автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Энергосберегающие вторичные источники тока наружного применения

J

На правах рукописи УДК 621.313.332.

КОРНИЛОВ АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ

«ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА НАРУЖНОГО ПРИМЕНЕНИЯ»

Специальность - 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 О ОД 73

¿л/

Москва-2010

004619537

Работа выполнена на кафедре «Теоретическая электротехника» Московского авиационного института (Национального исследовательского университета в области авиационных, ракетных и космических систем) «МАИ».

Научный руководитель: д.т.н., проф. Резников Станислав Борисович Официальные оппоненты: д.т.н., проф. Шевцов Даниил Андреевич

к.т.н., Князев Александр Павлович

Ведущая организация: ОАО АКБ «Якорь», г.Москва

Защита диссертации состоится « (ó » 2011 г. в // часов на

заседании диссертационного совета Д 212.125.07 при Московском авиационном институте (Национальном исследовательском университете в области авиационных, ракетных и космических систем) «МАИ» по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, Учёный совет МАИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета) «МАИ».

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан « f?» 2010

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.125.07 ^ А.Б. Кондратьев

к.т.н., доцент

Общая харастеристика диссертационной работы

Актуальность темы. В последнее время наблюдается тенденция перехода от дроссельных к электронным пускорегулирующим аппаратам (ЭПРА) или иначе -электронным балластам для осветительных ламп высокого давления (натриевых и металл-галогенных). Достоинства применения ЭПРА по сравнению с электромагнитными балластами: высокий коэффициент мощности (0,98-0,99); отсутствие низкочастотной пульсации светового потока; больший срок службы лампы за счёт контролирования мощности - «мягкого» старта и стабилизации мощности при старении лампы; возможность регулирования мощности и соединения ЭПРА в интеллектуальные сети (по протоколам DALI, RS485, PLC и т.д.); высокий КПД - 95%; меньшие массо-габаритные параметры.

Повышение эффективности и КПД п/п светодиодов, а также совершенствования технологии их производства, сделали их превосходной альтернативой осветителям, построенным на базе ламп накаливания и ламп дневного света наряду с малым энергопотреблением, светодиоды обладают большей долговечностью, низкими затратами на эксплуатацию и не содержат опасных химических элементов.

Активное распространение светодиодных осветителей заставляет правительства разных стран устанавливать жесткие требования к их техническим характеристикам, чтобы гарантировать выполнение задач по уменьшению энергопотребления. К примеру, правительство Китая подсчитало, что если перевести лишь треть сущес-ствующих осветителей на светодиодные, они сэкономят 100 млн кВт-ч и снизят выбросы СОг в атмосферу на 29 млн тонн.

Для обеспечения максимального энергосбережения вторичные источники тока (ВИТ), применяемые для питания газоразрядных или полупроводниковых осветителей от первичной сети переменного тока, должны содержать в входной выпрямительной цепи так называемые активные корректоры коэффициента мощности (ККМ или PFC). В их задачи входит обеспечение не только синусоидальной формы потребляемого из сети тока, но и его синфазности с сетевым напряжением. Классические ККМ, применяемые практически во всех вторичных источниках питания (ВИП), представляют собой повышающий импульсный модулятор и выходной фильтрующий (буферный) электролитический конденсатор с относительно большой энергоемкостью.

Самая серьезная проблема возникает при наружном применении электронных балластов, например, в диапазоне температур от -40...60°С до +105...120°С (вблизи

разогретого осветителя). Импеданс и допустимый ток пульсаций у силового фильтрующего электролитического конденсатора ухудшается при температуре -40°С в 12-13 раз. Кроме того, «холодный» запуск приводит к резкому снижению ресурса работы конденсатора. При повышенных температурах появляется необходимость применения специальных электролитических конденсаторов с гарантированным пределом в 105°С (и более), срок службы которых существенно снижен.

Аналогичные проблемы возникают в области применения сварочных аппаратов, а также статических и аккумуляторных зарядных устройств наружного применения. Здесь уместно отметить бурный рост перспективных по экологии и энергоэкономии электромобилей. Зарядные устройства для их аккумуляторов в большинстве случаев не смогут располагаться в обогреваемых помещениях. Это также делает целесообразным разработку и широкое использование энергосберегающих ВИТ наружного применения.

Широко применяются также циклические зарядные устройства с высоковольтным ёмкостным накопителем, используемым в качестве генератора импульсов тока (ГИТ), имеющего высокую мощность импульса (МВт) при относительно низких частотах следования импульсов (от 0,1 до 100 Гц). Такие генераторы используются в системах питания импульсных лазеров, антиобледенительных вибраторов, ионно-плазменных инжекторов и двигателей, систем преднамеренного или имитационного электромагнитного воздействия, проблесковых огней и др. Во многих случаях эти ВИТ предполагают наружное применение (на земле, на летательных аппаратах и судах). Для этих устройств в случае их длительной работы также важны вопросы обеспечения максимальной энергоэкономичности.

Вопросам повышения энергоэкономичности, в частности - повышения коэффициента мощности, снижения гармонических искажений во входной цепи и повышения КПД ВИП посвящено большое количество работ. Однако подавляющее их большинство не рассматривают возможность исключения энергоемких электролитических конденсаторных фильтров из схем ВИП, что существенно затрудняет их применение в широком диапазоне температур окружающей среды. Кроме того, в них недостаточное внимание уделяется рекуперации и транзиту в нагрузку энергии, накапливаемой в цепях защиты полупроводниковых приборов от перенапряжений, а также от сквозных, диодно-инверсных и трансформаторно-насыщающих сверхтоков. Помимо этого следует констатировать зачастую неоправданный выбор силовых схем с высокочастотными конденсаторами, обладающими кроме плохих массо-габа-

ритных и надежностных показателей ещё и большими собственными потерями и вызывающими большие потери в колебательных цепях. Это также снижает энергоэкономичность силовых схем ВИП.

Исходя из вышеизложенного проблема разработки схемотехнических средств повышения энергоэкономичности ВИТ наружного применения представляется весьма актуальной.

Упрощенно-сконцентрированно можно основную цель исследований свести к минимизации целевой функции обобщённого энергетического показателя для ВИТ наружного применения:

О — ДГ •»/) —> тш ,

где х - коэффициент мощности на входе ВИТ, т] - КПД, при заданных ограничениях (например, и/ б [-60°С.. .+115°С]).

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являются разработка схемотехнических средств повышения энергоэкономичности вторичных источников тока (ВИТ) за счёт активной коррекции коэффициента потребляемой мощности (снижения потерь в питающей сети), повышения КПД и функционального регулирования выходной мощности ВИТ (с учётом заданных показателей надёжности и помехоэмиссии, в климатических условиях наружного применения).

Достижение поставленной цели предполагает решение ряда задач, среди которых:

- анализ и выбор направлений модернизации известных и разработки новых решений;

- разработка новых схемотехнических решений для энергосберегающих ВИТ наружного применения;

- аналитическое и компьютерное моделирование процессов и зависимостей, расчёт основных параметров;

- экспериментальные исследования, подтверждение теоретических положений, разработка рекомендаций по выбору решений, расчёту и проектированию.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались общепринятые в электротехнике и теории электрических цепей аналитические методы и современные средства компьютерного моделирования с применением специализированного пакета прикладных программ Р8Р1СЕ.

Достоверность теоретических положений и полученных результатов схемно-компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследовании-

ями на специально разработанном и изготовленном унифицированном стенде, на макетных и опытных образцах.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

-сформулированы и обоснованы вспомогательные критерии энергосберегающей, надёжностной и помехоэмиссионной эффективности схем ВИТ наружного применения:

- предложен и детализирован новый принцип совмещения в индуктивном звене выпрямленного тока буферной функции с коррекцией коэффициента потребляемой мощности и с обеспечением прямоугольной формы выходного тока, позволяющий исключить многокаскадность преобразования и нетермостабильный электролитический буфер;

- развиты и модернизированы малоизученные обратимые способы расщепления (размножения) тока и деления (умножения) напряжения, позволяющие снизить уровень потерь и помехоэмиссии и осуществить модульное наращивание мощности;

- определены зависимости спектрального состава напряжений на элементах понижающего ШИМ-конвертора от коэффициента регулирования; получены выражения для граничных значений тока дросселя, необходимых для его проектирования;

- для корректора коэффициента мощности (ККМ) получены соотношения, позволяющие синтезировать структурную схему управления;

- для регулятора выпрямленного тока предложена методика расчёта управляемых процессов, позволяющая существенно снизить энергоёмкость конденсаторного фильтра (исключить электролитические конденсаторы);

- для ВИТ на базе мостового инвертора с интегрированным трансреактором получены регулировочная характеристика, соотношения для расчёта трансреактора с учётом заданных пульсаций выходных токов и напряжений, а также схемы замещения, пригодные для компьютерного моделирования.

- для расщеплённых ККМ предложена методика расчёта максимальных токов и напряжений, необходимых для их выбора и обобщённых на другие повышающие модуляторы;

- разработаны схемно-компьютерные модели вторичных источников однопо-лярного и прямоугольно-двуполярного тока, состыкованные с моделями схем управления.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным использованием исходных теоретических и экспериментальных данных, компьютерным моделированием и поэтапной верификацией теоретических выкладок с экспериментальными данными, полученными в ходе лабораторно-стендовых и всесторонних испытаний макетных и опытных образцов.

Практическая ценность работы:

- схемотехнически решена задача исключения из состава ВИТ относительно нетермостойкого и недолговечного электролитического конденсаторного буфера с переложением его функции на дроссельное звено выпрямленного тока;

- предложены однокаскадные схемы ВИТ имеющие повышенные надёжность и КПД по сравнению с известными многокаскадными схемами;

- разработаны схемотехнические способы повышения эффективности помехо-эмиссионных подавителей и защитно-демфирующих цепочек, а также способы снижения статических и коммутационных потерь;

- предложен ряд схем ВИТ с использованием обратимых способов расщепления (размножения) тока и деления (умножения) напряжения, позволяющих снизить уровень потерь и помехоэмиссии и обеспечить возможность модульного наращивания мощности;

- предложены схемы универсального автотрансформаторного сварочно-пуско-регулирующего аппарата (ЭС-ПРА), мостовых ЭПРА (четырёх и трёхтранзистор-ного), а также регуляторов выпрямленного тока, использующие в качестве сглаживающего буфера трансреактор, который в отличие от электролитического конденсатора не требует термостабилизации и имеет практически неограниченный срок службы, исключающие сквозные и инверсно-диодные сверхтоки, а также позволяя-ющие совместно заземлять сетевую нейтраль, основную шину и нагрузку, имеющие сниженное число ключей, при этом не содержащие конденсаторов с большой реактивной мощностью, имеющие простую схему управления, пригодные для многофазных (расщеплённых) вариантов и имеющие сниженные помехоизлучения;

- модернизирован принцип расщепления тока применительно к синхронно-групповым ВИТ, снижены число и установленная мощность транзисторов, потери и внутренние реактивные мощности, минимизировано число п/п и электромагнитных элементов.

- модернизированы схемы защитных и коммутационно-демпфирующих цепей, что позволяет повысить их эффективность в аспектах: ограничения «сверхтоков» и

перенапряжений для транзисторов, снижения тепловых потерь и повышения надёжности п/п приборов, снижения уровня генерируемых помех;

Все новые схемотехнические решения защищены приоритетами и патентами РФ.

- получены соотношения для расчёта интегрированного трансреактора мостового ВИТ;

- для схемы активного ограничения напряжения на транзисторе прямоходо-вого трансформаторного преобразователя получены соотношения, доказывающие применимость относительно низковольтных транзисторов (до 600 В);

- схемно-компыотерное и физическое моделирование ВИТ выявило не только качественную справедливость теоретических положений, но и количественные погрешности аналитических и компьютерных расчётов (соответственно 15-20% и 8-10%);

- даны практические рекомендации по выбору, расчётам и исследованию схем ВИТ, полезные для разработчиков ВИТ и им подобных (широкого класса и назначения);

- разработан универсальный экспериментальный стенд, достаточно просто трансформируемый применительно ко многим типам структур и схем вторичных источников питания.

Реализация результатов. Разработанные автором критерии оценки эффективности схемотехнических решений, конкретные схемы высокоэффективных ВИТ, методики аналитических расчётов и программы для схемно-компьютерного моделирования переданы промышленным предприятиям (ОАО АКБ «Якорь», г.Москва, ФГУП ПО «УОМЗ», г.Екатеринбург) и используются при проектировании нового перспективного класса ВИТ с питанием от сети переменного тока для таких типов потребителей, как сварочные аппараты, электронные пускорегулирующие аппараты для осветительных ламп высокого давления, системы оптической накачки лазеров, рекламных светодиодных транспарантов и др.

Результаты диссертационной работы внедрены в госбюджетную НИР (тема 1.5.06, «Разработка научно-технических основ создания высокоэффективных систем управления, пилотажно-навигационных приборных комплексов и электроэнергетических систем ЛА на основе современных информационных технологий», гос.рег. №01200702211 УДК 629.7 0645.5, этап 4,5), а также используются в курсах лекций, в лабораторном практикуме, в дипломном и курсовом проектировании по дисциплинам «Электромагнитная совместимость комплексов ЛА», «Электротехника и электроника», «Электроэнергетические сети ЛА» для студентов электромеханических и энергетических специальностей МАИ. Внедрение результатов подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных российских и международных конференциях, симпозиумах и совещаниях, в том числе: на международной конференции «Авиация и космонавтика» в 2007 и 2008 году, МАИ, г.Москва, на Всероссийской конференции молодых учёных и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике - 2008», МАИ, г.Москва, международных симпозиумах по электромагнитной совместимости ЭМС - 2007, ЭМС - 2009, г.Санкт - Петербург; на международных научно - технических семинарах «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г.Алушта, Украина, 2007 г, 2008 г.

Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, две - в журнале «Технологии ЭМС», рекомендованном ВАК РФ, а также в их числе 3 патента на полезные модели. Список публикаций, кроме публикаций в сборниках тезисов докладов, перечисленных конференций и симпозиумов, приведён в конце автореферата.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемых источников и 4-х приложений; имеет 141 страницу, 42 рисунка, 5 таблиц и 95 наименований списка литературы.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, определены её научная новизна и практическая ценность, дана информация о её структуре и объёме.

В первой главе проведены анализ и выбор направлений модернизации известных схемотехнических решений.

Выбраны и уточнены основные критерии энергосберегающей, надежностей и помехоэмиссионной эффективности вторичных источников тока (ВИТ) с сетевым питанием: термостойкость и рабочий ресурс; уровень помехоэмиссии и воздействия на качество первичной электроэнергии.

Сформулирована задача замены нетермостойкого и ненадежного ёмкостного промежуточного буферно-накопительного звена на индуктивно-дроссельное, причем обеспечивающая: а) необходимость активной коррекции коэффициента мощности (ККМ), потребляемой из сети; б) недопустимость режима холостого хода; в) минимизацию числа каскадных преобразователей для повышения КПД и надежности.

Особая роль отводится активным корректорам коэффициента мощности (ККМ), обеспечивающим близкую к синусоидальной форму тока, совпадающего по

фазе с питающим напряжением. С учетом коэффициента мощности (КМ) введено понятие обобщенного энергетического КПД:

Пэ =^- = п-КМ,гд.е = -КПД ВИТ.

Наряду с известными показателями качества потребляемого из сети тока обобщенный показатель г|э не только косвенно указывает на возмущения, вносимые ВИТ в сеть, но и - впрямую характеризует потери электроэнергии в ВИТ и в питающей сети из-за низкой энергосберегающей эффективности ВИТ.

Вторая глава посвящена разработке новых схемотехнических решений для энергосберегающих ВИТ наружного применения: электронных пускорегулирующих и сварочных аппаратов (ЭПРА и ЭСА); регуляторов выпрямленного тока для ВИТ; новых и модернизированных принципов импульсного деления тока и напряжения; модернизированных защитных и коммутационно-демпорирующих цепей.

Разработана принципиально новая схема универсального автотрасформатор-ного сварочно-пускорегулирующего аппарата (рис. 1) на базе индуктивного сглаживающего фильтра и двух однотактных инверторов тока с коррекцией коэффициента мощности. На первом этапе ток нагрузки является однополярно-пульсирующим, а на втором - импульсно-переменным, однако без постоянной составляющей. В схеме защиты транзисторов от перенапряжений применен транзит энергии индуктивности рассеяния обмоток дросселя и энергии трансформатора поджига в нагрузку. Схема обеспечивает снижение низкочастотных пульсаций тока нагрузки (светового потока лампы) благодаря режиму непрерывного потокосцепления дросселя, который в отличие от обычно применяемых электролитических конденсаторов не требует термостабилизации, надежен и имеет практически неограниченный срок службы. В схеме исключены сквозные и инверсно-диодные сверхтоки, а также есть возможность совместно заземлять и сетевую нейтраль, основную шину преобразователя и нагрузку (лампу или сварочный пост).

Предложены две схемы ЭПРА для газоразрядной лампы на базе инвертора тока с двухобмоточным силовым и защитным дросселями и с двумя защитными конденсаторами (рис. 2): четырехтранзисторная (рис. 2а) и трехтранзисторная (рис. 26). В зависимости от соотношений питающего и нагрузочного напряжений схемы могут работать в различных режимах ШИМ: 1) обратноходовом -безразличном; 2) инвертирующем - понижающем и 3) прямоходовом -повышающем с непрерывным сетевым током. Коррекция коэффициента мощности,

потребляемой от сети, производится путем синхронно-синусного формирования среднеимпульсного значения входного тока выпрямителя за счет регулирования соотношения приращений потокосцеплений дроссельных обмоток. Кроме тока, стабилизируется средняя мощность лампы с целью замедления процесса ее старения.

Рисуиок 1. Электронные сварочный (а) и пускорегулирующий (б,в) аппараты (ЭСА и ЭПРА) на базе индуктивного сглаживающего фильтра и двух однотастных инверторов тока с коррекцией коэффициента мощности.

УГЗ

Л йигГ

Ш

УТЗ

■\7~VD7

-С,

$ У08

с.

а) б)

Рисуиок 2. Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы: а) четырёхтранзисторный; б) трёхтранзисторный.

Предлагаются несколько вариантов схем однофазных и многофазных регуляторов выпрямленного тока для ВИТ наружного применения. Помимо обеспечения коррекции коэффициента потребляемой мощности схемы обладают еще одним важнейшим достоинством: многократным снижением энергоемкости конденсаторного фильтра, позволяющим исключать нетермостойкие электролитические конденсаторы, возложив их функцию на дроссель. При этом повышаются надежность и рабочий ресурс устройства, предназначенного для работы в широком диапазоне температур окружающей среды. Схемы предусматривают бестрансформаторное согласование произвольных напряжений питания и нагрузки.

Далее рассмотрены новые дуальные принципы импульсного деления напряжения и тока (рис. 3), а также предложена модернизация принципа расщепления тока применительно к синхронно-групповым ВИТ (рис. 4). К важным достоинствам предложенных схем относятся рационально-компромиссное группирование элементов, минимизирующее число полупроводниковых и электромагнитных приборов.

Существенное внимание уделено модернизации защитных и коммутационно-демпфизирующих цепей в диодно-транзисторных узлах, позволяющих: ограничить инверсные «сверхтоки» диодов, ограничить перенапряжения на транзисторах; сформировать коммутационные траектории и(0 и ¡(1) для снижения тепловых потерь,

_ с/и , Ш

повышения надежности и снижения уровня генерируемых помех типа С— и I—.

эк^ эк2 эк3

Рисунок 3. Схемы импульсных делителей: а) постоянного напряжения и б) постоянного тока.

Рисунок 4. Схема синхронно-группового ВИТ с вольтдобавочными фаюедвинутыми регуляторами и понижающее-повышающим прямоходовым III ИМ.

На рис. 5 показаны предложенные универсальные схемы включения коммута-ционно-демпфирующих цепей в диодно-транзисторных узлах понижающего конвертора. Аналогичные схемы разработаны и для повышающего конвертора. Отличительным достоинством предложенных цепей являются отсутствие в них резисторов, снижающих КПД и требующих специальных теплоотводов. Предлагается модернизация широкого класса типовых бестрансформаторных и трансформаторных импульсных преобразователей на базе эффективных защитных и коммутационно-демпфирующих цепей. Среди них особое внимание уделено конверторам и трехфазным инверторам синусоидального напряжения, например, на базе активных делите

1)0Ых=1и

Овых

Рисунок 5. Универсальная схема включения коммутационно-демпфирующих цепей в диодно-трангисторпых узлах понижающего конвертора.

лей напряжения (АДН) с «плавающими потенциалами» средних точек.

Рассмотренные схемы представляются полезными для широкого круга разработчиков силовых импульсных преобразователей.

Третья глава содержит результаты аналитического исследования процессов и зависимостей, а также разработок методик расчета основных параметров узлов ВИТ.

Проведено аналитическое моделирование понижающего ШИМ-конвертора на базе разложения напряжения на диоде в ряд Фурье и выделения его спектрального состава в зависимости от коэффициента регулирования (заполнения) Кг=К,=1а/Тк.

Получены выражения для граничных значений тока дросселя:

_ип(1-е-к'т'") Ц„_ О Ц и

Л (1-е-г'") Л ' п™ Л [е-т'"-\) Я '

по которым можно определить форму его полного тока, а также его среднее значение, и, следовательно - энергию.

Получено уравнение, определяющее границу между режимами безразрывного и разрывного тока дросселя:

где (г - время, при котором наступает режим разрывных токов при заданной Е. Т.е., если крТК > , тогда проводимость непрерывна или, если крТк <гг - проводимость прерывиста.

Получены основные соотношения для режимов работы корректора коэффициента мощности (ККМ), позволившие синтезировать структурную схему управления его ключом (рис. 6) и провести анализ способов регулирования и стабилизации напряжения ККМ.

Приведена методика расчета процессов в регуляторе выпрямленного тока с ККМ на базе малоэнергоемкого конденсаторного фильтра (рис. 7).

2\

Un!

2£ 21

iL(t)

1ДО

L

г-й-

ЗК

y(f)

LlUc(H

J(tl

Рисунок 7. Эквивалентная расчётная схема ККМ. В качестве упрощающего допущения принято идеальное быстродействие ШИМ (т.е. его высокочастотность). Впервые для ККМ рассмотрен случай малой энергоемкости конденсаторного фильтра. Тогда с учетом баланса мощностей и отсутствия промежуточного накопления энергии получаем соотношения

UJ„ sin2 cot Р„ „ . „

Uc(t)

JQ)

/„Isin Oil

а также ограничение для регулятора выпрямленного тока: У(г) = /„^т <ц(| • (1 - у) 2 /„^¡п а»г|

Далее рассмотрены важные для практики частные подслучаи для структуры регулятора: а) активно-резистивная нагрузка или эквивалентные модульно-синусный регулятор (/эи)(0 = •Л>|8®<0'|)» в этом слУчас получаем:

¡2р 1ц [

= , -г2- фтея] = Л-^- фт ая) = ./„Ц с*|

Г«) = 1

-ЕГ.

const

при этом система становится устойчивой даже при отсутствии цепей обратной связи; б) стабилизатор тока или энергоемкий индуктивный накопитель (£„ -»оо) -

доказана невозможность реализации данного случая; в)стабилизатор напряжения на емкостном фильтре; при этом:

НО = 1 - at\; J(t) = iL (f) - i,cp (t) = (1 - r(t))iL (r), где i„p (t) = y(t) ■ iL (t), iL (t) = /„|sin m\. "c

Для случая конечной энергоемкости конденсаторного фильтра также рассмотрены вышеуказанные подслучаи а) и б):

а) Для подслучая активно-резистивной нагрузки или эквивалентного регулятора, тока (JD№ (')) получаем дифференциальное уравнение с переменной правой частью:

CR,

dt

- + = (l-j'(OHo|smfl»|

При постоянном коэффициенте регулирования (заполнения) задача решается с помощью интеграла Дюамеля. Для интервала времени ток определяется

формулой:

'г ' 'г \( —lit)

¿(f) = «(O)j(O + J и, (r)y(t - r)dr = 0 + J o>0Um cos йу - 1 - '

о I)

Я 1

d r =

1 .

—sm <u0t <u„

\e u cos o)„r

L' . Um o„Le L = —a-sine)0t--r!-—---rr-

R R R2 + {o>0Lf

(Rcosa0t + <a„Isinoiat]e^ -R

' Z

sin(fi>0f-p) + sinpe L

где Z = ■Jft2 +(o0t)3 , <p = arctgco0LI R.

В интервале времени t„ it<<*> ток определяется выражением:

<(') = "(0)y(t) + ¡щ'(г)у(1 - r)dr + J н2'(г)>(1 - т)Л =

= —^-{sinox,--=—

R I 0" Z1

(Rcosa>0t„ +co„Lsina)Jl[)e '■" -R

которое приводится к виду

¡/.„sin®f, Т'н I -J' к виду i= „ l + ec Y L

Для момента времени t = i„ выражения для тока, полученные по двум последним формулам для разных интервалов времени совпадают, что подтверждает правильность полученного решения.

б) Подслучай стабилизатора тока или энергоёмкого индуктивного накопителя (¿„ -> м) возможен и приводит к следующим соотношениям:

сводящимся к нелинейному дифференциальному уравнению с неразделяющимися переменными:

x-x' + ax + b = smkt, где а = Ь = ~~2С~'' к~2о}'> * =

Его численное решение которого не представляет сложности на компьютере. Из уравнений следует существенный вывод: при отсутствии регулирования в ККМ (у = const) и постоянном потребляемом токе напряжение на конденсаторном фильтре будет модульно-синусным

"c(t) = ~-|sin ai|>

что противоречит исходному уравнению. Таким образом, регулирование ККМ является необходимым условием.

Далее подробно исследованы процессы и соотношения для расчета параметров для ВИТ на базе мостового инвертора с интегрированным трансреактором, разделительным конденсатором и мягким переключением (рис. 8).

Рисунок 8. ВИТ на базе мостового инвертора с интегрированным трансреактором, разделительным конденсатором и мягким переключением.

Из уравнения вольтсекундного баланса получена регулировочная характеристика преобразователя £/,„ = ^и(У„0, где О = 2г„ !Т - коэффициент регулирования

(заполнения), и = маШ'п - коэффициент трансформации.

В работе приведены соотношения для расчета трансреактора, а также выражения для вычисления пульсаций тока и напряжения на выходе. Предложены схемы магнитной цепи и соответствующей схемы замещения для интегрированного трансреактора, пригодные для моделирования в таких программных пакетах как РБрюе, ОгСАЛ и др.

Результаты приведенных исследований однотактного комбинированного преобразователя позволяют осуществлять его проектирование для конкретных применений.

Рассмотрены характеристики и соотношения параметров для схемы активного ограничения напряжения на транзисторе прямоходового трансформаторного преобразователя. Полученная формула для напряжения на основном ключе

Г/ - ^Уим * Ут . г,

ип

показывает, что при входном напряжении до 370В можно применить транзистор с допустимым напряжением сток-исток 600В, тогда как при других способах ограничения его величина должна быть существенно больше. Кроме того, активное ограничение упрощает конструкцию трансформатора, позволяет увеличить размах индукции в сердечнике и увеличить коэффициент заполнения с 0,5 до 0,7. за счет мягкого переключения значение КПД повышается, а уровень помех на входе понижается.

В заключение главы предлагается методика расчета максимальных токов и напряжений для компонентов расщепленных (многофазных) корректоров коэффициента мощности и других повышающих модуляторов.

Четвертая глава посвящена схемно-компьютерному и физическому моделированию ВИТ, экспериментальным исследованиям и рекомендациям к проектированию.

Для вьивления достоинств предложенной трехтранзисторной схемы ЭПРА было проведено ее сравнительное моделирование совместно с классической схемой на базе полумостового инвертора напряжения с предвключенным ККМ. При сравнительном анализе моделей выявились следующие недостатки классической схемы ЭПРА при ее использовании без электролитического буфера: 1) большая внутренняя

реактивная мощность, существенно увеличивающая массо-габаритные параметры; 2) сниженный КПД (до 0,9...0,92) из-за двойного преобразования и больших реактивных токов; 3) возможность погасания относительно старой газоразрядной лампы с увеличенным напряжением перезажигания из-за большой глубины пульсации напряжения; 4) обязательное наличие дополнительных дросселей в цепях переменного тока; 5) диодно-инверсные сверхтоки и возможность возникновения «сквозного» тока.

Аналогичные исследования на компьютерных моделях были проведены для четырехтранзисторных и двухтранзисторных ЭПРА.

На рис. 9 приведена полная схемно-компьютерная модель двухключевого регулятора тока, обладающего наибольшей обобщенной массо-энергетической эффективностью.

Рисунок 9. Полная схемно-компьютерная модель двухключевого регулятора тока.

Результаты моделирования подтвердили качественную справедливость разработанных теоретических положений и достоинства предложенных схемотехнических решений.

Для проведения экспериментальных исследований, подтверждения справедливости и оценки точности теоретических положений в МАИ на каф. 309 с участием автора был создан унифицированный лабораторный стенд транзисторного ВИТ,

пригодный для трансформирования с учетом физического моделирования всех предлагаемых и аналогичных известных схемотехнических решений. Общий вид стенда приведен на рис. 10. Его описание приведено в диссертации.

Рисунок 10. Общий вид унифицированного лабораторного стенда транзисторного ВИТ.

В заключительной части главы приведены рекомендации по расчету потерь в схемах ВИТ с учетом известных и предложенных способов их снижения. Потери мощности в силовых полупроводниках учитывают режимы: а) «жёсткого» переключения, б) режим граничного тока дросселя и в) режим синхронного выпрямителя. В таблицы сведены рекомендуемые формулы и результаты экспериментальных исследований потерь. Показаны и обоснованы преимущества режимов ШИМ с непрерывным током дросселя.

Основные выводы и результаты

Основным обобщённым итогом исследований представляется достижение заявленной цели: разработаны схемотехнические средства повышения энергоэкономичности вторичных источников тока, за счёт активной коррекции коэффициента потребляемой мощности (снижения потерь в питающей сети), повышения КПД и функционального регулирования выходной мощности (с учётом заданных показателей надёжности и помехоэмиссии в климатических условиях наружного применения).

Наибольшее значение указанный результат имеет в области разработки электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА), активно вытесняющих с рынка

традиционные электромагнитные ПРА (балласты) разрядных осветительных ламп высокого давления благодаря обеспечению оптимальных режимов эксплуатации ламп в составе системы управления освещением.

Помимо обобщённого итогового результата представляются имеющими и самостоятельное значение следующие результаты решения промежуточных задач на этапах проведенных исследований:

1. Выбор и обоснование вспомогательных критериев энергосберегающей, надёжностной и помехоэмиссионной эффективности схем ВИТ наружного применения позволяют объективно проанализировать известные схемотехнические решения, а также сформулировать конкретные направления и задачи по их модернизации и разработке новых схем ВИТ с питанием от сети переменного тока.

2. Особое внимание уделяется: а) задаче исключения относительно нетермостойкого и недолговечного электролитического конденсаторного буфера с переложением его функции на дроссельное звено выпрямленного тока; б) однокаскадному совмещению буферной функции с коррекцией коэффициента потребляемой мощности и с обеспечением прямоугольной формы выходного тока; в) повышению эффективности помехоэмиссионных подавителей и защитно-демпфирующих цепочек; г) способом снижения статических и коммутационных потерь; д) обратимым способом расщепления (размножения) тока и деления (умножения) напряжения, позволяющим снизить уровень потерь и помехоэмиссии и осуществлять модульное наращивание мощности.

3. Предложенные схемы универсального автотрансформаторного сварочно-пускорегулирующего аппарата, мостовых ЭПРА (четырёх- и трёхтранзисторного), а также регуляторов выпрямленного тока используют в качестве сглаживающего буфера транс-реактор, который в отличие от электролитического конденсатора не требует термокомпенсации и имеет практически неограниченный срок службы. В аспекте ЭМС и электробезопасности схемы исключают сквозные инверсно-диодные сверхтоки при любых сбоях в управлении, а также позволяют совместно заземлять сетевую нейтраль, основную шину ВИТ и нагрузку, что является немаловажным достоинством схем.

Кроме того, в отличие от аналогов и прототипов, они имеют меньшее число ключей, более простую схему управления, не содержат плёночных конденсаторов с большой реактивной мощностью, что повышает надёжность и КПД устройства, снижает помехоизлучения и позволяет использование в многофазных вариантах.

4. Разработанные новые и модернизированные известные принципы импульсного деления тока и напряжения, позволяющие регулировать распределение заданного суммарного напряжения или тока по «п» каналам и наоборот - «размножать» и «умножать» заданные напряжение и ток позволяют строить схемы трёхфазных (в частности высоковольтных) мостовых инверторов синусоидального тока, причём без выходного ёмкостного фильтра. Помимо снижения массы и габаритов схемы позволяют исключить автоколебания, расширять диапазоны регулирования с высоким соБф] в цепи нагрузки, а главное - существенно снизить тепловые потери в нагрузке и питающем кабеле (т.е. повысить КПД и рабочий ресурс изоляции). Предложена также модернизация принципа расщепления тока применительно к синхронно-групповым ВИТ, снижающая число транзисторов и уменьшающая их установленную мощность, коммутационные и статические потери, а также реактивную мощность вольтдобавочных конденсаторов (повышая их надёжность и КПД схемы). Схемы отличаются рационально-компромисным группированием элементов, минимизирующим число п/п и электромагнитных приборов.

5. Предложенная модернизация защитных и коммутационно-демпфирующих цепей позволяет существенно повысить их эффективность в аспектах: ограничения «сверхтоков» и перенапряжений для транзисторов, снижения тепловых потерь и повышения надёжности полупроводниковых приборов, снижения уровня генерируемых помех.

6. Все вышеперечисленные принципы, а также модернизированные и новые схемотехнические решения защищены приоритетами и патентами РФ.

7. Проведено аналитическое исследование процессов и зависимостей для

модернизированных и новых разработанных схем ВИТ, в частности:

-для понижающего ШИМ-конвертора на базе разложения напряжения на диоде в ряд Фурье и определены зависимости его спектрального состава от коэффициента регулирования; получены выражения для граничных -значений тока дросселя, необходимых для его проектирования;

-для корректора коэффициента мощности (ККМ) получены соотношения, позволяющие синтезировать структурную схему управления;

-для регулятора выпрямленного тока предложена методика расчёта управляемых процессов, позволяющая существенно снизить энергоёмкость конденсаторного фильтра (исключить электролитические конденсаторы);

-для ВИТ на базе мостового инвертора с интегрированным трансреактором, разделительным конденсатором и мягким переключением получены регулировочная характеристика, соотношения для расчёта трансреактора и определения пульсаций

выходных тока и напряжения, а также схемы замещения, пригодные для компьютерного моделирования;

-для схемы активного ограничения напряжения на транзисторе прямоходового трансформаторного преобразователя получены соотношения, доказывающие применимость относительно низковольтных транзисторов (до 600В);

-для компонентов расщепленных (многофазных) ККМ предложена методика расчёта максимальных токов и напряжений, необходимых для выбора; методика может быть обобщена и на другие повышающие модуляторы.

8. Схемно-компьютерное и физическое моделирование вторичных источников однополярного и прямоугольно-двуполярного тока выявило качественную справедливость разработанных теоретических положений и достоинства предложенных схемотехнических решений.

9. Погрешность аналитических методов расчета по интегральным и осредненным параметрам (КПД, процентное содержание высших гармоник, средние значения перенапряжений, пульсаций токов и напряжений) не превышают 15-20 %, а аналогичные погрешности схемно-компьютерного моделирования по сравнению с физическим моделированием не превышают 8-10 %, что представляется удовлетворительным для устройств рассматриваемого класса.

10. Предложенные практические рекомендации по расчетам и проектированию представляются полезными для разработчиков и исследователей вторичных источников тока широкого класса и назначения.

11. Разработанный универсальный экспериментальный стенд, достаточно просто трансформируется применительно ко многим типам структур и схем вторичных источников питания (ВИП) и может представлять самостоятельное значение для исследователей и разработчиков импульсной силовой электронной аппаратуры.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Резников С., Бочаров В., Парфенов Е., Гуренков Н., Корнилов А.. Электроэнергетическая и электромагнитная совместимость вторичных источников импульсного питания с автономными системами электроснабжения переменного тока. Часть I. Критерии эффективности схемотехнических средств. // Силовая электроника, №3, 2009 г. с.50-53.

2. Резников С.Б., Бочаров В.В., Гуренков Н.В., Корнилов А.Б.. Схемотехнические средства снижения электромагнитной излучаемой помехоэмиссии от электрон-

ных сварочных и пускорегулирующих аппаратов // Технологии ЭМС, №2(29) 2009 г., с.76-84.

3. Резников С., Бочаров В., Парфенов Е., Гуренков Н., Корнилов А.. Электроэнергетическая и электромагнитная совместимость вторичных источников импульсного питания с автономными системами электроснабжения переменного тока. Часть II. Обзор и систематизация известных структур и схем основных узлов. Приближенные критерии оценки элементов. // Силовая электроника, №4, 2009 г. с.74-80.

4. Резников С., Бочаров В., Парфенов Е., Гуренков Н., Корнилов А.. Электроэнергетическая и электромагнитная совместимость вторичных источников импульсного питания с автономными системами электроснабжения переменного тока. Часть III. Обзор и анализ схемотехнических средств, выбор перспективных направлений модернизации. // Силовая электроника, №5, 2009 г. с.86-89.

5. Резников С., Бочаров В., Парфенов Е., Гуренков Н., Корнилов А.. Электроэнергетическая и электромагнитная совместимость вторичных источников импульсного питания с автономными системами электроснабжения переменного тока. Часть III. Обзор и анализ схемотехнических средств, выбор перспективных направлений модернизации. // Силовая электроника, №1, 2010 г. с.26-28.

6. Резников С.Б., Дубенский Г.А., Кабелев Б.В., Бочаров В.В., Гуренков Н.В., Корнилов А.Б., Парфенов Е.В. Электронный пускорегулирующий аппарат для питания газоразрядных ламп // Патент на полезную модель №89909. БИ №35 от 20.12.2009 г.

7. Резников С.Б., Бочаров В.В., Гуренков Н.Г., Корнилов А.Б., Парфенов Е.В. Регулятор выпрямленного тока и его варианты. // Патент на полезную модель №88876. БИ №32 от 20.11.2009 г.

8. Резников С.Б., Бочаров В.В., Гуренков Н.Г., Корнилов А.Б., Парфенов Е.В. Бестрансформаторный регулятор выпрямленного тока и его варианты. // Патент на полезную модель №89911. БИ №35 от 20.12.2009 г.

9. С.Б. Резников, А.Б. Корнилов, Н.В. Гуренков, Е.В. Парфёнов. Сохранение качества электроэнергии на входе вторичных источников импульсного питания с ёмкостным накопителем. // Технологии ЭМС № 2 (33) 2010 г. УДК 621.319.53, 621.311.6.

10. С.Б.Резников, В.В.Бочаров, Б.В.Кабелев, Г.А.Дубенский, А.Б.Корнилов, Е.В.Парфёнов. Обеспечение ЭМС импульсного преобразователя переменного тока без промежуточного емкостного фильтра // Технологии ЭМС № 2 (33) 2010 г. УДК 621.319.53, 621.311.6.

Введение

Глава 1. Анализ и направления модернизации известных схемотехнических решений.

1.1. Основные критерии энергосберегающей, надежностной и помехо-эмиссионной эффективности вторичных источников тока (ВИТ) с сетевым питанием.

1.1.1 Термостойкость и рабочий ресурс .,.

1.1.2. Показатели качества входного тока ВИТ с питанием от сети

1.1.3. Эффективность основных помехоэмиссионных подавителей и защитно-демпфирующих цепочек

1.1.4. Эффективность расщепления тока для параллельных нагрузок

Глава 2. Разработка принципиально новых схемотехнических решений для энергосберегающих ВИТ наружного применения

2.1. Электронные пускорегулирующие и сварочные аппараты (ЭПРА и ЭСА) наружного применения

2.1.1. Универсальный автотрансформаторный сварочно-пускорегулирующий аппарат

2.1.2. Мостовые схемы электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) для газоразрядных ламп высокого давления

2.2. Регуляторы выпрямленного тока для ВИТ наружного применения

2.2.1. Однофазные регуляторы выпрямленного тока

2.2.2. Многофазные регуляторы выпрямленного тока

2.3. Новые принципы импульсного деления тока и напряжения и их модернизация

2.3.1. Новые дуальные принципы импульсного д,еления напряжения и тока

2.3.2. Модернизация принципа расщепления тока применительно к синхронно-групповым ВИТ

2.4. Модернизация защитных и коммутационно-демпфирующих цепей .65 2.4.1. Цепи защиты от коммутационных перенапряжений, сквозных и диодно-инверсных сверхтоков

Глава 3. Аналитическое исследование процессов и зависимостей, разработка методик расчёта основных параметров узлов ВИТ.

3.1. Аналитическое моделирование

3.1.1. Понижающий ШИМ-конвертор

3.1.2. Корректор коэффициента мощности (ККМ) и структура схемы управления

3.1.3. Расчёт процессов в регуляторе выпрямленного тока с ККМ на базе малоэнергоёмкого конденсаторного фильтра

Глава 4. Схемно-компьютерное и физическое моделирование, экспериментальные исследования, рекомендации к проектированию.

4.1. Схемно-компьютерное моделирование электронных пускорегулирующих"аппаратов (балластов) (ЭПРА)

4.1.1. Моделирование трёхтранзисторных ЭПРА.

4.1.2. Результаты экспериментальных исследований ЭПРА на физических моделях.

4.1.3. Рекомендации по расчёту потерь.

Актуальность темы. В последнее время наблюдается тенденция перехода от дроссельных к электронным пускорегулирующим аппаратам (ЭПРА) или иначе - электронным балластам для осветительных ламп высокого давления (натриевых и металл-галогенных). Достоинства применения ЭПРА по сравнению с электромагнитными балластами: высокий коэффициент мощности (0,98-0,99); отсутствие низкочастотной пульсации светового потока; больший срок службы лампы за счёт контролирования мощности - «мягкого» старта и стабилизации мощности при старении лампы; возможность регулирования мощности и соединения ЭПРА в интеллектуальные сети (по протоколам DALI, RS485, PLC и т.д.); высокий КПД - 95%; меньшие массо-габаритные параметры.

Повышение эффективности и КПД п/п светодиодов, а также совершенствования технологии их производства, сделали их превосходной альтернативой осветителям, построенным на базе ламп накаливания и ламп дневного света наряду с малым энергопотреблением, светодиоды обладают большей долговечностью, низкими затратами на эксплуатацию и не содержат опасных химических элементов.

Активное распространение светодиодных осветителей заставляет правительства разных стран устанавливать жесткие требования к их техническим характеристикам, чтобы гарантировать выполнение задач по уменьшению энергопотребления. К примеру, правительство Китая подсчитало, что если перевести лишь треть существующих осветителей на светодиодные, они сэкономят 100 млн кВт-ч и снизят выбросы СО2 в атмосферу на 29 млн тонн.

Для обеспечения максимального энергосбережения вторичные источники тока (ВИТ), применяемые для питания газоразрядных или полупроводниковых осветителей от первичной сети переменного тока, должны содержать в входной выпрямительной цепи так называемые активные корректоры коэффициента мощности (ККМ или PFC). В их задачи входит обеспечение не только синусоидальной формы потребляемого из сети тока, но и его синфазности с сетевым напряжением. Классические ККМ, применяемые практически во всех вторичных источниках питания (ВИЛ), представляют собой повышающий импульсный модулятор и выходной фильтрующий (буферный) электролитический конденсатор с относительно большой энергоемкостью.

Самая серьезная проблема возникает при наружном применении электронных балластов, например, в диапазоне температур от -40.6СГС до +105.12СГС (вблизи разогретого осветителя). Импеданс и допустимый ток пульсаций у силового фильтрующего электролитического конденсатора ухудшается при температуре -40°С в 12-13 раз. Кроме того, «холодный» запуск приводит к резкому снижению ресурса работы конденсатора. При повышенных температурах появляется необходимость применения специальных электролитических конденсаторов с гарантированным пределом в 105°С (и более), срок службы которых существенно снижен.

Аналогичные проблемы возникают в области применения сварочных аппаратов, а также статических и аккумуляторных зарядных устройств наружного применения. Здесь уместно отметить бурный рост перспективных по экологии и энергоэкономии электромобилей. Зарядные устройства для их аккумуляторов в большинстве случаев не смогут располагаться в обогреваемых помещениях. Это также делает целесообразным разработку и широкое использование энергосберегающих ВИТ наружного применения.

Широко применяются также циклические зарядные устройства с высоковольтным ёмкостным накопителем, используемым в качестве генератора импульсов тока (ГИТ), имеющего высокую мощность импульса (МВт) при относительно низких частотах следования импульсов (от 0,1 до 100 Гц). Такие генераторы используются в системах питания импульсных лазеров, антиобледенительных вибраторов, ионно-плазменных инжекторов и двигателей, систем преднамеренного или имитационного электромагнитного воздействия, проблесковых огней и др. Во многих случаях эти ВИТ , предполагают наружное применение (на земле, на летательных аппаратах и судах). Для этих устройств, в случае их длительной работы, также важны вопросы обеспечения максимальной энергоэкономичности.

Вопросам повышения энергоэкономичности, в частности повышения коэффициента мощности, снижения гармонических искажений во входной цепи и повышения КПД ВИП посвящено большое количество работ. Однако подавляющее их большинство не рассматривают возможность исключения энергоемких электролитических конденсаторных фильтров из схем ВИП, что существенно затрудняет их применение в широком диапазоне температур окружающей среды. Кроме того, в них недостаточное внимание уделяется рекуперации и транзиту в нагрузку энергии, накапливаемой в цепях защиты полупроводниковых приборов от перенапряжений, а также от сквозных, диодно-инверсных и трансформаторно-насыщающих сверхтоков. Помимо этого следует констатировать зачастую неоправданный выбор силовых схем с высокочастотными конденсаторами, обладающими кроме плохих массо-габаритных и надежностных показателей ещё и большими собственными потерями и вызывающими большие потери в колебательных цепях. Это также снижает энергоэкономичность силовых схем ВИП.

Исходя из вышеизложенного проблема разработки схемотехнических средств повышения энергоэкономичности ВИТ наружного применения представляется весь^ма актуальной.

Упрощенно-сконцентрированно можно основную цель исследований свести к минимизации целевой функции - обобщённого энергетического показателя для ВИТ наружного применения:

1-^-7)->гшп , где % - коэффициент мощности на входе ВИТ, г) - КПД, при заданных ограничениях ( например, ьокр £

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являются разработка схемотехнических средств повышения энергоэкономичности i вторичных источников тока (ВИТ) за счёт активной коррекции коэффициента потребляемой мощности (снижения потерь в питающей сети), повышения КПД и функционального регулирования выходной мощности ВИТ (с учётом заданных показателей надёжности и помехоэмиссии, в климатических условиях наружного применения).

Достижение поставленной цели предполагает решение ряда задач, среди которых:

- анализ и выбор направлений модернизации известных и разработки новых решений; .

- разработка новых схемотехнических решений для энергосберегающих ВИТ наружного применения;

- аналитическое и компьютерное моделирование процессов и зависимостей, расчёт основных параметров;

- экспериментальные исследования, подтверждение теоретических положений, разработка рекомендаций по- выбору решений, расчёту и проектированию.

Методы исследования. Для решения поставленных задач исполь зовались общепринятые в электротехнике и теории электрических цепей аналитические методы и современные средства компьютерного моделирования с применением специализированного пакета прикладных программ РБИСЕ.

Достоверность теоретических положений и полученных результатов схемно-компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями на специально разработанном и изготовленном унифицированном стенде, на макетных и опытных образцах.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

- сформулированы и обоснованы вспомогательные критерии энергосберегающей, надёжностной и помехоэмиссионной эффективности схем ВИТ наружного применения:

- предложен и детализирован новый принцип совмещения в индуктивном звене выпрямленного тока буферной функции с коррекцией коэффициента потребляемой мощности и с обеспечением прямоугольной формы выходного тока, позволяющий исключить многокаскадность преобразования и нетермостабильный электролитический буфер;

- развиты и модернизированы малоизученные обратимые способы расщепления (размножения) тока и деления (умножения) напряжения, позволяющие снизить уровень потерь и помехоэмиссии и осуществить модульное наращивание мощности;

- определены зависимости спектрального состава напряжений на элементах понижающего ШИМ-конвертора от коэффициента регулирования; получены выражения для граничных значений тока дросселя, необходимых для его проектирования;

- для корректора коэффициента мощности (ККМ) получены соотношения, позволяющие синтезировать структурную схему управления;

- для регулятора выпрямленного тока предложена методика расчёта управляемых процессов, позволяющая существенно снизить энергоёмкость конденсаторного фильтра (исключить электролитические конденсаторы);

- для ВИТ на базе мостового инвертора с интегрированным г трансреактором получены регулировочная характеристика, соотношения для расчёта трансреактора с учётом заданных пульсаций выходных токов и напряжений, а также схемы замещения, пригодные для компьютерного моделирования;

- для расщеплённых ККМ предложена методика расчёта максимальных токов и напряжений, необходимых для их выбора и обобщённых I на другие повышающие модуляторы;

- разработаны схемно-компьютерные модели вторичных источников однополярного и прямоугольно-двуполярного тока, состыкованные с моделями схем управления.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным использованием исходных теоретических и экспериментальных данных, компьютерным моделированием и поэтапной верификацией теоретических выкладок с экспериментальными данными, полученными в ходе лабораторно-стендовых и всесторонних1 испытаний макетных и опытных образцов.

Практическая ценность работы:

- схемотехнически решена задача исключения из состава ВИТ относительно нетермостойкого и недолговечного электролитического конденсаторного буфера с переложением его функции на дроссельное звено выпрямленного тока;

- предложены однокаскадные схемы ВИТ имеющие повышенные надёжность и КПД по сравнению с известными многокаскадными схемами;

- разработаны схемотехнические способы повышения эффективности помехоэмиссионных подавителей и защитно-демфирующих цепочек, а также способы снижения статических и коммутационных потерь;

- предложен ряд схем ВИТ с использованием обратимых способов расщепления (размножения) тока и деления (умножения) напряжения, позволяющих снизить уровень потерь и помехоэмиссии и обеспечить возможность модульного наращивания мощности;

- предложены схемы универсального автотрансформаторного сварочно-пускорегулирующего аппарата (ЭС-ПРА), мостовых ЭПРА (четырёх и трёхтранзисторного), а также регуляторов выпрямленного тока, использующие в качестве сглаживающего буфера трансреактор, который в отличие от электролитического конденсатора не требует термостабилизации и имеет практически неограниченный срок службы, исключающие сквозные и инверсно-диодные сверхтоки, а также позволяющие совместно заземлять сетевую нейтраль, основную шину и нагрузку, имеющие сниженное число ключей, при этом не содержащие конденсаторов с большой реактивной мощностью, имеющие простую схему управления, пригодные для многофазных (расщеплённых)

V / N вариантов и имеющие сниженные помехоизлучения;

- модернизирован принцип расщепления тока применительно к синхронно-групповым ВИТ, снижены число и установленная мощность транзисторов, потери и внутренние реактивные мощности, минимизировано число полупроводниковых и электромагнитных элементов.

- модернизированы схемы защитных и коммутационно-демпфирующих цепей, что позволяет повысить их эффективность в аспектах: ограничения «сверхтоков» и перенапряжений для транзисторов, снижения I тепловых потерь и повышения надёжности полупроводниковых приборов, снижения уровня генерируемых помех;

Все новые схемотехнические решения защищены приоритетами и патентами РФ.

- получены соотношения для расчёта интегрированного транс-реактора мостового ВИТ;

- для схемы активного ограничения напряжения на транзисторе прямоходового трансформаторного преобразователя получены соотношения, доказывающие применимость относительно низковольтных транзисторов (до 600 В);

- схемно-компьютерное и физическое моделирование ВИТ выявило не только качественную справедливость теоретических положений, но и количественные погрешности аналитических и компьютерных расчётов (соответственно 15-20% и 8-10%);

- даны практические рекомендации по выбору, расчётам и исследованию схем ВИТ, полезные для разработчиков ВИТ и им подобных (широкого класса и назначения);

- разработан универсальный экспериментальный стенд, достаточно просто трансформируемый применительно ко многим типам структур и схем вторичных источников питания.

Реализация результатов. Разработанные автором критерии оценки эффективности схемотехнических решений, конкретные схемы высокоэффективных ВИТ, методики аналитических расчётов и программы I для схемно-компьютерного моделирования переданы промышленным предприятиям (ОАО АКБ «Якорь», г.Москва, ФГУП ПО «УОМЗ», г.Екатеринбург) и используются при проектировании нового перспективного класса ВИТ с питанием от сети переменного тока для таких типов потребителей, как сварочные аппараты, электронные пускоре-гулирующие аппараты для осветительных ламп высокого давления, системы оптической накачки лазеров, рекламных светодиодных транспарантов и др.

Результаты диссертационной работы внедрены в госбюджетную НИР (тема 1.5.06, «Разработка научно-технических основ создания высокоэффективных систем управления, пилотажно-навигационных приборных комплексов и электроэнергетических систем ЛА на основе современных информационных технологий», государственная регистрация №01200702211 УДК 629.7 0645.5, этап 4,5); а также используются в курсах лекций, в лабораторном практикуме, в дипломном и курсовом проектировании по дисциплинам «Электромагнитная совместимость комплексов ЛА», «Электротехника и электроника», «Электроэнергетические сети ЛА» для студентов электромеханических и энергетических специальностей МАИ. Внедрение .результатов подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Результаты диссертационной, работы докладывались и обсуждались на различных российских и международных конференциях, симпозиумах и совещаниях, в том числе: на международной конференции «Авиация и космонавтика» в 2007 и 2008 году, МАИ, г.Москва, на Всероссийской конференции молодых учёных и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике - 2008», МАИ, г.Москва, международных симпозиумах по I электромагнитной совместимости ЭМС - 2007, ЭМС - 2009, г.Санкт-Петербург ; на международных научно-технических семинарах «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г.Алушта, Украина, 2007 г, 2008 г.

Публикации. Основные материалы диссертационной работы i опубликованы в 10 печатных работах, три - в журнале «Технологии ЭМС», рекомендованном ВАК РФ, а также в их числе 3 патента на полезные модели. Список публикаций, кроме публикаций в сборниках тезисов докладов, перечисленных конференций и симпозиумов, приведён в конце автореферата.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка используемых источников и 4-х приложений; имеет 141 страницу, 42 рисунка, 5 таблиц и 95 наименований списка литературы.

Заключение

Основным обобщённым итогом исследований представляется достижение заявленной цели: разработаны схемотехнические средства повышения энергоэкономичности вторичных источников тока за счёт активной коррекции коэффициента потребляемой мощности (снижения потерь в питающей сети), повышения КПД и функционального регулирования выходной мощности (с учётом заданных показателей надёжности и помехоэмиссии в климатических условиях наружного применения).

Наибольшее значение указанный результат имеет в области I разработки электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА), активно вытесняющих с рынка традиционные электромагнитные ПРА (или так называемые балласты) разрядных осветительных ламп высокого давления благодаря обеспечению оптимальных режимов эксплуатации ламп в составе системы управления освещением.

Помимо обобщённого итогового результата представляются имеющими и самостоятельное значение следующие результаты решения промежуточных задач на этапах проведённых исследований:

1. Выбор и обоснование вспомогательных, критериев энергосберегающей, надёжностной и помехоэмиссионной эффективности схем ВИТ наружного применения позволяют объективно проанализировать известные схемотехнические решения, а также сформулировать конкретные направления и задачи по их модернизации и разработке новых схем ВИТ с питанием от сети переменного тока.

2. Особое внимание уделяется: а) задаче исключения относительно нетермостойкого и недолговечного электролитического конденсаторного буфера с переложением его функции на дроссельное звено выпрямленного тока; б) однокаскадному совмещению буферной функции с коррекцией коэффициента потребляемой мощности и с обеспечением прямоугольной формы выходного тока; в) повышению эффективности помехоэмиссионных подавителей и защитно-демпфирующих цепочек; г) способам снижения статических и коммутационных потерь; д) обратимым способам расщепления (размножения) тока и деления (умножения) напряжения, позволяющим снизить уровень потерь и помехоэмиссии и осуществлять модульное наращивание мощности.

3. Предложенные схемы универсального автотрансформаторного сварочно-пускорегулирующего аппарата (ЭС-ПРА), мостовых ЭПРА (четырёх- , двух- и трёхтранзисторного), а также регуляторов выпрямленного тока используют в качестве сглаживающего буфера транс-реактор , который в отличие от электролитического конденсатора не требует термокомпенсации и имеет практически неограниченный срок службы. В аспекте ЭМС и электробезопасности схемы исключают сквозг ные инверсно-диодные сверхтоки при любых сбоях в управлении, а также позволяют совместно заземлять сетевую нейтраль, основную шину ВИТ и нагрузку," что является немаловажным достоинством схем.

Кроме того, в отличие от аналогов и прототипов, они имеют меньшее число ключей, более простую схему управления, не содержат плёночных конденсаторов с большой реактивной мощностью, что повышает надёжность и КПД устройства, снижает помехоизлучения и позволяет использование в многофазных вариантах. Наибольшей обобщённой массоэнергетической эффективностью обладает двухключе-вой регулятор тока.

4. Разработанные новые и модернизированные известные принципы импульсного деления тока и напряжения, позволяющие регулировать распределение заданного суммарного напряжения или тока по «п» каналам и наоборот - «размножать» и «умножать» заданные напряжение и ток позволяют строить схемы трёхфазных (в частности высоковольтных) мостовых инверторов синусоидального тока, причём без выходного ёмкостного фильтра. Помимо снижения массы и габаритов схемы позволяют исключить автоколебания, расширять диапазоны регулирования с высоким соБср! в цепи нагрузки, а главное - существенно снизить тепловые потери в нагрузке и питающем кабеле (т.е. повысить КПД и рабочий ресурс изоляции). Предложена также модернизация принципа расщепления тока применительно к синхронно-групповым ВИТ, снижающая число транзисторов и уменьшающая их установленную мощность, коммутационные и статические потери, а также реактивную мощность вольтдобавочных конденсаторов (повышая их надёжность и КПД схемы). Схемы отличаются рационально-компромиссным группированием элементов, минимизирующим число п/п и электромагнитных приборов.

5. Предложенная модернизация защитных и коммутационно-демпфирующих цепей позволяет существенно повысить их эффективность в аспектах: ограничения «сверхтоков» и перенапряжений для транзисторов, снижения тепловых потерь и повышения надёжности полупроводниковых приборов, снижения уровня генерируемых помех. I

6. Все вышеперечисленные принципы, а также модернизированные и новые схемотехнические решения защищены приоритетами и патентами РФ.

7. Проведено аналитическое исследование процессов и зависимостей для модернизированных и новых разработанных схем ВИТ, в частности: для понижающего ШИМ-конвертора на базе разложения напряжения на диоде в ряд Фурье и определены зависимости его спектрального состава от коэффициента регулирования; получены выражения для граничных значений тока дросселя, необходимых для его проектирования; для корректора коэффициента мощности (ККМ) получены соотношения, позволяющие синтезировать структурную схему управления;

- для регулятора выпрямленного ток^ предложена методика расчёта управляемых процессов, позволяющая существенно снизить энергоёмкость конденсаторного фильтра (исключить электролитические конденсаторы);

- для ВИТ на базе мостового инвертора с интегрированным трансреактором, разделительным конденсатором и мягким переключением получены регулировочная характеристика, соотношения для расчёта трансреактора и определения пульсаций выходных тока и напряжения, а также схемы замещения, пригодные для компьютерного моделирования;

- для схемы активного ограничения напряжения на транзисторе прямоходового трансформаторного преобразователя получены соотношения, доказывающие применимость относительно низковольтных транзисторов (до 600В);

- для компонентов расщепленных (многофазных) ККМ предложена методика расчёта максимальных токов и напряжений, необходимых для выбора; методика может быть обобщена и на другие повышающие модуляторы. I

8. Схемно-компьютерное и физическое моделирование вторичных источников однополярного и прямоугольно-двуполярного тока выявило качественную справедливость разработанных теоретических положений и достоинства предложенных схемотехнических решений.

9. Погрешность аналитических методов расчета по интегральным и осредненным параметрам (КПД, процентное содержание высших гармоник, средние значения перенапряжений, пульсаций токов и напряжений) не превышают 15-20 %, а аналогичные погрешности схемно-компьютерного моделирования по сравнению с физическим моделированием не превышают 8-10 %, что представляется удовлетворительным для устройств рассматриваемого класса.

10. Предложенные практические рекомендации по расчетам и проектированию представляются полезными для разработчиков и исследователей вторичных источников тока широкого класса и назначения.

11. Разработанный универсальный экспериментальный стенд, достаточно просто трансформируется применительно ко многим типам структур и схем вторичных источников питания (ВИП) и может представлять самостоятельное значение для исследователей и разработчиков импульсной силовой электронной аппаратуры.

1. А. Евстифеев. Особенности построения балластов для ламп высокого давления. Силовая электроника, №3, 2008 г., с. 132-136.

2. Поляков В.Д., Пузанов В.А., Смирнов Е.М., Обжерин Е.А. Особенности анализа и расчета современных систем питания ламп высокой интенсивности. Светотехника, №4, 2006 г., с.49-54.I

3. В. Ланцов, С. Эраносян. Электромагнитная совместимость импульсных источников питания: проблемы и пути их решения. Часть 1. Силовая Электротехника, №4, 2006 г., с. 58-64.

4. ГОСТ Р 50397-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.

5. Электромагнитная совместимость технических средств. Справочник. / Под ред. Кармашева B.C. М.: 2001 г.

6. Гурвич И. Защита ЭВМ от внешних помех. Энергоатомиздат.1984.

7. Векслер Г., Недочетов В., Пилинский В. И др. Подавление электромагнитных помех в цепях электропитания. Киев: Техника. 1990.

8. Уильяме Т. ЭМС для разработчиков продукции. М.: Технологии. 2003.

9. Мкртчян Ж. Основы построения устройств электропитания ЭВМ. М.: Радио и связь. 1990.

10. Варне Дж. Электронное конструирование: методы борьбы сIпомехами. М.: Мир. 1990.

11. А. Васильев, В. Худяков, В. Хабузов. Анализ современных методов и технических средств коррекции коэффициентов мощности у импульсных устройств. Силовая электроника, №2, 2004, с. 72-77.

12. А. Гончаров, H. Твердов, Источники беспроводного питания фирмы «Александер Электрик» промышленного и социального назначения, Силовая Электроника, №1, 2004 г., с. 55-57.

13. Руководство по эксплуатации. Источник бесперебойного питания серии ИБП БКЮС. 434732.501 РЭ.

14. И. Твердов, А. Гончаров, И. Лукьянов. Выбор корректоров коэффициента мощности для источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом // Электрическое питание. 2004. №2

15. И. Твердов, А. Гончаров, И. Плоткин. Новые модули фильтрации радиопомех и защиты от перенапряжений группы компаний «Александер Электрик» // CHIP NEWS. 2004. №3.

16. Овчинников Д. А., Кастров М. Ю., Лукин А. В., Малышков Р. М., Герасимов А. А. Пассивные корректоры коэффициента мощности. Практическая силовая электроника, №9, 2003 г., с.12-1517. ГОСТ 23414-8418. ГОСТ 15465-7019. ГОСТ 23875-88

17. Овчинников Д. А., Кастров М. Ю. Классификация однофазных корректоров коэффициента мощности. Практическая силовая электроника, №9,2003г., с. 23-26.

18. Овчинников Д. А., Кастров М. Ю., Герасимов А. А. Однофазные выпрямители с корректором коэффициента мощности. Практическая силовая электроника, №7, 2002 г., с. 2-11.

19. Каюков Д. С., Недолужко И. Г. Анализ и проектирование корректора коэффициента мощности. Практическая силовая электроника, №11, 2003 г., с. 20-25.I

20. Климов В. П., Федосеев В.П. Схемотехника однофазных корректоров коэффициента мощности. Практическая силовая электроника, №8, 2002 г.

21. Чаплыгин Е.Е. Спектральные модели корректоров коэффициента мощности с ШИМ. Практическая силовая электроника. №11, 2003 г., с. 26-31.I

22. В. Климов, А. Портнов, В. Короткое, В. Смирнов, С. Сыромятников, Р. Бейм. Однофазные источники бесперебойного питания серии ДПК: динамические и спектральные характеристики. Силовая электроника. №2, 2007 г., с. 53-56.

23. В. П. Климов. Современные направления развития силовых преобразователей переменного тока. Практическая силовая электроника, №5, 2007 г., с. 43-51.

24. Климов В., Москалев А. Трехфазные источники бесперебойного питания: схемотехника и технические характеристики. Электронные компоненты, №8, 2005 г.

25. В. Климов, А. Москалев. Коэффициент мощности и нагрузочная характеристика ШИМ-инвертора в системах бесперебойного питания. Силовая электроника, №3, 2004 г'., с. 74-76.

26. Овчинников Д.А., Кастров М.Ю, Лукин A.B., Малышков Г. М. Трехфазный выпрямитель с корректором коэффициента мощности. Практическая силовая электроника, №6, 2002 г., с. 5-15.

27. Е. Чаплыгин, Во Минь Тьинь Нгуен Хоанг. Ан. Виенна-выпрямитель трехфазный корректор коэффициента мощности. Силовая электроника, №1, 2006 г., с. 20-23.

28. Сергеев B.C., Чечулина А.Н. Источники электропитания электронной аппаратуры железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1995. 280 с.

29. Д. Иоффе. Разработка импульсного преобразователя напряжения с топологией SEPIC. Компоненты и технология, №9, 2006, с.126-132

30. Патент США 4,184,197 от 15.06.1980 г.

31. Кастров М.Ю., Лукин A.B., Малышков Г.М. Транзит энергии коммутационных потерь в нагрузку. Практическая силовая электроника, №1, 2001 г., с. 9-15.

32. Глебов Б., Лебедев А., Недолужко И. Расчет с помощью SPICE демпфирующих цепочек для транзисторных ключей преобразователей напряжения. Силовая электроника, №4, 2005, с. 7881.

33. С. Резников, Д. Чуев. Защита от сверхтоков и перенапряжений и снижения коммутационных потерь в силовых импульсных преобразователях. Компоненты и технологии, №5, 2006, с. 132-136.

34. Транзисторные преобразователи электрической энергии. Под ред. A.B. Лукина, Г. М. Малышкова. М.: изд-во МАИ, 2001.

35. А. Полищук. Схемотехника современных мощных источников питания. // Силовая Электроника, №2," 2005 г. , с. 70-74

36. Полищук А. Высоковольтные диоды Шоттки из карбида кремния в источниках электропитания с преобразованием частоты. // Компоненты и технологии. 2004. №5

37. Полищук А. Проблемы выбора ключевых транзисторов для преобразователей с жестким переключением. // Силовая электроника. 2004. №2.

38. Полищук А. Высокоэффективные источники электропитания высокого напряжения для радиопередающих устройств СВЧ. // Силовая электроника. 2004. №2.

39. В. Климов. Организация параллельной работы источников бесперебойного питания переменного тока. Силовая Электроника, №2, 2008 г., с. 68-72

40. Чепурин И. Электропитание non-stop//CeTH и системы связи, №14, 2001 г.,с. 94-98.

41. Левич А. П. Перспективные направления развития ИБП // Электросистемы, №1(5), 2002, с. 8-9

42. Климов В. П. Тенденции развития UPS // Банковские системы и оборудование, №3, 1994, с. 40-46

43. Н. Донской, А. Иванов, В. Матисон, И. Ушаков. Многоуровневые автономные инверторы для электропривода и электротехники. Силовая Электротехника, №1, 2008 г., с. 43-46

44. Лазарев Г. Б. Высоковольтные преобразователи для частотного регулируемого электропривода. Построение различных систем // Новости электротехники, 2006, №2 (32).

45. Шавелкин А. А. Вариант схемы многоуровневого преобразователя частоты для электропривода среднего напряжения // Электротехника, 2005, № 11.

46. А. Бардин, А. Джаникян, С. Никитин, А. Романов. Инверторные сварочное оборудование. Силовая электроника, -№3, 2008, с. 116-119

47. С. Петров. Методы регулирования и стабилизации тока нагрузки сварочных инверторов. Силовая электроника, №4, 2008 г., с. 67-73.

48. С. Фимиани, Г. Бандура. Балласт для твердотельных светодиодных осветителей. Силовая электроника, №2, 2009 г., с. 821.,

49. В. Скворцов. Устройства заряда на базе однотактных комбинированных преобразователей. Силовая электроника, №1, 2004г., с. 74-75.I

50. В. Опре. Индуктивный заряд емкостных накопителей. Силовая электроника, №4, 2008, с. 42-46

51. Милях А. Н., Кутышин Б. Е., Волков Н. В. Индуктивно-емкостные преобразователи источников напряжения в источники тока. Киев, «Наукова думка», 1964 г.

52. Волков И. В., Вакуленко В. М. Источники электропитания лазеров. Киев: Техника, 1976г., с. 176.

53. Вакуленко В. М., Иванов JI. П. Источники питания лазеров. М.: Советское радио, 1980г., с. 102.

54. Булеков В. П., Резников С. Б., Соколов А. И.,

55. Милославский А. Р. Синтез индуктивно-емкостных стабилизаторов тока с демпфированием возмущений со стороны выпрямительно-емкостной нагрузки. Технологии электромагнитной совместимости, №3(22), 2007 г. , с. 15-22.

56. Булатов 0. Г., Иванов В. С., Панфилов Д. И. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии. М: Радио и связь, 1986 г., с. 160.

57. Найвельт Г. С., Мазель К. Б., Хусайнов Ч. И., и др. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Г. С. Нейвельта. М.: Радио и связь.1986.

58. В. Е. Китаев, A.A. Бокуняев, М. Ф. Колканов. Расчет источников электропитания устройств связи: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А. А. Бокуняева. М.: Радио и связь. 1993.

59. Моин В. С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат. 1986.г

60. Опре В. Генерирование мощных импульсов тока регулируемой формы // Силовая Электроника. 2008. №3.

61. Громовенко В. М., Опре В. М., Щеголева Н. А. Зарядные устройства расщепленных емкостных накопителей // Электротехника. 1997. №3.

62. Ворончев Т. А. Импульсные тиратроны. М: Советское радио,1958

63. Болдырев В.Г., Бочаров В.В., Дубенский Г.А., Резников С.Б., Татьянин В.И. Патент РФ № 2101886. Электронное устройство для питания и зажигания газоразрядных ламп. БИ № 1, 10.01.98 г.

64. Болдырев В.Г., Бочаров В.В., Дубенский Г.А., Резников С.Б., Татьянин В.И. Патент РФ № 210^845. Устройство для питания и зажигания газоразрядных ламп. БИ № 3, 27.01.98 г.

65. Патент на полезную модель №89909. Электронный пускорегулирующий аппарат для питания газоразрядных ламп. Резников С.Б., Бочаров В.В., Дубенский Г.А., Кабелев Б.В., Гуренков Н.В., Корнилов А.Б., Парфенов Е.В., БИ №35 от 20.12.2009 г.

66. Патент на полезную модель №88876. Регулятор выпрямленного тока и его варианты. Резников С.Б., Бочаров В.В., Гуренков Н.В.,I

67. Корнилов А.Б., Парфенов Е.В., БИ №32 от 20.11.2009 г.

68. Патент на полезную модель №89911. Бестрансформаторный регулятор выпрямленного тока и его варианты. Резников С.Б.,

69. Бочаров В.В., Гуренков Н.В., Корнилов А.Б., Парфенов Е.В. , БИ №35 от 20.12.2009 г.

70. Патент на полезную модель № 63994. Трехфазный инвертор тока. Резников С. Б., Соколов А. Н. Бюлл. №1'6 от 10.06.2007г.

71. С. Резников, А. Соколов. Принцип «импульсивного деления тока» и его применение в трехфазных мостовых инверторах с синусоидальными выходными токами в индуктивно-активной нагрузке без емкостного фильтра. Силовая электроника, №1, 2007 г., с. 78-80

72. Резников С. Б. Новая концепция железнодорожных импульсных тяговых электроприводов на базе реверсивных активных делителей постоянного напряжения и многорежимных обратимых конверторов //

73. Практическая силовая электроника. 2003. № 12.1

74. Резников С., Булеков В., Болдырев В., Бочаров В. Новый принцип обратимого выпрямительно-инверторного преобразования с ШИМ-коррекцией мощности // Силовая электроника. 2005. № 1.

75. Резников С., Чуев Д. Эффективные структуры транспортных каналов генерирования постоянного повышенного напряжения с электротрансмиссионной системой запуска силовых установок // Силовая электроника. 2006. № 2.

76. Резников С., Чуев Д., Ильинский Ю., Милославский А. Бестрансформаторные высоковольтные составные^ ШИМ-конверторы с активным самовыравниванием напряжений — «транспортеры заряда» // Компоненты и технологии. 2006. № 6.

77. Чибиркин В., Боок А., Завгородний В., Арискин 0., Шестоперов Г. Разработка трехфазного мостового инвертора для питания тяговых асинхронных электродвигателей электровозов постоянного тока // Силовая электроника. 2005. № 2.

78. Белов Г. А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи постоянного напряжения. М.: Энергоатомиздат. 1987.

79. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005.

80. А. с. СССР № 1122562, Кл. Н03К17/64. Бесконтактные коммутационное устройство. Глебов Б. А. Бюл. №33, 1984.

81. Кук С. Новый ДС/ДС преобразователь с нулевыми пульсациями и интегрированными магнитопроводами // Силовая электроника, №2, 2004 г.

82. С. Резников, Д. Чуев, П. Бутенко, А. Савенков, С. Кузеный, А. Бекетова. Энергоэкономичные нерегулируемые инверторы с пассивными демпферно-коммутационными цепочками // Технологии в электронной промышленности, №5, 2005 г.

83. Резников С. Б. Самолетная система электроснабжения квазипостоянного повышенного напряжения // Авиакосмическое приборостроение, №4, 2004 г.

84. Задерей Г.П., Заика П.Н. Многофункциональные трансформаторы в средствах вторичного электропитания. М.: Радио и связь. 1989.

85. Лейтес Л.В. Электромагнитные расчёты трансформаторов и реакторов. М.: Энергия. 1981.

86. Царенко А.И., Ноникашвили А.Д. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное. АС СССР №1541726. Кл.Н 04 М 3/315, 3/337, 1990.

87. Wittenbreder E.H. High Eficiency Coupled Inductor Soft Switching Power Converters. Патент США №3272023B1. 2001.

88. Глебов Б.А. Двухтактный ВС-ВС преобразователь напряжения для систем электропитания // Практическая силовая электроника. 2004. №13.

89. Гусев Б., Овчинников Д. Транзисторный двухтрансформаторный мостовой преобразователь постоянного напряжения. Силовая электроника, №2, 2005г., с.48-52.

90. Матвеев К., Скворцов В. Однотактный комбинированный преобразователь. Силовая электроника, №3, 2005г., с.56-59.

91. Матвеев К.Ф. Использование пакета ANSYS для моделирования электромагнитных элементов импульсных преобразователей // Компоненты и Технологии: Силовая электроника. 2004. №2.

92. Угринов П. Ограничение напряжения на ключевом транзисторе в однотактных преобразователях напряжения. Силовая электроника,1, 2004г., с.62-65.

93. Хасиев В., Кулаков А., Расчёт и схемотехника повышающих DC/DC-преобразователей высокой мощности. Силовая электроника, №4, 2008г., с.36-40.