автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Эволюционный синтез автономных инверторов с квазисинусоидальным выходным напряжением

На правах рукописи

РГВ од

КОЛДАЕВ Роман Валентинович - А Ш 20819

ЭВОЛЮЦИОННЫЙ СИНТЕЗ АВТОНОМНЫХ ИНВЕРТОРОВ С КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Специальность 05.09.03. - Электротехнические системы и комплексы,

включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САРАТОВ 2000

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научный руководитель:

кандидат технических наук доцент Голембиовский Ю.М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Угаров Г. Г.

кандидат технических наук доцент Суманеев Г.Э.

Ведущая организация: Саратовское отделение института радиотехники

и электроники РАН

Защита состоится "сЮ " декабря 2000 г. в часов в аудитории № 216а на заседании диссертационного совета К 063.58.08 в Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке СГТУ. Автореферат разослан " ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Казинский А. А.

N6, О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с бурным развитием силовой электроники в настоящее время сфера использования инверторов напряжения для питания различных потребителей постоянно расширяется. Более того, во всем мире наблюдается тенденция перехода от инверторов тока (АИТ) на тиристорах к инверторам напряжения (АИН), построенным либо на базе IGBT-модулей, либо на основе запираемых тиристоров IGCT. » *

Таким образом, на современном этапе развития преобразовательной техники доминирует принцип коммутации напряжения, что обусловлено созданием мощных силовых полупроводниковых приборов с полной управляемостью, параметры которых улучшаются из года в год.

В этой связи приобретает особое значение решение задачи структурного синтеза автономных инверторов напряжения с заданными свойствами при использовании того или иного критерия синтеза.

В отношении выбора критерия синтеза АИН следует учесть, что данный класс устройств обладает1 Жесткой внешней характеристикой, поэтому критерий жесткости внешней характеристики здесь не является актуальным (в отличие от АИТ, где данный параметр имеет решающее значение). Вследствие этого в случае АИН основное внимание уделяется гармоническому составу выходного напряжения. Именно этот факт послужил причиной выбора в качестве критерия синтеза АИН улучшение спектрального состава выходного сигнала инвертора.

Известные в настоящее время методы синтеза вентильных преобразователей не позволяют решить задачу структурного синтеза схем АИН в ее общей постановке, то есть синтезировать не только силовую часть, но и алгоритм управления вентилями устройства. Большая часть исследований относительно АИН модуляционного типа посвящена либо синтезу численными методами оптимального выходного сигнала (ШИМ или АИМ) по критерию подавления ближайших к основной гармоник, либо параметрической оптимизации АИН, при этом структурный синтез АИН почти не затрагивается.

Следовательно, решение задачи формализованного синтеза АИН модуляционного тепа по критерию подавления высших гармоник на выходе инвертора является актуальным. Критерием синтеза в данном случае может быть либо устранение наибольшего числа высших гармоник, ближайших к основной, либо минимизация коэффициента нелинейных искажений (КНИ) выходного напряжения АИН. Указанные критерий синтеза отличаются тем, что первый из них ориентирован лишь на несколько близких к основной гармоник, тогда как КНИ учитывает весь спектр высших гармоник на выходе АИН, что в наибольшей степени соответствует Международному стандарту IEEE 519-1981, который ограничивает содержание высших гармоник до 49-й включительно.

Таким образом, задача структурного синтеза схем АИН модуляционного типа по критерию минимума КНИ до сих пор не решена:; Решению данной задачи уделено основное внимание в диссертационной работе. u,

Цель работы. Целью настоящей работы является- Создание методов и алгоритмов формализованного синтеза автономных'инверторов напряжения модуляционного типа, а также исследование и расчет полученных схемных решений.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи: - синтез оптимального (в смысле' того или иного критерия) выходного напряжения АИН модуляционного типа; ' « 1 <

- синтез силовой схемы и алгоритма управления вентилями АИН;

- анализ полученных схемных решений.

Методы исследования. В диссертационной работе применялись:

- методы эволюционной кибернетики и теория генетических алгоритмов;

- теория дифференциальных уравнений;

- переключающие функции вентилей;

- спектральный метод (аппарат рядов Фурье);

- метод основной гармоники; г .

- методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна

1. Впервые для решения задачи синтеза преобразовательных устройств использованы современные методы эволюционного, моделирования и аппарат теории генетических алгоритмов, что позволило решить задачу синтеза не только силовой части АИН, но также и алгоритма управления вентилями устройства. Кроме того, методы эволюционной кибернетики обеспечивают синтез наиболее оптимальной формы выходного напряжения АИН модуляционного типа в смысле того или иного критерия.

2. Разработан генетический алгоритм синтеза оптимального по критерию минимума КНИ одно- и трехфазного выходного напряжения АИН со ступенчатой модуляцией (СМ), при этом обеспечивается устранение на выходе АИН бесконечных массивов высших гармоник, что позволяет в подавляющем большинстве случаев на практике обойтись без введения ЬС-фильтров на выходе инвертора.

3. Предложены эволюционные методы синтеза различных видов ШИМ по критерию подавления ближайших к основной гармоник. Генетические алгоритмы синтеза ШИМ разработаны таким образом, чтобы обеспечить устранение максимального числа высших гармоник, ближайших к основной, при минимальных динамических потерях на коммутацию вентилей АИН - это позволяет сократить потери мощности и уменьшить габариты выходных фильтров для АИН с ШИМ.

4. Разработан генетический алгоритм синтеза по критерию минимума КНИ силовой части и законов управления вентилями АИН с СМ при заданной форме выходного напряжения и заданных исходных ветвях схемы. Это открывает возможности поиска при помощи ЭВМ новых схемных решений АИН с СМ. Приведены результаты работы генетического алгоритма в случае синтеза АИН с 1- и 2-ступенчатой оптимальной модуляцией. Рассмотрены новые схемы одно- и трехфазных АИН с СМ, причем новизна некоторых из них подтверждена свидетельствами РФ на полезную модель (ПМ).

5. Впервые предложен генетический алгоритм идентификации параметров нагрузки АИН, питающего индуктор. Это дает возможность контроля и анализа текущих параметров нагрузки в случае, когда АИН используется в качестве источника вторичного электропитания (ИВЭП) для индукционной установки.

Практическая ценность

1. Созданные на базе теории эволюционного моделирования методы синтеза оптимальной формы выходного сигнала инверторов напряжения модуляционного типа позволяют:

- в случае СМ обеспечивать минимум КНИ выходного напряжения инвертора и подавление бесконечных массивов высших гармоник, что в ряде практических применений исключает введение ЬС-фильтров на выходе АИН с СМ;

- в случае ШИМ устранять наибольшее число высших гармоник, ближайших к основной, при минимальных динамических потерях, что улучшает энергетические показатели АИН с ШИМ и уменьшает габариты выходных фильтров и их установленную мощность.

2. Генетический алгоритм синтеза по критерию минимума КНИ силовой части и законов управления АИН с СМ при заданной форме выходного напряжения и заданных исходных ветвях схемы позволяет автоматизировать процесс поиска новых схемных решений в данном классе преобразовательных устройств.

3. Синтезированные и исследованные в различных режимах работы схемы одно- и трехфазных АИН со ступенчатой модуляцией могут быть использованы для питания потребителей, критичных к форме выходного напряжения АИН и требующих для оптимального функционирования малых значений КНИ питающего напряжения. При этом все однофазные АИН с СМ разработаны таким образом, чтобы их выходной сигнал удовлетворял условию трехфазной системы напряжений, что дает возможность использовать данные устройства в трехфазных системах.

4.Предложенный генетический алгоритм идентификации текущих параметров нагрузки АИН, питающего индуктор, обеспечивает с помощью ЭВМ для обслуживающего персонала индукционной установки возможность непрерывного контроля и анализа текущих параметров нагрузки АИН в течение всего цикла технологической операции.

5. Разработанные методы расчета входного коэффициента мощности (ВКМ) для одно- и трехфазных АИН с СМ (при отсутствии выходных фильтров) позволяют оценивать энергетические показатели преобразовательной установки в целом еще на этапе проектирования. При этом доказано, что ВКМ инвертора превышает коэффициент мощности активно-индуктивной нагрузки - этот факт говорит об экономической целесообразности использования АИН в качестве ИВЭП. Необходимость учета ВКМ при проектировании АИН обусловлена жесткими требованиями на ВКМ преобразовательных установок как в нашей стране, так и за рубежом (так называемый Power Factor). Например, согласно международному стандарту IEEE 519-1992 при любых параметрах нагрузки ВКМ должен быть не менее 0,95.

6. Выведенные формулы для расчета конденсатора на входе одно- и трехфазного АИН с СМ позволяют оценить нижнюю границу необходимой емкости входного конденсатора АИН, при которой отклонения напряжения на входном конденсаторе, обусловленные возвратом реактивной мощности нагрузки, не превышают заданной допустимой величины.

Реализация и внедрение результатов работы

Все предложенные в диссертационной работе эволюционные методы синтеза доведены до практических алгоритмов и реализованы в виде программ на объектно-ориентированном языке Borland Pascal 7.0.

Создан отдельный комплекс программ исследования и расчета различных режимов работы автономных инверторов со ступенчатой модуляцией (для всех АИН, рассмотренных в работе). При этом для расчета установившегося режима работы используется спектральный метод, а моделирование переходных процессов осуществляется на базе теории дифференциальных уравнений с использованием переключающих функций вентилей.

Разработана программа расчета гармонического состава выходного напряжения АИН (как с ШИМ, так и с СМ).

Реализован в виде программы генетический алгоритм идентификации параметров нагрузки АИН, питающего индуктор.

По итогам теоретических и экспериментальных исследований создан лабораторный образец схемы АИН с СМ, синтезированной с помощью генетических алгоритмов. Исследование макетного образца инвертора и моделирование на ЭВМ различных режимов его работы показали высокую степень соответствия теоретических и экспериментальных результатов, а также работоспособность полученного нового схемного решения.

Результаты работы использованы в Институте проблем точной механики и управления ( ИПТМУ ) РАН ( г. Саратов ) для создания прецизионного электропривода переменного тока. Материалы диссертации применяются в учебном процессе, в том числе при курсовом и дипломном проектировании.

Приводятся акты о внедрении результатов диссертационной работы в промышленность, подтверждающие их экономическую эффективность.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались:

- на Международной конферейции "Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении" (Саратов, 1997 г.);

- на 9-й зимней школе-семинаре в рамках стран СНГ "Современные проблемы теории функций и их приложения" (Саратов, 1998 г.);

на VI Международной конференции "Проблемы современной электротехники - 2000" (Киев, 2000 г.).

В полном объеме материалы диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на кафедре СТ СГТУ (Саратов, 2000 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 7 печатных работах, а также использованы при составлении одного отчета' о" НИР. Кроме того, по результатам исследований получено 2 свидетельства РФ на ПМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы. Работа содержит 210 стр. машинописного текста, 50 стр. иллюстраций и 28 таблиц.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Генетические алгоритмы синтеза оптимально \ формы (в смысле того или иного критерия) выходного напряжения АИН моду:, щионного типа (синтез СМ по критерию минимума КНИ и синтез ШИМ по критерию подавления наибольшего числа высших гармоник, ближайших к I юновной).

2. Эволюционный метод синтеза силовой част в и импульсов управления вентилями автономных инверторов со ступенчатой модуляцией.

3. Генетический алгоритм идентификации текущих параметров нагрузки АИН, питающего индуктор.

4. Новые схемы одно- и трехфазных АИН с СМ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель работы и соответствующие методы исследования, указаны научная новизна и практическая ценность диссертации, даны основные положения, выносимые на защиту, а также информация о внедрении и апробации результаТой работы.

Первая глава посвящена обзору известных в настоящее время методов синтеза вентильных преобразователей (ВП). Среди основных направлений в области синтеза ВП можно выделить следующие:

- параметрический синтез выходных цепей (ЬС-фил6Тров) автономных инверторов с помощью пакета степенных входов; 6

- структурный синтез АИН на базе функций Уолша;

-матрично-топологический метод структурного синтеза преобразователей постоянного напряжения (ППН) с использованием главной топологической матрицы (ГТМ);

- структурный синтез ВП на основе графа изменения состояний (ГИС);

- тензорная методология структурного синтеза АИТ (по критерию, жесткости внешней характеристики) и оперативно-перестраиваемых преобразовательных сетей (ОППС);

- параметрический синтез АИ на базе метода кинематических аналогий (МКА).

Отмечены достоинства и недостатки вышеуказанных методов синтеза ВП. Важно заметить, что ни одно, из перечисленных направлений в области синтеза преобразовательных устройств не, содержит решения задачи структурного синтеза АИН со ступенчатой модуляцией по критерию минимума КНИ, чему уделено основное внимание диссертационной работы.

На рис.1 представлены основные направления исследований в области решения задачи синтеза вентильных преобразователей, которые соответствуют современному состоянию теории синтеза схем ВП. Место диссертационной работы в общей структуре исследований отмечено пунктирной линией.

Рис.1. Основные направления исследований в области решения задачи синтеза ВП

Во второй главе приведены методы оценки качества выходного напряжения АИН в соответствии с ГОСТом, описано влияние несинусоидальности выходного напряжения АИН на различных потребителей электроэнергии, а также паразитное воздействие высших гармоник на силовое оборудование самого инвертора (потери мощности в конденсаторах и трансформаторах АИН).

Указаны требования, предъявляемые к выходному сигналу АИН в установках гарантированного питания, а также для потребителей, критичных к форме питающего напряжения (например, в последнем случае КНИ выходного напряжения АИН не должен превышать 10%).

Рассмотрены известные в настоящее время методы улучшения качества выходного напряжения АИН. Произведен сравнительный анализ ступенчатой и широтно-импульсной модуляции выходного сигнала инвертора.

Основные результаты второй главы состоят в следующем.

1. Дано обоснование критерия синтеза схем АИН с СМ. Выбор минимума КНИ в качестве критерия синтеза объясняется тем, что коэффициент нелинейных искажений является интегральной характеристикой качества выходного напряжения АИН с СМ, которая учитывает весь спектр высших гармоник на выходе инвертора (в отличие от АИН с ШИМ, где критерием синтеза является подавление ближайших к основной высших гармоник). Это наиболее соответствует международному стандарту IEEE 519-1981, который ограничивает содержание высших гармоник вплоть до 49-й включительно.

2. Выведена формула расчета оптимального в смысле минимума КНИ уровня ступени выходного напряжения АИН с СМ. Данная формула используется в генетическом алгоритме синтеза кривых со ступенчатой модуляцией, обладающих минимально возможным КНИ.

3. Разработаны эволюционные методы синтеза оптимального выходного напряжения АИН модуляционного типа, в том числе:

- генетический алгоритм синтеза СМ по критерию минимума КНИ;

- генетический алгоритм синтеза однофазной ШИМ по критерию подавления наибольшего числа высших гармоник, ближайших к основной. При этом эволюционное моделирование ШИМ показало, что критерий минимума КНИ в случае ШИМ не имеет смысла, поскольку наименьший КНИ=30% имеет ШИМ в виде 1 импульса за полупериод с углом управления 30°.

4. Выявлены ограничения на выходное напряжение АИН, при соблюдении которых из кривой выходного сигнала инвертора устраняются гармоники, кратные заданному числу. В частности, установлено, что выходное напряжение АИН удовлетворяет требованию трехфазной системы только тогда, когда оно не содержит кратных трем гармоник - этот факт используется в главах 3 и 4 при создании генетических алгоритмов синтеза "избирательной" и трехфазной ШИМ для различных вариантов схемы с нейтральной точкой.

5. Разработаны и детально описаны генетические алгоритмы синтеза силовых схем и импульсов управления вентилями для инверторов с 1- и 2-ступенчатой модуляцией при заданных исходных ветвях силовых схем и заданной форме выходного напряжения синтезируемого АИН. Приведены результаты работы генетических алгоритмов (полученные схемные решения).

На рис.2 представлена блок-схема генетического алгоритма в наиболее общем случае. Заметим, что данный алгоритм не имеет конечной точки, поскольку процесс эволюции бесконечен. Функционирование генетического алгоритма можно прервать искусственно - по желанию пользователя.

Рис. 2. Блок-схема генетического алгоритма

Процедура синтеза схем АИН с СМ при помощи генетических алгоритмов состоит из 7 этапов, которые заключаются в следующем. 1 .Синтез оптимального выходного напряжения проектируемого инвертора с помощью генетического алгоритма.

2.0пределение исходного набора ветвей силовой схемы синтезируемого АИН. З.Выбор пространства поиска оптимального схемного решения (класса N-узловых схем).

4.3адание множества допустимых интервалов проводимости вентилей силовой схемы.

5.Отсеивание класса заведомо неработоспособных схем.

6.Синтез силовой схемы АИН и законов управления вентилями по заданной форме выходного напряжения (п. 1) и заданных исходных ветвях схемы (п.2) с помощью генетического алгоритма.

7.Анализ полученного схемного решения.

На рис. 3 представлены результаты работы генетического алгоритма синтеза на примере однофазной мостовой схемы. Как видно из рис.3, популяция из 190 особей развивалась в течение семи поколений, пока не было получено оптимальное схемное решение, Критерием размножения особей популяции (каждая из которых есть некоторое схемное решение) являлось получение на выходе АИН напряжения, наиболее близкого к синусоиде (т.е. минимум КНИ).

Генетический алгоритм синтеза АИН

Хромосома силовой схемы

3 | 2 | 9 | 10 1 11 | 7 11 | 8 | 5 б 1 4 | 12 ■ узел 1 узел.2... i . узел 3 узел 4

исходные, ветви силовои схемы

- 1

Ф

"2

+ 5 •: +7

/Т2 | /ТЗ ".6...! 1.8..

Статистика Число особей популяции: 190 Коэффициент искажений: 0,3 Вероятность мутации: 0,05 Текущее поколение: 7 Хромосома управления Т1 = л/6 - 5я/6 Т2 = 7я/6 -11 и/6 ТЗ = тг/6 - 5я/6 Т4 = 7л/6 - Птс/6

Эволюция множества 4-узловых схем

Рис. 3. Результаты работы генетического алгоритма синтеза АИН на примере мостовой схемы

Если схемное решение, найденное генетическим алгоритмом (рис.3), представить в развернутом виде, то получим однофазный мост с оптимальным алгоритмом управления. Для нахождения данного схемного решения в ЭВМ была заложена лишь следующая начальная информация:

1) требуемая кривая выходного напряжения; - ; ;-

2) исходный набор ветвей схемы;

3) пространство поиска возможных схемных решений (класс 4-узловых схем);

4) совокупность возможных Интервалов проводимости вентилей;

5) класс неприемлемых схем - с петлями и короткими замыканиями.

Третья глава посвящена исследованию новых схем однофазных АИН с СМ. 1.С использованием эволюционных методов и генетических алгоритмов синтезированы схемы однофазных АИН с СМ, обеспечивающие минимальный КНИ выходного сигнала и подавление бесконечного числа высших гармоник, что позволяет в ряде случаев обойтись без введения ЬС-фильтров на выходе инвертора. Все полученные схемы АИН с СМ исследованы либо спектральным методом, либо с помощью дифференциальных уравнений и переключающих функций. Все рассмотренные схемы АИН способны работать на активно-индуктивную нагрузку с любым коэффициентом мощности. В сравнении с известными аналогами инверторы имеют меньшие аппаратные затраты. 10

2. Проведено исследование относительно ВКМ однофазного АИН с СМ. В частности, выявлена аналитическая зависимость ВКМ от величины угла сдвига фаз ср. между основными гармониками напряжения и тока нагрузки, которая определяется следующей формулой:

1 + сск(р)

ВКМ =

я ^сси(<р)* + ТГ - <Р

Данное выражение позволяет вычислять ВКМ при любых параметрах нагрузки, оценивая тем самым энергетические показатели АИН. В отношении однофазных АИН показано, что ВКМ инвертора не превышает значения 0,9, если не применять специальные методы компенсации реактивной мощности.

3.Выведена формула расчета нижней границы необходимой емкости конденсатора на входе однофазного АИН с СМ:

я / 2 - Ап 11т «»(?>)* (1 - с<х(/р))

С £ -*—•-,

5ш(>г / 2 - Ап) <Юс у/*Кп

где Ап - точка отсчета максимальной ступени, - циклическая частота работы АИН, (Шс - допустимое отклонение напряжения, иш-напряжение питания, Яп-активное сопротивление нагрузки. Данное выражение позволяет определить необходимую емкость на входе АИН, при которой обеспечивается возврат реактивной мощности нагрузки, а искажения напряжения на входном конденсаторе не превышают заданной допустимой величины (Шс.

4.Для АИН, питающего индуктор, разработан генетический алгоритм идентификации текущих параметров нагрузки, что позволяет оценивать параметры нагрузки АИН в реальном масштабе времени с помощью ЭВМ.

Четвертая глава посвящена трехфазным АИН модуляционного типа.

1. Для схемы с нейтральной точкой и выходным трансформатором УГУ при соединением нагрузки в Д специально разработан генетический алгоритм синтеза "избирательной" ШИМ, которая ориентирована на подавление ближайших к основной нечетных и не кратных трем гармоник. При этом в выходном напряжении АИН отсутствуют кратные трем гармоники в силу конструкции силовой схемы. Простейший алгоритм данной ШИМ позволяет устранить все кратные трем и пяти гармоники, при этом коммутационные потери остаются на уровне мостовой схемы с обычным алгоритмом управления.

2. Предложены и исследованы двухмостовые схемы трехфазных АИН, обеспечивающие оптимальную 3- и 4-ступенчатую модуляцию выходного напряжения. Инверторы не требуют наличия пассивных выходных фильтров.

3. Разработан генетический алгоритм синтеза трехфазной ШИМ, который может быть использован для схемы с нейтральной точкой в ее бестрансформаторном варианте при соединении нагрузки в У (например, в диапазоне частот < 50 Гц, когда наличие выходного трансформатора нежелательно). Алгоритмы трехфазной ШИМ ориентированы прежде всего на устранение всех кратных трем гармоник, а также на подавление наибольшего числа гармоник, ближайших к основной.

4. Выведена формула'^ расчета нижней границы емкости входного конденсатора трехфазного АИН с СМ, которая имеет следующий вид:

2 *Цт со5(у)» [1 - собСр - тс I 3)] ..........

С — щ —^

(№с IV» Яя

4 ' 11

5. Получены аналитические формулы, отражающие зависимость ВКМ трехфазного АИН с СМ от величины угла сдвига у между основными гармониками напряжения и тока нагрузки:

Х(<р й я! 3) * V6 / Л* cos(<р) Х(<р i. я 13)* \'б/ТС*[1 - cos(2>r / 3 - <р)] ВКМ = —. ---+ —, — — —,

\гг I 3 + л/з cos(2p) 12 ... 13 Г9) ~ М2х / 3 - p)»cos(2>r/3 - р)

где Х((р) - характеристические функции интервалов.

Данное вьфажение дает возможность оценивать энергетические показатели инвертора в целом еще на этапе проектирования АИН. Для трехфазных АИН доказано, что при любых параметрах нагрузки использование трехфазного АИН в качестве ИВЭП, работающего с частотой сети, обеспечивает экономию электроэнергии по сравнению с питанием потребителя от сети, поскольку ВКМ инвертора всегда превышает cos(q>) нагрузки.

6. Рассмотрен способ управления схемой с нейтральной точкой и выходным трансформатором Y/Y при соединении нагрузки в Д, который обеспечивает оптимальную в смысле минимума КНИ 2-ступенчатую модуляцию выходного напряжения АИН. При этом по сравнению с мостовой схемой в случае стандартного алгоритма управления (когда длительность импульса управления каждого транзистора равна 180°) КНИ выходного напряжения уменьшается с 31% до 17%, амплитуды 5-й и 7-й гармоник сокращаются в 3,7 раза, а коммутационные потери остаются на том же уровне. Это позволяет обойтись без введения LC-фильтров на выходе инвертора. Данный {шгоритм управления исключает проблему сквозных токов в силовой схеме АИН.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе на базе теории генетических алгоритмов решена задача синтеза автономных инверторов напряжения модуляционного типа. Разработанные генетические алгоритмы, использующие современные методы эволюционной кибернетики, позволяют синтезировать не только силовую часть АИН, но и закон управления вентилями преобразователя. Помимо этого, эволюционные методы дают возможность определять наиболее оптимальный выходной сигнал проектируемого инвертора в смысле того или иного критерия.

Основные результаты диссертации заключаются в следующем.

1. Дано обоснование критерия синтеза схем АИН с СМ. Выбор минимума КНИ в качестве критерия синтеза объясняется тем, что КНИ является интегральной характеристикой качества выходного напряжения инвертора, которая учитывает все высшие гармоники на выходе АИН. В частности, критерий синтеза АИН с СМ по минимуму КНИ отвечает международному стандарту IEEE 519-1981, ограничивающему паразитные гармоники вплоть до 49-й включительно.

2. Реализованы в виде программ эволюционные методы синтеза оптимального выходного напряжения АИН модуляционного типа, в том числе:

- генетический алгоритм синтеза одно- и трехфазной СМ по критерию минимума КНИ;

- генетический алгоритм синтеза однофазной ШИМ по критерию подавления наибольшего числа высших гармоник, ближайших к основной;

- генетический алгоритм синтеза трехфазной ШИМ, который может быть использован для схемы с нейтральной точкой в ее бестрансформаторном варианте при соединении нагрузки в Y. 12

3. С использованием эволюционных методов и генетических алгоритмов синтезирован ряд схем однофазных АИН с СМ, которые обеспечивают минимум КНИ выходного сигнала и подавление бесконечных массивов высших гармоник, что позволяет в большинстве практических применений обойтись без введения LC-фильтров на выходе инвертора. Все полученные схемы АИН исследованы в установившемся режиме работы спектральным методом. Кроме того, инверторы с бестрансформаторным выходом исследованы с помощью дифференциальных уравнений и пер1еключающих функций в режиме пуска на статическую нагрузку. Разработанные схемы АИН- обеспечивают функционирование на активно-индуктивную нагрузку с любым коэффициентом мощности. В сравнении с известными аналогами инверторы имеют меньшие аппаратные затраты при более высоком качестве выходного напряжения. По результатам исследований получено 2 свидетельства РФ на ПМ на новые схемы однофазных АИН с СМ.

Предложены и исследованы двухмостовые осемы трехфазных АИН, обеспечивающие оптимальную 3- и 4-сту'лснчатую модуляцию выходного напряжения. Квазисинусоидальная форма выходного напряжения данных инверторов отличается небольшим значением КНИ и малым содержанием высших гармоник на выходе АИН, что исключает надобность в пассивных выходных LC-фильтрах инвертора. Для всех схем АИН оптимальные параметры СМ найдены путем эволюционного моделирований многоступенчатых кривых.

4. Проведено исследование относительно ВКМ для одно- и трехфазных инверторов. В частности, выявлена аналитическая зависимость ВКМ от величины угла сдвига фаз <р между основными гармониками напряжения и тока нагрузки, что позволяет вычислять ВКМ при любых параметрах нагрузки и тем самым оценивать энергетические показатели инвертора в целом еще на этапе проектирования АИН. ВКМ преобразователя является очень важным энергетическим показателем, поэтому и в нашей стране, и за рубежом значения данного параметра жестко регламентируются. В частности, международный стандарт IEEE 519-1992 ограничивает ВКМ (так называемый Power Factor) преобразовательных установок значением 0,95 - при любых параметрах нагрузки должно соблюдаться неравенство: ВКМ > 0,95.

5. Предложен способ управления схемой с нейтральной точкой и выходным трансформатором Y/Y при соединении нагрузки в Д, который обеспечивает оптимальную по минимуму КНИ 2-ступенчатую модуляцию выходного сигнала АИН. По сравнению с мостовой схемой КНИ выходного напряжения уменьшается с 31% до 17%, амплитуды 5-й и 7-й гармоник сокращаются в 3,7 раза, а динамические потери мощности остаются на прежнем уровне.

6. С помощью специально разработанного генетического алгоритма синтеза "избирательной" ШИМ получены способы управления инвертором с нейтральной точкой и выходным трансформатором Y/Y при соединении нагрузки в А, которые обеспечивают подавление наибольшего числа высших гармоник, ближайших к основной, при минимальных потерях на коммутацию вентилей. При этом в нагрузке устранены все кратные трем гармоники (т.е. выполнено условие трехфазной системы напряжений).

7. Разработан генетический алгоритм идентификации (по спектрам выходных сигналов АИН) текущих параметров нагрузки инвертора, питающего индуктор, что дает возможность контроля и анализа с помощью ЭВМ текущих параметров нагрузки АИН со стороны обслуживающего персонала индукционной установки в течение всего'технологического цикла.

8. Выведены формулы расчета емкости ковденсатора на входе одно- и трехфазного АИН с СМ, что позволяет оценить нижнюю границу необходимой емкости на входе инвертора, при которой отклонения напряжения входного конденсатора, обусловленные возвратом реактивной мощности нагрузки, не превышают заданной приемлемой величины. ,

9. Разработаны и реализованы в виде программ генетические алгоритмы синтеза силовых схем и законов управления вентилями для инверторов с 1- и 2-ступенчатой модуляцией при заданных исходных ветвях силовых схем и заданной форме выходного напряжения синтезируемого АИН.

На рис.4 показана общая структура исследований и разработок, содержащихся в диссертации.

Рис.4. Общая структура исследований и разработок, содержащихся в диссертации

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Однофазный преобразователь постоянного напряжения в переменное трехступенчатое квазисинусоидальное: Свидетельство РФ на ПМ № 2000 108 162 120 (008 598) / Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. - 4 с.

2. Однофазный инвертор с многоуровневым выходным напряжением: Свидетельство РФ на ПМ № 2000 118 267 120 (019 457) / Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. - 4 с.

3. Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. Генетический алгоритм синтеза оптимальной кривой многоступенчатого выходного напряжения однофазного инвертора II Техническая электродинамика. Киев: ИЭД HAH Украины, 2000. - С.93-96.

4. Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. Оптимизация гармонического состава выходного напряжения статических преобразователей частоты // Техническая электродинамика. Киев: ИЭД HAH Украины, 2000. - С. 51-54.

5. Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. Оптимальный выбор уровней входных напряжений мостов в преобразовательной сети на базе инверторов напряжения // Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 1999. -С.12-18.

6. Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. К вопросу формирования общей формы тензора синтеза автономных инверторов и алгоритм вывода критерия эффективности // Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления : Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 1997. -С.57-68.

7. Колдаев Р.В. Общая форма тензора синтеза // Отчет о НИР "Разработка теории синтеза схем инверторов". Руководитель работы к.т.н. Ю.М. Голембиовский. - Саратов: СГТУ, 1995. - С.31-34.

8. Колдаев Р.В. Сингулярный тензор синтеза и порождение силовых схем автономных инверторов // Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 1998. - С.26-29.

9. Колдаев Р.В. Об одном интерполяционном процессе Лагранжа-Штурма-Лиувилля // Современные проблемы теории функций и их приложения: Тез. докл. межд. конф. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1998. - С.81.

10. Голембиовский Ю. М., Колдаев Р.В. Математические основы синтеза автономных инверторов // Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении: Тез. докл. межд. конф,- Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1997. - С.39-40.

Колдаев Роман Валентинович

ЭВОЛЮЦИОННЫЙ СИНТЕЗ АВТОНОМНЫХ ИНВЕРТОРОВ С КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Автореферат

Ответственный за выпуск Ю.Б. Томашевский

Корректор Л А. Скворцова

Лицензия ЛР №020271 от 15.11.96 Подписано в печать 01.11.00 Формат 60x84 1/16

Бум. оберт. Усл.-печ. л. 0,93 (1,0) Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 491 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Копипринтер СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.Методы синтеза схем вентильных преобразователей.И

1.1 .Графы изменения состояний и их использование для проектирования статических преобразователей.

1.2.Параметрический синтез выходных цепей АИ с применением пакета входов.

1.3.Структурный синтез ВП по заданному выходному сигналу.

1 АСинтез ВП с помощью главной топологической матрицы.

1.5.Тензорная методология в теории синтеза схем ВП.

1.6.Параметрический синтез автономных инверторов методом кинематических аналогий.

1.7. Выводы и основные задачи исследования.

ГЛАВА2.Генетические алгоритмы и эволюционные методы синтеза автономных инверторов модуляционного типа.

2.1.Критерий синтеза.

2.2.Расчет оптимального уровня ступени кривой выходного напряжения АИН.

2.3.Генетический алгоритм синтеза выходного напряжения АИН с СМ.

2.4.Эволюционный метод синтеза однофазной ШИМ.

2.5.Условия обращения в ноль гармоник, кратных заданному числу.

2.6.Генетический метод синтеза АИН на примере мостовой схемы.

2.7 .Этапы синтеза схем АИН со ступенчатой модуляцией.

2.8.Синтез 1-фазного АИН с 2-ступенчатым выходным напряжением оптимальной формы.

2.9. Выводы.

ГЛАВА 3. Исследование и расчет однофазных АИН со ступенчатой модуляцией.

3.1 .Инвертор с 2-ступенчатым выходным напряжением.

3.2.Расчет конденсатора на входе однофазного АИН с СМ.

3.3.АИН с 3-ступенчатой модуляцией.

3.4.Двухмостовой АИН с 4-ступенчатым выходным напряжением.

3.5.Инвертор с коммутаторами источников питания.

3.6.Двухмостовой АИН с 6-ступенчатой модуляцией.

3.7.Инвертор на базе двух мостов, реализующий 7-ступенчатую модуляцию.

3.8.Коэффициент мощности на входе однофазного АИН с СМ.

3.9.Генетический алгоритм идентификации параметров нагрузки АИН.

3.10. Выводы.

ГЛАВА 4. Трехфазные АИН модуляционного типа.

4.1.Схема с нейтральной точкой и 2-етупенчатой модуляцией.

4.2.Синтез "избирательной" ШИМ для схемы с нейтральной точкой.

4.3.Инвертор с 3-ступенчатым выходным напряжением.

4.4.Двухмостовой инвертор с 4-ступенчатой модуляцией.

4.5.Генетический алгоритм синтеза трехфазной ШИМ.

4.6.Входной коэффициент мощности трехфазного АИН с СМ.

4.7. Расчет входного конденсатора трехфазного АИН с СМ.

4.8.Вывод ы.

Актуальность темы. В связи с бурным развитием силовой электроники в настоящее время сфера использования автономных инверторов напряжения (АИН) для питания различных потребителей постоянно расширяется. Более того, во всем мире наблюдается тенденция перехода от инверторов тока (АИТ) на тиристорах к инверторам напряжения, построенным либо на базе ЮВТ-модулей, либо на основе запираемых тиристоров ГССТ.

Таким образом, на современном этапе развития преобразовательной техники доминирует принцип коммутации напряжения, что обусловлено созданием мощных силовых полупроводниковых приборов с полной управляемостью, параметры которых с каждым годом улучшаются.

В этой связи приобретает особое значение решение задачи структурного синтеза автономных инверторов напряжения с заданными свойствами при использовании того или иного критерия синтеза.

В отношении выбора критерия синтеза АИН следует учесть, что данный класс устройств (в отличие от АИТ) обладает жесткой внешней характеристикой, поэтому критерий жесткости внешней характеристики здесь не является актуальным. Вследствие этого, в случае АИН основное внимание уделяется гармоническому составу выходного напряжения. Именно этот факт послужил причиной выбора в качестве критерия синтеза АИН улучшение спектрального состава выходного сигнала инвертора.

Известные в настоящее время методы синтеза вентильных преобразователей не позволяют решить задачу структурного синтеза схем АИН в ее общей постановке - то есть синтезировать не только силовую часть, но и алгоритм управления вентилями устройства. Большая часть исследований относительно АИН модуляционного типа посвящена либо синтезу численными методами оптимального выходного сигнала (ШИМ или АИМ) по критерию подавления ближайших к основной гармоник, либо параметрической оптимизации АИН, при этом проблема структурного синтеза данного класса инверторов почти не затрагивается.

Следовательно, решение задачи формализованного синтеза АИН модуляционного типа по критерию подавления высших гармоник на выходе инвертора является актуальным. Критерием синтеза в данном случае может быть либо устранение наибольшего числа высших гармоник, ближайших к основной, либо минимизация коэффициента нелинейных искажений (КНИ) выходного напряжения АИН. Указанные критерии синтеза отличаются тем, что первый из них ориентирован лишь на несколько близких к основной гармоник, тогда как КНИ учитывает весь спектр высших гармоник на выходе АИН, что наиболее соответствует международному стандарту IEEE 519-1981, который ограничивает содержание высших гармоник вплоть до 49-й включительно [ 79 ].

Таким образом, задача структурного синтеза АИН модуляционного типа по критерию минимума КНИ до сих пор не решена. Решению данной задачи уделено основное внимание в диссертационной работе.

Цель работы. Целью настоящей работы является создание методов и алгоритмов формализованного синтеза автономных инверторов напряжения модуляционного типа, а также исследование и расчет полученных схемных решений.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- синтез наиболее оптимальной (в смысле того или иного критерия) формы выходного напряжения АИН модуляционного типа;

- синтез силовой части АИН и алгоритма управления вентилями при заданной форме выходного сигнала и заданных исходных ветвях схемы;

- анализ новых схемных решений (в частности, исследование переходных процессов и установившегося режима работы АИН, расчет входного коэффициента мощности (ВКМ) и конденсатора на входе инвертора).

Методы исследования.

В диссертационной работе применялись: генетические алгоритмы и методы эволюционной кибернетики, теория дифференциальных уравнений, переключающие функции вентилей, спектральный метод (аппарат рядов Фурье), метод основной гармоники и методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна.

1 .Впервые для решения задачи синтеза преобразовательных устройств использованы современные методы эволюционного моделирования и аппарат теории генетических алгоритмов, что позволило решить задачу синтеза не только силовой части АИН, но также и алгоритма управления вентилями устройства. Кроме того, эволюционные методы обеспечивают синтез наиболее оптимального (в смысле того или иного критерия) выходного напряжения АИН модуляционного типа.

2. Разработан генетический алгоритм синтеза по критерию минимума КНИ оптимального выходного напряжения АИН со ступенчатой модуляцией (СМ), при этом обеспечивается устранение на выходе АИН бесконечных массивов высших гармоник, что позволяет в подавляющем большинстве случаев на практике обойтись без введения ЬС-фильтров на выходе инвертора.

3. Предложены эволюционные методы синтеза различных видов ШИМ по критерию подавления ближайших к основной гармоник. Генетические алгоритмы синтеза ШИМ разработаны таким образом, чтобы обеспечить устранение максимального числа высших гармоник, ближайших к основной, при минимальных динамических потерях на коммутацию вентилей АИН - это позволяет сократить потери мощности и уменьшить габариты выходных фильтров для АИН с ШИМ.

4. Разработан генетический алгоритм синтеза по критерию минимума КНИ силовой части и импульсов управления вентилями для АИН с СМ при заданной форме выходного напряжения и заданных исходных ветвях схемы. Это открывает возможности поиска при помощи ЭВМ новых схемных решений АИН с СМ. Приведены результаты работы генетического алгоритма в случае синтеза АИН с 1- и 2-ступенчатой оптимальной модуляцией. Рассмотрены неизвестные ранее схемы 1- и 3-фазных АИН с СМ, новизна которых подтверждается свидетельствами РФ на полезную модель (ПМ).

5.Впервые предложен генетический алгоритм идентификации параметров нагрузки АИН, питающего индуктор. Это дает возможность контроля и анализа текущих параметров нагрузки в случае, когда АИН используется в качестве ИВЭП для индукционной установки.

Практическая ценность.

1. Созданные на базе теории эволюционного моделирования методы синтеза оптимального выходного сигнала инверторов напряжения модуляционного типа позволяют:

- в случае СМ обеспечивать минимум КНИ выходного напряжения инвертора и подавление бесконечных массивов высших гармоник, что в ряде случаев исключает введение ЬС-фильтров на выходе АИН с СМ;

- в случае ШИМ устранять наибольшее число высших гармоник, ближайших к основной, при минимальных динамических потерях, что улучшает энергетические показатели АИН с ШИМ и уменьшает габариты выходных фильтров и их установленную мощность.

2. Генетический алгоритм синтеза по критерию минимума КНИ силовой части и импульсов управления АИН с СМ при заданной форме выходного напряжения и заданных исходных ветвях схемы позволяет автоматизировать при помощи ЭВМ процесс поиска новых схемных решений в данном классе преобразовательных устройств.

3. Синтезированные и исследованные в различных режимах работы схемы 1- и 3-фазных АИН с СМ могут быть использованы для питания потребителей, критичных к форме выходного напряжения АИН и требующих для оптимального функционирования малых значений КНИ питающего напряжения. При этом все однофазные АИН с СМ разработаны таким образом, чтобы их выходной сигнал удовлетворял условию 3-фазной системы напряжений, что позволяет использовать данные устройства в 3-фазных системах.

4. Генетический алгоритм идентификации текущих параметров нагрузки АИН, питающего индуктор, обеспечивает с помощью ЭВМ для обслуживающего персонала индукционной установки возможность непрерывного контроля и анализа текущих параметров нагрузки АИН в течение всего цикла технологической операции.

5. Разработанные методы расчета ВКМ для АИН с СМ позволяют оценивать энергетические характеристики инвертора в целом еще на этапе проектирования АИН. Входной коэффициент мощности преобразователя является очень важным энергетическим показателем, поэтому и в нашей стране, и за рубежом значения данного параметра жестко регламентируются. В частности, международный стандарт IEEE 519-1992 ограничивает ВКМ (так называемый Power Factor [ 114, 116 ]) преобразовательных установок значением 0,95 [ 125, 167 ].

6. Формулы расчета емкости конденсатора на входе 1- и 3-фазного АИН с СМ позволяют оценить нижнюю границу необходимой емкости входного конденсатора АИН, при которой отклонения напряжения на входном конденсаторе, обусловленные возвратом реактивной мощности нагрузки, не превышают заданной допустимой величины.

Реализация и внедрение результатов работы. Все предложенные в диссертационной работе эволюционные методы синтеза доведены до практических алгоритмов и реализованы в виде программ на объектно-ориентированном языке Borland Pascal 7.0 (приложения 1-4, 9).

Создан отдельный комплекс программ исследования и расчета различных режимов работы АИН с СМ (для всех инверторов, рассмотренных в работе - приложения 6, 7 ).

Разработана программа расчета гармонического состава выходного напряжения АИН (как с ШИМ, так и с СМ - приложение 5).

Реализован в виде программы генетический алгоритм идентификации параметров нагрузки АИН, питающего индуктор (приложение 8).

По итогам теоретических и экспериментальных исследований создан лабораторный образец схемы АИН с СМ, синтезированной с помощью генетических алгоритмов. Исследование макетного образца инвертора и моделирование на ЭВМ различных режимов его работы показало высокую степень соответствия теоретических и экспериментальных результатов, а также работоспособность полученного нового схемного решения.

Результаты работы использованы в ИПТМУ РАН для создания прецизионного электропривода переменного тока.

Акт о внедрении результатов диссертационной работы в Институте проблем точной механики и управления (ИПТМУ) РАН (г. Саратов) приводится в приложении 11.

Материалы диссертации применяются в учебном процессе - при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Результаты работы докладывались:

- на международной конференции "Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении" (Саратов,ИПТМУ РАН, 1997);

- на 9-й зимней школе-семинаре в рамках стран СНГ "Современные проблемы теории функций и их приложения" (Саратов, СГУ, 1998 г.);

- на У1-й международной конференции "Проблемы современной электротехники - 2000" (ПСЭ-2000, Киев, Украина, 2000 г.).

В полном объеме материалы диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на кафедре СТ СГТУ (Саратов,2000 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 7 печатных работах [ 22 - 28 ], а также использованы при составлении отчета о НИР [29]. Кроме того, по результатам исследований получено 2 свидетельства РФ на полезную модель (ПМ) [ 20, 21 ].

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы. Работа содержит 210 стр. текста, 50 стр. иллюстраций и 28 таблиц. Основные положения, выносимые на защиту.

Основные результаты диссертации заключаются в следующем.

1. Дано обоснование критерия синтеза схем АИН с СМ. Выбор минимума КНИ в качестве критерия синтеза объясняется тем, что КНИ является интегральной характеристикой качества выходного напряжения инвертора, которая учитывает весь спектр высших гармоник на выходе АИН, что в наибольшей степени соответствует международному стандарту IEEE 519-1981, который ограничивает содержание высших гармоник вплоть до 49-й включительно [ 79 ].

2. Реализованы в виде программ эволюционные методы синтеза оптимального выходного сигнала для автономных инверторов модуляционного типа, в том числе:

- генетический алгоритм синтеза 1- и 3-фазной СМ с 0- и без 0-паузы (по критерию минимума КНИ);

- генетический алгоритм синтеза однофазной ШИМ по критерию подавления наибольшего числа высших гармоник, ближайших к основной;

- генетический алгоритм синтеза трехфазной ШИМ, который может быть использован для схемы с нейтральной точкой в ее бестрансформаторном варианте при соединении нагрузки в Y (например в диапазоне частот < 50 Гц, когда наличие выходного трансформатора нежелательно). Алгоритмы трехфазной ШИМ ориентированы на устранение всех кратных трем гармоник и на подавление максимально возможного числа высших гармоник, ближайших к основной.

3.Разработаны и реализованы в виде программ генетические алгоритмы синтеза силовых схем и импульсов управления вентилями для инверторов с 1- и 2-ступенчатой модуляцией при заданных исходных ветвях силовых схем и заданной форме выходного сигнала синтезируемого АИН.

4. С использованием эволюционных методов и генетических алгоритмов синтезированы схемы однофазных АИН с СМ, обеспечивающие минимальный КНИ выходного напряжения и подавление бесконечных массивов высших гармоник, что позволяет в ряде случаев обойтись без введения ЬС-фильтров на выходе инвертора. Все полученные схемы АИН исследованы в установившемся режиме работы спектральным методом. Кроме того, инверторы с бестрансформаторным выходом исследованы с помощью дифференциальных уравнений и переключающих функций вентилей в режиме пуска на статическую нагрузку. Разработанные схемы АИН обеспечивают функционирование на активно-индуктивную нагрузку с любым коэффициентом мощности. В сравнении с известными аналогами инверторы имеют меньшие аппаратные затраты при более высоком качестве выходного напряжения. По результатам исследований получено 2 свидетельства РФ на полезную модель для новых схем однофазных инверторов напряжения с СМ [ 20, 21 ].

5. Предложены и исследованы двухмостовые схемы трехфазных АИН, обеспечивающие оптимальную 3- и 4-ступенчатую модуляцию выходного напряжения (без 0-паузы). При этом оптимальные параметры СМ найдены путем эволюционного моделирования многоступенчатых кривых. Инверторы не требуют наличия выходных ЬС-фильтров вследствие малого содержания высших гармоник на выходе АИН.

6. Выведены формулы расчета емкости конденсатора на входе 1- и 3-фазного АИН с СМ (при допущении о синусоидальности тока нагрузки, что справедливо для АИН с СМ). Это позволяет оценить нижнюю границу необходимой емкости на входе инвертора, при которой отклонения напряжения на входном конденсаторе, обусловленные возвратом реактивной мощности нагрузки, не превышают допустимой величины.

7. Проведено исследование ВКМ 1- и 3-фазных инверторов. В частности, выявлена аналитическая зависимость ВКМ от величины угла сдвига фаз ф между основными гармониками напряжения и тока нагрузки, что позволяет вычислять ВКМ при любых параметрах нагрузки и тем самым оценивать энергетические показатели инвертора в целом еще на этапе проектирования АМН. В отношении 1-фазных АИН показано, что ВКМ однофазного инвертора не превышает значения 0,9, если не применять специальные методы компенсации реактивной мощности. Для 3-фазных АИН доказано, что использование трехфазного АИН в качестве ИВЭП, работающего с частотой сети, экономически оправдано при любых параметрах нагрузки (по сравнению с питанием потребителя от сети), поскольку ВКМ инвертора всегда превышает соб(ф) нагрузки.

8. Для АИН, питающего индуктор, разработан генетический алгоритм идентификации параметров нагрузки по спектрам выходных сигналов инвертора, что позволяет оценивать параметры нагрузки АИН в реальном масштабе времени с помощью современных ЭВМ.

9. Предложен способ управления схемой с нейтральной точкой и выходным трансформатором У/У при соединении нагрузки в А, который обеспечивает оптимальную по минимуму КНИ 2-ступенчатую модуляцию выходного напряжения АИН. При этом по сравнению с мостовой схемой в случае стандартного алгоритма управления КНИ выходного напряжения АИН уменьшается с 31% до 17%, а коммутационные потери остаются на том же уровне. Это позволяет в большинстве случаев на практике обойтись без введения ЬС-фильтров на выходе инвертора. Указанный алгоритм управления исключает проблему сквозных токов в силовой схеме АИН.

10. С помощью специально разработанного генетического алгоритма синтеза "избирательной" ШИМ получены способы управления инвертором с нейтральной точкой и выходным трансформатором У/У при соединении нагрузки в А, которые обеспечивают подавление наибольшего числа высших гармоник, ближайших к основной, при минимальных динамических потерях.

На рис, 4.27 показана общая структура исследований и разработок, содержащихся в диссертации.

Рис. 4.27. Общая структура исследований и разработок, содержащихся в диссертации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на базе теории генетических алгоритмов решена задача синтеза автономных инверторов напряжения модуляционного типа. Разработанные генетические алгоритмы синтеза, использующие современные методы эволюционной кибернетики, позволяют синтезировать не только силовую часть АИН, но и закон управления вентилями преобразователя. Помимо этого, эволюционные методы дают возможность определять наиболее оптимальную форму выходного напряжения АИН в смысле того или иного критерия.

1. Вентильные преобразователи переменной структуры / Тонкаль В.Е., Руденко B.C., Жуйков В.Я., Сучик В.Е., Денисюк С.П., Новосельцев A.B. - Киев: Наукова думка, 1990. - 333 с.

2. Глазенко Т.А., Гончаренко Р.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. JI: Энергия, 1969. - 184 с.

3. Гречко Э.Н., Тонкаль В.Е. Автономные инверторы модуляционного типа. Киев: Наукова думка, 1983. - С.5-173.

4. Булатов О.Г. и др. Автономные тиристорные инверторы с улучшенной формой выходного напряжения. Кишинев: Штиинца, 1980. - С.3-51.

5. Кантер И.И. Статические преобразователи частоты. Саратов: СГУ, 1966.-408 с.

6. Константинов В.Г. Многофазные преобразователи на транзисторах. М: Энергия, 1972. - 97 с.

7. Ловушкин В.Н. Транзисторные преобразователи постоянного напряжения. Л: Энергия, 1967. - 112 с.

8. Моин B.C., Лаптев H.H. Стабилизированные транзисторные преобразователи. Основы теории и расчета.-М:Энергия, 1972.-С.112-161.

9. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М: Энергоатомиздат, 1986. - 376 с.

10. Ю.Мыцык Г.С. Основы теории структурно-алгоритмического синтеза источников вторичного электропитания.- М: МЭИ, 1989. С.23-45.11 .Мэрфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменного тока. -М: Энергия, 1979. 254 с.

11. Проектирование статических преобразователей / Голубев П.В., Карпенко В.М., Коновалов М.Б., Чернышев А.И., Андреев Г.Ф., Семиглазов A.M., Шустер О.И. М: Энергия, 1974. - 407 с.

12. З.Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники. М: Энергия, 1979. - 385 с.

13. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. М: Высш.шк., 1980. - С.237-267.

14. Справочник по преобразовательной технике. Киев: Техника, 1978. -С.128-171.

15. Тонкаль В.Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа. -Киев: Наукова думка, 1979. С.5-125.

16. Хасаев О.И. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты. -М: Наука, 1966. 176 с.

17. Чиженко И.М., Руденко B.C., Сенько В.И. Основы преобразовательной техники. М: Высш. шк., 1974. - 430с.

18. Однофазный инвертор с многоуровневым выходным напряжением: Свидетельство РФ на ПМ № 2000 118 267 120 (019 457) / Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. 4 с.

19. Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. Оптимизация гармонического состава выходного напряжения статических преобразователей частоты // Техн. электродинамика, 2000. С. 51-54.

20. Голембиовский Ю. М., Колдаев Р. В. Генетический алгоритм синтеза оптимальной кривой многоступенчатого выходного напряжения однофазного инвертора // Техн. электродинамика, 2000. С. 93-96.

21. Голембиовский Ю. М., Колдаев Р.В. Математические основы синтеза автономных инверторов // Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении: Тез. докл. между нар. конф. -Саратов: изд-во СГУ, 1997. С.39-40.

22. Колдаев Р.В. Об одном интерполяционном процессе Лагранжа-Штурма-Лиувилля // Современные проблемы теории функций и их приложения. -Саратов: изд-во СГУ, 1998. С.81.

23. Колдаев Р.В. Сингулярный тензор синтеза и порождение силовых схем автономных инверторов // Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз. сб. тр. Саратов: СГТУ, 1998. - С.26-29.

24. Колдаев Р.В. Общая форма тензора синтеза // Отчет о НИР "Разработка теории синтеза схем инверторов", руководитель работы к.т.н. Ю.М. Голембиовский. Саратов: СГТУ, 1995. - С.31-34.

25. Автоматизированное проектирование силовых электронных схем / под ред. В.Я. Жуйкова. Киев: Техника, 1988. - 183 с.

26. Денисюк С.П., Сучик В.Е. Применение полного структурного синтеза при автоматизированном проектировании вентильных преобразователей // Техническая электродинамика, 1984. № 3. - СЛ 4-15.

27. Жуйков В.Я., Сучик В.Е., Денисюк С.П. Комбинаторно-топологический синтез схем вентильных преобразователей с переменной структурой // Техническая электродинамика, 1984, № 1, С.45-48.

28. Жуйков В.Я., Сучик В.Е., Денисюк С.П. Структурный синтез преобразователей с минимальным числом ключевых элементов // Техническая электродинамика, 1984, № 2, С. 41-44.

29. Руденко B.C., Жуйков В.Я., Сучик В.Е. Анализ и синтез преобразователей с постоянной и переменной структурой. Киев: ИЭД АН УССР. 1983.-65 с.

30. Мартынюк A.A. Принцип пакетного степенного входа//Доклады АН УССР, серия А, 1970. С.78-84.

31. Мартынюк A.A., Тонкаль В.Е. Синтез дискретных преобразовательных систем с поочередным использованием пакета степенных входов// Проблемы технической электродинамики, вып.29, 1971, С.121-125.

32. Калниболотский Ю.М., Рысин B.C. Проектирование электронных схем. Киев: Техника, 1976, 144 с.

33. Калниболотский Ю.М., Солодовник А.И., Димаров С.А. Синтез мощных импульсных устройств на базе функций Уолша//Автоматизация проектирования в электронике. Киев: Техника, 1976. - вып. 14. - С. 17-23.

34. Калниболотский Ю.М., Жуйков В.Я., Солодовник А.И. Оптимальное синтезирование синусоидального напряжения // Оптимизация преобразователей электромагнитной энергии. Киев: Наукова думка, 1976. - вып.1. - С.15-21.

35. Калниболотский Ю.М., Жуйков В.Я., Солодовник А.И. Синтез структур преобразователей // Проблемы технической электродинамики, 1977. -вып. 62. С. 19-21.

36. A.C. СССР № 674 166 кл. Н02М 1/08. бюл. № 26 за 1979 г. Способ формирования квазисинусоидального выходного напряжения инвертора / Калниболотский Ю.М. и др. - 3 с.

37. Артеменко М.Е., Тахер М.А. Синтез транзисторных преобразователей напряжения с заданными свойствами // Техническая электродинамика, 1994. №4. - С.43-47.

38. Артеменко М.Е. Синтез регуляторов переменного напряжения // Электроника и связь, 1998. вып.4. ч.2. - С.221-225.

39. Артеменко М.Е. Синтез транзисторных преобразователей напряжения на основе ГТМ//Электроника и связь, 1997. -вып.2.ч.1. С.67-71.

40. Артеменко М.Е. Матрично-топологический синтез вентильных преобразователей // Техн. электродинамика, 1998.- С. 13-16.

41. Артеменко М.Е. Аналитический синтез структур транзисторных преобразователей постоянного напряжения // Электроника и связь, 1997. вып.З. ч.2. - С.8-11.

42. Голембиовский Ю. М. Вопросы синтеза статических преобразователей частоты // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. научн. сб. Саратов: СГТУ, 1993. - С. 21-33.

43. Голембиовский Ю. М. Метод синтеза схем инверторов // Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления: Межвуз. научн. сб. Саратов: СГТУ, 1996. - С. 26 - 46.

44. Голембиовский Ю. М. Вопросы теории синтеза схем инверторов // Труды межд. научно-техн. конф. UEES'97. Крым: Алушта. - С.357-362.

45. Голембиовский Ю.М. Неканонические структуры ОППС // Техническая электродинамика. Спец. вып. 2. том 1: Силовая электроника и энергоэффективность. Киев: ИЭД HAH Украины,1998. - С.217-220.

46. Голембиовский Ю. М. Синтез и моделирование оперативно перестраиваемых преобразовательных сетей // Труды IV межд. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", т.7, Силовая электроника. Новосибирск: НГТУ, 1998. - С. 25-30.

47. Голембиовский Ю. М., Томашевский Ю.Б., Желнов Ю.Б. Универсальная математическая модель инверторов тока с компенсаторами вентильно-реакторного типа // Техн. электродинамика, 1999. Киев: ИЭД HAH Украины. - С.65-68.

48. Кантер И.И., Голембиовский Ю. М. Перестраиваемая преобразовательная сеть на базе инверторов напряжения // Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: межвуз. сб. тр. Саратов: СГТУ, 1994. - С.15-32.

49. Новосельцев A.B. Теория параметрического синтеза автономных инверторов на основе кинематических моделей движения. Докт. дисс. -Киев, 1992. 330 с.

50. Новосельцев A.B. Метод кинематических аналогий в теории параметрической оптимизации нелинейных электрических цепей // Электричество, 1993. № 9. - С. 58-63.

51. Новосельцев A.B. Новые аспекты метода кинематических аналогий в электротехнике // Техническая электродинамика, 1992. №3. - С.37-44.

52. Тонкаль В.Е., Новосельцев A.B., Черных Ю.К. Оптимизация параметров автономных инверторов. Киев: Наукова думка, 1985. - 220 с.61 .Клемент Р. Генетические алгоритмы/ЛСомпьютерра, 1999.-№2.-С. 10-11.

53. Вороновский Г.К., Махотило К.В., Петрашов С.Н. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности. Харьков: Основа. 1997. -200 с.

54. Клепиков В.Б., Сергеев С.А., Махотило К.В. Применение методов нейронных сетей и генетических алгоритмов в решении задач управления электроприводами // Электротехника, 1999. №5. - С.2-6.

55. Сотников С.Н., Балонин H.A. Методы анализа, синтеза и диагностики технологических процессов при помощи генетических алгоритмов // Методы и средства управления технологическими процессами: сб. трудов III межд. конф. Саранск: МГУ, 1999. - С.295-299.

56. Турчин В.Ф. Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции. М: Наука, 1993. - 250 с.

57. Букарев A.A., Костюк В.П. Особенности использования генетических алгоритмов при решении задачи выбора гамильтонова пути // Материалы межд. конф. "Проблемы управления и связи". Саратов: СГТУ, 2000. - С.206-209.

58. Струнков Т. Что такое генетические алгоритмы // PC Week, 1999. №19. - С.19-20.

59. Редько В. Эволюционная биокибернетика // Компьютерра, 1999. №2. -С. 5-6.

60. ГОСТ 16592-71. Преобразователи электроэнергии статические. М: Издательство стандартов, 1981.

61. ГОСТ 23 414-79. Коэффициент несинусоидальности. М: Издательство стандартов, 1968.

62. ГОСТ 16 465-70. Коэффициент гармоник. М: Издательство стандартов, 1968.

63. ГОСТ 23 875-79. Коэффициент искажений. М: Издательство стандартов, 1965.

64. ГОСТ 1309-67. Допустимые пределы искажений для напряжений помышленных сетей. М: Издательство стандартов, 1978.

65. ГОСТ 13109-87. Показатели качества электроэнергии. М: Издательство стандартов, 1971.

66. Колмогоров А.Н., Фомин C.B. Элементы теории функций и функционального анализа. М: Наука, 1989. - 620 с.

67. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятия. М: Энергия, 1974. - 184 с.

68. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии на промышленных предприятиях. М: Энергия, 1977. - 128 с.

69. Карпов И.В. Высшие гармоники в трехфазных цепях // Электричество, 1992.-№11.-С.53-54.

70. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В. Современные методы улучшения качества электроэнергии // Электротехника, 1998. №3. - С. 10-17.

71. Резчиков А.Ф. Исследование переходных процессов в статических преобразователях частоты с явным звеном постоянного тока: Канд. дисс. Новосибирск: НЭТИ, 1968. - 170 с.

72. Грабовецкий Г.В. Применение коммутационных функций для расчета электромагнитных процессов в ВПЧ с питанием от источника однофазной ЭДС // Преобразовательная техника. Новосибирск: НЭТИ,1968. - С.3-9.

73. Грабовецкий Г.В. Применение переключающих функций для анализа электромагнитных процессов в силовых цепях вентильных преобразователей частоты // Электричество, 1973. №6. - С.42-46.

74. Богрый B.C., Русских A.A. Математическое моделирование тиристорных преобразователей. М: Энергия, 1972. - 184 с.

75. Кантер И.И. Введение в статику и динамику вентильных преобразователей частоты. Саратов: СГУ, 1970. - 180 с.

76. Конев Ф.Б. Моделирование вентильных преобразователей на вычислительных машинах. М.: Информэлектро, 1976. - 84 с.

77. Ягуп В.Г. Автоматизированный расчет тиристорных схем. Харьков: Вищашк., 1986. - 160с.

78. Яров В.М. Расчет преобразовательных устройств. Чебоксары: ЧГУ, 1989.-52 с.

79. Стульников В.И., Колчев Е.В. Моделирование полупроводниковых преобразователей. Киев: Техника, 1971. - 200 с.

80. Плахтына Е.Г. Математическое моделирование электромашинно-вентильных схем. Львов: Вища школа, 1986. - 162 с.

81. Методы расчета электрических вентильных цепей. М.: Энергия, 1967.

82. Семейкин В.Д. Методы анализа динамики электромагнитных процессов в вентильных преобразователях. М: Информэлектро, 1979. - 144 с.

83. Руденко B.C., Жуйков В.Я., Коротеев И.Е. Расчет устройств преобразовательной техники. Киев: Техника, 1980. - 136 с.

84. Чаплыгин Е.Е., Малышев Д.В. Спектральные модели АИН с ШИМ // Электричество, 1999. № 8. - С.60-70.

85. Будников В.А., Сухих С.П., Дудин А.Б. Анализ установившегося режима в АИН с АИМ // Силовые тиристорные преобразователи. Новосибирск: НЭТИ, 1987.-С. 103-111.

86. Будников В.А., Дудин А.Б. Анализ энергетических показателей АИН с АИМ // Силовые преобразователи электрической энергии: межвуз. сб. -Новосибирск: НЭТИ, 1989. С.55-66.

87. Шогенов А.Х., Шевелев И.Н. Анализ работы системы транзисторный инвертор асинхронный двигатель методом двух составляющих // Электротехника, 1999. - № 4. - С.52-55.

88. Суманеев Г.Э., Новиков P.A. Анализ электромагнитных процессов в силовых цепях комплекса тиристорных преобразователей методом основной гармоники//Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления. Саратов: СГТУ, 1996. - С.72-81.

89. A.c. СССР № 276 234, бюл. №23 за 1970 г. Однофазный инвертор / Милях А.Н., Тонкаль В.Е., Липковский К.А. 4 с.

90. A.c. СССР № 944025 кл. Н02М7/48. Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное / Липковский К.А.

91. Ю4.Полупроводниковые преобразователи модуляционного типа с промежуточным звеном повышенной частоты / Тонкаль В.Е., Мельничук Л.П. и др. Киев: Наук, думка, 1981. - С.248-249.

92. A.c. СССР № 280 629, бюл. №28 за 1970 г. Однофазный инвертор / Милях А.Н., Тонкаль В.Е., Тонкаль С.С.

93. Юб.Губаревич В.Н. Автономный инвертор со ступенчатой формой выходного напряжения // Проблемы технической электродинамики, 1970. вып.24. - С. 33-37.

94. Гречко Э.Н. Тиристорный инвертор с амплитудно-импульсной модуляцией кривой выходного напряжения // Проблемы технической электродинамики, 1975. вып.50. - С.78-80.

95. A.c. СССР № 312 353, бюл. №25 за 1971 г. Однофазный статический преобразователь / Гречко Э.Н., Мельничук Л.П.

96. A.c. СССР № 165816, бюл. № 20 за 1964 г. Способ бестрансформаторного статического преобразования постоянного тока в переменный / Шрейнер Р.Т.

97. A.c. СССР № 1 387 149 AI. кл.Н02М 7/48. 1988. бюл. №13. Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное / Умаров Б.У. и др.

98. A.c. СССР № SU 1 046 876 А. кл.Н02М 7/48. 1983. бюл. №37. Способ преобразования постоянного напряжения в многоступенчатое переменное / Мыцык Г.С. и др.

99. A.c. СССР № 1 415 380 AI. кл. Н02М 7/48. 1988. бюл. №29. Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое квазисинусоидальное / Швынденков М.А. и др.

100. ПЗ.Тонкаль В.Е., Мельничук Л.П. Магнитно-полупроводниковые модуляционные преобразователи частоты. Киев: Наукова думка, 1970. -192 с.

101. Флоренцев С.Н. Активная коррекция коэффициента мощности преобразователей с однофазным выпрямителем на входе // Электротехника, 1992. №3. - С.28-31.

102. Ловчиков А.Н., Носкова Е.Е. Анализ и синтез широтно-импульсных систем //Электротехника, 1998. №12. - С.38-42.

103. Пб.Рудык С.Д., Турчанинов В.Е., Флоренцев С.Н. Высокочастотный преобразователь напряжения с высоким коэффициентом мощности по входу // Электротехника, 1996. №4. - С.31-33.

104. Гречко Э.Н. Составные трехфазные инверторы напряжения//Тезисы 4-й межд. конф. по электромеханическим и электрическим системам. Санкт-Петербург: 1999. - С. 615-620.

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

106. Лукашенков A.B. Алгоритмы идентификации нелинейных схемных моделей дуговых электропечей по спектральным составляющим токов и напряжений // Электротехника, 1998. №12. - С.28-32.

107. Васильев A.C. и др. Высокочастотные транзисторные инверторы, нагруженные на индуктор // Электротехника, 1993. №3. - С.25-28.

108. Бугулов Г.Р., Зак А.Б., Ивенский Г.В. Идентификация параметров нагрузки в системе инвертор тока индукционный нагреватель//Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: межвуз. сб. тр. - Саратов: СПИ, 1989. - С. 16-20.

109. Беспалов В.Я. и др. Импульсные перенапряжения в обмотках АД при питании от ШИМ-преобразователя // Электротехника, 1999.-№9.-С.56-60.

110. Бару А.Ю., Шинднес Ю.Л. Преобразователи частоты для регулируемых электроприводов большой мощности // Техническая электродинамика: системы электроснабжения электротехнических установок и комплексов. Киев: ИЭД HAH Украины,1999. - С.113-114.

111. A.c. СССР № SU 1 387 148 AI, кл.Н02М 7/48. Способ преобразования постоянного напряжения в 3-фазное переменное / Зиновьев Г.С. и др.

112. Сенько В.И., Сенько В.Е. Алгоритмы ШИМ в инверторах с нейтральной точкой// 3-rd international scientific and technical conference on unconventional electromechanical and electrical systems, volume 2 of 3, Alushta, The Crimea, Ukraine, 1997, P.679-682.

113. Сенько В.И., Сенько В.Е. Управление автономными инверторами с помощью оптимальной ШИМ // Техн. электродинамика, спец. выпуск 2. т.1. Силовая электроника и энергоэффективность. Киев: ИЭД НАН Украины, 1998. -С.128-131.

114. Сенько В.И., Сенько Е.В. Применение алгоритмов ШИМ в трехфазных инверторах с нейтральной точкой // Электротехника, 1999, №5, С. 71-76.

115. Сенько В.И., Лебеденко С.А. и др. Алгоритмы ШИМ выходного напряжения трехфазного мостового инвертора // Техническая электродинамика, 1993, №4, С.23-26.

116. Сенько В.И., Лебеденко С.А. и др. Новый алгоритм ШИМ выходного напряжения трехфазного автономного инвертора с нейтральной точкой // Техническая электродинамика, 1994. №1. - С. 13-18.

117. Никитин В.М. Управление значением выходного напряжения трехфазного инвертора // Электротехника, 1996. №4. - С.34-40.

118. Изосимов Д.Б. и др. Симплексные алгоритмы управления трехфазным АИН с ШИМ //Электротехника, 1992. №12. - С.14-20.

119. Изосимов Д.Б. и др. Улучшение качества энергопотребления полупроводниковыми преобразователями с ШИМ // Электричество, 1996.-№4.-С.48-55.

120. Рудык С.Д., Турчанинов В.Е., Флоренцев С.Н. Инверторы с синусоидальным выходным напряжением // Электротехника, 1996. № 12. - С.26-28.

121. Михеев В.В., Мыцык Г.С. и др. Многофункциональные инверторы с многофазной ШИМ //Электричество, 1992. №7. - С.23-31.

122. Михальченко Г.Я. и др. Модуляционные ключевые преобразователи электрической энергии // Электричество, 1992. №10. - С.43-50.

123. Мазнев А., Шатнев О. АИН с улучшенной формой выходного напряжения // Труды 3-й межд. конф. UEES, т.2, секция В: Силовая электроника. Крым: Алушта, 1997. - С.635-638.

124. А.С. СССР № 494 831, кл.Н02М 7/48. Трехфазный инвертор / Моин B.C.

125. А.с.СССР №525212,кл.Н02М 7/44.Трехфазный инвертор/Панченко В.Н.

126. A.C. СССР № 817 932, кл. Н02М 7/515, 1981, бюл. № 12. Инвертор напряжения / Филатов В.Н.

127. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов. М.: Энергия, 1969. - 280 с.

128. А.С. СССР № 1032567А, кл.Н02М 7/48,1983,бюл.№28.Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное многоступенчатой формы / Азаров A.M.

129. А.С. СССР № 1115181 А,кл.Н02М 7/48,1984,бюл.№35.Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное / Азаров A.M., Гавриленко С.М.

130. Крайчик Ю.С. Связь между реактивной мощностью вентильного преобразователя и искажениями формы напряжений на его вводах // Электричество, 1998, №5, С. 71-73.

131. Архангельский Н.Л., Сибирцев А.Н. Построение силовой части многодвигательных электроприводов переменного тока // Электротехника, 1994. №8. - С.2-5.

132. Галанов В.И. и др. Современные мощные полупроводниковые приборы и их функциональные особенности//Электротехника,1998.- №3.- С. 48-52.

133. Ковалев Ф.И., Флоренцев С.Н. Силовая электроника на рубеже веков// Труды IV межд. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения". т.7. Силовая электроника. - Новосибирск: НГТУ, 1998.-С.3-8.

134. Флоренцев С.Н. Состояние и перспективы развития приборов силовой электроники на рубеже столетий II Электротехника, 1999. №4. - С.2-9.

135. Флоренцев С.Н. Состояние и тенденции развития силовых IGBT-модулей // Электротехника, 2000. №4. - С.2-8.

136. Кэролл Е., Линдер С. и др. Тиристоры IGCT. Новый подход .к сверхмощной электронике//Электротехника, 1998. №7. - С. 46-53.

137. Штеймер П.К. и др. IGCT появление новой технологии для сверхмощных экономически эффективных преобразователей (перевод) // Электротехника, 1999. - №4. - С. 10-18.

138. Бычкова Е.В., Прудникова Ю.И. Обзор современных зарубежных преобразователей частоты и опыт их применения // Электротехника, 1995. -№7. -С.36-43.

139. Калашников Б.Е. и др. Опыт разработки и внедрения IGBT-инверторов для асинхронного электропривода // Электротехника, 1998.- №7.- С.24-32.

140. Барский В. А. и др. О построении мощных инверторов напряжения на IGBT // Техническая электродинамика. Киев: ИЭД HAH Украины,1998. С.80-83.

141. Барский В. А. и др. Создание серии IGBT преобразователей частоты для регулируемых асинхронных электроприводов // Электротехника,1999. №7. - С.38-42.

142. Браницки Р. и др. Транзисторные преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями // Техническая электродинамика. Киев: ИЭД HAH Украины, 1999. - С.99-102.

143. Мищенко А.В. и др. Преобразователи частоты для энергосберегающих электроприводов массового назначения II Электротехника, 1996. № 12. -С. 39-41.

144. Дацковский J1.X. и др. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно-регулируемом электроприводе // Электротехника, 1996.-№10.-С.18-27.

145. Никитин В. М. Энергосберегающие электроприводы // Электротехника, 1996. №4. - С.52-55.

146. Уфимцев И. В. Фильтрация выходного напряжения в автономных инверторах II Техническая электродинамика: силовая электроника и энергоэффективность, т.1, спец. выпуск 2. Киев: ИЭД НАН Украины, 1998. С.50-53.

147. Чаплыгин Е.Е. и др. Анализ инвертора напряжения, работающего на разветвленную сеть потребителейЮлектротехника, 2000. №4. - С.47-51.

148. Бару А.Ю., Шинднес Ю.Л. Сравнительный анализ электромагнитной совместимости с питающей сетью различных типов преобразователей частоты для регулируемых электроприводов // Техническая электродинамика. Киев: ИЭД НАН Украины, 2000. - С.51-56.

149. Данилевич О. И., Сакара Ю.Д. О коэффициенте мощности полупроводниковых преобразователей // Техническая электродинамика. -Киев: ИЭД НАН Украины, 2000. С.61-62.

150. Барский В.А. и др. О принципах проектирования инверторов тока с ШИМ II Техническая электродинамика. Киев: ИЭД НАН Украины, 2000.-С.13-16.

151. Royer G.H. A switching transistor D-C to A-C convertor having an output frequency proportional to the D-C input voltage // Trans. AI EE, v.74, part 1, 1955, p.322.

152. Thompson A. Hardware Evolution: Automatic design of electronic circuits in reconfigurable hardware by artificial evolution. London: Springer Verlag, 1998. - C. 111-115.275

153. Clement R., Wren A. Genetic Algorithms and Bus-Driver Scheduling // Presented at the 6th International Conference for Computer-Aided Transport Scheduling. Lisbon. Portugal. 1993. P. 211-217.

154. Thompson A. Temperature in Natural and Artificial Systems. // Presented at the 4th International Conference on Artificial Life. The MIT Press,1997,P.388-397.

155. Salters G. A high power DC-AC inverter with sinusoidal output // Electronic Eng. 1961. № 9. p.23-33.

156. PROGRAM STEPKNI; uses crt, graph, gstepu; const1. Step=pi/180;halfpi=90;1. MaxNet=490;1. Numbers=488;1. MaxH=33;0mut=25;varpm,gm,num: word;select,Stupen,VerMut,faz,ZeroStep: byte; type

157. Population: TNation; Generation: TNation;-------------------------МЕТОДЫ ТИПА TNetwork-------------------------}

158. PROCEDURE TNetwork.SortAk; var sa,si,Smin: word; Amin: single;beginifStupen>l then beginfor sa:=l to Stupen-1 do begin1. Amin:=aksa.; smin:=sa;for si:=sa+l to Stupen do beginif aksi.<Aminthen begin

159. Amin:=aksi.; smin:=si; end; end;aksmin.:=ak[sa]; ak[sa]:=Amin; end; end; end;}

160. PROCEDURE TNetwork.ConditionAk; var cai,caj: byte; beginfor cai:=l to Stupen-1 do beginfor caj:=cai+l to Stupen do if abs(akcai.-ak[caj])<0.01 then ak[caj]:=ak[cai] + 0.02; end; end;}

161. PROCEDURE TNetwork.Level; var 11: byte; beginfor 11;— 1 to Stupen-1 do Ekll.:=(cos(ak[ll])-cos(ak[ll+l]»/(ak[ll+l]-ak[ll]);

162. EkStupen.:=cos(ak[Stupen])/(pi/2-ak[Stupen]);end;-----------------------------------------------------------------------}

163. PROCEDURE TNetwork.Service; begin

164. ConditionAk; SortAk; level; end;}

165. PROCEDURE TNetwork.Init; var ink: byte; beginfor ink:=l to Stupen do Akink.:=Step*random(haIfpi);if ZeroStep=l then Akl.:=0;end;-----------------------------------------------------------------------}

166. FUNCTION TNetwork.CNI: single; var BufCNI, x,int,dx: single; cnk: word;beginx:=0; int:=0;CNI:=0;BufCNI:=0;B3f:=0;dx:=0.01; for cnk:= 1 to 628 dobegin

167. PROCEDURE TNation. Mutation; var CaseMut,mut,BadMut: word; mk: byte;beginmut:=random(num)+1 ; if num> 1 then begin

168. NetWorksnum+2.:=NetWorks[mut]; NetCNI[num+2] :=NetCNI[mut] ;

169. NetWorksmut.Ak[l+random(Stupen)]:=Step*random(halfpi); Net Works[mutj. Service; if ZeroStep=l then NetWorks[mut].Ak[l]:=0; end;

170. NetCNImut. : =Net Works[mut] .CNI; { если мутант плохой, то отменяем мутацию } if NetCNI[mut]>MaxCNI then begin

171. NetWorksmut.:=NetWorks[num+2]; NetCNI[mut] :=NetCNI[num+2] ; end;если мутант очень хороший объявляем его потомком } if (NetCNImut. < 0.5*MaxCNI)and(num>5) then begin

172. BadMut:=BadMan; NetCNIBadmut. :=NetCNI[num] ; NetWorks[BadMut] :=NetWorks[num] ; if frac(select/2)=0 then begin pm:=num;

173. Generation.NetWorksgm. :=Population.NetWorks[mut] ; Generation.NetCNI[gm]:=Population.NetCNI[mut]; gm:=gm+l; end elsebegin gm:=num;

174. Population.NetWorksprn.:=Generation.NetWorks[mut]; Population.NetCNI[pm]:=Generation.NetCNI[mut]; pm:=pm+l; end;

175. DEC(num); ResultOutput(mut); end; end;------------------создание начальной популяции--------------------}

176. PROCEDURE TNation.InitNation; var il: word; beginpm:=Numbers; gm:=l; num:=pm; Select:=2; MylnterFace;

177. YerMut:=l + round(0mut/select); for il:= 1 to num do begin

178. NetWorksil. .Init; NetWorks[il]. Service; NetCNI[il]:=Net Works[il]. CNI; end;

179. ResultOutput(l);Harmonic;MaxCNI:=Fitness; end;----------------скрещивание особей популяции-------------------------}

180. NetWorksnum+ l.Service; NetCNI[num+ l]:=NetWorks[num+ 1].CNI; if NetCNI[num+l] < MaxCNI then begin

181. Generation.NetWorksNumbers.:=Population.NetWorks[l]; Generation.NetCNI[Numbers]:=Population.NetCNI[ 1 ];end;if (frac(select/2)<>0)and(num= 1) then begin

182. Population.NetWorksNumbers.:=Generation.NetWorks[l]; Population.NetCNI[Numbers]:=Generation .NetCNIf 1 ]; end;

183. ResultOutput(num+1); end; end;---------эволюция популяций естественный отбор--------------------}

184. PROCEDURE TNation. Selection; beginif frac(select/2)=0 then beginpm:=Numbers; gm:=l; num:=pm;Population.MaxCNI:=Generation.MaxCNI; end else beginpm:=l; gm:=N umbers; num:=gm;Generation.MaxCNI:=Population.MaxCNI; end;

185. ResultOutput(l); MaxCNI:=Fitness; YerMut:=l + round(0mut/select); repeat Crossover;if random(VerMut)=l then Mutation; until num=l;

186. Harmonic;ResultOutput( 1); end;--------------оценочная функция потомков-----------------------------}

187. FUNCTION TNation.Fitnessrsingle; var fk: word;1. FitSum: single;begin1. FitSum:=0;for fk:=l to num do FitSum:=FitSum + NetCNIfk.;1. Fitness:=0.99*FitSum/num;end;------------номер худшей особи популяции----------------------------}

188. FUNCTION TNation.BadMan:word; var bad,bk: word; BadBufer: single;begin

189. BadBufer:=0; for bk:=l to num do beginif NetCNIbk.>BadBuferthenbegin

190. BadBufer: =NetCNIbk.; Bad:=bk; end; end;1. BadMan:=bad; end;------------------------------------------------------------------------}

191. PROCEDURE Tnation.Harmonic; var z,dz, lira, fz3: single; hk,hl: word;

192. TSimvol(9,5,'Введите число ступеней за полупериод (2-7): ');readln(Stupen); if (Stupen<2)or(Stupen>7) then goto 1;

193. TSimvol(9,6,'C О-ступенью ? (1-no, 0-yes): ');readln(ZeroStep);

194. TextEnd;Grinit;MyInterFace;end;-------------вывод результатов-----------------------------------}

195. PROCEDURE TNation.ResultOutput(ro:word); var rk,ri: byte; ros,fs: string; fg,fgu,fc: word;sing: array 1.270. of pointtype; w: single;begin

196. SetFillStyle(l,0); bar(340,310,630,340); {хромосома углов } for rk:=l to stupen do begin

197. SetColor(lO); rectangle(300+40*rk,310,340+40*rk,340); SetColor(l 5); str(rk: 1 ,ros); OutTextXY(315+40*rk,345,'A'+ros); str(akrk.* 180/pi:2:0,ros); OutTextXY(315+40*rk,320,ros); end;хромосома уровней } bar(340,390,630,440); for rk:=l to stupen do begin