автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Анализ и синтез схемных решений вентильных преобразователей для электрического транспорта

На правах рукописи

ЕВДОКИМОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

003450558

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

Специальность: 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2008

003450558

Работа выполнена в ГОУ ВПО

«Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ВОРФОЛОМЕЕВ Герман Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ЛУКУТИН Борис Владимирович

кандидат технических наук, доцент ПОПОВ Владимир Иванович

Ведущая организация:

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск

Защита состоится «20» ноября 2008 г. в 12:00 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 октября 2008 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 %) производится на основе использования невозобновляемых сырьевых ресурсов, запасы которых истощаются. Значительная часть полученной энергии переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока.

В связи с этим развитие и совершенствование энергосберегающей преобразовательной 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 из способов повышения экономичности при преобразовании переменного тока в постоянный является повышение фазности преобразовательных агрегатов (ПА). Так, повышение фазности ПА тяговых подстанций (Ш) электрифицированных железных дорог постоянного тока с 6 до 12 привело к увеличению коэффициента мощности с 0,8...0,9 до 0,92...0,97 и, тем самым, снизило потребление реактивной мощности почти с 50 % до 17...20 % от перерабатываемой активной мощности. Повышение пульсности выходного напряжения со значений 6, 12 до значений 18, 24 и выше приводит к увеличению жесткости внешней характеристики ПА, что, например, позволяет увеличивать расстояние между соседними подстанциями, а значит сокращать число ТП на участках железных дорог. Однако создание многофазных ПА представляет сложную научно-техническую и технологическую задачу, решение которой в ряде случаев ограничено критериями экономической целесообразности. Вместе с тем не исчерпаны все резервы улучшения технико-экономических показателей преобразовательного оборудования, в том числе, применяемого на ТП. Одним из способов снижения затрат на электропотребление в преобразовательном процессе может бьггь разработка и создание ПА с улучшенными технико-экономическими показателями, что выдвигает проблему синтеза схемных решений на одно из первых мест.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов схемотехнического анализа и структурного синтеза неуправляемых многофазных вентильных преобразователей переменного тока в постоянный; разработка и схемотехнический анализ преобразователей с улучшенными технико-экономическими показателями.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.

1. Анализ существующих схемных решений многофазных вентильных преобразователей переменного тока в постоянный и известных методов структурного синтеза.

2. Выявление и обобщение закономерностей, связывающих фазовременную структуру результирующих напряжений преобразовательных трансформаторов с топологией вентильных схем (ВС) преобразователей.

3. Определение основных правил построения схем преобразования, разработка методик схемотехнического анализа и структурного синтеза, а также новых схемных решений многофазных вентильных преобразователей.

4. Получение расчетных выражений, устанавливающих взаимосвязь токов и напряжениями в цепях синтезированных преобразователей с выходными параметрами.

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

6. Проведение модельных и экспериментальных исследований разработанных преобразовательных устройств, подтверждающих достоверность 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 математическою моделирования и экспериментов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Концепция структурного синтеза и схемотехнического анализа неуправляемых вентильных преобразователей переменного тока в постоянный, основанная на анализе векторных и временных диаграмм.

2. Методы оценки мощности потерь в силовых полупроводниковых приборах (СПП) многокаскадных преобразователей с кольцевой ВС.

Научная новизна диссертационной работы.

1. Выявлены и системно описаны закономерности, связывающие топологию векторных и временных диаграмм напряжений ВО с конфигурацией вентильных цепей преобразователей, что упрощает процедуры синтеза схемных решений, сводя системотехнический поиск к выбору известной или генерации новой структуры формирования выходных напряжений трансформаторов.

2. Получены новые правила построения преобразователей числа и сдвига фаз для мно-фазных схем выпрямления.

Практическая ценность результатов работы.

1. Результаты проведенного исследования и разработанные методы упрощают процедуры выбора схем преобразователей и структурного синтеза новых схем.

2. Разработаны и предложены новые схемные решения многофазных преобразователей для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, подтверждённые патентами.

3. Усовершенствованы методы инженерного расчета ВС преобразователей 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 постоянного тока Зап-Сиб. ж.д.; используются при подготовке специалистов в области электрического транспорта. Теоретические положения, полученные в диссертационной работе, нашли применение в учебном процессе Hl ТУ по направлениям 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии», 140606 «Электрический транспорт».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: VII, VIII международных конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2004, 2006 (Новосибирск), (The 7th, 8th International scientific-technical conference "Actual Problems of electronic instrument engineering proceedings"

APEIE-2004, 2006); 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 1th 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 (2004 - 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в числе которых: 4 научных статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ; 2 опубликованных доклада на научных конференциях; 3 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 95 наименований и приложений. Общий объем диссертации 198 страница основного текста, содержащего 80 рисунков и 19 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе дан анализ схемных решений преобразователей, отражающих эволюцию развития схем преобразования числа и сдвига фаз и вентильных схем, составляющих основу многофазных преобразователей. Проведены топологические исследования; определены основные признаки, связывающие топологию ТПЧФ с компоновкой ВС. На примере известных и новых схем показано развитие и совершенствование схемных решений преобразователей.

Выполнена систематизация схемных решений и сведений из научно-технической литературы; выявлены общие принципы создания полупроводниковых преобразователей. Направление, ориентирующее на поиск методов синтеза схем с идеализированными элементами, найдено в трудах коллектива, возглавляемого А. Крогерисом.

Развитие общих принципов создания полупроводниковых преобразователей получило продолжение в формализованных приемах синтеза схемных решений ТПЧФ, предложенных Аслан-заде А.Г, и рекуррентных алгоритмах построения ВС преобразователей, описанных Репиным A.M.. Не менее важны в этом плане результаты исследований целой группы отечественных ученых и изобретателей: Вологдина В.П., Черво-ненкиса Я.М., Игольникова Ю.С., Потапова Ю.В., Петлякова А.И. и многих др.

Установлено, что матрично-топологические, тензорные и другие методы, применяемые в настоящее время для структурного синтеза некоторых 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 ампли-

тудно-фазовых портретов напряжений ТПЧФ, служат основанием считать приоритетным звеном при создании схем преобразования определение топологии схем ВО, и позволяют закрепить предположение о закономерной, информативной связи топологии систем переменных напряжений ВО с построением ВС. В главе конкретизированы основные задачи работы: выявление и обобщение закономерностей, связывающих амплитудно-фазовую структуру напряжений ВО ТПЧФ с построением ВС; формулирование основных правил построения ВС и схем ТПЧФ и разработка процедур структурного синтеза схем, основанных на использовании информативных признаков векторных и временных диаграмм напряжений ВО; разработка методик схемотехнического анализа для оперативной оценки и сравнения схемных решений, полученных при синтезе, а также для выбора наиболее рациональных схем.

Во второй главе рассмотрена теория схемотехнического анализа и структурного синтеза неуправляемых вентильных преобразователей. Продолжено развитие схемотехники ВС и ТПЧФ. Порядок формирования результирующих напряжений ТПЧФ, при различных схемах соединения ВО, рассматривается как первооснова для формирования цепей ВС. В ходе исследований определено, что закономерное перемещение векторов результирующих напряжений связано с естественным формированием ВС при любом построении систем питающих напряжений, и при любой фазности преобразователя. Показано, что любые связанные или несколько несвязанных систем двупо-лярных напряжений преобразуемы в однополярную систему результирующих напряжений с помощью закономерно сформированной структуры однонаправленных электрических цепей коммутации. При разработке процедур синтеза неуправляемый, по определению, выпрямитель рассматривается как преобразователь с управлением по программе, определенной закономерностью работы источника переменных ЭДС. Установлено, что для 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 диаграммами. Текущая конфигурация векторных диаграмм должна обеспечивать равенство дискретно перемещаемых векторов результирующих выпрямляемых напряжений (шаг дискретности <5 = 2л I р где р - число пульсаций), опирающихся на дискретно перемещаемые и, по возможности, максимально отдаленные друг от друга точки комплексной плоскости. В фиксированных положениях векторных диаграмм выявляются все однонаправленные электрические связи между рабочими точками питающих систем и нагрузкой постоянного тока, а также связи между самими системами, если в преобразовательном процессе участвует более одной системы. Совокупность всех связей определяет при этом конфигурацию ВС.

Например, при синтезе кольцевой ВС 72-фазного преобразователя, предложенного Св.Н. Колевым и А.К. Калчевым, одна из питающих систем напряжений (например, звезда - рис.1,а), представленная векторной диаграммой, принимается условно неподвижной, а другая (треугольник, замещенный звездой - рис. 1,6) обращается вокруг первой (рис.1,в). Анализ «фиксированных» положений трёхфазных систем напряжений (подсчет электрических связей пофрагментно - рис.1,г) позволяет построить элементарные цепи ВС (рис.1,й). Из совокупности этих цепей формируется ВС (рис.2). Анализ вращающихся диаграмм раскрывает закономерности формирования выпрямленных напряжений в любой схеме и позволяет получить соотношения и формулы для определения: действующих значений токов и напряжений сетевых и вентильных об-

л/Л7л = 1,0 о.е.,

а)

б)

ис2

30'

'<1/,

иа2

в)

I .............

1/114""%

у 1)2

моток; максимального и среднего значении выпрямленного напряжения; действующих и средних значений токов через выпрямительные элементы; обратных напряжений, прикладываемых к диодам; установленных мощностей трансформаторов и диодов.

При анализе топологии данной схемы и подобных схем с большим числом каскадов, например, синтезированных по указанным выше рекуррентным алгоритмам, получены расчетные соотношения для схемотехнического анализа.

Для этого использованы топологические графы (рис.3). Углы проводимости диодов (ребер) 1-х эшелонов подграфа Ш и дополнения IV, приведенных на рис. 3:

Нагрузка

42

/и/

то

"С"

их.

и9

г.из

к™ 114

г)

и! О

■ из

'117 и(.

"■I¡4

Узел с!

Рис. 1. Переход от топологии развёрнутых векторных диаграмм напряжений вентильных обмоток к топологии вентильной конструкции на примере узла с1. а, б - векторные диаграммы напряжений ВО; в - развернутая векторная диаграмма; г - фрагмент развёрнутых векторных диаграмм относительно узла с1; д -узел с1 для ВС с вентильными кольцами

Рис.2. Схема 72-фазного преобразователя с кольцевой ВС

л\р

-6(-1)'

Р;

3 Р

я\р + б(-1)'

3 р

, эл. град.\

, эл. град.,

0)

(2)

где / = е [1, г'х] - номер эшелона при счете от первого уровня питания, причём последний номер определен соотношением /х= (р-6)/6.

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

^¿Отах =1 2вт-

(3)

За относительную единицу напряжения принята амплитуда линейного напряжения V'д любой из трехфазных симметричных систем напряжений ВО.

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

3 уровень питания

4 уровень питания

_ Уровень нагрузки

Рис. 3. Топологические схемы для расчетов: а, б-12- и /5-пульсных выпрямителей; в - топология 24-пульсного выпрямителя в уровнях питания, нагрузки и в эшелонах рёбер

Таблица 1

Топологические характеристики кольцевых вентильных схем

Пульсность, р Число трехфазных источников питания Угол<5т,„ (эл. град.) Д Ив Ыу3

Трёхфазные мосты Кольцевые схемы Трёхфазные мосты Кольцевые схемы

12 2 30 4 3 1 9 8

18 3 20 6 4 2 13 11

24 4 15 8 5 3 17 14

Результаты анализа (табл.1) подтверждают известное: в кольцевых схемах, по сравнению с мостовыми схемами последовательного типа, при увеличении пульсности выпрямителя число Ыв диодов, последовательно обтекаемых током нагрузки, уменьшается на А/Уя. Пропорционально этому уменьшению и изменению углов проводимости вентилей колец снижается мощность потерь в СПП вентильной схемы и расход материала для охладителей. Число электрических узлов Ыуз также сокращается.

Определено простое правило соединения вентилей в кольцевой ВС, заменяющее указанные выше рекуррентные алгоритмы. Так, если преобразователь трехфазного напряжения в постоянное содержит при /»-кратной частоте пульсации выпрямленного напряжения р!6 трехфазных источника питания, одноименные напряжения которых последовательно сдвинуты по фазе на 2л/р эл. град., то каждая из фаз любого источника питания соединена через вентили колец только с фазами смежных источников питания, имеющими фазовые сдвиги (в эл. град.) относительно

данной фазы

Определены способы включения устройств защиты от перенапряжений в кольцевых ВС и порядок расчета уставки срабатывания. Уставка срабатывания устройства защиты должна соответствовать уровню, который равен или несколько больше рабочего максимального мгновенного значения напряжения между диаметральными точкам вентильного кольца, к которым защита подключается, и определяется по формуле:

В результате исследований найдены общие закономерности, лежащие в основе методов анализа и синтеза: 1. При естественном набеге фаз в отдельно взятой системе напряжений векторы результирующих напряжений (BPH) являются собственными результирующими векторами системы, сменяющими друг друга по ходу ЧС. Подключение источников каждого результирующего напряжения на нагрузку осуществляется однонаправленными электрическими связями. Композиция всех связей образует ВС. 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 на перемещающийся BPH минимальна и 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 синтез схем преобразователей с любыми системами напряжений.

Для синтеза схем при последовательном или последовательно-параллельном включении систем напряжений разработан также метод временных диаграмм, основанный на визуализации связи временных диаграмм напряжений с топологией ВС.

По методу временных диаграмм синтезируются ВС преобразователей с изменяемым числом каскадов при фиксированной пульсности выпрямленного напряжения.

Продолжены исследования схем ТПЧФ, проведенные А.Г. Аслан-заде. Найдены соотношения, связывающие широкий спектр построений ВО: от звезды до треугольника; от трехфазной звезды до шестифазной звезды; от треугольника до шестиугольника. Определены геометрические правила построения схем ТПЧФ на основе секторных (термин А.М. Репина) и квазисекторных топологий ВО, предложенных А.Г. Аслан-заде (рис.4). Под рабочей точкой (РТ) (рис.4) понимается точка потенциальной плоскости, принадлежащая АФП и определяющая величину потенциала в соответствующей точке выполнения отвода от обмотки электромагнитного аппарата, соединяемого с элементами вентильной части или нагрузкой. Соответствующее размещение РТ на изображающей плоскости обеспечивает формирование (за период сетевого напряжения) требуемого числа результирующих напряжений равной амплитуды, как в пределах одной автономной системы напряжений ВО, так и при нескольких системах. Найдена закономерная связь между топологическими размерами лучей несим-

(6)

метричных шестифазных звезд, вписанных в апертуру фигур (рис.4), и фазностью преобразователей, строящихся на основе таких АФП.

1 \ 1 ¡' - '"s

Рис.4. Секторные (а, б) и квазисекторные (в, г) топологии АФП; формирование шестифазных звезд - (д, е, ж)

Введено понятие топологического параметра /и и топологического угла е, определенным образом связанного с углами, зависящими от фазности преобразователя. Угол и параметр связаны соотношением в = 2 Ttjß, а V ц = е [6, оо]. Для синтеза схем большинства преобразователей достаточно применения следующих равенств: s = S и ц = р.

По построениям на рис.4 определены относительные размеры лучей малых звезд в несимметричной шестифазной (шестилучевой) системе ВО:

Рис.5. Принципиальная схема 24-фазного преобразователя

софон-^) M"cos(30-^j "

(7)

На рис.5 приведена схемная реализация преобразователя с двумя одинаковыми несимметричными шестифазными вторичными системами напряжений, АФП которых - одинаковые полуправильные шестиугольники, сдвинутые между собой на фазовой плоскости на 30 эл. град. Для получения множества АФП и определения РТ подключения к ВО элементов вентильной схемы применены геометрические преобразования, один из этапов которых для // = 12 (секторная топология) приведен на рис.6.

Определены соотношения, связывающие топологические размеры сторон шестиугольников с размером большого луча шестифазной звезды (1,0), в зависимости от угла е\

6(в.

Рпс.6. Построение полуправильных шестиугольников (б) на основе трехэлементных конфигураций

При построении полуправильных шестиугольников, имеющих средние рабочие точки в обмотках, данные соотношения непосредственно задают отношение величин больших и малых частей обмоток ЬБ : Ьм. В табл.2 приведены размеры шестиугольников для нескольких значений параметров е (//).

Таблица 2

Топологические размеры малых сторон шестиугольников

Углы £ эл. град Размеры малых сторон, соответствующие числам ц

со 48 24 18 12 9 8 6

0 1,0- о

7,5 0,7961

15 0,6286

20 0,532

30 0,366

40 0,2267

45 0,1645

60 0-Д

По выражениям (7) и (8) получена зависимость рассогласования длин смежных векторов результирующих выпрямляемых напряжений (при последовательном включении каскадов преобразования) от угла е или числа ц. При этом учтено то, что каждое число ц = ¡е однозначно соответствует определенному отношению ы малых и больших сторон полуправильного шестиугольника:

n IT . TZ

cos--V 3 sin —

__£_M

n ir . к cos—+V3 sin — И V

При углах S, меньших 30 эл. град., для одной из чередующихся пульсаций

=2 + et + 2(1 + ct)cos30°, (10)

а для второй

/,2 =2(2 + et)cos15°. (11)

i

I

-1 -

1 8' 12 24 Í 1 1 ¡ -- ;

10

40

15 20 jU 25 30 35

Рис.7. Рассогласование длин векторов

При углах топологии больше 30 эл. град. длина второго вектора

Кг =[4(l + zzr)cos30°]cosl5°. (12)

В соответствии с зависимостями длин векторов результирующих выпрямляемых напряжений от т определено их рассогласование K/s ,% при различных значениях^ (рис.7). Из формы кривой на рис.7 видно, что преобразование идеально при fi = 8 и ц = 24, а наиболее устойчив к конструктивной несимметрии преобразователь при р = 24.

Определены средние уровни выпрямленного напряжения на холостом ходу относительно действующего значения напряжения на большей из частей вентильных обмоток. Для преобразователей с р е [6, 12]:

U'd0 = 1,664-27 + 2,678. (13)

Для преобразователей с ц больше 12-ти:

U'd0 = 2,143-ст + 2,495. (14)

Любой из преобразователей, построенных по данной топологии, характеризуется:

- небольшой общей типовой мощность трансформаторов (1,078 Pd при ц = 8 или 1,139 Pd при // = 24);

- ограничением негативного влияния конструктивной и параметрической не-симметрий трансформаторов;

- низкой чувствительность к негативным воздействиям сети переменного тока;

- отсутствием потоков вынужденного подмагничивания в стержнях трансформаторов;

- простотой и технологичностью изготовления;

- возможностью унификации трансформаторов при исполнении первичных обмоток неравносторонними зигзагами или скользящими треугольниками.

Ряд из перечисленных качеств отражен на временных диаграммах рис.8.

] секция

2 секция

Отсутствует 6 гармоника 0,7 %

Диаграммы работы вентилей

Рис.8. Временные диаграммы работы моделей 24-фазных преобразователей: а) - напряжения на выходе секций; б) - форма выпрямленного напряжения при несимметрии исполнения фазных ВО Кн = 0 и Кн = 10 %; в) формы токов и напряжение вентилей; г) - форма выпрямленного напряжения при несимметрии сетевых напряжений в рассматриваемом преобразователе; д) - то же в известных мостовых схемах

Полученные в ходе исследований методы структурного синтеза расширяют возможности совершенствования известных схем преобразования и поиска новых схемных решений.

В третьей главе проведен анализ многопульсных преобразователей, необходимый для оценки характеристик новых схем, сравнения их с известными схемами ПА и, обусловленный направленностью данных исследований на разработку ПА для электрического транспорта. Проведено технико-экономическое сравнение мостовых и кольцевых ВС. Кольцевая ВС Св.Н. Колева и А.К. Калчева (рис.2) предложена для ТП ж.-д. транспорта, что потребовало учета особенностей режимов её работы с тяговыми нагрузками и защиты от перенапряжений.

В связи с решением задачи сокращения мощности потерь в СПП вентильной схемы разработана методика расчета числа СПП в вентильных плечах (s - число включенных последовательно, а - параллельных ветвей). Дня объективности расчетов составлены схемы определения перенапряжений на вентилях 72-пульсных выпрямителей последовательного типа. Исходные данные для расчета числа s приведены в табл.2.

С целью определения расхода электроэнергии, обусловленного потерями в вентилях, и технико-экономического сравнения выпрямителей обосновано применение упрощенных формул расчета мощности потерь в СПП вентильных цепей: для р-пульсных мостовых схем

(15)

j i-a

для р-пульсных кольцевых схем

ЛРй=(б+1}5'С/го'/"+(б +1)а"/-'Гг- (16)

Таблица 3

Обратные напряжения вентильных плеч выпрямителей в номинальном режиме

Схема, расположение плеч и* о U"¡ Антьж

ФОРМУЛЫ Р значение

Мостовая последовательная, для всех плеч ТГ,"' — и, р d0 12 0,5236 UM

18 0,3491 UM

24 0,2618 Udo

Кольцевая, для плеч анодной и катодной групп la.и ud0 Р 12 0,5236 Ua>

18 0,3491 U¿o

24 0,2618 UM

Кольцевая, для плеч кольцевых групп 4я . (к л-) .. --ííh —+ — \-и, р [з Р) d' 12 1,0115 Vdo

18 0,6560 им

24 0,4834 Udo

^ Потери в диодах мостовой схемы

^ Потери в диодах кольцевой схемы РаСЧеТ ЧИСЛа 5 ВеНТИЛвИ В ПЛече

проводился по методике и формулам, применяемым для ПА ж.-д. транспорта, доработанным для новых схемных решений и обобщенным для многопульсных выпрямителей. Выведены эмпирические формулы, уточняющие теоретические расчеты, которые ранее делались с допущениями. При расчете амплитуды возможного перенапряжения, прикладываемого к вентильному плечу, в расчетное значение напряжения холостого хода вносилась поправка, учитывающая статистические данные. Для сравнительной оценки мощности потерь в СПП ВС /2-пульсных ПА, собранных по мостовой и кольцевой схемам, базовым принят преобразователь последовательного типа с трансформатором ТРДП-12500/10ЖУ1 и с мостовым выпрямителем ТПЕД-3150-3,Зк. Расчеты показали, что мощность потерь в СПП кольцевой ВС, по сравнению мостовой ВС, сокращается на

0,1 0 2 0 3 КОЭФФИЦИЕНТ ЗАГРУЗКИ 0,7 0 6 (

Рис. 9. Мощности потеоь в лиолах

четверть. На рис.9 показаны зависимости мощностей потерь в диодах мостовой и кольцевой ВС 12-пульсного ПА последовательного типа от загрузки преобразователей. Экономия денежных средств при переходе от мостовой к кольцевой ВС при половинной загрузке преобразователя с номинальной мощностью трансформатора 11400 кВ-А составляет 189 тыс.руб в год при стоимости электроэнергии 1,32 руб за 1 кВт-ч.

В четвертой главе разработаны рекомендации по выбору типовых мощностей ТПЧФ с учетом конструктивной несимметрии ВО (отражено в табл.4) и приведен метод исследований электромагнитных процессов (ЭМП) с использованием векторных диаграмм и графиков в полярных координатах.

Таблица 4 Типовые мощности трансформаторов 72-пульсных преобразователей с учетом оптимальных чисел витков

Получены основные соотношения для математической модели в С КМ «МаЛСАБ», позволяющей: определять Па при заданных величинах конструктивной несимметрии, напряжения короткого замыкания ик и коэффициента загрузки Кз\ строить внешнюю характеристику; определять угол у; определять гармонический состав и степень искажения выпрямленного напряжения при конструктивной несимметрии ВО; рассчитывать коэффициенты гармоник, искажения, пульсации.

Так, зависимость среднего уровня выпрямленного напряжения от конструктивной несимметрии (здесь К) и угла коммутации у для /2-пульсного выпрямителя последовательного типа определялась по выведенным формулам

Тип обмотки Витковое число Числа витков

Д 19 26 33 38 45

У 0,577 И 15 19 22 26

Типовая мощность трансформатора, МВА 19,8 12,5 8,4 6,3 4,27

2соз— 2

1+К2 +2Ксо$6

1 + С05$

ис

/4 = агсзт

8 (8 Л . . 8-

вту-ам— -сое —А +2зт— ' 2 (2 ; 2

к

соз А

2 ) (17)

В пятой главе приведены результаты проверки основных теоретических положений на математических, компьютерных и физических моделях. Даны результаты схемотехнического анализа 12- и 24-пульсных преобразователей, предлагаемых для внедрения (основные параметры приведены в табл.5).

Двенадцатипульсньш преобразователь с кольцевой ВС имеет более высокий КПД за счет уменьшения числа вентилей, последовательно обтекаемых током нагрузки, при сохранении преимуществ преобразователя с двумя мостами.

Двухкаскадный 24-пульсный преобразователь (рис.5) имеет меньшую типовую мощность трансформаторов по сравнению с наиболее эффективным, по использованию ВО, двухкаскадным 24-пульсным преобразователем с трехфазными вентильными мостами без УР (1,139-Р,/ против 8Т= 1,249-Р^).

Типовая мощность трансформаторов 24-пульсного преобразователя при выборе соотношения чисел витков большей стороны шестиугольника ВО к числу витков меньшей стороны 1:0,1645 (//=8) уменьшается до значения £7-=1,078-/^.

Однако, в этом случае, углы проводимости вентилей шестифазных мостов, соединенных с отводами от средних точек больших сторон, равны 15 эл. град, (от малых сторон - 105 эл. град.), что требует отдельного исследования процессов коммутации при столь малом «схемном» угле проводимости половины вентилей шестифазных мостов.

Таблица 5

Параметры преобразователей_

Схемы построения Па трансс )аметрь юрмато ров Параметры вентилей Параметры нагрузки

-о Рч н т £ и р •О р Отношение чисел витков ВО Кол-во плеч •о 5 6 О ■о О Е о. ю о р Р Коэффициет пульсации

/¿-фазная кольцевая (рис.2) 1,029 1,576 2,7 1:0,577 12 6 1/3 0,524 12 0,014

3 1/4 1,01

3 1 /12 1,01

24-фазная двухкаскадная с 2-мя трансформаторами (рис5) 1,139 1,29 3,84 1:0,63 24 12 1/8 0,512 24 0,0035

12 1 /4,8

\

\

\

Яс1 ном = 0,5 кОм

яа = о,2кОм на = 0,1 ком •"' яа = 0,05 ком ■•'

Рис.10. Форма вьшрямленного напряжений при различных нагрузках

Основное достоинство 24-пульсного преобразователя: снижение влияния на качество преобразования и на электромагнитную совместимость искажений, вносимых сетью переменного тока, а также влияния конструктивной и параметрической несимметрий (рис.8). На рис.10 показаны формы напряжений на нагрузке преобразователя (Ра ном = 0,58 кВт) при различных значениях ^ и Ьд = 5 мГн, полученные на компьютерной модели. Преобразователь выполним по параллельной схеме с уравнительным реактором (УР), что расширяет области его применения. Он может быть выполнен на основе имеющейся преобразовательной техники, например, на

трансформаторах УТМРУ-6300/35ЖУ1 или ТМПУ-6300/35ЖУ1 с реконструированными ВО.

Проверены математические модели исследования ЭМП, полученные на основе использования векторных диаграмм и полярных графиков. На математической модели подтверждено повышение КПД 12-пульсного ПА с кольцевой ВС не менее,

чем на 0,25 % по

о,985 т-1---1--,---,--т--1-1-1--1--сравнению с мосто-

« 0,984 .....-j-----;-----;- - - ¿уф ■ - ■ - - - - -I.....;-----;- вым(рис.11).

io,983 ------1.....—-----i —:-----Г — 1 Проведены опы-

Î 0,982 } — -,-----—--- --:-----—T^ii-----:---- 1 ты, подтвердившие

теоретические результаты исследования. Изготовлены физические модели мостовых и кольцевых ВС 72-пульсных ПА, на которых проведена серия опытов, подтвердивших идентичность режимов коммутации для ПА с кольцевыми и мостовыми построениями ВС.

Осциллограммы токов ВО трансформаторов сравниваемых преобразователей

0,3 0,4 0,5 0,6 Коэффициеш- загрузки Рис.11. КПД преобразователей: ] - с мостовой ВС; 2,3 - с кольцевой ВС

i^n!

iln

à)

4.08 2ДВ O.OBV 1,32 -3.32 ■5.32 7.32

Рис.12. Спектр сетевого линейногонапряжения и форма тока, потребляемого из сети 12-пульсным преобразователем при активной нагрузке

нОе отличаются. Формы токов соответствуют шестипульсному выпрямлению одной из секций 72-пульсного выпрямителя с двумя трехфазными вентильными мостами. Наклон внешних характеристик выпрямителей одинаков. Уровни обратных напряжений, величины токов, протекающих через вентили, и осциллограммы их форм (углы проводимости) во всех сериях опытов соответствовали результатам теоретических расчетов. На рис.12 показан спектральный состав линейного напряжения питающей сети в точке подключения преобразователя (а) и форма сетевого тока, потребляемого преобразователем с кольцевой ВС при активной нагрузке (б).

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

В главе дано оценочное технико-экономическое обоснование модернизации ПА ТП по кольцевым схемам, представленное в управление Зап.-Сиб. ж.-д., в котором

отмечен экономический эффект кольцевых ВС, который может быть существенно повышен за счет уменьшения (не менее, чем на 18,75 %) расхода цветных металлов на испарительные трубы блоков БСЕ1 безшкафной конструкции, изготавливаемых для замены устаревших вентильных блоков, проводимой в соответствии с рекомендациями указания ЦЭ МПС № П - 5/97.

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

1. Выполнен анализ существующих схемных решений ПА и известных методов структурного синтеза, определены общие закономерности коммутационных процессов и правила построения ВС, положенные в основу создания методов структурного синтеза и схемотехнического анализа неуправляемых преобразователей.

2. Разработаны методы структурного синтеза ВС, основанные на анализе вращающихся векторных диаграмм и временных диаграмм напряжений ВО; разработан геометрический способ синтеза ВО ТГТЧФ и разработана методика схемотехнического анализа неуправляемых преобразователей, основанная на методе 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 ПА для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, подтвержденные 3-мя патентами на изобретение.

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

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

7. Проведены модельные и экспериментальные исследования, подтвердившие высокое качество преобразования электроэнергии 24-пульсного ПА и ПА с кольцевой ВС.

8. Кольцевые ВС рекомендованы к внедрению на тяговых подстанциях электрического транспорта. Показано, что внедрение /2-пульсного ПА с кольцевой ВС не потребует больших капиталовложений. Суммарная экономия электрической энергии на ЗападноСибирской ж.-д. при переоснащении 100 выпрямителей кольцевыми ВС составит 9216 МВт-ч ежегодно (12,165 млн. руб) при 40 % -й среднегодовой загрузке данных преобразователей.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Евдокимов С.А. Синтез схем выпрямления, основанный на топологии вращающихся систем напряжений вентильных обмоток / Г.Н. Ворфоломеев, С.А.Евдокимов, Н.И.Щуров и др. // Электротехника. 2006. - № 10. - С. 33 - 40.

2. Евдокимов С.А. Синтез схем многопульсных выпрямителей с естественной коммутацией. Материалы VIII Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения»: в 7 т. Т. 6. - Новосибирск: НГТУ, 2006. -С 56-63.

3. Евдокимов С.А. Синтез схем выпрямителей с последовательно-параллельной работой систем переменных напряжений. Материалы VIII Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения»: в 7 т. Т. 6. - Новосибирск: НГТУ, 2006. - С 64 - 69.

4. Евдокимов С.А. Геометрический способ генерации схемных решений преобразователей числа фаз для выпрямителей // Науч. вестн. НГТУ. - 2008. - № 2(31). -С. 65-83.

5. Евдокимов С.А. Применение синфазных систем переменных напряжений при построении схем выпрямления // Науч. вестн. НГТУ. - 2008. - № 3(32). - С. 121 -128.

6. Евдокимов С.А. Графоаналитический метод оценки влияния конструктивной несимметрии обмоток на форму кривой выпрямленного напряжения / С.А.Евдокимов, В.В. Бирюков, Г.Н. Ворфоломеев // Электричество. 2007. - № 8. -С. 24-28.

7. Патент РФ № Ш 2319280, МПК7: Н 02М 7/08. Источник постоянного тока с 18-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А. // Опубл. БИПМ. - 10.03.08. - № 7.

8. Патент РФ № 1Ш 2319281, МПК7: Н 02М 7/08. Источник постоянного тока с 24-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А. // Опубл. БИПМ. - 10.03.08. - № 7.

9. Патент РФ № Ш 2321149, МПК7: Н 02М 7/08. Преобразователь переменного напряжения в постоянное с 24-кратной частотой пульсации / Евдокимов С.А. // Опубл. БИПМ.-27.03.08,-№9.

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 подписано в печать 1.10.08 г.

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАЗВИТИЕ СХЕМОТЕХНИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ХОДЕ ИХ ИСТОРИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ.

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

1.2. Топологические особенности систем вторичных обмоток преобразовательных трансформаторов.

1.3. Топологии схем преобразователей числа и сдвига фаз.

1.4. Топологии вентильных схем преобразователей.

1.5. Состояние проблемы структурного синтеза вентильных преобразователей переменного тока в постоянный.

1.6. Развитие общих принципов создания полупроводниковых преобразователей и основ синтеза схем выпрямителей с естественной коммутацией.

1.6.1. Способ синтеза вентильных схем преобразователей.

1.6.2. Известные способы формирования кривой выпрямленного напряжения и генерации схем преобразователей числа и сдвига фаз 36 1.7.Основные результаты и краткие выводы.

2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРИИ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

2.1. Общие положения.

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

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

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

2.5. Совершенствование метода генерации схем преобразования числа и сдвига фаз.

2.5.1. Геометрический подход к построению систем вторичных обмоток преобразовательных трансформаторов.

2.5.2. Геометрический способ построения преобразователей числа и сдвига фаз.

2.6. Основные результаты и краткие выводы.

3. МЕТОДИКИ ДЛЯ РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ПОТЕРЬ В ВЕНТИЛЯХ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО СРАВНЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ.

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

3.1.1. Расчет числа диодов, соединенных в вентильном плече последовательно.

3.1.2 Мощность потерь в вентилях мостовых и кольцевых схем.

3.2. Технико-экономическое сравнение преобразователей по мощности потерь в вентилях мостовых и кольцевых схем.

3.3. Основные результаты и краткие выводы.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ

КОНСТРУКТИВНОЙ НЕСИММЕТРИИ.

4.1. Разработка методики оценки конструктивной несимметрии вентильных обмоток преобразовательных трансформаторов.

4.1.1. Установочные положения.

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

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

4.3. Применение векторных диаграмм с полярными графиками.

4.4.Основные результаты и краткие выводы.

5. ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ТЕОРИИ АНАЛИЗА

И СИНТЕЗА СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ НА МОДЕЛЯХ.

5.1. Основные результаты схемотехнического анализа устройств преобразования с помощью метода вращающихся векторных диаграмм.

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.

5.4. Результаты испытаний выпрямителей на физических моделях—

5.5. Предложение по применению кольцевых вентильных схем на тяговых подстанциях электрического транспорта.

5.6. Основные результаты и краткие выводы.

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

Общеизвестно, что значительная часть электроэнергии переменного тока, получаемой при выработке, преобразуется в энергию постоянного электрического тока. Объемы электрической энергии, перерабатываемой в электротехнических комплексах транспорта, превышают объемы переработки во многих других производственных отраслях, причем существенная часть электроэнергии доходит до потребителя на постоянном токе.

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

72-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, преобразователей тяговых подстанций, для новых или модернизируемых ВА 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 преобразователей — 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 С.В., 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 после разработки и начавшегося внедрения 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 В А 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 А.В., Мамошин P.P., Пупынин В.Н., Костенко М.П. Создателями ранних схемных решений В А и их первыми исследователями были Каллир Л., Поллак Ш., Корренс, Штейнмец Ч., Грэц Л., Латур, Бэрсто, Делон, Кюблер, Ларионов А.Н., Вологдин В.П. Новые схемотехнические решения, иногда удачные, а чаще представляющие полезный для успеха дальнейших исследований поисковый шаг, отражены в изобретениях Аслан-заде А.Г., Игольникова Ю.С., Дубовова Г.И., Ахмерова Р.А., Белозерова А.Л., Гайнцева Ю.А., Кантаровского А.К., Поссе А.В., Токмаковой И.А. Прогрессивные схемотехнические решения отражены в работах Потапова Ю.В., Петлякова А.И. и Глуха Е.М. А, в некоторых творческих работах Аслан-заде А.Г. просматриваются элементы методов генерации схемных решений преобразователей числа и сдвига фаз для многопульсных выпрямителей. Фундаментальное развитие теоретических основ анализа многопульсных схем выпрямления заложено в трудах Булгакова А.А., Урманова Р.Н., Фишлера Я.Л., Маевского О.А., 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., Ма-гаем 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 преобразователей. 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 С.В.

Однако, структурному синтезу схем преобразования переменного напряжения в постоянное с естественной коммутацией (переключением цепей тока) в современной технической литературе уделено недостаточно внимания.

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

В диссертации рассматриваются 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 комму тирующих вентилей и смену токообразующих ЭДС с периодичностью, определяющей пульсность преобразователя.

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

В качестве неуправляемых вентилей при рассмотрении выпрямительных устройств, с целью обобщения, выбраны полупроводниковые диоды. Из-за относительно небольшой частоты синусоидальных колебаний токов и напряжений в питающей сети 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 преобразователей 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 вентильных преобразователей 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 неуправляемых многофазных вентильных преобразователей переменного тока в постоянный; разработка и схемотехнический анализ преобразователей с улучшенными технико-экономическими показателями.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи. 1. Анализ существующих схемных решений многофазных вентильных преобразователей переменного тока в постоянный и известных методов структурного синтеза.

2. Выявление и обобщение закономерностей, связывающих фазовременную структуру результирующих напряжений преобразовательных трансформаторов с топологией вентильных схем (ВС) преобразователей.

3. Определение основных правил построения схем преобразования, разработка методик схемотехнического анализа и структурного синтеза, а также новых схемных решений многофазных преобразователей.

4. Получение расчетных выражений, устанавливающих взаимосвязь токов и напряжениями в цепях синтезированных преобразователей с выходными параметрами.

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

6. Проведение модельных и экспериментальных исследований разработанных преобразовательных устройств, подтверждающих достоверность 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 синтезом и анализом 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- 2004, 2006 (Новосибирск), (The 7th,8th

International scientific-technical conference "Actual Problems of electronic instrument engineering proceedings" APEIE-2004, 2006); 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 1st Russia-Korea international forum on research and in- -novation 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 (2004 -2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в числе которых: 4 научных статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ; 2 опубликованных доклада на научных конференциях; 3 патента на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 95 наименований и приложений. Общий объем диссертации 198 страница основного текста, содержащего 80 рисунков и 19 таблиц.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Выполнен анализ существующих схемных решений ПА и известных методов структурного синтеза, определены общие закономерности коммутационных процессов и правила построения ВС, положенные в основу создания методов, структурного синтеза и схемотехнического анализа неуправляемых преобразователей.

2. Разработаны методы структурного синтеза ВС, основанные на анализе вращающихся векторных диаграмм и временных диаграмм напряжений ВО; разработан геометрический способ синтеза ВО ТПЧФ и разработана методика схемотехнического анализа неуправляемых преобразователей, основанная на методе 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 ПА для питания тяговых нагрузок электрического транспорта, подтвержденные 3-мя патентами на изобретение.

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

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

7. Проведены модельные и экспериментальные исследования, подтвердившие высокое качество преобразования электроэнергии 24-пульсного ПА и ПА с кольцевой ВС.

8. Кольцевые ВС рекомендованы к внедрению на тяговых подстанциях электрического транспорта. Показано, что внедрение 72-пульсного ПА с кольцевой ВС не потребует больших капиталовложений. Суммарная экономия электрической энергии на Западно-Сибирской ж.-д. при переоснащении 100 выпрямителей кольцевыми ВС составит 9216 МВт-ч ежегодно (12,165 млн. руб) при 40 % -й среднегодовой загрузке данных преобразователей.

190

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 вентильных преобразователей переменного тока в постоянный и снижение потерь электроэнергии при преобразовании посредством применения новых схем выпрямительных устройств, 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. Васильев А.С. Источники питания высокочастотных электротермических установок: монография // А.С. Васильев, Г. Конрад, С.В. Дзлиев. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - 426 с. - (Серия монографий «Современные электротехнологии»). - Т. 4.

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

9. А.с. 817923 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / А.Г. Аслан-заде. Бюл. № 12, 1981.

10. А.с. 959238 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / А.Г. Аслан-заде. Бюл. № 34, 1982.

11. А.с. 540334 СССР. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное / А.Г. Аслан-заде, Р.Э. Мамедов. Бюл. № 47, 1976.

12. А.с. 1282291 СССР. Мостовой преобразователь электроэнергии / А.М.Репин. Бюл. № 1, 1987.

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

14. Пат РФ № 2321149. Преобразователь переменного напряжения в постоянное с 24-кратной частотой пульсации / С.А. Евдокимов. Бюл. № 9, 2008.

15. Пат РФ № 2286644. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное (варианты) / Ю.С. Игольников. Опубл. 27.10.2006.

16. А.с. 993407 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.Г. Аслан-Заде. Бюл. № 4, 1983.

17. А.с. 1040577 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.Г. Аслан-Заде. Бюл. № 33, 1983.

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

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

20. А.с. 738071 СССР. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / Ю.В. Потапов. Бюл. № 20, 1980.

21. А.с. 803089 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / Ю.С. Игольников. Бюл. № 5, 1981.

22. А.с. 714592 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / Г.И. Дубовов, Ю.С. Игольников. Бюл. № 5, 1980.

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

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

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

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

27. 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.

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

29. 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.

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

31. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии / А.Ф. Крогерис, К.К. Рашевиц, JI.A. Рутманис и др. Рига: Зинатне, 1969. — 532 с.

32. А.с. 915187 СССР. Преобразователь переменного тока в постоянный / Ю.С. Игольников. Бюл. № 11, 1982.

33. Евдокимов С.А. Геометрический способ генерации схемных решений преобразователей числа фаз для выпрямителей // Научный Вестник Новосибирского государственного технического университета. № 2(31). Новосибирск; Изд-во НГТУ, 2008, С. 107-120.

34. А.с. 959237 СССР. Ступенчатый преобразователь переменных напряжений в постоянное / A.M. Репин. Бюл. № 34, 1982.

35. 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.

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

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

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

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

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

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

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

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

44. Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. М.: Энергия, 1978. - 320 с.

45. Булгаков А.А. Новая теория управляемых выпрямителей. М.: Наука, 1970.-320 с.

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

47. 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.

48. Евдокимов С.А. Синтез схем многопульсных выпрямителей с естественной коммутацией. Материалы VIII Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения»: в 7 т. Т. 6. — Новосибирск: НГТУ, 2006. С 56 - 63.

49. Евдокимов С.А. Синтез схем выпрямителей с последовательно-параллельной работой систем переменных напряжений. Материалы VIII Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения»: в 7 т. Т. 6. Новосибирск: НГТУ, 2006. - С 64 - 69.

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

51. Евдокимов С.А. Синтез схем выпрямления, основанный на топологии вращающихся систем напряжений вентильных обмоток / Г.Н. Ворфоломеев, С.А.Евдокимов, Н.И.ГЦуров и др. // Электротехника. 2006. № 10. - С. 33 - 40.

52. Кауфман М., Сидман А. 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.

53. А.с. 729777 СССР. Преобразователь m-фазного переменного напряжения в постоянное / Ю.В. Потапов. Бюл. № 15, 1980.

54. Абрамович М.И. Диоды и тиристоры в преобразовательных установках / М.И. Абрамович, В.М. Бабайлов, В.Е. Либер и др. М.: Энергоатомиздат, 1992.-432 с.

55. А.с. 917280 СССР. Вентильный преобразователь переменного напряжения в постоянное / A.M. Репин. Бюл. № 12, 1982.

56. Пат РФ № 2319281. Источник постоянного тока с 24-кратной частотой пульсации / С.А. Евдокимов. Бюл. № 7, 2008.

57. Евдокимов С.А. Применение синфазных систем переменных напряжений при построении схем выпрямления // Науч. вестн. НГТУ. — 2008. № 3(32).-С. 121-128.

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

59. 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.

60. Шляпошников Б.М., Поссе А.В. Работа ионных преобразователей при несинусоидальном напряжении переменного тока // Электричество. — 1952. -№ 3. С. 8-17.

61. 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.

62. А.с. 1309215 СССР. Мостовой источник энергоснабжения / А.М. Репин. Бюл. № 17,1987.

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

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

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

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

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

68. Поссе А.В. Общие зависимости, характеризующие работу многофазных преобразователей. // Электричество. 1963. - № 5. - С. 34 — 40.

69. Шляпошников Б.М. Игнитронные выпрямители. М.: Трансжелдориз-дат. 1947.-735 с.

70. Пат РФ № 2319280. Источник постоянного тока с 18-кратной частотой пульсации / С.А. Евдокимов. Бюл. № 7, 2008.

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

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

73. Ефремов И.С., Лаптева Т.И. Надежность тяговых подстанций городского транспорта. — М.: Транспорт, 1975. — 176 с.

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

75. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Ю.Г. Ба-рыбина, Л.Е. Федорова и др. М.: Энергоатомиздат, 1990. 428 с.

76. Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок. М.: Энергоатомиздат, 1989.320 с.

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

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

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

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

81. Евдокимов С.А. Графоаналитический метод оценки влияния конструктивной несимметрии обмоток на форму кривой выпрямленного напряжения / С.А.Евдокимов, В.В. Бирюков, Г.Н. Ворфоломеев // Электричество. 2007. № 8.-С. 24-28.

82. 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.

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

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

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

86. Силовое оборудование тяговых подстанций железной дороги (сб. справ, материалов) / ОАО «Российские железные дороги», филиал «Проект-но-конструкторское бюро по электрификации железных дорог». М.: Транс-издат, 2004. - 384 с.

87. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники, под ред. Б.Х. Кривицкого, В.Н. Дулина. Т. 1.,-М.: «Энергия», 1977. 504 с.