автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Полупроводниковые преобразователи частоты автономных комплексов

РГ6 од

1 Ц кн0»1 НЕВСКИЙ ПОДИТИШИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАКДИСИ КАРЛО /Сирия/

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ НРН0ЕРА30ВАТШ1 ЧАСТОТЫ АВТОНОМНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.09.12 - Полупроводниковые преобразователя

электроэнергии

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1993

Работа выполнена м. кафедре теоретически «шов 8Д№хротвк~ вши Киевского политехнического института

Иаучшй руководитель - лауреат Государственной прешла

Украины, доктор технических наук, йрофесоар В.И.СШШ)

Назпшнй консультант - кандидат тапгегчэских наук, доцент' А.В.ШШОБСКИЙ

Официальные) оппоненты: доктор техиитастя наук, старший научный сотрудник В.О.'ЖШЙ

кандидат технических: ьаук, доцэдт Ю.Е.КУЛЕШОВ

Ведущая организация ~ иногитут проблш аязргосбвреження АН Украины

Завдта состоится 'Л) " ¿^/^¿^ 1993 г. в часов на еаседанкв специализированного Совета К 063.14.05 при Киевском поиштеааотескоы институте /252056, г.Киев-56, проспект Победы, 37/.

Автореферат разослан * ** 1993 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека института

Ученый сегфотарь специализированного Совета к.т.н.» доцент

Б.Н.КОГЩРА

ОЩАЯ ХАРАШИ1СТШ. РЛБОШ

Актуальность гтоблеш. При ретоиии задач повышения эф5ек-тшшости общественного производства и увеличения производительности труда большое значение приобретает рациональпоа использование энергетических ресурсоз, значительная экономия которых может быть достигнута сосредоточением усилий по совершенствованию методов преобразования в передачи электрической энергии. Бее возрастающий уровень производства и потребления электрической »нерига заставляет обращать особое вкшашкз па совершенствование воех видов ее распределения и применения. Решение этой задачи непосредственно связано с развитием силовой преобразовательной техники, о разработкой эффективных методов и оредстз преобразования различных параметров электрической энергии. Успехи энергетической электроники в настоящее время обеспечили прогресс в деле создания и совершенствования силовой преобразовательной техники, открыв широкие возможности и перспективы ее применения в различных областях народного хозяйства. Преобразовательная техника находив все более широкое применение вездо, где производится и используется электроэнергия.

Решая задачу значительного увелэтения производства силовой преобразовательной техники необходимо особое внимание уделять разработка и освоению выпуска электротехнического оборудования, пмощего более высокий коэффициент полезного действия, меньший удельный расход цвеганх металлов и других материалов.

Баянов меото в решении этих задач занимает совершенствование систем электроснабжения автономных элентроэцергзтических комплексов, гдэ экономическая эффективность снижения массы оборудования и потребляешь мощности особенно велика.

В связи о тем, что на борту автономных комплексов постоянно увеличивается количество нагрузок, даш которых по ряду причин род питающего тока, ватгчина напряжения и частоты, а также допуски на их отклонения отличаютая от параметров первичной системы электроснабжения Д[СЭ/, возрастает роль вторичных систем электроснабжения /ВСЭ/, обвепачввапцих такие потребители электроэнергией. Противоречие между тенденцией к увеличении необходимой мощности узлов генерирования электроэнергии и требованием уменьшения массы и объема всего энергетического комплекса можно разрешить только реализацией двух процессовг повышена-

ей 8®0кттгвноогз всех потребителей энергии и повышением еффея-ТИБЯ0СТ2 всех преобразователей энаргип, поскольку дальнейшие работы в облаем совершенствования каналов генерирования электроэнергия ухе не могут дать ощутимого выигрыша в массе. Позыпо-шае эффективности ВСЭ пакет быть достигнуто путем использования новых способов преобразования параметров электроэнергии и ковш: принципов построения про с бра зозатата й, их реализующих, на основе достижений в разработке устройств энергетической и информационное электроны®.

Ускорение внедрения результатов научно-исследовательских а ошгно-конструкторсквх работ по разработке преобразователей ЕСЗ в производство возможно только при использовании прогрессивна методов построения и компоновки и, в чаотнооти, широкое применение модульного принципа с использованием унифицированных узлов в агрегатов.

Возросшие требования, предъявляемые к качеству выходных параметров преобразователей ВСЭ требуют в настоящее время разра- • ботки такях устройств, которые сочетали бы в себе (функции рования высококачествэнного переменного напряжения заданное формы и шроходяадазонного регулирования /стабилизации/ его параметров, обеспечивая при этом высокие энергетические и динамические показатели преобразователей. Такие преобразователи необходимы для систем регулируемого электропривода переменного тока точной аппаратуры шгнитной записи /АМЗ/, контрольно-испытательной и исследовательской аппаратуры, например, имитаторов о произвольной формой выходного напряжения и с регулированием относительного с о дерзания отдельных гармоник или масоива гармоник в спектре выходного напряжения, исполнительных органов автоматизированных систем управления, систем воспроизведения и усиления информации, устройств автоматики и телемеханики, для потребителей, критичных я форме гатащего надряиення, аппаратуры резервного электропитания.

На решение этих задач направлены работы, проводимые на кафедре теоретических основ электротехники Киевского политехнического института в соответствии с координационным планом АН Украины по комплексной проблеме "Научные основы электроэнергетики" ва 1991 - 1995 г.г.

ч Поэтому разработка и исследование высокоэффективных преобразователей ВСЭ автономных комплексов, выполненных на основе ыо-

дульных блоков из унифицированных элементов z узлов, является актуальной задаче:!.

Пета шбоуц - решение научной задачи исследования и разработки полупроводниковых преобразователей частоты вторичных скотам электроснабжения автоношшх комплексов, обладающих улучшенными показателями.

Достижение поставленной цэлп предопределяет необходимость решения следующих задач:

1. Исследование в разработка эффективных способов преобразования параметров электрической энергии автоноглных комплексов.

2. Исследование электромагнитных процессов з преобразователях частоты и получение аналитически выражений искомых величии в удобной для практического использования форме. ■

3. Обоснование построения, анализа а одтшизацви преобразователей частоты в автономных системах элзктроснабгания подвижных объектов.

4. Разработка способов формирования квазпсикусоидального напряжения, принципов построения клячей переменного тока, схем скстог,: управления и конкретных устройств, реализующих многоканальный способ преобразования параметров электрической энергии во вторачвдх системах электроснабжения автономиях комплексов.

Методы иоследованая. Для решения поставленных в работе задач использованы метода: коммутационных функций, комбинированный, гармонического сяытэза, математический аппарат, преобразования Тейлора, модифицированный метод Пауэла. При количественном анализе подученных <1умщионаяьных завпсшостеа применялась ЭВ". Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждена экспериментально при лабораторных испытаниях созданного преобразователя частоты.

Научная новизна. I. Обоснована целесообразность построения полупроводниковых'преобразователей автономных комплексов на основе преобразователей частоты с суммированием в общем контуре напряжений однофазных регулируемых инверторов переменного напряжения, реализующих многоканальный способ преобразования параметров электрической энергии и обладающих возможностью использования модульного принципа конструирования с максимальной степенью унификации на основе стандартных элементов в узлов.

2. Предложена методика анализа электромагнитных процессов в непосредственном преобразователе частоты с квазиодоололосной

модуляцией, позволившая получить в замкнутом вида зависимости действующих значений и выходных напряжений о* параметра управления. '

3. Предложена и разработана методика определения в замкнутся виде основных штегралышх показателей напряжения, реализующего АИМ 2-го рода, на основе преобразования Тейлора.

4. Определены оптимальные фазовые соотношения ыезду выходными напрякениямп регулируемых однофазных инверторов переменного тока, форюгрутацих однофазное шш трехфазное квазисинусоидальной форш выходное напряжение.

5. Дредаожены принципы построения силовых схем и систем управления непосредственных преобразователей частота о квазиси-нусоидалыхой формой вшвдщого напрянения.

6. Обоснована целесообразность построения силовых охем преобразователей частоты вторичных систем электроснабжения на Сазе тирнст орно-тран з пс торных ютчой.

Автутэ зашоазт. I. Цринципы построе1шя вторичных систем влектроснабжения автономных комплексов на базе непосредственных преобразователей частоты, расчета параметров и характеристик о учетом специфика процессов в системе электроснабжения.

2. Методику анализа электромагнитных процессов в преобразователях частоты для квазиустановивдахся процессов.

3. Методику в аналитические выражения доя определения в замкнутом виде основных интегральных характеристик квазиспнуоо-идальных напрялоний, формируемых методами АК/1 2-го рода.

4. Принципы построения силовых ключей в схем систем управления и конкретные устройства, реализующие многоканальный способ преобразования параметров электрической энергии.

- . Птактачэскзя пестреть. Приведенные в работе выводы, зависимости, гра^гаез обеспочзла возможность оптимального проектирования непосредственных преобразователей частоты о однофазными и трехфазными выходными Еащшвюшми на основе высоконадежных базовых модулей, выполненных на полностью управляемых ключах переменного тока. Модальный принцип построения силовых схем преобразователей существенно упростил процесс проектирования в производства предлагаемых преобразователей частоты.

Реализация результатов таботы в тюшменноотц. Результаты исследований нашш практическое применение при разработке в Г-эготоаяенш шыдгсгроводяивовых преобразователей частоты по дого-

вору № 2258 от 01.04.1991 1'., выполняемого кафедрой теоретических основ электротехники. Некоторые теоретические и практические результаты, полученные в работе, используются в учебных курсах КИИ при подготовка специалистов по электроприводу и электрическим машинам.

Ашгробаяия табстн. Основные положения п результат работа докладывались на тучных семинарах АЛ Украина "Научные основы электроэнергетики" я научней семинара кафедры электроники и энергетика Университета г.Летакшг /Сирия/. -

Основное содержание работы опубликовано в 2-х статьях.

Стпукттса я обьем работа, Диссертация состоит из введения, четырех разделов и зашгочеотя, изложенных на 130 страницах „ машинописного гокота, 72 рисунков на 70 страницах и 3 таблиц на 2 страницах списка литературы из 104 наименований и 2 пралокеиий на 11 страницах. Общий о бьем работы составляет 227 страниц.

содшлшга РАБОТЫ

фо вролощ'и обоснована актуальность теш и ефорцулирована цель исследований, перечислены основные научные результаты, приведены положения, выносимые на защиту.

В нетво'я разделе дана характеристика первичных и вторичных систем электроснабжения автономных комплексов и способов преобразования параметров электрической энергии, используемых при построении ВСЭ.

В настоящее время большая часть электрической энергии, вырабатываемой в стране, преобразуется на пути к потребителю. Такое преобразование осуществляется ВСЭ в случав, если параметры электрической анергии /род питающего тока, величина напряжения или частоты, а такка допуски на их отклонения/ отличается от параметров электроэнергии, обеспечиваемых ПСЭ и требуемых для нормальной работы потребителя.

В качестве ПСЭ могут использоваться: сета электроснабнэння общего назначения; автономные системы /система электроснабжения самолетов и вертолетов, система электроонабгения кораблей, местные сета электроснабжения/; химические источники тона.

При разработке преобразователей ВСЭ автономных комплексов, содержащих в качестве ПСЭ электромашииша генераторы постоянного и переменного тока, необходимо учшпэать возмоанооть кратко-

временного повышения питающего напряжения в переходных режимах. Так в ПСЭ автономоас комплексов /ГОСТ 19705-74, 19705-81/ переменного трех^зяого тока переменно.'! частоты /320... 1050 Тц/ и фазным напряжением 115 В в переходном режиме возможно в течение 0,2...0,5 о лоышение напряжения, в зазисшости от выходной частоты, до 180 Б пря 400 Гц и соответственно до 472,5 В при 1050 Тц /рис. I/.

Некоторые потребителя автошяляас комплексов требуют высокостабильного по напряжению и частоте переменного тока /гироскопические приборы, аппаратура шпгагиоД записи/; анодные цепи радиоустановок требуют высокого напряжения постоянного тока; специального питания требуют также радиолокационное оборудование, хш-лотаяно-навпгацисгаше системы, систеьм автоматического управления, следвдиа систеш, усилители а другого типа приборы и устройства.

ВСЭ автономных комплексов обеспечивает указашше выше потребители напряжением о требуемыми параметрами. При заводской настройке кассет гирошторов, стоек летательных аппаратоз, усилителей звуковой частоты, дал питания контрольно-изазрительной аппаратуры такое требуются ВСЭ, обеспечивающие такие же параметры электрической энергии, как в автоношах комплексах.

В БСЭ автономных комплексов находят шар око а применение электромашинке преобразователи /ЭШ1/ с выходной частотой 400 Пь Удельные характеристики таких преобразователей значительно уступают элэктршашшыгл генераторам ПСЭ, а требования, предъявляемые современными системами вычислительной техникой, аппаратурой автоматики в управления к электрическим системам с частотой 400 Hi, не могут быть йш удовлетворены в полной мере.

Ограниченные возможности ЭШ открывают широкую возможность перед стаигчэсквш про образоватолями, лозволявдами в зависимости от типов преобразования получать при высоких эксплуатацион- -них характеристиках удельные характеристики порядка 300 ... ...1000 Бт/кГ.

Возраставшая слогшосгь задач, решаемых РЭА, устанавливаемой на явгоношнх комплексах, повьшает требования к качеству питающего напряжения. Для согласования параметров электроэнергии, необходимой кошфотнш! потребителям, и параметров ПСЭ в ВСЗ находят применение следующие чатаре типа преобразователей: ИВЭ, НоШШН, ШН, Ш. В работе рассмотрены особенности и структурные

схемы указанных выше преобразователей. С целью повышения быстродействия преоо'разователей з отработке возмуцахвдх воздействий,-а также уменьшения массы и габаритов моточных изделий, в поолед-ние годы в ВСЭ нашли применение преобразователи с промежуточным ззеном высокой частоты и прямоугольной /иесинусоидальной/ формой выходного напряжения. В работа показано, что повышение эффективности преобразозатолей БСЭ автономных комплексов на мощности едилшцг-дэсятот г-сВА мояег быть достигнуто не только за счет использования промежуточного повнмшя частоты, но и за счет пера-хода от прямоугольно?! формы высокочастотного напряжения кюази-сицусоидашюй. При этом дат получения квазисинусоидального регулируемого по амплитуде напряжения при выходных мощностях I... ...10 кВА необходимо применять специальные способы улучшения спектрального состава кривой напряжения, обеспечив&теяе, как получение высокого КПД, так и расширение фращопальных возмоянос-тей и характеристик таких преобразователей.

Процесс формирования /синтезирования/ кривой выходного напряжения ПЧ с требуэиш гармонически!.! составом может быть непрерывным шш дискретным. Непрерывное синтезирование криво:! напряжения на нагрузке получавт путем введения в схему ПЧ электрических фильтров.

Дискретное синтезирование подразумевает аппроксимацию выходного сигнала, например, кусочно-постояшой йгакциеЗ, реализация которой представляет собой периодичэскуа последовательность импульсов в общем случав прямоугольной формы, модулированную по закону выходного сигнала. Целесообразность использования модуляционных методов синтезирования нацрякешш обусловлена возможностью устранения выходных фильтров, жесткостью внешней характеристики ПЧ, согласованием с ключевым характером работы силовых полупроводниковых приборов, обеспечивающим высокий КПД, возможностью совмещения оункциа формирования а рв1улировшшя напряжения в едином функциональном узле.

Анализ способов формирования и регулирования выходных напряжений квазисинусоидалькой формы показал, что наиболее целесообразно при построении ПЧ с однофазным ила трехфазным выходным напряжением'и выходной мощностью более I кВА использовать "СП параметров электрической энергии на основе схем с суммированием в общем кошуро /СОВ/ выходных напряжений однофазных регулируемых инверторов, сдвинутых относительно друг друга и имеющих одаь.

лаковую частоту и скважность:

'г-^^^Н^№ " Я™ четаого

для нечетного 9/

где Е - амплитудное значение однофазных суммируемых напряжений. Это позволяет повысить эффективность преобразования по сравнении со схемами, содержадаган предварительный регулятор постоянного напряжения, а таила использовать модульный пршщип при конструировании, что упрощает процесс проектирования и производства таких преобразователей. Регулирование же выходного напряжения в таких преобразователях мола о осуществить двумя способами: либо за счет НИР в катодом из инверторов, либо за счет суммирования даух КСН неизменной форт, сдаигаамых друг относительно друга /фазовое регулирование/, йлешо выбор этих экономичных способов рехулировашгя и определил целесообразность формирования КСН, а нэ трапецЕшдального с ограниченной длительностью фронта, что было бы вполне приемлемо с точка зрения уменьшения динамических потерь при его демодуляции, ибо только при регулировании КСН обеспечивается практически неизменная величина Кг выходного напряжения в широком диапазоне изменения величины выходного напряжения. Псшмо этого переход кнзазисинусоидальной форме высокочастотного напряжения позволяет обеспечить возможность плавного регулирования амплитудного и среднего значения напряжения при сохранении его формы.

Шюгоканальный принцип преобразования параметров электрической энергии может быть реализован не только на базе ключей постоянного тока, но и о помощью ключей переменного тока о двусторонней проводимостью. Учитывая непринципиальные отличия спектров выходного напряжения таких 1Н от аналогичных спектров рада-отехянчэеких устройств, реализующих одиополосную модуляцию, которые вызваны лишь спецификой модулируыцих воздействий, нами показано, что такие преобразователи целесообразно обозначить как НПЧ о КН. Это позволило помшо объединения в один класс большого числа извэотных преобразовательных устройств о аналогичными структурно-алгоритмическими свойствами упорядочить терминологию в обозначении таких ПЧ, а таксе наметить новые возможные 19-ти технической: реализации таких устройств.

- и -

Структурная схем* HIFI е Ш содержат при трехфазной питающей сети три модулятора И, каадй из которых выполнен в виде }/ параллельно соединенных по входу и последовательно но выходу однофазных регулируемых инверторов на ключах с двусторонней проводимостью. Наиболее полно и однозначно процесс формирования выходного, напряжения в НОТ с КГ.! определяет выражение

иt/ ■ %гРм* г fac fy/

где - выходное напряжение ПСЭ,

^ е-

fai = Д Ы$Ш-Г*-Г) X/JSJ - эквивалентное

модулирующее воздействие,- амплитуда -й гармоники, зависящая в общогл случае от ряда параметров / х . ß . ^

и t/fy - соответственно частота выходного напряжения ПСЭ и переключения клотей модулятора.

В работе использовано известное из теории одаополосной модуляции свойство, что чисто однополосный сигнал может быть выделен при соответствунцеа црпблпкении формы модулирующего воздействия к синусоидальной. Следовательно, по маре приближения форма к синусоидальной должен улучшаться гармонический состав выходного напряжения НГП с ХМ. Именно это положение и легло в основу предложенных способов формирования ICGII.

Во втором раздела проведан анализ электромагнитных процессов в непосредственных преобразователях частоты. Показана целесообразность использования метода коивдутационных функций в сочетании о методом гармонического синтеза для анализа процессов в преобразователях чаототы, рэалпзувщях многоканальный способ преобразования параметров электрической энергии. Получены в замкнутом виде выраяения для действующих значений и Кг выходных напряжений преобразователен частокн с хвазиоднополосыой модуляцией. Обосновывается методика и расчетные соотношения приведения к замкнутому виду выракетгй дал интегральных показателей на основе преобразования Тейяора.

В связи о широким пршеязшем Ш в народном хозяйстве, разработкой и внедрение;! новых, более слоиннх схем преобразования вопросы расчета их нормальных п аварийных режимов приобретает все большую актуальность. В настоящее время все большое распространение для анализа электромагнитных процессов в ВП находят т~

сода отдалышх составляющих и к сшутациошых функций.

В тех случаях, когда необходимо получение в замкнутой виде Bupajsemili дня средних и действующих значений несииусопдальных токов и напряжений, коэффициентов гармоник, а также доя анализа погрешности, возникающей при учете в расчетах конечного числа членов последующего ряда, целесообразно применение метода коммутационных йпвэдий в сочетании с методом гармонического синтеза.

В соответствия-с предложенной в работе методикой анализа, величина действующего значения и Кг выходного напряжения ИП с Ш может быть определена по формулам

Кюнно переход к этой записи позволил по известной

величина определить выра.~кг,:о для действующего значения и Кг канржеегшя НШ с КМ в замкнутом виде.

В работе разргботака методика приведения функциональных рядов к з&'люнуто;;¡у виду независимо от их сходимости, которая проиллюстрирована на пршлерэ определения Кг выходного налрякания НИЧ о КМ при условии кусочно-постоянного эквивалентного модулирующего воздействия . Методика- является универсальной, так как позволяет производив оптимизации иодулируюцего воздействия при любом числе фаз питающего папряяепия. Единственным условием, которое должен удовлетворять исходный ряд, является существование производных высших порядков, т.е. его непрерывная дафферен-цирувмость.

Получение в замкнутом вида выражений для средних, действую-ЕчИХ значении и Кг выходных КСН позволило существенно уменьшить затраты машинного вреыени на их расчет, а такке решить задачу оптимального формирования ШЯ для выбранной структуры преобразователя.

При неизвестной форме .воздействующего напряжения найти цгновонноо значение тока на любой интересующем нас интервала работы ВД позволяет предложенный комбинирований способ, основанный па методе коммутационных ф?шш& и методе отдельных составляющих. Данный способ позволяет сочетать все положительные свой-

>

ства оболх методов. Изображение выходного напряжения при известном алгоритме работы ключей Ш1 монет быть представлено в виде

Ят(Р) - р%(р) * шЩс) ФГМс)] £ Шр-М]}

где /г. - число полюсов (Р)

0продел1ш изображение выходасго напрякеяия 1Г вы%{/>) с попощет метода отдельных ооетавлямцах, можно найти токи па отдельных интервалах периода. Предлагаемая методика рассмотрена на нескольких прхмерах определения мгновенных значений токоз и напряжений в различных ВП.

3 третье:.!! -разделе рассмотрены способы формирования квази синусоидального иапрялония, а таюга принципы построения силовых схем преобразователей частоты с квазиодиополосной модуляцией, реализующих многоканальный способ преобразования параметров электрической энергии. Проводится оптимизация формы выходаого напряяения Ш при а-.шлитудно-птшульсной аппроксимация ого по синусоидальному закону и ц/ -ступенчатой форме эквивалентного модулирующего воздействия. Приводятся зависимости средних и действующих значений, а такяе Кг выходного напряжения ГО от параметра управления. Рассматриваются особенности построения автономных систем электроснабжения автономных комплексов на базе непосредственных преобразователей частоты с квазиодкополосной модуляцией.

Б работе показало, что даухзвешше 1И, реалззукище Ш1 параметров электрической энергии, могут бить использовали при по-строенип высокочастотных преобразователей о однофазным ила трехфазным внходнкм напряжением пра относительно незначительных паре напряжениях на выходе ПСЭ. Это связано с тем, что в автономных системах электроснабжения нельзя применять схемы выпрямления, обеспечивающие подачу в систему распределения электроэнергии постоянной составляющей тона /например, трехфазной схемы со средней точкой/. Применение по мостовой, трехфазной схемы выпрямления приводит к чрезмерно высоким величинам выходного напряжения в переходном резшю, превышавдим предельно допустимую величину рабочего напряжения серийно освоенных транзисторов.

Исследования показали, что уменьшить в уз/ раз величину постоянного напряжения, прикладываемого к силовым транзисторам

преобразователя,позволяет переход ог двухзвенных ПЧ к НПЧ о КМ, выполненных на ключах о двусторонней проводимостью и также обеспечивающих МОП параметров электрической энергии. Оптимизация

{¡/попала, что минимальные значения Кг выходного напряжения НПЧ с К' при заданном Л7 обеспечивается при иных, чем в двухзвенных ПЧ фазошх соотношениях мэдцу ступенями аппроксимируемого напряжения. Причем фортка оптимального указывает на явное содержание в пем гармонэтеских составляющих кратных трем. Это связано о тем, что в спектра выходного напряжения 1ШЧ с КМ отсутствуют комбинационные гармоники, определяемые гармоническими составляющий кратнши трем. Именно это свойство и использовалось в работе для получения в замкнутом виде выражений дая средних, действующих и Кг выходных ыапряазний НПЧ с К«! /рио. 2/. Минимальное отличие ступенчатой аппроксимируемой по синусоиде кривой от оптимальной обеспечивается, если величины пулевой паузы и фазового сдвига кратны дискретному углу

. Качество выходного напряжения в НПЧ о КМ определяется видом модулирувдего воздействия, способ формирования, которого и положен в основу преддсшенной классификации НПЧ с М.

НПЧ с Ш и СОК позволят создавать автономные СЭС с высокими параметрами электрической энергии. Наш предлоаен ряд автономных СЭС подвижных обьектов с переменной скоростью вращения вала электрического генератора дав получения стабильной выходной частоты на основе ШН с КМ и СОК /Кг = 15...20$ при / ш 1...0.7/. Разработанные СЭС обеспечивают защиту цепей нагрузки от перенапрязений во время переходных процессов в синхронном генераторе и неизшнши фазовый сдвиг основной гармоники в процессе р91ул2розанхш выходного напряжения.

Дальнейшее улучшение массо-габаритных показателей СЭС моеот быть достигнуто путем использования возможностей системного проектирования, при котором генератор и ПЧ разрабатываются совместными усилиями разработчиков этих звеньев системы и применением промежуточного повышения частоты /рас. 3/.

Б. четвертом разделе рассматривается техническая реализация высокоэффективных полупроводниковых преобразователей частоты. Приведена схеш тирясторно-транзисторных силовых кличей, позволяющих повысить надежность и нагрузочную способность ПЧ, а также расширить их функциональное назначение. Рассматриваются особенности построения СУ преобразователей ВСЭ в НПЧ с КМ в режиме

стабилизации выходной частоты и построение автономных систем электроснабжения на базе генератора-модулятора.

Значительное внимание в работе удалено вопросам' технической • реализации однофазных инверторов с выходной частотой порядка 20 кШ. Стремление увеличить нагрузочную способность транзисторов по току при одновременном утленыпетга величины мгновенной мощности, выделяемой на транзисторе, привело к разработке тиристорно-трапзпсторшх ключей ДТК/, обеспечивающих облегченный резам работы силового транзистора, что в итога позволило улучшить массо-габаритше показатели инверторов, повысить их надежность. Разработанные модули инЕорториых ячеек имеют удельные показатели: при . = 320...1050 Щ 600...1000 Бт/кГ; при = 20 кЩ 400..

...500 Вт/дл3, 500...600 Вт/кГ. /шшерторкая ячейка содержит силовую часть, систему управления и блок завдты/.

Рассмотрены особенности построения стабилизатороз частоты ца основе ШИ о 1С.!. Показано, что стабилизацию выходаой частоты в ШИ о ¡01 при поромагаюй частоте ПСЭ мокно осуществить, используя либо заг.пснутые системы автоматического регулирования, либо параметрический способ стабилизации, основанный на взаимной компенсации отклонений частот выходного и управляющего напряжений, причем требуемая фазность н качество управляющего капржкения обеспечиваетоя введением в СУ умножителя частоты, выполненного по принципу амшшаудно-пмпульсшх систеи о фазовой автоподстройкой частоты.

В'пв^лояении приводятся программы расчета основных характеристик непосредственных преобразователей частоты, акт внедрения результатов работы в учебный процесс и справка об использовании результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Показано, что одним из направлений, обеспечивающих построение высокоэффективных полупроводниковых преобразователей электроэнергии вторичных систем электроснабжения, является использование рациональных структур, позволяющих реализовать многоканальный способ преобразования параметров электрической энергии на основе схем непосредственных преобразователей частоты о суммированием в общем контуре напряжений однотипных инверторов переманного тока, обладающие возможностью использования модульного принципа конструирования о макешальной степенью унификации

на основе стандартных элементов и узлов. Показано, что о цельв уменьшения массы и габаритов моточных изделий и улучшения динамических характеристик, целесообразно использование в преобразователях промежуточного ззена повышенной частоты квазисинусоидальной формы.

2. Показано, что применение метода коммутационных функций в сочетании с датодотл гарыонкческого синтеза целесообразно для получения в замкнутом виде выражений ДДя средних и действующих значений неешусоидальных токов и напряжений, коэффициентов гармоник, а такие для анализа погрешности, возникающей при учете в расчетах конечного числа членоз исследуемого рада; при атом знать фориу воздействующего напряжения на обязательно.

3. Цредооаша катодака анализа электромагнитных процессов в непосредственных преобразователях частоты, позволяющая по виду эквивалентного иодулзрувдего .воздействия получить в замкнут ом вида выражеззя для действующих значений и Кг выходных напряжений я решить задачу оптимального синтезирования эквивалентного модулирующего воздействия.

4. Показало, что повышение -эффективности преобразователей ЕСЭ автономных комплексов монет быть достигнуто за счет приме-Еэаия непосредственных преобразователей частоты. При этом качество выходного напряжения ШИ определяется видом эквивалентного кодудирунцего воздействия, способ формирования которого положен в основу классификации ПЧ.

5. Определены оптимальные фазовые соотношения мезду выходными напряжениями однофазных инверторов переменного тока, участвующих в формировании однофазного или трехфазного квазисинусоидальной. форма выходного напрязекЕя НПЧ. Показано, чаю мняшаль-есэ отличие д/ ступенчатой кривой, апцрокешшрунцей синусоиду, обзепечпвазтея, если величина фазового сдвига мекду выходными налряжзшшмз кратка дисятоэтноцу утлу

6. Показано, что использование тврасторно-транзпсторхшх ключей в высокочастотных преобразователях позволяет уменьшить' динамические потери в силовых транзисторах и существенно повысить надешость работы преобразователей.

7. Показано, что ЫИ с КМ и СОК позволяй* создавать автономные СЭС с эзасокшв параметрами электрической энергии. Улучшение массо-габаритных показателей с одновременным улучшением параметров электрической энергии может быть достигнуто путем

системного проектирования:, прз догорая генератор и 1Ш выполняются в вида интегрального цаашпо-аолуцроводгшхозого блоха.

8. Результата теоретлчоская исследований, принципы построения и стргуктуры полупроводниковых преобразователей использованы гтрз выполнении научно-исолздовательской гссбюдезткой работы. Испытание лабораторного образца преобразователя частом подтвердили его работоспособность п высокие эксплуатащтапгнэ показатели, что в полной мере показало эффективность практической реализации выводов и рекомендаций работы, технических средств н решений.

Основные полояендя диссертации опубликованы з работах:

1. Сенько В.И., Иакдаоп К. Способы построения преобразователей частоты на полностью управляемых кличах. - К.: Киев.политехи. ш-т. Рук.доп. в УкрКиТЭП, & 137-Ук93, 1893, с.15.

2. Сенько В.И., Пакдам К. Анализ процессов в непосредственных транзиоторных преобразователях частоты. - К.: Киев.поля-техн. ин-т. х^гк. деп. в УкрИНТЗЙ, Л Г36-Ук93, 1993, 0.15.

fm.l

Tf

^ A 'iz2ï

M LÂ Д/ iS^L

Щ J V si.

4 0

¡i мJ

¡tac S