автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Анализ и синтез схемных решений трехфазных многопульсных выпрямителей с естественной коммутацией

На правах рукописи

/

ЕВДОКИМОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ ТРЕХФАЗНЫХ МНОГОПУЛЬСНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С ЕСТЕСТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ

Специальность: 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск—2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО

«Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты: ,

доктор технических наук, профессор ВОРФОЛОМЕЕВ Герман Николаевич

доктор технических наук, профессор ЗИНОВЬЕВ Геннадий Степанович

кандидат технических наук СОКОЛОВСКИЙ Юлий Борисович

Ведущая организация: Омский государственный университет

путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск

Зашита состоится «21» декабря 2006 г. в 10:00 на заседании диссертационного совета Д 212.173.04 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу:

630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.173.04 кандидат технических наук, доцент

Бородин Н.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Известно, что доминирующая доля электроэнергии (более 80 %) вырабатывается на основе использования неаозобновляюпдахся сырьевых ресурсов, запасы которых истощаются. Значительная часть энергии перемен» ного тока, получаемой при выработке, преобразуется в энергию постоянного тока,

В связи с этпм развитие и совершенствование энергосберегающей преобразователь-. ной техники приобретает особую актуальность. Важность энергосбережения подтверждена и закреплена законодательно в Федеральной целевой программе "Энергоэффективная экономика на 2002 - 2005 годы и на перспективу до 2010 года", утвержденной Правительством России в декабре 2001 года (№796), что относит решение проблемы энергосбережения к приоритетному направлению исследований.

Одним способов повышения экономичности при преобразовании переменного тока в постоянный является повышение пульсноста выпрямительных агрегатов (ВА). Так, повышение пульсноста ВА тяговых подстанций (ПТ) электрифицированных железных дорог постоянного тока с 6 до 12 позволило увеличить коэффициент мощности с 0,8., ,0,9 до 0,92., .0,97 и, тем самым, снизить потребление реактивной мощности почти с 50 % до 17.. .20 % от перерабатываемой активной мощности. Повышение пульсноста выходного напряжения со значений 6,12 до значений 18,24 и выше приводит к увеличению жесткости внешней характеристики В А, что, например, позволяет увеличивай. расстояние между соседними подстанциями, а значит сокращать число ТП на участках железных дорог. Однако создание ВА с большим числом пульсаций представляет сложную научно-техническую и технологическую задачу, решение которой в раде случаев ограничено критериями экономической целесообразности. Вместе с тем не исчерпаны все резервы улучшения технико-экономических показателей преобразовательного оборудования, в том числе, применяемого наТП. Одним из способов снижения затрат на электропотребление в преобразовательном процессе может быть разработка и создание выпрямителей с улучшенными технико-экономическими показателями, что выдвигает проблему синтеза схемных решений на одно го первых мест.

Целью диссертационной работы явдяетсяисследование и разработка методов схемотехнического анализа и структурного синтеза неуправляемых выпрямителей; разра-. ботка и схемотехнический анализ многопульсных выпрямителей с улучшенными тех-нико-экономическимя показателями.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.

1. Анализ существующих схемных решений многопульсных выпрямителей и известных методов структурного синтеза.

2. Выявление и обобщение закономерностей, связывающих фазо-временную структуру формирования результирующих напряжений преобразовательных трансформаторов с топологией построения вентильных конструкций (В К) выпрямителей.

3. Определение основных правил построения схем выпрямления, разработка методов схемотехнического анализа и структурного синтеза, а таюке новых схемных решений многопульсных выпрямителей.

4. Получение расчетных выражений, устанавливающих взаимосвязь между токами и напряжениями в пешее сиэтезврованных выпрямителей.

5. Обоснование эффективности применения кольцевых схем выпрямления (на примере тяговых подстанций железнодорожного транспорта).

6. Проведение модельный, н экспериментальных исследований разработанных выпрямительных устройств для подтверждения достоверности теоретических положений.

Методы исследования. Для решения сформулированных задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В основу теоретических исследований положены методы теории электрических и магнитных цепей, методы структурного синтеза и схемотехнического анализа, геометрический метод представления синтезируемых моделей и метод топологических графов, методы комбинаторики, методы алгебры, методы, основанные на использовании векторных и временных диаграмм, метод гармонического анализа. Расчеты и математические модели выполнены с помощью математического моделирования в средах «MathCAD» и «Math lab».

Достоверность исследований обеспечивалась параллельным синтезом схем по нескольким методам, сходимостью результатов математического моделирования и экспериментов.

Основные наложения, выносимые на защиту:

1. Концепция структурного синтеза и схемотехнического анализа неуправляемых выпрямителей, основанная на анализе векторных и временных диаграмм.

2. Общие выражения, устанавливающие взаимосвязи напряжений, токов и мощностей на входе и выходе трансформаторных преобразователей числа фаз (ТПЧФ) с выходными параметрами синтезированных выпрямителей.

3. Методы оценки потерь мощности в силовых полупроводниковых приборах (СПП) ВК мостовых и новых (кольцевых) выпрямителей последовательного типа.

Научная новизна диссертационной работы.

1, Выдвинуто и подтверждено предположение о наличии закономерных связей между топологическим описанием систем напряжений вентильных обмоток (ВО), их временными диаграммами и построением преобразовательных структур выпрямителей.

2, Впервые системно описаны закономерности, связывающие топологию векторных и временных диаграмм напряжений ВО с конфигурацией вентильных цепей выпрямителей, что упрощает процедуру синтеза схем выпрямителей, свода системотехнический поиск к выбору структуры формирования выходных напряжений трансформаторов.

3, Разработаны новые методы схемотехнического анализа и структурного синтеза схем энергосберегающих многопульсных выпрямителей.

Практическая ценность результатов работы.

1. Результаты проведенного исследования и разработанные методы упрощают процедуры выбора схем выпрямителей н структурного синтеза новых схем выпрямления.

2. Разработаны и предложены новые схемные решения многопульсных выпрямителей дня питания тяговых нагрузок электрического транспорта подтверждённые авторскими свидетельствами и патентами.

3. Усовершенствованы методы инженерного расчета типовых мощностей преобразовательных трансформаторов и методы расчета ВК выпрямителей с учетом рабочих напряжений, допустимых перенапряжений и напряжений срабатывания защитных устройств (на примере тяговых подстанций железнодорожного транспорта).

Реализация результатов работы. Материалы, приведенные в работе, приняты для использования в технических проектах, связанных с модернизацией тяговых подстанций метрополитена города Новосибирска; используются при подготовке специалистов в области электрического транспорта. Теоретические положения, напученные в диссертационной работе, нашли применение в учебном процессе НГТУ по направлениям 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнолопш», 140606 «Элеотриче-ский транспорт».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: VI, VH международных конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2002, 2004 (Новосибирск), (The 6lh,7'\

International scientific-technical conference "Actual Problems of electronic instrument engineering proceedings" APEIE-2002, 2004); Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические комплексы и системы» (35 сентября, Томск — 2003); V международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедекие», МКЭЭЭ ^ 2003 (22-27 сентября 2003 г., Крым, Алушта); Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск — 2004); The 1st Russia-Korea international forum on research and innovation activities (May 25 -26, 2004 — Novosibirsk); П научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» (Новосибирск — 2005); научно-технических семинарах кафедры «Электротехнические комплексы» НГТУ (2002-2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 научных работы, в числе которых: 4 научных статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ; 5 научных статей в сборниках научных трудов; 6 опубликованных докладов на научных конференциях; 7 патентов и 1 свидетельство на полезные модели.

Структура и «бьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 164 наименований и приложений. Общий объем диссертации 231 страница основного текста, содержащего 82 рисунка и 24 таблицы:

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы, отмечено современное состояние проблемы и определено направление данного исследования. Обоснована необходимость поиска новых подходов к построению схем выпрямительных устройств. Сформулированы цель, задачи работы и предполагаемые пути их решения, описаны методы исследований.

В первой главе проведен ретроспективный анализ схемных решений выпрямителей, отражающих эволюцию развития схем ШчФ и конфигураций вентильных цепей, составляющих основу многопульсных выпрямителей. Проведены топологические исследования; определены основные признаки, связывающие топологию структур 111ЧФ с компоновкой В К. На примере известных и новых схем показано развитие и совершенствование схемных решений трехфазных многопульсных выпрямителей.

В ходе систематизации схемных решений и сведений ю научно-технической литературы выявлены общие принципы создания полупроводниковых преобразователей. Направление. ориентирующее на поиск методов синтеза, можно найти в трудах коллектива, возглавляемого А. Крогерисом. Классификация методов синтеза преобразовательных структур и алгоритмы их реализации, в достаточном для генерации целенаправленного поиска объеме, описаны Жуйковым ВЛ, Сучиком BJE. и Декисюком CIL в монографии труппы авторов, возглавляемой Тонкалем В.Е. и B.C. Руденко, а затем развит в трудах • Артеменко МЮ, Якименко ЮЛ, Голембиовского ЮМ, Митяшина НИ., Резчикова А.Ф. н др. Весомый вклад в методологию структурного непрямого синтеза (опирающегося на результаты системного анализа) устройств преобразовательной техники внесли работы Зиновьева Г.С.

Развитие общих принципов создания полупроводниковых преобразователей получило продолжение в методах синтеза схем выпрямителей, описанных в работах

Репина АЛ1., опирающихся на результаты исследований целой группы отечественных ученых и изобретателей: Вологдина ВЛ., Червоненкиса ЯМ, Потапова ЮЛ, Петлякова АЛ, Глуха Е.М., Дубовова ПИ, Игольникова Ю.С, Аслан-Заде АГ. и др.

Установлено, что матрично-тонологические, теюорные и другие методы, применяемые в настоящее время дня структурного синтеза устройств преобразования, малопригодны для синтеза схем неуправляемых выпрямителей, а исторически сложившимся методом синтеза схем выпрямления является метод агрегирования.

Исходя из результатов исследований, проведенных в первой главе, сделан следующий вывод: топологические особенности, выявленные в результате изучения амплитудно-фазовых портретов напряжений ТПЧФ, дают основание считаггь приоритетным звеном при создании схем выпрямителей определение характера, построения ВО, и позволяют закрепить предположение о закономерной, информативной связи топологических структур систем переменных напряжений ВО с построением ВК. Поставлены следующее основные задачи работы: выявить н обобщить закономерности, связывающие амплитудно-фазовую структуру напряжений ВО ТПЧФ с построением ВК; сформулировать основные правила построения схем выпрямителей и разработать процедуры структурного синтеза схем, основанные на информативных признаках векторных и временных диаграмм напряжений ВО; разработать эффективный метод схемотехнического анализа для оперативной опенки и сравнения схемных решений, полученных при синтезе, а также дня выбора наиболее рациональных схем.

Во второй главе рассмотрена теория схемотехнического анализа и структурного синтеза неуправляемых выпрямителей. Полученные в ходе исследований методы структурного синтеза расширяют возможности совершенствования известных схем выпрямителей и поиска новых схемных решений. Не затрагивая в работе вопросы развития схемотехники ТПЧФ, порядок формирования результирующих напряжений ТПЧФ, при различных схемах соединения ВО, рассматривается как первооснова для формирования цепей ВК. В ходе исследований определено, что закономерное перемещение векторов результирующих напряжений можно связать с естественным формированием ВК при любом построении векторных систем питающих напряжений, и при любой пульсности выпрямителя. Сделано предположение, что любые связанные или несколько несвязанных систем двуполярных напряжений преобразуемы в однополярную систему результирующих напряжений с помощью закономерно сформированной структуры однонаправленных электрических цепей коммутации. При разработке методов синтеза неуправляемый, по опт ределению, выпрямитель рассматривается как преобразователь с управлением по программе, определенной закономерностью работы источника переменных ЭДС. Установлено, что дня синтеза можно использовать как векторные, так и временные диаграммы напряжений. В соответствии с разработанным методом вращающихся векторных диаграмм любые, сколь угодно сложные системы напряжений представляются дискретно перемещающимися на комплексной плоскости векторными структурами. Текущая конфигурация векторных структур должна соответствовать закону равенства дискретно перемещаемых векторов результирующих напряжений (шаг дискретности & .= 2х / тгщ, где пщ — число пульсаций), описывающих окружность векторной диаграммы выпрямленного напряжения планируемой пульсности, и опирающихся на дискретно перемещаемые и, по возможности.

максимально отдаленные друг от друга точки комплексной плоскости. Иными словами, ВО ТПЧФ должны иметь такую систему отводов к выпрямительной части от своих точек, при которой среди множества линейных напряжений найдется требуемое число напряжений с равными амплитудами н равномерным за. период распределением (сдвигом) начальных фаз. В «фиксированных» положениях векторных систем напряжений выявляются все однонаправленные электрические связи меж-

ЛЗ —Ии ду рабочими точками пи-

53-17Й, Stf-.tr« тающих систем и нагрузкой

Яг—

Рве. 1, Топологическая структура б-пульсного выпрямителя

11 И 2! .Ш*

а1

в1

с1

постоянного тока, а также связи между самими системами, если в преобразовательном процессе участвует более одной системы. Совокупность однонаправленных связей определяет при этом конфигурацию ВК.

В главе рассмотрен пример синтеза схемы известного шести-цульсного выпрямителя с системой питания «звезда». На рис. 1 показано формирование шести линейных напряжений на её выходных зажимах, причем векторное изображение напряжений фаз сопоставлено с топологией ВО, приведенной на рис.

Анализ временных диаграмм показал, что векторы линейных напряжений сменяют друг друга, вращаясь по ходу часовой стрелки (ЧС). В каждом «фиксированном» положении векторов выходные зажимы фаз соединяются с плюсовым и минусовым зажимами нагрузки через диоды, включенные естественным образом. После анализа всех положений векторов линейных напряжений (в данном случае результирующих) формируется ВК, которая, как это видао из рис. 1 /г, соответствует известному трехфазному мосту. Цифры (рис. 1/1), стоящие радом с диодами, соответствуют порядку их включения в работу.

а2

в2

с2

РнсЛ. Вентильные конструкции: а — мостовая; 6 - кольцевая

■Дия =1,ве-

то

Щ

'177 Г/б"

Рнс. 3. Развёрнутые (вращающиеся) векторные диаграммы систем напряжений ВО ТПЧФ /2-пульсаого выпрямителя

При синтезе схемы известного /,2-пульсшго кольцевого выпрямителя (рис. 2,6) одна из питающих систем напряжений (например, звезда) принимается условно неподвижной, а другая (треугольник, замещенный звездой) обращается вокруг первой (рис, 3). Анализ «фиксированных» положений трёхфазных систем напряжений (подсчет электрических связей) позволил построить элементарные цепи ВК (рис. 4,6). Из совокупности этих цепей (эквивалентных узлов) формируется ВК.

Анализ вращающихся диаграмм раскрывает закономерности формирования выпрямленных напряжений в любой схеме и позволяет подучить соотношения н формулы для определения: действующих значений токов и напряжений сетевых и вентильных обмоток; максимального и среднего значений выпрямленного напряжения; действующих и средних значений токов через выпрямительные элементы; обратных напряжений, прикладываемых к диодам; установленных мощностей трансформаторов и диодов.

Нагр^чка ^

Эквшалгнт-ныйузел с1 /

119

Рис. 4. Переход от топологии развёрнутых векторных диаграмм напряжений вентильных обмоток к топологии вентильной конструкции па примере узла с1: а - фрагмент развернутых векторных диаграмм относительно узла с!\ б - эквивалентный узел с1 для конструкции с вентильными кольцами; в — эквивалентный узел с! дав трехфазных мостов

Расчетные соотношения, требуемые для схемотехнического анализа, получены с помощью топологических графов (рис, 5). Время работы диодов (однонаправленных ребер) ¿-х эшелонов подграфа Ш и дополнения ГУ, приведенных на рис. 5:

5-1щ

В, = тЦу+^Н)'},^ гр^., 3 -та .

<1> (2)

где / = б [1, - номер эшелона при счете от первого уровня питания, причём последний номер определен соотношением /х= (тц—6)/6.

Максимальное значение выпрямленного напряжения холостого хода определяется при рассмотрении построений векторных диаграмм:

им „, =| | . ое. (3)

•И-»*]

Соответственно среднее значение выпрямленного напряжения равно

180

(4)

За относительную единицу напряжения принята амплитуда линейного напряжения ия любой из трехфазных симметричных систем напряжений ВО.

Обратные напряжения, прикладываемые к диодам кольцевых групп (кольцевая группа: ребра подграфа Ш и дополнения IV одного эшелона) *

(5)

и

ОЕР МАКС

Из результатов анализа (табл.1) видно, что в кольцевых схемах, по сравнению с мостовыми схемами последовательного тала, при увеличении пульсности выпрямителя число ЛЬ диодов, последовательно обтекаемых током нагрузки, уменьшается на ДЛЬ-Пропорционально этому уменьшению и изменению углов проводимости вентилей колец снижаются потери мощности в СПП вентильных конструкций и расход материала для охладителей. Число электрических узлов Л^? также сокращается.

lnq ™ 24

_ ^ уроген» , питания

^ 2уровен* „>.•; ~ ~ * питания

2 эшелон IV.'

________ 3 уровень

*. V'"' питания

3 зшелон V * V Ч 4 уровень

питания

Уровень нагрузки

Рис. 5. Топологические схемы: а, б - ¡2- и /3-пульсньк выпрямителей; в - топология 24-иульсвого выпрямителе в уровнях питания, нагрузки и в эшелонах ребер

Топологические характеристики кольцевых вентильных конструкций

Таблица!

Пульсность Число трехфазных источников питания Угол <5^ (эаырмО Лг. ¿ЛЬ I7

Трёхфазные моты Кольцевые МОСТЫ Трехфазные МОСТЫ Кольцевые МОСТЫ

6 1 _ " 2 - 0 5 ■

12 2 30 4 3 1 9 8

18 3 20 6 4 2 13 11

24 4 15 8 5 3 17 14

Режимы работы ВО ТПЧФ при замене мостовых схем на кольцевые не изменяются, что, например, видно при анализе работы диодных шесттшодюсииков, размещенных межцу уровнями питания (рис. 2). Обратные напряжения диодов анодных и катодных групп определены амплшудой линейных напряжений, как и в мостовых схемах.

В результате исследований найдены общие закономерности, лежащие в основе методов анализа и синтеза: I. При естественном набеге фаз в отдельно взятой системе напряжений векторы результирующих напряжений (BPH) являются собственными результирующими векторами системы, сменяющими друг друга до ходу ЧС. Реализация каждого результирующего напряжения ва нагрузку требует создания однонагфавлен-кых электрических связей. Композиция всех связей образует ВК. 2, При параллельной коммутации на нагрузку нескольких, несвязанных между собой систем напряжений, результирующие векторы напряжений одной системы сменяются результирующими векторами очередной системы, являясь при этом BPH, и сменяя друг друга по ЧС. 3. При последовательной коммутации на нагрузку нескольких систем напряжений, BPH сменяют друг друга по ЧС, являясь при этом векторной суммой результирующих векторов напряжений составляющих систем. 4, Порядок перехода вращающихся по ЧС векторных систем в очередное «фиксированное» положение связан с тенденцией, при которой отсоединяется луч одной из замещающих систему звёзд, проекция которого из перемещающийся BPH минимальна а уменьшается (учитываются включенные лучи), а в точке рассоединения его'место занимает луч этой же звезды, отстающий на 120 эл. град, (по ЧС). Рассмотренные закономерности распространяются на структурный синтез выпрямителей с любыми системами напряжений.

Дня синтеза схем при последовательном или последовательно-параллельном структурировании систем напряжений разработан также метол временных диаграмм. Выбрав число каскадов преобразования, на совмещенных диаграммах систем напряжений выставляются метки, соединяющие пары фазных напряжений в каждой из питающих систем в тех временных точках, сумма фазных напряжений в которых соответствует максимуму результирующего напряжения при выбранном числе каскадов.

На временных диаграммах для .24-пульсного выпрямителя (рис. 6 - до пульсации S12) показаны метки суммируемых фазных напряжений в каждом интервале образования пульсаций, когда только две системы участвуют в этом процессе, причем все системы циклически сменяют друг друга, чем обеспечивается равномерность их загрузки. Это предопределяет синтез двухкаскадной 2^-пульснОЙ схемы.

- сЗ сЗ

У- »3*3

. »4

Рис. 7. Часть синтезированных элементов вентильной конструкции Ö б л» /Je

Вентиль связи колец j

Рис.8. Двухкаскадвый ¿^-пульсный выпрямитель: а • принцнпвальиая схема; 6 - фазные звезды, замещающие векторное построение трехфазных систем напряжений ВО; в - вентильные кольца в векторных структурах

Синтез схемы можно провести двумя способами. При одном из них, приняв первую систему входной, собираются цепочки вентилей на каждом интервале формирования пульсаций. Например, для пульсации 5!3 отрицательный зажим выпрямителя соединяется диодом с фазой с/, вывод фазы а1 соединяется диодом с выводом фазы сЗ и вывод фазы аЗ соединяется диодом с положительным зажимом устройства. Из всех полученных цепочек формируется ВК. При выбранном расположении систем функцию входной системы выполняет также вторая система, например, при формировании 5/.

Второй способ синтеза привязан не к пульсациям, а к узлам. Из диаграмм видно, что в положительный полупериод напряжения фазный вывод а1 должен быть развязан с минусовым зажимом устройства диодом, подключенным к данной фазе катодом, а также соединен тремя диодами, включенными в прямом направлении с выводами фаз еЗ, сЗ, е4 (левый элемент рис. 7). Аналогичный анализ нескольких состояний систем напряжений во времени позволяет построить ВК (рис. 8).

На временном отрезке диаграмм, соответствующем процессу формирования пульсаций Б12...320, показано размещение меток для получения ВК трехкаскад-ного 24-иульсного выпрямителя.

По методу временных диаграмм синтезированы схемы выпрямителей с различными числами каскадов при заданной пульсности, например, с двумя-тремя каскадами для М-пульсного выпрямителя. Отличительной особенностью синтезированного двухкаскадиого кольцевого У5-пульсного выпрямителя является то, что вентили колец должны быть полностью управляемыми и схема может быть переключена в трехкаскздный режим, по варианту, показанному на рис. 5,6 и рис. 9. Уровень выпрямленного напряжения при атом увеличивается в 1,6 раза, а число вентильных плеч, последовательно обтекаемых током нагрузки, с трех до четырех.

¡2А = 0>4721ё- и2А=в2*7 им Т

= °'*17 112луч-0,098

ЬмЬ'0'*72 ' • И 2 «Н.Д - 0,086 -им

1л=1в=1с-2,351АШт)

= 1,036

Режимы работы вентилей Вентили * водной н катодной групп: 1а =1^/3, С!™* = 0М9

Вентили колец; УВ4... УОб, УВИ... ¥015'. 1а-и/4,5; УО7„. У09, КО/О... 1Ф12; 1а = 1л/% и^ = 0,656 им.

Рис. 9. Принципиальная схема трехкаскадного 2£-пульшого выпрямителя

С помощью разработанных методов синтезирована схема ¿¿-цульсного кольцевого выпрямителя с двумя трехфазными трансформаторами, ВО которых выполняются при двух значениях чисел витков, (отношение 1 : 0,732). Получены основные расчетные формулы и выражения, отражающие топологические особенности кольцевых ВА.

В третьей главе рассмотрена расчетная база дня анализа многопульсных выпрямителей, что обусловлено необходимостью оценка характеристик новых выпрямителей дня сравнения их с известными ВА и направленностью данных исследований на разработку выпрямителей дгм электрического транспорта. Проведено технико-экономическое сравнение мостовых и кольцевых выпрямителей. Кольцевые выпрямители предложены для ТП ж.-д. транспорта, что потребовало учета особенностей режимов их работы с тяговыми нагрузками и защиты от перенапряжений.

В связи с решением задачи сокращения потерь мощности в СПП ВК разработана методика расчета числа СПП в вентильных плечах (s—число включенных последовательно, а - параллельных ветвей). Для объективности расчетов разработаны схемы определения перенапряжений на вентилях /2-пульсных выпрямителей последовательного шла. Исходные данные для расчета числа; приведены в табл .2.

С целью Определения расхода электроэнергии, обусловленного потерями мощности, и технико-экономического сравнения выпрямителей выведены и обоснованы формулы для расчета потерь мощности в СПП вентильных цепей:

для mq-пульснъп: мостовых ёыпрямителей

jPg-mi.s.OjvH+^'iiT. («О

йяя mq-f^JibCNbcc калы^ееьрс выпрямителей

Таблица 2

Обратные напряженна вентильных плеч выпрямителей в номинальном режиме_

Схема, расположе- Ud0 | UoePMAKC

ние плеч ФОРМУЛЫ mq значение

Мостовая последо- 12 ОД236 иД

вательная, для всех mq . 18 (У491 trM

плеч 24 0^2618

Кольцевая, для mq 2х .. 12 0^236 Ujo

плеч «волной и ка- lg 0,3491 Цда

тодной групп 24 0,2618 ил

Кольцевая, для mq \S пи/) 12 1,0115 UM

плеч кольцевых IS 0,6560 Ц*>

групп 24 0,4834 UM

Расчет числа s вентилей в плече проводился по методике к формулам, применяемым для ВА ж.-д. транспорта, доработанным для новых схемных решений и обобщенным для многопульсных выпрямителей. Выведены эмпирические формулы, уточняющие теоретические расчеты, которые » ,w>; ранее делались с допуще- ® ниями. При расчете ам- Щ т шштуды возможного не- £ «» ренапряження, приклады- з *» ваемого к вентильному g ш плечу, в расчетное значе- у ние напряжения холосто- - о

го хода U^ вносилась ПО- а о.1 од 1 ко^мициннтзаггузю! O.t о,» i

правка, учитывающая Рнс. 10. Расход средств на потери мощности

статистические данные. Для сравнительны! оценки потерь мощности в СПП ВК 12-пульсных выпрямителей, собранных по мостовой и кольцевой схемам, базовым был принят мостовой выпрямитель последовательного типа с трансформатором ТРДП-12500/10ЖУ1 и с ВК ТГОЩ-3150-3 ßn. Расчеты показали, что потери мощности в СПП кольцевой ВК, по сравнению с потерями в СПП мостовой ВК, сокращаются на чет-

О О.! ОД КОЭФФИЦИЕНТ ЗАГРУЗКИ О.» о.» I

Рнс. 10. Расход средств на потери мощности

верть. На рис. 10 показан расход средств, обусловленный потерями мощности в вента-лях сравниваемых ВА. Ожидаемое снижение расхода средств при половинной загрузке для одного выпрямителя с номинальной мощностью трансформатора 11400 кВ-А составляет 189 тыс. руб в год ври стоимости электроэнергии \$1руб?а. 1 кВтч.

Таким образом, кольцевые выпрямители могут найти применение на ill электрического транспорта," а внедрение 72-пульсного кольцевого выпрямителя на HI ж.-д. транспорта приведет к заметной экономии электроэнергии.

В четвертой главе получила дальнейшее развитие методика расчета установленных мощностей и составлен формализованный алгоритм для практического расчета типовой мощности ШЧФ с учетом особенностей загрузки его обмоток при работе в составе многопульсного В А. Разработана экспресс-методика и получено в общем виде простое соотношение для предварительной (с погрешностью не более 10 % на этапе поиска) оценки установленных мощностей обмоток'ШЧФ, '

Разработан метод исследований электромагнитных процессов с использованием векторных диаграмм и графиков в полярных координатах; разработана методика учета конструктивной несимметрии ВО. Разработаны рекомендации по выбору типовых мощностей ТПЧФ с учетом конструктивной несимметрин. Получены основные соотношения для математической модели в С КМ «МаАСАШ, позволившей: определять Ud при заданных величинах конструктивной несимметрии, напряжения короткого замыкания ик и коэффициента загрузки К3\ строить внешнюю характеристику выпрямителя; определять угол у, определять гармонический состав н степень искажения выпрямленного напряжения при конструктивной несимметрии ВО; рассчитывать коэффициенты гармоник, искажения, пульсации.

Так, зависимость среднего уровня выпрямленного напряжения от конструктивной несимметрии К и угла коммутации у для 72-пульсного выпрямителя последовательного типа определяется по формулам

- S ¡l+fP+^K cosS 1Т

-;- '—">

К

^=агсзт—III Ш

В пятой главе рассмотрено практическое примените разработанных методов структурного синтеза и схемотехнического анализа, приведены результаты проверки теоретических положений па математических и физических моделях. Проведен схемотехнический анализ 12-, 13- и 24-пульсных выпрямителей кольцевого типа, разработанных по предложенным методам синтеза. Результаты анализа приведены в табл.3. Из полученных результатов видно, что ^-пульскый выпрямитель кольцевого типа (рис. 2,6) обладает такими Же высокими показателями использования трансформаторного оборудования, как и /2-пульсный мостовой выпрямитель последовательного типа (рис. При этом КПД кольцевого выпрямителя повышается за счет сокращения числа вентилей, последовательно обтекаемых то* ком нагрузки. Все, представленные в таблЗ выпрямители, кроме 75-пульсного трехкаскадного (рис. 9), содержат в цепи протекания тока нагрузки три последовательно соединенных плеча, а трехкаскадный 75-пулъсный выпрямитель - четыре. Таким образом, по сравнению с мостовыми выпрямителями каждый из этих вы-

прямителей имеет меньшие потери мощности в СПП В К. Двухкаскадный 18-нулъеный выпрямитель не имеет аналогов дам сравнения, и для схемы, характерной для выпрямителей последовательно-параллельного типа без УР, обладает хорошими массогабаритиыми показателями. Причем, без монтажных работ он легко трансформируется в трехкаскадный выпрямитель (рис. 9) с большим (в 1,6 раза) уровнем выпрямленного напряжения. Кольцевой двухкаскадный 24-пульсный выпрямитель имеет меньшую устаяовле1шую мощность St по сравнению с мостовым двухкаскадным J^-пульсным выпрямителем без УР (1,229*/^ против1,249-,Рл), что связано со сдвигом между линейными напряжениями ВО, формирующими результирующее напряжение, не в 150 эл. град., как у мостового выпрямителя, ав 165 эл. град. Кроме того, потери мощности в СПП выпрямителя снижаются на 25 %.

Проверены математические модели, полученные на основе использования векторных и полярных диаграмм. На математической модели подтверждено повышение КПД кольцевых выпрямителей, оснащенных современными СПП, не менее, чем на 0,25 %. Проведены опыты, подтвердившие теоретические результаты исследования. В соответствии с теоретическими расчетами были изготовлены физические модели мостовых и кольцевых 72-пупьсных выпрямителей; проведена серия опытов, подтвердивших идентичность режимов коммутации для выпрямителей с кольцевыми и мостовыми построениями ВК.

Таблица 3

Схемы выпрямителей Параметры трансформатора Параметры вентилей Параметры нагрузки

¿г £ 1 ¡3 --ч Диоды S- ч ■ 1 i Г «я.

s 1 группа

■7.2-пульеная двух каскадная (рис. 2,6) 1,029 1,576 2.7 б анод, катод 1/3 0,524 12 0,014

3 кольцо 1/4 1,01

Э КОЛЬЦО 1/12 1,01

/i-пульсная двуххаскадная 1,14 1,60В 2,77 6 анод, отод 1/4,5 0.5! IS 0,0061

9 анод, кэтод, сшлм 1,005

12 КОЛЬЦО l/lg 1.00S

2£.пульснак двухкаскадная (рис. в) 1,229 1,61» 2.S п «над, кпод 1/6 0,5057 24 0,0035

3 связи 1/12 1.0

18 КОЛЬЦО 1 1/24 1,0

/¿f-пульсная трехк&схадная (рис. 9) 1,036 2JS 4,0S « анод, катод 1/3 0,349 1« 0.008 1

6 КОЛЬЦО - 1/4,5 0.656

6 КОЛЬЦО 1/9 0,656

2/.пульс пая двухкаскадная двухтранс-форматорнал UI7 1.082 2,8 6 . анод, катод 1/4 0,5057 24 0,0035

3 холыю 1/8 1,003

6 СВЯЗИ 1/12 1,003

6 аноя, катод 1/12 0,5057

3 кольцо 1/24 1,003

Осциллограммы токов ВО трансформаторов сравниваемых схем не отличаются. Формы токов соответствуют шестипульсному выпрямлению одной из секций мостового 7^-пупьсного выпрямителя. Наклон внешних характеристик выпрямителей

одинаков. Уровни обратных напряжений, величины токов, протекающих через вентили, и осциллограммы их форм (углы проводимости) во всех сериях опытов имели высокую степень соответствия результатам теоретических расчетов.

Достоверность разработанных методов структурного синтеза и схемотехнического анализа подтверждена сходимостью результатов, полученных по ним и по методам, приведенным в технической литературе.

В главе сделано оценочное технико-экономическое обоснование модернизации выпрямителей ТП по кольцевым схемам, представленное с предложением в управление Зап.-Сиб. ж.-д. и службу электроснабжения Новосибирского Метрополитена.

Заключение. Основные результаты по теоретическим и практическим составляющим разработки методов анализа н синтеза схем ВЛ состоят в следующем:

1. Выполнен анализ существующих схемных решений ВА и известных методов структурного синтеза, определены общие закономерности коммутационных процессов и правила построения В К, положенные в основу создания методов структурного синтеза н схемотехнического анализа неуправляемых выпрямителей.

2. Разработаны методы структурного синтеза выпрямителей, основанные на анализе вращающихся векторных диаграмм в временных диаграмм напряжений ВО, и разработана методика схемотехнического анализа неуправляемых выпрямителей.

3. Получен комплекс выражений, устанавливающих взаимосвязь токов, напряжений н мощностей на входе и выходе известных и новых выпрямителей, что позволяет проводить исследования и сравнение выпрямителей с любым числом фаз входного и выходного напряжения. Выведены основные формулы и соотношения, соответствующие топологическим особенностям синтезированных выпрямителей.

4. Предложены схемные решения многопульсных выпрямителей для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, подтвержденные 8-ю авторскими свидетельствами и патентами. На основе новых методов синтеза получены схемные решения ВА с сокращенным числом вентильных плеч, последовательно обтекаемых током нагрузки.

5. Разработаны методики определения числа СПП, последовательно включенных в вентильных плечах, и определения потерь мощности в СПП вентильных конструкций на примере выпрямителей ТП ж.-д. транспорта; обоснована возможность снижения потерь мощности в СПП на 25 % при переходе к кольцевым схемам выпрямления.

6. Разработаны рекомендации по выбору типовых мощностей трансформаторов 72-пульсных выпрямителей тяговых подстанций с учетом требований к величине конструктивной несимметрии.

7. Проведены модельные и экспериментальные исследования, подтвердившие высокое качество преобразования электроэнергии кольцевыми выпрямителями.

8. Кольцевые выпрямители рекомендованы к внедрению на тяговых подстанциях электрического транспорта. Показано, что внедрение 72-пудьсного кольцевого выпрямителя не потребует больших капиталовложений. Суммарная экономия электрической энергии на Западно-Сибирской ж.-д. при переоснащении 100 выпрямителей кольцевыми схемами ВК составит 9216 МВт-ч ежегодно (12,165 млн. руб) при 40 % -й средней годовой загрузке данных преобразователей.

Основные положения диссертации опубликованы в работах: 1. Евдокимов СА. Методы нахождения схемных решений выпрямителей с естественной коммутацией / СЛ. Евдокимов, ГЛ. Ворфоломеев, В.И. Солов, ВВ. Бирюков // Вестник ИрГТУ, Иркутск, 2006. - № 2 (26). - С. 126 -130.

2. Евдокимов СЛ. Векторный метод сшпеэа схем кольцевых выпрямителей для электрического транспорта / СА. Евдокимов, ГЛ Ворфоломеев, НИ. Щуров // Сборник научных трудов НГТУ. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - № 2 (44). -С.95-100.

3. Евдокимов СЛ. Восемнадцатипульсный выпрямитель для электрического транспорта с малыми потерями в вентильных структурах / С.А. Евдокимов, ГЛ. Ворфоломеев, НИ. Щуров it Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока: Научный журнал. - Новосибирск; Изд-во НГАВТ, 2004.- № 2.-С.266-270.

4. Евдокимов СЛ. Оптимизация соотношения витковых чисел вентильных обмоток трансформаторов 16-пульсного выпрямителя с неканоническим пульсообра-зованием t С А. Евдокимов, Г.Н. Ворфоломеев, НЛ. Щуров // Сборник научных трудов НГТУ. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. - № 1. - С. 69 - 76.

■ 5. Евдокимов С А. Снижение параметрической несимметрии вентильных обмоток трансформатора 12-пульсного выпрямителя для электрического транспорта / СЛ. Евдокимов, ГЛ. Ворфоломеев, НИ. Щуров, ЕЗ. Малоземов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока: Научный журнал. — Новосибирск: Изд-во НГАВТ, 2004.- Ш 2.-C. 231-235.

Евдокимов С А. Новые концепции построения энергосберегающих многопульс-ных выпрямительных агрегатов / Г.Н Ворфоломеев, СЛ. Евдокимов, С.В. Мятеж н др. // «(Электроэнергетика, электротехнические комплексы и системы», Материалы меж-дунар. научно-техн. конф., Россия, Томск, 2003: Изд-во ТПУ, 2003. - С. 280 - 284.

7. Evdokimov SA Economic multi-pulsing rectifiers on new technological principles / GK. Vorfolomeev, SA. Evdokimov, NJ. Schurov, B.V. Malozyomov // Proceedings. The 1st Russia-Korea international forum on research and innovation activities. - May 25 -26, 2004 — Novosibirsk: Novosibirsk state technical university, 2004. — P. 23 — 24. (Экономичные многопульсные выпрямители на новых технологических принципах).

8. Евдокимов СЛ. Шестнадцатнпульсный выпрямитель с неканоническим образованием. пульсаций / ГЛ Ворфоломеев, СА Евдокимов, Б.В. Малоземов и др. // Электронные средства и системы управления: Материалы междунар. науч.-практ. конференции. Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2004, В трех частях. 4.1.—С. 164—167.

9. Евдокимов С А. Расчет установленных мощностей обмоток трансформаторных преобразователей числа фаз для многопульсных выпрямителей / Мятеж С.В, Ворфоломеев Г Л, Евдокимов С А, Щуров ЬШ. // Электротехника. 2005. - № 4. - С. 28 - 36.

10. Евдокимов С А Источник постоянного напряжения с шестнадцатикратной частотой пульсации / Г Л Ворфоломеев, НЛ. Щуров, CJ3. Мятеж, С А. Евдокимов // Электротехника, - 2003.-№ 9. - С 34 - 38

11. Евдокимов СА. Методы исследования электромагнитных процессов в многопульсовых выпрямителях / ВВ. Бирюков, ГЛ. Ворфоломеев, С А, Евдокимов, Н.И. Щуров, ВГ. Шальнев // Научный вестник НГТУ, Новосибирск, 2006. - № 2 ¿3). -С. 105-118.

12. Evdokimov SA. Installed power of a transformer-based phase converter / S.V. Myatezh, GJi, Vorfolomeyev, NX Schurov, SA. Evdokimov, 1A Tsiulina // Proc.: 2002 6й International conference on actual problems of electronic instrument engineering proceeding, APEffi - 2002; in 7 Volume, Novosibirsk, 2002, VoL 1. - P. 266 - 272. (Установленная мощность трансформаторного преобразователя числа фаз).

13. Евдокимов СЛ. Многопульсные выпрямители для электрического транспорта на новых технологических принципах/ ГЛ Ворфоломеев, НИ. Щуров, СВ. Мятеж, СА. Евдокимов // «Электромеханика, элеюротехнолоши и электромзтерналоведение», МКЭЭЭ - 2003: Тр. V межцунар. конф., Крым, Алушта, 2003. - М.: Изд-во МЭИ (ТУ). 2003.—Ч^-С 154—15$.

24. Евдокимов С А. Методика определения установленных мощностей трансформаторных преобразователей числа фаз / СЗ. Мятеж, ГЛ. Ворфоломеев, НЛ. Щуров, НА. Циупина, С А. Евдокимов // Совершенствование технических средств электрического транспорта: Сб. науч. тр. / Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 2002. • №3.-С 21 - 28.

15. Ворфоломеев Г Л, Евдокимов СА, Щуров НЛ и др. Снижение конструктивной неснмметрии вентильных обмоток трансформаторов в многолульсных выпрямителях // «Электротехника, электромеханика, алектротехнологии», Материалы 2-й каучно-техн. конф. с междунар. учасг., Россия, Новосибирск, 2005: Изд-во НГТУ, 2005. — С 125-129.

16. Свид. ПМ № 27759 РФ, МПК7: Н02М 7/08. Источник постоянного напряжения с 8-краткой частотой пульсации / Ворфоломеев ГЛ, Щуров НЛ, Евдокимов СА., Мятеж СВ. // БИПМ. - 2003. - № 4.

17. Пат. ПМ № 33276 РФ, МПК7: Н02М 7Я8. Источник постоянного напряжения с 18-ти кратной частотой пульсации / Евдокимов СА., Ворфоломеев Т.Н., Щуров НЛ., Мятеж СВ. // БИПМ.-2003.28.

18. Пат. ПМ № 34825 РФ, МПК7: Н02М 7/08. Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации / Евдокимов СА, Ворфоломеев ГЛ., Щуров НЛ, Мятеж СЗ. // БИПМ. - 2003. - № 34.

19. Пат. ПМ № 45212 РФ, МПК7: Н 02М 7/08. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации / Евдокимов СА, Ворфоломеев ГЛ, Щуров НЛ, Мятеж С.В7/ БИПМ. - 2005. - № 12.

20. Пат. ПМ № 39760 РФ, МПК7: Н 02М 7/08. Источник постоянного напряжения с -8-кратной частотой пульсации / Евдокимов СА, Ворфоломеев ГЛ, Щуров НЛ, Мятеж С.В.//БИПМ-2004.-№22.

21. Пат. ПМ № 39762 РФ, МПК7: Н (ОМ 7/08. Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации / Евдокимов С А., Ворфоломеев Г Л, Щуров НЛ, Евдокимова ЛГ, // БИПМ. - 200422.

22. Лат. ПМ № 39984 РФ, МПК7: Н 02М 7/08. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации / Евдокимов СА, Варфоломеев ГЛ, Щуров НЛ, Мятеж СВ., МалазёмовБВ. //БИПМ.-2004.23.

23. Пат. ПМ № 46136 РФ, МПК7: Н02М 7/08. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации / СА. Евдокимов, ГЛ Ворфоломеев, НЛ Щуров // БИПМ.-2005.16.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20,

тел./факс (383) 346-08-57 формат 60x84/16, объем 1,25 пл., тираж 100 экз., заказ Ка 1374, подписано в печать 14.11.06 г.

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАЗВИТИЕ СХЕМОТЕХНИКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ В ХОДЕ ИХ ИСТОРИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ.

1.1. Развитие схем выпрямителей как отражение совершенствования электронных приборов, составляющих основу выпрямительной части устройств преобразования.

1.2. Некоторые топологические особенности построения вентильных обмоток преобразовательных трансформаторов.

1.3. Состояние проблемы структурного синтеза преобразовательных устройств и решения задач синтеза схем выпрямления.

1.4. Развитие общих принципов создания полупроводниковых преобразователей и основ синтезирования схем выпрямителей с естественной коммутацией.

1.5.0сновные результаты и краткие выводы.

2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРИИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СХЕМ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ.

2.1. Общие положения.

2.2. Метод анализа и синтеза схем выпрямления, основанный на топологии вращающихся векторных диаграмм.

2.3. Метод синтеза схем выпрямления, основанный на индексации векторов линейных напряжений трансформаторного преобразователя числа фаз.

2.4. Закономерности, лежащие в основе методов синтеза схем выпрямления с естественной коммутацией.

2.5. Метод синтеза схем выпрямителей с последовательно-параллельной работой систем переменных напряжений (метод временных диаграмм).

2.6. Основные результаты и краткие выводы.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ БАЗА ДЛЯ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО СРАВНЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ.

3.1. Установочные положения.

3.2. Основные соотношения и формулы, применяемые для расчета режимов работы и параметров элементов выпрямителей.

3.2.1. Схемный анализ выпрямленного напряжения и основные расчетные формулы.

3.2.2. Гармонический анализ выпрямленного напряжения.

3.2.3. Соотношения, устанавливающие связь токов на входе и выходе ТПЧФ выпрямителя, и гармонический анализ сетевых токов

3.2.4. Соотношения для построения внешних характеристик

3.2.5. Основные соотношения, характеризующие энергетические показатели качества электромагнитных процессов.

3.3. Расчет коэффициента мощности выпрямительного агрегата.

3.4. Развитие методик расчета числа полупроводниковых приборов в вентильных плечах выпрямителей и потерь мощности в вентилях выпрямительных агрегатов тяговых подстанций.

3.4.1. Расчет числа диодов, соединенных в вентильном плече 124 последовательно.

3.4.2. Потери мощности в силовых полупроводниковых приборах вентильных конструкций мостовых и кольцевых выпрямителей.

3.5. Основные результаты и краткие выводы

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА ТИПОВОЙ МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНОЙ НЕСИММЕТРИИ.

4.1. Развитие методики расчета типовых мощностей трансформаторов для многопульсных выпрямителей.

4.1.1. Общие положения.

4.1.2. Вывод расчетных соотношений.

4.2. Разработка методики оценки конструктивной несимметрии вентильных обмоток преобразовательных трансформаторов

4.2.1. Установочные положения.

4.2.2. Анализ конструктивной несимметрии в многопульсных выпрямителях тяговых подстанций электрического транспорта и разработка рекомендаций для ее учета.

4.2.3. Геометрические методы исследования процессов коммутации и влияния конструктивной несимметрии.

4.2.4. Применение векторных диаграмм с полярными графиками.

4.3. Основные результаты и краткие выводы.

5. ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ТЕОРИИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ НА МОДЕЛЯХ.

5.1. Применение метода вращающихся векторных диаграмм для схемотехнического анализа и результаты расчетов синтезированных схем.

5.2. Математические модели электромагнитных процессов в трехфазных двенадцатипульсных выпрямителях последовательного типа.

5.3. Коэффициенты полезного действия мостовых и кольцевых выпрямителей, полученные по математической модели. 1УУ}

5.4. Результаты испытаний выпрямителей на физических моделях.

5.5. Предложение по применению кольцевых двенадцатипульсных выпрямителей на тяговых подстанциях электрического транспорта

5.6. Основные результаты и краткие выводы.

Известно, что доминирующая доля электроэнергии (более 80 %) вырабатывается на основе использования ^возобновляющихся сырьевых ресурсов, запасы которых истощаются [1]. В связи с этим экономия электрической энергии в настоящее время приобретает особую актуальность.

Общеизвестно, что значительная часть электроэнергии переменного тока, получаемой при выработке, преобразуется в энергию постоянного электрического тока. Существенна доля такого преобразования и на электрическом транспорте (свыше 70% подвижного состава получает питание от систем электроснабжения постоянного тока) [2]. Объемы электрической энергии, перерабатываемой в электротехнических комплексах транспорта, превышают объемы переработки во многих других производственных отраслях.

Таким образом, развитие и совершенствование преобразовательной техники одно из приоритетных направлений по достижению экономного использования электроэнергии. Выступая в качестве промежуточного звена в цепи «питающая сеть - преобразователь - потребитель», преобразовательная техника, оснащенная современным высокоэкономичным оборудованием, должна обеспечивать, в первую очередь, решение проблем электромагнитной совместимости и снижения затрат на электропотребление во всех звеньях системы электроснабжения. Необходимо отметить, что важность энергосбережения подтверждена и закреплена законодательно в Федеральной целевой программе "Энергоэффективная экономика на 2002-2005 годы и на перспективу до 2010 года", утвержденной Правительством России в декабре 2001 года (№796), что относит решение проблемы энергосбережения к приоритетному направлению исследований.

Многочисленные исследования и опыт эксплуатации показали, что одним из способов повышения экономичности при преобразовании переменного тока в постоянный ток является повышение пульсности выпрямленного напряжения. Тяговые подстанции электрического транспорта в большинстве своем оборудованы шестипульсными выпрямительными агрегатами (ВА).

Часть ВА железнодорожного транспорта в 70-80 годы была переведена на /2-пульсные схемы выпрямления, что дало значительный скачок в экономии электроэнергии при её преобразовании и потреблении. Существенную роль в повышении экономичности сыграло увеличение коэффициента мощности преобразователей с 0,88.0,91 до 0,97.0,98 при переходе, соответственно, от шести- к /2-пульсному выпрямлению. Однако, при объективно фиксированном (на данный момент) уровне напряжения постоянного тока, тяга постоянного тока может быть выигрышна по сравнению с тягой переменного тока лишь при уменьшении капиталовложений в устройство и оборудование тяговых подстанций. Это возможно при повышении пульсности выходного напряжения выпрямителей тяговых подстанций со значений 6, 12 до значения 24 и выше. Увеличение жесткости внешней характеристики ВА, связанное с повышением пульсности, позволит увеличить расстояние между соседними подстанциями, а значит уменьшить количество подстанций на участках железных дорог.

На электрическом транспорте, в том числе железнодорожном, метрополитене, городском и промышленном, осуществляются крупномасштабные пассажирские и грузовые перевозки, что обуславливает естественный износ оборудования, причем у большей части энергопреобразующего оборудования превышены установленные эксплуатационные сроки.

Рядом решений, принятых на федеральном уровне, предусматривается плановый вывод из эксплуатации изнашиваемого энергопреобразующего оборудования и замена его на новое оборудование или модернизация устаревшего оборудования. Учитывая актуальность вопроса о снижении затрат на электрическую энергию путем улучшения технико-экономических показателей технических средств электрического транспорта, систем тягового электроснабжения, в частности, выпрямителей тяговых подстанций, для новых или модернизируемых выпрямителей применяются современные материалы и компоненты. Однако, новые схемные решения, как правило, не используются. Вместе с тем исследования показывают возможность создания выпрямителей с улучшенными технико-экономическими показателями. Поэтому дальнейшее развитие методов построения многопульсных выпрямителей -одно из перспективных направлений по снижению затрат на электропотребление в преобразовательном процессе.

Повышение энергетических показателей выпрямительных устройств невозможно без активизации исследований по целому ряду направлений.

Одним из этих направлений можно признать поиск решений по снижению энергетических потерь в трансформаторных преобразователях числа фаз (ТПЧФ). Совершенствованию схемных решений фазопреобразующих устройств на трансформаторах предшествовали фундаментальные исследования электромагнитных процессов в многофазных электрических сетях. Такие исследования успешно проводились учеными Шидловским А.К., Адаменко А.И., Мостовяком И.В., Кисленко В.И., Музыченко А.Д., Жуковым Л.А., Ворфоломеевым Г.Н., Пинцовым A.M., Тамазовым А.И. Построению и развитию схем ТПЧФ уделено много внимания в трудах Бамдаса A.M., Лисуно-ва В.Н., Лося Ю.А., Лейтеса Л.В., Миляха А.Н., Салихова С.С., Шапиро C.B., Шницера Л.М., Цейтлина Л.А. и других авторов.

Вторым, не менее важным направлением исследований, позволяющим снизить потери электроэнергии при преобразовании одного её вида в другой, являются фундаментальные исследования и разработка новых преобразовательных элементов. Силовая электроника сделала огромный скачок в своем развитии, когда были разработаны, и началось внедрение полупроводниковых преобразовательных элементов. Значительный вклад в развитие полупроводниковой электроники сделан учеными отечественной школы Иоффе А.Ф., Курчатовым И.В. и представителями зарубежной науки У. Шокли, У. Брайтоном, Дж. Бардоном, Л. Эсаки. Стабильность параметров и хорошие эксплуатационные показатели полупроводниковых приборов позволили внедрить преобразовательную технику на полупроводниках в различные области применения.

Третьим, соединяющим в себе все достижения в области преобразования числа фаз и в области совершенствования преобразовательных элементов, является направление системотехнического (структурного) синтеза и схемотехнического анализа преобразовательных устройств, в том числе и выпрямителей. Разработке и исследованиям многопульсных ВА уделено много внимания в работах таких известных авторов, как Круг К.А., Каганов И.Л., Вологдин В.П., Шляпошников Б.М., Глинтерник С.Р., Завалишин Д.А., Бутаев Ф.И., Эттингер Е.Л., Зажирко В.Н., Поссе A.B., Мамошин P.P., Пупынин В.Н., Костенко М.П. Создателями ранних схемных решений ВА и их первыми исследователями были Каллир Л., Поллак Ш., Корренс, Штейнмец Ч., Грэц Л., Грейнахер, Латур, Бэрсто, Делон, Кюблер, Ларионов А.Н., Вологдин В.П., Червоненкис Я.М. Новые схемотехнические решения, иногда удачные, а чаще представляющие полезный для успеха дальнейших исследований поисковый шаг, отражены в изобретениях Репина A.M., Дубо-вова Г.И., Игольникова Ю.С., Ахмерова P.A., Белозерова А.Л., Гайнцева Ю.А., Аслан-Заде А.Г., Кантаровского А.К., Поссе A.B., Токмаковой И.А. Прогрессивные схемотехнические решения отражены в работах Потапова Ю.В., Петлякова А.И. и Глуха Е.М. Фундаментальное развитие теоретических основ анализа многопульсных схем выпрямления заложено в трудах Булгакова A.A., Урманова Р.Н., Фишлера Я.Л., Маевского O.A., Пестряевой Л.М., Буденного В.Ф., Размадзе Ш.М. Значительно способствовали практическому внедрению многопульсных выпрямителей исследования, проведенные коллективом ученых Омского государственного университета путей сообщения: Шалимовым М.Г., Барковским Б.С., Маценко В.П., Виноградовым Ю.К., Магаем Г.С., Комяковой Т.В. и другими.

Анализ существующих схем многопульсных ВА показывает, что схемное решение выпрямителя предопределяет величину коэффициента использования вторичных обмоток трансформаторов по мощности, т.е. массогаба-ритные и стоимостные показатели выпрямителей. Большое внимание к совершенствованию методик расчета установленных мощностей и энергетических показателей вентильных преобразователей уделено в работах ученых Новосибирского государственного технического университета Грабовецкого Г.В., Харитонова С.А., Зиновьева Г.С., Ворфоломеева Г.Н., Щурова Н.И., Сопова В.И., Мятежа C.B.

Однако структурному синтезу выпрямителей с естественной коммутацией в современной технической литературе уделено недостаточно внимания.

В связи с вышеуказанной проблемой можно сказать, что определенный интерес должны вызывать разработки и исследования новых многопульсных выпрямителей, сочетающих в себе экономичность преобразования, простоту и надежность схемных построений.

В диссертации рассматриваются в основном только преобразователи с естественной коммутацией, предназначенные для передачи электроэнергии из трехфазных сетей переменного тока в сети постоянного тока без внешнего управляющего воздействия, т.е. неуправляемые выпрямители. Анализируются преобразовательные процессы в неуправляемых выпрямителях, разработанных как коллективно, при участии автора, так и лично автором.

Под естественной коммутацией в данном исследовании понимается то, что она обеспечивает переключение потоков электроэнергии в заданном направлении вследствие процесса естественного изменения междуфазных напряжений вентильных обмоток. Изменения последних обеспечивают поочередное переключение коммутирующих вентилей и смену токообразующих ЭДС с периодичностью, определяющей пульсность преобразователя.

Схемотехнический анализ известных схемных решений выпрямителей и структурный синтез новых решений основан на идеализации преобразователя, подразумевающей отсутствие накопления электрической энергии и преобразования ее в другие виды.

В качестве неуправляемых вентилей при рассмотрении выпрямительных устройств, с целью обобщения, выбраны полупроводниковые диоды. Из-за относительно небольшой величины промышленной частоты к диодам (вентилям) не предъявляется жестких требований.

Под числом пульсаций (кратностью частоты пульсаций выпрямленного напряжения; пульсностью выпрямителя) понимается отношение частоты низшей гармоники напряжения в пульсирующем напряжении на стороне постоянного тока выпрямителя к частоте напряжения на стороне переменного тока.

Все выкладки, рассуждения и расчеты прикладного характера для рассматриваемых выпрямителей проводятся с учетом целевой ориентации на преобразование электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока для нужд электрического железнодорожного (ж.-д.) транспорта. Вместе с тем, область применения выпрямительных устройств, исследуемых в диссертации, может быть значительно расширена при использовании выпрямителей в качестве источников постоянного тока с неизменным или регулируемым выходным напряжением для таких потребителей как: электрическая тяга на постоянном токе в различных транспортных комплексах; электролизные и гальванические производства с номинальными токами до 100 кА\ зарядно-разрядные устройства различных накопителей энергии; источники питания радиостанций и передающих устройств; электростатические пылеуловители и другие фильтрующие устройства. Такие выпрямители могут применяться также в преобразовательных установках для систем передачи энергии постоянным током.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов схемотехнического анализа и структурного синтеза схем выпрямления с естественной коммутацией токов и напряжений, разработка и схемотехнический анализ многопульсных выпрямителей с улучшенными технико-экономическими показателями.

В соответствии с поставленной целью в диссертации требуется решить следующие задачи:

1. Анализ существующих схемных решений многопульсных выпрямителей и известных методов структурного синтеза.

2. Выявление и обобщение закономерностей, связывающих фазо-временную структуру формирования результирующих напряжений ТПЧФ с топологией построения вентильных конструкций выпрямителей.

3. Определение основных правил построения схем выпрямления, разработка методов схемотехнического анализа и структурного синтеза, а также новых схемных решений многопульсных выпрямителей.

4. Получение расчетных выражений, устанавливающих взаимосвязь между токами и напряжениями в цепях переменного и постоянного тока новых синтезированных многопульсных выпрямителей.

5. Обоснование эффективности применения кольцевых схем выпрямления на примере тяговых подстанций железнодорожного транспорта, электрифицированного на постоянном токе.

6. Проведение модельных и экспериментальных исследований разработанных выпрямительных устройств для подтверждения достоверности теоретических положений.

Методы исследования. Для решения сформулированных задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В основу теоретических исследований положены методы теории электрических и магнитных цепей, методы структурного синтеза и схемотехнического анализа, геометрический метод представления синтезируемых моделей и метод топологических графов, методы комбинаторики; методы алгебры, методы, основанные на использовании векторных и временных диаграмм, метод гармонического анализа. Расчеты и математические модели выполнены с помощью математического моделирования в средах. «MathCAD» и «Math lab».

Достоверность исследований обеспечивалась параллельным синтезом схем по нескольким методам, сходимостью результатов математического моделирования и экспериментов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на VI,VII международных конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2002,2004 (Новосибирск), (The 6th,7th

International scientific-technical conference "Actual Problems of electronic instrument engineering proceedings" APEIE-2002, 2004); Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические комплексы и системы» (3-5 сентября, Томск - 2003); V международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение», МКЭЭЭ - 2003 (22-27 сентября 2003 г., Крым, Алушта); Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск - 2004); The 1 st Russia-Korea international forum on research and innovation activities (May 25 -26, 2004 - Novosibirsk); II научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» (Новосибирск - 2005); научно-технических семинарах кафедры «Электротехнические комплексы» НГТУ (2002 -2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 научных работы, в числе которых: 4 научных статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ; 5 научных статей в сборниках научных трудов; 6 опубликованных докладов на научных конференциях; 7 патентов и 1 свидетельство на полезные модели.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 164 наименований и приложений. Общий объем диссертации 231 страница основного текста, содержащего 82 рисунка и 24 таблицы.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Выполнен анализ существующих схемных решений многопульсных ВА и известных методов структурного синтеза, определены общие закономерности коммутационных процессов и правила построения вентильных конструкций, положенные в основу создания методов структурного синтеза и схемотехнического анализа выпрямителей с естественной коммутацией

2. Разработаны методы структурного синтеза выпрямителей, основанные на анализе вращающихся векторных диаграмм и временных диаграмм напряжений вторичных обмоток преобразовательного трансформатора. Разработана инженерная методика схемотехнического анализа неуправляемых выпрямителей методом вращающихся векторных диаграмм.

3. Получен комплекс выражений, устанавливающих взаимосвязь токов, напряжений и мощностей на входе и выходе известных и новых выпрямителей, что позволяет проводить исследования и сравнение выпрямителей с любым числом фаз входного и выходного напряжения. Выведены основные формулы и соотношения, соответствующие топологическим особенностям синтезированных выпрямителей.

4. Предложены схемные решения многопульсных выпрямителей для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, подтвержденные 8-ю авторскими свидетельствами и патентами. На основе новых методов синтеза получены схемные решения ВА с сокращенным числом вентильных плеч, последовательно обтекаемых током нагрузки.

5. Разработаны методики определения числа СПП, последовательно включенных в вентильных плечах, и определения потерь мощности в СПП вентильных конструкций на примере выпрямителей тяговых подстанций железнодорожного транспорта; обоснована возможность снижения потерь мощности в СПП на 25 % при переходе к кольцевым схемам выпрямления.

6. Разработаны рекомендации по выбору типовых мощностей трансформаторов /2-пульсных выпрямителей тяговых подстанций с учетом требований к величине конструктивной несимметрии.

7. Проведены модельные и экспериментальные исследования, подтвердившие высокое качество преобразования электроэнергии кольцевыми мно-гопульсными выпрямителями.

8. Показано, что внедрение на тяговых подстанциях /2-пульсных кольцевых выпрямителей не потребует значительных затрат, так как не требует сложной переделки вентильных конструкций. Ожидаемая экономия средств при половинной загрузке для одного выпрямителя с номинальной мощностью трансформатора 11400 кВ-А - 189 тыс. руб в год. Суммарная экономия электроэнергии на Западно-Сибирской ж.д. при переоснащении 100 выпрямителей кольцевыми вентильными схемами составит около 9216 МВт-ч ежегодно (12,165 млн руб) при 40%-й средней годовой загрузке работающих преобразователей.

217

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработка новых научных подходов к построению схем многопульсных ВА, представленная в диссертации, связана с необходимостью получения более совершенных преобразователей с улучшенными энергетическими и технико-экономическими показателями. Основной задачей, поставленной и решенной в диссертационной работе, являлась разработка методов структурного синтеза и схемотехнического анализа выпрямителей и снижение потерь электроэнергии при преобразовании переменного тока в постоянный посредством применения новых схем выпрямления, что должно способствовать решению проблемы ресурсо- и энергосбережения.

1. Дейвис Гед Р. Энергия для планеты Земля / журнал В мире науки «Scientific American». М.: «Мир», 1990. № 11. - С. 7 - 15.

2. Репин A.M. Базовые схемы вентильных конверторов электроэнергии // Электрика. 2003. № 1. - С. 36 - 44.

3. Вологдин В.П. Выпрямители. -М.: ОНТИ. 1936.-448 с.

4. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Энергетическая техника и ее развитие. М.: Высш. шк., 1976. - 304 с.

5. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебник.- Новосибирск: НГТУ, 2003.-664 с.

6. Размадзе Ш.М. Преобразовательные схемы и системы. М.: Высшая школа, 1967. - 527 с.

7. Голембиовский Ю.М., Митяшин Н.П., Резчиков А.Ф. Методы синтеза преобразовательных систем: учеб. пособие. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001.- 136 с.

8. Белопольский И.И., Репин A.M., Христианов A.C. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений. М: Энергия, 1974. - 159 с.

9. Репин A.M. Новые базовые технические решения и классификация вентильных преобразователей энергии // Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, 1985. Вып.6. - С. 65-83.

10. Загайнов H.A. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. — М.: Транспорт. 1978. 335 с.

11. Полупроводниковые преобразовательные агрегаты тяговых подстанций / С.Д. Соколов, Ю.М. Бей, Я.Д. Гуральник, О.Г. и др. М.: Транспорт. 1979. -264 с.

12. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. М.: Транспорт, 2001.-464 с.

13. Комякова Т.В. Многопульсовые выпрямители тяговых подстанций электрического транспорта: Дис. канд. техн. наук,- Омск: Омский ин-т инж. ж.-д. трансп., 1999. 281 с.

14. Шляпошников Б.М. Игнитронные выпрямители. М.: Трансжелдориздат. 1947. - 735 с.

15. Двенадцатипульсовые полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций / Б.С. Барковский, Г.С. Магай, В.П. Маценко и др. Под ред. М.Г. Шалимова. -М.: Транспорт. 1990. -127 с.

16. Барковский Б.С., Шалимов М.Г. О выборе схемы включения выпрямителей на тяговых подстанциях // Повышение качества электрической энергии на тяговых подстанциях: Межвуз. темат. сб. научн. тр. Омск: Омский ин-т инж. ж.-д. трансп., 1978. - С. 3-8.

17. Шалимов М.Г., Барковский Б.С., Пономарев М.Г. Коэффициент мощности многопульсовых выпрямителей // Повышение качества электрической энергии на тяговых подстанциях: Межвуз. темат. сб. научн. тр. Омск: Омский ин-т инж. ж.-д. трансп., 1979. - С. 22-28.

18. Салита Е.Ю. Обобщение теории мостовых схем выпрямления и выбор оптимальной // Повышение качества электрической энергии на тяговых подстанциях: Межвуз. темат. сб. научн. тр. Омск: Омский институт инж. ж.-д. трансп., 1983.-С. 15-21.

19. Рощупкин Б.П., Магай Г.С., Салита Е.Ю. Двенадцатипульсовые выпрямительные агрегаты на тяговых подстанциях городского электрического транспорта. Омск: Омский ин-т инж. ж.-д. трансп., 1986. - 8 с.

20. Эффективная схема выпрямительных агрегатов подстанций / М.Г. Шалимов, J1.C. Панфиль, Б.С. Барковский и др. // Железнодорожный транспорт, 1979. № 9. С. 47-50.

21. Тяговые подстанции / Ю.М. Бей, P.P. Мамошин, В.Н. Пупынин, М.Г. Шалимов. -М.: Транспорт, 1986. 319 с.

22. Шляпошников Б.М., Поссе A.B. Работа ионных преобразователей при несинусоидальном напряжении переменного тока // Электричество. 1952. -№ 3. - С. 8-17.

23. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрических железных дорог. -М.:Транспорт, 1965.- 464 с.

24. Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н., Пестряева J1.M. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок. М.: Энергоатом издат, 1989.-320 с.

25. Климов К.С. Пути создания многофазных трансформаторов и генератор-трансформаторов // Электричество. 1958. - № 8. - С. 17 - 24.

26. Булгаков Н.И. Группы соединения трансформаторов. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Энергия, 1977. - 81 с.

27. Яценко A.A. Применение схемы «скользящего треугольника» в многофазных преобразователях // Электричество. 1982. - № 7.- С. 17-24.

28. A.c. 993407 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.Г. Аслан-Заде. Бюл. № 4, 1983.

29. A.c. 1040577 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.Г. Аслан-Заде. Бюл. № 33, 1983.

30. A.c. 1081767 СССР. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное / А.Г. Аслан-Заде. Бюл. № 11,1984.

31. A.c. 748728 СССР, m-пульсный вентильный преобразователь / А.И. Петляков, Е.М. Глух. Бюл. № 26, 1980.

32. A.c. 729777 СССР. Преобразователь m-фазного переменного напряжения в постоянное / Ю.В. Потапов. Бюл. № 15, 1980.

33. A.c. 738071 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / Ю.В. Потапов. Бюл. № 20, 1980.

34. A.c. 915187 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / Ю.С. Игольников. Бюл. № 11, 1982.

35. A.c. 803089 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / Ю.С. Игольников. Бюл. № 5, 1981.

36. A.c. 714592 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / Г.И. Дубовов, Ю.С. Игольников. Бюл. № 5, 1980.

37. Пат. 2219647 РФ. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / Ю.С.Игольников. Бюл. № 35, 2003.

38. A.c. 1356153 СССР. Высоковольтный источник электроснабжения A.M. Репина / A.M. Репин. Бюл. № 44, 1987.

39. A.c. № 1 157633 СССР. Система электропитания A.M. Репина / A.M. Репин. Бюл. № 19, 1985.

40. A.c. 1086524 СССР. Источник постоянного напряжения / А.М.Репин. Бюл. № 14,1984.

41. A.c. 1228199 СССР. Источник электропитания (его варианты) / A.M. Репин. Бюл. № 16,1986.

42. A.c. 1376197 СССР. Источник постоянного напряжения / A.M. Репин. Бюл. № 7,1988.

43. A.c. 1265948 СССР. Электропитающее устройство Репина A.M. / A.M. Репин. Бюл. № 39,1986.

44. A.c. 1309215 СССР. Мостовой источник энергоснабжения / A.M. Репин. Бюл. № 17,1987.

45. A.c. 1272426 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / A.M. Репин. Бюл. № 43, 1986.

46. A.c. 748731 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / A.B. Поссе, И.А. Токмакова. Бюл. № 26, 1980.

47. A.c. 395952 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное /В.П. Александров, Р.Х. Бальян, Р.И. Зеличенок. Бюл. № 35,1973.

48. A.c. 1078558 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / Ю.И. Хохлов, В.П. Светоносов, Я.Л. Фишлер, Л.М. Пестряева, C.B. Захаревич. Бюл. № 9,1984.

49. A.c. 754618 СССР. Двенадцатифазный преобразователь переменного напряжения в постоянное / Л.В. Кардаков. Бюл. № 29, 1980.

50. A.c. 1084932 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / A.A. Яценко. Бюл. № 13, 1984.

51. A.c. 1638779 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / Б.С. Барковский, Г.С. Магай, В.П. Маценко и др. Бюл. № 12, 1991.

52. A.c. 930533 СССР. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное / К.К. Ешин, В.И. Заровский, Б.И. Кербецов и др. Бюл. № 19, 1982.

53. US Patent 5,068,673, Int.Cl. H02J 3/00. Phase Shifter / Valéry Boshnyaga, Lev Kalinin, Vitaly Postolaty. Date of Patent: Aug. 17, 1976.

54. US Patent 3,975,774, Int.Cl. H02M 7/155. 24-Pulse Hexagon-Type AC/DC Static Converter / John Rosa, Penn Hills, Pa. Date of Patent: Nov. 26, 1991.

55. Oonishi Atsushi. DC converter for railways. Мэйден дзихо. 1980. № 155. -P. 31 -34.

56. Sykes J., High Voltage D.C. in Sweden, El, 1952. V.52. - P. 4-10.

57. Федосеев П.Г. Выпрямители и стабилизаторы. M.-JL: Искусство, 1960.-С. 124, 127- 128.

58. Аксенов В.Н. Выпрямители и трансформаторные подстанции. М.: Связь, 1961.-С. 107,127.

59. Палванов В.Г. Шестифазные мостовые преобразователи. // Электричество. 1974. - № 6. - С. 79 - 81.

60. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992.-296 с.

61. Краус J1.A. и др. Проектирование стабилизированных источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Энергия, 1980. - 285 с.

62. Баудиш К. Передача энергии постоянным током высокого напряжения. -М.- Л.: Государственное энергетическое издательство, 1958. 368 с.

63. A.c. 959238 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / А.Г. Аслан-Заде. Бюл. № 34, 1982.

64. A.c. 1070669 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.М.Репин. Бюл. № 4, 1984.

65. A.c. 1282291 СССР. Мостовой преобразователь электроэнергии / А.М.Репин. Бюл. № 1, 1987.

66. A.c. 1347133 СССР. Мостовой источник постоянного напряжения (его варианты) / А.М.Репин. Бюл. № 39, 1987.

67. Методы нахождения схемных решений выпрямителей с естественной коммутацией / С.А. Евдокимов, Г.Н. Ворфоломеев, В.И. Сопов, В.В. Бирюков // Вестник ИрГТУ, Иркутск, 2006. № 2(26). - С. 126 - 130.

68. Артеменко М.Е., Жуйков В.Я., Якименко Ю.И. Матрично-топологический синтез вентильных преобразователей. Серия «Электронные компоненты и системы для энергетики». К.: Политехника, 2001.- 230 с.

69. Джюджи JL, Пели Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. -М.: Энергоиздат, 1983.-400 с.

70. Tabisz W.A., Gradzki P.G. and Lee F.C. Zero-voltage switched quasi-resonant buck and flyback converters experimental results at 10 Mhz // IEEE PESC Record.- 1987.

71. Северне P., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М.: Энергоатомиздат, 1988.-294 с.

72. Голембиовский Ю.М. Вопросы синтеза схем инверторов. Proceedings of the 3rd ISTC "Unconventional and Electrical Systems", Alushta, the Crimea, Ukraine. 1997. - Vol. 2. - P. 557 - 562.

73. Васильев В.И., Ильясов Б.Г. Интеллектуальные системы управления с использованием нечеткой логики. Уфа: УГАТИ, 1995. - 80 с.

74. Интеллектуальные системы управления с использованием нейронных сетей / В.И. Васильев, Б.Г. Ильясов, С.С. Волеев и др. Уфа: Уфим. гос. авиац. техн. ун-т, 1997. - 92 с.

75. N.R. Raju, A. Daneshpooy and J. Schwartzenberg. Harmonic Cancellation for a Twelve Pulse Rectifier using DC Bus Modulation // 2002 IEEE Power Electronics Specialists Conference / 2002. - P. 2526 -2529.

76. Репин A.M. Экономичные высоковольтные преобразователи электроэнергии. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1987. № 2. - С. 65-82.

77. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии / А.Ф. Крогерис, К.К. Рашевиц, J1.A. Рутманис и др. Рига: Зинатне, 1969. - 532 с.

78. Вентильные преобразователи переменной структуры / В.Е. Тонкаль, B.C. Руденко, В.Я. Жуйков и др. К.: Наук, думка, 1989. - 336 с.

79. А.с. 57985 СССР. Устройство для выпрямления и инвертирования трехфазного переменного тока. / Я.М. Червоненкис. Зарег. Бюро изобретений 03.06.39. Опубл. 01.01.40.

80. Автоматизированное проектирование силовых электронных схем / В.Я. Жуйков, В.Е. Сучик, П.Д. Андриенко и др. К.: Тэхника, 1988. - 184 с.

81. Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж С.В., Евдокимов С.А. Источник постоянного напряжения с шестнадцатикратной частотой пульсации // Электротехника. 2003. - № 9. - С. 34 -38.

82. Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И. Векторный метод синтеза схем кольцевых выпрямителей для электрического транспорта // Сборник научных трудов НГТУ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. -№2(44).-С. 95- 100.

83. Бирюков В.В., Ворфоломеев Г.Н., Евдокимов С.А. и др. Методы исследования электромагнитных процессов в многопульсовых выпрямителях // Научный вестник НГТУ, Новосибирск, 2006. № 2 (23). - С. 105 - 118.

84. Расчет установленных мощностей обмоток трансформаторных преобразователей числа фаз для многопульсных выпрямителей / C.B. Мятеж, Г.Н. Ворфоломеев, С.А. Евдокимов и др. // Электротехника. 2005. - № 4. - С. 28 -36.

85. Свид. ПМ № 27759 РФ. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации / Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Евдокимов С.А., Мятеж C.B. // БИПМ. 2003. - № 4.

86. Пат. ПМ № 33276 РФ. Источник постоянного напряжения с 18-ти кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж C.B. // БИПМ. 2003. - № 28.

87. Пат. ПМ № 39760 РФ. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж C.B. // БИПМ. 2004. - № 22.

88. Пат. ПМ № 39762 РФ. Источник постоянного напряжения с 24-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Евдокимова Л.Г. // БИПМ. 2004. - № 22.

89. Пат. ПМ № 39984 РФ. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж C.B., Малозёмов Б.В. // БИПМ. 2004. - № 23.

90. Пат. ПМ № 46136 РФ. Источник постоянного напряжения с 12-кратной частотой пульсации / С.А. Евдокимов, Г.Н. Ворфоломеев, Н.И. Щуров // БИПМ. -2005.-№16.

91. Пат. ПМ № 34825 РФ. Источник постоянного напряжения с 16-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж C.B. // БИПМ. 2003. - № 34.

92. Пат. ПМ № 45212 РФ. Источник постоянного напряжения с 8-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А., Ворфоломеев Г.Н., Щуров Н.И., Мятеж C.B.//БИПМ.-2005.-№12.

93. Силовая электроника: Примеры и расчеты / Ф. Чаки, И. Герман, И. Ипшич и др. Пер. с англ. М.: Энергия, 1982. - 384 с.

94. Кауфман M., Сидман A. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. В 2-х т. Т.1: Пер. с англ. / Под ред. Ф.Н. Покровского. М.: Энергоатомиздат, 1991.-368 с.

95. A.c. 917280 СССР. Вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное / A.M. Репин. Бюл. № 12, 1982.

96. Маевский O.A. Энергетические показатели вентильных преобразователей. М.: Энергия, 1978. - 320 с.

97. Булгаков A.A. Новая теория управляемых выпрямителей. М.: Наука, 1970.-320 с.

98. Захаревич C.B. Переходные и установившиеся процессы в схемах электроподвижного состава выпрямительного типа. -M.-JL: Наука, 1966.-239 с.

99. Костенко М.П., Нейман J1.P., Блавдзевич Г.Н. Электромагнитные процессы в системах с мощными выпрямительными установками. М.: ОНТИ, 1946.-106 с.

100. Костенко М.П., Нейман JI.P. Электромагнитные процессы в мощных выпрямителях и их связь с параметрами энергоснабжающей системы // Электричество. 1947.-№ 1.-С. 16-19.

101. Глинтерник С.Р. Электромагнитные процессы и режимы мощных статических преобразователей. Л.: Энергия, 1970. - 308 с.

102. Поссе A.B., Севрюгов A.B. Методы расчета схем выпрямителей и инверторов большой мощности // Изв. вузов. Электромеханика. 1973. - № 3. -С. 259-273.

103. Комар В.Г. Работа полупроводниковых выпрямителей в цепях управления. М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1952. - 256 с.

104. Чиженко И.М., Руденко B.C., Сенько В.И. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа, 1974.- 430 с.

105. Кокорев В.В. Взаимная связь входных токов и напряжений мостового выпрямителя // Электричество. 1974. - № 7. - С. 49 - 51.

106. Поссе A.B. Общие зависимости, характеризующие работу многофазных преобразователей. // Электричество. 1963. - № 5. - С. 34 - 40.

107. Толстов Г.П. Ряды Фурье. М.: Наука, 1980. - 381 с.

108. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Электромагнитная совместимость. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1998.-31 с.

109. ГОСТ 26567-85. Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Методы электрических испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 52 с.

110. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость электрифицированных железных дорог: В 4 ч. М.: МИИТ, 1999.

111. Литвак Л.В. Рациональная компенсация реактивных нагрузок на промышленных предприятиях. М.: Госэнергоиздат, 1963. - 255 с.

112. Федоров A.A., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 472 с.

113. Мирошниченко Р.И. К вопросу определения мощности тяговых подстанций // Вопросы автоматики, телеуправления и эксплуатации тяговых подстанций. Труды ВНИИЖТа. Вып. 232. М., 1962. - С. 97 - 119.

114. Сопов В.И. Технико-экономическое обоснование номинальных единичных мощностей и количества выпрямительных агрегатов на тяговых подстанциях электрических железных дорог: Дис. .к-та техн. наук. Омск, 1971.-248 с.

115. Реактивная мощность при регулировании мощности тяговой подстанции / В.И. Сопов, Н.И. Щуров, Ю.А. Прокушев и др. // Электротехника. 2003. - № 9. - С. 34 - 38.

116. Соколов С.Д. Выбор мощности преобразовательного агрегата по минимому потерь электроэнергии // Повышение эффективности полупроводниковых преобразовательных агрегатов: Труды ЦНИИ МПС. Вып. 551.- М.6 ЦНИИ МПС. 1976. С. 4 - 8.

117. Передвижная тяговая подстанция постоянного тока нового поколения / A.B. Мизинцев, С.Е. Павлюк, Б.В. Комов и др. // Железные дороги мира. 2004.- №6. -С. 55 -61.

118. С. Зоне. Повышение эффективности электрического торможения // Железные дороги мира. 2003.- № 8. С. 54 - 58. S. Sone. Railway Gazette International, 2003, № 6, p. 391 - 393.

119. Монтаж, наладка и эксплуатация полупроводниковых преобразователей тяговых подстанций. Соколов С.Д., Гуральник Я.Д., Солянников A.M. и др. М.: Транспорт, 1972. - 192 с.

120. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О.Г. Чебовский, Л.Г. Моисеев, Р.П. Недошвилин. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 400 с.

121. Мощные полупроводниковые приборы: Диоды: Справочник / Б.А. Бородин, Б.В. Кондратьев, В.М. Ломакин и др.: Под ред. A.B. Голомедова. М.: Радио и связь, 1985. 400 с.

122. Мятеж C.B. Трансформаторные преобразователи числа фаз с улучшенными энергетическими показателями: Дис. канд. техн. наук.-Новосибирск: Новосибирский гос. техн. ун-т, 2003. 247 с.

123. Тиристоры: Технический справочник. Пер. с англ. / Под ред. В.А. Лабунцова, С.Г. Обухова, А.Ф. Свиридова. М.: Энергия, 1971. - 560 с.

124. Сердинов С.М. Анализ работы и повышение надежности устройств энергоснабжения электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1975.-366 с.

125. Ефремов И.С., Лаптева Т.И. Надежность тяговых подстанций городского транспорта. M.: Транспорт, 1975. - 176 с.

126. Шульман М.Х. Расчет наработки до предельного состояния и уровня резервирования высоковольтных вентильных схем // Электричество. 1974. -№6.-С. 65-67.

127. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Ю.Г. Барыбина, Л.Е. Федорова и др. M.: Энергоатомиздат, 1990. 428 с.

128. Бамдас A.M., Кулинич В.А., Шапиро C.B. Статические электромагнитные преобразователи частоты и числа фаз. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 208 с.

129. Шницер Л.М. Трехфазно-двухфазные трансформаторы / Вестник теоретической и экспериментальной электротехники, 1928. № 7. - С. 260 - 270.

130. Виноградов Ю.К. Общие зависимости, определяющие параметры трансформаторов многофазных преобразователей // Электричество, 1986. -№2.-С. 38-42.

131. ГОСТ 16110-82. Трансформаторы силовые. Термины и определения. -М.: Изд-во стандартов, 1992. 42 с.

132. Мятеж C.B. Трансформаторные преобразователи числа фаз с улучшенными энергетическими показателями: Автореф. дисс. на соиск. учен, ст. канд. техн. наук. Новосибирск: НГТУ, 2003. - 17 с.

133. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебник. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. - 4.1. - 199 с.

134. Чернышев М.А. Закон первичных токов многофазных мутаторов // Электричество, 1940. № 6. - С. 53 - 55.

135. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники: Учебник. -М.: Высш. шк., 1971. 544 с.

136. Ривкин Г.А. Преобразовательные установки большой мощности. М.-JL: Государственное энергетическое издательство, 1951. - 256 с.

137. Мышкис А.Д. Лекции по высшей математике: Учебник.- М.: Наука, 1973. 640 с.

138. Ивановский Р.И. Компьютерные технологии в науке и образовании. Практика применения систем MathCAD Pro: Учеб. пособие. М.: Высш. шк.,2003.-431 с.

139. Маликова Л.В., Пылькин А.Н. Практический курс по электронным таблицам MS Excel: Учеб. пособ. для вузов. М.: Горячая линия - Телеком,2004. 244 с.

140. Быстрицкий Г.Ф., Кудрин Б.И. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов: Учебник. -М.: Издательский центр «Академия», 2003. 176 с.