показано, що застосування розроблених комбінованих структур і принципів вибору їхніх параметрів дозволяє одержати інваріантність контурів регулювання субгармонік до контурів регулювання основних координат перетворювача.

Результати роботи використані при розробці і впровадженні в серійне виробництво потужних стабілізованих систем живлення на базі керованих напівпровідникових перетворювачів, а також у навчальному процесі Харківської державної академії залізничного транспорту.

Подальше використання результатів роботи рекомендовано на підприємствах України, що займаються розробкою і виробництвом напівпровідникових перетворювачів електричної енергії, таких як НВО ХЕМЗ м. Харків і НВО "Перетворювач" м. Запоріжжя.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Щербак Я.В. Замкнутые системы компенсации неканонических гармоник полупроводниковых преобразователей. - Харьков: ХФИ "Транспорт Украины".- 1999.-255с.

2. Щербак Я.В. Влияние тиристорного преобразователя на питающую сеть при несимметрии управления // Технічна електродинаміка.-Київ, 1998.- Спеціальний випуск 2,Т.1.-С.40-45.

3. Щербак Я.В. Исследование неканонических гармоник тиристорного преобразователя на комплексной плоскости // Технічна електродинаміка.-Київ, 1998.-№5.- С.17-21.

4. Щербак Я.В. Импульсная модель управляемого выпрямителя в условиях несимметрии // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті.- 1998.-№5.-С.29-34.

5. Щербак Я.В. Широтно-импульсный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией второго рода в условиях несимметрии // Технічна електродинаміка.- Київ,1999.-№1.- С.31-35.

6. Щербак Я.В. Динамические характеристики широтно- импульсного преобразователя при воздействии несимметрии в режиме прерывистого тока // Вестник ХГПУ.- Харьков: ХГПУ.-1999.-Вып.64.-С.75-84.

7. Щербак Я.В. Анализ электромагнитных процессов ШИП применением эквивалентных импульсных моделей // Інформаційно- керуючі системи на залізничному транспорті.- 2000.-№6.-С.89-95.

8. Щербак Я.В. Фактор пульсаций многоконтурных дискретных систем автоматического регулирования // Технічна електродинаміка.-Київ, 1998.-№4.-С.41-43.

9. Щербак Я.В., Страхов Н.Н., Домнин И.Ф. Анализ динамических характеристик источника питания с параллельным каналом // Вестник ХПИ-Харьков:ХГУ ИО “Вища школа”-1988.-Вып.13, №255.-С.47-49.

10. Щербак Я.В. Частотные характеристики импульсной системы с селективной непрерывной частью// Вестник ХГПУ.-Харьков:ХГПУ.-2000.- Вып.106.-С.43-47.

11. Щербак Я.В. Компенсація низькочастотних неканонічних гармонік тиристорного випрямляча в замкнутій структурі // Технічна електродинаміка.-Київ,1998.-№3.-С.39-42.

12. Щербак Я.В. Компенсация субгармоник широтно-импульсного преобразователя в замкнутой структуре // Вестн. ХГПУ.-Харьков:ХГПУ.-1999.-Вып. 88.-С.14-21.

13. Щербак Я.В. Симметрирование фазных токов тиристорных преобразователей в замкнутой структуре // Межвузовский сб. науч. тр. ХИИТ.-Харьков:ХИИТ,1990.-Вып.12.-С.89-101.

14. Щербак Я.В.Методы инвариантного регулирования низкочастотных субгармоник полупроводниковых преобразователей // Технічна електродинаміка.-Київ, 1999,-Тематичний випуск.-С.28-33.

15. Щербак Я.В., Шипилло А.В. Система подавления неканонических гармоник с контуром самонастройки // Вестник ХПИ.-Харьков: ХГУ ИО “Вища школа”.-1983.-Вып.8, №206.-С.67-70.

16. Щербак Я.В. Стійкість комбінованої системи автоматичного регулювання субгармонік // Інформаційно керуючі системи на залізничному транспорті.- 1999.-№3.-С.69-73.

17. Щербак Я.В., Страхов Н.Н., Левицкая Н.Д., Белых В.В. Система подавления неканонических гармоник с разложением на ортогональные составляющие // Вестник ХПИ.-Харьков:ХГУ ИО “Вища школа”.-1985.-Вып.10, №227.-С.43-47.

18. Щербак Я.В. Аналіз впливу процесу компенсації неканонічних гармонік на частотну характеристику перетворювача // Інформаційно керуючі системи на залізничному транспорті.- 1999.-№1.-С.17-20.

19. Щербак Я.В., Страхов Н.Н., Почапский Д.Н. Анализ устройств дискретной коррекции систем автоматического регулирования // Вестник ХПИ.-Харьков:ХГУ ИО “Вища школа”.-1984.-Вып.9, №214.-С.55-59.

20. Щербак Я.В., Страхов Н.Н., Домнин И.Ф. Исследование динамических свойств фазосдвигающих устройств // Вестник ХПИ.-Харьков:ХГУ ИО “Вища школа”.-1987.-Вып.12,№247.-С.40-44.

21. Щербак Я.В. Перетворювач частота-напруга для систем компенсації неканонічних гармонік // Інформаційно керуючі системи на залізничному транспорті.- 1998.-№6.-С.57-59.

22. Щербак Я.В. Параметрическое формирование процесса конечной длительности в системах с полупроводниковыми преобразователями // Вестн. ХГПУ.-Харьков:ХГПУ.-1999.-Вып.69.-С.15-21.

23. Щербак Я.В., Собчак А.П. Процессы конечной длительности в САР полупроводникового преобразователя с LC- фильтром // Вестн. ХГПУ.-Харьков:ХГПУ.-2000.- Вып.92.- С.111-118.

24. Щербак Я.В., Собчак А.П. Статический преобразователь трамвайного вагона // Інформаційно- керуючі системи на залізничному транспорті.- 1998.- №2.- С.22-25.

25. Щербак Я.В., Собчак А.П., Влияние фактора пульсаций на двухконтурную систему регулирования широтно-импульсного преобразователя с LC-фильтром. //Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті.-2000.-№1 -С.3-7.

26. Щербак Я.В., Собчак А.П., Улучшение динамических свойств САР с широтно-импульсным преобразователем // Технічна електродинаміка.-Київ, 2000.-Тематичний випуск Т.2.-С.60-64.

27. Способ подавления низкочастотных гармоник пульсаций напряжения тиристорного выпрямителя А.с.1415363 СССР, МКИ Н02 м1/14 /Я.В. Щербак, Н.Н. Страхов, И.Ф. Домнин (СССР).-№4122758/24-07; Заявлено 24.09.86.; Опубл. 07.08.88, Бюл.№29.-4с.

28. Устройство для управления тиристорным выпрямителем А.с.1246291 СССР, МКИ Н02 м7/155 /Я.В. Щербак, В.П. Шипилло, Н.Н. Страхов (СССР).-№3805967/24-07; Заявлено 29.10.84.; Опубл. 23.07.86, Бюл.№27.-3с.

29. Устройство для управления тиристорным выпрямителем А.с.1354361 СССР, МКИ Н02 м7/12 / Я.В. Щербак, Н.Н. Страхов, А.Е. Рефес (СССР).-№3821668/24-07; Заявлено 07.12.84.; Опубл. 23.11.87, Бюл.№43.-5с.

30. Устройство для управления тиристорным выпрямителем А.с.1069120 СССР, МКИ Н02 р13/24 / В.П. Шипилло, Я.В. Щербак, Н.Н. Страхов и др.(СССР).-№3458590/24-07; Заявлено 25.06.82.; Опубл. 23.01.84, Бюл.№3.-4с.

31. Устройство для управления тиристорным преобразователем А.с.1467713 СССР, МКИ Н02 м1/14 / Я.В. Щербак, И.Ф. Домнин, Е.М. Эрлих (СССР).-№4282291/24-07; Заявлено 16.06.87.; Опубл. 23.03.89, Бюл.№11.-4с.

32. Стабилизированный источник постоянного напряжения : А.с.СССР1483436, МКИ Н05 м1/56 / Я.В. Щербак, И.Ф. Домнин, Е.М. Эрлих (СССР).-№4278401/24-07; Заявлено 16.06.87.; Опубл. 30.05.89., Бюл.№20.-3с.

33. Фазосдвигающее устройство А.с.1285562 СССР, МКИ Н03 н11/20 / Я.В. Щербак, Н.Н. Страхов, Н.Д. Левицкая (СССР).-№3729763/24-09; заявлено 20.04.84.; Опубл.23.01.87, Бюл.№3.-3с.

34. Щербак Я.В., Страхов Н.Н., Домнин И.Ф. Инвариантные к изменению внутренних и внешних параметров системы подавления неканонических гармоник // Труды IV Всесоюз. Конф. "Проблемы преобразовательной техники".-Ч.4.-Киев: ИЭД АН УССР.-1987.-С.249-251.

35. Щербак Я.В. Графо-аналітичний метод дослідження низькочастотних неканонічних гармонік на комплексній площині // Труди 58-ї Міжнар. конф. ХарДАЗТ.- Харків: ХарДАЗТ.- 1997.-С.18-19.

36. Щербак Я.В. Улучшение электромагнитной совместимости преобразователей электрической энергии путем компенсации неканонических гармоник// Труды МНТК " Нетрадиционные электромеханические и электрические системы".- Алушта: ХГПУ.-1997.- С.675-678.

37. Щербак Я.В., Домнин И.Ф. Исследование специального источника электропитания // Труды НТК " Проблемы электромагнитной совместимости силовых преобразователей".-Ч.1.-Таллин.:АН ЭССР.- 1986.-С.108-109.

38. Щербак Я.В., Домнин И.Ф. Анализ динамических характеристик выпрямителя с LC- фильтром // Труды IV ВНТК " Проблемы преобразовательной техники".-Ч.4.-Киев: ИЭД АН УССР.-1987.-с.246-248.

39. Щербак Я.В. Вычисление фактора пульсаций многоконтурных систем автоматического регулирования// Труды ВНТК " Математическое моделирование в энергетике".-Ч.4.- Киев:Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР.-1990.-с.203-204.

40. Щербак Я.В. Динамические характеристики ШИП с LC-фильтром //Труды ВНТК " Проблемы преобразовательной техники".-Ч.5.-Киев:ИЭД АН УССР.-1991.-с.154-155.

41. Щербак Я.В., Страхов Н.Н. Системы подавления низкочастотных гармоник тиристорного выпрямителя инвариантные к изменениям частоты питающей сети // Труды ВНТК " Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей".-Ч.1.- Таллин.: АН ЭССР.-1986.-С.40-41.

АНОТАЦІЇ

Щербак Я. В. Теоретичні основи і методи регулювання субгармонік напівпровідникових перетворювачів електроенергії.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.12- напівпровідникові перетворювачі електроенергії.- Національний технічний університет “ Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2002.

Дисертація присвячена розробці теоретичних основ та методів регулювання субгармонік перетворювача, що виникають під дією різного виду несиметрій.

В роботі розкрито механізм генерації неканонічних гармонік у вхідному і вихідному колах перетворювача. Доведено, що вплив несиметрії змінює динамічні властивості перетворювача. Розроблено теорію замкнутої структури регулювання субгармоніки перетворювача із широтно-імпульсною модуляцією другого роду для малих відхилень керуючого діяння. Показано, що інваріантність амплітуди регульованої субгармоніки до внутрішніх і зовнішніх збурень досягається застосуванням комбінованих систем регулювання.

Ключові слова: перетворювач електроенергії, комплексна площина, неканонічна гармоніка, субгармоніка, імпульсна модель, система автоматичного регулювання.

ABSTRACT

Scherbak Ya. V. Theoretical basis and methods of regulation of subharmonics of semiconductor converters of electric energy. - Manuscript.

Thesis for a doctor of science degree by

speciality 05.09.12- semiconductor converters of electric energy. - National technical University “ Kharkov polytechnical institute ”, Kharkov, 2002.

The dissertation is devoted to development of theoretical basis and methods of regulation of subharmonics of the converter, which arise from various kinds of asymmetry.

In the work the mechanism of generation of non-canonical harmonics in input

and output circuits of the converter is shown. It is proved, that impact of asymmetry changes dynamic properties of the converter. Theory of closed-loop structure of regulation of subharmonics of PWM-2 converters for small deviations of control signal is developed. It is shown, that independence of amplitude of subharmonics from deviations of internal and external impacts is reached with application of combined regulation systems.

Key words: electric energy converter, complex plane, non-canonical harmonic, subharmonic, impulse model, automatic regulation system .

АННОТАЦИЯ

Щербак Я. В. Теоретические основы и методы регулирования субгармоник полупроводниковых преобразователей электроэнергии. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени доктора технических наук по специальности 05.09.12- полупроводниковые преобразователи электроэнергии.

- Национальный технический университет “ Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2002.

Диссертация посвящена разработке теоретических основ и методов регулирования субгармоник преобразователя, которые возникают под действием разного вида несимметрий.

В роботе раскрыт механизм генерации неканонических гармоник во входной и выходной цепях преобразователей с широтно-импульсной модуляцией второго рода для малых отклонений управляющего воздействия. Показано влияние на генерацию неканонических гармоник режимов работы преобразователя. Доказано, что воздействие несимметрии изменяет динамические свойства преобразователя. Полученные импульсные модели позволяют выполнять анализ и синтез систем автоматического регулирования управляемого выпрямителя и широтно- импульсного преобразователя, работающих в условиях несимметрий управления и питающих напряжений. Разработана теория замкнутой структуры регулирования субгармоники преобразователей с широтно-импульсной модуляцией второго рода для малых отклонений управляющего воздействия. Установлено, что компенсация воздействия несимметрии на широтно-импульсный преобразователь носит более сложный характер по сравнению с управляемым выпрямителем. Получены аналитические зависимости, характеризующие компенсацию субгармоник для разных режимов работы преобразователей. Показано, что инвариантность амплитуды субгармоники к отклонениям внутренних и внешних воздействий достигается применением комбинированных систем регулирования.

Ключевые слова: преобразователь электроэнергии, комплексная плоскость, неканоническая гармоника, субгармоника, импульсная модель, система автоматического регулирования.

Размещено на Allbest.ru