автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение качества электрической энергии в судовых электротехнических комплексах за счет применения преобразователей с трансформаторами вращающегося магнитного поля

На правах рукописи

ЧЕРЕВКО

Александр Иванович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕГИИ В СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ТРАНСФОРМАТОРАМИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Специальность: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2006

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

Научный консультант —

доктор технических наук, Оацеит Дмитриев Борис Федорович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Лгунов Александр Викторович

доктор технических наук, профессор Скачков Юрий Васильевич

доктор технических наук, профессор Фоминич Эдуард Николаевич

Ведущая организация: ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова»

Защита состоится «27» марта 2006 г. 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 «15» февраля 2006 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета д.т.н., профессор

А. П. Сеньков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В автономных судовых электротехнических комплексах и системах (СЭК и С), в силу особо тяжелых условий работы электрооборудования (ЭО) и повышенных требований к его надежности, внедрение полупроводниковых преобразователей (ПП), по сравнению с промышленностью, началось с задержкой примерно на 10 лет (в 60-е годы XX века). Основные вопросы, которые решались в этот период, были связаны с обеспечением требуемого качества выпрямленного напряжения и защиты вентилей ПП во всем диапазоне регулирования выходного напряжения. В 70-х годах XX века началось широкое внедрение на судах и плавсооружениях, ПП рода тока и напряжения с мощностями, достигавшими 25% и более от мощности источников судовой электроэнергосистемы (СЭЭС). Поскольку ПП выполняются на нелинейных элементах, то это приводит к значительному искажению форм кривых питающих токов и напряжений, загрузке сети дополнительной реактивной мощностью и мощностью искажения. Высшие гармоники в составе кривых токов и напряжений обусловили дополнительный нагрев статорных и роторных обмоток генераторов, потребителей переменного тока и кабельных трасс, стали вызывать сбои в работе устройств автоматики, вычислительной техники и систем управления самих 1111. Исследования, выполненные в 80-х годах XX века, показали, что при увеличении коэффициента гармоник по напряжению до 10% происходит резкий рост вибрации трансформаторно-реакторного оборудования и систем охлаждения самих ПП на частотах бы, 12со, 18ю, что соответствует 5-й и 7-й, 11-й и 13-й, 17-й и 19-й гармоникам ПП, а также повышению виброактивности асинхронных двигателей (АД) на шестикратной частоте питающей сети (6fi) в 3-5 раз. Известно, что численность АД на судах достигает 80-90 % от общего числа электрических машин, поэтому снижение виброактивности АД за счет повышения качества электроэнергии (КЭ) представляет собой чрезвычайно важную и актуальную задачу по снижению шумности и вибрации на судне. Кроме того, исследования показали, что при длительном воздействии шума и вибрации на персонал производительность его труда падает на 60%, а число ошибок у операторов пультов, программистов, работников дежурно-вахтенных служб возрастает более чем на 50%. В 90-х годах XX века, в связи с продолжавшимся ростом мощности ПП, проблема «Качества электрической энергии» переросла в проблему «Электромагнитной совместимости» (ЭМС). В

результате ГОСТ на КЭ был пересмотрен и приведен в соответствие с международными стандартами МЭК в части определения уровней ЭМС в системах электроснабжения и методов измерения электромагнитных помех. Постановлением Госкомитета РФ по стандартизации, метрологии и сертификации от 28 августа 1998г. № 338 межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97 введен в действие в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 01.01.1999. Морской Регистр Судоходства РФ подтвердил максимально допустимую норму коэффициента гармоник по напряжению в СЭЭС на уровне не более 10%.

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 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. [7,8,21,61,84], в развитие динамики ПП - Булгаков A.A., Поздеев А.Д., Донской Н.В., Исхаков A.C. [21,46,66,69,74,83,126,142,209,210]. Джюджи Л., Пелли Б., Шрейнер Р.Т., Дмитриев Б. Ф., Скачков Ю.В. внесли существенный вклад в развитие теории построения многоячейковых преобразователей [7,8,21,61,84].

Розанов Ю.К., Агунов A.B. и др. [1,47,130,131,132,212] отмечают, что создание и освоение промышленностью новых силовых приборов позволит расширить функции силовых электронных устройств, используемых для регулирования КЭ, создавать ПП, работающие в 4-х квадрантах комплексной плоскости, что позволит управлять потоками энергии в любом направлении по любому закону. На новой элементной базе создаются мощные активные фильтры, работающие в режиме как бы генераторов антигармоник, а также корректоры, которые встраиваются непосредственно в ПП.

Вместе с тем, специфические особенности автономных СЭЭС, а именно:

а) наличие несимметрии токов и напряжений;

б) регулирование возбуждения генераторов СЭЭС;

в) модуляция напряжений синхронных генераторов (СГ) СЭЭС;

г) наличие у СЭЭС собственных емкостей (СЕ): фаза-корпус, фаза-фаза,

а также таких особенностей работы мощных ПП как:

а) способность создавать дополнительную несимметрию токов и напряжений у СГ из-за несимметрии управления 1111;

б) способность создавать импульсные скачки напряжений, значительно увеличивают степень взаимного влияния ПП и СЭЭС за счет: генерирования в СЭЭС и возбуждения на входе и выходе ПП неканонических гармоник; возбуждения на входе и выходе 1111 дополнительных комбинационных гармоник вследствие модуляции напряжений СГ; возбуждения на входе и выходе ПП высокочастотных колебаний; резонансного усиления высших гармоник в контуре СГ - СЕ.

Указанные факторы резко ухудшают показатели КЭ, вызывают дополнительный рост виброактивности 1111 и судового ЭО, при этом, как показано в работах Вилесова Д.В. и Фоминича Э.Н., существенно возрастает влияние электромагнитных полей высших гармоник на персонал автономных СЭЭС, в силу чего проблема ЭМС перерастает в проблему «Электромагнитной экологии».

Из сказанного выше следует, что для повышения КЭ в судовых электротехнических комплексах и системах (СЭК и С) с мощными 1111 требуется разработка новых принципов построения силовых структур ПП:

Первые работы в этом направлении были выполнены Свиридовым Г.М., Шукаловым В.Ф., Гайтовым Б.Х., Сингаевским Н.А. и другими.

Цель работы и задачи исследований.

Целью работы является решение проблемы повышения параметров КЭ в СЭК и С за счет разработки, и применения 1111, построенных на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями (ТВМП) с обмотками, выполненными по схеме «звезда/круговая обмотка» и «круговая обмотка/звезда», что позволит обеспечить ЭМС 1111 с питающей сетью и нагрузкой и добиться требуемого уровня виброаккустических характеристик судового электрооборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Развить теорию анализа электромагнитных процессов для управляемых выпрямителей (УВ) и автономных инверторов (АИ), построенных на базе ТВМП с различным числом пар силовых ключей (CKJI) транзисторных коммутаторов (ТК), переключающих отводы круговой обмотки (КО) ТВМП, и создать методики оценки качества выходного напряжения УВ и АИ с ТВМП при различном числе пар CKJI ТК.

2. Обосновать и разработать новые алгоритмы, способы управления, структурные и принципиальные схемы систем управления CKJI ТК УВ и АИ, реализованных на базе ТВМП, при различном числе пар CKJI.

3. Разработать математические и схемотехнические модели УВ и АИ на базе ТВМП с различным числом пар CKJI ТК, проверить адекватность математических и схемотехнических моделей УВ и АИ лабораторным и промышленным образцам и исследовать эффективность работы УВ и АИ с ТВМП в установившихся и аварийных режимах на моделях с целью создания ПП с новыми принципами построения силовых структур.

4. Обосновать и разработать технологии исполнения ТВМП для УВ и АИ, методики расчета габаритных мощностей ТВМП, изготовить лабораторные макеты и промышленные образцы ТВМП и провести их экспериментальные исследования.

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 и схемотехническим моделированием в среде MatLab-Simulink и Micro-Cap 7 на ПЭВМ. Достоверность теоретических положений подтверждена результатами исследований лабораторных макетов и промышленных образцов ПП с ТВМП, разработанных и изготовленных на основе научных работ автора и положений данной диссертационной работы.

Научная новнзна.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что на основе проведенных исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых может рассматриваться как крупное научное достижение в развитии теории полупроводниковых преобразователей, построенных на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями в судовых электротехнических комплексах и системах. В частности:

- представлены новые теоретические результаты по исследованию электромагнитных процессов в преобразователях на базе ТВМП, позволяющие получить аналитические выражения выходных токов и напряжений, включая высшие гармонические составляющие, при произвольном числе пар СКЛ ТК переключающих отводы КО ТВМП;

- разработаны математические и схемотехнические модели 1111 с ТВМП, адекватно отражающие реальные электромагнитные процессы в АИ и УВ на базе ТВМП, которые позволяют исследовать симметричные, несимметричные и аварийные режимы работы ПП с ТВМП при различных характерах нагрузки, различном числе пар СКЛ ТК и получать спектральные характеристики их входных и выходных токов и напряжений. Новизна моделей подтверждена их регистрацией во ВНТИЦ РФ;

- теоретически обоснованы и разработаны новые способы управления силовыми ключами транзисторных коммутаторов круговых обмоток ТВМП, пригодные для любого числа пар СКЛ ТК и позволяющие обеспечить ЭМС ПП с питающей сетью.

Практическая значимость работы и реализация.

Сформулированы принципы построения и разработаны новые ПП на базе ТВМП, у которых в выпрямительном режиме (уже при 8 парах СКЛ ТК) коэффициент гармоник потребляемого напряжения и тока не превышает 1%, а коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения не превышает 3,3% во всем диапазоне регулирования, а в инверторном режиме коэффициент гармоник выходного напряжения и тока (при 8 парах СКЛ ТК) не превышает 19,8% и 4,5% соответственно, что позволяет обеспечить у АИ с ТВМП (без дополнительных мероприятий) по сравнению с классическими ПП более высокое КЭ (в 4 и 2 раза соответственно) и снизить уровень виброакустической активности судового электрооборудования на 10-20 ИЬ (на разных частотах).

Разработана методика расчета габаритной мощности ТВМП и их геометрических факторов, когда входная (выходная ) обмотка выполнена в виде трехфазной, а выходная (входная) в виде круговой обмотки с отводами.

Разработана методика расчета параметров реакторов (К.е) и трансформаторов (Тр) с вращающимися магнитными полями (ВМП) при наличии и отсутствии ортогонального управляющего магнитного потока, за счет чего обеспечивается линейное регулирование напряжение Ие и Тр и дополнительное подавление высших гармоник в токе и напряжении ПП.

Разработана методика анализа параметров КЭ ПП на базе ТВМП, позволяющая определять коэффициенты гармоник потребляемого тока и напряжения, коэффициенты пульсаций выпрямленного напряжения, регулировочные характеристики выпрямителей при произвольном числе пар СКЛ ТК и различных законах формирования выходного напряжения.

Разработаны новые схемотехнические и математические модели ПП с ТВМП на различное число пар СКЛ ТК, отражающие электромагнитные

процессы в реальных ПП с ТВМП, позволяющие исследовать их работу при различных видах нагрузки в симметричных, несимметричных и аварийных режимах с целью выбора оптимальных параметров, обеспечивающих заданные: КЭ, виброаккустические и шумовые характеристики.

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 1980 по 2005г.

Результаты работы используются предприятиями ГРЦАС: ФГУП ПО СЕВМАШ, ФГУП «ЗВЕЗДОЧКА», ФГУП СПО «АРКТИКА», отражены в научных статьях, авторских свидетельствах, патентах, монографиях, учебных пособиях и используются в учебном процессе филиала «Севмашвтуз» СПбГМТУ, в дисциплинах «Полупроводниковые преобразователи» и «Основы теории сигналов». На защиту выносятся:

1) теория направленной коммутации силовых ключей УВ и АИ транзисторных коммутаторов, переключающих отводы круговых обмоток ТВМП;

2) способы управления и алгоритмы построения систем управления АИ и УВ с

ТВМП, пригодные для любого числа пар CKJI ТК;

3) алгоритмы, схемотехнические и математические модели 1111 с ТВМП в программной среде Micro-Cap 7 и MatLab-Simulink, позволяющие исследовать симметричные, несимметричные и аварийные режимы работы АИ и УВ с ТВМП, при различных характерах нагрузки и различном числе пар CKJI у ТК;

4) методики оценки показателей качества выходного напряжения УВ и АИ с ТВМП и аналитические соотношения для расчета высших гармоник напряжения при фиксированном и произвольном числе пар CKJI ТК и различных законах формирования выходного напряжения;

5) методика расчета габаритных мощностей ТВМП и их геометрических факторов, когда входная (выходная ) обмотка выполнена в виде трехфазной, а выходная (входная) в виде круговой обмотки с отводами;

6) методика расчета параметров реакторов и трансформаторов с вращающимися магнитными полями при наличии и отсутствии ортогонального управляющего магнитного потока.

Апробация работы. Основные положения н научные результаты работы докладывались н обсуждались на: Всесоюзных конференциях:

- Проблемы создания мощных электроэнергетических систем для судов ледового плавания и плавучих буровых установок, Л., 1983;

-Проблемы преобразовательной техники, Киев, 1987;

- Повышение эффективности и качества электроснабжения, Мариуполь, 1990.

- Проблемы преобразовательной техники, Киев, 1990, и 1992.

Всероссийских конференциях:

- ЭМС технических средств, С.Петербург, 1994;

- ЭМС технических средств, С.Петербург, 1996, (два доклада);

- ЭМС технических средств, С.Петербург, 1998;

- ЭМС технических средств, С.Петербург, 2000, (три доклада);

- ЭМС технических средств, С.Петербург, 2004, (семь докладов);

Международных конференциях: Морские интеллектуальные технологии, Моринтех-97, С.Петербург 1997, (два доклада); Моринтех-99, С.Петербург 1999, (два доклада); - Моринтех-2001, С.Петербург 2001, (три доклада); Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы, Екатеринбург, 2003; Динамика систем, механизмов и машин, Омск, 2004, (три доклада),

а также на - конференциях «Перспективные технологии строительства и утилизации судов на предприятиях Государственного Российского Центра Атомного Судостроения (ГРЦАС)». - Северодвинск: 1984 - 2004 гг. Публикации.

Основные научные результаты работы отражены в 51 научной работе, в том числе: в 9 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций; 4-х авторских свидетельствах на изобретение; 22 запатентованных моделях и программах; 6 монографиях, а также в трудах НТО им. акад. А.Н. Крылова, СПбГМТУ и др. известных изданиях. Личный вклад.

Постановка и решение теоретических вопросов, основные результаты работы принадлежат лично автору. Разработка схемотехнических моделей АИ и УВ с ТВМП в программной среде Micro-Cap 7 выполнена совместно с Казакевичем А.И, Семеновым Д.Н. и Музыкой М.М. Исследования

установившихся н аварийных режимов ЛИ и УВ с ТВМП на моделях, реализованных в программной среде Micro-Cap 7, выполнены лично автором.

Структура Ii объем работы. Диссертация содержит 350 страниц, состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 238 наименований и приложения на 23страницах. Работа содержит 327 страниц основного текста, в том числе 154 иллюстрации (включая осциллограммы) на 87 страницах и 36 таблиц на 29 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель и решаемые в диссертации задачи.

1. В первой главе рассмотрены вопросы КЭ и ЭМС классических ПП, СГ и электрооборудования (ЭО) автономных СЭЭС. Разработан метод оценки качества напряжения в автономных СЭЭС с мощными классическими ПП с учетом регулирования возбуждения СГ для случаев стабилизации на шинах СГ:

а) эквивалентной неискаженной ЭДС (E=const);

б) действующего значения искаженного напряжения (U = const);

в) первой или основной гармоники искаженного напряжения (Uj = const).

Получены уравнения, устанавливающие однозначную связь между гармониками в фазном и линейном напряжениях на входе ПП при симметричном управлении, несимметрии углов управления и несимметрии питающих напряжений.

Получены выражения, позволяющие определить высшие гармоники на входе ПП, обусловленные высокочастотными колебаниями, возникающих вследствие коммутации вентилей ПП и наличия у схемы ПП паразитных параметров, а также соотношения для расчета дополнительных комбинационных гармоник на входе ПП, возникающих из-за модуляции напряжений СГ.

Рассмотрены особенности возникновения и расчета резонансных явлений в автономных СЭЭС с мощными классическими ПП.

Дана оценка влияния роста степени искажения напряжения в автономных СЭЭС на виброаккустические характеристики трансформаторно-реакторного оборудования классических ПП и ЭО автономных СЭЭС.

Выполнен анализ ущерба в автономных СЭЭС от высших гармоник, генерируемых классическими ПП, и показано, что неучет законов стабилизации напряжения на шинах СГ может вызывать ошибку в оценке ущерба от высших

гармоник до 20%. при стабилизации на шинах СГ действующего значения искаженного напряжения (U = const) и до 44% при стабилизации на шинах СГ первой или основной гармоники искаженного напряжения (Ui = const)..

Анализ мероприятий по повышению КЭ в автономных СЭЭС показал, что применение фильтрокомпенсирующих устройств, повышение фазности ГШ, точности систем их управления и применение индивидуальных устройств . защиты особо ответственных потребителей полностью не устраняют проблему КЭ, но при этом они увеличивают массогабаритные характеристики и стоимость ПП и судового ЭО в целом. На основании выполненного анализа сделан вывод, что для повышения КЭ в автономных электротехнических комплексах и системах, обеспечения требуемого уровня виброаккустических характеристик ЭО необходимо совершенствование силовых схем самих ПЛ.

Во второй главе с целью совершенствования конструкции ПП было предложено заменить в составе классических ПП трансформаторы с пульсирующими магнитными полями .(ТПМП) на трансформаторы с вращающимся магнитными полями (рис.1 и 2). Как показано на рис.1 и 2, ТВ МП в общем случае в своем составе содержат трехфазную (входную или выходную) обмотку (ТО) и круговую обмотку (КО) якорного типа с отводами (выходную или входную, - в зависимости от назначения lili). ТО ТВМП может располагаться в пазах, проточенных на внутренней поверхности внешнего шихтованного магнитопровода, а КО - в пазах, проточенных на внешней поверхности внутреннего шихтованного магнитопровода (рис.2).

Транзисторный коммутатор (ТК), переключающий отводы КО, в общем случае может содержать N пар катодных и анодных силовых ключей (CKJT), но в целях обеспечения симметрии ■ электромагнитных процессов, особенно в случае 1111 инверторного типа, ТК должен иметь четное число пар CKJI (Nm¡n = 4). Внутренний магнитопровод ТВМП с минимально возможным зазором ■ вставлен и закреплен внутри наружного магнитопровода. ДО подобна КО, но выполнена без отводов и предназначена для контроля положения суммарного вектора магнитной индукции вращающегося магнитного поля (ВМП).

Поиск оптимальной конструкции обмоток ТВМП показал, что КО целесообразно исполнять в виде петлевой замкнутой обмотки, отводы которой ' переключаются ТК, а трехфазную - в виде двухслойной шестизонной обмотки, с одной парой полюсов.

б)

Рис.1.Принципиальные схемы ПП на базе ТВМП с транзисторным коммутатором на 4 (а) и 8 (б) пар силовых ключей

Рис. 2 Конструктивные схемы 1111 на базе ТВМП: 1- наружный магнитопровод, 2 — внутренний магнитопровод, 3 — ТК, 4 - КО, 5 - ТО, 6 - ДО - дополнительная информационная обмотка

В этом случае на этапе проектирования ТВМП можно использовать подобие двухслойных трехфазных обмоток переменного тока и двухслойных якорных круговых обмоток (рис.3).

Рис.3 Принцип получения ТО (б, в, г) с фазной зоной 60° из разрезанной круговой обмотки (а)

Чтобы э.д.с. противоположных полуфаз (например, А и X) действовали по контуру согласно, нужно соединить конец (К) полуфазы А с концом (К) полуфазы X (рис.3.б), а начала полуфаз X, Y и Z объединить в общую точку (нейтраль).

Как показано на рис.3 .в и З.г, полуфазы А-Х; B-Y; C-Z можно соединять в «треугольник», для чего необходимо соединять концы одноименных полуфаз.

Магнитодвижущие силы (МДС) фаз А-Х, B-Y, C-Z в произвольной точке «X» от каждой из фазных обмоток можно найти, как:

Fm •sin(0).cos^==O.5Fm .Srn(©-^j + 0.5Fm -Sin[© + —j; 2n\ (nX 2n\ „„

Fex =Fm sin(0-^.cos(s-^| = O.5Fm ■

FBX=Fr,-sin|

sin| ©~ipj + sin^0 + 5—у

sin(©-5) + sinj © + 5+y

(1)

яХ

где 0 = й>/; 5 =-; т = к/2р~ полюсное деление; О-диаметр внутренней

поверхности внешнего шихтованного магнитопровода.

Складывая МДС Рлх, РВх, РСх, получим результирующую МДС трехфазной обмотки в произвольной точке «X» на внутренней поверхности внешнего шихтованного магнитопровода:

Рх=1.5Рт.Ят(9-8> (2)

Если принять за начало отсчета времени момент, когда магнитная индукция на оси фазы А максимальна, а магнитное поле вращается по часовой стрелке, то суммарный вектор магнитной индукции вращающегося магнитного поля трехфазной обмотки ( ВМП ТО) можно найти, как:

Вх = 1.5Вт е~'в.

А т

Так как КО неподвижна относительно ТО, то ЭДС в трехфазной и круговой обмотках имеют одинаковую частоту, отсюда следует, что ТО и КО должны иметь одинаковое число пар полюсов. В этом случае бегущие волны МДС ТО и КО, изменяющиеся по синусоидальным законам, не будут смещаться относительно друг друга, но будут взаимодействовать между собой в соответствии с законом электромагнитной индукции, обеспечивая передачу энергии как в обычном трансформаторе с пульсирующими магнитными полями.

Мгновенное значение э.д.с., индуктируемой в каждом активном проводнике КО можно найти, как:

где ВХ£ - магнитная индукция ВМП ТО в рассматриваемой точке «X» внутренней расточки наружного магнитопровода; V] = 2/\и — линейная скорость перемещения МП ТО; — длина активной части витка КО в магнитном поле ТО.

КО симметрична и замкнута, но при отсутствии внешней нагрузки тока в ней нет, так как э.д.с., индуктируемые в двух параллельных полуобмотках, направлены встречно и взаимно компенсируют друг друга (рис.4). Если ТК будет подключать отводы КО, совпадающие с геометрической нейтралью на сборные шины выпрямителя, то в режиме холостого хода на выходе ТК будет напряжение Т^ равное э.д.с. Е, индуктируемой в каждой из двух параллельных полуобмоток, на которые ТК временно разделяет КО (рис.4).

е(0 = ВХЕ.у,^

(4)

гА

1« к»

Рис.4 Упрощенная схема ТВМП (а) и векторная диаграмма ЭДС возбуждаемых в КО МДС ТО (б)

Если на выходе ТК подключить сопротивление нагрузки, то через КО и в нагрузочном сопротивлении будет проходить постоянный ток Ij, направление которого будет определяться направлением э.д.с. Е полуобмоток. В КО ток 1а разветвляется и проходит по двум параллельным ветвям (полуобмоткам).

Если при работе ПП на базе ТВМП в выпрямительном режиме энергетический поток направлен из из ТО в КО и далее через ТК на сборные шины выпрямителя, то при работе 1111 в инверторном режиме энергетический поток направлен в противоположном направлении. При одновременном включении пары диаметрально расположенных анодных и катодных CKJI один отвод КО подключается к плюсовой шине ТК, а второй диаметрально расположенный отвод КО - к минусовой шине ТК, в результате чего КО условно разделяется на две полуобмотки, по одной из которых ток протекает по часовой стрелке, а по другой - против, что позволяет создать в КО ориентированное магнитное поле. При переключении CKJI ТК по заданному алгоритму неподвижная КО создает в цилиндрическом магнитопроводе дискретно вращающееся магнитное поле (ВМП), которое индуктирует в неподвижной ТО трехфазную ЭДС.

В общем случае габаритную активную мощность ТВМП с КО и ТО можно найти, как:

ргаб. -(РКо,гЕ +PT0,rz) —

1 то, rZ Л {cos(pW

ко,г£

(5)

Уравнение геометрического фактора (ГФ) для ТВМП, содержащего КО и ТО, связывающее размеры магнитопровода с его магнитными, электрическими и тепловыми параметрами, имеет вид:

QS0_ PKOk,

Ф'

К 4f-BmkMl

kT©

Vaik0kMi

fía7

а2кы2

«3kM3

a4kM4 J

(6)

где кф1 - коэффициент формы тока КО (1ко); кт - коэффициент теплоотдачи; О- температура перегрева обмоток ТВМП; Зд - поверхность охлаждения обмоток; км1, км2, км3, км4 - коэффициенты заполнения окна магнитопровода медью обмоток; а]ко, ос2, ос3, а4 - относительные площади окна магнитопровода занятого КО и фазами ТО; (■ ы - длина цилиндрического

магнитопровода; А.ко, Х2, А,3 , Х4 - относительные длины витков КО и ТО; Рк0 - активная мощность КО; р- удельное сопротивление материала проводов;

площадь окна ТВМП; Qcт - площадь поперечного сечения магнитопровода; Р2,, Р3,, Р4,,- относительные значения м.д.с. ТО; Рко, =1.

Сравнительный анализ согласно (6) стандартных ТПМП и ТВМП, изготовленных на мощности: 0,5; 1,0; 1,5; 3,0 и 5,0 кВт, показал, что габаритные характеристики у ТВМП в силу симметрии обмоток и магнитопроводов примерно на 30-40% меньше, чем у стандартных ТПМП, в то же время, массы магнитопроводов у них оказываются практически одинаковыми.

Управление реакторами и трансформаторами с ВМП понимается как целенаправленное изменение их параметров с помощью подмагничивания магнитопроводов. Наиболее эффективным здесь является поперечное подмагничивание, которое получается при сдвиге осей рабочей и управляющей обмоток на угол тг/2 так, чтобы в каждой точке магнитопровода действовали два ортогональных магнитных поля. Полученные в работе соотношения позволяют не только рассчитывать параметры обмоток реакторов и трансформаторов с ВМП, но и определять диапазоны регулирования их реактансов за счет поперечного подмагничивания магнитопровода.

В третьей главе рассмотрены электромагнитные процессы в автономном инверторе (АИ) с выходным ТВМП в установившемся режиме. Принципиальные схемы АИ с ТВМП при 4, и 8 парах СКЛ представлены на рис.б.а —6.6. Как показали исследования макетов опытных образцов, выходные напряжения АИ с ТВМП имеют ступенчатую форму. Причем количество ступеней «ш» в составе выходных напряжений АИ однозначно связано с числом пар (Ы) СКЛ ТК: т = N/4. Если допустить, что кривые фазных напряжений ТО после трансформации будут подобны ступенчатой кривой (СК) напряжения, формируемой ТК в КО, и принять, что количество ступеней «ш» в составе СК стремится к бесконечности, то СК становится в синусоидальной, а коэффициент гармоник «Кг» станет равным нулю.

Таким образом, рассматривая различные способы формирования СК относительно эталонной синусоиды (ЭС), при различном количестве ступеней т=Ы/4 или СКЛ ТК, можно на основании гармонического анализа СК установить минимально необходимое число пар СКЛ коммутатора Ы= 4т, при котором коэффициент гармоник Кг не превысит уровень в 10%, установленный ГОСТ 13109-97 и Морским Регистром Судоходства РФ.

а) б)

Рис.6 Схемы АИ с ТВМП когда ТК содержит .4 или 8 пар СКЛ

В АИ с ТВМП формы выходных напряжений предопределены структурами силовых схем ТК (рис.6) и соответствуют законам АИМ-1 (первого рода). В целях упрощения системы управления и силовой схемы ТК в работе было принято, что СК, аппроксимирующие ЭС, квантуются или по

и«

ЭС

И_1

■ I

ь

оГ.а'ТЛоГ. — а'\а'\а:% тт 9 2

б)

Рис.7 Выходные напряжения АИ с ТВМП при 4 (а) и 16 (б) парах СКЛ в

составе ТК

времени или по уровню, при этом были рассмотрены четыре варианта аппроксимации ЭС для четырех вариантов силовых схем ТК - 4,6,8 и 16 парами СКЛ, когда СК: 1) равномерно «наложена» на синусоиду; 2) «описана» вокруг синусоиды; 3) «вписана» в синусоиду или 4) имеет равномерные «кванты» по времени и/или амплитуде, согласованные с амплитудой ЭС.

В качестве примера на рис.7 представлены два алгоритма формирования СК относительно ЭС для случая, когда ступени СК равномерно наложены и на ЭС и формируются путем квантования ЭС по времени. Формулы разложения в ряд Фурье для этих СК имеют вид:

а) при 4-х парах СКЛ

Я у-1 V

б) при 16-ти парах СКЛ /Л 4 N 8ЩУ0 Г ,у

71 у=1 V

IV УЛ:

соэ--Н + Ь

8

IV

ее«

--нИ^сов-•¡■. (8)

Исследование четырех вариантов аппроксимации ЭС, для четырех силовых схем ТК, когда сигналы аппроксимирующие ЭС квантуются по времени или по уровню показало, что качество выходного напряжения АИ с ТВ МП практически при всех вариантах силовых схем ТК на 1,5-2% выше, когда СК квантуются по времени, причем 10% порог коэффициента гармоник без каких — либо дополнительных мероприятий не будет превышен при 16 парах СКЛ, если сигнал аппроксимирующий ЭС будет равномерно наложен на синусоиду.

Из анализа работы смежных пар СКЛ для случая, когда ТК выполнен на 4-х парах СКЛ, установлено, что величины э.д.с. самоиндукции в секциях КО на первом е'АВ и е'^,, и втором этапах коммутации е"в и е"с в пределе могут достигать величины напряжения источника питания , что необходимо учитывать при выборе СКЛ ТК и изоляции проводов КО.

= -Ь.

' с11

= и„е

е*1- -1

«и

— = и„е 'Ч сК

: <11

г ъ. \ е'1- -1

V У

—_т

"Е>С ~~ ГЭС

сЩ <11

- = и„е

(9)

Анализ переключения смежных пар СКЛ показал, что в процессе работы ТК короткозамкнутые контура в КО не образуются, так как в открытом состоянии транзисторы проводят ток только в одном направлении, а для их надежной защиты последовательно с ними включены быстродействующие силовые диоды.' Так как электромагнитная энергия, накопленная в коммутируемых секциях КО, не рассеивается в самих секциях, как это имеет место у механических коммутаторов, то описанную выше коммутацию следует отнести к жесткой коммутации.

Для анализа электромагнитных процессов в АИ с ТВМП в переходных режимах (рис.1) составлены системы дифференциальных уравнений, положенные в основу формирования математических моделей ПП с ТВМП.

В четвертой главе разработана теория работы управляемых выпрямителей (УВ) с ТВМП, рассмотрены особенности их работы, разработан новый способ управления УВ с ТВМП, основанный на отслеживании положения вектора суммарной магнитной индукции з2, создаваемого первичной трехфазной обмоткой ТВМП.

Показано, что выпрямленное напряжение УВ с ТВМП имеет вид пульсирующей кривой, число пульсаций в которой соответствует числу пар СКЛ, коммутирующих отводы КО, причем в процессе регулирования кривая выпрямленного напряжения не имеет разрывов первого рода. Для случаев, когда ТК УВ содержит 4; 6; 8; 10; 12; 14; 16, получены аналитические выражения для определения среднего значения выпрямленного напряжения.

В случае произвольного числа пар СКЛ (Ы) выпрямленное напряжения может быть найдено как:

Ud0(N) = — JU Jm -cos ed9 = ^UJmsine

N

N.. .71 (10) — U 2m sin —, v л N

тогда среднее значение выпрямленного тока

Ido(N) = |"IamSin^, (11)

, _ u2m

где Jam — - амплитудное значение тока через ключевые элементы.

Rd

При этом среднее значение тока Ido(N) через пару ключевых элементов,

„ 2я ..

пропускающих ток в течение части периода равной —, оказывается в N раз

N

меньше тока, который протекает в нагрузочном сопротивлении R<j:

Ia=^4lamsi„f 02)

Установлено, что регулировочная характеристика УВ с ТВМП Ud = f(7) имеет вид косинусоиды и в при произвольном числе пар СКЛ имеет вид:

Udy = UdO(N)COS У (13)

Так как кривые выпрямленного напряжения, при NCK„ = 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 парах СКЛ удовлетворяют условиям Дирихле и симметричны относительно оси

ординат, проведенной через максимумы пульсаций, то ряд Фурье при произвольном числе пар СКЛ ТК УВ с ТВМП имеет вид:

Я п = 2

ИсоэпЭ . / ,чтс Т^соэпО . / ,\71

-51п1п +1)—I--Бшт -1)—

п + 1 УЫ п — 1 У УЫ

(14)

После несложных, но достаточно громоздких преобразований выражение (14) может быть преобразовано к виду:

иДе)=и<10Ы+(±1)к^т. £-iiLcosnOsin.il (15)

Л п=2 П — 1 N

Расчеты коэффициентов пульсаций УВ с ТВМП при различном

числе пар СКЛ, выполненные согласно (15) в соответствии с выражением:

20 2 2 У апы

кри——100% (16>

показали, что максимальное значение Кри имеет место у выпрямителя с 4-мя парами СКЛ и достигает 13,82%. У выпрямителей с 6, 8, 12, 16 парами СКЛ Кри составляет соответственно 5,93%; 3,3%; 1,45% и 0,82%, но, что самое главное, величина коэффициента пульсации в процессе регулирования выпрямленного напряжения УВ с ТВМП практически не изменяется, чем УВ с ТВМП выгодно отличаются от классических мостовых преобразователей на трансформаторах с пульсирующими магнитными полями.

Для анализа электромагнитных процессов в УВ с ТВМП в переходных режимах составлены системы дифференциальных уравнений, положенные в основу формирования математических моделей ПП с ТВМП.

Сравнительное исследование виброаккустических характеристик трансформаторов с пульсирующими и вращающимися магнитными полями одинаковой мощности (1,5 кВт) показали, что ТВМП имеет уровень вибрации в диапазоне частот от 50 Гц до 1,0 кГц - на 15, 20 с!Б ниже, чем трехфазный трансформатор с пульсирующими магнитными полями.

В пятой главе рассмотрены особенности управления коммутаторами АИ и УВ, построенных на базе ТВМП.

Система управления (СУ) ТК автономного инвертора (АИ), построенного на базе ТВМП, представлена на рис.8. СУ АИ включает: задающий генератор 1 с регулируемой частотой; счетный триггер 2; два двоичных счетчика 3 и 6; формирователь временной задержки на одновибраторах 4 и 5; два дешифратора 7 и 8, триггерный п-канальный распределитель 9-24, 2п -усилителей анодной 25-40 и катодной 41-56 групп, а также 2п - силовых ключей транзисторного

коммутатора анодной 57-72 и катодной 73-88 групп, которые коммутируют отводы КО ТВМП.

Система управления ТК управляемого выпрямителя (УВ), построенного на базе ТВМП, представлена на рис.9. СУ УВ содержит: высокостабильный кварцевый генератор 1, делитель с программным коэффициентом деления 2, счетчик 3, счетный триггер 4, датчик напряжения 5, устройство гальванической развязки б, формирователь сигнала 7, фазосдвигающее устройство 8, устройство сигнала сброс 9, два двоичных счетчика 10, 13, формирователь временной задержки, выполненный на одновибраторах 11, 12, два дешифратора 14.1 и 14.2, триггерный распределитель 15-30, усилители анодной 31- 47 и катодной 48 - 63 групп, силовые ключи анодной 64-79 и катодной 80-96 групп, которые коммутируют «п» отводов круговой обмотки ТВМП.

При исследовании электромагнитных процессов в АИ и УВ с ТВМП с тем, чтобы иметь возможность сравнивать качество выходного напряжения преобразователей с различным числом пар СКЛ, в состав разработанных систем управления СКЛ ТК был введен электронный коммутатор, который позволил дискретно изменять алгоритмы управления для различных силовых схем ТК, что существенно расширило возможности исследования 1111 с ТВМП.

20

Рис.9 СУ ТК выпрямителя построенного на базе ТВМП

Разработанные СУ силовыми ключами ТК АИ и УВ с ТВМП обеспечивают регулирование их выходных параметров в широком диапазоне без нарушения ЭМС ПП с питающей сетью. Опыт эксплуатации СУ ТК, построенных по жесткой логике, показал, что возможно применение адаптивных, векторных и других типов СУ, в связи с чем были разработаны функциональные и структурные схемы микропроцессорных систем управления АИ и УВ с ТВМП.

В шестой главе рассмотрены особенности построения схемотехнических моделей АИ и УВ на базе ТВМП в программной среде MICRO-CAP 7. Введено понятие упрощенной пространственной модели ТВМП (см.рис.10), где принято, что внешний магнитопровод также как и в конструктивной модели (рис.2) содержит трехфазную двухслойную шестизонную обмотку с одной парой полюсов, а внутренний - содержит круговую петлевую обмотку с числом секции S = \6-n, где п = 1,2,3...., причем шаг секции равен полюсному делению у = г, так как в этом случае обеспечивается максимальное потокосцепление секций КО с полным потоком полюсов ТО.

При реализации макромодели ТВМП выяснилось, что в библиотеке MICRO-CAP 7 отсутствуют макромодели КО, ТО и ТВМП, в которых бы учитывалось пространственное расположение секций КО и фаз ТО, кроме того оказалось, что пространственное расположение секций КО и фаз ТО нельзя

21

учесть с помощью коэффициента магнитной связи обмоток «К», ибо его значение может быть только положительным согласно требованиям

программы MICRO-CAP 7. Поэтому при разработке макромоделей было предложено каждую фазу ТО или секцию КО эквивалентировать моделями трех катушек индуктивности, две из которых включаются встречно и имитируют согласное и встречное включение магнитосвязанных катушек, а третья катушка имитирует собственную индуктивность фазы ТО или секции КО (рис.11). Если пространственный угол (\р) между катушками ф <90°, то магнитосвязанные катушки (L1 и L2) включены согласно, их магнитная связь имеет положительный знак, а коэффициент магнитной связи между ними можно записать, например, как «К1а2а». Если угол между катушками > 90°, то магнитосвязанные катушки (L1 и L3) включены встречно, их магнитная связь имеет отрицательный знак, а коэффициент магнитной связи между ними можно записать, например, как «К1аЗЬ».

При разработке макромодели ТК за основу была принята принципиальная схема физической модели выходных каскадов ТК, представленная на рис. 11 .а. Схемотехническая модель коммутатора в МС-7 представлена на рис.11.6. В макромодели ТК реальный блок предварительных усилителей, выполненный на транзисторах VT1-VT4, VT13-VT16 (рис.П.а), заменен моделями управляемых по напряжению ключевых элементов S1,S2,S3,S4 (рис.11.6), что позволило существенно сократить машинное времени расчета переходных процессов.

Система управления ТК реализована на источниках импульсного напряжения (Pulse source), которые управляют ключами, расположенными в базовых цепях силовых транзисторов ТК.

Исследование работы макромодели АИ с ТВМП показали, что при активно-индуктивной нагрузке в макромодели КО возникают всплески напряжений, что связано с невозможностью изменения расчетного шага модели на этапах переключения смежных пар CKJI.

а)

б)

Рис.11 Схемы выходных каскадов ТК в физической (а) и схемотехнической (б)

моделях

С целью подавления всплесков напряжений в макромодели КО, было предложено ввести в макромоделях выходных каскадов ТК параллельно СКЛ (рис.12.б) дополнительные диоды (У01-УБ4), что способствовало снижению перенапряжений в секциях макромоделей КО почти на два порядка.

Разработанные в МС7 схемотехнические модели АИ на базе ТВМП, позволяют получать не только диаграммы выходных напряжений в исследуемых моделях, но и их спектральный состав (рис.12.а), используя который были рассчитаны зависимости коэффициента гармоник (Кг) в функции числа пар СКЛ ТК: Кг = ДИск)- Анализ зависимости Кг (рис.12.6) показывает, что качество выходного напряжения АИ, соответствующее требованию ГОСТ 13109 - 97, без дополнительных мероприятий обеспечивается при 1Мск=16.

. б) Рис.12 Выходное напряжение АИ с ТК на 8 пар СКЛ и его спектр (а) и зависимость коэффициента гармоник от числа пар СКЛ ТК (б)

В работе показано, что используя конструктивные способы подавления гармоник, применяемые в электрических машинах, можно создавать АИ с ТВМП, у которых Кг по напряжению будет не более 1%, чего в принципе невозможно добиться у АИ, выполненных на трансформаторах с пульсирующими магнитными полями.

Исследование форм выходных напряжений и токов АИ с ТВМП и их спектров в функции числа пар СКЛ ТК для различных значений добротности нагрузочных сопротивлений : СЬ = ыЬ/Я=0; СЬ = и 11/11=1; О, = шЬЛ1=5; СЬ = иЬ/Т1=10 позволило установить обобщенные зависимости Кг по напряжению (рис. 13.а) и по току (рис. 13.б): Кги и Кп= ^N,(2).

Анализ зависимостей Кги и Кп .=. {(N,<3) показывает, что показатели качества выходного напряжения и тока АИ - это взаимообратные параметры, что требует поиска оптимального соотношения числа пар СКЛ и добротности.

А, \ 1 1

------- ---

...... ~ * уГ^г. """ ...

1 ^

15

20

а)

б)

Рис.13 Зависимости Кги АИ по напряжению (а) и току Кп (б) от числа пар СКЛ ТК и добротности нагрузочных сопротивлений

В работе показано, что макромодели, используемые в составе выпрямителей согласующих ТВМП, подобны макромоделям ТВМП в составе АИ. Макромодели ТК и СУ ТК УВ и АИ также составлены из подобных элементов. Вместе с тем имеются и отличия, связанные с изменением направления потока энергии в УВ по сравнению с АИ. В наибольшей мере эти отличия проявляются в блоках силовых ключей выходных каскадов ( рис.14).

а)

б)

Рис.14 Схема блока коммутации секций КО ТВМП в физической (а) и схемотехнической моделях (б)

Исследование качества выходного напряжения УВ на моделях (рис.15) подтвердили, что в кривых выпрямленного напряжения отсутствуют разрывы первого рода во всем диапазоне регулирования, при этом коэффициент пульсаций превышает порог в 5% только у выпрямителей с 4-мя парами СКЛ, причем, в процессе регулирования выходного напряжения УВ Кп изменяется не более чем на 15-20%.

Рис.15 Выходное напряжение УВ с ТК на 8 пар СКЛ и его спектр (а) и зависимость коэффициента пульсаций от числа пар СКЛ ТК (б).

При исследовании аварийных режимов работы 1111 с ТВМП в настоящей работе учитывались аварии, связанные с выходом из строя СКЛ ТК вследствие отказа СКЛ из-за теплового перегрева или перенапряжений на этапах коммутации смежных пар. Анализ осциллограмм выходных напряжений АИ с ТК на 4, 8, 12, 16 пар СКЛ показал, что наибольших значений в симметричных режимах достигают высшие гармоники с нечетными порядковыми номерами п = N — 1, где N - число пар СКЛ ТК. При авариях уровни основных гармоник уменьшаются, а уровни высших гармоник возрастают, что отражается на величине коэффициента гармоник (рис.16).

Анализ осциллограмм выходных напряжений УВ с ТК на 6, 8, 12, 16 пар СКЛ, полученных в физических и схемотехнических моделях показал, что наибольших значений в симметричных режимах достигают высшие гармоники с четными порядковыми номерами кратными числу пар СКЛ (п = К).

При авариях появляются нечетные гармоники 5 и 7, 11 и 13, а также 3-я и кратные ей гармоники, причем средние значения выпрямленных напряжений уменьшаются, а уровни высших гармоник возрастают, что отражается на величине коэффициента пульсаций (рис.17).

Анализ зависимостей Кг и Кп от числа пар СКЛ показывает, что АИ и УВ с ТВМП обладают существенными достоинствами, так как даже в условиях

обрыва и пробоя пары смежных силовых ключей ТК у них не наблюдаются существенных нарушений, что связано с наличием у ТВМП КО.

Кг, «л .

25--'

20 —

1Ы» 2-х СКЛ

12 16

Рис. 16 Зависимости Кг = Г(Иск) для установившегося режима работы АИ в условиях полной симметрии, обрыва и пробоя смежной пары СКЛ

МО но Кп

не

1«

га КС N. Пробой 2 СКЛ

<0

«0

ю

а' N

1 • >х

Рис.17 Зависимости К„ = А(Кск) для установившегося режима работы УВ в условиях полной симметрии, обрыва и пробоя смежной пары СКЛ

Исследование режимов работы ГШ с ТВМП в программной среде МаЛаЬ-БптшПпк для случая, когда ТК отводов КО содержит кратное четырем число пар СКЛ практически полностью подтверждает результаты, полученные при исследовании физических и схемотехнических моделей ПП с ТВМП.

На рис.18 представлена классификация преобразователей параметров, электрической энергии. Из анализа классификации ПП следует, что предложенные автором преобразователи относятся к полупроводниковым вентилыюттрансфоматорным преобразователям, реализуемым на двухоперационных полупроводниковых ' элементах, причем согласующие трансформаторы в составе УВ и АИ осуществляют передачу энергии из первичной неподвижной обмотки во вторичную за счет вращающихся магнитных полей.

Применение ПП с ТВМП в СЭК и С позволит повысить показатели КЭ, снизить виброактивность судового электрооборудования и повысить в силу

Рис.18 Классификация преобразователей параметров электрической энергии

этого, скрытность плавания судов, а также уменьшить собственную емкость

СЭЭС и возможность возгораний и пожаров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предварительные исследования показали, что:

1) Технологический и экономический ущерб в СЭК и С обусловлен, в основном, каноническими гармониками, которые ПП генерируют в питающую сеть и нагрузку. В общем случае их можно скомпенсировать на 40-50% за счет повышения фазности 1111, общесистемных и индивидуальных защитных мероприятий, однако в реальных СЭЭС КЭ оказывается хуже, так как не учитываются: законы стабилизации напряжений СГ; возбуждение дополнительных боковых гармоник на входе и выходе ПП из-за модуляции напряжений СГ; возбуждение в схемах 1111 высокочастотных колебаний, вызывающих сбои в работе устройств автоматики и вычислительной техники; генерирование ПП неканонических гармоник из-за несимметрии управления и несимметрии напряжений СГ; загрузка питающей сети дополнительной реактивной мощностью и мощностью искажения; возможность возникновения в СЭЭС резонансных явлений на' высших гармониках и, наконец, из-за низкого КЭ: резко возрастают ВАХ, как самих 1111, так и всего судового ЭО; ухудшается - 28 •

электромагнитная экология в замкнутых объемах, что оказывает негативное влияние на персонал дежурно-вахтенных служб судов и кораблей ВМФ.

2) Для комплексного решения проблемы повышения показателей КЭ и ЭМС требуется совершенствование силовых схем ПП, для чего необходимо вернуться к развитию идей, изложенных в работах Свиридова Г.М., Шукалова В.Ф., Лутидзе Ш.И. и др., предлагавших применять в ПП трансформаторы с вращающимися магнитными полями и ТК. Возможность создания ПП с ТВМП открылась в связи с созданием новой элементной базы — IGBT транзисторов.

3) С целью проверки эффективности 1111, выполненных на базе ТВМП, ФГУП «СПО «АРКТИКА» совместно с Филиалом «Севмашвтуз», в рамках федеральной программы «Национальная технологическая база», изготовлены ТВМП, а на их основе действующие макеты ПП с ТВМП на 1,5; 3,0 и 5,0 кВт.

В результате исследований ПП с ТВМП: 1) Разработана теория коммутации силовых ключей ТК, переключающих отводы КО ТВМП в составе УВ и АИ. Развита теория электромагнитных процессов в УВ и АИ с ТВМП. Установлено, что у выпрямителей с ТВМП кривая выпрямленного напряжения не содержит разрывов первого рода, чем УВ с ТВМП выгодно отличаются от классических выпрямителей. Получены аналитические соотношения для расчета среднего значения и высших гармоник выпрямленного напряжения при 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 и произвольном числе пар СКЛ в составе ТК, что позволило установить минимально необходимое число пар СКЛ, при котором без дополнительных мероприятий обеспечивается коэффициент пульсаций на выходе УВ с ТВМП не более 5%. Кроме того, получены аналитические соотношения для расчета гармоник и оценки качества выходного напряжения и тока АИ с ТВМП, при различных законах формирования выходных напряжений АИ, что позволило установить минимально необходимое число пар СКЛ в составе ТК, при котором коэффициент гармоник выходного напряжения АИ с ТВМП не превысит 10% порог, установленный ГОСТом 13109-97 и Морским Регистром Судоходства РФ. Показано, что за счет конструктивных мероприятий в ТВМП можно получить коэффициенты гармоник выходных токов и напряжений не более 1%.

2) Предложены способы и алгоритмы построения систем управления (СУ) ПП на базе ТВМП, отличающиеся наличием специального информационного канала, - дополнительной разомкнутой КО, благодаря которой СУ синхронизируются с моментом перехода через нуль мгновенного значения магнитной индукции вращающегося магнитного поля Bj.(t), созданного КО или ТО ТВМП, что повышает точность и надежность работы ПП с ТВМП.

3) Разработаны схемотехнические и математические модели КО и ТО ТВМП, ТК и их СУ в программных средах Micro-Cap 7 и MatLab-Simulink, которые

29

позволяют исследовать установившиеся, переходные и аварийные режимы работы АИ и УВ с ТВМП, при различных характерах нагрузки, различном числе пар СКЛ и получать спектральные характеристики их выходных токов и напряжений. Оригинальность моделей и программ подтверждается их регистрацией во ВНТИЦ РФ.

4) Разработана методика расчета габаритной мощности и геометрических факторов ТВМП для случая, когда одна обмотка выполняется в виде трехфазной, а вторая в виде круговой, и показано, что масса «ш», габаритный объем: «V» и стоимость «Ст» ТВМП изменяются обратно пропорционально их линейным размерам.

5) Разработана методика расчета основных параметров реакторов и трансформаторов с вращающимися магнитными полями при наличии и отсутствии ортогонального управляющего магнитного потока.

6) Экспериментальное исследование ВАХ трансформаторов одинаковой мощности с пульсирующими и вращающимися магнитными полями показало, что ТВМП имеет уровень вибрации в диапазоне частот от 50 до 1500 Гц - на 10, 15, 20 dB ниже (на разных частотах), чем трехфазный трансформатор с пульсирующими магнитными полями при питании их одинаковым напряжением.

7) Применение 1111 на базе ТВМП особо значимо для автономных корабельных ЭК и С, характеризующихся повышенными требованиями к ВАХ судовых потребителей. Внедрение 1111 с ТВМП в корабельные ЭК и С позволит: а) повысить показатели КЭ и улучшить ЭМС всего судового ЭО; б) снизить виброактивность судового ЭО и повысить за счет этого скрытность плавания судов; в) улучшить электромагнитную экологию на судах и кораблях ВМФ и условия работы экипажей; г) уменьшить собственную емкость СЭЭС и, тем самым, улучшить электро- и пожаробезопасность кораблей и судов отечественного флота.

Возможные направления дальнейших исследований:

1) Разработка и исследование обратимых преобразователей на базе ТВМП.

2) Исследование 1111 на базе ТВМП в несимметричных режимах.

3) Разработка методик проектирования ферромагнитных структур ТВМП с использованием программы ANSYS.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гармонический анализ напряжений и токов на первичной стороне трехфазных мостовых преобразователей при колебаниях питающих напряжений.//Анисимов Я.Ф., Петров В.М., Симонян С.Т., Черевко А.И.

//Оптимизация ГШ устройств, Киев, Труды ИЭД АН УССР, Наукова думка, 1979, с. 144-148.

2. Черевко А.И. Особенности коммутации силовых ключей транзисторных коммутаторов переключающих отводы круговых обмоток трансформаторов с вращающимся магнитным полем// Морской Вестник. 2005.№3. с. 80-83.

3. Черевко А.И. Качество напряжения квантуемого по времени в инверторах с трансформаторами вращающегося магнитного поля.// С.Пб., ж. Судостроение, №4,2005., с. 49-51.

4. Черевко А.И. Качество напряжения квантуемого по уровню в инверторах с трансформаторами вращающегося магнитного поля.// Технологии ЭМС, Москва, 2005., № 3, с. 52 - 57.

5. Едемский С.Н., Черевко А.И., Матигоров В.А. Расширение функциональных возможностей регулятора статического источника реактивной мощности // ж. Промышленная энергетика. 1990., №4., С.44-46.

6. Музыка М.М., Черевко А.И., Сковпень С.М. Анализатор качества электроэнергии // ж. ЭЛЕКТРО- Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2005., № 3, с. 27 — 29.

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

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

9. 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.

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

11. Черевко А.И., Базанов В.А., Музыка М.М. Системы управления полупроводниковыми преобразователями, выполненными на базе согласующих трансформаторов с вращающимися магнитными полями. "// Монография, Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005,. 90 с.

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.

13. Черевко А.И., Музыка М.М. Анализ качества электроэнергии и регистрация импульсных помех в электроэнергетических системах. // Монография,

31

Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005., 80 с.

14. Черевко А.И., Чецкий В. И. К вопросу о расчете реакторов с поперечным подмагничиванием //Сб. НТО имени академика А.Н Крылова вып. № 309 Л., Судостроение, 1979, с. 48-53.

15. Черевко А.И., Подловченко А.Н., Чецкий В. И. Высшие гармоники в фазном и линейном напряжениях симметричного трехфазного тиристорного преобразователя при несимметрии управления. // Сб. НТО им. академика А.Н.Крылова, выпуск № 349. Л., 1981.

16. Черевко А.И., Базанов В.А., Рожков А. И. Автономный инвертор с улучшенным качеством выходного напряжения. // Доклад на VI ВНТК «Проблемы преобразовательной техники», г. Киев, 1992.

17. Черевко А.И., Ивлев М.Л. Оценка влияния качества выходного напряжения на выбор силовой структуры преобразователя, выполненного на базе ТВМП.// Доклад на VI-ой РНТК ЭМС-2000.СП6., с.434-437

18. Черевко А.И., Гаврилов Д. А. Модель автономного инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в MatLab — Simulink // Доклад на VIII РНТК «ЭМС-2004», с. 211-216.

19. 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.

20. Черевко А.И., Казакевич А.И., Семенов Д.Н. Модель автономного инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в MICRO САР 7 // Доклад на VIII РНТК «ЭМС-2004», с. 193-197.

21. Черевко А.И., Казакевич А.И., Семенов Д.Н. Схемотехническая модель неуправляемого выпрямителя на базе ТВМП на 4 пары силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦРФ - 50200501539 от 25.10.05., 7 с.

22. Черевко А.И., Казакевич А.И., Семенов Д.Н. Схемотехническая модель неуправляемого выпрямителя на базе ТВМП на 8 пар силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ - 50200501534 от 25.10.05., 10 с.

23. Черевко А.И., Казакевич А.И., Семенов Д.Н. Схемотехническая модель неуправляемого выпрямителя на базе ТВМП на 16 пар силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ - 50200501533 от 25.10.05., 12 с.

24. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 3 пары силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦРФ - 50200501593 от 24.11.05., 9 с.

25. Черевко А.И., Музыка М.М. Модель УВ с ТПМП с обмотками «Y/Y» на 3 пары СКЛ// № Гос. регистр, во ВНТИЦ - 50200501596 от 24.11.05., 8 с.

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

27. Черевко А.И., Музыка М.М. Модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 5 пар СКЛ//№ Гос. регистр, во ВНТИЦ-50200501594 от 16.11.05.,12 с.

28. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 4 пары силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ - 50200501562 от 01.11.05., 9 с.

29. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 6 пар силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ- 50200501559 от01.11.05., 11 с.

30. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 8 пар силовых ключей И № Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ - 50200501709 от 14.12.05., 12 с.

31. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель управляемого выпрямителя на базе ТВМП на 12 пар силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦРФ-50200501530 от25.10.05., 13 с.

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

33. Черевко А.И., Музыка М.М., Казакевич А.И., Семенов Д.Н. Схемотехническая модель АИ с ТВМП на 4 пары силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦРФ - 50200501473 от 14.10.05., 9 с.

34. Черевко А.И., Музыка М.М. Схемотехническая модель АИ с ТВМП на 6 пар силовых ключей //№ Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ-50200501574 от 1.11.05., 11 с.

35. Черевко А.И., Музыка М.М., Казакевич А.И., Семенов Д.Н. Схемотехническая модель АИ с ТВМП на 8 пар силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦРФ - 50200501494 от 19.10.05., 12 с.

36. Черевко А.И., Казакевич А.И., Музыка М.М., Семенов Д.Н. Схемотехническая модель АИ с ТВМП на 12 пар силовых ключей // № Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ - 50200501528 от 25.10.05., 13 с.

37. Черевко А.И., Казакевич А.И., Музыка М.М., Семенов Д.Н. Схемотехническая модель АИ с ТВМП на 16 пар силовых ■ ключей № Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ - 50200501474 от 14.10.05., 15 с.

38. Черевко А.И., Лимонникова Е.В. Математическая модель управляемого выпрямителя на 4 пары силовых ключей в МаЛаЬ - БипиПпк // № Гос. регистр, во ВНТИЦРФ - 50200501540 от 25.10.05., 24 с.

39. Черевко А.И., Лимонникова Е.В. Математическая модель трансформаторной подстанции с электромагнитным компенсатором несимметрии на базе ТВМП в МаЛаЬ- БшиПпк// № Гос. регистр, во ВНТИЦ РФ - 50200501472 от 14.10.05., 21 с.

40. Черевко А.И., Лимонникова E.B. Модель узла питающей сети с электромагнитным компенсатором несимметрии питающих напряжений в MatLab-Simulink//№ Гос. регистр, во ВНТИЦРФ-50200501532 от 25.10.05.,16 с.

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

42. Черевко А.И. Исследование аварийных режимов работы выпрямителей с трансформаторами вращающегося магнитного поля в MICRO САР7 // Технологии ЭМС, Москва., 2005., № 3, с. 45-51.

43. Черевко А.И., Лимонникова Б.Л. Математическая модель цеховой трансформаторной подстанции судоремонтного предприятия с электромагнитным компенсатором несимметрии в MatLab — Simulink. // Технологии ЭМС, Москва., 2005., № 3, с. 38 - 44.

44. Черевко А.И., Гаврилов Д.А. Математическая модель автономного инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в MatLab — Simulink.// Электротехника., 2005. № 11, с. 31- 40.

45. Черевко А.И., Казакевич А.И., Семенов Д.Н. Схемотехническая модель автономного инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в MICRO САР 7.//Электротехника., 2005. № 11, с.40-48.

46. A.C. № 1372466 Устройство для регулирования компенсатора реактивной мощности // Власов Е.В., Едемский С.Н., Матигоров В.А., Черевко А.И., Кононов О.Н., Прокофьев Е.В.//БИ. № 5, 1988.

47. A.C. № 1520627 Устройство для компенсации реактивной мощности.// Власов Е.В., Едемский С.Н., Матигоров В.А., Черевко А.И., //, БИ № 41. 1989.

48. A.C. № 1599848 Устройство для компенсации реактивной мощности // Власов Е.В., Едемский С.Н., Матигоров В.А., Черевко А.И., от 15.06.1990 г.

49. A.C. № 1647764 Адаптивный регулятор компенсатора реактивной мощности // Едемский С.Н. Матигоров В.А. Черевко А.И., от 08.01 1991г.

50. Черевко А.И., Гаврилов Д.А. К вопросу о построении математической модели автономного инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в MatLab — Simulink.//V МНТК «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, 2004, с 244-248.

51. Судовые электрические преобразователи ч.1., Выпрямители и регуляторы., Учебное пособие., Исхаков A.C., Черевко А.И., Ушаков A.B., Изд. СПб ГМТУ, 1993 г., 90 с.

Подписано к печати 17.01.06. Формат 60x84 1/16 Бумага тип № 1 Печать офсетная. Усл.печ.л. 2,2. Тираж 120 экз. Заказ № 934

Отпечатано в редакционно-издательском отделе филиала «Севмашвтуз» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» 164508 г.Северодвинск, Архангельской обл.,ул. Воронина, б Лицензия код 221.ИД №1734 от 11.05.00

Список условных обозначений

ВВЕДЕНИЕ 7 РАЗДЕЛ 1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 13 И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОНОМНЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

§1.1 Влияние полупроводниковых преобразователей на питающую сеть

§1.2 Качество напряжения в СЭЭС с мощными преобразователями с учетом регулирования напряжения на шинах СГ

§1.3 Высшие гармоники в фазном и линейном напряжениях на входе преобразователей при симметричном и несимметричном управлении

§1.4 Высшие гармоники при несимметрии питающих напряжений

§1.5 Высшие гармоники обусловленные высокочастотными колебаниями

§1.6 Высшие гармоники напряжения при модуляции питающих напряжений

§1.7 Особенности резонансных явлений в автономных электроэнергетических системах с полупроводниковыми преобразователями

§1.8 Виброаккустические характеристики электрооборудования

§ 1.9 Ущерб от высших гармоник, генерируемых полупроводниковыми преобразователями

Выводы по разделу

РАЗДЕЛ 2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ 79 ВЫПОЛНЕННЫХ НА БАЗЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЯМИ

§2.1 Конструктивное исполнение ТВМП

§2.2 Конструирование обмоток ТВМП для инверторного режима

§2.3 Работа ТВМП в выпрямительном режиме

2.3.1 Формирование магнитного поля ТВМП

2.3.2 Реакция магнитного поля круговой обмотки

2.3.3 Размагничивающее действие поперечного поля КО

2.3.4 Реакция КО при смещении плоскости коммутирующих ключей 102 относительно условной геометрической нейтрали ТВМП

§2.4 Расчет габаритной мощности тороидального трансформатора с вращающимся магнитным полем

§2.5 Геометрические параметры тороидального трансформатора с вращающимся магнитным полем

2.5.1 Уравнение геометрического фактора, содержащее температуру перегрева 111 катушки ТТ

2.5.2 Уравнение геометрического фактора, не содержащее температуру перегрева 114 катушки ТТ

§2.6 Сравнительный анализ массогабаритных характеристик трансформаторов с пульсирующими и вращающимися магнитными полями

2.6.1 Зависимости напряжения, токов, мощности и массы трансформатора с 115 пульсирующим магнитным полем от его размеров

2.6.2 Зависимости напряжения, токов, мощности и массы трансформаторов с 117 вращающимся магнитным полем от его размеров

2.6.3 Мощности, потери и масса геометрически подобных ТВМП

§2.7 Основные свойства управляемых реакторов и трансформаторов

§2.8 Регулировочные свойства тороидальных реакторов и трансформаторов с поперечным подмагничиванием

Выводы по разделу

РАЗДЕЛ 3 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В АВТОНОМНОМ ИНВЕРТОРЕ С ВЫХОДНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

§3.1 Работа автономного инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в установившемся режиме

§3.2 Анализ качества выходного напряжения инвертора с трансформатором с вращающимся магнитным полем, когда напряжение формируется ступенчатыми сигналами, квантованными по времени

§3.3 Анализ качества выходного напряжения инвертора с трансформатором с вращающимся магнитным полем, когда напряжение формируется ступенчатыми сигналами, квантованными по уровню

§3.4 Теория коммутации силовых ключей коммутатора отводов круговой обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем

§3.5 Электромагнитные процессы в инверторе с выходным трансформатором вращающегося магнитного поля Выводы по разделу

РАЗДЕЛ 4 УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ С СОГЛАСУЮЩИМ

ТРАНСФОРМАТОРОМ С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

§4.1 Особенности работы управляемого выпрямителя с трансформатором с вращающимся магнитным полем

§4.2 Основные расчетные соотношения управляемого выпрямителя с трансформатором вращающегося магнитного поля

§4.3 Качество выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя с трансформатором вращающегося магнитного поля

§4.4 Электромагнитные процессы в УВ с ТВМП

§4.5 Сравнительное исследование виброаккустических характеристик трансформаторов с пульсирующими и вращающимися магнитными полями Выводы по разделу

РАЗДЕЛ 5 ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ КОММУТАТОРОМИ АИ И УВ ПОСТРОЕННЫХ НА БАЗЕ ТВМП

§5.1 Система управления транзисторным коммутатором автономного инвертора построенного на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем

§5.2 Система управления транзисторным коммутатором выпрямителя построенного на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем

§5.3 Функциональная и принципиальная схемы системы управления транзисторным коммутатором АИ и УВ

5.3.1 Устройство и работа блоков СУ ТК

5.3.2 Электронная приставка к СУ ТК

§5.4 Микропроцессорные системы управления ПП с ТВМП

5.4.1 Микропроцессорная СУ коммутатором инвертора на базе ТВМП

5.4.2 Микропроцессорная система управления коммутатором выпрямителя на базе ТВМП

Выводы по разделу РАЗДЕЛ 6 СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПП С ТВМП В МС

§6.1 Модель инвертора с трансформатором вращающегося магнитного поля в

MICRO-CAP

§6.2 Особенности работы схемотехнических моделей инверторов на базе ТВМП

§6.3 Результаты экспериментальных исследований схемотехнических моделей инверторов на базе ТВМП в MICRO-CAP

§6.4 Схемотехническое моделирование выпрямителей на базе ТВМП в MICRO

§6.5 Система управления ТК в составе выпрямителя построенного на базе ТВМП

§6.6 Взаимодействие элементов модели в статике и динамике

§6.7 Особенности схемотехнического моделирования управляемого выпрямителя

§6.8 Результаты экспериментальных исследований качества выходного напряжения выпрямителей на базе ТВМП в схемотехнических моделях

§6.9 Исследование аварийных режимов работы инверторов с ТВМП

§6.10 Исследование аварийных режимов работы выпрямителей с ТВМП

§6.11 Исследование режимов работы полупроводниковых преобразователей с 318 ТВМП в MatLab-Simulink

Выводы по разделу

В автономных электроустановках, в силу особо тяжелых условий работы электрооборудования (ЭО) и повышенных требований к его надежности, внедрение полупроводниковых преобразователей (ПП), по сравнению с промышленностью, железнодорожным транспортом и линиями электропередач, началось со значительной задержкой [3-5,17,29,32,33,35, 49,50,57-61,64-70,74,81,85,92-96,100-110,121,122,125,130,133,140,142-144,146, 147,152,154, 159,166,168,170-172,208-211,214-216].

Основные вопросы, которые решались в 60-е годы, были связаны с обеспечением требуемого качества выпрямленного напряжения и защиты вентилей ПП во всем диапазоне регулирования выходного напряжения [3-8, 15,20-23,28,32,36-38,45,85,86,98,101,130,139,142,152,214-216,221,223,224, 235]. Качество электроэнергии (КЭ), ее нормирование и контроль в этот период определялись ГОСТ 13109-67 и Морским Регистром СССР.

В 70-х годах XX века начинается широкое внедрение на судах и плавсооружениях тиристорных преобразователей (ТП) рода тока, напряжения и частоты с мощностями, достигавшими 25% и более от мощности источников электроэнергии автономных электроустановок [38,17,21,22,28,32,33,46,69,70,74,81,85,94-96,100-105,139,141-143,148,152,154, 208-211,214-216,219-226]. Большинство выпрямителей и инверторов в этот период выполняются по трехфазным мостовым схемам, которые в наименьшей мере подвержены влиянию асимметрии питающих напряжений и управления [3-8,15,20,28,68,76-81,85,97,98,101,116,120-122,130,133,137-139,141-150,154-159,195-197,200-204,207, 210,213-216].

Мощные ПП искажали формы кривых токов и напряжений, загружали сеть дополнительной реактивной мощностью и мощностью искажения [38,17,21-25,27-29,33,35,37,42,44,49,57-60,64,65,68,69,70,73,74,76-79,84,92,100-110,114-116,121,122,125,138-140,148,166,168,170-173,189,190-192,208211,227-229, 231-234,235]. Высшие гармоники в составе кривых токов и напряжений приводили к дополнительному нагреву статорных и роторных обмоток генераторов, потребителей переменного тока и кабельных трасс [5,8,42,60,64,68,69,73,74,100,103-105,114-116,121,134,142-144,146,152,207, 211,214-216], стали вызывать сбои в работе устройств автоматики, вычислительной техники и систем управления самих ПП [3,8,15,20,23,29, 32,36-38,40,45,59,68,74,79,80,86,97,98,100-104,107,115,117,120,134,138-140, 144,152,168,214,230,236].

Исследования, выполненные в середине 80-х годов XX века, показали, что при увеличении коэффициента гармоник по напряжению (Кга) до 10% происходит резкий рост виброаккустических характеристик (ВАХ) трансформаторно-реакторного оборудования на частотах пульсаций 6со,12со,18со, что соответствует 5-й и 7-й, 11-й и 13-й, 17-й и 19-й гармоникам [2,5,26,123,124,217], кроме того повышается виброактивность асинхронных двигателей (АД) на шестикратной частоте питающей сети (6fj) в 3-5 раз [26]. Было установлено, что при длительном воздействии шума и вибрации на персонал [2,5,26,123,124,137], производительность труда падает примерно на 60%. В работах Вилесова Д.В., Фоминича Э.Н. и др. [27,145] показано, что в закрытых помещениях существенно возрастает влияние электромагнитных полей на персонал дежурно-вахтенных служб.

В конце 90-х годов ГОСТ на КЭ был вновь пересмотрен и приведен в соответствие с международными стандартами МЭК. Постановлением Госкомитета РФ по стандартизации, метрологии и сертификации от 28 августа 1998 г. № 338 ГОСТ 13109-97 введен в действие в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 01.01.1999. При этом Морской Регистр Судоходства РФ утвердил Kra на уровне не более 10%.

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. [7,8,21,61,84], а в развитие динамики ПП - Булгаков А.А., Поздеев А.Д., Донской Н.В., Исхаков А.С. [21,46,66,69,74,83,126,142,209, 210]. Джюджи Л., Пелли Б., Шрейнер Р.Т., Дмитриев Б. Ф., Скачков Ю.В. внесли существенный вклад в развитие теории построения многоячейковых преобразователей [7,8,21,61,84].

Розанов Ю.К., Агунов А.В. и др. [1,47,130,131,132,212] отмечают, что создание и освоение промышленностью новых силовых приборов позволит расширить функции силовых электронных устройств, используемых для регулирования КЭ, создавать ПП, работающие в 4-х квадрантах комплексной плоскости, что позволит управлять потоками энергии в любом направлении по любому закону. На новой элементной базе создаются мощные активные фильтры, работающие в режиме как бы генераторов антигармоник, а также корректоры, которые встраиваются непосредственно в ПП.

Исследования, выполненные автором, показали, что для повышения КЭ в автономных 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 Н.А. и др. [9,14,62,83,88,111-114,237,238].

Цель настоящей работы - повышение показателей КЭ в автономных ЭК и С за счет построения силовых схем ПП на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями (ТВМП) с обмотками, выполненными по схеме «Y/круговая обмотка (КО)» и «КО/Y», что требует:

1. Разработки теории электромагнитных процессов для управляемых выпрямителей (УВ) и автономных инверторов (АИ), построенных на базе ТВМП с различным числом пар силовых ключей (CKJ1) транзисторных коммутаторов (ТК), переключающих отводы КО ТВМП, и методики оценки качества выходного напряжения УВ и АИ с ТВМП при различном числе пар СКЛ ТК.

2. Разработки теории и технологии исполнения ТВМП для УВ и АИ, а также методов расчета габаритных мощностей ТВМП, построенных по схеме «звезда/круговая обмотка».

3. Разработки алгоритмов, способов управления и структурных схем систем управления СКЛ ТК УВ и АИ, построенных на базе ТВМП, когда ТК содержит различное число пар СКЛ.

4. Разработки схемотехнических и математических моделей УВ и АИ, построенных на базе ТВМП с различным числом пар СКЛ ТК для исследование эффективности их работы в установившихся и аварийных режимах работы с целью ускорения создания нового класса УВ и АИ, построенных на базе 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 и схемотехническим моделированием в среде MatLab-Simulink и Micro-Cap 7 на ПЭВМ. Достоверность теоретических положений подтверждена результатами исследований лабораторных макетов и промышленных образцов ПП с ТВМП, разработанных и изготовленных на основе научных работ автора и положений данной диссертационной работы.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что на основании проведенных исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых может рассматриваться как крупное научное достижение в развитии теории ПП, построенных на базе ТВМП в судовых ЭК и С, в частности:

- представлены новые теоретические результаты по исследованию электромагнитных процессов в ПП, построенных на базе ТВМП, позволяющие получить аналитические выражения выходных токов и напряжений, включая высшие гармоники, при произвольном числе пар CKJ1 ТК, переключающих отводы КО ТВМП;

- разработаны математические и схемотехнические модели ПП с ТВМП, адекватно отображающие реальные электромагнитные процессы в АИ и УВ, построенных на базе ТВМП, которые позволяют исследовать симметричные, несимметричные и аварийные режимы работы ПП с ТВМП, при различных характерах нагрузки, различном числе пар CKJ1 ТК и получать спектральные характеристики их выходных токов и напряжений. Новизна моделей подтверждена их регистрацией во ВНТИЦ РФ;

- теоретически обоснованы и разработаны новые способы управления CKJ1 ТК отводов круговых обмоток ТВМП, пригодные для любого числа пар CKJ1 и позволяющие обеспечить ЭМС ПП с питающей сетью.

Практическая значимость работы состоит в том, что сформулированы принципы построения и разработаны новые ПП на базе ТВМП, у которых в выпрямительном режиме (при 8 парах CKJ1 ТК) коэффициент гармоник напряжения (К^) и тока (Kri) не превышает 1%, а коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (Кри) не превышает 3,3% во всем диапазоне регулирования, а в ииверторном режиме коэффициент гармоник Кги и Krj (при 8 парах CKJ1 ТК) не превышает 19,8% и 4,5% соответственно, что позволяет обеспечить у АИ с ТВМП, по сравнению с классическими АИ, более высокое КЭ и снизить уровень ВАХ судового ЭО на 10-20 Db.

Разработаны новые схемотехнические и математические модели ПП с ТВМП на различное число пар CKJ1 ТК, позволяющие исследовать их работу при различных нагрузках в симметричных, несимметричных и аварийных режимах с целью выбора оптимальных параметров, обеспечивающих заданные показатели КЭ и ВАХ.

Разработаны методики анализа показателей КЭ ПП на базе ТВМП, позволяющие определять Kri, Кщ, Кри, регулировочные характеристики выпрямителей при произвольном числе пар «N» CKJIТК.

Разработаны методики расчета реакторов с ортогональными управляющими магнитными потоками и габаритных мощностей ТВМП, когда входная (выходная ) обмотка ТВМП выполнена в виде трехфазной, а выходная (входная) в виде КО с отводами.

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 1980 по 2005г.

Результаты работы используются предприятиями ГРЦАС: ФГУП «ПО «СЕВМАШ», ФГУП «МП «ЗВЕЗДОЧКА», ФГУП «СПО «АРКТИКА», в учебном процессе филиала «Севмашвтуз» и СПбГМТУ, в дисциплинах «Полупроводниковые преобразователи» и «Основы теории сигналов». На защиту выносятся:

1) теория направленной коммутации силовых ключей УВ и АИ транзисторных коммутаторов, переключающих отводы КО ТВМП;

2) способы управления и алгоритмы построения систем управления АИ и УВ с ТВМП, пригодные для любого числа пар CKJI ТК;

3) алгоритмы, схемотехнические и математические модели ПП с ТВМП в программной среде Micro-Cap 7 и MatLab-Simulink, позволяющие исследовать симметричные, несимметричные и аварийные режимы работы АИ и УВ с ТВМП, при различных характерах нагрузки и различном числе пар СКЛ у ТК;

4) методики оценки показателей качества выходного напряжения УВ и АИ с ТВМП и аналитические соотношения для расчета высших гармоник напряжения при фиксированном и произвольном числе пар СКЛ ТК и различных законах формирования выходного напряжения;

5) методика расчета габаритных мощностей ТВМП и их геометрических факторов, когда входная (выходная ) обмотка выполнена в виде трехфазной, а выходная (входная) в виде круговой обмотки с отводами;

6) методика расчета параметров реакторов и трансформаторов с вращающимися магнитными полями при наличии и отсутствии ортогонального управляющего магнитного потока.

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

Всесоюзных конференциях: Проблемы создания мощных электроэнергетических систем для судов ледового плавания и плавучих буровых установок, Л., 1983; Проблемы преобразовательной техники, Киев, 1987; Повышение эффективности и качества электроснабжения, Мариуполь, 1990; Проблемы преобразовательной техники, Киев, 1990, и 1992. Всероссийских конференциях: ЭМС технических средств, С.Петербург, -1994 (1 докл.); 1996 (2 докл.); 1998 (1 докл.); 2000 (3 докл.); 2004 (7 докл.). Меяедународных конференциях: Морские интеллектуальные технологии: Моринтех-97 (2 докл.), Моринтех-99 (2 докл.), Моринтех-2001 (3 докл.), С.Петербург; Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы, Екатеринбург, 2003; Динамика систем, механизмов и машин, Омск, 2004, а также на - конференциях «Перспективные технологии строительства и утилизации судов на предприятиях ГРЦАС», Северодвинск: 1984 - 2004 гг.

Публикации: Основные научные результаты работы отражены в 51 научной работе, в том числе: в 10 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций; 4 АС на изобретение; 22 запатентованных моделях и программах; 6 монографиях, а также в трудах НТО им.акад. А.Н. Крылова, СПбГМТУ, ж. ЭЛЕКТРО и других известных изданиях.

Личный вклад. Постановка и решение теоретических вопросов, основные научные результаты работы принадлежат лично автору. Разработка схемотехнических моделей АИ и УВ с ТВМП в программной среде Micro-Cap 7 выполнена совместно с Казакевичем А.И, Семеновым Д.Н. и Музыкой М.М. Исследования установившихся и аварийных режимов АИ и УВ с ТВМП на моделях реализованных в программной среде Micro-Cap 7, выполнены лично автором.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 350 страниц, состоит из введения, шести разделов (глав), заключения, списка литературы из 238 наименований и приложения на 23 страницах. Работа содержит 327 страниц основного текста, в том числе 154 иллюстрации (включая осциллограммы) на 87 страницах и 36 таблиц на 29 страницах.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

Разработанные макромодели КО, ТО, ТВМП, ТК, СУ ТК инверторов и выпрямителей на базе ТВМП позволяют:

1) Ускорить разработку теории электромагнитных процессов в АИ и УВ с ТВМП и упростить исследование инверторов и выпрямителей с ТВМП в симметричных и несимметричных режимах работы при различных видах нагрузки.

2) Исследовать статические, динамические и аварийные режимы работы инверторов и выпрямителей с ТВМП;

3) Определить оптимальное количество пар СКЛ ТК при котором обеспечивается требуемое ГОСТ 13109-97 и отраслевыми стандартами качество напряжения на выходе инверторов и выпрямителей с ТВМП;

4) Провести сравнительный анализ предлагаемых АИ и УВ с ТВМП с классическими выпрямителями, инверторами тока и напряжения, содержащими трансформаторы с пульсирующими магнитными полями;

5) Ускорить разработку способов и алгоритмов построения СУ ТК для инверторов и выпрямителей с ТВМП;

6) Упростить подбор оптимальных значений активных сопротивлений и индуктивностей фаз ТО и секций КО ТВМП;

7) Исследовать влияние длительности времени совместной работы смежных транзисторных пар (времени t3ad задержки переключения СКЛ) на характер коммутационных процессов в ТК и КО ТВМП;

8) Математическое моделирование КО, ТО, ТВМП, ТК, СУ ТК инверторов и выпрямителей на базе ТВМП в MatLab-Simulink показало, что с ростом числа пар СКЛ ТК возрастает количество дифференциальных уравнений (ДУ) описывающих процессы и режимы переключения вентилей ТК, а также количество самих систем ДУ, увеличение же числа систем ДУ описывающих промежуточные состояния реальных ПП усложняет схему переключения расчетных этапов, приводит к уменьшению времени на расчет каждого промежуточного этапа и к увеличению скорости переключения, с одного этапа на другой. В этом случае для составления математических моделей ПП лучше применять программы, реализующие численные методы решения ДУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. На основании предварительных исследований установлено:

1) Технологический и экономический ущерб в судовых электротехнических комплексах и системах обусловлен в основном каноническими высшими гармониками, которые полупроводниковые преобразователи генерируют в питающую сеть и нагрузку. В общем случае их можно скомпенсировать примерно на 40-50% за счет повышения фазности ПП, общесистемных и индивидуальных защитных мероприятий, однако в реальных СЭЭС КЭ оказывается хуже, так как не учитываются: а) законы стабилизации напряжений СГ; б) возбуждение дополнительных боковых гармонических на входе и выходе ПП из-за модуляции напряжений СГ; в) возбуждение в схемах ПП высокочастотных колебаний, вызывающих сбои в работе устройств автоматики и вычислительной техники; г) генерирование ПП неканонических гармоник из-за несимметрии управления и несимметрии питающих напряжений; д) загрузка питающей сети дополнительной реактивной мощностью и мощностью искажения; е) возможность возникновения в СЭЭС резонансных явлений на высших гармониках и, наконец, в результате снижения качества напряжения и тока: а) резко возрастают виброаккустические характеристики трансформаторно-реакторного оборудования, как самих ПП, так и всего судового электрооборудования; б) ухудшается электромагнитная экология в замкнутых объемах, что оказывает негативное влияние на персонал дежурно-вахтенных служб судов и кораблей ВМФ.

2) Для комплексного решения проблемы повышения показателей КЭ и ЭМС требуется совершенствование силовых схем самих ПП, для чего необходимо вернуться к развитию идей, изложенных в работах Свиридова Г.М., Шукалова В.Ф., Лутидзе Ш.И., Гайтова Б.Х., Сингаевского Н.А. и др., предлагавших применять в ПП трансформаторы с вращающимися магнитными полями и коммутаторы. Возможность создания реальных ПП с ТВМП открылась в связи с разработкой и созданием новой высокоэффективной элементной базы - IGBT транзисторов.

3) С целью проверки эффективности ПП выполненных на базе ТВМП ФГУП «СПО «АРКТИКА» совместно с Филиалом «Севмашвтуз», в рамках выполнения федеральной целевой программы «Национальная технологическая база», была разработана технологическая оснастка для

324 штамповки листов электротехнической стали из которых изготовлены магнитопроводы ТВМП, а на их основе действующие макеты ПП с ТВМП на 1,5; 3,0 и 5,0 кВт.

II. В результате исследований ПП, выполненных на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями:

1) Разработана теория коммутации силовых ключей ТК, переключающих отводы КО ТВМП в составе УВ и АИ, а также теория электромагнитных процессов в УВ и АИ с ТВМП. 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 мостовых тиристорных выпрямителей. Получены аналитические соотношения для расчета среднего значения и высших гармоник выпрямленного напряжения при 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 и произвольном числе пар «N» CKJI в составе ТК, что позволило установить минимально необходимое число пар CKJI, при котором без дополнительных мероприятий обеспечивается коэффициент пульсаций на выходе УВ с ТВМП не более 5%. Кроме того, получены аналитические соотношения для расчета гармоник и оценки качества выходного напряжения АИ с ТВМП, при различных законах формирования выходных напряжений АИ, что позволило установить минимально необходимое число пар CKJI в составе ТК, при котором коэффициент гармоник выходного напряжения АИ с ТВМП (без дополнительных мероприятий) не превысит 10% порог, установленный ГОСТом 13109-97 и Морским Регистром Судоходства РФ. Показано, что за счет конструктивных мероприятий, которые стали возможны с применением цилиндрических магнитопроводов, можно обеспечить коэффициенты гармоник выходных токов и напряжений АИ с ТВМП не более 1%.

2) Разработаны схемотехнические и математические модели КО и ТО

ТВМП, ТК и их СУ в программных средах Micro-Cap 7 и MatLab-Simulink, которые позволяют исследовать установившиеся, переходные и аварийные режимы работы инверторов и выпрямителей с ТВМП, при различных характерах нагрузки, различном числе пар силовых ключей и получать спектральные характеристики их выходных токов и напряжений.

Макромодели КО, ТО, ТВМП, ТК, СУ ТК инверторов и выпрямителей на

325 базе ТВМП не имеют аналогов в программной среде Micro-Cap 7 и MatLab-Simulink, что подтверждается их регистрацией во ВНТИЦ РФ. Модели позволяют: а) ускорить разработку и проверку теории электромагнитных процессов в АИ и УВ с ТВМП; б) исследовать поведение инверторов и выпрямителей с ТВМП в симметричных и несимметричных режимах работы при различных видах нагрузки; в) исследовать статические, динамические и аварийные режимы работы инверторов и выпрямителей с ТВМП; г) определять оптимальное число пар СКЛ ТК при котором обеспечивается требуемое ГОСТ 13109-97 и отраслевыми стандартами качество напряжения и тока на выходе инверторов и выпрямителей с ТВМП; д) проводить сравнительный анализ предлагаемых АИ и УВ с ТВМП с классическими выпрямителями, инверторами тока и напряжения, содержащими трансформаторы с пульсирующими магнитными полями; е) ускорять разработку способов и алгоритмов построения СУ ТК для инверторов и выпрямителей с ТВМП; ж) подбирать оптимальные значения активных сопротивлений и индуктивностей фаз ТО и секций КО ТВМП; з) исследовать влияние длительности времени совместной работы смежных транзисторных пар (времени t3ad задержки переключения СКЛ) на характер коммутационных процессов в ТК и КО ТВМП.

3) Предложены способы и алгоритмы построения систем управления (СУ) ПП на базе ТВМП, отличающиеся наличием специального информационного канала, - дополнительной разомкнутой КО, благодаря которой СУ синхронизируются с моментом перехода через нуль мгновенного значения магнитной индукции вращающегося магнитного поля Bn(t), созданного КО или ТО ТВМП, что повышает точность и надежность работы ПП с ТВМП.

4) Разработаны структурная и функциональная схемы микропроцессорных систем управления ТК АИ и УВ с ТВМП, реализующие адаптивные принципы управления, которые учитывают современные тенденции и перспективы развития и применения микропроцессорного управления в преобразовательной технике и могут быть положены в основу разработки принципиальных схем МП СУ ПП с ТВМП.

5) Разработана методика расчета габаритной мощности и геометрических факторов ТВМП для случая, когда одна обмотка выполняется в виде трехфазной, а вторая в виде круговой, и показано, что масса «т», габаритный объем «V» и стоимость «Ст» ТВМП изменяются обратно пропорционально их линейным размерам.

6) Разработана методика расчета основных параметров реакторов и трансформаторов с вращающимися магнитными полями при наличии и отсутствии ортогонального управляющего магнитного потока. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что магнитопроводы ТВМП позволяют подавлять высшие гармоники тока и напряжения не только за счет поперечного подмагничивания магнитопроводов, но и за счет применения конструктивных мероприятий, например, сокращения шага обмотки по пазам, выбора оптимального числа пазов на полюс и фазу, скоса пазов, чего в принципе невозможно добиться у стержневых трансформаторов с пульсирующими магнитными полями.

7) Экспериментальное исследование ВАХ трансформаторов с пульсирующими и вращающимися магнитными полями показало, что ТВМП имеет уровень вибрации (на разных частотах) на 10, 15, 20 dB ниже, чем трехфазный трансформатор с пульсирующими магнитными полями одинаковой с ним мощности.

8) Применение ПП, построенных на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями, особо значимо для автономных корабельных электротехнических комплексов и систем с повышенными требованиями к виброаккустическим характеристикам судовых потребителей. Внедрение ПП с ТВМП в корабельные электротехнические комплексы и системы позволит: а) повысить показатели КЭ и улучшить ЭМС всего судового электрооборудования; б) снизить виброактивность судового электрооборудования и повысить, за счет этого, скрытность плавания судов; в) улучшить электромагнитную экологию на судах и кораблях ВМФ; г) уменьшить собственную емкость СЭЭС и тем самым улучшить электро и пожаробезопасность кораблей и судов отечественного флота.

III. Возможные направления дальнейших исследований:

1) Разработка и исследование обратимых преобразователей на базе ТВМП.

2) Исследование ПП на базе ТВМП в несимметричных режимах.

3) Разработка методик проектирования ферромагнитных структур ТВМП с использованием программы ANSYS.

1. Александров А.А., Барков А.В., Баркова Н.А., Шафранский В.А. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования. Л. Судостроение, 1986,276 с.

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

3. Анисгшов Я. Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника //Л.Судостроение, 1979,192 с.

4. Анисимов Я. Ф., Васильев ЕЛ. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок // Л., Судостроение, 1990, 264 с.

5. Анисимов Я. Ф., Жук А. К., Черевко А.И. Искажение напряжения в судовой электроэнергетической системе СЭЭС, содержащей тиристорные преобразователи //Межреспубликанский сборник «Судостроение», вып. 24, «ВИЩА ШКОЛА» Киев-Одесса 1975, с.76-84.

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

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

8. А. С. №524234 Статический регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем.// В.Ф. Шукалов, Н.А. Иванова // Б. И., 1976, №29.

9. А. С. № 1372466 Устройство для регулирования компенсатора реактивной мощности // Власов Е.В., Едемский С.Н., Матигоров В.А., Черевко А.И., Кононов О.Н., Прокофьев ЕЯ.//БИ. № 5,1988.

10. А.С. №1599848 Устройство для компенсации реактивной мощности.// Власов Е.В., Едемский С.Н., Матигоров В.А., Черевко А.И., //, БИ № 41. 1989.

11. А.С. № 1520627 Устройство для компенсации реактивной мощности // Власов Е.В., Едемский С.Н., Матигоров В.А., Черевко А.И., от 15.06.1990 г.

12. А.С. №1647764 Адаптивный регулятор компенсатора реактивной мощности // Едемский С.Н. Матигоров В.А. Черевко A.M., от 08.01 1991 г.

13. А.С. № 855892 Устройство для компенсации высших гармоник.//Кузнецов Л.Е., Свиридов Г.М., Хомяк В.А. и др.//Б.И. №30 от 15.01.81.

14. Баранова Э. Г., Вчерашний В. П., Лукьянов Л. М. Применение интегральных схем для реализации цифровых систем управления вентилями преобразователей. — «Электротехническая промышленность, сер. Преобразовательная техника», 1971, вып. 22, с. 36—28.

15. Бертинов А. И., Кофман Д.Б. Тороидальные трансформаторы статических преобразователей.//М., Энергия, 1970, 96 с.

16. Борисов Б. П., Вагин Г. Я. Электроснабжение электротехнических установок. Киев: Наукова думка, 1985. 242 с.

17. Бронштейн КН., Семендяев К.А. Справочник по математике // М., Наука, 1986,544 с.

18. Брускин Д.Э., ЗороховичА.Е., Хвостов B.C. Электрические машины // М., Высшая школа, 1979, ч.1 288 с, ч,2, 304 с.

19. Булатов О. Г., Лабунцов В. А., Пономаренко А. И. Развитие одноканальных систем управления вентильными преобразователями //Электричество, 1980, № 9, с. 14-19.

20. Булгаков А.А. Новая теория управляемых выпрямителей//М.,Наука,1970,320с.

21. Быков Ю. М. Непосредственные преобразователи частоты с автономным источником питания. М.: Энергия, 1977, 144 с.

22. Быков Ю. М., Василенко В. С. Помехи в системах с вентильными преобразователями // М.: Энергоатомиздат, 1986, 152 с.24