автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Преобразователи на основе резонансных инверторов для питания импульсных нагрузок

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ РЕЗОНАНСНЫХ ИНВЕРТОРОВ ДЛЯ ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ НАГРУЗОК

05.09.12 -полупроводниковые преобразователи электроэнергии.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

РГ Б ОД

На правах рукописи.

Замаруев Владимир Васильевич

Харьков - 1996.

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена на кафедре промышленной элекгронтс Харьковского государственного политехнического университета.

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Гончаров Юрий Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Панасенко Николай Васильевич, кандидат технических наук, доцент Лазарев Николай Иванович.

Ведущее предприятие

НИИ НПО Харьковский электромеханический завод

Защита состоится " " 1996 г. в 14 часов 30 минут на

заседании специализированного ученого совета К 02.09.14 в

Харьковском государственном политехническом университете по адресу 310002, г.Харьков, ГСП, ул.Фрунзе, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского государственного политехнического университета.

Автореферат разослан 1996 Г.

Ученый секретарь /

специализированного ученого совета ф/^Сс-^ Гончаров Ю.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Широкое применение устройств преобразовательной техники в различных областях народного хозяйства и технологических процессах неразрывно связано с созданием эффективных преобразователей электрической энергии с улучшенными массо-габаритными показателями. Дальнейшее внедрение в различных областях народного хозяйства технологических процессов и устройств, базирующихся на использовании импульсных источников энергии (импульсные лазеры, сейсмоакусгические комплексы, электро- и магнитотшульсные технологии и т.д.) ставит задачу обеспечения высокого к.п.д. заряда емкостного накопителя энергии (ЕНЭ), надежной работы зарядного устройства (ЗУ).

В последнее время разработчиками преобразовательной техники большое внимание уделяется устройствам на основе резонансных инверторов (РИ). Коммутация управляемых ключей при нулевых значениях тока (напряжения), в частности бестоковое выключение управляемых полупроводниковых, ключей (естественная коммутация), имеющее место в таких инверторах, позволяет существенно снизить коммутационные потери, что важно при работе на повышенных частотах. Повышение частоты преобразования благоприятно сказывается на массо-габаритных показателях преобразователя, позволяет с меньшими затратами обеспечить гальваническую развязку входных и выходных цепей, улучшает управляемость преобразователя. Близкие к синусоидальным формы кривых токов (напряжений) в РИ улучшают электромагнитную совместимость преобразователя с другими составляющими комплекса электротехнического оборудования: Применение преобразователей на основе последовательных РИ в системах заряда емкостных накопителей энергии позволяет реализовать близкий к оптимальному режим заряда.

ЕНЗ является для преобразователя ЗУ специфической нагрузкой, напряжение которой изменяется от короткого замыкания До максимального значения в каждом зарядно-разрядном цикле. Включение преобразователя для поднаряда ЕНЭ при релейной стабилизации его напряжения или использование для регулирования напряжения ЕНЭ шунтирования первичной обмотки повышающего трансформатора приводит к скачкообразному изменению нагрузки преобразователя ЗУ.

Указанные возмущения могут приводить к электромагнитным перегрузкам элементов РИ и, для тирйсторных инверторов, срыву инвертирования. Вследствие этого, в зарядных устройствах ЕНЭ,

построенных на основе последовательных РИ с диодами встречного тока, целью управления РИ можно назвать стабилизацию среднего за период преобразования тока конденсатора колебательного контура (амплитуды напряжения на этом конденсаторе) , при обеспечении коммутационной устойчивости РИ.

^'азвитие методик сейсмоакустических исследований привело к использованию в качестве источника звуковых колебаний в 'сейсмоакустических комплексах (САК) пьезоэлектрического излучателя ' (ПЭИ), питание которого осуществляется от источника близкого к синусоидальному напряжения со стабилизированным средним за период преобразования значением и изменяемой по заданному закону частотой. Длительность импульса напряжения питания ПЭИ может изменяться от десятков до тысяч периодов питающего напряжения. В качестве источника переменного напряжения целесообразно использовать параллельный РИ. Формирование импульса напряжения питания заданной частоты, величины и длительности предъявляет повышенные требования к динамическим свойствам преобразователя.

Во всех перечисленных случаях необходимо обеспечить заданные динамические свойства преобразователя. Актуальной является проблема разработки схем и алгоритмов управления преобразователями на основе РИ при обеспечении заданного качества выходного параметра, отсутствии электромагнитных перегрузок элементов и обеспечении коммутационной устойчивости преобразователя. В ряде областей преобразовательной техники вопросы динамики, преобразователей освещены достаточно полно,' однако динамика РИ, в. силу их особенностей, исследована недостаточно. В немногочисленной литературе, посвященной динамике преобразователей на основе РИ, отсутствует простая и наглядная методика синтеза регуляторов преобразовательных систем на основе РИ, обеспечивающих указанные цели управления. Сложность линейных импульсных моделей рассматриваемых преобразователей, содержащих наряду с импульсными элементами первого* рода, учитывающими управляемый коммутатор, и импульсные элементы второго рода, умножающие входной сигнал на'^ периодическую функцию времени, усложняет задачу анализа динамических свойств преобразователя и синтеза его регулятора. \

'Целью работы является разработка и исследование преобразователей на основе РИ, обладающих заданными

.V И -■"■<'

динамическими характеристиками, в том числе для работы в составе сейсмсакустических комплексов.

Поставленная даль потребовала решения следующих задач:

1. Анализ особенностей линейных импульсных моделей рассматриваемых преобразователей.

2. Развитие методик анализа динамических свойств преобразователей на основе РИ и получения параметров его линейной импульсной модели с использованием результатов численного моделирования процессов в схеме на ЭВМ.

3. Разработка математического и программного обеспечения для синтеза регуляторов с заданными свойствами для преобразователей на основе РИ.

4. Разработка математического и программного обеспечения для анализа свойств системы для заряда ЕНЭ - последовательный РИ и умножитель напряжения.

Методы исследования базируются на использовании положений теории электрических цепей, линейных импульсных моделей (ЛИМ), метода элементарных спектров, обычного и дискретного преобразование Лапласа, 2-пресбразования, теории Флозсе, метода переменных состояния, методов численного и физического моделирования.

Научная новизна положений, рассматриваемых в работе, заключается в следующем:

1. Предложены аналитические зависимости для определения параметров эквивалентной схемы преобразователей рассматриваемого класса в соответствии с теоремой разложения, позволяющие упростить анализ динамических свойств преобразователей.

2. Предложена методика использования результатов численного моделирования процессов в преобразователе на основе резонансного инвертора для получения параметров его эквивалентной схемы в соответствии с теоремой разложения и параметрического синтеза оптимального и близких к нему регуляторов.

3. Предложены и исследованы новые схемотехнические решения и алгоритмы работы преобразователей на основе РИ для использования в сейсмоакустике и других областях техники.

Практическая ценность. В результате проведенных исследований:

1. Разработана методика получения параметров линейной импульсной модели преобразователей рассматриваемого класса, позволяющая на основе использования результатов численного моделирования находить значения полюсов и полюсных коэффициентов эквивалентного объекта регулирования.

2. С использованием разработанной методики проанализированы динамические свойства рассматриваемых преобразовательных систем на основе РИ и даны рекомендации по выбору параметров оптимальных и близких к ним регуляторов преобразовательных систем.

3. Исследованы процессы и разработаны инженерные методики расчета параметров преобразователя для заряда ЕНЭ на основе последовательного РИ и умножителя напряжения.

4. Разработаны схемотехнические решения преобразователей на основе РИ, обеспечивающие их коммутационную устойчивость и отсутствие электромагнитных перегрузок элементов при прогнозируемых и снижение при аварийных скачкообразных возмущающих воздействиях.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика получения характеристик линейной импульсной модели преобразователей на основе РИ, включающая в себя использование результатов численного моделирования, разработанная на основе применения теоремы разложения к системам с периодическим изменением параметров; результаты анализа динамических свойств этих преобразователей и синтеза оптимального и близких к нему регуляторов.

2. Результаты анализа электромагнитных процессов в системе последовательный РИ - умножитель напряжения и методики инженерного расчета составляющих системы.

3. Совокупность технических решений и рекомендаций для построения преобразователей на основе РИ, в том числе для работы в составе глубоководных САК с ЕНЭ и ПЭИ.

4. Цифровые модели преобразователей, работающих в соответствии с предлагаемыми алгоритмами и результаты исследований, полученные на этих моделях.

Личный вклад автора в разработку научных результатов, выносимых на защиту:

- результаты анализа динамических свойств рассматриваемых преобразователей;

- алгоритмы получения параметров линейной импульсной модели преобразователей рассматриваемого класса при использовании численного моделирования;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований системы последовательный РИ - умножитель напряжения;

- новые схемотехнические решения преобразователей на основе РИ (при наличии авторского свидетельства идеи принадлежат соавторам в равной степени);

- цифровые модели преобразователей и результаты, полученные с их помощью.

В разработке методологических вопросов автор и Гончаров Ю.П. принимали равное участие.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при разработке генераторов импульсов тока, предназначенных для работы в составе глубоководных и палубных САК с электродинамическим или электроискровым излучателями; преобразователя дня питания пьезоэлектрического излучателя, предназначенного для работы в составе САК создаваемых СКВ "Моринжгеология" (г.Рига); при разработке изготавливаемого ПО "Счетмаш" (г.Лубны) блока питания АЦПУ 6362.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на

- 4, 5 Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники", Киев 1987, 1991 г.г.

- Международной научно-технической конференции "Силовая электроника в решении проблем .ресурсо-. и энергосбережения", Харьков 1993 г.

- Республиканском семинаре Научного совета АН Украины "Вопросы теории, разработки и исследования вентильных преобразователей", Харьков 1987 - 1995 г.г.

- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов Харьковского государственного политехнического университета, Харьков 1987-1995 г.г.

Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 17 печатных работ, в том числе получено 4 ангорских свидетельства на изобретения.

Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 147 наименований, приложения и содержит 114 страниц основного машинописного текста и 67 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследований, дан обзор литературы по вопросу разработки преобразователей

рассматриваемого класса, приводится краткое содержание диссертационной работы. Изложены научные и практические результаты, полученные в работе, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены особенности динамических свойств РИ как объекта управления. Предложен способ управления последовательным РИ с диодами встречного тока (Рис.1). Способ основывается на принципе самовозбуждения и заключается в контроле

мгновенного значения тока колебательного контура ¡в (Рис.2), фиксации

моментов Н, Н перехода тока гв через нулевое значение, начале

формирования опорного напряжения через интервал времени И-И, достаточный для восстановления запирающих свойств управляемых ключей. При равенстве сигнала управления иу и опорного напряжения мои

включается тот управляемый ключ, прямое направление тока в котором совпадает с направлением тока колебательного контура. Показано, что использование данного способа управления позволяет обеспечить коммутационную устойчивость тирис-торных преобразователей.

Для анализа динами-

ческих свойств ■ преобразователей используется метод ЛИМ. Непрерывная часть ЛИМ преобразователей рассматриваемого класса часто содержит импульсные элементы второго рода, умножающие свой входной сигнал на некоторую функцию времени (коммутационную функцию). Это связано, например, с наличием в цепи обратной связи выделителя модуля сигнала обратной связи при контроле его среднего значения. Следовательно, ЛИМ является системой с переменными параметрами. При участии автора доказано, что при наличии в непрерывной части ЛИМ импульсных элементов

иа г = Сс1 / 7- А С

|ив " 1

С<1 V Г /1 7 432 2 ^ уог

Рис.1

Рис.2

второго рода теорема разложения может быть обобщена - полюсная функция представлена в виде произведения двух функций, каждая своей переменной (рис.3). На рис.3 пунктиром показаны аналогичные ветви, соответствующие другим полюсам объекта управления. В анализируемой системе возникают не рассматривавшиеся ранее особенности. Так, использование принципа

самовозбуждения

1

У

Г

* г М-О V» 1

1 р-р^

приводит к появлению в линейной импульсной модели элементов чистого запаздывания (ЭЧЗ), что вызвано сппхро-Рис.З низацией опорного

сигнала с моментами перехода тока колебательного контура через нулевое значение (в общем случае - процессами в силовой схеме) (рис.2). В работе показано, что теорема разложения полностью справедлива для систем с ЭЧЗ. Для правильного определения полюсов, полюсных функций и переходной матрицы за период необходимо принимать начало координат вне интервала хранения информации в ЭЧЗ (интервал от момента /1 синхронизации опорного сигнала с нулевым значением тока ¡в до момента 13 включения управляемых ключей).

Выявлено, что один из полюсов системы с самовозбуждением ранен пулю. Уто связано с Ьсзразличием системы к фазе иродссса. Знание значения известного полюса приводит к упрощению аналитических выражений величин, характеризующих систему (переходная матрица, характеристическое уравнение).

Рассматривавшееся схемное решение не позволяет одновременно регулировать частоту и значение выходной величины. В работе предложено для питания пьезоизлучателя использовать схему РИ,

приведенную на рис. 4. Предложен алгоритм работы схемы, который позволяет стабилизировать выходное напряжение при регулировании его частоты, что достигается управлением ключей в диагонали переменного тока. Преобразователь работает как парал-

— ел / Ь

"а 1 , вз с Г^н Т

г Г=са / эг

Рис.4

дельный РИ с тем отличием, что, воздействуя на момент включения ключа 53, можно формировать паузу в токе колебательного контура (интервал tЗ - И рис.5). На интервале паузы конденсатор колебательного контура разряжается на нагрузку. Предложенный алгоритм работы схемы позволяет воздействовать на среднее значение тока колебательного контура (среднее значение напряжения

времени с нулевым значением тока дросселя, что приводит к сбросу в нуль приращений данной переменной состояния при линеаризации системы. Соответствующее собственное число переходной матрицы за период равно нулю, что позволяет упростить анализ динамических свойств системы, т.к. ее эквивалентный порядок снижается на единицу.

То, что порядок линеаризованной системы с переменными параметрами часто превышает третий, затрудняет аналитическое определение полюсов и полюсных функций, делает аналитические •выражения не наглядными. Для упрощения анализа динамических свойств систем предложено определять значения полюсных функций преобразователя при помощи его цифровой модели. Разработаны алгоритмы решения данной задачи, ориентированные на применение численного моделирования процессов в преобразователе на ЭВМ. Для вычисления полюсных функций разработан метод, использующий определение переменных состояния в п точках (я - порядок системы), отстоящих каждая последующая относительно предыдущей на период. Для определения к-то столбца переходной матрицы используются значения всех переменных состояния через период после формирования-приращения к-й переменной состояния. Показано, что для правильного определения полюсов и полюсных функций начальная точка при определении

Рис.5

на конденсаторе колебательного контура) путем воздействия на сдвиг между током

колебательного контура и выходным напряжением коммутатора Рй (интервал (1 - ¡2) и регулировать частоту выходного напряжения, изменяя паузу в кривой тока (интервал tЗ - ¡4 ). Особенностью преобразователя является наличие интервала

током

и

переходной матрицы не может выбираться внутри интервала хранения информации в ЭЧЗ.

Во второй главе исследуется преобразователь на основе параллельного РИ (рис. 4), который позволяет при стабилизации среднего значения выходного напряжения преобразователя изменять его частоту. В качестве нагрузки предложенного преобразователя может использоваться пьезоэлектрический излучатель. Для одновременного регулирования среднего значения и частоты выходного напряжения предложено использовать два канала регулирования - частоты и среднего значения выходного напряжения.

С помощью разработанной цифровой модели преобразователя получены и проанализированы его статические характеристики. Выявлено, что регулировочные характеристики сбьекга обладают значительной нелинейностью. Нелинейность возрастет со снижением выходного напряжения. В зависимости от величины нагрузки и частоты выходного напряжения харатер регулировочных характеристик меняется.

В качестве регулятора среднего значения выходного напряжения предложено использовать простейший астатический - ПИ-рехулятор. Получена линейная имулъсая модель преобразователя. Целью управления является поддержание среднего значения выходного напряжения преобразователя (напряжения на конденсаторе колебательного контура).

Выявлено, что в зависимости от режима работы и параметров нагрузки может изменяться знак пропорциональной части выходного сигнала регулятора, что связано с наличием ЬС-контура с резонансной частотой выше минимальной частоты переключений коммутатора РИ Так, при минимальной проводимости нагрузки g

приведет к появлению в момент t4 приращения duel, совпадающего по знаку с величиной интеграла от duc за межкоммутационный интервал. При увеличении нагрузки (проводимость нагрузки максимальна) аналогичное возмущение приведет к появлению приращения duel противоположного знака (рис.7). Указанное явление снижает, ¡запас устойчивости всей системы в области больших проводимостей нагрузки и малых частот выходного напряжения.

Линейная импульсная модель преобразователя является моделью системы с переменными параметрами. Анализ подобных систем известными методиками достаточно трудоемок. Однако ЛИМ системы с переменными параметрами может быть упрощена при учете особенностей объекта. Система состоит из управляемого объекта (УО) . и регулятора. Для анализа ее динамических свойств и параметрического синтеза регулятора выбранного класса в работе предложен следующий подход: интегральную часть регулятора объединяем с неизменной частью объекта в эквивалентный управляемый объект (ЭУО) (рис.8) и затем размыкаем обратную

связь. Порядок ЭУО увеличивается по сравнению с исходным объектом на единицу, но, т.к. на ее входе и выходе используются дискретные

значения сигналов в точках коммутации (в точках деист-

- ЭУО -

Рис.8 Рис.9

вия импульсного элемента первого рода (рис.9)), то можно свести полученную систему к системе с постоянными параметрами, что значительно упрощает анализ. При этом наличие интервала с нулевым выходным током коммутатора (рис.5) позволяет (как показано в первой главе) понизить на единицу эквивалентный порядок системы. По методике первой главы с использованием разработанной цифровой модели получены значения собственных чисел переходной матрицы (рис.10) и полюсных функций (рис. 11), соответствующих эквивалентной схеме рис.12. Сравнение значений полюсных функций, полученных аналитически (на рисунке

Рис.11

1

I I I ) М I I М I I I I I I • I I I

1.2 1.4 1.6 1,8 2.0 Т'

Рис.10

обозначены х), и полученных с использованием цифровой

модели, показало совпадение с точностью 10%, что достаточно для инженерной практики и объясняется погрешностями вычислений, связанными со значительной нелинейностью системы.

Разработан подход к синтезу параметров регулятора, обеспечивающих заданный

характеристический многочлен, в том числе процессы конечной длительности. В общем случае число полюсов замкнутой системы я равно сумме числа полюсов собственно управляемого определяемых инерционными звеньями регулятора пг. Некоторое число полюсов П5 могут быть неизменяемыми, т.е. при синтезе регулятора они известны заранее (например, нулевой полюс в системе с самовозбуждением). Таким образом, число изменяемых полюсов «V = по+пг-т. Чтобы управление пу полюсами было возможным, регулятор должен контролировать пу линейно независимых величин (переменных состояния или их линейно независимых комбинаций).

Эквивалентная схема управляемого объекта приведена на рис.13. Входной дискретный сигнал воздействует на п элементарных звеньев, выходные сигналы которых, умножаясь на полюсные коэффициенты Соц, формируют п входных сигналов Хц регулятора.

С.

Р-Ро

са

р

Рис.12

объекта по и числа полюсов,

По отношению

хь 1 1 Ун р

1 р-р*

к м-Щ входному сигналу регулятор имеет

коэффициент усиления йц (рис. 14). Эквивалентная схема замкнутой системы приведена на рис.15, где п

М= 1

Допустив, что желаемый характеристический нулей ни при одном значении в работе показано, что

НР

.1

ИС Vр

Рис.13

многочлен не содержит

переменной, соответствующей полюсам,

и„

V | 1 1 С им

1

'/А

Рис.14

и.

Г

1' 1 01/ г1

! Р"Р„ 1<

1_

х

Рис.15

циентов усиления регулятора,

контурные И коэффициенты усиления ])к , обеспечиваю_I щие заданный характеристический многочлен 0(2) находятся из выражения ( п ^

К П(4-^у)

V у

Для обеспечения, процессов конечной длительности <2(-2г) = ^й

И Ок-ЯкЧП^к-К)'

■ Для вычисления коэффи-необходимо определить контурные

коэффициенты усиления, затем, с учетом С ^ - коэффициенты

усиления цепи регулятора а . Полученная методика использовалась

№

для параметрического синтеза регулятора параллельного РИ с регулируемой выходной частотой при стабилизации выходного напряжения. На рис.16 приведен график изменения отклонения мгновенных значений напряжения на конденсаторе колебательного контура при задании возмущения в нулевом такте (т-0) в

Рис. 16 Рис Л 7

функции номера такта. Параметры регулятора синтезировались при задании ПКД, относительной проводимости нагрузки л" = 0.05 и относительной длительности такта преобразования Т'= 1.6. Процесс в схеме устанавливается за три такта (по условиям ПКД - два такта). Отклонение в третьем такте обусловлено существенной

нелинейностью системы. На рис.17 приведен график отклонения напряжения на конденсаторе при изменении параметров системы. Как вдцно, процесс затухает быстро, что объясняется запасом устойчивости объекта.

В третьей главе предложена и затем исследована структура преобразователя для заряда ЕНЭ - последовательный РИ с диодами встречного тока, работающий в режиме црерывисгого тока, разделительный трансформатор, умножитель напряжения (УН). Данная структура позволяет использовать разделительный трансформатор с невысоким коэффициентом трансформации, что уменьшает его паразитные параметры, снижает требования к межслоевой изоляции. Применение в качестве звена повышенной частоты последовательного РИ обеспечивает на выходе УН режим источника тока по отношению к ЕНЭ. Использование РИ, работающего в режиме прерывистого тока, позволяет получить режим, близкий к источнику тока по отношению к нагрузке в системе без обратной связи по току, что упрощает систему управления.

Для анализа процессов в УН при его работе от источника тока разработана модель, основанная на контроле зарядов, проходящих через диоды и конденсаторы УН, позволяющая аналитически описать электромагнитные процессы в УН. Получена инженерная методика расчета параметров УН при работе от источника тока. Величина емкости С конденсатора УН может бьггь найдена из

выражения С = п I н гр

/{\фи*ин т^ , где «-коэффициент умножения , 1Н .ср - средний ток нагрузки, / - частота источника

тока, Ш* - относительное приращение напряжения на выходе источника тока, U - максимальное напряжение на нагрузке. Б

Н .Щ

результате анализа выявлено, что в режиме короткого замыкания нагрузки средний ток в диодах УН увеличивается по сравнению с номинальным режимом в и/2 раз, что может вызвать их перегрузку при устойчивом коротком замыкании.

Сформулирована инженерная методика расчета РИ с нагрузкой -противо-э.д.с. При мощности преобразователя составляющей единицы КВт, добротность колебательного контура может быть принята Q=10. Это оказывает существенное влияние на характеристики РИ. Точный учет этого влияния приводит к сложным выражениям. Приведена упрощенная методика учета конечной добротности LC-контура. Показано, что при указанной добротности максимальное напряжение нагрузки РИ, определяемое из условия включения обратных диодов снижается на 15%. Преобразователь утрачивает свойства идеального источника тока по отношению к нагрузке: при изменении напряжения нагрузки от 0 до максимального значения, среднее значение тока уменьшается на 8%. Приведенные факторы должны быть учтены на этапе проектирования. Исследованы вопросы взаимного влияния УН и РИ, показано, что конечное значение емкости конденсаторов УН, определяющее пульсации напряжения на входе УН, приводит к повышению тока РИ в режиме короткого замыкания нагрузки по отношению к номинальному режиму до 20%.

В четвертой главе рассмотрены вопросы, связанные с особенностями технической реализации, физического и цифрового моделирования преобразователей на основе РИ. Приведены структурные схемы, технические характеристики и результаты испытаний преобразователей для работы в составе сейсмоакустических комплексов находящихся в опытной эксплуатации СКВ "Моринжгеология" г.Рига: глубоководного с электроискровым излучателем (энергия импульса 500 Дж, ЕНЭ -100 мкФ, частота разрядов 2 Гц, расстояние между судном и буксируемым аппаратом 900 м); с электроискровым излучателем (энергия импульса 1250 Дж, расстояние между судном и буксируемым аппаратом 300 м); с пьезоэлектрическим излучателем (мощность 2 кВт, резонансная частота 5 кГц, девиация частоты

напряжения питания излучателя 1 кГц); серийно выпускаемого ПО "Счетмаш" г.Лубны преобразователя для работы в составе АЦПУ 6362 (напряжение питания 300 В, выходное напряжение 48 В, мощность нагрузки 400 Вт, амплитуда импульса тока нагрузки 100 А, к-п.д. 93 процента).

Разработана цифровая модель системы умножитель напряжения -источник тока, которая использовалась при проверке результатов, полученных теоретическим путем. Экспериментальные иссле-

дования на натурных объектах и цифровых моделях подтвердили основные теоретические положения и результаты, полученные в диссертации.

диссертации:

1. Проанализированы динамические свойства последовательного РИ, использующего режим самовозбуждения и параллельного РИ, работающего в режиме стабилизащга выходного напряжения при регулировании его частоты, даны рекомендации по применению теоремы разложения при анализе данных структур.

2. Показаны особенности линейных динамических моделей преобразователей рассматриваемого класса: появление нулевого полюса в эквивалентной схеме по теореме разложения, появление элемента чистого запаздывания. Показано, • что наличие нулевой паузы в кривой одной из переменных состояния приводит к появлению нулевого собственного числа переходной матрицы за период и снижению эквивалентного порядка объекта на единицу.

3. Разработана методика использования результатов численного моделирования преобразователя для определения параметров его эквивалентной схемы по теореме разложения, предложен алгоритм решения данной задачи.

4. Исследованы статические и динамические характеристики преобразователя на основе параллельного РИ для питания пьезоэлектрического излучателя, при стабилизации выходного напряжения и регулировании его частоты, даны рекомендации по структуре и параметрам регулятора системы управления.

5. Предложена методика эквивалентного представления управляемого объекта, приводящая его к системе с постоянными параметрами и, затем, параметрического синтеза регулятора, обеспечивающего заданные динамические характеристики преобразователя, в том числе процессы конечной длительности,

приведены основные результаты, полученные в

которая основана на результатах численного моделирования переходных процессов в преобразователе.

6. Предложена и исследована структура преобразователя для заряда ЕНЭ - последовательный РИ с диодами встречного тока, работающий в режиме прерывистого тока, разделительный трансформатор и умножитель напряжения. Проведен анализ процессов и получена инженерные методики расчета: РИ с учетом добротности IX-контура и нагрузки - умножитель напряжения и умножителя напряжения при его работе от источника тока. Разработана цифровая модель умножителя напряжения; результаты моделирования подтвердили результаты аналитических исследований.

7. На основании выполненных исследований созданы и переданы в опытную эксплуатацию экспериментальные образцы:

- генераторов импульсов тока, предназначенных для работы в составе глубоководных и палубных сейсмоакустических комплексов с электродинамическими или электроискровыми излучателями;

- преобразователя для- питания пьезоэлектрического излучателя, предназначенного для работы в составе САК.

Разработан и серийно выпускается блок питания АЦПУ 6362.

Опыт эксплуатации разработанных образцов показал их высокую надежность, что подтверждает теоретические посылки.

1. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В. Управление резонансным инвертором с регулируемой частотой// Вестник Харьковского политехнического института N5. Электромашиностроение и автоматизация промышленных предприятий. Вып. 17, 1992 г. С.82-85. •

2. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В. Синтез регуляторов в двухзвенных преобразовательных структурах с использованием разложения на элементарные звенья с переменными параметрами// Межвузовский науч. сб. Саратовск. политех, ин-та "Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода", Саратов, 1989 г. С.21-28.

3. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В. Применение резонансного инвертора в качестве звена повышенной частоты для питания трехфазной нагрузки// Межвузовский науч. сб. Саратовск. политех, ин-та "Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода", Саратов, 1990 г. С. 16-24.

4. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В. Характеристики резонансного инвертора с фазочастотным управлением в

двухзвенном преобразователе // Вопросы разработки и эксплуатации статических преобразователей подвижного состава. Вып 12, ХИИТ 1990 С. 70-76.

5. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В. Резонансный инвертор с независимым регулированием частоты// Тез. докл.5 Всес. науч.- тех. конф. "Проблемы преобразоват. техники", ч.2 Киев, 1991 г. С.246-248.

6. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В. Анализ процессов в вентильно-конденсаторном умножителе напряжения при питании от источника тока // Силовая электроника в решении проблем ресурсо-и энергосбережения: Сборник трудов. Междунар. науч.-тех. конф., Алушта, о кг. 1993, - Харьков, ХПИ, 1993. - С.185-188.

7. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В. и др. Синтез регуляторов в преобразователях с резонансными инверторами// Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода: Межвуз. научн. сб. Сарат. политехи, ин-т, 1992. С.28-34.

8. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В., Никулочкин С.М. Теорема разложения для преобразовательных систем с переменными параметрами// Вестник Харьковского политехнического института N 4. Электромашиностроение и автоматизация промышленных предприятий. Вып. 16, 1992" г. С.52-59.

9. Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Никулочкин С.М. Теорема разложения для систем с периодическим изменением параметров и ее применение при синтезе систем регулирования преобразователей// Тез. докл. 5 Всес. науч.- тех. конф." Проблемы преобразоват. техники", ч.2 Киев, 1991 г. С.249-251.

10. Гончаров Ю.П., Ивахно В.В., Замаруев В.В. и др. Характеристики резонансного инвертора напряжения ». при фазовом управлении и стабилизации тока// Проблемы преобразовательной техники: Тез. докл. IV Всес. науч.-тех. конф., Киев, сент. 1987, ч.З. - Киев, ИЭД АН УССР. С.80-82.

11. Гончаров Ю.П., Ивахно В.В., Замаруев В.В. К задаче синтеза оптимального регулятора широтно-импульсного преобразователя при искажениях со стороны нагрузки // Вестник Харьковского политехнического ин-та. - 1988. -И 255: Электромашиностроение и автоматизация пром. предприятий. - вып. 3 3. - С.35-37.

12. Замаруев В.В. Резонансный инвертор с частотным регулированием// Межвузовский науч. сб. Саратовск. политех, ин-та "Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода", Саратов, 1991 г. С.69-74.

13. Замаруев В.В., Ивахно В.В., Никулочкин С.М., Дядюн Г. И. Источник вторичного электропитания с резонансным инвертором для устройств с импульсным потреблением тока // Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения: Сборник трудов. Междунар. науч.-тех. конф., Алушта, окт. 1993, -Харьков, ХПИ, 1993. - С.60-63.

14. A.c. СССР 1508325. Способ управления последовательным резонансным инвертором напряжения с диодами встречного тока/ Ю.П.Гончаров, В.В.Замаруев, В.В.Ивахно и др. - Бюлл. изобр. N 34, 1989.

15. A.c. СССР 1647816 Способ управления последовательным резонансным инвертором напряжения с диодами встречного тока/ Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В. и др. Бюлл. изобр. N 17, 07.05.1991 г.

16. A.C. СССР 1707742. Устройство для формирования импульсов тока/ Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В. и др. Бюлл. изобр. N 3, 23.01.1992 г.

17. A.c. СССР 1791941. Способ управления последовательным резонансным инвертором напряжения с диодами встречного тока/ Гончаров Ю.П., Замаруев В.В., Ивахно В.В., Кривошеев С.Ю. Бюлл. изобр. N 3, 30.01.93

Annotation.

Zamaruev Y.V. Converters based on resonant inverters for pulse loads. Dissertation submitted for Tecnical Science Candidat's Degree on speciality 05.09.12 - semiconductor converters of electric power, Kharkov State Polytecnical University, Kharkov, 1996.

Considered matters of development and study of converters based on resonant inverters, wich have assigned dynamic characteristics, including those intended for seismoacoustic compleces. Shown methods of calculation of converters parameters and linear impulse models, synthesis of regulators, results of industrial introduction.

Анотащя.

Замаруев В. В. Перетворювачг, що базуються на резонансних шверторах, для живлення 1мпульсних навантажень. Рукопис дисертацп на здобуття вченого ступеня кандидата техшчних наук за спещальшстю 05.09.12 - натвпрош'дннкош перетворюват електроенерги, Харювскнй державний шшгехшчний университет, Харюв, 1996.

Розглянуп питания розробки та дослщження перетворювач1в, що базуються на резонансних шверторах, ята маютъ задан! динам!чш характеристики, в тому чисш для роботыскладг сейсмоакустичних комплекав. Наведеш методики разрахунюв лараметр1в перетворювач1в, лшшних ¿мпульсних моделей, синтеза регулятора, результати промислового використання.

Ключовг слова: резонансний швертор, динамиni характеристики, регулятор, синтез, помножувач напруги, розрахунок параметров.