автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.05, диссертация на тему:ДОК ключевыми нелинейными элементами методом аналогового моделирования

РГ5 ОД

1 П '¡ОПТ

| и 1ЛЙ.1 АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

На правах рукописи

АЩАЛОВ ШАШЬ ИМАМ ГУЛУ оглы

ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОЖНО -РЕЗОНАНСНЫХ ЦЕПЕЙ С КЛЮЧЕВЫМИ НШ1ИНЕЙНМ ЭЛЕМЕНТАМИ МЕТОДОМ АНАЛОГОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальности: 05.09.05 - Теоретическая электротехника,-

05.09.12 - полупроводниковые преобразователи электроэнергии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

К и е в - I 9 9 3

Работа•выполнена в Азербайджанском техническом уверситеге /г.Баку/

Научный консультант - Доктор технических наук,

профессор Шапиро C.B.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,

профессор Бондаренко В.М. Доктор технических наук, профессор Сенько В.И. Доктор технических наук,-профессор Гречко Э.Н.

Ведущая организация - Азербайджанский научно-исследовательский институт энергетики /АзНИИЭ/, г.Баку

Защита состоится " 26 " мая 1993 г. в 11 час на заседании специализированного совета Д 016.30.03 при Институте электродинамики АН Украины.

• Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 252680,' Киев-57, пр.Победы,56, Спецсовет Д 016.30.03>

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института электродинамики АН Украины.

Автореферат разослан "_" _1993 года

Ученый секретарь специализированного

совета, доктор технических наук ^ В.С.ФЕЦШ

^ЪГ)

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

^тЁ^Ё^РЛЕ0^®.^* Сложно-резонансные цепи о нелиней' ными ключевыми Элементами (СрЩ) являются одними из основных силовых исполнительных устройств в электротехническом оборудовании современных промышленных предприятий, системах электроснабжения индукционных и электродуговых печей, электрофильтров и системах ограниченной мощности. Наиболее широко распространенные СРЩ различаются по конструкции и схемам, но во Ьсех этих схемах присутствуют ключевые нелинейные элементы. Несмотря на схемные-и конструктивные различия этих схем-физические процессы в большинстве таких устройств идентичны.СРЩ .классифицируются по 4 осноеным грушам: базовые, ультрагарконические, субгармонические, релаксационные

На базе СРНЦ можно решить многие аспекты, преобразования параметров электрической энергии, поэтому дальнейшее усовершенствование таких цепей и устройств на их основе является актуальной проблемой. Опыт показал, что ее решение без применения моделирующих устройств практически невозможно, т.к. они легкоперестраиваются и в течение сравнительно короткого времени можно- проанализировать большое количество режимов работы исследуемого объекта.

Однако несмотря на значительное количество работ, опублико ванных в СНГ и за рубежом, актуальность вопросов соваршенствова ния известных и разработки'новых методов анализа и синтеза слоя но-резонансных устройств с ключевыми нелинейными элементами не снижается. Дополнительный экономический эффект при этом достигается за счет улучшения форм выходных величин параметров управ ления, соответствующих номинальным режимам этих устройств.

Решение таких задач как обеспечение устойчивости установив шихся режимов, обеспечения качества переходных процессов при коммутации нагрузки, обеспечение заданной формы регулируемых пе. ременных при различных режимах работы дает возможность повысить динамические характеристики, надежность, коэффициент полезного действия сложно-резонансных цепей, нашедших широкое применение различных отраслях народного хозяйства.

Для решения этих задач аналоговым методом необходимо разра ботать модели отдельных элементов СРНЦ. Представляется целёсооб разным соверпенстЕованпе аналогового моделирования и его основ-

- ч -

них приемов и операций также в связи о тем, что оно играет значительную роль в гибридных вычислительных машинах.

Данная диссертационная работа является обобщением исследований автором сложно-резонансних цепей с различными видами ключевых элементов.

Научные исследования велись под руководством и при непосредственном участии автора в соответствии с планами НИР Азербайджанского технического университета и государственным планом экономического и социального! развития Азербайджана, а также с планами Министерства оборонной промышленности СССР на 1975 г. по теме "Исследование возможности пьезоэлектрических шаговых двигателей для применения их в индикаторных устройствах"; за 1979 г. по теме "Определение возможности создания пьезоэлектрических двигателей для лентопротяжных механизмов".

Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений аналогового-моделирования; сложно-резонансных электрических цепей о клочевыми нелинейными элементами и создание на этой основе новых технических средста улучшения качества электрической энергии в народном хозяйстве.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

- разработка топологического метода построения структурных схем аналоговых моделей нелинейных цепей;

- разработка аналоговых моделей тиристоров;

- создание моделей ферро^езонанса;

- разработка моделей субгармонического и ультрагармонического резонанса ;

- исследование базовых процессов в резонансных цепях с ключевыми элементами;

- определение алгоритма построения устойчивых аналоговых моделей магнитно-тиристорных делителей, частоты.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы: эквивалентных синусоид, сигнальных графов, малых параметров, стадий, преобразование Лапласа, аналоговое моделирование о применением гибридных.« цифровых вычислительных машин.

ЛоотоЕе^ность основных теоретических положений, результате! и аналого-цифровых моделей подтверждалась хорошей сходимостью

результатов исследований, полученных на экспериментальных и реальных образцах.

Научная новизна проведенных исследований состоит в следующем:

- разработаны новые математические модели тиристора, симметричного и полностью управляемого тиристоров как с заданным током, так и напряжением на них, позволяющие учесть падения напряжений на них в прямом направлении и ток утечки через них при закрытом состоянии, отличающиеся тем, что все операции для осуществления нелинейных функциональных преобразования вольтампер-ных характеристик этих приборов выполняются в цепи обратной связи самих операционных'усилителей;

- в развитие этого способа моделирования автором доказано, что при отсутствии в цепи с'тиристорами, симметричными *и полностью управляемыми тиристорами индуктивности в цепь а этими приборами необходимо последовательно включать небольшую индуктивность;

- разработана методика моделирования-всех типов тиристоров прямыми и обратными .функциональными преобразованиями в одном контуре, что позволяет уменьшить погрешность решения и повысить надежность работы моделей;

- предложен ряд новых способов выбора переменных для определения неизвестных из систем дифференциальных уравнений, необходимых для построения различных характеристик (динамических, внешних, регулировочных, амплитудно-частотных) сложно-резонансных цепей;

- на основе этих способов проанализированы сложно-резонансные цепи методом построения структурных схем аналоговых и аналого-цифровых моделей;

- предложены ранее неизвестные способы получения субгармонических и ультрагармонических колебаний в резонансных устройствах при питании их от источников с прямоугольными выходными напряжениями;

- на основе метода медленно менявшихся амплитуд'и усреднения разработан способ расчета резонансных и динамических характеристик параметрических преобразователей электрической энергии при актиЕно-индуктивном характере нагрузки.

Практическая ценность. Использование новых нчучных полож°-

- б -

ннй, обоснованных в диссертационной работе, послужило основой создания качественно новых сложно-резонансных устройств для улучшения параметров электрической энергии в автономных и специальных системах электроснабжения. Проведенные исследования позволяют выбрать рациональные параметры и получить отатические и динамические характеристики указанных технических средотв, определить режимы работы и условия эффективного применения в про-, мышленности.

Автор защищает;

- аналоговое моделирование сложно-резонансных цепей о ою- . чевими элементами;

-.новые модели отдельных элементов этих устройств;

- совокупность приемов и правил аналогового моделирования сложно-резонансных цепей;

- аналоговые модели основных типов сложно-резонансных электрических цепей: уполторителя,' удвоителя, утроителя, учетверите-ля, увосьмерителя, одно- и трехфазного магнитно-тиристорного делителя частоты, ферро- и параинвертора ;

-г результаты моделирования, позволяющие улучшить качество выходного напряжения, области устойчивого деления, умножения, стабилизации выходного' напряжений;

- результаты практического внедрения теоретических разработок.

Реализация результатов работы. В результате проведенных исследований разработаны и внедрены в промышленное производство парастабилизаторы, автономный инвертор, субгармонические магни?-но-тиристо.рные делители частоты. Ряд теоретических положений, изложенных в-диссертации по моделированию, использувтся в учеб-но-метоцичеокой работе в вузах республики при чтении курсов "Теоретические основы электротехники"»"Аналогового модели рванин"

я работы, Материалы работы докладывались на

научно-технической конференции АзГШ, Баку, 1967+1992 г., научно-технической конференции по преобразовательной технике, Киев, 1968, второй республиканской конференции по методам расчета электрических цепей, Львов, 1969, шестой научно-технической конференции по вопросам автоматияации производства, Томск,1569, ХП Всесоюзном совешании по магнитным элементам автоматики и вы-

числительной техники, Ташкент, 1968, четвертой Всесоюзной межвузовской конференции по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и оиотем, Ташкент, 1971, П научном совете по теоретическим и электрофизическим проблемам энергетики, Энергетический институт ш.Г.М.Кригажановского, Москва, 1970, Х1У Всесоюзном совещании по магнитным элементам автоматики и вычислительной техники, Москва, 1972, Всесоюзном научно-техническом семинаре по разработке и промьшленному применения полупроводниковых преобразователей для индукционного нагрева металлов, Уфа, 197^, УП и УШ научно-технической конференции национального института легкой промышленности, Бумердес, Алжир, 1979, I960 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 работ , в том числе без. соавторов 4 работы.

С^^ощ^и_объем_£аботы. Диссертационная работа состоит из оеми'глав, 320 страниц и 150 рисунков, список литературы содерягит 362 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ

В первой главе диссертации дана классификация сложно--ре-зонансных уотройств с ключевыми идеальными элементами, к которым отнооятоя статические преобразователи частоты и источники питания повышенной и пониженной частоты, с полупроводниковыми и магнитными элементами -умножители и делители чпстотн, параин-вертора, феррорезонансныэ паратрансформаторы, классификация учитывает различные виды копчей - неуправляемые, полууправляемые, полностью .управляемые, магнитные элементы. Подробно'описаны виды иоследуемых резонансных явлений: парастабилизация, триггер-ный эффект,, ультрагармонический и субгармонический резонанс, инвертирование.

Сформулированы теоретические проблемы математического моделирования в исследованиях стационарных и динамических режимов в слоздо-резонансных цепях с ключевыми нелинейными -эдеме 1тами. Показано, что присутствие дифференциатора в замкнутом контуре модели способствует прохождению нежелательных высших гармоник по контуру, что приводит к изменению спектрального состава передаваемых по контуру сигналов. Указаны способы уотранчния отрицательного влияния нежелательных высших гармоник на кйчостно

исследуемых параметров устройств.

Во_ЕтоЕой_главе диссертации представлена таблица сложно-резонансных нелинейных резонансных цепей, по' видам резонанса. Каждый вид разделен на подгруппы по видам выходного и входного -выходного напряжения.Приведены общие свойства и краткое описание исследуемцх однотипных стабилизаторов различного конструктивного исполнения с замкнутыми системами автоматического регулирования.

Рассмотрены параметрические трансформаторы, нашедшие в последнее время широкое применение как источники питания различных устройств с регулируемым и стабилизированным выходным напряжением, что обосновано их простой магнитной цепью и отсутствием БУ стабилизатора.

Субгармонические колебания, возбуждающиеся в нелинейной цепи, содержащей ключевые элементы и конденсаторы, поддерживаются в результате получения от источника более высокой частоты порций энергии с частотой, кратной частоте выходного напряжения.

В делителях частоты в 2,4 раза не требуется больиих значений мощности задающих первоначальных колебаний для возбуждения их в последующем,в то же время в целителях же в 3,8,16,32 раза мощность первоначальных колебаний должна быть достаточно высокой.

Установлено, что магнитяо-тириоторный делитель частоты в 2 раза при питании от источника прямоугольного напряжения "о регу-^ лируемыми'амплитудами при различных значениях емкости конденсатора в цепи возбуждения генерирует, кроме напряжения половинной частоты, также ряд других субгармонических и, ультрагарконичоских колебаний.

Рассмотрены различные схемы трехфазных делителей частоты в 2,8,16 раза..

Принцип работы магнитно-тиристорных делителей частоты (МТДЧ) с трехфазным питанием аналогичен принципу работы однофазного МТДЧ. Тиристоры каждой фазы в МТДЧ переводятся в проводящее состояние в начале положительного полупериода питающего напряжения, с учетом сигнала управления, т.е. здесь чаотота приложенного на первичные обмотки напряжения определяется частотой управления тиристорами.

Ультрагармонический резонанс в ферромагнитных и магнитно-ти-ристорных устройствах позволяет получить на выходе этих преобра-

зователей напряжение о нужной частотой.

Ферромагнитная часть однофазных удвоителей частоты с трехфазным входом содержит две одинаковые, пары сердечников. Первая пара (с первичными и выходными обмотками) является первым эль-мэнтом, вторая - вторым элементом умножителя частоты в два раза.

Из различных схем утро^телей частоты рассмотрены схемы с параллельными цепями постоянного' тока (регулируемые утроитоли со свободным протеканием четных гармоник тока) и последовательными цепями постоянного тока (утроитэли с подавленными четными гармониками тока).

Проанализированы sohW устойчивого режима умножения частоты в 8 раз для различных видов умножителей. Из приведенных видов увосьииритолей частоты лучшим считается одноступенчатый увось-мэритэль частоты с "синусными" обмотками, у него форма *внхо дно го напряжения ближе к синусоидальной, расход активных материалов и потери меньше, первичные токи симметричны, первичные обмотки можно переключать ср звезды на треугольник (и обратно).

Приведены также описания релаксационных устройств, различающихся своими схемами и областями применения.

Рассмотрены автономные и ведомые сетью инверторы с выходными феррорезонаноными одно- и двухэлементными стабилизаторами.

Во всех исследуемых устройствах присутствуют полупроводни- ■ ковыэ (неуправляемые и управляемые) и ферромагнитные ключевые элементы, имеющие различные характеристики. Оба ключевых элемента имеют два явно выраженных состояния: открытое и закрытое. Показано, что насыщенное состояние ферромагнитного элемента соответствует открытому состоянию полупроводникового диода (тиристора), ненасыщенное -закрытому состоянию тиристора. Для магнитных материалов отношение магнитных проницаемостой в насыщенном и ненасыщенном состояниях J1»/^ составляет 10"^ ... 10"-', отношение прямого и обратного токов в полупроводниковых диодах равно

Тлр ¡Icsp = бпр U / Qofp U НО• (04

Поскольку обратные токи через диоды и токи магнитнъх элементов в ненасыщенном режиме, и падения напряжений на насыщенных ферромагнитных элементах и открытых диодах составляют доли процента от тока и напряжения на нагрузке', соответственно, с достаточной инженерной практики точностью рассматриваемое элементы можно считать-ключами, т.е. считать что при U , (//<,?>- • при i *0 » U/i -о •

Можно представить ферромагнитный элемент как ключ, если аппроксимировать кривую намагничивания ферромагнитного- олемента тремя отрезками прямых. В этом случае схема замещения такого элемента может быть представлена в виде параллельного соединения идеального ключевого элвмента и катушкй с постоянной индуктивностью пропорциональной магнитной проницаэмооти Д

Таким образом о достаточно высокой точностью и полупроиод-. никовыэ диоды и ферромагнитные элемента можно свести к некоторым эквивалентным цепям, содержащим ключевые элементы и линейную цепь, значительно меньше влияющую на напряжения и токи цепи,чем ключеБой элемент.

Доказано, что характер процессов происходящих в ключах, соответствующих ферромагнитным элементам, аналогично характеру процессов в ключах, соответствующих вентильным элементам, если часть" системы, в которую они соединены, одинакова.

С развитием систем с тиристорными и магнитными преобразователями, а также систем, использующих сочетания обоих типов нелинейных элементов, появилась необходимость выделить из этих систем типовые блоки, уравнения состояния которых в стационарном режиме будут эквивалентны. Системы, использующие вентили, можно разделить на два класса.

1.Система, типовым блоком которых является один <тиристор: .'управляемые выпрямители, умножители частоты в четное число раз,

вентильные группы делителей частоты без звена постоянного тока.

2.Системы, типовым' блоком которых являются пара встречно-параллельно включенных тиристоров: регуляторы и стабилизаторы постоянного напряжения, умножители частоты в нечетное число раз, некоторые типы делителей частоты в целое число раз.

Системы, использующие ферромагнитные элементы также делятся на два класса:

I.Системы, типовым блоком которых является управляемый ферромагнитный элемент, последовательно соединенный с диодом: например, регулируемые выпрямители.

. 2.Управляемый или неуправляемый ферромагнитный элемент: ферромагнитные регуляторы и стабилизаторы напряжения, умножители и делители частоты. В некоторых случаях типовым блоком таких устройств является два параллельно соединенных элемента.

Возможность эквиЕалентироЕания магнитных и тиристорных систем позволяет совместить в одном устройстве свойства магнитного

и тиристорного элементов. Такие устройства можно определить как магнитно-тириоторные. В этих устройствах управляющим элементом является магнитный, а силовым - тириоторный.

Результаты расчетов, полученные для одного вида Систем, могут быть с учетом определенных условий перенесены на другие виды. Принцип магнитно-тиристорной аналогии может быть положен в основу анализа и синтеза устройств с вентильными элементами, обладающих теми же свойствами, что и ранее гзвестные ферромагнитные.

Далее приводится расчет систем с магнитными и тиристорными элементами. В тиристорно-к'онценсаторных уепях, где тиристорная пара соединена последовательно с £ , [_ , С и параллельно с этими элементами', исследован феррорезонано напряжений и токов.

Анализу и исследования электрических цепей, содержащих отдельные нелинейные ключевые элементы, посвящены многие'работы. Однако в этих работах практически не рассмотрена динамика процессов в подобных цепях. В каждой из них есть свои преимущества - ряд предлагаемых авторами методов позволяет достаточно точ но описывать нелинейности, другие методы даит возможность адекватного реальным процессам исследования цепей. Для качественного определения всех процессов и наглядности полученных результатов необходимо,.кроме приведенных (аналитических и графо-анали-тических) методов исследования, использовать математическое моделирование и для реализации решения применить вычислительную технику.

Рассмотрены различные методы построения сигнальных графов, которые с учетом особенностей математического моделирования отвечают критериям устойчивости моделей и позволяют исследовать нелинейные цепи в установившихся и динамических режимах.

В третьей глава излагаются основные принципы математического моделирования нелинейных ключевых элементов, обосновывается выбор графа Яоутса для анализа этих цепей, доказываются теоремы о динамической и структурной устойчивости моделей сложно-резонансных цепей с нелинейными ключевыми элементами.

Граф составляется с учетом необходимых признаков моделирования, свойственных только аналоговым "вычислительным машинам. При этом с помощью построенного графа легко определяются ряботп способность, устойчивость и надежность математической мплели.

Для исследования электрических цепей о ключевыми н^лтшинч

ми элементами, использовано математическое представление физических процессов в отдельных элементах реальных устройств и в устройстве в целом. При известных воздействиях уравнения реакций в цепи являются дифференциальными с известными начальными условиями.

Для исследования нелинейных резонансных цепей в качестве основного математического приема, используется линейные графы комбинаторной топологии-и математическое моделирование на основе этих графов. Приводится разработанная- методика для выполнения исследвания сложных резонансных цепей с нелинейными ключевыми элементами.

Обоснована устойчивость математических моделей, включениях в себя дифференцирующие и интегрирующие элементы. Для замкнутого контура с операционными усилителями рассмотрена возможность нахождения четного и нечетного числа решающих элементов.

Доказана устойчивость системы с алгебраическими и дифференциальными -уравнениями. Если модель составлена в соответствии с дифференциальными уравнениями, то условия устойчивости проверяются так иэ как в случае еэ составления в соответствии с алгебраическими уравнениями, учитывая, что при низкой частоте Л -» о коэффициент усиления интегратора стремится к бесконечности, а дифференциатора - к нулю.

При работе операционного усилителя (ОУ) в режиме дифференциатора, если на вход подается ступенчатое напряжение f 0 'Hfu t < о ^ [ л = const , fcfu £ > 0.' ■ " конденсаторы заряжаются без разряда и в принужденном режиме по такой цепи ток не протекает (цепь разрывается).

Если же в контуре имеется только интегратор, то разрыв цепи обратной связи ОУ не вызовет расхождения систем.

При нечетном количестве Of в контуре произведение всех его коэффициентов усиления меньше нуля, в противном случае -если эти произведения положительны - система расходится.

Установлен следующий порядок исследования сложных резонансных цепей с нелинейными ключами:

I,Разрабатывается, если возможно, универсальная физическая модель, .процессы в которой аналогичны с процессами в исследуемом'устройстве на вычислительных машинах.

2.Составляются дифференциальные уравнения сложно-резонансных цепей или групп устройств.

3.Для групп аналогичных резонансных устройств разрабатывается универсальная физическая нодаль.

Ч«Выбираются в соответствии с приведенными методами, базисные величины и все уравнения записываются в относительных единицах.

5.Применяется следующая программа исследования - определяются значения и возможные пределы изменения параметров, при которых будет проводиться исследование, режимы работы устройства, нужные для исследования переменные и т.д.

6.На основе дифференциальных уравнений составляется сигнальный граф структурной схемы математической модели сложно-резонансных устройств с нелинейными ключевыми элементами. При составлении графа необходимо стремиться к тому, чтобы в каждом'контура участвовало минимальное количество вершин. С-помощью графа проверяется устойчивость и сходимость модели. При составлении графа необходимо учесть малые параметры для обеспечения устойчивости модели. Этими параметрами при аналитическом решении пренебрегают.

7.На основе сигнальных графов составляется структурная схема математической модели.

8.Набирается модель устройства.

Построены математические модели нелинейных элементов - тирио-тора, симметричного-' тиристора и полностью управляемого) тиристора. Изеэстно, что при расчете магнитных цепей встречаются прямая и обратная задачи - В (м) и И (О . Аналогичные задачи встречаются при моделировании полупроводниковых нелинейных элементов -¿т(и-0 И иг(1т> .

При моделирование тиристора в первом случае (прямая задача), когда задано напряжение на тиристора, требуется определение тока через тиристор - 1т(Ит>) , в случае же когда известно 1т определение 11т является обратной задачей.

Известные методы моделирования тиристоров, входящих в электрическую схему тиристорных преобразователей, непригодны в общем случае. При разработке устойчивых отруктурных схем математических моделей сложно-резонансных устройство ключевыми элементами целью является не достижение устойчивости отдельных решающих усилителей, а создание условий для устойчивой работы модели.в цолои.

- н -

В работах,, посвященных разработке модели тиристора, часхо решающие усилители, Еключенные последовательно с контактом реле, отключаются с помощью реле, и последовательно с контактом включайся другие. Переключения' этих.цепей с помощью реле практически происходит мгновенно, но теоретически это время оказывается бесконечно большим. За это время решающие усилители в целом успевают -возбудиться (вследствие разрыва цепей обратных связей как отдельных 07, так и всей системы). В сложных резонансных цепях с ключевыми устройствами при таких переключениях, в которых участвует большое количество реле, в результате обрыва обратной связи системы (при этом Но*00 ) коэффициенты усиления усилителей возрастают до бесконечности, поэтому усилители перестают работать. Применяемые различными авторами математические модели для таких цепей не учитывают падения напряжения в проводящем тиристоре и обратный ток через тиристор. Во всех работах рассматриваются модели тиристоров с заданным напряжением на'них. При решении поставленных задач часто приходится пользоваться моделью тиристора с заданным током. •

Вольт-амперные характеристики тиристоров аппроксимируются на модели достаточно точно двумя или тремя прямыми,- в том случав, когда последовательно с тиристорами в схеме включена линейная индуктивность. Если же её нет, то нужно ввести в cxekty сколь-угодно малую индуктивность, т.к. при её отсутствии вольтамперная характеристика модели тиристора будет резко отличаться от реальной.Если электрическая цепь содержит индуктивность, то модели тариоsopo е упрощаются. Автором разработаны модели тиристоров с заданным током -и напряжением на них, т.е. модели, позволяющие воспроизводить В.А.Х, Iт si-т(ih1^ и обратную зависимость U-t-Ut(Lt) .

. Модели тиристора, симметричного тиристора и полностью управляемого тиристора составлены таким образом,что контакты реле находятся только.в цепи обратной связи каждого усилителя последовательно с сопротивлением в цепи обратной сеязи (ОС) усилителя.Параллельно с отой ветвью включено сопротивление f?'0 > R0 • Таким образом, когда контакт реле в цепи ОС размыкается, цепь ОС усилителя остается замкнутой резистором к0 . Отношением I? о и входно гс резистора определяется коэффициент усиления в различных режимах ОУ. Поэтому коэффициент усиления при разомкнутом контакте реле-и при замкнутом (/?«, /Rg* ) сильно различаются. Этими коэффициентами определяются падониб напряжения в прямом направлении и приложенное обратное напряжение на тиристоре (обратная задача), ток

при открытом тиристоре и обратный ток (ток. утечки) при решении прямой задачи. Установлено, что при моделировании ферромагнитных устройств, которые являются также основными нелинейными элементами в сложно-резонансных $епях, для обеспечения устойчивости работы моделей, зависимости 8 (И4) и Н (в") (прямая и обратная задачи) выполняются в одном контуре. Таким же образом прямая и обратная•задача тиристорных частей схемы'моделируются в одном замкнутом контуре, если в устройстве присутствуют несколько тиристоров. При наличии одного тиристора и диода, диод и тиристор должны моделироваться в одном контуре. '

В_четве£той_главе рассматриваются физические модели управ- . ляемкх феррорезонансных стабилизаторов.

Нелинейный элемент и линейная емкость соедт'чены последовательно. Незначительное изменение напряжения на нелинейном элементе о насыщенным сердечником происходит тогда, когда изменяется ток^ проходящий через обмотки нелинейного элемента.

Основным нелинейным элементом является управляемый дроссель о внешней обратной связь». Плавное регулирование выходного напряжения осуществляется с помощью тока 1о| •

При изменении входного напряжения амплитуда магнитного потока насыщенных магнитных сердечников изменяется незначительно, так как напряжение на нелинейном элементе также пропорционально изменению магнитного потока. Так происходит стабилизация выходного напряжения.

Ниже приведены дифференциальные уравнения(в относительных единицах) стабилизатора напряжения (рис.1):

й,(-4 ) = Он», ■ _

й, гй^-й^ас-А'&Г.-фЛ,^

ал аЛ аД

■ й^йвг-й.^*^-^ ¿фе Вг тсСГ( (I)

¿и ' 1 ~ГГ

'

о + ¿Фб В ~ +Т ¿Ло

¿А <11 с(я

аг .-й, = . ¿Ф? г п 7 т ¿и

Намагничивающие силы

Г( * кг[г и 14 - РА

I < - (сЛг •+ и к а 1л -- РБ

- к -

Здесь , У-г -входное и выходное напряжения; =

Ш< -Ц5г-11г -напряжения на диодах; Ус - напряжение на конденсаторе; К, , К„ , ^ - активные сопротивления обмоток нелинейного элемента, цепи ОС и нагрузки; I» , Ь' и ¡-и'-^нвуктивности обмоток ОС, первичных обнотаж -и нагрузки; фл , ФЕ , Рр , Рв -. магнитные потоки и Н.С. сердечников А и Б ; 0с( , , -напряжения подмагничивания и напряжения на'диодах; 1</, и. , 10 1с1 - токи в первичной цепи, цепи нагрузки,: в обмотках ОС,

подмагничивания и. через диоды; К, = ^Рг ' , Ка

' При доставлении (I) потери в стали и динамические потери не учитывались, активные потери в обмотках учитывались активными сопротивлениями, кривая намагничивания аппроксимировалась тремя отрезками прямых. Из (I) получаем

ей Л! _ ' оА _

I - П П. ^СЕи ¿Фе: ' 5 7

ТГ ' "а - - -гт---- с°

(3)

М си

1-5 = 1-о - 1а

-1( = - Рд и 4 ¿о * Ха ¡-а

Р6 г 2 С» -

- йс4!г. <«*

В соответствии с уравнениями (3) составлен.сигнальный граф стабилизатора (рис.2),' построенный в соответствии о требованиями, предъявляемыми к составлении математической модели. В каждой ' вершине входной сигнал инвертируется независимо от того, какая операция выполняется, число вершин в замкнутых контурах минимально и нечетно. В одном замкнутом'контуре выполнены прямая и обратная задачи магнитной цепи, т.е. от известного магнитного потока фл сердечника А определяется намагничивающая сила , с помощью Рд , в соответствии с (3), определяется Н.С. Рг сердеч-

ника 5 ., Далее, в этом контуре от определяется магнитный-поток -сердечника - 5 . Аналогично выполнены прямое и обратное преобразования В.АД, диодов о заданным напряжением и током в одном замкнутом контуре -*• I г -*■ из-4)

С заменой верлин; графа соответствующими операционными усилителями получается математическая модель стабилизатора напряжения'.

Исследования управляемого феррорезонаноного отабилизатора на реальной и математической модели проводились при холостом ходе, активной нагрузке с различными коэффициентами мощности.

Приведено сравнение кривых, полученные на физической и математической модели, показано их совпадение. Максимальное значение кооффициента стабилизации соответствует максимальному значению тока 7.Л . При активной нагрузке стабилизация происходит в более широком пределе изменения входного напряжения,' чем при актпкно-инцуктивной нагрузке, -Определена область устойчивой работы стабилизатора при разных сопротивлениях нагрузки,токах коэффициентах мощности и емкостях конденсатора С. Широкий диапазон изменения входного напряжения соответствует значениям сопротивления конденсатора • ... 0,25. Продолжительность

переходного процесса, составляет три-четыре периода входного напряжения.

Подробно исследован параметрический трансформатор и его свойства. Управляемый трансформатор с взаимно-ортогональными С-образпими сордочшшами снабжен также взаимно-ортогональными обмотками \л)( и VIг (рис.З). Два таких С-образных идентичных сердечника состыкованы п повернуты друг относительно друга на 90°. Геометрически симгатричниэ сердечники пкечт равные кагнит-:шз сопротивления. Если эта симметрия кэ нарушается, то при по-дачо сигнала на вход сигнал на выходе отсутствует.

Равенство магнитных сопротивлений нарушается в соответствии с конструкцией в пастах стыка. Когда по входной обмотке проходит переменный ток , что создает магнитныЯ поток Ф< первого сердечника, ток вторичной обмотки Ьг создает потек Фг . Зти магнитные потоки в одной диагонально расположенной па-е стыка складываются, а в другой - вычитаются. Таким образом, равенство в местах стыковки магнитопроводов результирующих магнитных потоков (магнитных сопротивлений) нарутааетоя и это способствует появлению на выходе напряжения. Такое свойство конструкции позво-

ляат изменением магнитного сопротивления сердечников созвать различные асимметрии магнитных цепей и получить трансформатор с регулируемым коэффициентом передачи.

•Рассмотрен управляемый и неуправляемый параметрический фер-рорезонансный.стабилизатор напряжения.

Объединив активные потери с приведенным активным сопротивлением нагрузки = +йч/(Wl /vVf ) J и пренебрегая потоком рассеяния -с помощью метода эквивалентных синусоид записаны уравнения паратранса по законам Кирхгофа в комплексной форме. Определены аналитически регулировочные и внешние характеристики.

Известно, что кривая намагничивания до настоящего времени аппроксимировалась полиномом третьей степени, а исследование работы паратранса проводились с учетом этой аппроксимации. При этом использовались графические построения, усложняющие расчеты характеристик в различных режимах паратранса, которые существенно отличались от реальных значений.

¡Тля устранения таких недостатков кривую намагничивания паратранса о взаимно-ортогональными сердечниками необходимо аппроксимировать полиномом пятой степени.

Магнитная цепь паратранса показана на рис.Эб, а её эквивалентная схема представлена в виде попарно параллельных и взаимно-перпендикулярных в пространстве четырех контуров (рисЛ).

. ВДС и поток каждого- контура равны половине ВДС и потока входного и выходного кагнитопроводов.

Для двух взаимно-ортогональных магнитных контуров составлены уравнения

0,5 I,« (6|ср -Уг^Н.-^Гьр (НЙ + Н»") 4 Ыер

0.5'= -Г4)Н» + Йч.(Н4 Иг, (4)

где 1|,ч2' -токи первичной и выходной обмоток; Нд , Не , Н© -напряженности магнитного поля в местах стыка магнитопроводов; Н1 и Иг - напряженности магнитного потока в соответствующих магнито-проводах; Н12 и Йа — напряженности магнитного поля, обусловленные магнитным потоком одного магнитопровода в другом,-' £1 и ¿г глубина проникновения потоков <$, и сЬ ; Ь/с^> =Ь+!Г<) Ь^р,-- Ь2 + 5с.р Гср-^, <-$2.)/г - средние длины магнитных силовых линий на участках; средние длины магнитопроЕодов - Ц и

Вводя в уравнения (4) для Н, , Ц2 , Ц,г , Иь , + Ц »и Цд*-, нелинейную сваяь между Н и 6

Н --а,& + а* ь3ч с^Ь* (5)

и напряженности магнитного поля, выраженные через магнитные потоки получаем:

0,5 I, -(С.*С|«<Й ♦ Спф^ф.^сз-^гс^ф'^сь,

Ц5и/2 и =(к1+ Кг, ) Ф2 + (ку+ К.цФ< Ж * к* СЬ г (б)

Определены магнитные сопротивления входной и выходной магнитных цепей и вносимые магнитные сопротивления, обусловленные взаимодействием магнитных потоков в местах стыка сердечников:

Кт 1 ~ Г\т1

Й.-тг - ^г (Фг") + ёи (сЬ , 6 г.)

Установлено, что параметрического воздействия вторичной цепи на первичную не происходит, если магнитная цепь входного маг-нитопровода кэнаоищена, т.е. когда 1,2 Тл , тогда Ят^^о.

Для определения, установившихся значений амплитуды и фазы выходных колебаний паратранса, а тйкке определения устойчивости решений, с учетом (7) и получено уравнение пара-

транса

Далее методом медленно! меняющихся амплитуд определено; укороченное уравнение паратранса.

Динамическая характеристика парастабилизатора приведена на рис.5. Кривые I и 2 являются экспериментальными и соответствуют нагрузочному режиму. Кривые 3 и А рассчитаны по вышеизложенному методу (I и 3 - без обратной связи, 2 и 4 - с обратной связью).

Для составления сигнального графа и математической модели инвертора с выходным паратрансои (рис.6); составлены цифферснци-альные уравнения, из которых после некоторых прообразе -аний определены:

- 20 -

• d<tv-р-ч du м _ ц , ^ - RL4

l éii = E. w* - Lib - tir * - ft u ■ ett ... oit cL-t

-Uck =UT) -Цтг _ LT( = Lг>« - Li -Ick:

1г = - ¡-та Lc.fc

1 ; 1 '/' -1-T2 f t-Ti-td

dL'd (9)

Uj«=-liT< "Râla/ - U r . .

cL-fc ; ; |

a.t

-wp.^-a^-a^.ijt^at

■ = Un = - lie« =

Cf

Lk - -Un + RH LH

для построения зависимостей пар&транса из. его ос-

новных уравнений составлены алгоритмы решения этих уравнений на цифровой машине для различных значений магнитной индукции и входного напряжения при Ut

b(û(OU f)22«0,'.2l456Q5êî) - О,{(с, = 0.05Î

.о,« & + a,;(j,ffi2 g"4 S,«6qi + <>22i.a''+2145S

При l^sU^n, fin , 0,5 l)(ii и соответствующих магнитных индукцияк даны уравнения о различными коэффициентами переменных' а, и I , где' -д «(/^TgT.

На рис.7 приведен граф структурной .схемы модели параинвер-тора.-

В пятой_главэ изложены методы моделирования однофазного (одноэлементного) я двухэлементного удвоителей, утроителей, учет-верителей чаототы. Смоделирована схема аналогичная схеме одноэлементного удвоителя чаототы, отличие заключается лишь в том, что принятом устройстве П элемент питнотоя от источника косинусом-

дальнего напряжения.

Первичное напряжение может иметь прямоугольную форму с постоянной составляющей. Такое положение имеет место в трехфазных преобразователях, частоты, составленных по схеме трехфазный выпрямитель - тиристорный инвертор, где каждый тиристор инвертора работает на свою обмотку.

Установлено, что при постоянных параметрах преобразователя, изменяя уровень постоянной составляющей и емкостное сопротивление резонансного^ выходного контура на модели можно получить следующие режимы: деление частоты в два раза, удвоенйе и утроение частоты^

Для обобщенного изучения процессов в умножителях частоты адного; и того же типа использована универсальная схема с физическими моделями. Для исследования многократных умножителей частоты и для изучения влияния различных промежуточных гармоник использован универсальный умножитель частоты.

При работе ферромагнитных устройств их сердечники могут находиться как в насыщенном, так и в ненасыщенном состояниях.Магнитное состояние сердечников зависит от режимов работы устройств. В принужденном режиме ркдна. состояния магнитных сердечников происходит периодически. В течении определенного времени продолжается одно магнитное состояние., сердечника, далее это состояние сменяется другим и т.д. В любом из этих, состояний в магнитных сердечниках преобразователей происходит линейный переходный процесс, который, не успев завершиться, прерывается, сменяясь новым линейным переходным процессом, происходящим в период, нового состояния и т.д.

Определены регулировочные свойства утроителей при изменении в широком диапазоне параметров цепей питания, управления и нагрузки..

Установлено, что при ' < Сцц выходное напряжение из-

меняется пропорционально входному, а при ><,3 - изменение

значительно слабее. При уменьшении м ниже единицы, происходит Скачок напряжения - оно резко снижается до, нуля. С увеличением ^(т в точке м происходит изменение скачком выходного напряжения I*г - от нуля до некоторого значения. Когда R4.Rn .то после такого скачка появляются автоколебания в устройстве.

Для расчета Енешних характеристик учетЕерителя частоты, в отличие от подхода, применяемого при математическом моделирова-

нии, кривая намагничивания аппроксимировалась гиперболическим синусом. При расчете учтены I и 3 гармоники тока в первичной цепи, вторая гармоника тока и потока в цепи самоподмагничивания и четвертая - в выходной цепи. Внешние характеристики, полученные в результате расчета на ЦВМ математической модели и экспериментально, совпадают,

с

С помощью универсальной модели исследовались процессы в уво-смерителях частоты, было установлено, что при скачкообразном из-, менении питающего напряжения и сопротивления нагрузки переходный процесс заканчивается за два-три периода входного напряжения. Определена также продолжительность переходного процесса во всех исследуемых умножителях частоты.

В_шестой_главе диссертации рассматривались и исследовались модели: одно- и трехфазных магнитно-тиристорных делителей частоты в 4,8,16 раз, уполторителя частоты.

МТЗН - 4,8,16 питались от сети частотой 400 ГЦ. При этом сигнал управления тиристорами подается в зависимости от того, какой из этих трех вариантов деления рассматривается (например,для ЮТ-1» частота импульсов управления была равна 200 ГЦ).

Если сигнал 'управления подается с блока управления в виде импульсов с частотой в два раза меньшей частоты питающей сети, то к первичной обмотке делителя будет приложено напряжение, основная гармоника которого изменяется с частотой управления тиристорами, т.е.-в два раза меньшей частоты питающей сети.

В трехфазном МШ - 4,8,16 тиристоры Т, » Та » Тз (рис.8) управляются такими же способами, как и в схеме однофазного МЦДЧ.

Показано, что управление тиристорами в МТДЧ отличается от управления тиристорами,входящими в электрическую схему умножите- . лей частоты. Когда Т, . Та > Т.з работают в режиме выпрямления, то накапливается энергия в дросселях. С наступлением инверторно-го режима тиристоры должны запираться и поступление энергии от источника в параметрический делитель частоты прекращается. Запа-.сенная в схеме энергия должна возвращаться в сеть. В это время тиристоры долены открываться в отрицательный полуперкод входного напряжения, чтобы создать путь для прохождения тока за счет реактивной энергии магнитного поля индуктивностей МТДЧ. Такие индуктивности в этом интервале выступают как источники тока, и тиристоры для таких токов остаются открытыми поочередно даже при отрицательных полупэриодах входного напряжения. Ток в цепи не может

изменяться скачком и уменьшается плавно по экспоненциальному закону до нуля. Поэтому продолжительность этого инверторного режима становится больше, чем выпрямительного.

Эти особенности реальной физической модели реализовались при математическом моделировании следующим образом. На вход 07 подается постоянный и пульсирующий ток разной полярности и регулируемой амплитуды. Разность этих сигналов дает переменное напряжение с разными продолжительностяш полупериодов. Продолжительность положительного полупериода равна продолжительности выпрямительного режима, а отрицательного - инвентарного режима. Положительный пол/период сигнала подается к поляризованным реле ' РП1,' РП2, РПЗ (рис.9) и они действуют только на открывание тиристоров на модели в выпрямительном режиме. В этом'же режиме тиристоры закрываются отрицательным полупериодом тока через тиристоры. С прекращением выпрямительного режима прекращается подача управляющего сигнала к усилителям и наступает инверторный режим, где тиристоры должны открываться в отрицательный полупериод входного напряжения, а закрываться в положительном полупериоде. К РП1, РП2 и РПЗ поступают сигналы через электромагнитные реле ЭП1 (эти сигналы увеличиваются в 10 раз). Положительные полупериоды этих сигналов действуют на открытие в отрицательном полупериоде питающего напряжения, отрицательные же полупериоды этих сигналов действуют на закрытие тиристоров. С прекращением инвер-торного режима наступает выпрямительный режим, когда прекращается подача питания к реле ЭП1 и оно отпускает свои'контакты. Одновременно с этим поступают новые сигналы для питания соответствующих реле РП1, РП2 и РПЗ и вышеописанные процессы повторяются.

На рис.Юа приведены области существования устойчивого деления МТДЧ-1», снятые на модели (сплошные линии) и экспериментально (пунктирные линии). На рис.106 представлены области существования устойчивого деления МЦЧ-9, снятые на модели (сплошные линии) и экспериментально (пунктирные линии), на рис.10в - внешняя характеристика МТДЧ-8, снятая на модели (сплошные линии) и экспериментально (пунктирные линии).

Для МХДЧ-8 определено, что о увеличением тока нагрузки на выходе преобразователя область существования уменьшается, причем границы ее несколько смещаются в сторону меньших значений емкости колебательного контура и входного напряжения. Наиболее мощные

-2 Ч -

субгармонические колебания возникают вблизи я310Р ираницы, поэтому при проектировании таких делителей частоты рабочий режим следует выбирать при значениях Хс =0,02 и =2. При уменьшении сопротивления в цепи нагрузки ниже "критического" наступает такой режим делителя, при котором происходит."срыв" субгармонических колебаний с заданной частотой (режим короткого замыкания делителя). В этом^олучае субгармонические колебания на выходе делителя не возникают ни при каких значениях X*. и Ц . При исследовании областей существования устойчивого деления МХИ-8 в режиме холостого* хода делителя наблюдались автоколебания у правой границы области, При переходе делителя от режима холостого хода к режиму с нагрузкой автоколебания уменьшаются и при значениях сопротивления цепа нагрузки меньших ^»о.ГЙн совсем исчезают. В верхней части области и по левой граница еа имеется область затягивания, характеризующаяся тем, что; устойчивые субгармонические колебания с выходной частотой здесь существует только тогда, когда делитель в процессе его работы в определенном режиме переходит в эту область при скачкообразном измонении величин X*. и и, . Если -де отключить делитель от сети во время работы его в области затягивания, то при повторном включении колебания'на выходе но возбуждаются. Полученные по результатам математического моделирования и экспериментально области существования совпадают и лежат в пределах тех же значений и и( . Внешняя характеристика у ШИ-8 жесткая, и при переходе делителя от ракима -холостого хода к режиму с максимальной нагрузкой напряжение на выходе его уменьшается всего лшь на 8 * 10 % от номинального значения.

Составлены и решены системы уравнений, характеризуйдна изменения напряжения, токов и намагничивающих сил в пределах каждой стадии рабочего цикла делителя б восемь раз, что позволяет дать не только качественную, но и количественную оценку искомым величинам,

В результата аналитических расчетов делителя определено,что один период изменения выходного напряжения разбивается на четыре интервала: в течение двух из них один из сердечников насыщен и происходит перезарядка конденсатора возбуждения; в течение двух других-оба сеодечника. не насыщены и конденсатор лишь слабо разряжается через нагрузку,"В связи с такими процессами,напряженка на выход? делителя приобретает трапецеидальный характер,с доста-

точно крутым фронтом нарастания напряжения в начале полупериода.

В начале каждого полупериода волна тока имеет два всплеска разной величины: первый всплеск соответствует увеличению напряжения на конденсаторе возбуждения, второй - некоторому уменьшению (характерная ступенька). Наличие таких двух всплексков объясняется тем, что.длительность интервала открытия тиристора несколько больше, чем три периода изменения входного напряжения. Длительность интервала открытия тиристоров зависит, от величины емкости конденсатора возбуждения. При =0,05 ... 0,08 вели-

чина нежелательного Еторогсг всплеска достаточно мала и ступенька выходного напряжения практически отсутствует.

Переходный процесс при изменении емкости возбуждения, напряжения сети и нагрузки длится не более 1-2 периодов изменения выходного напряжения.

Аналогично- протекают процессы в магнитно-тиристорных делителях частоты в 4 и 16 раз.

Анализ осциллограмм переходного процесса МТДЧ-8 показывает, что при переходе делителя от холостого хода к нагрузочному режиму и при внезапном сбросе нагрузки от номинальной до нуля никаких "бросков" тока не наблюдается. $орма же выходного напряжения при этом почти не изменяется. Изменение формы выходного' напряжения происходит при скачкообразном изменении входного напряжения до 50 % вышв номинального и последующим понижении его до номинального. Длительность переходного процвсоа в этом олучае не превышает одного периода выходного напряжения. При скачкообразном уменьшении сопротивления в цепи колебательного контура длительность переходного процесса составляет не более полупериода выходного напряжения..

Исоледование ВДДЧ позволило выяснить некоторые особенности электромагнитных процессов, протекающих при преобразовании энергии колебаний выходной частоты в ферромагнитных элементах таких преобразователей. Установлено, что рабочий режим в делителях возможен в двух зонах области существования устойчивых колебаний с , заданной выходной частотой - в зонах насыщения и главного насыщения - последняя из которых располагается вблизи левой границы области. Особенно ярко эти зоны выражены в МТДЧ с кратностью деления больше четырех.

В первичной цепи однофазных МТДЧ создаются неодинаковые условия для поддержания субгармонических колебаний в контуре воз-

букдения, которые изменяются в зависимости от кратности деления. В связи с этим в однофазных магнитно-тиристорных делителях частоты основные рабочие режимы (циклы) будут различны и также будут зависеть'от кратности деления частоты.

В результате исследования однофазных МТДЧ-4,8,16 установлено, что области существования колебаний с частотой в 8 раз меньшей частоты сети соответствуют меньшие значения первичной индукции, чем области существования колебаний з 4 раза, но они несколько больше значений индукции, соответствующих области о кратностью деления равной 16. Следовательно, с увеличением кратности деления области существования субгармонических колбеаний располагаются при соответствующих более низких значениях первичной индукции. ■ '

Преобразователь частоты в.1,5 раза (одноступенчатый) рассматривался в различных вариантах исполнения. Несмотря на то,что такой преобразователь называется уполторителем, он функционирует как'делитель частоты. Принцип действия его осноьан на автопараметрическом резонансе, поэтому такой преобразователь рассмотрен вместе с другими делителями частоты.

С помощью модели уполторителя частоты определена'область су-шествования колебаний в колебательных контурах. Изменение тока подмагничивания приводит к смещению границ этих областей, при возрастании Xj одновременно должны увеличиваться и значения Ui*, и с . Это приводит к росту тока и потерь в обмотках • преобразователя, область существования нормальной работы устройства сокращается.'Наиболее широкие области получены в диапазоне ïd "I ... 2; определено, что. минимальной значение емкости в колебательном контуре равно 0,4 ... 0,6, ниже которого; происходит срыв, колебаний полуторной чаототы. Построены внешние и нагрузочные характеристики !греобразователя. Внешние характеристики жесткие. ......

С помощью математической модели уполторителя установлены возможные сочетания магнитных состояний' сердечников преобразователя, определены области значений параметров, ,при которых на выходе преобразователя существуют устойчивые колебания с полуторной частотой. Исследовано влияние различных параметров на длительность переходных процессов при подключении преобразователя к питающей сети.

В седьмой главе рассматриваются автономные магнитно-тиристор-

ныо инверторы с различными выходными резонансными устройствами.

Исследованы преобразователи о одно- и двухэлементным выходным феррорезонансным стабилизатором, определены минимальные и номинальные значения величин емкости на выходе инвертора, емкости коммутирующих конденсаторов, параметры линойного дросселя в цепи-коммутации, и чиоло витков компенсационной обмотки, а также зона устойчивой работы инвертора при номинальной нагрузке, про--межуточном режима и холостом ходе,'

При значении емкости в цепи коммутации ниже 0,15 происходит срыв инвертирования. Определено также максимальное значение коммутирующей' емкости ск = 0,7 и номинальное значение . =0,22. Определены области стабилизации выходного напряжения инвертора при изменении входного напряжения, емкости в цепи-феррорезонанс-ного контура, сопротивления цепи нагрузки. При изменении напряжения питания на + 15 % от номинального значения и номинальных всех остальных параметрах гыходное напряжение изменяется на +'($.

Определены оптимальные параметры инвертора при входнои напряжении ЁГ "6,5: сГи;=0,22; сГр =11 1(1=0,5; (^=2,4.

При включении в сеть инвертора с активной нагрузкой длительность переходного процесса составляет три периода выходного напряжения, а в олучае активно-индуктивной нагрузки - 4 периода.

Анализ работы инвертора показывает, что преобразователь устойчиво работает во всем диапазоне нагрузок, не превышающих значения параметров, приведенных выше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Разработаны теоретические положения аналогового моделирования, применительно к сложно-резонансным цепям о нелинейными элементами, что позволило разработать и создать эффективные устройства данного класса. При этом получены следующие основные результаты:

1.Разделение резонансных цепей на отдельные группы по видам резонанса позволило сравнить их между собай, усовершенствовать и выбрать такой режим, при котором выходные параметры отвечают поставленной задаче. Данный.обобщенный классификационный признак позволил установить общие тенденции развития и подхода -как существующим, так и вновь создаваемым устройствам.

2. Разработан топологический метод построения структурных схем аналоговых моделей нелинейных цепей. На этой основе составлены мате-

магические модели тиристоров, реализация которых позволила создать эффективные метода моделирования ультрагармонического, субгармонического и феррорезонансов.

3. Предложена методика совместного использования аналитических методов расчета и аналоговых методов моделирования, позволяющих определить номинальные циклы работы в субгармонических и ультрагармонических цепях.

4. Исследованы стационарные и переходные режимы магнитно-ти-ристорных делителей частоты в 4, 8 и 16 раз. Установлено, что наиболее эффективным являются делитель, у которого рабочая точка находится правее от левой границы области затягивания.

5. Предложен ряд способов увеличения продоляштельности инвер-торного режима в одно- и трехфазных магнитно-тиристорных делителях частоты в 4, 8 и 16 раз, алгоритм построения устойчивых моделей магнитно-тиристорных делителей частоты, что обеспечивает нормальную работу при увеличении реактивных составляющих полкой мощности устройства.

6. Определены условия обеспечения требуемого качества выходного напряжения и заданных характеристик уполторителя частоты и магнитно-тиристорных делителей частоты.Полученные зависимости позволили определить .области рационального использования этих устройств.

7. Обоснована целесообразность использования паратранса с пространственным сдвигом половин сердечника на 20°, исследованы энергетические показатели указанного устройства, доказано, что максимальная мощность и КПД его будут выше, чем при. ортогональном расположении, а выходное напршение не будет зависеть от формы входного напряжения.

8. Установлено, что в феррореэонансном управляемом стабилизаторе коэффициент стабилизации прямопропорционален току управления

и соответствует определенным значениям параметров резонансного контура, а диапазон стабилизации увеличивается с увеличением коэффициента мощности.

■9. Внедрение результатов исследования в практику проектирования и эксплуатацию позволило повысить эффективность ряда магнитно-ти-ристоршх устройств. Ряд теоретических положений приведенных в диссертации, используется в методологической работе при подготовке специалистов в области автоматизации.

Материалы диссертации отражены в следующих печатных публикациях:

1.Абдалов ffl.IT., Кротов Ю.И., Гасанов Д.Н., "Анализ схемы автоматизированного управления лакировальной машины" - Тезисы докладов ХЛП научной.конференции АзГШ, Баку, 1957.

2.Бамдас АЛ., Шапиро C.B., Абдалов II.И. и др. "Математическое моделирование процессов в мощном стабилизаторе с трехфазным подмагничиваемым регулятором". - Тезисы докладов ХП Всесоюзного совещания по магнитным элементам автоматики и вычислительной техники. Ташкент, 1958.

3.Разуваев Ю.П., Абдалов ШЛ., Бабаян P.A., Погорелов В.И., "Измеритель средних значений переменных величин инфранизких частот для исследования нелинейных электрических цепей на АВМ" -Промышленность Армении )S II, Ереван, 1968.

^.Бамдас A.M., Абдалов Ш.И. и др.. "Математическое моделирование ферромагнитных преобразователей частоты" - В кн. "Устройства преобразовательной техники", вып.3, Киев, 1969 г.

5.Шапиро C.B., Разуваев Ю.П., Абдалов Ш.Й. "Моделирование универсального фарромагнитно^тиристорного1 преобразователя "частоты" - В кн. "Доклады к 71 Н.Т.Конференции по вопросам автоматизации производства", том П, Томск, 1969.

6.Абдалов Ш.И., Ко<зенко> В.Л. "Исследование областей существования и переходных процессов в магнитно-тиристорном делителе частоты в восемь раз на АВМ".

- Тезисы докладов П республиканской конференции по методам расчета эл .цепей, Львов, 1969.

7.Абдалов ШЛ., Поветкин Б.Н., Бабаян P.A., Зуев P.A., "Математическое моделирование ферромагнитных многократных умножителей частоты" - Тезисы докладов П республиканской конференции по методам расчета эл.цепей, Львов, 1969.

8.Абдалов Ш.И., Косенко В.Л. и др. "Математическое модели- ■ рование ферромагнитно-тиристорного- делителя частоты в восемь раз" -"ЗТП" № 3, Баку, 1970.

9.Разуваев О.П., Абдалов Ш.И., Бабаян P.A. " Математическое моделирование тиристора" - Промышленность Армении, № 5, Ереван, 1970.

Ю.Аракелов H.A., Разуваев Ю.П., Абдалов Ш.И., Бабаян P.A., "Исследование на электронной модели устройства с подмагничивае-мнми трансформаторами, работающими на противо-Э.Л.С. "Третья межвузовская Н.Т. Конференция по применению высокоскоростных машин с элоктрприводом повышенной частоты в народном хозяйстве".

(Сборник докладов), часть П, Орджоникидзе, 1971.

П.Абдалов Ш.И. "Моделирование ТРПТ с выходом на постоянном токе". Материалы XXI научной конференции АзПИ, Баку,1971.

12.Бамдас A.M., Абдалов Ш.И., Косенко В.Л.,' "Математическое моделирование магнитно-тиристорных делителей частоты в 8, 16 раз с трехфазным входом". -Тезисы четвертой Всесойзной межвузовской конференции по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и систем. П выпуск, Ташкент, 1971.

13.ПоЕеткин Б.Н., Абдалов И.П., Бабаян P.A. "Исследование процессов в умножителях частоты на АВМ с помощью универсальной математической модели", -Тезисы 17 Всесоюзной межвузовской конференции по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и систем, I Енпуск, Ташкент, 1971.

14.Абдалов И.И. "Моделирование тиристоров" "ЗТП", ],"> 5, Баку, 1971.

15. Абдалов Ш .И., Fa баян P.A. "Моделирование симметричного тиристора на АВМ". Сб.научных трудов Ер ПИ, том 28, Ереван,1972.

16.Бабаян P.A., Абдалог И.И., "Измеритель активной мощности инфранизких частот для исследования нелинейных электрических цепей на АВМ" - Сб.научных трудов ЕрПИ, том 28, Ереван, 1972.

• 17.Абдалов Ш.И., ГЬрдин Ю.И. и др. "Моделирование преобразователя с одноэлементным феррорезонанснын стабилизатором на АВМ" "ЗТП" » 9, Баку, 1972.

18.Абдалов Ш.И., Косенко В.Л, "Исследование зон устойчивых субгармонических'колебаний в магнитно-тиристорных делителях в четное число раз" "ЗТП" f Баку, 1975.

19.Абдалов Ш.И., Сеидов $.И. " Исследование переходных и установившихся процессов в трансформаторах, регулируемых изменением подмагничивания с тиритторами. "Ученые записки", серии X, if I, АзПИ, Баку, 1977.

20.Абдалов Ш.И., Косенко В.Л, "Аналитическое исследование однофазных статических магнитно-тиристорных делителей частоты" "Ученые записки" Серия X, АзПЙ, Баку, 1978.

21.Абдалов Ш.И., Сеидов f.И., "Моделирование магнитного устройства с выпрямительным мостом". "Ученые записки" f 2, Серия X, АзПЙ, Баку, 1979.

22.A P. QcxSUmI . оча.И>^ощ dun 'di^luM*. dt

• t^cneiC. ^ ck<> i do Uli <*>HoOjm>

dxs piofwet! ¿C. cA« t'UNlL , Иои,чл1с1гл , Jfij«>Ue.l W

„„ JHAJeu G ^fto.Wüo^ OL'UM consentUvexx'L iuuim.iei

rl^c cu tw« ^ vw,

ino^. oU e'iuiL. Во1и««лДлл, , то.

24. jgdolco- <X «t'a«li4. Eiud* fa^Cu^etW.

«Ju^catC^eüA • I^ctusW-s. ^«ii.OM^ote a,

Ъомглщ.Лщ , к^елЛс (иг.

25.Абдалов Ш.И. и др. "Исследование преобразователя с двухэлементным феррорезонансным стабилизатором". Линейные и нелинейные электромагнитные устройства(тематический сборник научных трудов), Баку, 1983.

26.Сеидов Абдалов Ш.И., "К расчету .электрических цепей". Методы исследования характеристик электромагнитных систем и композиционных материалов (тематический сборник научных трудов), Баку, 1985.

27.Абдуллаев Н.Ш., Абдалов Ш.И., и др. "Анализ режимов электропотребления завода, имени Л.Шмидта. Исследование характеристик электромагнитных систем и диэлектрических материалов (тематический сборник научных трудов), Баку, 1956.

28.Кулиев И.А., Мамедов И.Д., Абдалов Ш.И. " Расчет динамических характеристик параметрического трансформатора методом эквивалентных синусоид". Межвузовский тематический сборник научных трудов по электротехнике, Ереван, 1988.

29.Кулиев И'.А., Кулиев Х.М., Абдалов Ш.И., Набиев Х.И., "Вопросы анализа и синтеза преобразовательных цепей с оптоэлек-тронными коммутационными элементами". Электромагнитные устройства и электротехнические материалы (тематический сборник научных трудов). Баку, 1989.

30.Сеидов Абдалов Ш.И., "Расчет электрических цепей с помощью ЭВМ", АзПИ, Баку, 1989.

31.Кулиев И.А., Абдалов Ш.И., Рахманов Расчет электрических цепей с помощью теории графов (учебн.пособие). Баку, 1992. ' '

32.Гурбанов Т.Б., Абдалов Ш.И. и'др. "Исследование возможности пьезоэлектрических шаговых двигателей с целью применения их в индикаторных устройствах". Н.Т. отчет Аз ПИ, печ.№ %062Х9, 1975, ине. № Б 440141.

33.Гурбанов Т.Е., Абдалов Ш.И. и др. "Определение возможное-

ти создания пьезоэлектрических двигателей для лентопротяжных механизмов фоторегистрирующих устройств".Н.Т. отчет № 7907263^, 1979, инв. Б 7975^5.

Э1»,Кулиев И.А., Абдалов Ш.И., Мамедов И.Д., '"Математическое .моделирование парастабилизатора". Тематический сборник научных трудов.АзТУ. Баку, 1992.

35.Кулиев И.А., Абдалов Ш.И., Мамедов Я.Д., "Математическое моделирование параинвертора". Ученые записки, АзТУ, Баку, 1992.

Личный вклад автора в работах, написанных в соавторстве, состоит в следующем: в работах [4...6,8,9,12,15,19,34,35? автору принадлежит постановка проблемы, идея решения, построение моделей, обобщение выводов; в работах ГЮ,17,21,28,30,31] автору принадлежит постановка научной•задачи, вывод основных соотношений и трактовка научных результатов, работы [!••>3,7,13,16,18,20,24,25 26,27,29,32,33] принадлежат всем авторам поровну.

if.

w,

^ is La

w0

-hUa,

U51

id

to r

is

rVYV

Рис.1

zh

Рис. 2

Щ

777

У

U

w2

и,

li а)

5)

'2

Рис.3

V,

к2ф /4/4. . С2ср"^ср

o,5F, О

Рис.4

Рис.5

H -^АЛв /Vfy

C)H¿'¡_ j___Ь__

С)2

/

/

T¿W¿L¿ T

ш Al Рис.б

Рио.7

Рис.8

Û (п* ¡,2,4,8) ЦП ' '

êl