автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Анализ динамики полупроводниковых преобразователей на комплексной плоскости

АНАЛІЗ ДИНАМІКИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ НА КОМПЛЕКСНІЙ ПЛОЩИНІ

Спеціальність 05.09.12 - напівпровідникові перетворювачі електроенергії

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Миланіч Тетяна Вікторівна

УДК 621.314.632

Харків - 2000

Робота виконана в Харківському державному політехнічному університе Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Сокол Євген Іванович,

Харківський державний політехнічний університет, проректор, завідувач кафедри промислової електроніки.

Денисов Олександр Іванович,

Чернігівський державний технологічний університет ректор;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Щербак Яків Васильович,

Харківська державна академія залізничного транспорту, .

доцент кафедри систем електричної тяги.

“Київський політехнічний інститут”,

кафедра теоретичних основ електротехніки, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Провідна установа Національний технічний університет України

Захист відбудеться “ 19 ” жовтня 2000 р. о 14 год. 30_хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.04 у Харківському державному політехнічному університеті за адресою: 61002, м. Харків - 2, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державноп політехнічного університету.

Автореферат розісланий ‘ ЄМпЯ- 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Осічев О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність темп. На сучасному етапі розвитку Української економіки в основному здійснився перехід промисловості на сучасну елементну базу. Внаслідок цього з’явилась можливість побудування схем, які на старій елементній базі були б занадто громіздкими або зовсім не могли бути реалізовані. Для керування силовими пристроями також починають використовувати якісно нові системи, в тому числі нечіткі системи керування на базі фазі логіки (fuzzi logic). Перехід на нові схеми та системи керування вимагає подальшого розвитку методів аналізу електромагнітних процесів в напівпровідникових перетворювачах. При цьому перевага повинна надаватися методам, що поєднують в собі універсальність, наглядність та простоту обчислювальних операцій. Цим вимогам в певній мірі відповідає метод аналізу та синтезу напівпровідникових перетворювачів з відображенням на площину комплексного змінного. Подальший розвиток цього методу стосовно до аналізу та синтезу перехідних процесів в різноманітних пристроях перетворювальної техніки дозволить найбільш простим способом вирішити ряд задач, які дуже складно або зовсім неможливо вирішити іншими методами.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-дослідні роботи за темою дисертації проводились згідно з дослідною темою 04.08/02003 (Перетворювачі електроенергії з багатофункціональними системами керування для електроживлення відповідальних споживачів) науково-технічної програми 04.08 “Високоефективні енерготехнологічні та електротехнічні системи ”, що входить до складу програми “Екологічно чиста енергетика та ресурсо-зберігаючі технології”.

Мета та задачі досліджень. Метою роботи є подальша розробка методу відображення на комплексну площину та дослідження його можливостей для аналізу динаміки напівпровідникових перетворювачів електроенергії.

Мета вимагала рішення наступних задач:

-визначення взаємозв'язку між різними змінними кола через відображення на комплексну площину;

-дослідження за допомогою запропонованого методу процесів в перетворювачах різних класів та порівняння результатів з результатами, що отримані з використанням інших відомих методів; .

-розробки алгоритмів та одержання розрахункових формул для опису перехідних процесів в різних типових схемах перетворювачів як з примусовою, так і з природною комутацією вентилей;

-розробки методики визначення характеру перехідних процесів в будь-якій ділянці схеми перетворювача при контролі лише однієї перехідної величини;

-з'ясування можливостей використання методу відображення на комплексну площину для аналізу процесів в аперіодичних колах.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в такому:

-вперше одержані вирази для визначення масштабів комплексних векторів через установлений автором енергетичний підхід;

-розроблено нову методику визначення характеру перехідних процесів в

будь якій ділянці схеми перетворювача при контролі лише однієї перехідної величини;

-вперше розроблено алгоритм обчислювання параметрів перетворювача за даними контролю лише однієї перехідної величини;

-розроблено алгоритми та розрахункові формули для опису перехідних процесів в керованих випрямлячах з використанням методу відображення на комплексну площину;

-розроблено оригінальну методику та вперше одержано розрахункові формули для визначення величини струму або напруги у будь якому такті роботи перетворювача без попереднього знаходження ненульових початкових умов для коленого такту;

-розроблено алгоритми та одержано розрахункові формули для опису перехідних процесів в схемах з природною комутацією вентилів за допомогою запропонованого методу;

-вперше одержано вирази для аналізу на комплексній площині процесів в аперіодичних колах другого порядку.

Практичне значення одержаних результатів полягає в такому: -запропоновано рекомендації з практичного використання методу відображення на комплексну площину для розробки напівпровідникових перетворювачів електроенергії та систем мікропроцесорного керувення;

-ряд положень дисертації використовуються в лекційних курсах "Мікропроцесорні пристрої керування та обробки інформації",

"Мікропроцесорна техніка", "Електроніка та мікросхемотехніка", "Математичні основи теорії автоматичного керування", що читаються студентам на кафедрах "Промислова електроніка" та "Автоматизовані елеісгромеханічні системи" ХДПУ.

Особистий внесок здобувана. Позиції, що викладені в розділі "Наукова новизна...", одержані здобувачем особисто.

Апробація дисертаційної роботи. Основні положення та результати роботи доповідалися на міжнародних науково-технічних конференціях: «Нетрадиційні електромеханічні та електричні системи» (ЦЕЕ8’97). - Алушта, „ Крим, Україна, 1997 р.; «Потужна елекіроніка та енергоефективність» (ПЕЕ - 98) -Алушта, Крим, Україна, 1998 р.; «Проблеми автоматизованого електроприводу. Теорія та практика». - Алушта, Крим, Україна, 1998 р.; «Потужна електроніка та енергоефективність» (ПЕЕ -99) -Алушта, Крим, Україна, 1999 р.; «Проблеми автоматизованого електроприводу». - Алушта, Крим, Україна, 1999 р.

Публікації. Основні результати дисертації відображені в б самостійних друкованих роботах, з них 5 статей - у фахових виданнях, 1 -у працях науково - технічних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, трьох розділів, висновків, викладених на 135 сторінках друкованого тексту, ілюстрованого 46 рисунками, 9 таблдць, списку літератури з 96 найменувань та одного додатку на трьох сторінках.

Автор вважає за свій обов’язок висловити щиру подяку науковому консультанту кандидату технічних наук, доценту Кіпенському Андрію Володимировичу за неоціниму допомогу при написанні даної роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі подано загальну характеристику роботи, її зв’язок з науковими програмами і темами. Обгрунтовано актуальність теми дисертації, визначено наукову новизну отриманих результатів та показано їх практичну цінність. Сформульовано мету і основні задачі досліджень, положення, що виносяться на захист.

В першому розділі розглянуто існуючі методи аналізу та синтезу напівпровідникових перетворювачів електричної енергії і зроблено порівняння їх ефективності. Показано, що метод відображення на комплексну площину, будучи суто аналітичним, має велику наочність, що дозволяє досить просто вирішувати ряд складних задач. При цьому він поєднує переваги неперервних та чисельних методів з малим обсягом вирахувань, властивим дискретним методам.

Наведено основні положення відображеній на комплексну площину синусоїдних затухаючих величин на прикладі елементарного кола другого порядку (рис. 1) у разі прикладення постійної у часі напруги Е.

Кожна перехідна величина ( напруга або струм) у будь якій частині кола другого порядку має загальний вигляд

/(/) = С + Аке ~а' біп а t + Ве

(1)

Аби вираз (1) становив уявну частину певного комплексного виразу, треба останнє подати у вигляді

/(/) = УС + Акср' + уВер! = уС + МерІ, (2)

де р = -а + усо комплексний оператор,

М = Ак + ]В комплексний вектор перехідної величини. Точку, відповідну

кінцю вектора Кі, назвемо “зображуючою точкою”. При зміні часу г вектор Й обертається навколо свого початку з кутовою швидкістю а, а його модуль зменшується в е~а‘ разів. При цьому зображуюча точка описує на комплексній площіші годограф, а проекція цієї точки на уявну вісь дає дійсне значення змінної.

Рис. 1. Елементарне коло другого порядку

Підтверджено та перевірено принцип єдинності перехідного процесу в усі системі. Цей принцип полягає в тому, що всі змінні в колі змінюються за однил й тим же законом, а відтак перехідні процеси у кожному елементі схем подаються на комплексній площині одним й тим же годографом. Цей годограї для кожної змінної треба розглядати у відповідній системі координат урахуванням масштабу. Для схеми, наведеної на рис. 1, єдиний годограф ма вигляд, як на рис.2.

Рис.2. Г одограф перехідного процесу, розглянутий відносно різних систем координат

Робота широкого класу перетворювачів електроенергії складається

ч постійно повторюваних перехідних процесів. Відображення таких процесів н комплексній площині дає змогу спостерігати зміну будь якої перехідне величини без паралельного розгляду всіх інших та без визначення ненульови початкових умов для кожного такту роботи перетворювача. При цьом інформація про ненульові умови міститься у дійсній частині комплексног виразу (2). При переході від такту до такту зображуюча точка здійснює та званий “комутаційний перехід”, під час якого уявна координата не змішоєтьс по модулю (в автономних інверторах струму вона змінює знак на зворотний Зміна ж дійсної координати однозначно відповідає зміні ненульови початкових умов. .

У розділі була обгрунтована необхідність подальшого розвитку метод аналізу перехідних процесів з відображенням на площину комплексног змінного.Наприкінці розділу сформульовані мета і основні задачі дисертаційне роботи.

Другий розділ присвячено подальшому розвитку методу відображення перехідних процесів на комплексну площину з метою використання його для керування напівпровідниковими перетворювачами електроенергії.

У сучасних системах керування широко використовується мікропроцесорна техніка, яка дозволяє з високою швидкодією реагувати на можливі відхилення від заданих режимів роботи. При цьому до вимірювального каналу таких систем пред’являються вимоги щодо надійності та достовірності одержаної інформації. Ці показники обернено залежать від кількості вимірювальних одиниць - чим їх більше, тим більша вірогідність взаємного впливу датчиків або відмовлення якогось з них.

Оскільки перетворювальні пристрої працюють у режимі постійно повторюваних перехідних процесів, виникла ідея використати принцип єдинності перехідного процесу для зменшення кількості датчиків у вимірювальних каналах мікропроцесорних систем керування (МПСК). Суть цієї , ідеї полягає в наступному:

• зазделегідь визначаємо, яка змінна (струм або напруга) і на якому елементі піддається найбільш достовірному контролю;

• замірюючи цю змінну в певні моменти часу, будуємо годограф цієї змінної на комплексній площині;

• використовуючи правила перетворення координат, переходимо до іншої змінної, обходячи її безпосереднє вимірювання.

Звісно, на практиці не знадобиться будувати сам годограф. Треба тільки розробити алгоритм перерахування, закласти його у програму мікроЕОМ, яка й здіснить перехід від однієї змінної до інших безпосередньо після вимірювання однієї з них. У даному розділі були розроблені алгоритми такого перерахування.

Для здійснення переходу від однієї змінної до іншої треба, окрім переносу системи координат, визначити масштабні коефіцієнти комплексних векторів. Раніше це вимагало досить громіздких формул. У даному розділі були виявлені енергетичні співвідношення для коливальних електричних кіл, які дозволили отримати простий вираз для перерахування масштабів :

Співвідношення (3) не залежить від кількості резисторів та способу їх поєднання у схемі.

Суть енергетичного підходу полягає в тому, що у коливальних колах конденсатор та котушка індуктивносиі весь час повністю передають свою

(3)

б

“с L

• = —, або

*c _

Цс

‘і 'і

Було показано, що вираз (3) справедливий також для резонансного інвертору струму, еквівалентна схема якого містить три реактивних елементи.

У даному розділі були розроблені алгоритми визначення параметрів однофазного інвертору струму (напруги живлення Е та опіру навантаження Л2) при контролі лише однієї змінної. Еквівалентна схема інвертору для одного такту роботи наведена на рис.З.

R1

\

©

V

R2

Рис.З. Еквівалентна схема автономного інвертору струму Вираження для напруги на конденсаторі та струму у котушці мають вигляд

.. ER2 ис( 0 =----------—

Ь(0-

+ R-2

er2 Rl +R2;

'E______

,cl Ri+Rj)

ke'* sin cot -

ER

Ry +

-—e~m cos cot;

ke~°" sin cot —

Ry + R2

(4)

Було показано, що при одноразовому перехідному процесі для розрахунку параметрів та визначення характеру зміни всіх інших змінних достатньо заміряти лише три значення будь якої змінної ( наприклад, напруги на конденсаторі) у характерних точках: щ в момент часу ^</т; мт; и2 в момент де ит та 7т - координата першого максимуму кривої напруги (див.

рис.4).

Рис.4. Крива зміни напруги на конденсаторі

З годографу цієї змінної (рис.5) виведені розрахункові формули для визначення Е та Л?

Е = (оо )СЬ = (а + ^ )/„ («)СЬ; (5)

К2 = ^‘^1-, (б)

2 5-/„(оо)* ^

де

/ (оо) =----------; ш = —; к = - Іп ———; а = ксо :

ит+Щ~и2 'м Я ит~и 2

Ці співвідношеїшя були перевірені на математичній моделі перетворювача. Припускалося, що в процесі роботи перетворювача відбулися непередбачені зміни навантаження та напруги живлення. Крива напруги- на конденсаторі, обчислена за точними формулами (4) для вирахуваних за розробленою методикою нових значень Е (5) та Кг (6), дійсно проходила через зняті при вимірюванні точки.

Рис.5. Годограф зображуючої точки напруги

Розроблено алгоритм визначення кривої струму на котушці індуктивності (або будь якої іншої змінної) по результатам вимірювання напруги на конденсаторі. Він полягає у такому:

1. При регістрації кривої напруги відмічають декілька її точок. При цьому особливе значення мають координати точок («і, ?і), (г(т, ?т) та (г/2, ?г.) (див. рис. 4).

2. Визначають по відповідним формулам

s

71 x . s ЩЫт 1 U,

co = —; /,(*) = ;-----!------- ; к = -In-------\а = ка>-,

tM {ит+щ-и2) я нж-и2

I . , I . . . , I> + CA i?2

. M=V(Ai)2+/a2(co); .

^(/«И+К^М. , гяф(Л(°°)^Ф-|Л^|)

^ ,2 > ^ ,2 > l + fg Ф 1 + fg Ф

де ф - кут повороту координатних осей,

а та b - координати нового центру координат.

3. Задаючись значеннями t, визначають уявні та дійсні координати

зображуючих точок напруги ■

Im{i[/}=jM'„|e_<“ cos(<Df -8);

Re{U}=|A5f „ |е_а* sin(©t - 8),

де 8 = arctgk.

4. Визначають значення струму в котушці по формулі

Im{/}= [(Re {{/} - a) sin ф + (Іт{У} - 6) cos фі j — .

В роботі проведено порівняння розрахунків напруги та струму для конкретної схеми за точними формулами (4) та за наведеними вище. Відносна похибка не перевищує 1%, а час обчислювальних операцій при використанні виведених у цьому розділі виражень зменшується приблизно на 50 відсотків.

В даному розділі запропонована схемна реалізація вимірювального каналу МПСК, яка дозволяє замірювати напругу на конденсаторі у задані моменти часу та отримувати інформацію для подальшої обробки в мікроЕОМ.

В цьому ж розділі були встановлені особливості відображення на комплексну площину процесів у автономному інверторі струму (АІС). Були отримані векторні діаграми перехідних струму та напруги на реактивних елементах схеми для перехідного процесу в цілому, та окремо для квазіусталеного режиму. Показано, що метод відображення на комплексну площину дозволяє простежити поведінку будь якої змінної без паралельного розгляду всіх інших. З векторних діаграм для квазіусталеного режиму (рис. 6) одержано вирази для визначення довжини комутаційного переходу:

. 2/„ (со)(с/іаГ - cos <вГ)

а и ---------------------------;

(shaT - ctgyi ■ sin со Т) ■ sin vj/

_ 2(Аік + (со)сІ^)(сНаТ - соб © Т) ' ї/гаТ - с?#м/ • віл соТ

Рис. 6. Векторні діаграми перехідних змінних у квазіусталеному режимі роботи АІС

Одержано розрахункову формулу для визначення середнього значення напруги, прикладеної до навантаження:

и / (о) і 2Л(еоХсйа7,-со8т7,)Со8(8 + \|/)

^ “ ю0Г(їйаГ-с(§^/зіп©Г)5Іп\^

Розроблено алгоритм та отримано формули для визначення струму та напруги на елементах схеми АІС при випадкових відхиленнях напруги живлення Е та тривалості такту Т. Запропоновано схемну реалізацію вимірювального каналу МПСК для здійснення таких вимірювань.

Показано, що для системи третього порядку годограф перехідного процесу буде розташовуватися у тримірному просторі. .

У третьому розділі виявлено особливості відображення на комплексну площину перехідних процесів у схемах, що живляться від керованих випрямлячів, у схемах з природною комутацією вентилів, у аперіодичних колах.

Аналіз перехідних процесів у колах, які живляться від керованих випрямлячів, актуальний тому, що багато споживачів електроенергії потребують джерел постійного струму у той час, як енергосистема працює на змінному струмі. До таких споживачів відносяться і перетворювачі частоти з проміжною ланкою постійного струму.

В даному розділі проведено дослідження роботи керованого випрямляча на навантаження, типове як для згладжуючих фільтрів, так і для АІС. Для аналізу

зміни струму та напруги в перехідному режимі було використано універсали топологічну формулу

Д0 = итм\А БІпСоу + арег - ф) + В соз(шсґ + арег - ф) +

Стп + Ні0

С 5Іп(«рсг -<Р) + °С0<ассг -9) +

рсг

Е віпСа™. - ф) + Р соз(арег - ф) +

и„№

/о '

итм

5/(0 +

С/( 0

(7)

На комплексній площині цей вираз має вигляд, який можна подати, яі суму двох векторів / = /* + (2 (рис.7), де / - зображуюча точка перехідно змінної. При переході від попереднього такту до наступного змінюється лиш дійсна координата зображуючої точки, тобто вона здійснює комутаційниі перехід, довжина якого сі залишається незмінною на протязі усього перехідноп процесу. У даному розділі розроблено алгоритм розрахунку всього перехідноп процесу. Запропонований метод дозволяє аналізувати будь яку змінну незалежно від іншої. При цьому витрати часу принаймні вдвічі менші, ніж прі застосуванні методу припасовування.

Рис. 7. Векторна діаграма перехідного процесу в схемах, що живляться від керованого випрямляча

В цьому ж розділі досліджено можливості запропонованого методу для визначення граничних для кожного такту значень струму або напруги у квазіусталеному режимі. Традиційний шлях досить громіздкий: із рівнянь (7) для струму та напруги знаходять значення цих змінних наприкінці такту і вважають їх початковими для цього ж такту. Виражаючи кожне з рівнянь

відносно цих значень, приходимо до системи рівнянь для струму та напруги. Рішення цієї системи й дасть величини граничних значень.

Відображення на комплексній площині дозволяє одержати результат набагато простіше. Як видно з рис. 8, на початку такту зображуюча точка /М[І знаходиться як сума векторів = PUl+Q, а наприкінці такту

ї«к = Р\к +ОерТ.Я кщо до останнього виразу додати довжину комутаційного переходу d, знову прийдемо до початкової точки /ад! = fxk + d, звідки відразу одержуємо комплексне вираження

Аи”М..гі^і)(гР^ _!) + d f = cosy______________________ AUmM (v+y) (8)

/оон \-epT cosy '

Рис. 8. Векторна діаграма Рис. 9. Векторна діаграма перших

квазіусталеного режиму двох тактів роботи випрямляча

Цей вираз містить обидві координати зображуючої точки у свазіусталеному режимі, що відкриває можливості знаходити граничні іначення будь якої змінної на протязі всього перехідного процесу. Для цього ютрібно знати лише положення початкового вектору 5, (рис. 9) для початку іершого такту, а далі простим послідовним домноженням його на ерТ, тобто юворотом його на на кут соТ із зменшенням довжини вектору в е~аТ разів, одержувати граничні значення змінної для кожного такту. Очевидно, що це іабагато простіше обчислювання значень змінних по формулі (7). До того ж [ей метод дозволяє досліджувати лише одну змінну без паралельного

винаходження іншої змінної. Найважливішою ж перевагою запропонованог методу слід вважати те, що за елементарно простим виразом

О _ О о"РТ (З

можна визначати граничні значення перехідної величини на початку будь яког на вибір такту роботи перетворювача, чого неможливо здійснити іншим методами.

Алгоритм цих розрахунків такий.

1. Спочатку по (8) знаходимо обидві координати /ед[.

2. По виразу

Лн(°) = /ін =итм

^ -cos(v + у) + — sin(v + 5)

cosy cos5

знаходимо /1и.

3. Знаходимо модуль та аргумент вектора.5) = S,eix:

N = = #е{/кя}-/.„)2 +(іт{/-ЛН})2;

x=arctg яи

Re{/coH } - /їй

5. Граничне значення на початку (п+1)-то такту знаходимо по формулі

6. Іш{/(л+1)н }= Іт{/юн }- S1e-naT sin(x + пшГ).

Це ж вираження дає змогу одержувати миттєві значення змінних усередин такту, якщо дещо зкорекгувати його:

Іт{Д/)}= Іт{/;„}-5Іе'а[(''Ч)Г+'1 sin[x + ефі -1)?1 + /)],

де л-номер такту (и=1, 2,3...), а час t всередині кожного такту змінюється з межах 0<t<T.

Відносна похибка при використанні цього методу не перевищує 0,2%.

У другому підрозділі даного розділу проведено аналіз схем з діодами комутація в яких відбувається природним шляхом при зменшенні до нул* струму в діоді. Таку задачу можливо вирішити лише ітераційним шляхом Відображення на комплексну площину дозволяє і в цьому разі зменшити витрати часу та праці. Аналіз проведено на прикладі конкретної схеми імпульсного перетворювача постійної напруги. Надано рекомендації щодо побудування схеми вимірювального каналу системи мікропроцесорного керування.

В даному розділі окремо з’ясовано можливості застосування запропонованого методу до аналізу аперіодичних кіл. Хоча в таких випадках корені характеристичного рівняння дійсні виду -а+Д можна значення fi відкладати на осі ординат таким же чином, як в разі комплексних коренів виду

-а±ісо на ній відкладали уявну складову ]со. Відображення на такій “псевдокомплексній“ площині буде відрізнятися двома особливостями:

1. Якщо в разі коливального кола рівні прирісти Аг призводили до повороту вектору ЬЛ на рівні геометричні кути тД/, то у аперіодичному колі такої рівності не буде.

• _гу /

2. Якщо в разі коливального кола на множник е домножувався незмінний за модулем вектор М, який' фактично є радіусом кола, то аналогічний радіус М гіперболи при повороті збільшує свою довжину (рис. 10 та 11).

Рис. 10. Векторна діаграма коливального процесу

Рис. 11. Векторна діаграма аперіодичного процесу

При врахуванні цих особливостей можна досліджувати також аперіодичні кола. Для цього потрібно геометричний кут повороту вектору М обчилювати за рівнянням со і = агс/£(//і р [), а модуль вектора - за виразом

Щ$і =\Щ^СІг2р? •

Єдиний годограф перехідного процесу в аперіодичному колі

другого порядку має вигляд, як на рис. 12. Проекція зображуючої точки на осі різних координатних систем дасть зміну в часі струму в котушці та напруги на конденсаторі.

Рис. 12. Годограф аперіодичного процесу

У додатку наведено акти впровадження та використання результати дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

Виконана дисертаційна робота представляє собою рішення комплекс) задач, які мають наукове та практичне значення.

1. Аналіз стану питання показав, що подальший розвиток нового методу -відображення перехідних процесів в електричних колах на площину комплексної змінної - є доцільним, оскільки його застосування помітне спрощує аналіз роботи перетворювальних пристроїв, а у ряді випадків дозволяє вирішувати задачі, які неможливо розв’язати іншими відомими методами.

2. Підтверджено та перевірено принцип єдинності перехідного процесу у всій системі, застосування якого дозволяє оптимізувати контроль та керування перетворювачем.

3. Вперше встановлені та доведені енергетичні співвідношення в коливальному колі, які значно спрощують дослідження перехідних процесів на комплексній площині.

4. Розроблено алгоритм, який дозволяє за годографом будь якої однієї змінної визначати характер поведінки всіх інших змінних. На комп’ютерних моделях доведена висока точність результатів, отриманих за розробленою методикою.

5. Показано на декількох прикладах, що перехідні процеси в колах, які живляться від керованих випрямлячів, досліджуються простіше завдяки вадображеншо на комплексну площину. Затрати часу при цьому на 50% менші в порівнянні з методом припасовування.

6. Доведена можливість безпосереднього одержання значень струмів та напруг в будь якому наперед заданому такті роботи перетворювача без визначення цих значень у всіх попередніх тактах та без знаходження ненульових початкових умов для коленого такту. Відносна похибка розрахувань не перевищує 0,2%.

7. Запропонований метод дозволяє зменшити на 50% в порівнянні з ' методом припасовування витрати часу на аналіз перехідних процесів у колах, в

яких момент комутації вентилів не є наперед заданим, а виникає природним шляхом.

8. Доведена молшивість аналізу на комплексній площині перехідних процесів також і в аперіодичних колах.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Миланич Т.В. Роль энергетических соотношений при отображении переходных процессов на комплексную плоскость: Труды 3-й международной научно-технической конференции «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы». Т.1. -Польша: Щецинский техн. ун-т, 1977. -С.639 - 644.

2. Миланич Т.В. Исследование пуска автономного инвертора на комплексной плоскости // Вестник ХГПУ. Проблемы автоматизированного электропривода. Спец. вып. - 1998. - С.344 - 346.

3. Миланич Т.В. Исследование импульсных преобразователей постоянного напряжения на комплексной плоскости // Техническая электродинамика. Спецвыпуск 2, т. 1, Силовая электроника и энергоэффективность. - К., 1988. -С. 28-31.

4 Миланич Т.В. Исследование переходных процессов в цепях, питающихся от управляемых выпрямителей // Технічна електродинаміка. Темат. вип.. - К.: -1999. - С.61 -62.

5. Миланич Т.В. Определение граничных значений токов и напряжений в преобразователях с использованием комплексной плоскости // Технічна електродинаміка. №6. - К., 1999. - С.41 - 42.

6. Миланич Т.В. Отображение на комплексную плоскость апериодических переходных процессов // Вестник ХГПУ. Проблемы автоматизированного электропривода. Вып. 61. - 1999. - С.147 - 148.

АНОТАЦІЇ

Миланіч Т.В. Аналіз динаміки напівпровідникових перетворювачів на комплексній площині. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 - напівпровідникові перетворювачі електроенергії. -Харківський державний політехнічний університет, Харків, 2000.

Дисертація присвячена розробці нового методу аналізу перетворювальних пристроїв в перехідних режимах роботи.

В роботі розглядається метод аналізу перехідних процесів шляхом відображення їх на площину комплексної змінної. Вказано на переваги запропонованого методу перед існуючими - можливість аналізу лише однієї змінної, щоб мати уявлення про перехідні процеси в будь якій частині всієї системи. При цьому відпадає необхідність визначення ненульових початкових ^мов для кожного такту роботи.

Показано, що принцип єдинності перехідного процесу в усій системі дозволяє контролювати лише одну змінну, а всі інші розраховувати за допомогою годографу цієї змінної за розробленими алгоритмами, що значно спрощує вимірювальний канал системи мікропроцесорного керування.

Встановлено правила аналізу на комплексній площині різноманітних іристроїв перетворювальної техніки.

Ключові слова: перетворювальні пристрої, перехідний процес,

комплексна площина, годограф, принцип єдинності.

Milanich T.V. Analysis of dynamics of semiconductor converters on comple> plain. - Manuscript.

Thesis for a candidate of technical sciences degree by speciality 05.09.12 -semiconductor converters of electric energy. - Kharkov state polytechnica university, Kharkov, 2000.

The dissertation is devoted to development of new method of analysis oi conversion devices in transient modes.

The method of analysis of transient processes by their reflection on plain oi complex variable is considered in the work. The advantages of the proposed method over existing ones are mentioned - possibility of analysis of the only one variable tc have imagination about transients in any part of the whole system. In this case we avoid necessity to determine non-zero initial conditions for each clock interval oi operation.

It is shown, that principle of one single transient process for the whole system allows to control only one variable and to calculate all others with the help of a godograph of that variable according to developed algorithms, which significantly simplifies measurement channel of microprocessor control system.

Rules of analysis on complex plain of various conversion devices have been found.

Key words: conversion devices, transient process, complex plain, godograph, one single transient process principle.

Миланич T.B. Анализ динамики полупроводниковых преобразователей на комплексной плоскости. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 - полупроводниковые преобразователи

электроэнергии. - Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 2000.

Диссертационная работа посвящена разработке нового метода анализа преобразовательных устройств в переходных режимах работы. Возрастающая потребность в таких устройствах, усложнение их схем и способов управления ' ими требует дальнейшего развития и совершенствования методов их исследования и расчета.

В работе подробно исследуется предложенный и разработанный на кафедре промышленной электроники Харьковского государственного политехнического университета метод анализа переходных процессов посредством отображения их на плоскость комплексного переменного. Достоинством этого метода является то, что для анализа преобразователей, содержащих несколько накопителей энергии и работающих в режиме непрерывных переключений, можно ограничиться рассмотрением процессов лишь в одном накопителе. При этом не потребуется определения ненулевых начальных условий для каждого такта работы. Это значительно сокращает затраты труда и времени на полный анализ работы всего устройства.

В диссертации рассмотрена и доказана возможность распространения

предлагаемого метода на апериодические цепи, выявлены энергетические соотношения, позволяющие установить взаимосвязь между всеми переменными, действующими в схеме.

Показано, что судить о поведении всех переменных можно, контролируя лишь одну из них, поскольку годограф на комплексной плоскости один и тот же для всех действующих в схеме напряжений и токов, хотя изменения этих же переменных во временной области внешне совершенно различны.

На основании установленных правил анализа на комплексной плоскости исследованы различные устройства преобразовательной техники и разработаны соответствующие алгоритмы, доведенные до инженерного использования.

Ключевые слова: преобразовательные устройства, переходный процесс, комплексная плоскость, годограф, принцип единственности.