автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Математическое и физическое моделирование полупроводниковых выпрямителей на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем в судовых электротехнических комплексах

На правах рукописи

□03062742

ЛИМОННИКОВА

Елена Владимировна

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ НА БАЗЕ ТРАНСФОРМАТОРА С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ В СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ

Специальность 05 09 03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

003062742

Работа выполнена в Филиале «СЕВМАШВТУЗ» - Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Черевко Александр Иванович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Агунов Михаил Викторович кандидат технических наук, доцент Приходько Валентин Макарович

Ведущая организация ФГУП «СПО «АРКТИКА»

Защита состоится «21» мая 2007г в 14 часов на заседании Диссертационного Совета Д 212 228 03 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете по адресу 190008, г Санкт-Петербург, ул Лоцманская, 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Автореферат разослан « /£'» 2007 г

Ученый секретарь Диссертационного Совета дт н, профессор

А П Сеньков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Замена на судах электромашинных преобразователей полупроводниковыми (ПП) в конце 60-х годов 20 века обусловила возникновение проблемы качества электроэнергии, что нашло отражение в ГОСТ 13109-67 и Морском Регистре СССР

Автоматизация управления судном, погрузочно-разгрузочными работами и других технологических операций вызвала дальнейший рост мощности полупроводниковых преобразователей В результате проблема качества электроэнергии переросла в проблему электромагнитной совместимости, что нашло отражение в ГОСТ 13109-87 и новой редакции Морского Регистра СССР

Практика показала, что мощные ПП искажали формы кривых токов и напряжений, загружали сеть дополнительной реактивной мощностью и мощностью искажения Высшие гармоники в составе кривых токов и напряжений приводили к дополнительному нагреву статорных и роторных обмоток генераторов, потребителей переменного тока и кабельных трасс, вызывали сбои в работе устройств автоматики, вычислительной техники и систем управления самих ПП

Исследования, выполненные в середине 80-х годов XX века, показали, что при увеличении коэффициента гармоник по напряжению (Кги) до 10% происходит резкий рост виброакустических характеристик (ВАХ) трансформаторно-реакторного оборудования ПП, повышается виброактивность асинхронных двигателей (АД) в 3-5 раз Было установлено, что при длительном воздействии шума и вибрации на персонал, производительность труда падает примерно на 60%

В конце 90-х годов ГОСТ на качество электроэнергии (КЭ) был пересмотрен и приведен в соответствие с международными стандартами МЭК Морской Регистр Судоходства РФ разделил судовые электротехнические комплексы и системы на три региона по электромагнитной совместимости (ЭМС), утвердив для 1-го коэффициент несинусоидальных искажений на уровне 5%, для 2-го на уровне 10% и для 3-го более 10% - по согласованию с Регистром

До принятия федерального закона РФ от 27 декабря 2002 №184-ФЗ «О техническом регулировании» правовые нормы в области обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) в законодательстве Российской Федерации отсутствовали Главный акцент в техническом регулировании (ТехР) в области ЭМС в настоящее время заключается в государственном регулировании, которое должны осуществлять федеральные органы исполнительной власти в сферах своих полномочий С 1 июля 2003 года

вступил в силу закон «О техническом регулировании», которым предусмотрено принятие технического регламента ЭМС Таким образом, на повестку дня поставлено создание в Российской Федерации единой системы технического регулирования в области ЭМС аналогичной европейской системе ТехР В этом случае новые технические средства (ТС) должны отвечать требованиям ЭМС, а электрическая энергия - требованиям к ее качеству Эти соответствия возлагаются на разработчиков и производителей ТС и подлежат обязательному подтверждению в виде декларации о соответствии с обязательной последующей сертификацией ТС

В настоящее время благодаря работам Глинтерника С Р , Глебова И А , Глазенко Т А , Демирчяна К С , Исаева И М , Инькова Ю М Каганова И Л , Ковалева Ф И , Крайчика Ю С , Крогериса А Ф , Поссе А В , Размадзе Ш М , Лутидзе Ш И , Тимофеева Д В , Толстова Ю Г, Чалого Г В , Чиженко И М , Шехтмана М Г , Шипилло В П , Эттингера Е Л , Анисимова Я Ф , Мыцыка Г С в основном сформирована теория работы ПП в симметричных и несимметричных режимах Жежеленко И В , Розанов Ю К , Козярук А Е , Рябенький В М , Яценко Г С , Агунов А В предложили практически важные решения по компенсации высших гармоник Значительный вклад в развитие теории энергетических процессов в ПП внесли Маевский О А , Зиновьев Г С , Агунов М В , а в развитие динамики ПП - Булгаков А А, Поздеев А Д , Донской Н В , Исхаков А С , Джюджи Л , Пелли Б , Шрейнер Р Т, Дмитриев Б Ф , Скачков Ю В внесли существенный вклад в развитие теории построения многоячейковых преобразователей Благодаря работам С Г Германа-Галкина, И В Черных, М В Пронина получило существенное развитие математическое моделирование ПП для целей проектирования различных преобразователей в составе электротехнических комплексов и систем

Розанов Ю К , Агунов А В и др отмечают, что создание и освоение промышленностью новых силовых приборов позволит расширить функции силовых электронных устройств, используемых для регулирования КЭ

Исследования, выполненные в «СЕВМАШВТУЗе» - филиале СПбГМТУ при участии автора, показали, что для повышения качества электроэнергии (КЭ) в автономных электротехнических комплексах и системах (ЭК и С), с мощными ПП требуется совершенствование силовых схем самих ПП Первые работы в этом направлении были выполнены Свиридовым Г М , Шукаловым В Ф , Гайтовым Б X, Сингаевским НА и др и были направлены на применение трансформаторов с вращающимся магнитным полем (ТВМП) в составе выпрямительных агрегатов

Цель работы и задачи исследований.

Целью работы является математическое и физическое моделирование полупроводниковых выпрямителей на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями (ТВМП) с обмотками, выполненными по схеме «звезда/круговая обмотка (КО)»

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

1 Развить методику проектирования ферромагнитных структур ТВМП при различном числе пар силовых ключей (СКЛ) транзисторного коммутатора (ТК), заключающуюся в создании алгоритмов и программ в среде МаШсас! по расчету конструктивных, массогабаритных и электромагнитных характеристик ТВМП, построенных по схеме «звезда/круговая обмотка»

2 Разработать алгоритмы и программы в среде МаЛсас! по расчету потерь мощности и теплового нагрева магнитопроводов и обмоток ТВМП

3 Создать математические модели управляемых выпрямителей (УВ) с ТВМП с различным числом пар СКЛ ТК в среде МАТЬАВ-ЗнпиИпк для исследования эффективности их работы в установившихся, переходных и аварийных режимах

4 Построить модели ТВМП в программной среде А^УБ для расчета электромагнитных и тепловых характеристик УВ с ТВМП, позволяющие корректировать аналитические методы проектирования ферромагнитных структур ТВМП при различном числе пар силовых ключей

5 Разработать алгоритмы и программы в среде МаШсас! по расчету виброакустических характеристик УВ с ТВМП

Методы исследований.

Исследования проводились с применением современного математического аппарата, соответствующего решаемым задачам методов теории электрических и магнитных цепей, методов теории гармонического анализа, операционного и матричного исчисления

Теоретические результаты подтверждаются математическим моделированием в среде МаШСас!, Ма1ЬаЬ-81ти1тк, АИБУЗ на ПЭВМ Достоверность теоретических положений подтверждена результатами исследований лабораторных макетов ПП с ТВМП, разработанных и изготовленных с участием автора настоящей диссертационной работы

Научная новизна

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что на основании проведенных исследований обоснованы теоретические положения,

совокупность которых направлена на создание ПП выпрямителей, построенных на базе ТВМП, в частности

- развита методика проектирования ферромагнитных структур ТВМП при различном числе пар СКЛ ТК, заключающаяся в создании алгоритмов и программ в среде МаШсас! по расчету конструктивных, массогабаритных и электромагнитных характеристик ТВМП, построенных по схеме «звезда/круговая обмотка»,

- предложены алгоритмы и программы по расчету тепловых потерь в магнитопроводах и обмотках ТВМП в среде МаХЪсай,

- разработаны математические модели УВ, построенные на базе ТВМП с различным числом пар СКЛ ТК в среде МАТЬАВ-ЗипиЬпк для исследования эффективности их работы в установившихся, переходных и аварийных режимах Новизна моделей подтверждена их регистрацией во ВНТИЦ РФ,

- построены модели ТВМП в программной среде А^УБ, положенные в основу методики проектирования ТВМП, позволяющие автоматизировать расчеты их электромагнитных и тепловых характеристик при различном числе пар СКЛ, что позволило корректировать и проверять аналитические методы проектирования ферромагнитных структур ТВМП,

- разработаны алгоритмы и программы в среде МаШсас! по расчету виброакустических характеристик УВ с ТВМП

Практическая значимость работы и реализация.

Созданы новые математические модели УВ с ТВМП на различное число пар СКЛ ТК в программной среде МАТЬАВ-БипиЬпк, позволяющие исследовать электромагнитные процессы в УВ с ТВМП при различных нагрузках с целью выбора оптимальных параметров, обеспечивающих заданные показатели КЭ и уровни виброакустических характеристик

Разработаны методики, алгоритмы и программы проектирования и расчета, конструктивных, массогабаритных и электромагнитных характеристик ферромагнитных структур ТВМП в программной среде МаЛСас1 и АЫБУБ, позволяющие оценивать реальные состояния ферромагнитных структур согласующих трансформаторов, а также выполнена экспериментальная проверка электромагнитных характеристик ТВМП при различном числе пар СКЛ

Предложена методика расчета тепловых потерь и виброакустических характеристик ТВМП при различном числе пар СКЛ в программной среде МаШсас!

Представленная работа выполнялась в соответствии с госбюджетными НИР в филиале «СЕВМАШВТУЗ» - Санкт Петербургского государственного морского технического университета по заказам предприятий

Государственного Российского центра атомного судостроения (ГРЦАС) в рамках федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» при непосредственном участии автора за период с 2002 по 2006 г

Результаты работы используются предприятиями ГРЦАС ФГУП «МП «ЗВЕЗДОЧКА», ФГУП «СПО «АРКТИКА», в учебном процессе филиала «СЕВМАШВТУЗ», в дисциплинах «Полупроводниковые преобразователи» и «Методы и модели анализа и принятия решений» На защиту выносятся:

1 методика проектирования ферромагнитных структур ТВМП при произовольном числе пар СКЛ ТК,

2 математические модели УВ, построенные на базе ТВМП с минимальным четным и удвоенным числом пар СКЛ ТК в среде МАТЬАВ-БитшЬпк для исследования эффективности их работы в установившихся, переходных и аварийных режимах,

3 модели ТВМП в программной среде АИБУЗ для расчета электромагнитных и тепловых характеристик УВ с ТВМП, позволяющие уточнять аналитические методы проектирования ферромагнитных структур ТВМП при различном числе пар СКЛ,

4 алгоритмы и программы в среде МаШса<3, позволяющие рассчитывать потери в магнитопроводах и обмотках, а также тепловые характеристики ТВМП,

5 алгоритмы и программы в среде МаЛсас! по расчету виброакустических характеристик УВ с ТВМП

Апробация работы. Основные положения и научные результаты работы докладывались и обсуждались на:

Международных конференциях: Моринтех-2001 (1 докл ), С Петербург, Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы, Екатеринбург, 2003 (1 докл), Динамика систем, механизмов и машин, Омск, 2004 (1 докл )

Всероссийских конференциях: ЭМС технических средств, С Петербург, - 2004 (3 докл), 2006 (1 докл ),

а также на - конференциях «Перспективные технологии строительства и утилизации судов на предприятиях ГРЦАС», Северодвинск 2002 - 2006' гг Публикации

Основные научные результаты работы отражены в 12 научных работах, в том числе в 3 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных Перечнем ВАК для докторских диссертаций, 6 запатентованных моделях и программах, 1 монографии

Личный вклад.

Постановка задачи по развитию теории электромагнитных процессов в У В с ТВ МП, обсуждалась с научным руководителем дтн, профессором Черевко А И, а решение теоретических вопросов, основные научные результаты работы принадлежат лично автору Разработка математических моделей УВ с ТВМП в программной среде МаЛаЬ-ЗнгшЬпк, МаШСас! и АЫЭУЗ, выполнена совместно с научным руководителем

Структура и объем работы. Диссертация содержит 223 страницы, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 124 наименований и приложения на 32 страницах Основной текст составляет 191 страницу и включает 100 иллюстрации (в тч осциллограммы) на 75 страницах и 14 таблиц на 15 страницах

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель и решаемые в диссертации задачи

1 В первой главе рассмотрены функциональная и силовая схемы выпрямителя на базе ТВМП, представлено описание конструкции выпрямителя, а именно расположение и исполнение первичной трехфазной обмотки (ТО), вторичной круговой обмотки (КО), дополнительной круговой обмотки (ДО), рассмотрен алгоритм подключения диаметрально расположенных отводов круговой секционированной обмотки к плюсовой и минусовой шинам выпрямителя с помощью транзисторного коммутатора (ТК)

Дано описание работы выпрямителя на базе ТВМП на примере ТВМП на 8 пар силовых ключей (СКЛ) ТК (рис 1), приведены векторные и временные диаграммы суммарного вектора магнитной индукции вращающегося магнитного поля (ВМП), а также кривые выходного напряжения управляемого выпрямителя с ТВМП в зависимости от угла управления

Рассмотрены электромагнитные процессы в УВ с ТВМП, анализ которых показал 1) в процессе регулирования выпрямленного напряжения кривая выпрямленного напряжения не имеет разрывов первого рода, что позволяет обеспечить более высокое качество выходного напряжения УВ с ТВМП по сравнению с классическими мостовыми выпрямителями, построенными на базе трансформаторов с пульсирующими магнитными полями, 2) что для обеспечения передачи энергии из ТО в КО, ТО и КО должны иметь одинаковое число пар полюсов В этом случае бегущие волны МДС ТО и КО, изменяющиеся по синусоидальным законам с одинаковой частотой, будут неподвижны относительно друг друга и будут взаимодействовать между собой,

обеспечивая передачу энергии практически так же, как и в обычном трансформаторе с пульсирующими магнитными полями

Рис 1 Принципиальная схема ТВМП с ТК на 8 пар СКЛ

Во второй главе предложена методика проектирования ферромагнитных структур ТВМП Так как вопросы выбора оптимальной геометрии ТВМП еще недостаточно хорошо изучены, то для разработки методики проектирования ТВМП было предложено использовать методы проектирования реакторов с вращающимися магнитными полями и вентильных машин

В соответствии с технически заданием по договору с ФГУП «СПО «АРКТИКА» методика проектирования отрабатывалась для УВ с ТВМП со следующими исходными данными частота напряжения питающей сети Г = 50 Гц, действующее значение напряжения питающей сети и = 220 В, активная мощность ТВМП Рн = 4000, Вт, КПД ТВМП г|н = 95%, коэффициент мощности ТВМП соБф = 0 89, высота оси симметрии цилиндрических магнитопроводов Ь = 100, мм, ТО наружного магнитопровода ТВМП имеет вид двухслойной петлевой обмотки с двумя полюсами 2р = 2, с классом нагревостойкости изоляции Р Для установленной техническим заданием конструкции ТВМП был разработан алгоритм и программа в среде МаШсас! для вычисления конструктивных параметров ТВМП

При выборе величины воздушного зазора принимались следующие допущения 1) чем меньше воздушный зазор между наружным и внутренним магнитопроводом, тем меньше его магнитное сопротивление и меньше в нем магнитное напряжение, составляющее основную часть МДС магнитной цепи всего ТВМП Поэтому уменьшение зазора приводит к соответствующему уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающего тока, благодаря чему возрастает соБср и уменьшаются потери в меди ТО, 2) чрезмерное уменьшение воздушного зазора приводит к возрастанию амплитуды пульсаций индукции в воздушном зазоре и, как следствие, к увеличению поверхностных и пульсационных потерь Таким образом воздушный зазор между наружным и внутренним магнитопроводами был выбран минимальным, равным 5 = 01 мм

В результате конструктивных расчетов были получены параметры, представленные для наружного и внутреннего магнитопроводов на рисунках 2 и 3 соответственно

Согласно выполненным расчетам конструктивных параметров ТВМП были разработаны алгоритм и программа по расчету параметров обмоток и потерь, а также по расчету тепловых характеристик ТВМП, которые в

Рис 2 Наружный магнитопровод ТВМП (в мм)

Рис 3 Внутренний магнитопровод ТВМП (в мм)

последствии были использованы при составлении моделей УВ с ТВМП на 4 и 8 пар СКЛ ТК в МАТЬАВ-БипиЬпк и АШУБ

Анализ теплового расчета показал, что запас на превышение по предельно допустимой температуре нагрева для принятого класса нагревостойкости изоляции Р для наружного магнитопровода составляет 66 5°С, а для внутреннего магнитопровода 46 6 °С при абсолютно допустимой температуре нагрева изоляции в 125 °С

В третьей главе были разработаны и реализованы математические модели УВ с ТВМП на 4 и 8 пар СКЛ в программной среде МАТЬАВ-ЗнтшИпк

В работе показано, что при аналитическом описании УВ с ТВМП с учетом коммутационных процессов, возникающих при переключении смежных пар СКЛ, коммутирующих отводы секций КО ТВМП, получается точная математическая модель УВ, однако это приводит к резкому усложнению модели и увеличению объемов расчета В то же время неучет коммутационных процессов в КО ТВМП, в силу малой их длительности, дает незначительную ошибку, - не более 2-3%, поэтому для разработки упрощенной математической модели УВ на базе ТВМП, содержащего ТК на 4 и 8 пар СКЛ, необходимо иметь математические описания работы ТО и КО ТВМП в основных установившихся режимах

1.—

-'-Л Ч \ > , ■ л-1-

мАг=*мгд/ \ ч •Мц^м,»!/ ;

КО

/2

6/

2 £

у /з

у

/А

5/

скк

СКА

ъ Я, и. Е-

Рис 4 Упрощенные схемы замещения УВ с ТК на 4 пары СКЛ

11

Согласно упрощенной схеме замещения УВ с ТК на четыре пары СКЛ (см рис 4) были составлены уравнения, описывающие установившиеся режимы работы ТО и КО ТВМП, например, дня случая, когда во включенном состоянии находятся СКЛ \'Т1 и УТ7 в соответствии со вторым законом Кирхгофа получаем

Л т 111 ш

+И33-мГР^-к*'-МГР^+Я^ -л...

ев = [L. -Мвг+ \Мсв ~Lc]^ + [Mab-МСА]^ + [МР'+

\М

dt

dt

dt

dt

'dt

dt

du dt

'dt

'-Ed=0

dt

dt

1dt

(1)

Здесь eA(t), eB(t), ec(t), iA(t), iB(t), ic(t) - фазные ЭДС и фазные токи первичной ТО ТВМП, МАВ = Мва, МВс = Мсв, МСа = МАС -взаимные индуктивности между фазами ТО, MAf = MfA, MBf = Mffl, MCf = Мгс - взаимные индуктивности между фазами ТО и секциями КО, Мутп - взаимные индуктивности между секциями КО, i2 ь 132, и i - токи в секциях вторичной КО, Rj, Ld, Ed, id -активное сопротивление, индуктивность, ЭДС и ток в цепи постоянного тока, ДО и УУ - дополнительная обмотка и устройство управления УВ, СКК (1,2,3,4) и СКА (6,7,8,5) - силовые ключи катодные и силовые ключи анодные

Система (1) включает четыре дифференциальных уравнения с 8 неизвестными, где первое и второе уравнения описывают установившийся режим работы ТО, а третье и четвертое - установившийся режим работы полуобмоток КО, составленных из секций 2-1 и 3-2, а также 4-1 и 3-4 соответственно

Из рис 4 следует, что секционные токи КО в установившихся режимах будут попарно равны

'2 1 = '3,2, '3 4 = '4,1

Оставшиеся неизвестные токи гс и г,/ определим в соответствии с первым законом Кирхгофа (рис 4)

'с = - 'а - 'b, if/ = '3 2 + ¡3,4 = '2 1 + '4,1

Математическая модель управляемого выпрямителя на 4 пары СКЛ в МаЛаЬ - ЗипиЬпк разработанная в соответствии с исходными системами уравнений (1) представлена на рис 5 При формировании модели У В с ТВМП был использован метод понижения порядка, при котором за известные величины принимаются производные старших порядков

Блок L_Rd позволяет задать параметры цепи нагрузки сопротивление Rd, индуктивность Ld и э д с Ed(t), для задания этих параметров также используются блоки постоянных значений const

Значения параметров созданные в блоках R и L, Ef(t) и L_Rd поступают на сборные шины, с помощью которых можно передавать сигналы, в системе не перегружая ее излишними связями В модели созданы отдельные шины для передачи значений сопротивлений с блока R, индуктивности с блока L, э д с с блока Ef(t), параметров нагрузки с блока R_Ld, дифференциалов токов в трехфазной обмотке, дифференциалов токов и непосредственно самих секционных токов в круговой обмотке Токи в трехфазной обмотке и нагрузке передаются на последующие блоки с помощью одиночных связей

Со сборных шин сигналы поступают на два больших блока реализации высших производных DU_TO (по уравнениям ТО) и DU_KO (по уравнениям КО) В результате работы модели были получены графики токов и напряжений в случае активной и активно-индуктивной нагрузки (см рис 6-9)

Для УВ с ТК на 8 пар СКЛ (рис 10) подобно предыдущему случаю были составлены уравнения, описывающие установившиеся режимы работы ТО и КО ТВМП, например, для случая, когда во включенном состоянии находятся СКЛ УТ1 и УТ12 получаем систему уравнений (2)

Система (2) включает четыре дифференциальных уравнения с 12 неизвестными, где первое и второе уравнения описывают установившийся режим работы ТО, а третье и четвертое - установившийся режим работы полуобмоток КО, составленных из секций 2-1, 3-2, 4-3, 5-4, а также 5-6, 6-7, 7-8, 8-1 соответственно

Секционные токи КО в установившихся режимах будут попарно равны

'2,1 = Ь 2= г4 3= 4> г5 6 = 1б 1~ ¡7 8= г8 I

Оставшиеся неизвестные гс и г,; определим в соответствии с первым законом Кирхгофа гс = - га - /ь, г,/ = /21 + '5 6

+ И3: -М.»+ 3 + №'' + +

л

а

-е< = [л, + + + -м? +

л

а

л

л

-[^/2,6+а//:,'+Щ"

а

а

[л/;:,! +м',ц +м>ц ; +мц\ +м>:\

л

+[л/,/3' + М'лг г + '1 + м'/' +[л^1 + м[г 2 + м'в4 3+мд/! 4 + А '''

а

л

а

а

а

- " + м1;7 + м?" + ' - [л/£56+А/;'7 + ма/7" + Л/;"1 -

'А

-6 + М?-1 + М>;' + 1 + Л, А. + Я, А, + ЯЛ + Л„ -= О а( ш

Рис 10 Упрощенная схема замещения УВ с ТК на 8 пар СКЛ

Математическая модель УВ на 8 пар СКЛ разработанная в соответствии с исходными системами уравнений (2) представлена на рис 11

В результате работы модели были получены графики токов и напряжений на нагрузке в случае активной и активно-индуктивной нагрузки (см рис 12-15)

А 10 6 6

2

О

О О 01 О 02 О 03 а 04 О Об О 06 О 07 1С

Рис 12 Ток, протекающий в нагрузке, при активном сопротивлении

12 10 6 6 4 2 О

О О 01 О 02 О ОЭ О 04 О Об О 06 О 07

Рис 13 Ток, протекающий в нагрузке, при активно-индуктивном сопротивлении

и*в 200 1Q0 160 140 120 100 80 60

4D -------------------

О О 01 О 02 О Q3 О 04 О OS О Об О 07 t с

Рис 15 Напряжение на активно-индуктивном сопротивлении нагрузки

По результатам расчетов, выполненных на разработанных моделях была проведена оценка коэффициентов пульсаций по напряжению кпи и по току кп1 Это потребовало разложить в ряды Фурье формы выпрямленных токов и напряжений Данная операция была выполнена в программе МАТЬАВ

По результатам расчетов были построены графики, представленные на рис 16, 17, устанавливающие зависимости коэффициентов пульсации по напряжению и току в функции угла включения «5» На рис 16 представлены зависимости коэффициентов пульсаций по напряжению кпи в функции угла включения «5» для схемы УВ на 4 и 8 пар СКЛ в режиме холостого хода Здесь кривая 1 представляет собой график зависимости коэффициентов пульсаций по напряжению кпи для схемы УВ на 4 пары СКЛ, 2 - график зависимости коэффициента пульсаций по напряжению к„и для схемы УВ на 8 пар СКЛ

к„ш%

Рис 16 Зависимость к„и = для схемы УВ на 4 и 8 пар СКЛ для режима

холостого хода

На рис 17 представлены зависимости коэффициентов пульсаций по току кП] в функции угла включения 5 для схемы УВ на 4 и 8 пар СКЛ при активной и активно-индуктивной нагрузке для случаев, когда мощность нагрузки составляет 20% (а) и 50% (б) от мощности ТВМП Здесь кривая 1 представляет собой график зависимости кП1 для схемы УВ на 4 пары СКЛ при активной нагрузке, 2 - график зависимости кп1 для схемы УВ на 4 пары СКЛ при активно-индуктивной нагрузке, 3 - график зависимости кП] для схемы УВ на 8 пар СКЛ при активной нагрузке, 4 - график зависимости кп1 для схемы УВ на 8 пар СКЛ при активно-индуктивной нагрузке

Как следует из анализа графиков на рис 16,17, коэффициенты пульсаций по напряжению и току для УВ с 4-мя и 8-ю парами СКЛ с ростом «6» возрастают по экспоненциальным законам, при этом УВ с 8-ю парами СКЛ во всем диапазоне регулирования «б» имеет коэффициент пульсаций в 4-5 раз меньше, чем УВ с 4-мя парами СКЛ

а) б)

Рис 17 Зависимость кп1 = ^б) для схемы УВ на 4 и 8 пар СКЛ, когда мощность нагрузки составляет 20%(а) и 50% (б) от мощности ТВМП

Коэффициент пульсаций по напряжению в УВ с ТВМП на 4-е пары СКЛ для режима холостого хода даже при малых углах управления превышает допустимый 5% порог, а в УВ с ТВМП на 8 пар СКЛ это превышение имеет место при 5=25° При нагрузке коэффициент пульсаций по току

оказывается примерно в 3 раза меньше, чем кп1 при ^ нагрузке во всем диапазоне регулирования «5», как при постоянной времени нагрузки хл = 3 (УВ с ТВМП на 4 пары СКЛ) так и при = 6 (УВ с ТВМП на 8 пар СКЛ), когда мощность нагрузки составляет как 20%, так и 50% от мощности ТВМП

Как следует из анализа графических зависимостей на рис 16, 17 при отсутствии сдвига управляющего сигнала относительно опорной фазы «А» ТО в режиме холостого хода для УВ с ТВМП на 4 пары СКЛ коэффициент пульсаций по напряжению оставляет 8%, а для УВ с ТВМП на 8 пар СКЛ -1 6% Коэффициент пульсаций по току, когда мощность нагрузки составляет 20% от мощности ТВМП при 5 = 0 для УВ с ТВМП на 4 пары СКЛ при активной нагрузке составляет 4%, а при активно-индуктивной нагрузке - 1 6%, для УВ с ТВМП на 8 пар СКЛ при активной нагрузке - 0 5%, а при активно-индуктивной нагрузке - 0 25% Коэффициент пульсаций по току, когда мощность нагрузки составляет 50% от мощности ТВМП при 5 = 0 для УВ с ТВМП на 4 пары СКЛ при активной нагрузке составляет 1 9%, а при активно-индуктивной нагрузке - 1 1%, для УВ с ТВМП на 8 пар СКЛ при активной нагрузке - 0 2%, а при активно-индуктивной нагрузке - 0 13% Из чего следует, что УВ при 8 парах СКЛ ТК имеет коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в 3 раза меньший нормы допускаемый Морским Регистром судоходства, что является весомым аргументом в пользу УВ с ТВМП на 8 пар СКЛ

В четвертой главе разработаны модели ТВМП в программной среде А^УБ для расчета электромагнитных и тепловых характеристик УВ с ТВМП,

19

дозволяющих уточнять аналитические методы проектирования ферромагнитных структур ТВМП при различном числе пар СКЛ.

В соответствии с электромагнитными и конструктивными расчётами ТВМП, выполненными в 2-ой главе в программной среде была создана

двумерная шдельТВМЛ (рис.17).

Созданная модель была разбита сеткой конечных элементов, фрагмент которой представлен на рисунке 18,

Рис. 18. Фрагмент сечения модели с сеткой конечных элементов Представленная модель была исследована при работе в режимах холостого хода и под нагрузкой, для УВ на 4 и 8 пар СКЛ ТК. Для случая холостого хода и синусоидальной формы входного напряжения в ТО магнитное поле представлено на рисунке 19, индукция - на рисунке 20,

МООАЬ воышсм ЯГЕР*1

вив -1

ТГИЕ-1 АЗ

ВИН «-.011726 9ИХ -.011636 -.01129« -.01042® 00956Э -.000698 -.007033 -.006102 -.005237 -.004372 -.003506 -.001776 -.911Е-03 453Е-04 .агоЕ-оз .оогь5

.оозиб

.001231 .005146 г 006в77 .007742 .00В607 .009473 .011203

N00АХ, еоьигчш 37ЕР-1 вив »1 Т1НЕ=1

В зим (А1Л1) НЙУВ*0

Ро^дгОгарМса Е?ЛСЕТ«1

ВКХ *2,173 О

Д .241456 . 4В2912 ' 724367 ® .965823 ™ 1-207 1.149 _ _: 1.69 1. 932 2.173

Рис.20. Индукция (Тл) Достоинством разработанной модели является то, что она позволяет получить не только реальную картину электромагнитного поля ферромагнитной конструкции, но и количественные характеристики при заданных токовых нагрузках ТО и КО ТВМП, как в установившихся так и при переходных режимах.

В результате выполнения теплового расчёта для созданной двумерной модели были получены распределение температуры внутри магнитолроводов ТВМП для режимов холостого хода (рис.21) и под нагрузкой для УВ на 4 и 8 пар СКЛ.

О 10.123 ¿3 .¿к' ] П1 ТслГЗ

1.11 15,2 ' . I, ' 11: 13 , (

Рис.21. Распределение температуры внутри ТВМП в режиме холостого

хода (°С)

Двумерная модель ТВМП в АЫЭУ5 позволяет с высокой точностью производить тепловой расчёт и ферромагнитной конструкции ТВМП. Так по результатам работы модели было установлено, что температура перегрева ТО, расположенной в пазах наружного магнитопровода по сравнению с температурой окружающей среды составляет 58.5°С, а температура КО, расположенной о лазах внутреннего магнитопровода составляет 78.4°С, что хорошо согласуется с результатами аналитических расчётов выполненных ранее. Сравнительный анализ показал, что погрешность аналитических методов по сравнению с программной средой ЛЫЗУБ составляет 1,5-2 %.

Экспериментальная оценка электромагнитных характеристик ТВМП проводилась для наружного и внутреннего магнитопроводов. Вначале исследовались электромагнитные характеристики внутреннего магнитопровода ТВМП в режиме холостого хода КО (рис.22). Для этого подавалось напряжение на ТО (ито) и мул ьти метром замерялось напряжение между лам елями (отводами) внутреннего магнитопровода (ико) с последовательным увеличением числа витков в секциях КО, т.е. в пяти положениях (1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1 6). Затем на холостом ходу КО мультиметром замерялось напряжение на половине КО внутреннего магнитопровода и^о» при этом с помощью ЛАТРа изменялось напряжение, подаваемое на ТО, и фиксировалась с помощью измерительного комплекта К505 напряжение, активная мощность и ток, потребляемые КО.

Для исследования электромагнитных характеристик ТВМП под нагрузкой к КО через разъём подключались коммутаторы на 4, 6, 8 пар СКЛ, на выходе

которых включались активное и активно-индуктивное сопротивления. При этом с помощью осциллографа С1-55 фиксировались напряжения в нагрузке (рис.23,24), а с помощью измерительного комплекта К505 фиксировались токи, напряжения и мощности, потребляемые фазами ТО ТВМП. Полученные результаты измерений использовались для расчёта магнитных индукций и напряжённостей в наружном и внутреннем магнитопроходах ТВМП.

Рис.22 Схема эксперимента

Рис.23. Осциллограмма напряжения на 4 пары СКЛ при Гто = I А

Сравнительный анализ показал, что погрешность экспериментальных исследований электормагнитных характеристик по сравнению с расчетами в программной среде АИБУБ составляет 5-7%

В пятой главе - был выполнен расчет уровня вибрации УВ с ТВМП мощностью 4 кВт при 4 и 8 парах СКЛ в составе ТК, для этого были использованы данные 2-4 глав настоящей работы Для расчета и оценки уровня вибрации в магнитопроводе ТВМП была использована методика, предложенная Шубовым И Г , которая была адаптирована к ТВМП и показала, что

1) С увеличением числа пар СКЛ общий уровень вибрации ТВМП возрастает Это связано увеличением частоты переключения отводов КО, которая вызывает повышение пульсаций магнитных потоков в магнитопроводе ТВМП

2) В режиме холостого хода уровень вибрации обобщенного магнитопровода по сравнению с нагрузочным режимом практически не изменяется Это может быть связано с тем, что результирующее магнитное поле магнитопровода ТВМП под нагрузкой, несмотря на увеличение МДС ТО, из-за размагничивающего действия МДС КО, оказывается подобно магнитному полю ТВМП в режиме холостого хода

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате математического и физического моделирования полупроводниковых выпрямителей, построенных на базе ТВМП

1) Установлено, что при реализации выпрямительного режима работы УВ с ТВМП, форма кривой выпрямленного напряжения УВ не содержит разрывов первого рода, что связано с особенностями электромагнитных процессов в УВ, и чем УВ с ТВМП выгодно отличаются от классических полупроводниковых выпрямителей

2) Развита методика расчета конструктивных и электромагнитных параметров ТВМП, основанная на методах проектирования реакторов с вращающимися магнитными полями и электрических машин Расчеты тепловых потерь в наружном и внутреннем магнитопроводах ТВМП показали, что для принятой конструкции ТО и КО обладают значительными тепловыми запасами, которые для ТО составляют 66 5°С, а для КО - 46 6°С

3) Разработаны в программной среде МагЬаЬ-БтшЬпк модели управляемых выпрямителей на базе ТВМП, которые адекватно описывают электромагнитные процессы в ТО и КО ТВМП, так как построены на системах дифференциальных уравнений, учитывающих особенности работы СКЛ ТК, а

также взаимоиндуктивные связи и пространственное расположение магнитосвязанных обмоток ТВМП

4) Анализ коэффициентов пульсации выпрямленного напряжения в моделях УВ показал, что УВ на 8 пар СКЛ имеет коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в 2,5 раза меньше нормы допускаемой Морским Регистром судоходства РФ

5) Модель ТВМП, построенная в программной среде А^УБ, позволяет получить не только реальную картину электромагнитного поля ферромагнитной конструкции, но и количественные характеристики при заданных токовых нагрузках ТО и КО ТВМП, как в установившихся так и переходных режимах

6) Предложенная методика оценки уровня вибрации в магнитопроводе ТВМП мощностью 4 кВт показала, что уровень вибрации магнитопровода ТВМП при 4 парах СКЛ, переключающих отводы КО, ниже чем при 8 парах СКЛ, а в режиме холостого хода уровень вибрации магнитопровода по сравнению с нагрузочным режимом практически не меняется Это может быть связано с тем, что результирующее магнитное поле магнитопровода ТВМП под нагрузкой, несмотря на увеличение МДС трехфазной обмотки, из-за размагничивающего действия МДС круговой обмотки, оказывается подобно магнитному полю ТВМП в режиме холостого хода

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основные результаты выполненного исследования отражены в следующих публикациях автора а) в журналах, входящих в перечень ВАК РФ

1 Лимонникова Е В, Черевко А И Математическая модель узла питающей сети с электромагнитным компенсатором несимметрии в Ма^аЬ -БитшЬпк // Известия Вузов «Электромеханика», Новочеркасск, 2006г, № 1, с 32 - 36, автор 50%

2 Черевко А И, Лимонникова Е В Математическая модель цеховой трансформаторной подстанции судоремонтного предприятия с электромагнитным компенсатором несимметрии в МаЛаЬ - ЗнпиЬпк // «Технологии ЭМС», Москва , 2005 , № 3, с 38 - 44, автор 50%

3 Черевко А И , Лимонникова Е В Упрощенная математическая модель управляемого выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем // «Технологии ЭМС» Москва, 2006 г, № 3, с 10-16, автор 50%

б) прочие публикации

4 Лимонникова Е В , Черевко А И Двумерная модель магнитопровода ТВМП в программной среде ANSYS 8 0// Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, №50200601594, И 09 2006 г , 28с, автор 50%

5 Лимонникова Е В , Черевко А И Исследование электромагнитных характеристик трансформаторов с вращающимся магнитным полем методом конечных элементов // Доклад на IX РНТК «ЭМС-2006» СПб , 2006 г, с 535-538, автор 50%

6 Лимонникова Е В , Черевко А И Математическая модель компенсатора несимметрии на базе трансформатора вращающегося магнитного поля с двумя первичными ортогональными обмотками в MatLab-Simulink // Доклад на VIII РНТК «ЭМС-2004», с 216-221, автор 50%

7 Лимонникова Е В, Черевко А И Математическая модель управляемого выпрямителя на 4 пары силовых ключей в MatLab - Simulink // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, №50200501540 от 25 10 05 , 24 с , автор 50%

8 Лимонникова Е В , Черевко А И Математическая модель УВ на 8 пар СКЛ в MATLAB-Simulink // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, №50200601843 от 23 10 2006, 39 с , автор 50%

9 Черевко А И, Лимонникова Е В Математическая модель трансформаторной подстанции с электромагнитным компенсатором несимметрии на базе ТВМП в MatLab- Simulink// № Гос регистр во ВНТИЦ РФ, №50200501472 от 14 10 05 , 21 с , автор 50%

10 Черевко АИ, Лимонникова ЕВ Модель узла питающей сети с электромагнитным компенсатором несимметрии питающих напряжений в MatLab-Simulmk//№ Гос регистр во ВНТИЦ РФ №50200501532 от 25 10 05 , 16с , автор 50%

11 Черевко А И , Лимонникова Е В Модель автономной системы электроснабжения с компенсатором реактивной мощности дискретного типа на базе реактора с ВМП в MatLab- Simulmk // № Гос регистр во ВНТИЦ РФ №50200501531 от 25 10 05 , 23 с , автор 50%

12 Черевко А И , Музыка М М , Лимонникова Е В Схемотехническое и математическое моделирование полупроводниковых преобразователей содержащих согласующие трансформаторы с вращающимися магнитными полями // Монография, Архангельск Изд-во АГТУ, 2005,178 с , автор 35%

Подписано в печать 01 04 2007 г Формат 60х84'/16 Уел печ л 1,6 Уч-изд л 1,0 Тираж 100 экз

Редакционно-издательский отдел Севмашвтуза 164500, г Северодвинск, ул Воронина, 6

Список условных обозначений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В УПРАВЛЯЕМЫХ

ВЫПРЯМИТЕЛЯХ ВЫПОЛНЕННЫХ НА БАЗЕ ТВМП

1.1 Описание конструкции выпрямителя на базе ТВМП

1.2 Принцип работы выпрямителя на базе ТВМП

1.3 Электромагнитные процессы в ТВМП 22 Выводы по главе

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА РАСЧЁТА КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

2.1 Определение главных размеров

2.2 Определение размеров пазов и обмоток наружного магнитопровода

2.3 Определение размеров пазов и обмоток внутреннего магнитопровода

2.4 Расчёт магнитной цепи и намагничивающего тока ТВМП

2.5 Расчёт параметров обмоток ТВМП

2.5.1 Расчёт активного сопротивления трёхфазной обмотки ТВМП

2.5.2 Расчёт активного сопротивления круговой обмотки ТВМП

2.5.3 Расчёт индуктивного сопротивления трёхфазной обмотки ТВМП

2.5.4 Расчёт индуктивного сопротивления круговой обмотки ТВМП

2.6 Расчёт потерь в ТВМП

2.6.1 Основные потери в стали

2.6.2 Электрические потери в обмотках ТВМП

2.7 Тепловой расчёт ТВМП

2.8 Определение основных удельных показателей

2.8.1 Показатель удельной массы ТВМП

2.8.2 Показатель удельного объёма ТВМП 63 Выводы по главе

ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С ТВМП В МАТЬАВ

3.1 Аналитическое описание УВ на 4 пары силовых ключей

3.2 Модель УВ на 4 пары СКЛ в среде МаЛаЬ-БтиНпк

3.3 Аналитическое описание У В на 8 пар СКЛ

3.4 Модель УВ на 8 пар СКЛ в среде МаЛаЬ-БтиНпк

3.5 Качество выходного напряжения и тока УВ с ТВМП

3.5.1 Симметричное питающее напряжение

3.5.2 Качество выходного напряжения УВ при предельно допустимой jq9 несимметрии питающего напряжения

Выводы по главе

ГЛАВА 4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И

ПРОГРАММЫ ANSYS ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТВМП

4.1 Общие сведения о программе ANS YS

4.2 Описание двумерной модели

4.3 Построение геометрии двумерной модели ТВМП в ANS YS

4.3.1 Создание поверхностей двумерной модели ТВМП

4.3.2 Склейка поверхности

4.4 Магнитный анализ в двумерной модели ТВМП в ANS YS

4.4.1 Определение типов элементов

4.4.2 Задание материалов и определение их свойств

4.4.3 Присвоение поверхностям типов элементов и материалов

4.4.4 Разбиение на элементы

4.4.5 Создание действительных констант

4.4.6 Создание компонентов обмоток

4.4.7 Задание потокопараллельного граничного условия

4.4.8 Связывание узлов по току в трёхфазной и круговой обмотках

4.4.9 Задание напряжения нагрузки

4.4.10 Выбор типа анализа и запуск расчёта

4.5 Результаты моделирования

4.6 Тепловой анализ в двумерной модели ТВМП в ANS YS

4.6.1 Определение типов элементов для теплового анализа

4.6.2 Задание материалов и определение их свойств

4.6.3 Присвоение поверхностям типов элементов и материалов

4.6.4 Задание значений температуры на поверхностях проводников

4.6.5 Задание тепловых потоков на граничных линиях модели

4.6.6 Выбор типа анализа и запуск решения

4.7 Результаты моделирования теплового анализа

4.8 Экспериментальная оценка электромагнитных характеристик ТВМП

4.8.1 Экспериментальные исследования внутреннего магнитопровода ТВМП

4.8.2 Экспериментальное исследование внутреннего ленточного 24g магнитопровода ТВМП

4.8.3 Экспериментальные исследования внешнего магнитопровода ТВМП с 15 j помощью локальной петлевой обмотки

Выводы по главе

ГЛАВА 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ВИБРАЦИИ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТИЕЛЯ С ТВПМ НА 4 И 8 ПАР СКЛ

5.1 Вибрация магнитопроводов ТВМП, возбуждаемая электромагнитными силами

5.2 Магнитный шум ТВМП

5.3 Магнитодвижущие силы ТО и КО ТВМП

5.4 Магнитная проводимость воздушного зазора

5.5 Магнитное поле в воздушном зазоре

5.6 Радиальные силы, создаваемые магнитными полями

5.7 Влияние режима работы ТВМП на уровень виброактивности

5.8 Расчёт магнитной вибрации УВ на базе ТВМП на 4 и 8 пар СКЛ ТК

5.8.1 Вибрация, возбуждаемая пазовыми гармониками ТВМП с ТК на 4 пары

5.8.2 Вибрация, возбуждаемая высшими обмоточными гармониками ТВМП с ТК на 4 пары СКЛ

5.8.3 Вибрация, возбуждаемая пазовыми гармониками ТВМП с ТК на 8 пар СКЛ

5.8.4 Вибрация, возбуждаемая высшими обмоточными гармониками ТВМП с ТК на 8 пар СКЛ

5.8.5 Вибрация ТВМП с ТК на 4 пары СКЛ в режиме холостого хода

5.8.6 Вибрация ТВМП с ТК на 8 пар СКЛ в режиме холостого хода 180 Выводы по главе 182 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 184 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 186 ПРИЛОЖЕНИЯ 192 Приложение 1 192 Приложение 2 195 Приложение 3 213 Приложение 4 217 Приложение

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ПП - полупроводниковые преобразователи

ВАХ - виброаккустические характеристики

АД - асинхронный двигатель

ЭМС - электромагнитная совместимость

ТехР - техническое регулирование

ТС - технические средства

КЭ - качество электроэнергии

ЭК и С - электротехнические комплексы и системы

ТВМП - трансформатор с вращающимся магнитным полем

ВМП - вращающееся магнитное поле

УВ с ТВМП - управляемый выпрямитель с ТВМП

СКЛ - силовой(ые) ключ(и)

СКК и СКА - силовые ключи катодные и силовые ключи анодные

ТК - транзисторный коммутатор

ТО - трёхфазная обмотка

КО - круговая обмотка

ДО - дополнительная обмотка

ТР - трансформатор

ТТр - тороидальный трансформатор

ЭДС - электродвижущая сила

МДС - магнитодвижущая сила

ГН - геометрическая нейтраль

КПД - коэффициент полезного действия

ДУ - дифференциальные уравнения

СЭО - судовое электрооборудование

ТРО - трансформаторно-реакторное оборудование

N — число пар СКЛ еА, ев, ее - фазные ЭДС источника питания еАв, еВс, есА - линейные ЭДС источника питания

Еф,Ел, Ефт,Елт — действующие и амплитудные фазные и линейные ЭДС

- частота питающей сети со - угловая частота напряжения питающей сети

0 = ей - текущий угол т и у - полюсное деление и шаг обмотки

Бдх, Рвх, Рсх - МДС фаз «А-Х», «В-У», «С-Ъ» ТО в произвольной точке «х» Рх - результирующая МДС ТО в произвольной точке «х» р - число пар полюсов и<ь 1а - среднее значение выпрямленного напряжения и тока

8 - ширина исчезающе малого воздушного зазора

Ве - результирующая магнитная индукция

Рась РаЧ - продольная и поперечная МДС

Фась Фач - продольный и поперечный магнитный поток

Рн - активная мощность ТВМП

Лн-КПД ТВМП ксь кс2 - коэффициенты заполнения пакетов стали наружного и внутреннего магнитопроводов

Ъ - высота оси симметрии цилиндрических магнитопроводов

- внешний диаметр листа наружного магнитопровода Э - диаметр внутренней поверхности внешнего шихтованного магнитопровода 8 = Ш, - полная мощность фазы питающей сети

§ - коэффициент полюсного перекрытия кв - коэффициент формы поля кобь кобг - обмоточные коэффициенты ТО и КО В5 - магнитной индукции в воздушном зазоре Сд - постоянная Арнольда

1\, ¿2 - длины пакетов наружного и внутреннего магнитопроводов

Яь Яг - число пазов на полюс и фазу наружного и внутреннего магнитопрводов

1г2 - зубцовое деление наружного и внутреннего магнитопроводов Иь 1н - номинальные фазные напряжение и ток ТО 11р - число эффективных проводников в пазу ] - плотность тока в рабочей обмотке А - линейная нагрузка пэл - число элементарных проводников в обмотке (1, - диаметр и сечение провода с1из - диаметр изолированного провода а - число параллельных ветвей обмотки у2- число витков в фазе ТО и полуобмотке КО соответственно Ьср - средняя ширина паза Бп - площадь паза, занимаемая обмоткой Ьп - высота паза

Ьш, Ьш - высота и ширина шлицы Ьк - толщина клина

1ь сЬ - ширина верхней и нижней части паза Ьь Ьг, Ь3 - ширина верхней и нижней части паза, высота паза в свету Д„, /п - толщина и длина междуслойной прокладки в пазе к3 - коэффициент заполнения паза

Эр - диаметр наружной расточки внутреннего магнитопровода (для КО)

Ди - однослойная толщина пазовой изояции

Ф -магнитный поток кй - коэффициент воздушного зазора

Ив - МДС воздушного зазора

Ьгь Ьгг - ширина зубца наружного и внутреннего магнитопроводов

8г1ср, $г2ср - среднее сечение зубца наружного и внутреннего магнитопроводов

Вгир, Вмюр - среднее и амплитудное значения индукции в среднем сечении зубцов наружного магнитопровода

Ьг - расчётная длина силовой линии в зубце

Вггср, Вм2сР - среднее и амплитудное значения индукции в среднем сечении зубцов внутреннего магнитопровода

Н - напряжённость

Б - магнитное напряжение (МДС) kz - коэффициент насыщения зубцовой зоны

Ьн, Бн - высота и площадь ярма наружного магнитопровода

Ьв, Бв - высота и площадь ярма внутреннего магнитопровода

1Ц - намагничивающий ток КО гь гг - активное сопротивление фазы ТО и полуобмотки КО Ьь Ьг - общая длина проводников фазы ТО и полу обмотки КО 1„ - длина витка в пазовой части /л - длина витка в лобовой части /ср - средняя длина витка

- активное сопротивление секции КО X], хг - индуктивное сопротивление фазы ТО и полу обмотки КО Хп - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния \л - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния Хд - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния (5 - укорочение шага обмотки

Lf, Ls - индуктивность фазы ТО и секции КО

Рн.осн - основные потери в стали наружного магнитопровода ТВМП ша - масса стали ярма наружного магнитопровода тц- масса стали зубцов наружного магнитопровода

Рв.осн - основные потери в стали внутреннего магнитопровода ТВМП шв - масса стали ярма внутреннего магнитопровода mz2- масса стали зубцов внутреннего магнитопровода

Рэь Рэ2 - электрические потери в ТО и КО

Р'эп, Р'эл - электрические потери в пазовой и лобовой частях катушки

Хэкв - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции

Ai9n0B - превышение температуры внутренней поверхности сердечника магнитопровода над температурой воздуха в зазоре ТВМП

Д|9ИЗП - перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки

Ai9H3J1 - перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей обмотки Ai9n0BJ1 - превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха в зазоре ТВМП

Ai9' - среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха в зазоре Ai9B - превышение температуры воздуха в зазоре ТВМП над температурой окружающей среды

ИР'в - сумма потерь, отводимых в воздух внутри ТВМП

ЕР - сумма всех потерь в ТВМП при номинальном режиме работы и расчётной температуре eA(t), eB(t), ec(t), iA(t), iB(t), ic(t) - фазные ЭДС и фазные токи первичной ТО ТВМП

Мав,Мвс,Мса - коэффициенты взаимоиндукции фаз ТО ТВМП

Маг, MBf, Mcf - коэффициенты взаимоиндукции фаз ТО и КО ТВМП

Mij1™1 - взаимные индуктивности между секциями КО im,n - токи в секциях вторичной КО

R^, Ld, Ed, id - активное сопротивление, индуктивность, ЭДС и ток в цепи постоянного тока ц - магнитная проницаемость р - удельное сопротивление

X - изотропная теплопроводность

Uto - напряжение подаваемое на фазы ТО

Uko - напряжение между ламелями внутреннего магнитопровода шс - колеблющаяся масса

Gc - полный вес пакета железа наружного магнитопровода с ТО Ас - приведенная податливость наружного магнитопровода zc - механический импеданс наружного магнитопровода v, ц - числа пар полюсов гармоник МДС ТО и КО

Руц - силовые волны, создаваемые взаимодействием любой пары высших гармонических полей наружного и внутреннего магнитопроводов kci, кс2 - коэффициенты зубчатости наружного и внутреннего магнитопровода г - порядок колебаний )у\ - уровень вибрации L - вибрация в децибелах по ускорению

Замена на судах электромашинных преобразователей полупроводниковыми (ГШ) в конце 60-х годов 20 века обусловила возникновение проблемы качества электроэнергии, что нашло отражение в ГОСТ 13109-67 и Морском Регистре СССР.

Автоматизация управления судном, погрузочно-разгрузочными работами и других технологических операций вызвала дальнейший рост мощности полупроводниковых преобразователей. В результате проблема качества электроэнергии переросла в проблему электромагнитной совместимости, что нашло отражение в ГОСТ 13109-87 и новой редакции Морского Регистра СССР.

Практика показала, что мощные ПП искажали формы кривых токов и напряжений, загружали сеть дополнительной реактивной мощностью и мощностью искажения. Высшие гармоники в составе кривых токов и напряжений приводили к дополнительному нагреву статорных и роторных обмоток генераторов, потребителей переменного тока и кабельных трасс [2,6,28,34,45,49,76,119], вызывали сбои в работе устройств автоматики, вычислительной техники и систем управления самих ПП [3,5,15,45,49,88,92].

Исследования, выполненные в середине 80-х годов XX века, показали, что при увеличении коэффициента гармоник по напряжению (Кги) до 10% происходит резкий рост виброакустических характеристик (ВАХ) трансформаторно-реакторного оборудования ПП [4,6,20,119], повышается виброактивность асинхронных двигателей (АД) в 3-5 раз. Было установлено, что при длительном воздействии шума и вибрации на персонал [4,6,20], производительность труда падает примерно на 60%.

В конце 90-х годов ГОСТ на качество электроэнергии (КЭ) был пересмотрен и приведен в соответствие с международными стандартами МЭК. Морской Регистр Судоходства РФ разделил судовые электротехнические комплексы и системы на три региона по электромагнитной совместимости (ЭМС), утвердив для 1-го коэффициент 7 несинусоидальных искажений на уровне 5%, для 2-го на уровне 10% и для 3-го более 10% - по согласованию с Регистром.

До принятия федерального закона РФ от 27 декабря 2002 №184-ФЗ «О техническом регулировании» правовые нормы в области обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) в законодательстве Российской Федерации отсутствовали. Главный акцент в техническом регулировании (ТехР) в области ЭМС в настоящее время заключается в государственном регулировании, которое должны осуществлять федеральные органы исполнительной власти в сферах своих полномочий. С 1 июля 2003 года вступил в силу закон «О техническом регулировании» которым предусмотрена принятие технического регламента ЭМС. Таким образом, на повестку дня поставлено создание в Российской Федерации единой системы технического регулирования в области ЭМС аналогичной европейской систем ТехР [74]. Основная идея правового регулирования состоит в том, что технические средства (ТС) всех видов и назначений изготовленные в Российской Федерации или импортированные в Россию должны соответствовать обязательным требованиям ЭМС в части ограничения электромагнитных помех, генерируемых в сеть и обеспечения устойчивости к электромагнитным помехам, при этом электрическая энергия должна удовлетворять обязательным требованиям на качество электрической энергии, при котором обеспечивается нормальное и безопасное функционирование подключённых электротехнических средств и устройств. Соответствие ТС требованиям ЭМС и электрической энергии требованиям к её качеству возлагается на разработчиков и производителей ТС и подлежит обязательному подтверждению в виде декларации о соответствии и обязательной сертификации.

В настоящее время благодаря работам Глинтерника С.Р., Глебова И.А., Глазенко Т.А., Демирчяна К.С., Исаева И.М., Инькова Ю.М. Каганова И.Л., Ковалева Ф.И., Крайчика Ю.С., Крогериса А.Ф., Поссе A.B., Размадзе Ш.М., Лутидзе Ш.И., Тимофеева Д.В., Толстова Ю.Г., Чалого Г.В., Чиженко И.М., Шехтмана М.Г., Шипилло В.П., Эттингера Е. Л., Анисимова Я.Ф., Мыцыка 8

Г.С. в основном сформирована теория работы ПП в симметричных и несимметричных режимах. Жежеленко И.В., Розанов Ю.К., Козярук А.Е., Рябенький В.М., Яценко Г.С., Агунов A.B. предложили практически важные решения по компенсации высших гармоник. Значительный вклад в развитие теории энергетических процессов в ПП внесли Маевский O.A., Зиновьев Г.С., Агунов М.В.[2,3,13,37], а в развитие динамики ПП - Булгаков A.A., Поздеев А.Д., Донской Н.В., Исхаков A.C. [13,49,118]; Джюджи Л., Пелли Б., Шрейнер Р.Т., Дмитриев Б. Ф., Скачков Ю.В. внесли существенный вклад в развитие теории построения многоячейковых преобразователей [12,13,37,87,89]. Благодаря работам С.Г.Германа-Галкина, И.В. Черных, М.В.Пронина получило существенное развитие математическое моделирование ПП для целей проектирования различных преобразователей, электротехнических комплексов и систем [23,116].

Розанов Ю.К., Агунов A.B. и др. [1,76,77] отмечают, что создание и освоение промышленностью новых силовых приборов позволит расширить функции силовых электронных устройств, используемых для регулирования КЭ.

Исследования, выполненные в «СЕВМАШВТУЗе» - филиале СПбГМТУ при участии автора, показали, что для повышения качества электроэнергии (КЭ) в автономных электротехнических комплексах и системах (ЭК и С), с мощными ПП требуется совершенствование силовых схем самих ПП. Первые работы в этом направлении были выполнены Свиридовым Г.М., Шукаловым В.Ф., Гайтовым Б.Х., Сингаевским H.A. и др [22,40,60] и были направлены на применение трансформаторов с вращающимся магнитным полем (ТВМП) в составе выпрямительных агрегатов.

Цель настоящей работы - математическое и физическое моделирование полупроводниковых выпрямителей на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями (ТВМП) с обмотками, выполненными по схеме «звезда/круговая обмотка (КО)», что требует:

1. Развить методику проектирования ферромагнитных структур ТВМП при минимальном и оптимальном числе пар силовых ключей (СКЛ) транзисторного коммутатора (ТК), заключающуюся в создании алгоритмов и программ в среде МаШсас! по расчёту конструктивных, массогабаритных и электромагнитных характеристик ТВМП, построенных по схеме «звезда/круговая обмотка».

2. Разработать алгоритмы и программы в среде МаШсас! по расчёту потерь мощности и теплового нагрева магнитопроводов и обмоток ТВМП.

3. Создать математические модели управляемых выпрямителей (УВ) с ТВМП с различным числом пар СКЛ ТК в среде МАТЬАВ-БтиНпк для исследования эффективности их работы в установившихся, переходных и аварийных режимах.

4. Построить модели ТВМП в программной среде А№У8 для расчёта электромагнитных и тепловых характеристик УВ с ТВМП, позволяющие корректировать аналитические методы проектирования ферромагнитных структур ТВМП при различном числе пар силовых ключей.

5. Разработать алгоритмы и программы в среде МаШсас! по расчёту виброакустических характеристик УВ с ТВМП.

Методы исследований. Исследования проводились с применением современного математического аппарата, соответствующего решаемым задачам: методов теории электрических и магнитных цепей, методов теории гармонического анализа, операционного и матричного исчисления.

Теоретические результаты подтверждаются математическим моделированием в среде МаШСас!, Ма^аЬ^тиНпк и А№У8 на ПЭВМ. Достоверность теоретических положений подтверждена результатами исследований лабораторных макетов ПП с ТВМП, разработанных и изготовленных с участием автора настоящей диссертационной работы.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что на основании проведенных исследований сформулированы теоретические положения, совокупность которых направлена на создание ПП выпрямителей, построенных на базе ТВМП, в частности:

- развита методика проектирования ферромагнитных структур ТВМП при различном числе пар СКЛ ТК, заключающаяся в создании алгоритмов и программ в среде МаЛсас! по расчёту конструктивных, массогабаритных и электромагнитных характеристик ТВМП, построенных по схеме «звезда/круговая обмотка»;

- предложены алгоритмы и программы по расчёту тепловых потерь в магнитопроводах и обмотках ТВМП в среде Майкаё;

- разработаны математические модели УВ, построенные на базе ТВМП с различным числом пар СКЛ ТК в среде МАТЬАВ^тиПпк для исследования эффективности их работы в установившихся, переходных и аварийных режимах. Новизна моделей подтверждена их регистрацией во ВНТИЦ РФ;

- построены модели ТВМП в программной среде АШУБ, положенные в основу методики проектирования ТВМП, позволяющие автоматизировать расчёты их электромагнитных и тепловых характеристик при различном числе пар СКЛ, что позволило корректировать и проверять аналитические методы проектирования ферромагнитных структур ТВМП;

- разработаны алгоритмы и программы в среде МаШсаё по расчёту виброакустических характеристик УВ с ТВМП.

Практическая значимость работы состоит в том, что созданы новые математические модели УВ с ТВМП на различное число пар СКЛ ТК в программной среде МАТЬАВ-БтиНпк, позволяющие исследовать электромагнитные процессы в УВ с ТВМП при различных нагрузках с целью выбора оптимальных параметров, обеспечивающих заданные показатели КЭ и уровни виброакустических характеристик.

Разработаны методики, алгоритмы и программы проектирования и расчёта, конструктивных, массогабаритных и электромагнитных характеристик ферромагнитных структур ТВМП в программной среде МаЛСаё и АЫБУБ, позволяющие оценивать реальные состояния ферромагнитных структур согласующих трансформаторов, а также выполнена экспериментальная проверка электромагнитных характеристик ТВМП при различном числе пар СКЛ.

Предложена методика расчёта тепловых потерь и виброакустических характеристик ТВМП при различном числе пар CKJI в программной среде Mathcad.

Представленная работа выполнялась в соответствии с госбюджетными НИР в филиале «СЕВМАШВТУЗ» - Санкт Петербургского государственного морского технического университета по заказам предприятий Государственного Российского центра атомного судостроения (ГРЦАС) в рамках федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» при непосредственном участии автора за период с 2002 по 2006 г.

Результаты работы используются предприятиями ГРЦАС: ФГУП «МП «ЗВЕЗДОЧКА», ФГУП «СПО «АРКТИКА», в учебном процессе филиала «Севмашвтуз», в дисциплинах «Полупроводниковые преобразователи» и «Методы и модели анализа и принятия решений».

На защиту выносятся:

1. методика проектирования ферромагнитных структур ТВМП при произовольном числе пар CKJI ТК;

2. математические модели УВ, построенные на базе ТВМП с минимальным чётным и удвоенным числом пар CKJI ТК в среде MATLAB-Simulink для исследования эффективности их работы в установившихся, переходных и аварийных режимах;

3. модели ТВМП в программной среде ANS YS для расчёта электромагнитных и тепловых характеристик УВ с ТВМП, позволяющие уточнять аналитические методы проектирования ферромагнитных структур ТВМП при различном числе пар CKJI;

4. алгоритмы и программы в среде Mathcad, позволяющие рассчитывать потери в магнитопроводах и обмотках, а также тепловые характеристики ТВМП;

5. алгоритмы и программы в среде Mathcad по расчёту виброакустических характеристик УВ с ТВМП.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты работы докладывались и обсуждались на:

Всероссийских конференциях: ЭМС технических средств, С.Петербург, -2004 (3 докл.); 2006 (1 докл.).

Международных конференциях: Моринтех-2001 (1 докл.), С.Петербург; Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы, Екатеринбург, 2003 (1 докл.); Динамика систем, механизмов и машин, Омск, 2004 (1 докл.), а также на конференциях «Перспективные технологии строительства и утилизации судов на предприятиях ГРЦАС», Северодвинск: 2002 - 2006 гг.

Публикации: Основные научные результаты работы отражены в 12 научных работах, в том числе: в 3 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных перечнем ВАК для докторских диссертаций; 6 запатентованных моделях и программах; 1 монографии.

Личный вклад. Постановка задачи по развитию теории электромагнитных процессов в УВ с ТВМП, обсуждалась с научным руководителем д.т.н., профессором Черевко А.И., а решение теоретических вопросов, основные научные результаты работы принадлежат лично автору. Разработка математических моделей УВ с ТВМП в программной среде МаЛаЬ-^тиНпк., МаШСас! и выполнена совместно с научным руководителем.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 223 страницы, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 124 наименований и приложения на 32 страницах. Основной текст составляет 191 страницу и включает 100 иллюстрации (в т.ч. осциллограммы) на 75 страницах и 14 таблиц на 15 страницах.

Выводы по главе.

Предложенная методика оценки уровня вибрации в магнитопроводе

ТВМП, основанная на методике Шубова И.Г. [119] показала, что:

1. уровень вибрации магнитопровода ТВМП при 4 парах СКЛ переключающих отводы КО составляет 37.084, дБ, а при 8 парах ключей достигает 39.762, дБ.

2. Собственный уровень вибрации ТВМП обусловленный высшими гармониками при 4 парах СКЛ составляет 4.488, дБ, а при 8 парах ключей достигает 7.277, дБ.

3. С увеличением числа пар СКЛ уровень вибрации возрастает, что связано увеличением частоты переключения отводов КО, которая вызывает повышение пульсаций магнитных потоков в магнитопроводе ТВМП.

4. В режиме холостого хода уровень вибрации обобщённого магнитопровода по сравнению с нагрузочным режимом практически не изменяется. Это может быть связано с тем, что результирующее магнитное поле магнитопровода ТВМП под нагрузкой, несмотря на увеличение МДС трёхфазной обмотки, из-за размагничивающего действия МДС круговой обмотки, оказывается подобно магнитному полю ТВМП в режиме холостого хода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. В результате математического и физического моделирования полупроводниковых выпрямителей на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями:

1) Установлено, что при реализации выпрямительного режима работы

УВ с ТВМП, форма кривой выпрямленного напряжения УВ не содержит разрывов первого рода, что связано с особенностями электромагнитных процессов в УВ, и чем УВ с ТВМП выгодно отличаются от классических полупроводниковых выпрямителей.

2) Развита методика расчёта конструктивных и электромагнитных параметров ТВМП, основанная на методах проектирования реакторов с вращающимися магнитными полями и электрических машин. Расчёты тепловых потерь в наружном и внутреннем магнитопроводах ТВМП показали, что для принятой конструкции ТО и КО обладают значительными тепловыми запасами, которые для ТО составляют 66.5°С, а для КО - 46.6°С.

3) Разработаны в программной среде Ма1:ЬаЬ-8ши1тк: модели управляемых выпрямителей на базе ТВМП, которые адекватно описывают процессы в ТО и КО ТВМП, так как построены на системах дифференциальных уравнений, учитывающих особенности работы СКЛ ТК, а также взаимоиндуктивные связи и пространственное расположение магнитосвязанных обмоток ТВМП.

4) Анализ коэффициентов пульсации выпрямленного напряжения в моделях УВ показал, что УВ на 8 пар СКЛ имеет коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в 2,5 раза меньше нормы допускаемой Морским Регистром судоходства.

5) Модель ТВМП, построенная в программной среде А^УЗ, позволяет получить не только реальную картину электромагнитного поля ферромагнитной конструкции, но и количественные характеристики при заданных токовых нагрузках ТО и КО ТВМП, как в установившихся так и переходных режимах.

6) Предложенная методика оценки уровня вибрации в магнитопроводе ТВМП мощностью 4 кВт показала, что уровень вибрации магнитопровода ТВМП при 4 парах CKJ1, переключающих отводы КО, ниже чем при 8 парах CKJ1, а в режиме холостого хода уровень вибрации магнитопровода по сравнению с нагрузочным режимом практически не меняется. Это может быть связано с тем, что результирующее магнитное поле магнитопровода ТВМП под нагрузкой, несмотря на увеличение МДС трёхфазной обмотки, из-за размагничивающего действия МДС круговой обмотки, оказывается подобно магнитному полю ТВМП в режиме холостого хода.

II. Возможные направления дальнейших исследований:

1) Исследование энергетических процессов в электротехнических комплексах и системах, содержащих мощные полупроводниковые преобразователи на базе ТВМП с применением моделей, разработанных в MATLAB-Simulink.

2) Исследование виброакустических характеристик мощных полупроводниковых преобразователей на базе ТВМП в программной среде ANS YS при различных уровнях несимметрии и несинусоидальности питающего напряжения.

1. Агунов М.В. Энергетические процессы в электрических цепях с несинусоидальными режимами и их эффективность //Кишинев-Тольяти: МолдНИИТЭИ, 1997.- 84 с.

2. Агунов М.В., Агунов A.B., Вербова Н.М. Новый подход к измерению электрической мощности. // Промышленная энергетика, №2,2004., с 30 33.

3. Александров A.A., Барков A.B., Баркова H.A., Шафранский В.А. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования. JI. Судостроение, 1986,276 с.

4. Анисгшов Я. Ф. Особенности применения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках. Д.: Судостроение, 1973,232 с.

5. Анисгшов Я. Ф., Васшъев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок // Д., Судостроение, 1990,264 с.

6. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах // М., Компьютер Пресс, 2002,224 с.

7. Белов В.Ф., ШабановГ.И., Карпушкина С.А. и др. Математическое моделирование. // Саранск, Издательство Мордовского университета, 2001, 340 с.

8. Борисов Б. П., Вагин Г. Я. Электроснабжение электротехнических установок. Киев: Наукова думка, 1985.242 с.

9. Брускин Д.Э., ЗороховичА.Е., Хвостов B.C. Электрические машины // М., Высшая школа, 1979, ч. 1,288 с.

10. Брускин Д.Э., ЗороховичА.Е., Хвостов B.C. Электрические машины // М., Высшая школа, 1979, ч.2, 304 с.

11. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике // М., Наука, 1986,544 с.

12. Булгаков A.A. Новая теория управляемых выпрямителей//М.,Наука,1970 ,320 с.

13. Буль. О.Б. Методы расчёта магнитных систем электрических аппаратов: Магнитные цепи, поля и программа FEMM. М.: Издательский центр «Академия», 2005г., 336с.

14. Быков Ю. М., Василенко В. С. Помехи в системах с вентильными преобразователями // М.: Энергоатомиздат, 1986,152 с.

15. Введение в динамику синхронных машин и машинно-полупроводниковых систем // Ш.И. Лутидзе, Г.В. Михневич, В.А. Тафт / М.: Наука, 1973,338с.

16. Веретенников JI. П. Исследование процессов в судовых электроэнергетических системах. Л.: Судостроение, 1975,376 с.

17. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования // Александров A.A., Барков A.B., Баркова H.A., Шафранский В.А. Л.: Судостроение, 1986.

18. Вилесов Д.В., Бондаренко А.Е. К оценке качества напряжения в трехфазных системах // Электричество, № 5,1992, с. 53-56.

19. Вилесов Д. В., Ищенко В.Ф. К вопросу о зависимости вибрации асинхронных двигателей от качества напряжения судовой сети // Труды ЛКИ., Судовые энергетические системы, Л., 1984, с.24-27.

20. Вилесов Д.В., Фоминич Э.Н., Никитина В.Н. Влияние электромагнитной обстановки в экранированных помещениях на обслуживающий персонал.// Доклад на V-ой РНТК ЭМС-1998.СП6, 1998г., с. 588-592.

21. Влияние статических преобразователей и мощных нагрузок на питающую сеть.//Свиридов Г.М., Кузнецов Л.Е., Малышев Н.Г., Хомяк В.А.//Л., Судостроение, № 5,1976, с. 41-53.

22. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем. MatLab 6.0 //С.Пб., КОРОНА принт, 2001, 320 с.

23. Говорухин В., Цибулин В. Компьютер в математическом исследовании. СПб.: Питер, 2001, 624 с.

24. Гольдберг ОД. Испытания электрических машин.// М., Высшая школа, 2000, 255 с

25. Гольдберг ОД, Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. М.; Высшая школа, 1984,431с.

26. Данилевич Я.Б., Домбровский В.В., Казовский Е.Я. Параметры электрических машин переменного тока. М., JI: «Наука», 1965г. 339 с.

27. Данилевич Я.Б., Кашарский Э.Т. Добавочные потери в электрических машинах // М-JI, Госэнергоиздат, 1963, 214 с.

28. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы.//М., Наука, 1983,176 с.

29. Дмитриев Б.Ф., Черевко А.И., Гаврилов ДА. К вопросу построения универсальной математической модели обобщенной электрической машины в программной среде MatLab Simulink // Электротехника. 2005. №7. С. 3-8.

30. Дорожко JI.K, Либкинд М.С. Реакторы с поперечным подмагничиванием //М., Энергия, 1977,176 с.

31. Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник. СПб: Питер, 2002, 528 с.

32. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 Simulink 4/5.0сновы применения. Справочник.// М., СОЛОН Р.- 2002, 580 с.

33. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях // М., Энергоатомиздат, 1989,176 с.

34. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. // М.: Мир, 1975, 541 с.

35. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. // М.: Мир, 1986, 318с.

36. Зиновьев Г.С. Итоги решения некоторых проблем электромагнитной совместимости вентильных преобразователей.// Электротехника, № 11,2000, с.12-16.

37. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. // Новосибирск: Издательство НГТУ,1999, ч.1,199 с.

38. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. // Новосибирск: Издательство НГТУ,2000, ч.2,197 с.

39. Иванов В.А., Иванова H.A., Шукалов В.Ф. Многофазные выпрямители на базе трансформаторов с вращающимся магнитным полем.// JL, Межвузовский сборник № 144, ЛЭТИ, 1980, с.120-123.

40. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины.// М., Энергия, 1980,928 с.

41. Иванов B.C., Соколов В.Н Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий.//М., Энергоатомиздат, 1987,336 с.

42. Исхаков A.C., Черевко А.И., Чурносов А.И. Источник питания с регулируемыми выходными характеристиками // Доклад на II МНТК Моринтех-97С.Пб., 1997.

43. Каплун А.Б., Морозов Е.В., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера. // М., Едиториал УРСС, 2003,272 с.

44. Качество электрической энергии на судах // В. В. Шейнихович О. Н. Климанов, Ю. И. Пайкин, Ю. Я. Зубарев./ Л.: Судостроение, 1988,160 с.

45. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. //М., Высшая школа, 2001, 327 с.

46. Копылов И.П. Электрические машины. М., Высшая школа, 2006, 607 с.

47. Костенко М.П., Пиотровский JI.M. Электрические машины, ч.2, Машины переменного тока.//Л., Энергия, 1973, 648 с.

48. Козярук А. Е., Плахтьша Е. Г. Вентильные преобразователи в судовых электромеханических системах. Л.: Судостроение, 1987,192 с.

49. Кулон Ж.Л., Сабоннадьер Ж.К. САПР в элекротехнике: Пер. с фр. М.:Мир, 1988г.

50. Либкинд М.С., Черновец А.К Управляемый реактор с вращающимся магнитным полем.// М., Энергия, 1971, 80 с.

51. Лимонникова Е.В., Черевко А.И. Двумерная модель магнитопровода ТВМП в программной среде ANSYS // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, №50200601594, 11.09.2006 г., 28с.

52. Лимонникова Е.В., Черевко А.И. Исследование электромагнитных характеристик трансформаторов с вращающимся магнитным полем методом конечных элементов. // Доклад на IX РНТК «ЭМС-2006» СПб., 2006 г., с. 535-538.

53. Лимонникова Е.В., Черевко А.И. Математическая модель узла питающей сети с электромагнитным компенсатором несимметрии в MatLab Simulink. // Известия Вузов «Электромеханика», Новочеркасск, 2006г., №1, с. 32-36

54. Лимонникова Е.В., Черевко А.И. Математическая модель компенсатора несимметрии на базе трансформатора вращающегося магнитного поля с двумя первичными ортогональными обмотками в MatLab-Simulink // Доклад на VIII РНТК «ЭМС-2004», с. 216-221.

55. Лимонникова Е.В., Черевко А.И. Математическая модель управляемого выпрямителя на 4 пары силовых ключей в MatLab Simulink // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501540 от 25.10.05., 24 с.

56. Лимонникова Е.В., Черевко А.И. Математическая модель УВ на 8 пар СКЛ в MATLAB-Simulink // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № №50200601843 от 23.10. 2006,39 с.

57. Лутидзе Ш.И., МихневичГ.В., Тафт В.А. Введение в динамику синхронных машин и машинно-полупроводниковых систем.//М., Наука, 1973 г.338 с.

58. Мерабишвили П.Ф., Ярошенко Е.М. Нестационарные электромагнитные процессы в системах с вентилями. Кишинев: Штиинца, 1980, 208 с.

59. Многофазные трансформаторы в силовой преобразовательной технике автономных систем электроснабжения: разработка и перспективы применения.//Сингаевский H.A. и др.//Промышленная энергетика, №9,2000, с.36-39.

60. Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Российский морской регистр судоходства, СПб, Дворцовая набережная, 8, т.2, 1999 г., 505с.

61. Нейман Л.Р., Глинтерник С.Р., Емельянов A.B., Новицкий В.Г. Электропередача постоянного тока как элемент энергетических систем//М-Л, Изд-во АН СССР, 1962, 340с.

62. Нейман С.Р., Поссе A.B., Слоним М.А. Метод расчета переходных процессов в цепях, содержащих вентильные преобразователи, индуктивности и э.д.с.//Электричество № 12, 1966, с.7-12.

63. Никифоровский H.H., Норневский Б.И. Судовые электрические станции.//М., Транспорт, 1974, 432с.

64. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины.// Под ред. И.П.Копылова II М., Высшая школа, 1990, 304 с.

65. Петров Г.Н. Электрические машины., ч.1. Трансформаторы., М. Энергия, 1974г.,240с.

66. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования.// Под ред. Гольдберга О.ДЛ М., Высшая школа, 2001, 512 с.

67. Полупроводниковые выпрямители.// Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой, М. -Л.: Энергия, 1978,448 с.

68. Попков В. Л, Мышинский Э. Л., Попов О. И. Виброакустическая диагностика в судостроении. Л.: Судостроение, 1983, 256 с.

69. Поскробко А. А., Фомин Ю. А., Чувилин В. Г. Шум преобразовательных агрегатов и методы борьбы с ним. М.: Энергия, 1971, 112 с.

70. Поссе А. В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. Л.: Энергия, 1973.303 с.

71. Потёмкин В.Г. MATLAB 6: Среда проектирования инженерных приложений . М. : ДИАЛОГ-МИФИ, 2003,448 с.

72. Проектирование электрических машин // Под ред. И.П. Копылова, М.: Высшая школа, 2002г., 757с.

73. Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А.Е. Электрические машины. (Асинхронные машины) // Под ред. И.П.Копылова II М, Высшая школа, 1988, 328 с.

74. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В. Современные методы улучшения электроэнергии (аналитический обзор).// Электротехника, № 3,1998, с. 10-17.

75. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк A.A. Современные методы регулирования качества электроэнергии средствами силовой электроники.// Электротехника, № 4, 1999, с. 28-32.

76. Руденко В. С, Жуйков В. Я., Коротеев И. Е. Расчет устройств преобразовательной техники. Киев: Техника, 1980, 134 с.

77. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основны преобразовательной техники, М.: Высшая школа, 1980г., 424 с.

78. Русин Ю.С. Трансформаторы звуковой и ультразвуковой частоты.// JL, Энергия, 1973, 152 с.

79. Сабоннадьер Ж.-К, Кулон Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР: Пер. с франц.1. М.: Мир, 1989, 190 с.

80. Самосеинко В. Ф., Хомяк В.А. Сдвоенные реакторы с вращающимся полем.// JL, ж. Судостроительная промышленность, Судовая эл-ка и связь, вып. 17,1991, с. 15-21.

81. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. // М.: Мир, 1979, 392 с.

82. Силъвестер П. Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: Пер. с англ. М.: Мир, 1986г., 229с.

83. Справочник судового электротехника. В 3-х томах /Под ред. Г. И. Китаенко. Судостроение, 1975, Т. 1, с. 283-303.

84. Старкова JI. Е., Мосичева И. А. Исследование тиристорного преобразователя электрической энергии как источника акустического шума и вибраций. // Киев: Наукова думка, 1987, с. 44-47.

85. Судовые статические преобразователи / Ф.И. Ковалев, Г. П. Мосткова, А.Ф. Свиридов, В. Ф. Шукалов. JL: Судостроение, 1965,265 с.

86. Судовые электрические преобразователи, ч.1 Выпрямители и регуляторы, УП.//Исхаков А.С.,Черевко А.И., Ушаков A.B. //С.Петербург, Изд-во СП6ГМТУ,1993 г.,90с.

87. Фоминич Э.Н.,Белов O.E. Восстановление магнитного поля земли в экранированных сооружениях // Доклад на VIIIРНТК, «ЭМС-2004»,с.629-634.

88. Черевко А.И. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и электрооборудования в автономных электроэнергетических установках.// Монография-Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005,185 с.

89. Черевко А.И. Полупроводниковые преобразователи автономных электроустановок с трансформаторами вращающегося магнитного поля, обладающие высоким качеством выходного напряжения.// Монография-Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005, 115 с.

90. Черевко А.И. Трансформаторы и реакторы с вращающимися магнитными полями.// Монография-Архангельск/Северодвинск: Изд-во АГТУ, 2005,76 с.

91. Черевко А.И, Базанов В.А., Музыка М.М. Системы управления полупроводниковыми преобразователями, выполненными на базе согласующих трансформаторов с ВМП.// Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005, 90 с.

92. Черевко А.И. Ивлев M.JI. Оценки влияния качества выходного напряжения на выбор силовой структуры преобразователя, выполненного на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем. Сборник докладов VI РНТК, ЭМС. СПб. 2000.

93. Черевко А.И., Семенов Д.Н., Казакевич А.И. Схемотехнические модели выпрямителей с трансформаторами вращающегося магнитного поля в MICRO-CAP 7 // Электротехника. 2005., №4., с. 8-15.

94. Черевко А.И., Лимонникова Е.В. Математическая модель цеховой трансформаторной подстанции судоремонтного предприятия с электромагнитным компенсатором несимметрии в MatLab Simulink. // «Технологии ЭМС», Москва., 2005., №3, с. 38-44.

95. Черевко А.И., Лимонникова Е.В. Упрощённая математическая модель управляемого выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем // «Технологии ЭМС» Москва, 2006 г., № 3, с. 10-16.

96. Черевко А.И., Музыка М.М., Лимонникова Е.В. Схемотехническое и математическое моделирование полупроводниковых преобразователей содержащих согласующие трансформаторы с вмращающимися магнитными полями.// Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005,178 с.

97. Черевко А.К, Лимонникова ЕВ., Серов С.Ю. Математическая модель компенсатора несимметрии и реактивной мощности дискретного типа.//Доклад на IV МНТК «Моринтех-2001 » С-Пб. 2001.

98. Черевко А.И., Семенов Д.H., Казакевич А.И. Схемотехническая модель выпрямителя с трансформатором вращающегося магнитного поля в MICRO САР 7.// Доклад на VIIIРНТК «ЭМС-2004», с. 197-201.

99. Черевко А.И., Ивлев М.Л., Лимонникова Е.В. Исследование эффективности применения компенсатора реактивной мощности дискретного типа в сетях электроснабжения промышленного предприятия//Доклад на VIII РНТК «ЭМС-2004», С.Пб., 2004.

100. Черевко А.К, Лимонникова Е.В. Математическая модель компенсатора несимметрии на базе трансформатора вращающегося магнитного поля с двумя первичными ортогональными обмотками в MatLab-Simulink/^oicr^ на VIII РНТК «ЭМС-2004», С.Пб., 2004, с. 216-221.

101. Черевко А.И, Лимонникова Е.В. Мат. модель трансформаторной подстанции с ЭКН на базе ТВМП в MatLab- Simulink// Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501472 от 14.10.05., 21 е.,

102. Черевко А.И, Лимонникова Е.В. Модель узла питающей сети с ЭКН питающих напряжений в MatLab-Simulink// Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501532 от 25.10.05., 16 с.

103. Черевко А.И, Лимонникова Е.В. Модель автономной системы электроснабжения с компенсатором реактивной мощности дискретного типа на базе реактора с ВМП в MatLab- Simulink // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501531 от 25.10.05, 23 с.

104. Черевко А.И, Казакевич А.И, Семенов Д.Н. Схемотехническая модель неуправляемого выпрямителя на базе ТВМП на 4 пары силовых ключей // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501539 от 25.10.05, 7 с.

105. Черевко А.И, Казакевич А.И, Семенов Д.Н. Схемотехническая модель неуправляемого выпрямителя на базе ТВМП на 8 пар СКЛ // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501534 от 25.10.05,10 с.

106. Черевко А.И, Казакевич А.И, Семенов Д.Н. Схемотехническая модель неуправляемого выпрямителя на базе ТВМП на 16 пар СКЛ II Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501533 от 25.10.05,12 с.

107. Черевко А.И, Музыка М.М. Модель УВ с ТПМП с обмотками «Y/A» на 3 пары СКЛ// № Гос. регистр, во ВНТИЦ 50200501595 от 24.11.05, 8 с.

108. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 4 пары CKJ1 // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501562 от 01.11.05., 9 с.

109. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 8 пар CKJ1 // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501709 от 14.12.05., 12 с.

110. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 12 пар CKJI // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501530 от 25.10.05., 13 с.

111. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 16 пар силовых ключей // Программа зарегистрированная во ВНТИЦ РФ, № 50200501529 от 25.10.05., 15 с.

112. Черных КВ. SIMULINK: среда создания инженерных приложений./ Под общей редакцией Потемкина В.Г.// М.: ДИАЛОГ МИФИ, 2003,496 с.

113. Чигарёв А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров. М. ¡Машиностроение-1,2004, 512с.

114. Шидловский А. К, Кузнецов В. Г., Мостовяк И. Б. Энергетические характеристики электромагнитной совместимости цепей//Техн. электродинамика, 1985, с 3-8.

115. Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин. // Л. отд. изд.-ва, Энергия, 1974, 200 с.

116. Bose Bimal К. Energy, Environment and Advances in Power Electronics. IEEE Trans. Power Electron., July 2000, vol. 15, No. 4.

117. Kokcharov I. 100 questions on finite element analysis for engineers. 2002. http://www.kokch.kts.ru/me/m9/c 1 .htm

118. RashidMuhammadH. Power Electronics.USA:Prentice-Hall Intern., Inc., 1983.

119. Thomas G. Wilson «The evolulution of Power Electronics». IEEE Trans. Power Electron., 2000, vol.15, No. 3

120. Yijun Liu. Finite Element. 2001. http://urbana.mie.uc.edu/yliu/FEM-525/FEM-525.htm