автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Системы генерирования электрической энергии на базе магнитоэлектрического генератора и активного выпрямителя

На правах рукописи

СТЕННИКОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

СИСТЕМЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА БАЗЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА И АКТИВНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2006

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Харитонов

Сергей Александрович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Панкратов

Владимир Вячеславович доктор технических наук, доцент Гарганеев Александр Георгиевич Ведущая организация ЗАО «ЭРАСИБ», г. Новосибирск.

Защита состоится 2 марта 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.04 в Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, проспект К.Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » февраля 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к.т.н., доцент

1006 А

3103

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы Системы генерирования электрической энергии (СГЭЭ) на базе синхронного магнитоэлектрического генератора с возбуждением от постоянных магнитов (МЭГ) и преобразователем частоты получили широкое распространение в системах энергоснабжения автономных объектов и нетрадиционной энергетике. Значительный вклад в разработку таких систем внесли следующие специалисты: Грабовецкий Г.В., Зичихин Б.С., Конев Ю.И., Лаптев Н.Н., Харитонов С.А, Цишевский В.А., Юхнин М.М. Возможность использования в качестве выпрямителя инвертора напряжений с ШИМ на полностью управляемых вентилях (в настоящее время устоялся термин «активный выпрямитель» -(АВ)) изучалась с начала 70-х годов. Подобные системы применяются в асинхронном электроприводе, главным образом в тех случаях, когда необходимо обеспечил, реверсирование потока мощности при рекуперации энергии от двигателя в сеть, и этой проблеме посвящены работы А.А. Ефимова, Г.С.Зиновьева, Р.Т. Шрейнера и др. Однако во всех этих публикациях рассматривается работа активного выпрямителя от общепромышленной сети переменного тока, и они не могут использоваться для проектирования СГЭЭ. Работа АВ от МЭГ при переменной скорости вращения вала вносит свою специфику в электромагнитные процессы в системе, которые на сегодняшний день не изучены и на данный момент не существует методики расчета подобных систем. Изменение величины и частоты выходного напряжения МЭГ в широком диапазоне влияет на режимы работы АВ, на его энергетические характеристики и параметры генерируемой электрической энергии. Также изменяются требования к параметрам и характеристикам ключей и электромагнитных элементов системы в целом. Знание качественных и количественных характеристик энергетических процессов в системе даст возможность рассчитать параметры системы (значения рабочих скоростей МЭГ, установленные мощности генератора и преобразователя, ЭДС холостого хода и ток короткого замыкания генератора) и выбрать наиболее рациональные алгоритмы управления системой в различных режимах работы.

Целью диссертационной работы является решение научно-технической задачи повышения энергетической эффективности преобразования электрической энергии путем минимизации неактивной мощности в системах генерирования электрической энергии на базе магнитоэлектрического генератора и активного выпрямителя при переменной скорости вращения вала генератора, имеющей существенное значение для создания автономных СГЭЭ. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка методики расчетов электрических величин в электромеханической системе «магнитоэлектрический синхронный генератор -активный выпрямитель» («МЭГ-АВ») при переменной скорости вращения вала генератора на базе созданной математической модели.

2. Анализ электромагнитных процессов (во временной и частотной областях) и энергетических характеристик в электромеханической системе «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора.

3. Разработка оптимальных, с точки зрения минимизации неактивной мощности, способов управления активным выпрямителем в составе системы «МЭГ-АВ».

Методы исследования.

Поставленные задачи решались с привлечением математического аппарата быстрого преобразования Фурье, дифференциального и интегрального исчислений и численного моделирования.

Достоверность результатов обеспечивалась параллельными расчетами различными методами и физическим моделированием.

Научная новизна основных результатов диссертации заключается в следующем.

1. Разработана методика анализа электромагнитных процессов во временной и частотных областях электромеханических систем «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора на базе созданных математических моделей. Эта модели основаны как на расчете характеристик системы по основным гармоникам, так и на методе переключающих функций и методе быстрого преобразования Фурье.

2. Проведен анализ электромагнитных процессов в электромеханической системе «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора. Рассмотрены различные режимы работы системы, выявлены условия их существования. Определено влияние режимов работы на величину и качество генерируемой мощности.

3. Разработаны способы управления инвертором напряжения в составе системы «МЭГ-АВ», обеспечивающие минимизацию неактивной мощности в системе при различных скоростях вращения вала генератора.

Практическая ценность работы

1. Результаты расчетов токов и напряжений элементов системы в относительных единицах, а также рассчитанные параметры элементов эквивалентных схем замещения для различных режимов работы могут являться основой для инженерного расчета при проектировании систем генерирования электрической энергии переменного тока.

2. Разработанные алгоритмы управления инвертором напряжения в составе системы «МЭГ-АВ» обеспечивают повышение качества электрической энергии, минимизируя величину неактивной мощности МЭГ, повышая тем самым эффективность преобразования электрической энергии.

3. Предложенные варианты построения систем типа «МЭГ-АВ» для систем генерирования летательных аппаратов и ветроэнергетических установок позволяют рациональнее проектировать подобные системы, по сравнению с применением управляемого или неуправляемого выпрямителя вместо АВ, реализуя в частности стартерный пуск системы и коррекцию коэффициента мощности генератора.

Реализация результатов работы.

Результаты расчетов токов и напряжений элементов системы «МЭГ-АВ», а также коэффициента мощности генератора и алгоритмы управления, разработанные для активного выпрямителя в составе этой системы,

использовались при разработках стартер-генераторного устройства для легковых автомобилей ВАЗ-21ХХ, систем генерирования электрической энергии для самолетов АКБ Туполева, для преобразователя частоты мощностью 30 Вт привода газовых центрифуг разделительных производств.

Апробация работы.

Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях АПЭП-98, АПЭП-2000, АПЭП-2002 (г. Новосибирск), на межвузовской научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникации" (г. Новосибирск, 1999 г.), на Международных научно-технических конференциях «The Korea - Russia International Symposium on Science and Technology» KORUS'99, KORUS'2000 (NSTU 1999, University of Ulsan 2000), на Международной научно-технической конференции "Автоматизация и прогрессивные технологии" (г. Новоуральск, 1999г.), на Международной научно-технической конференции «Power Electronics Devices Compatibility» (Zielona Gora, Poland. 2001), на Международной научно-технической конференции «Iй Russian Korean International Symposium on Applied Mechanics "RUSKO-AM-2001"» (NSTU 2001), на научно-технических семинарах кафедры Hl "ГУ «Промышленная электроника» (г. Новосибирск, 1998-2005 гг.).

Публикации

Результаты научно-исследовательских разработок изложены в 10 печатных работах,и 1 патенте на изобретение. В числе печатных работ 8 докладов на международных научно-технических конференциях и тезисы докладов для 2 конференций.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы из 112 наименований и приложений. Общий объем 196 страниц машинописного текста, в том числе 178 страниц основного текста, 84 рисунка и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении произведен краткий обзор вариантов построения систем генерирования электрической энергии, обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность полученных результатов

Первая глава диссертационной работы посвящена анализу электромагнитных процессов в системе «МЭГ-АВ» по основной гармонике, и включает в себя семь основных разделов. В первом разделе описывается СГЭЭ на базе системы «МЭГ-АВ» и специфика ее работы, определяются цели исследования, приводится схема замещения МЭГ.

Второй, третий и четвертый раздел посвящены анализу электромагнитных процессов в системе «МЭГ-АВ» с применением входного фильтра на базе созданных математических моделей при следующих способах управления:

• при единичном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ, 1 есть когда ток генератора 1сг синфазен с напряжением генератора и сг (векторная ¡аграмманарис. 1.-6);

• при заданном неединичном коэффициенте мощности относительно жимов МЭГ, то есть когда ток I сг опережает (или отстает) от напряжения II сг на данный угол ф (векторные диаграммы на рис. 1 .-б, в);

• при заданном коэффициенте мощности относительно ЭДС Холостого ада МЭГ, то есть когда ток 1сг опережает (или отстает) от напряжения Есгхх на данный угол У|/ (векторные диаграммы на рис. 1 -г, д).

Если в первом приближении пренебречь конденсатором входного фильтра, система «МЭГ-АВ» может быть представлена упрощенной схемой замещения для одной фазы, показанной на рис. 1.-а. В описываемых случаях для основных гармоник токов и напряжений могут быть построены векторные диаграммы, представленные на рис. 1.-б-е. На этих диаграммах Есгхх-ЭДС холостого хода вы-

Рис. 1.

■-тех МЭГ, идв и I

А

ходное напряжение и ток АВ, и,г и и. -

' икх Чт

шряжения на индукгавностях фильтра и якоря МЭГ.

Анализ велся с использованием системы относительных единиц. На зновании векторных диаграмм для каждого рассматриваемого случая были шисаны системы уравнений. Их решения дали аналитические выражения для эка, напряжения, активной и неактивной мощности генератора в гносительных единицах для основной гармоники. С использованием этих сражений были рассчитаны характеристики системы при изменении гаосительной скорости вращения вала генератора п для различных глубин одуляции АВ М, параметра фильтра я, углов <р и у, и были построены эответствующие графики. Также были определены граничные условия /ществования рассматриваемых режимов, найдены точки максимума активной ощности РсГ и напряжения

б

В качестве примера приведем уравнения (]), описывающие систему «МЭГ-АВ» при заданном неединичном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ. В этих уравнениях Vcr, Uj.r, P£r, Qcr" ток> напряжение, а также активная и неактивная мощность генератора в относительных единицах, М -глубина модуляции АВ, п - относительная скорость вращения вала генератора, q = /Lcr - параметр, определяющий индуктивность фильтра. На рис. 2.

.показаны графики изменения Р,!г и Uj,r для различных значений угла ср при М=1 и q=0.1 при этом способе управления.

Рис. 2.

гсг=_ 1

°Г n* VT+q л/ (q -1)2 + 4q sin2 ф

((q - 1)(М2 - n*1) + 2 sin2 ф(М2 + qn'1) +

U* =

+ Ismyjsm2 (tfM2 + qn*)2 +(M2 -п*')(п*У -M2))

, . 1 „ 2 ((q - 1)(M2 - n*') + 2 sin2 ф(М2 + qn*2) + V (q — 1) +4qsin ф (1)

+ 2s'm<p^jsm2ф(М2 + qn*)2 +(M2 -n*2)(n*'q2 -M2))2

pcr = ^cr^r ' cos(9) Qcr=U*crIcr-sin(9)

На основании полученных результатов предложены следующие четыре алгоритма управления АВ, сводящие к минимуму величину неактивной мощности МЭГ при различных скоростях вращения вала генератора, повышая тем самым эффективность преобразования электрической энергии.

• Работа при единичном коэффициенте мощности МЭГ (х=1).

*

• Работа с максимально возможной активной мощностью Р*г = Per во всем диапазоне изменения п".

• Работа при больших значениях ЕСГХХ(ЕСГХХ > Ud/2V2q) при минимуме неактивной мощности.

• Работа при малых значениях Есгхх (Ecrxx <Ud/2V2) при минимуме неактивной мощности.

Для этих алгоритмов рассчитаны токи, напряжения, активные и неактивные мощности МЭГ, даны рекомендации по их реализации системой управления, использующей векторный закон управления АВ в а,р-осях. На рис. 3 приведена подобная система для алгоритма управления с единичным коэффициентом мощности МЭГ. Здесь UA сг- Uc сг - фазные напряжения МЭГ, Рзд- сигнал задания на активную мощность.

U* Ст-

ив сг.

Uc сг.

ПК1

а,Ь,с в

а,Э

UacT

ЦрсГ

С1

извдф^Оу. иэадРаГ

ПК2

U зада.

-1

изадфР

ЦзадР.

У1

<х,Р в а, Ь, с UA зад

UB зад ШИМ

иСзад

* -J

Импульсы управления ключами

X

УЗ or

Рзвд

X

т»

&

иаадрр УЗ

X

Ев,

Рис. 3.

Пятый раздел посвящен анализу электромагнитных процессов в системе «МЭГ-АВ» при заданном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ без применения фильтра, то есть приисг =идв. Это возможно, если при

работе системы нагрев синхронного генератора высшими гармониками напряжения ¿Где не превышает допустимых значений. Для более точного рассмотрения характеристик при малых оборотах МЭГ было учтено активное сопротивление фазы генератора Гсг- На рис. 4.-а приведена эквивалентная схема замещения для описываемого случая, а

Рис. 4.

на рис. 4.-6 - рис. 4.-г векторные диаграммы при единичном и при заданном неединичном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ, то есть когда ток 1СГ отстает (или опережает) напряжение исг =11^ на заданный угол ср.

Аналогично предыдущим разделам, на базе построенных векторных диаграмм проведен анализ системы. Получены выражения для тока, напряжения, активной и неактивной мощностей МЭГ. Рассчитаны характеристики системы при изменении п для различных М и ср. Далее показано, что даже при очень малых скоростях вращения МЭГ , г^ практически не влияет на характеристики системы, поэтому в подавляющем большинстве случаев им можно пренебречь. В этом случае основные характеристики системы описываются системой уравнений (2).

_-М-ЗШфЦ-у/(п*2 -М2 -СР8ф2)

г =.

1СГ

и;г=м

, - Мзшф М- а/(П*2 ~~ М2 С08ф2)

(2)

Рсг=М

СОвф

, -М81ПфЦд/(п -М С08ф ) . Ост =М- "■■--;-—31Пф

п

На основе полученных результатов предложены следующие три алгоритма управления системой «МЭГ-АВ» без применения фильтра.

• Алгоритм управления, при котором МЭГ работает с единичным коэффициентом мощности %=1, то есть при ф=0.

• Оптимальный алгоритм управления со следующим критерием оптимизации: от МЭГ потребляется максимально возможная активная мощность Рсгопт > при этом во всем диапазоне изменения оборотов п* ток не превышает заданного значения I сГ ши •

1.2

0.8

о.б

0.4

0.2

Г )* сг та <(М = )

{ м I г тах (ТГ=1>

н

ш г СТОП!

и :о 707

2

Рис.

• Алгоритм управления, при котором глубина модуляции М во всем диапазоне скорости вращения генератора неизменна и равна 1, а регулирование осуществляется изменением фазы напряжения АВ. При этом ток 51. Работа с М=1 позволяет добиться наилучшего гармонического состава тока генератора, и таким образом минимизировать его нагрев.

Для этих алгоритмов получены соотношения для тока, напряжения, активной и реактивной мощности МЭГ,

найдены граничные условия существования этих режимов. На рис. 5. приводятся кривые максимально возможных мощностей МЭГ при изменении п* для всех вышеописанных алгоритмов. Как видно из этого рисунка, работа при РсГшИ(М.1) является частным случаем оптимального алгоритма управления при п*>0.707. Также в работе даны рекомендации по реализации систем управления в а,Р-осях для рассматриваемых способов управления. На рис. 6. приведена подобная система для алгоритма управляя с единичным коэффициентом мощности МЭГ. Здесь 1д сг~ 1с сг — фазные токи МЭГ, Рзал— сигнал задания на активную мощность.

1 Асг

ПК1

1всг.

I Ссг.

а,Ь,с в а,р

У1

X

!сгр

УЗ

ОГ1

1 ^СГтака

Рзад

У2

X

Цзвуух

ПК2

1У4

ЦзаяР.

в

а,Ь,с

Цазвд

и,

иь3

шим

Импульсы управления ключами

Рис. 6.

В шестом разделе рассмотрены электромагнитные процессы в системе «МЭГ-АВ» с учетом фильтрового конденсатора Сг вх при единичном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ. Анализ системы, аналогично предыдущим разделам, проведен на базе схемы замещения (рис. 7,-а) и построенной векторной диаграммы (рис. 7.-6). Получены выражения (3) для тока, напряжения и активной мощности генератора, а также выражения для тока и неактивной мощности фильтрового конденсатора.

. 1М2-п'2(п'2рд-1)2,

сг л1 яЧп-'рч-!)2

"сг

Р' =

гсг

п'гд2-М2 (П*2Р1—I)7

(3)

М2 - п*2 (п*2ря -• (п*2д2 - М2 ]

п'2[я2-(п^ря-!)2

С использованием этих выражений, построены графики токов, напряжений и мощностей при изменении л* для различных значений М, я и параметра

.or

Рис. 7.

р, определяющего емкость конденсатора в относительных единицах. Даны рекомендации по максимально возможному значению Сг вх при различных режимах. На рис. 8. по-

казаны графики мощности РсГ и напряжения Ucr при М=1 и q=0.1 для различных значений р. Предложена система управления, использующая векторный закон АВ в а,Р-осях для рассматриваемого режима.

1.5 1.2

0.9

0.6

0.3

0

р=00£ р=о.оа

р= 0.06 \

р=0

р=0.С£ р=0.с* >

П*

о

10

Рис. 8.

Г

и

СГ(к)

В седьмом разделе содержаться выводы по первой главе, обобщающие полученные результаты.

Вторая глава диссертационной работы посвящена спектральному анализу токов и напряжений в системе «МЭГ-АВ» с учетом ШИМ. В первом разделе

формулируются задачи исследования, •сг(к) '-сг вводятся переключающие функции

ключей АВ, с помощью которых "(Ю вычисляются фазные напряжения АВ.

Во втором разделе и третьем разделе разработана методика спектрального анализа токов и напряжений в системе «МЭГ-АВ» как без применения вход-в(к> ного фильтра, так и с фильтром. Для нахождения спектров использовались соответствующие схемы замещения одной фазы системы «МЭГ-АВ» для амплитудных значений высших гармоник, приведенные на рис. 9.-а, б.

Кратность ШИМ для

каждого значения п* была *

задана в виде а = а„ —,

max п*

где ап - кратность ШИМ

тех

при максимальной скорости вращения. Скорость п* изменялась в диапазоне от n'mto Д° nL- Затем, с использованием аппарата переключающих функций, описанного в первом разделе, и с помощью быстрого преобразования Фурье, был рассчитан спектр напряжений АВ. На основе схем замещения, приведенных на рис. 9., записаны выражения для мгновенных значений токов ijr, i*AB, и

напряжения Ucr, приведены формулы для вычисления действующих значений и коэффициентов гармоник этих величин.

Воспользовавшись этой методикой можно рассчитать спектры токов и напряжений элементов системы «МЭГ-АВ», с применением фильтра и без него, во всем диапазоне изменения оборотов генератора п, глубин модуляций М, кратностей ШИМ ап , параметров фильтра q и р. В качестве примера для сис-

max

темы «МЭГ-АВ» без фильтра рассчитаны спектры тока МЭГ и напряжения АВ, их действующие значения и коэффициенты гармоник для двух способов управления, описанных в пятом разделе первой главы. Первый алгоритм обеспечивает поддержания единичного коэффициента мощности генератора (% = 1). Второй -это алгоритм управления АВ с неизменной М=1 во всем диапазоне управления. Для рассчитанных мгновенных значений, спектров, действующих значения и коэффициентов гармоник построены графики. На рис. 10. приведена рассчитанная кривая напряжения АВ и его спектр для алгоритма управления с Х = 1 прип*=1.4и ап =12.

тех

В качестве примера для системы «МЭГ-АВ» с входным фильтром рассчитаны спектры токов и напряжений, их действующие значения и коэффициенты гармоник для элементов системы «МЭГ-АВ» в составе СГЭЭ ветроэнергетических установок, рассмотренной в главе 3. По результатам расчетов построены графики, которые приводятся в приложении 1. На рис. 11. показаны графики мгновенных значений токов ij.r, напряжения uj.r,, токов активного выпрямителя и тока через конденсатор входного фильтра icftxa при следующих параметрах: q=0.2, р=0.01, ап = 24.

Рис. 11.

В четвертом разделе содержаться выводы, обобщающие результаты исследований, проведенных во второй главе.

В третьей главе рассмотрены возможные варианты построения СГЭЭ переменного тока на базе системы «МЭГ-АВ». Первый раздел посвящен системам генерирования переменного типа «МЭГ-АВ-ИН» для летательных аппаратов, в нем приведены обязательные требования к качеству электроэнергии самолетов и вертолетов, обоснована перспективность применения систем «МЭГ-АВ-ИН» в СГЭЭ этого класса, предложены варианты построения подобных систем с входным фильтром и без него. Подробно рассмотрено применение системы «МЭГ-АВ» для СГЭЭ без входного фильтра, которая имеет лучшие массогабаритные и стоимостные показатели, ее структурная схема приведена на рис. 12.

МЭГ

АВ _1_ ин

т

115В, 400Гц

4== рт

Рис. 12.

Для управления АВ выбран алгоритм, при котором глубина модуляции неизменна во всем диапазоне М=1, а регулирование осуществляется изменением фазы напряжения АВ. Такой способ управления позволит улучшить гармонический состав тока генератора, и, тем самым, уменьшить перегрев генератора высшими гармониками тока. Для описываемого случая рассчитаны параметры системы, построены их графики, рассчитаны спектры выходного напряжения АВ и тока генератора при номинальной мощности для различных кратностей ШИМ. Предложена методика расчета систем «МЭГ-АВ» в составе СГЭЭ летательных аппаратов.

На рис. 13.-а приведен график изменения активной мощности СГЭЭ ЛА Р* от п*, где Рн"ом - номинальная активная мощность, п*тш, п*от, п^-соответственно минимальная, номинальная и максимальная относительная скорость вращения вала МЭГ. На рис. 13.-6 приводятся графики рассчитанных значений тока, напряжения, неактивной мощности и коэффициента мощности МЭГ для описываемого случая при номинальной генерируемой мощности Р^.

"Н01Г1

0.8 0.6

0.4

=0.2£ 0.2

0

^сг ш =0.79& ос(М = ' Р 1

/

.499

1

— /

1.2Л * =0.83 -I "га =1 .38!

1.2

0.8

0.4

0

п*«„=0.692 Пжм=1.154

а)

-0.4 0.5

и* м ;г

-

* й ЗГном

Г ном

ОЕ ■Н£И 1

1.2 А)1г Чнс м * 1ах

ГГ

0.7

0.9 1.1 б)

1.3 1.5

Рис. 13.

Во втором разделе рассмотрены системы «МЭГ-АВ-ИН» в составе СГЭЭ для ветроэнергетических установок. Сформулированы требования к ВЭУ разной мощности, обоснована целесообразность использования системы «МЭГ-АВ» в СГЭЭ данного типа. Предложены варианты построения подобных систем с входным фильтром и без него для ВЭУ, работающих как в автономном режиме, так и на внешнюю сеть.

МЭГ

а)

Входной

фиьтр

Т3^

АВ

Сф

т

б)

Рис. 14. 14

АВ СФ АБ ИН

Вхадой фиътр ± _ Т 1

110В

Тр

220/380В, 50Гц

УПН

да*

ИН <

Тр

На рис. 14.-а показана структурная схема системы с входным фильтром в автономном режиме, а на рис. 14.-6 - при работе на внешнюю сеть. На этих рисунках: АБ- аккумуляторная батарея, БРБН - блок регулируемой балластной нагрузки, используемый для утилизации избытка активной мощности ВЭУ, не потребляемой нагрузкой, УПН - устройство подключения нагрузки, которое при малых скоростях ветра и по мере уменьшения запаса энергии в аккумулирующем элементе отключает нафузку не первостепенной важности.

Доя управления АВ выбран алгоритм поддержание единичного коэффициента мощности относительно напряжения генератора иСг, что приводит к минимизации реактивной энергии, циркулирующей в системе, а значит к снижению установленной мощности МЭГ. Выведены соотношения для расчета основных характеристик системы в зависимости от параметров ветровой турбины и необходимой перегрузочной способности, построены соответствующие графики, учтено влияние на точность расчетов конденсатора фильтра, которым в первом приближении пренебрегли. На рис. 15. приведена рассчитанная кривая активной мощности Рн'(п*), генерируемой МЭГ в составе ВЭУ, при диапазоне изменения оборотов генератора Г)=2. Р*тш,Рн'р и Р*т1х - минимальная, расчетная мощности, и мощность перегрузки соответственно. Предложены варианты построения систем управления для СГЭЭ ВЭУ, работающих на внешнюю сеть, и обеспечивающие поддержание постоянного напряжения в звене постоянного тока при потреблении от генератора мощности по оптимальному закону. Один из этих способов управления защищен патентом [1].

Третий раздел содержит выводы по третьей главе.

В четвертой главе приводятся результаты физического эксперимента, подтверждающего теоретически полученные результаты. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 16. Трансформаторы Т2 и ТЗ регулируют напряжение на входе АВ и выходе выпрямителя ВП, выступая в качестве Есгхх и напряжения и<1 соответственно. В качестве индуктивных сопротивлений фаз якоря МЭГ в данном случае выступают индуктивности рассеивания трансформаторов Т1, Т5, Т6. Трансформатор Т4 обеспечивает гальваническую развязку с питающей сетью. Система управления СУ позволяет изменять амплитуду, фазу и частоту напряжения АВ с помощью персонального компьютера. Фотографии экспериментальной установки приведены в приложении 2.

При эксперименте исследовалась система «МЭГ-АВ» без применения фильтра. В процессе эксперимента снимались характеристики системы при потреблении заданных значений активной мощйости 4 Вт, 8 Вт, 10 Вт и 12 Вт. С помощью лабораторного трансформатора Т1 выставлялось необходимое рассчитанное напряжение Есгхх, АВ управлялся с глубиной модуляции М=1, частота управляющего сигнала была 50 Гц, а его фаза подбиралась таким образом, чтобы ток в обмотках трансформаторов Т1, Т5, Т6 был синфазен с выходным напряжением АВ. Это контролировалось с помощью осциллографа по синфазности тока фазы А и контрольного строба иконт, вырабатывавшегося при переходе напряжения Чав через 0.

Рис. 16.

Полученные результаты подтверждают, что при использовании активного выпрямителя возможно потребление от МЭГ тока синфазно с напряжением генератора (то есть с единичным коэффициентом мощности относительно основных гармоник) в широком диапазоне значений потребляемой активной мощности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования автономной системы генерирования »

электрической энергии переменного тока на базе магнитоэлектрического генератора и активного выпрямителя позволили получить в диссертационной работе следующие основные результаты.

1. Разработана методика анализа электромагнитных процессов во временной и частотных областях электромеханических систем «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора на базе созданных математических моделей. Эти модели основаны как на расчете характеристик системы по основным гармоникам, так и на методе переключающих функций и методе быстрого преобразования Фурье.

2. Проведен анализ электромагнитных процессов (во временной и частотной областях) и энергетических характеристик системы «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора. Рассмотрены различные режимы работы системы, выявлены условия их существования и определено влияние этих режимов на величину, качество генерируемой мощности и энергетические

характеристики системы. Токи и напряжения элементов системы и параметры их эквивалентных схем замещения, определенные для различных режимов работы, могут являться основой для инженерного расчета систем генерирования электрической энергии переменного тока.

3. Разработаны способы управления АВ в составе системы «МЭГ-АВ», сводящие к минимуму величину неактивной мощности МЭГ при различных скоростях вращения вала генератора, повышая тем самым эффективность преобразования электрической энергии. Предложены возможные схемы векторных систем управления, реализующие эти законы.

4. Предложенные варианты построения систем типа «МЭГ-АВ» для СГЭЭ летательных аппаратов и ветроэнергетических установок позволяют рациональнее проектировать подобные системы, по сравнению с применением вместо АВ управляемого или неуправляемого выпрямителя, реализуя в частности стартерный пуск системы и коррекцию коэффициента мощности генератора. Для этих систем выбраны алгоритмы управления и схемы, реализующие их, проведен расчет основных параметров, что может использоваться при создании подобных систем. Предложена методика расчета систем «МЭГ-АВ» в составе СГЭЭ летательных аппаратов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

1. Патент на изобретение РФ № 2207698.(приоритет от 01.08.2000г.) Регистрация 27.06.03 Харитонов С.А., Стенников А. А. Векторный способ управления 4х квадрантным инвертором напряжения в составе СГЭЭ переменного тока.

2. Стенников А.А Автономные системы генерирования электрической энергии переменного тока с асинхронным генератором// Материалы научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникации», -Новосибирск: 1999г. - С. 51-52.

3. Стенников А.А., Харитонов С.А. Векторный ШИМ для инвертора напряжения в составе системы генерирования электрической энергии переменного тока// Труды 4-ой МНТК «АПЭП-98»: Тез. докл., том 7.-Новосибирск: НГТУ, 1998. - С. 76-79

4. Стенников АА, Харитонов С.А., Родиков Г.Г., Зиновьев Г.С., Берестов В.М. The starter - generating installation based on IGBT - inverters// Материалы VI международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения. АГОП-2002: Тез. докл., том 1, Новосибирск: НГТУ, 2002. -С.252-256.

5. Харитонов СЛ., Берестов ВМ, Стенников А.А. Электромагнитные процессы в системе генерирования электрической энергии на базе 4-х квадрантного инвертора// Техшчна електродинамша. Тематический выпуск. Проблеми сучасно! електротехшки. Частина 5. Ктв, 2000. - С.22-25.

6. Харитонов С. А., Стенников А.А. Система генерирования электрической энергии типа «синхронный генератор-инвертор напряжения-инвертор напряжения»// Труды международной МНТК «Автоматизация и прогрессивные технологии», часть 1. - Новоуральск: 1999г. - С. 190-193.

7. Харитонов С.А., Стенников А.А. Стартер - генераторное устройство на базе четырехквадрантного инвертора напряжения// Труды V Международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения -АПЭП-2000": Тез. докл., том 4, Новосибирск: НГТУ, 2000. - С. 79-82.

8. Kharitonov S. A. Stennikov A. A. Systems for generating ас power with a better power factor of the synchronous generator// The Third Russian-Korean International Simposium on Sciense and Technology «KORUS 99», June 22-25, at Novosibirsk state technical university, Novosibirsk, Russia: Abstracts, 1999. - Vol.2. -P.803.

9. Kharitonov S. A. Stennikov A. A. Mashinsky V.V. A control algorithm for voltage source converter in a system for generating ac power// Proceedings. The 4th Korea

- Russia International Symposium on Science and Technology. KORUS'2000. University of Ulsan, Republic of Korea, June27-July 1, 2000, Part 2, Electronics and Information Technology. - P.244-249

10. S. A. Kharitonov, G. Z. Zinoviev, G. V. Grabovectsky, N. I. Borodin, E. B. Preobrazhensky E., M. V. Martinovich, S. V. Brovanov, D. V. Korobkov, A. A. Stennikov, V. V. Popov. Mechanotronic system "semiconductor frequency converter

- synchronous generator" in wind power installations with variable speed of the wind

iibine shaft rotation// l" Russian Korean International Symposium on Applied fechanics "RUSKO-AM-2001NSTU, September 21-24,2001.-P.168-172.

11. Stennikov A. A, Kharitonov S. A, Berestov V.M The parallel operation a system ir generating ac power of the "syncronous generator-ac-dc voltage// PEDC 2001, ower Electronics Devices Compatibility. Zielona Gora, Poland. 2001. - P. 182-187.

Подписано в печать 27.01.06. Формат 60x84x1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Печ.л.1. Заказ №26

Отпечатано в типографии ООО «Срочная полиграфия» 630067, г.Новосибирск, ул. Советская, 65

Sf03

í-з 103

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ «МЭГ-АВ» ПО ОСНОВНОЙ ГАРМОНИКЕ.

1.1. Постановка задачи. Математическая модель и методы анализа системы «МЭГ-АВ».

1.2. Электромагнитные процессы в системе «МЭГ-АВ» при единичном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ.

1.3. Электромагнитные процессы в системе «МЭГ-АВ» при заданном неединичном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ.

1.4. Электромагнитные процессы в системе «МЭГ-АВ» при заданном коэффициенте мощности относительно ЭДС холостого хода МЭГ.

1.5. Электромагнитные процессы в системе «МЭГ-АВ» при заданном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ без применения фильтра.

1.6. Электромагнитные процессы в системе «МЭГ-АВ» с учетом Сгвх при единичном коэффициенте мощности относительно зажимов МЭГ.

1.7. Выводы по первому разделу.

2. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ В СИСТЕМЕ «МЭГ-АВ».

2.1. Постановка задачи. Спектральный анализ фазных напряжений активного выпрямителя.

2.2. Спектральный анализ токов и напряжений в системе «МЭГ-АВ» без применения фильтра.

2.3. Спектральный анализ токов и напряжений в системе «МЭГ-АВ» с учетом конденсатора входного фильтра.

2.4. Выводы по второму разделу.

3. СИСТЕМЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТИПА «МЭГ-АВ-ИН» ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ.

3.1. Системы генерирования переменного типа «МЭГ-АВ-ИН» для летательных аппаратов.

3.2. Системы «МЭГ-АВ» в составе СГЭЭ для ветроэнергетических установок.

3.3. Выводы по третьему разделу.

4. ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ.

В настоящее время системы генерирования электрической энергии (СГЭЭ) получили широкое распространение в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Без них не может обойтись ни один летательный аппарат, ни один надводный или подводный корабль, и вообще практически ни один вид транспорта. В подобных аппаратах электроэнергия необходима для функционирования средств связи, навигации, освещения, для сервисных нужд и.т.д. Кроме того, некоторые средства передвижения используют в качестве тягового двигателя электрическую машину постоянного или переменного тока, энергию для которой поставляет генератор, вращаемым двигателем внутреннего сгорания.

Помимо этого, в последние годы значительно возрос интерес к так называемым альтернативным источникам энергии, которые, являясь экологически чистыми, наносят минимальный вред окружающей среде. К таким источникам энергии относят ветроэлектрические установки, топливные химические элементы, солнечные батареи, электростанции, использующие энергию приливов и отливов, малую гидроэнергетику. В этой области СГЭЭ также находят все возрастающее применение.

При всем разнообразии применений задачи СГЭЭ практически неизменны: при нестабильном внешнем источнике электрической энергии обеспечить выходное напряжение требуемой амплитуды, требуемой частоты (в СГЭЭ переменного тока) и требуемого качества в как можно более широком диапазоне изменения нагрузки и внешнего источника.

СГЭЭ можно разделить на следующие основные группы:

• СГЭЭ постоянного тока;

• СГЭЭ переменного тока.

Исторически первыми возникли, и долгое время применялись СГЭЭ постоянного тока. Этому способствовало то, что подобные системы имеют ряд серьезных достоинств:

• простота привода генератора;

• возможность применения однопроводной сети;

• отсутствует передача реактивной энергии;

• простота обеспечения параллельной работы генераторов.

Но СГЭЭ постоянного тока обладают также рядом значительных недостатков:

• большой вес и габариты;

• наличие у генератора быстроизнашивающегося коллекторного узла, что снижает надежность всей системы в целом;

• постоянное напряжение сложно преобразовывать;

• необходимость дополнительных устройств для преобразования постоянного тока в переменный;

• сложность систем защиты.

Первые СГЭЭ переменного тока были разработаны в США в 40-х годах [68], и по сравнению с СГЭЭ постоянного тока имеют следующие преимущества:

• отсутствие коллекторно-щеточного узла;

• большая предельная мощность генераторов;

• простота и надежность оборудования;

• меньший уровень помех радиоприему.

Основными недостатками СГЭЭ переменного тока являются:

• наличие устройств для преобразования и поддержания постоянной частоты;

• потребление реактивной мощности;

• сложность обеспечения параллельной работы.

Однако, не смотря на эти минусы, СГЭЭ переменного тока в настоящее время практически полностью вытеснили СГЭЭ постоянного тока. Этому способствует еще и то, что СГЭЭ переменного тока удовлетворяют около 95% потребителей по мощности, и лишь 5% мощности необходимо преобразовывать в постоянный ток, в то время как в СГЭЭ постоянного тока в переменный ток стабильной частоты преобразовывается до 20% мощности [68]. Притом мощность потребителей постоянного тока постоянно снижается, а мощность потребителей переменного тока - растет.

В СГЭЭ отбор мощности производится непосредственно от первичного двигателя, и синхронный генератор имеет непостоянную скорость вращения. Значит, возникает необходимость в устройстве, которое либо преобразует переменную скорость первичного двигателя в постоянную скорость вращения вала генератора, либо позволяет получить при переменной скорости вращения вала генератора постоянную частоту его выходного напряжения. По типу стабилизации выходной частоты различают:

• СГЭЭ переменного тока стабильной частоты с приводом постоянной скорости;

• СГЭЭ переменного тока стабильной частоты с преобразователем частоты.

В первом типе систем стабильность частоты обеспечивает специальное механическое устройство, вращаемое от первичного двигателя и обеспечивающее на выходе постоянную скорость вращения вала генератора. Такой тип систем применялся, когда СГЭЭ строились на базе синхронных генераторов с электромагнитным возбуждением и вращающимися диодами. Основной плюс подобных систем - малые массогабаритные показатели(0.6-1.3 кг/кВА) [68]. К недостаткам можно отнести [70]:

• конструктивная сложность;

• малый срок службы;

• большая инерционность;

• сложность синхронизации генераторов при параллельной работе;

• малый КПД;

• наличие теоретических ограничений по реализации ППС на мощности более 12(Ы50кВ-А.

Все это, а также бурное развитие полупроводниковых силовых приборов и систем управления привело к все более и более широкому распространению СГЭЭ переменного тока стабильной частоты с преобразователем частоты (ПЧ) на базе полупроводниковых ключей, то есть представляющих собой машиновентильную систему (МВС). Их использование обеспечивает наиболее высокие энергетические и технические характеристики системы, позволяет успешно решать' вопросы оптимизации конструкции, а также проблемы технологического, экономического и эксплуатационного характера.

По типу используемого преобразователя такие системы делятся на:

• СГЭЭ с непосредственным преобразованием частоты;

• СГЭЭ со звеном постоянного тока.

Непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией (НПЧ с ЕК) в недавнем прошлом очень широко применялись при создании СГЭЭ переменного тока, благодаря своим ценным свойствам [69, 70]:

• однократное преобразование энергии, а значит высокий КПД;

• двусторонний свободный обмен энергией между сетью и нагрузкой;

• простота и надежность силовой схемы;

• большая перегрузочная способность.

Основными недостатками НПЧ с ЕК являются:

• сравнительно низкий коэффициент мощности;

• невозможность формирования напряжения с частотой, близкой к входной частоте;

• сложный спектр входного тока;

• необходимость входного переменного напряжения, которое в ряде случаев (например, при использовании в качестве первичного источника солнечной батареи) отсутствует.

В СГЭЭ со звеном постоянного тока переменное напряжение генератора выпрямляется управляемым или неуправляемым выпрямителем, а затем из полученного постоянного напряжения специальный преобразователь на базе полупроводниковых ключей формирует переменное напряжение с необходимой частотой и амплитудой. Из всего разнообразия схем таких преобразователей наибольшее распространение получил автономный инвертор напряжения и широтно-импульсной модуляцией (АИН с ШИМ), чему способствовало появление мощных полупроводниковых ключей - ЮВТ транзисторов. В настоящее время за рубежом АИН с ШИМ вытеснил все другие преобразователи при мощностях до единиц мегаватт. Инвертор напряжений с ШИМ имеет следующие преимущества перед системами НПЧ с ЕК:

• формирование выходного переменного напряжения в широком диапазоне частот и амплитуд;

• обеспечение высокого качества генерируемой энергии;

• относительная простота и дешевизна реализации системы управления.

К недостаткам АИН с ШИМ можно отнести:

• двукратное преобразование энергии, что снижает КПД;

• возможность возникновения сквозных токов в транзисторах;

• наличие дорогого фильтрового конденсатора в звене постоянного тока.

По типу используемой электрической машины СГЭЭ подразделяются на:

• СГЭЭ на основе синхронных генераторов;

• СГЭЭ на основе асинхронных генераторов.

С учетом вышесказанного, СГЭЭ переменного тока с ПЧ могут быть классифицированы следующим образом [70] (рис. В1.).

Следует констатировать, что до настоящего времени нет сложившегося мнения об оптимальных областям применения той или иной системы в составе

СГЭЭ. Это отчасти объясняется различной степенью изученности их свойств. Рассмотрим известные мнения и результаты разработок, испытаний и эксплуатации опытных систем генерирования.

Рис. В1. СГЭЭ переменного тока с ПЧ

Системы СГЭЭ на базе асинхронных генераторов (АГПЧ) получили распространения, в основном, при построении СГЭЭ для ветроэнергетических установок (ВЭУ). Их применение отчасти ограничивает то, что системы АГПЧ без Ф дополнительного источника реактивной мощности не могут работать в автономном режиме.

Системы на базе АГ с короткозамкнутым ротором (АГкзр) и ПЧ (это может быть непосредственный преобразователь частоты с естественной коммутацией (НПЧ с

ЕК) или выпрямитель с автономным инвертором напряжения (ИН)) нашли широкое применение в регулируемом асинхронном электроприводе. Это связано с известными преимуществами данного типа электрической машины - малой стоимостью и высокой надежностью, а также с широкой номенклатурой выпускаемых электротехническими t фирмами асинхронных двигателей, но в СГЭЭ она применяется пока весьма ограниченно. Известно, что только лишь специалисты фирма Tohoki Electric Power и института Hachione Institute of Technology (Япония) спроектировали системы генерирования мощностью 3.7кВт и 16.5кВт для нетрадиционной энергетики [70]. ПЧ построен на транзисторных модулях, система имеет емкостной источник реактивной мощности. С появлением мощных JGBT модулей большой мощности с высокими рабочими частотами позволяет надеяться, что данная структура как на базе схемы "АГ-УВ-ИН", так и с использованием активного выпрямителя (обращенного инвертора) ("АГ-АВ-ИН") найдет свою достойную нишу.

Системы на базе АГ с фазным ротором (АГфр) являются наиболее широко теоретически и практически исследованными в части их использования в регулируемом электроприводе переменного тока. Система асинхронный вентильный каскадный генератор представляет собой один из вариантов машины двойного питания, у которой в роторе установлен ПЧ со звеном постоянного тока на базе инвертора тока с естественной коммутацией. Такая система способна работать только параллельно с сетью при скорости АГ выше синхронной. Это существенно ограничивает область её применения. Все работы по использованию АВКГ пока носят научно-исследовательский характер [70].

Система асинхронизированный синхронный генератор (АСГ) была исследована одной из первых, когда в 30-е годы была сформулирована проблема создания генератора переменного тока стабильной частоты, работающего при переменной скорости вращения. Наиболее фундаментальное развитие это направление получило в известных научных отечественных центрах ВНИИЭ, ВНИИЭМ, МЭИ и связано с именами советских ученых М.М. Ботвинника, А.И. Важнова, А.Е. Загорского, В.И. Радина, Ю.Г. Шакаряна и др. [9,10,16,17,52].

АСГ для мощных ВЭУ строится на базе серийной или специально спроектированной асинхронной машины с фазным ротором. В качестве возбудителя, как правило, используется НПЧ с ЕК (циклоконвертер). Такое построение системы позволяет обеспечить работу АСГ как с синхронной скоростью вращения, так выше и ниже её. Важнейшей особенностью АСГ данного типа является то, что механическая энергия преобразуется в электрическую (и наоборот) по двум каналам - через статорную и роторную цепь. Это позволяет при ограниченных диапазонах изменения скоростей вращения получить выигрыш по массогабаритным и энергетическим показателям по сравнению с другими системами МВС.

Реально АСГ может иметь преимущества перед другими системами при весьма ограниченном диапазоне скоростей вращения (менее 2-х), что связано с увеличением мощности скольжения и мощности циклоконвертера. Кроме этого, электрическая машина для АСГ при большой мощности ВЭУ весьма дорогая, требует больших эксплуатационных расходов, может быть ненадежной из-за щеточного узла и контактных колец, а при малых мощностях - характеризуется пониженным значением кпд и коэффициента мощности. Помимо этого, мощный АСГ при малых оборотах потребляет относительно высокий уровень реактивной мощности, что также снижает кпд. Следует отметить определенные сложности в обеспечении автономного режима работы АСГ, так как для её устойчивой работы требуется источник реактивной мощности для начального запуска [50]. Применение циклоконвертера при низких кратностях частот ухудшает качество генерируемой энергии [37,59,84,111].

До настоящего времени АСГ имеет небольшое по сравнению с СГ, АГ и системой СГПЧ распространение в СГЭЭ. Но, тем не менее, в первой отечественной установке мегаватного класса ВЭУ "Радуга-1" (мощность 1000кВт), введенной в строй в 1996 г. вблизи г. Элиста, смонтирована СГЭЭ на базе АСГ разработки ВНИИЭ и ХЭМЗ [70]. За рубежом также функционирует несколько ВЭУ с АСГ.

СГЭЭ на базе систем СГПЧ, по мнению многих разработчиков, являются наиболее универсальными, могут использоваться в установках любого класса и любой мощности, они позволяют максимально реализовать достоинства систем с переменной скоростью вращения [11,56,70]. К основным преимуществам СГПЧ относятся:

• повышенное производство электроэнергии;

• снижение расходов на обслуживание;

• повышенная надежность;

• сглаживание колебаний момента и скорости вращения;

• взаимная развязка СГЭЭ и сети переменного тока, отсутствие проблем параллельной работы с сетью;

• возможность генерации реактивной мощности и регулирования коэффициента мощности, реализация автономного режима работы;

• плавный запуск от сети, плавное электрическое торможение;

• регулирование практически с любой скоростью быстродействия.

К недостаткам системы обычно относят её относительно высокую стоимость, а для систем на базе СГ с выпрямителем и ведомым сетью инвертором тока (СГ-УВ(В)-ИТ) добавляют необходимость фильтрующих устройств [37].

Значительный вклад в разработку систем СГПЧ внесли следующие специалисты, Быков Ю.М., Радин В.И., Загорский А.Е., Грабовецкий Г.В., Подъяков Е.А., Харитонов СЛ., Иванцов В.В., Бородин Н.И., Семенов Ю.Е., Лучкин В.Ф., Кожухов В.В., Сипайлов Г.А., Лукутин Б.В. Филатов В.В. и многие другие [1, 2, 3, 8,13ч-15,20ч-24, 30,36,44, 53, 54, 57,65,68,70, 85,92-95,].

В соответствие с рис.1 Л. СГПЧ могут быть разного типа, прежде всего они различаются типом используемого синхронного генератора - в одних используется СГ с электромагнитным возбуждением (ЭМГ) в других - возбуждение обеспечивается постоянными магнитами.

Применение СГ с электромагнитным возбуждением (ЭМГ) обусловлено известными их преимуществами [51]:

• способность вырабатывать как активную, так и реактивную мощность с возможностью её регулирования;

• возможность регулирования или под держания выходного напряжения;

• возможность работы как параллельно сетью, так и в автономном режиме без применения дополнительных устройств;

• высокий кпд;

• многолетний опыт производства и эксплуатации;

• отработанность технических решений для различных модификаций.

К недостаткам СГ обычно относят:

• более высокую по сравнению с АГ стоимость;

• наличие в большинстве случаев контактных колец для подачи возбуждения;

• склонность к качаниям при параллельной работе с другими агрегатами в случае колебаний частоты вращения вала генератора или нагрузки.

Работа систем генерирования на базе СГ в различных режимах фундаментально исследована, в связи с тем, что этот тип электрической машины является основным производителем электрической энергии в традиционной энергетике.

СГ (ЭМГ) применяется в мощных ВЭУ при параллельной работе с сетью и в маломощных установках в автономных режимах [59, 96, 98]. Вот несколько примеров применения. В Дании в 1978 г. пущена в эксплуатацию установка мощностью 2МВт. В 1983 г. в Швеции введена в эксплуатацию ВЭУ WTS-3 мощностью 3МВт (напряжение б.бкВ, скорость вращения 1500 об/мин, коэффициент мощности 0.9). Одна из первых мощных ВЭУ MOD-1, созданная фирмой General Electric в рамках правительственной программы США, оборудована ЭМГ мощностью 1800кВт с напряжением 4160 В и скоростью вращения 1800 об/мин. Имеются сведения об использовании СГ в установках средней мощности от 100 до 300кВт.

Однако, в последнее время, более перспективным считается СГ с возбуждением от постоянных магнитов, или магнитоэлектрического генератора (МЭГ) благодаря тем преимуществам, которые свойственны этому типу электрической машины, а именно [70]:

• малая масса и габариты;

• повышенная надежность и практически отсутствие эксплуатационных расходов;

• некритичность к климатическим условиям, широкий температурный диапазон эксплуатации;

• меньшая трудоемкость в изготовлении;

• согласованность электромагнитных характеристик с ПЧ и характером изменения мощности, генерируемой системой;

• возможность создания многополюсного генератора, исключающего применение мультипликатора при создании ВЭУ.

Специалисты шведского университета Charmers University of Technology разработали серию низкоскоростных дисковых СГ с возбуждением от постоянных магнитов на базе редкоземельных элементов (ниодима-феррита-бария) для работы в системах СГПЧ мощностью 1,64 и 100кВт [87].

В НИИ СЭТМ разработана серия синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов (феррит-сгронций, КС-25, КС-37) для СГЭЭ типа СГПЧ, это генераторы типа МАГ-12, МАГ-15 и ГСВ-260, соответственно мощностью 12, 15, и 260кВт[18].

Самый простой тип СГПЧ это системы "СГ-УВ-ИТ" (в данных системах используется инвертор тока с естественной коммутацией или по другим классификациям ведомый сетью инвертор напряжения). Такие системы обладают практически всеми достоинствами СГПЧ, но при таком построении могут работать только параллельно с сетью и требуют специальных мер по улучшению качества электрической энергии [28]. Системы с использованием автономного режима работы инвертора тока применяются лишь в установках малой мощности [27].

Системы СГПЧ на базе НПЧ с ЕК и на базе ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока с ИН являются основными схемами в этом классе, и, отчасти, именно благодаря им системы СГПЧ считаются перспективными.

Широкое распространение СГПЧ на базе НПЧ с ЕК нашли в системах генерирования для транспортных средств и ВЭУ, приведем несколько примеров.

Фирмой General Electric для ВВС США разработана система "МЭГ-НПЧ с ЕК" мощностью 150кВ-А, используется 9-ти фазный магнитоэлектрический генератор (постоянные магниты на базе сплава самарий - кобальт) и эквивалентная 9-ти фазная нулевая схема НПЧ с выходным LC фильтром, кпд системы в номинальном режиме 89% [71, 76]

Фирмой АихПес разработана система "МЭГ-НПЧ с ЕК" мощностью 60кВ-А. Система охлаждения СГ типа "масляный туман", ПЧ - жидкостное масляное. Скорость вращения вала 16500-г30000 об/мин. Масса системы 38 кг [70].

В СССР первая авиационная система СГПЧ по схеме "ЭМГ-НПЧ с ЕК" на мощность 30/45 кВ-А разработана и испытана в начале 70-х годов. Система на этот же уровень мощности с использованием магнитоэлектрического генератора испытана в середине 70-х годов, что позволяет говорить о приоритете перед зарубежными разработками в создании таких систем. Разработчиком и изготовителем агрегатов системы было АКБ "Якорь", на всех стадиях разработки принимали участие сотрудники ОНИЛПТ НЭТИ. К середине 80-х годов этим же предприятием и созданной к тому времени ОНИЛЭЛА НЭТИ разработана, изготовлена и испытана шкала систем СГПЧ типа СГ-30/45, СГ-60/90, СГ-120/150 по схеме "МЭГ-НПЧ с ЕК" на номинальную мощность соответственно 30, 60 и 120 кВ-А [25,48,49, 68].

В 1997 г. в России завершены заводские испытания СГЭЭ типа СГПЧ на базе схемы "МЭГ-НПЧ с ЕК" для ВЭУ мощностью 1МВт типа "Радуга-1". Разработчиками циклоконвертера являлись АКБ "Якорь", ОНИЛЭЛА НГТУ, разработчик и изготовитель магнитоэлектрического генератора НИИ СЭТМ. Данная разработка является пионерской, в мире нет прецедентов создания подобных систем на такой уровень мощности с использованием идеологии модульного принципа построения [58, 67,69,70,71,74].

Системы СГПЧ для ВЭУ малой мощности ("СГ-В-ПСН-ИН") обычно строятся на базе трехступенчатого преобразования электрической энергии за счет введения промежуточного стабилизатора напряжения (ПСН), что позволяет расширить диапазон изменения скоростей вращения до 3-т4-х.

Специалистами НГТУ совместно с АОЗТ "ЭЛМОТРОН" разработан ряд ВЭУ на базе "СГ-В-ПСН-ИН" мощностью от 0.5кВт до 10кВт, в основе СГЭЭ которой положены магнитоэлектрические генераторы типа ВГ-0.5-г10 с постоянными магнитами (феррит-стронций), предназначенные для работы в составе систем СГПЧ [64].

Системы с НПЧ с ЕК уже нашли свое применение в автономных СГЭЭ, однако, в силу своих описанных выше преимуществ, системы со звеном постоянного тока и с применением автономных инверторов напряжения являются наиболее перспективным направлением развития автономных СГЭЭ. Причем использование систем типа "МЭГ-АВ-ИН", где функцию выпрямления выполняет активный выпрямитель (АВ) на базе автономного инвертора напряжения с ШИМ, работающий в обращенном режиме, а переменное напряжение формируется инвертор напряжения в нормальном режиме, открывает достаточно уникальные возможности по реализуемым функциям и достижимым электрическим параметрам по сравнению с традиционно применяемыми системами типа «СГ-УВ-ИН» [60, 62]:

• возможность стартерного пуска генератора;

• реверсирование потока мощности в системе;

• обеспечение высокого качества потребляемой от генератора энергии;

• обеспечение заданного коэффициента мощности потребляемой энергии.

Возможность использования в качестве выпрямителя инвертора напряжений с

ПММ на полностью управляемых вентилях изучалась с начала 70-х годов [33], и приоритет в этой области принадлежит проф. Г.С. Зиновьеву, предложившего термин «инвертор напряжения в обращенном режиме». Но, в связи с недостаточным развитием полупроводниковой элементной базы, работы носили теоретический характер и не имели практического применения. Однако, общая теория инверторов напряжения, включая анализ электромагнитных процессов, построение силовых схем, алгоритмы управления и их реализация была разработана как для электропривода [4,6, 7, 26, 31-К34, 38, 41, 66, 80, 82, 89, 99, 103, 105,], так и для систем генерирования электрической энергии [61, 70, 75, 77^-78, 90, 91]. Некоторые работы можно назвать фундаментальными [31, 32, 72, 70]. С появлением мощных управляемых ключей -ЮВТ инверторов идея использования для выпрямления АИН с ШИМ (в настоящее время устоялся термин «активный выпрямитель»-(АВ)) получила второе рождение. Подобные системы применяются в асинхронном электроприводе, главным образом в тех случаях, когда необходимо обеспечить реверсирование потока мощности при рекуперации энергии от двигателя в сеть, например в крановом приводе как альтернатива использованию асинхронной машины с фазным ротором [83, 86, 88, 97, 100,106-110,112].

Однако во всех этих публикациях рассматривается работа инвертора в обращенном режиме на сеть переменного тока, и они не могут использоваться для проектирования СГЭЭ на базе системы «СГ-АВ», и на данный момент не существует методики расчета подобных систем. Работа АВ на синхронный генератор при переменной скорости вращения вала вносит свою специфику в электромагнитные процессы в системе, которые на сегодняшний момент не изучены. Изменение величины и частоты выходного напряжения СГ в широком диапазоне влияет на режимы работы АВ, на его энергетические характеристики и параметры генерируемой электрической энергии, изменяются требования к параметрам и характеристикам ключей и электромагнитных элементов системы в целом. Знание качественных и количественных характеристик энергетических процессов в системе даст возможность рассчитать системные параметры и сформулировать технические требования на отдельные агрегаты системы (значения рабочих скоростей СГ, установленные мощности генератора и преобразователя, включая основные энергетические показатели и требования к реактансам, ЭДС холостого хода и току короткого замыкания генератора), выбрать оптимальные алгоритмы управления системой в различных режимах работы. В качестве СГ рассматривается магнитоэлектрический генератор с возбуждением от постоянных магнитов (МЭГ).

Целью диссертационной работы является решение научно-технической задачи повышения энергетической эффективности преобразования электрической энергии путем минимизации неактивной мощности в системах генерирования электрической энергии на базе магнитоэлектрического генератора и активного выпрямителя при переменной скорости вращения вала генератора, имеющей существенное значение для создания автономных СГЭЭ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Разработка методики расчетов электрических величин в электромеханической системе «магнитоэлектрический синхронный генератор - активный выпрямитель» («МЭГ-АВ») при переменной скорости вращения вала генератора на базе созданной математической модели.

2. Анализ электромагнитных процессов (во временной и частотной областях) и энергетических характеристик в электромеханической системе «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора.

3. Разработка оптимальных с точки зрения минимизации неактивной мощности способов управления активным выпрямителем в составе системы «МЭГ-АВ».

Методы исследования

Поставленные задачи решались с привлечением математического аппарата преобразования Фурье, дифференциального и интегрального исчислений и численного моделирования.

Достоверность результатов обеспечивалась параллельными расчетами различными методами и физическим моделированием.

Научная новизна основных результатов диссертации заключается в следующем.

1. Разработана методика анализа электромагнитных процессов во временной и частотных областях электромеханических систем «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора на базе созданных математических моделей. Эти модели основаны как на расчете характеристик системы по основным гармоникам, так и на методе переключающих функций и методе быстрого преобразования Фурье.

2. Проведен анализ электромагнитных процессов в электромеханической системе «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора. Рассмотрены различные режимы работы системы, выявлены условия их существования. Определено влияние режимов работы на величину и качество генерируемой мощности.

3. Разработаны способы управления инвертором напряжения в составе системы «МЭГ-АВ», обеспечивающие минимизацию неактивной мощности в системе при различных скоростях вращения вала генератора.

Практическая ценность работы

1. Результаты расчетов токов и напряжений элементов системы в относительных единицах, а также рассчитанные параметры элементов эквивалентных схем замещения для различных режимов работы могут являться основой для инженерного расчета при проектировании систем генерирования электрической энергии переменного тока.

2. Разработанные алгоритмы управления инвертором напряжения в составе системы «МЭГ-АВ» обеспечивают повышение качества электрической энергии, минимизируя величину неактивной мощности МЭГ, повышая тем самым эффективность преобразования электрической энергии.

3. Предложенные варианты построения систем типа «МЭГ-АВ» для систем генерирования летательных аппаратов и ветроэнергетических установок позволяют рациональнее проектировать подобные системы, по сравнению с применением управляемого или неуправляемого выпрямителя вместо АВ, реализуя в частности стартерный пуск системы и коррекцию коэффициента мощности генератора.

Реализация результатов работы

Результаты расчетов токов и напряжений элементов системы «МЭГ-АВ», а также коэффициента мощности генератора и алгоритмы управления, разработанные для активного выпрямителя в составе этой системы, использовались при разработках стартер-генераторного устройства для легковых автомобилей ВАЗ-21ХХ, систем генерирования электрической энергии для самолетов АКБ Туполева, для преобразователя частоты мощностью 30 Вт привода газовых центрифуг разделительных производств.

Апробация работы

Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на 4-ой Международной научно-технической конференции АПЭП-98 (г. Новосибирск, 1998 г.), на межвузовской научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникации"(г. Новосибирск,

1999 г.), на Международной научно-технической конференции The 3th Korea - Russia International Symposium on Science and Technology. KORUS'99 (NSTU 1999), на Международной научно-технической конференции "Автоматизация и прогрессивные технологии" (г. Ново Уральск, 1999г.), на Международной научно-технической конференции The 4th Korea - Russia International Symposium on Science and Technology. KORUS'2000 (University of Ulsan, Republic of Korea, June27-July 1, 2000), на 4-ой Международной научно-технической конференции АПЭП-2000 (г. Новосибирск, 2000 г.), на Международной научно-технической конференции Power Electronics Devices Compatibility. (Zielona Gora, Poland. 2001), на Международной научно-технической конференции 1st Russian Korean International Symposium on Applied Mechanics "RUSKO-AM-2001" (NSTU 2001), на 6-ой Международной научно-технической конференции АПЭП-2002 (г. Новосибирск, 2002 г.), на научно-технических семинарах кафедры "Промышленная электроника" НГТУ (1998-2005 гг.).

Публикации

Результаты научно-исследовательских разработок изложены в 10 печатных работах, и 1 патенте на изобретение. В числе печатных работ 8 докладов на международных научно-технических конференциях и тезисы докладов для 2 конференций.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы из 112 наименований и приложений. Общий объем 196 страниц машинописного текста, в том числе [ 179 страниц основного текста, 84 рисунка и 7 таблиц.

3.3. Выводы по третьему разделу

1. На основании аналитического обзора разного рода источников информации и проведенных расчетов сформулированы общие требования к системам генерирования электрической энергии переменного тока для летательных аппаратов и ветроэнергетических установок различного на базе СГЭЭ со звеном постоянного тока. На основании этого сделан вывод, что в системах электроснабжения автономных объектов со звеном постоянного тока, где механическая энергия вращающегося с переменной скоростью вала преобразуется в электрическую энергию переменного тока постоянной частоты, с точки зрения минимума массы и габаритов, эксплуатационных затрат, качества генерируемой энергии и перспектив совершенствования оптимальным является применение системы типа «МЭГ-АВ».

2. Определены различные структуры силовой схемы СГЭЭ с применением системы «МЭГ-АВ» для JIA. Выбран наиболее оптимальный с точки зрения энергетических показателей и гармонического состава тока генератора алгоритм управления АВ. Это работа во всем диапазоне оборотов и нагрузок с неизменной глубиной модуляции М=1. Для этого алгоритма произведен расчет основных параметров системы. Предложена методика расчета систем «МЭГ-АВ» в составе СГЭЭ летательных аппаратов.

3. Показано, что применение системы МЭГ-АВ для ВЭУ позволяет отказаться от применения мультипликатора, определены различные структуры силовой схемы для подобных систем как при работе на внешнюю сеть, так и в автономном режиме.

4. Выбран оптимальный алгоритм управления АВ в составе ВЭУ, а именно работа с единичным коэффициентом мощности генератора во всем диапазоне ветров, что позволяет минимизировать установленную мощность системы, а значит стоимостные и массогабаритные показатели. При этом от генератора потребляется мощность по наиболее оптимальному для ветроколеса закону. Для этого алгоритма произведен расчет основных параметров системы.

5. Предложены алгоритмы совместного управления АВ и ИН в составе ВЭУ, которые позволяют поддерживать постоянное напряжение в звене постоянного тока. Для этих алгоритмов построены структурные схемы систем управления.

4. ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Во время эксперимента исследовалась система «МЭГ-АВ» без применения фильтра. Экспериментальная установка собрана на базе источника питания для раздежтельных производств Росатома РФ, разработанного на кафедре промышленной электроники НГТУ совместно с ФГУП ПО «Север», ее показана на рис 4.1., ее фотографии содержаться в приложении 2.

Рис 4.1. Структурная схема экспериментальной установки

Активный выпрямитель (транзисторы VT1-VT6, диодный мост на диодах VD1-VD4, фильтровой конденсатор С1), управляемый с помощью персонального компьютера с частотой ШИМ равной 20 кГц, нагружен на три однофазных трансформатора Т1, Т5, Т6, выполняющих роль статорных обмоток МЭГ. Напряжение на этих трансформаторах может изменяться с помощью лабораторного автотрансформатора Т2. Входное напряжение на АВ подается из сети через развязывающий трансформатор Т4 и лабораторный автотрансформатор ТЗ, который позволяет регулировать напряжение в звене постоянного тока АВ.

Система управления (СУ) построена на базе DSP процессора фирмы Motorola 56F803, который позволяет в режиме реального времени управлять

АВ с помощью персонального компьютера, блок схема СУ приведена на рис 4.2. Импульсы управления ключами АВ формируются блоком ШИМ путем сравнения треугольного опорного сигнала с синусоидальными сигналами задания выходных напряжений АВ, амплитуда, частота и фаза которых задается с клавиатуры компьютера. Кроме этого, блок сигналов задания при переходе сигнала изадЛ через ноль выдает контрольный строб иконт.

И мпульсы управления

Блок ШИМ

ЦчадА задВ ^

ЦзадС ^

Блок опорного сигнала

Блок сигналов задания

Мзад=1

СОзад=2я50 щ фзад конт

Рис 4.2. Блок схема СУ системы управления

Целью эксперимента являлось доказательство того, что при использовании АВ возможно потребление от МЭГ тока синфазно с напряжением генератора (то есть с единичным коэффициентом мощности относительно основных гармоник) в широком диапазоне значений потребляемой активной мощности.

Зададим с помощью автотрансформатора ТЗ напряжение в звене постоянного тока АВ 114=100 вольт. Управляя АВ с глубиной модуляции М=1, получим на его выходе иАВ=М|1 = 35.4В.

В качестве индуктивных сопротивлений фаз якоря МЭГ в данном случае выступают индуктивности рассеивания трансформаторов Т1, Т5, Т6, которые равны Ь5т=276мГн, для упрощения расчетов пренебрежем омическим сопротивлением обмоток, которые составляют 2 Ома, то есть меньше 2.5% от реактанса индуктивности рассеивания на частоте 50 Гц.

Используем систему относительных единиц (1.4), при со = соб должно выполняться равенство Есгхх=идв, в нашем случае со = 2тг • 50. Для МЭГ существует соотношение Есгхх=ке-п, что позволяет записать

ЕСгхх = иАВ • ^71 ^, с учетом вышесказанного базовые величины для соб описываемого случая при различных значениях Есгхх будут выглядеть следующим образом: иб=иАВ=35.4В, о)б=иАВ-^^, 1б = =0.408А,

ЕСгхх 2я • 50 • Ь8т и 2

8б =-^-= 14.45 ВА. 2п • 50 -Ь8т

Зададим желаемую активную мощность РсгзаД> потребляемую от МЭГ. Используя систему уравнений (1.49), можно выразить необходимый ток генератора в относительных единицах: р РсГзад РсГзад ^СИзад ' 271 • 50 • Ь5т СГ(РСГШЯ)- м ~8б-М иАВ2

Значит, ток необходимый генератора определяется как гчРсгзад) =1сг(РСГзад) '1б

Относительная скорость вращения вала МЭГ определяется из системы относительных единиц (1.4) с помощью очевидного соотношения: со кш Есгхх п = ксо иАВ

Выразив п* из уравнения для ¡^(система (1.49)), определим необходимую Есгхх для заданной РсгзаД:

Еспсх - п • иАВ — иАВ 3

Хв4 "(РсГзад-271-50.Ь8т)2

В процессе эксперимента снимались характеристики системы при потреблении заданных значений активной мощности 4 Вт, 8 Вт, 10 Вт и 12 Вт. С помощью лабораторного трансформатора Т1 выставлялось необходимое рассчитанное напряжение Есгхх, АВ управлялся с глубиной модуляции М=1, частота управляющего сигнала была 50 Гц, а его фаза подбиралась таким образом, чтобы ток в обмотке был синфазен с выходным напряжением АВ. Это контролировалось с помощью осциллографа по синфазности тока фазы А и контрольного строба иконт. При эксперименте использовались следующие приборы: цифровой запоминающий осциллограф 008-8208 и мультиметр Вее1есЬ-20Т11М8 с точностью измерения 1%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования автономной системы генерирования электрической энергии переменного тока на базе магнитоэлектрического генератора и активного выпрямителя позволили получить в диссертационной работе следующие основные результаты.

1. Разработана методика анализа электромагнитных процессов во временной и частотных областях электромеханических систем «МЭГ-АВ» при переменной скорости вращения вала генератора на базе созданных математических моделей. Эти модели основаны как на расчете характеристик системы по основным гармоникам, так и на методе переключающих функций и методе быстрого преобразования Фурье.

2. Проведен анализ электромагнитных процессов (во временной и частотной областях) и энергетических характеристик системы "МЭГ-АВ" при переменной скорости вращения вала генератора. Рассмотрены различные режимы работы системы, выявлены условия их существования и определено влияние этих режимов на величину, качество генерируемой мощности и энергетические характеристики системы. Токи и напряжения элементов системы и параметры их эквивалентных схем замещения, определенные для различных режимов работы, могут являться основой для инженерного расчета систем генерирования электрической энергии переменного тока.

3. Разработаны способы управления АВ в составе системы "МЭГ-АВ", сводящие к минимуму величину неактивной мощности МЭГ при различных скоростях вращения вала генератора, повышая тем самым эффективность преобразования электрической энергии. Предложены возможные схемы векторных систем управления, реализующие эти законы.

4. Предложенные варианты построения систем типа "МЭГ-АВ" для СГЭЭ летательных аппаратов и ветроэнергетических установок позволяют рациональнее проектировать подобные системы, по сравнению с применением вместо АВ управляемого или неуправляемого выпрямителя, реализуя в частности стартерный пуск системы и коррекцию коэффициента мощности генератора. Для этих систем выбраны алгоритмы управления и схемы, реализующие их, проведен расчет основных параметров, что может использоваться при создании подобных систем. Предложена методика расчета систем «МЭГ-АВ» в составе СГЭЭ летательных аппаратов.

1. A.c. 1229921, МКИ Н02М 5/22. Способ управления двумя статическими преобразователями частоты, работающими параллельно на общую нагрузку / Бородин Н.И., Харитонов С.А., Подъяков Е.А. // Открытия. Изобретения. 1987. - № 18.

2. A.c. 1310974, МКИ, Н02М 7/48. Способ управления статическими преобразователями частоты, работающими параллельно на общую нагрузку / Подъяков Е.А., Бородин Н.И., Харитонов С.А., Иванцов В.В. и др. // Открытия. Изобретения. 1986. -№ 17.

3. A.c. 983971 МКИ Н02Р 13/16, Н02Р 13/20. Устройство для управления трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью / Подъяков Е.А., Иванцов В.В., Харитонов С.А., Кожухов В.В. и др. // Открытия. Изобретения. 1982. - № 47.

4. Бажулин Ю.В., Шипулин A.B. Микропроцессорная система управления полупроводниковыими преобразователями частоты // Изв. Вузов. Приборостр.-1997.-40, №5.-С.42-46, 86.

5. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф., Ларионов А.Н. Электрические машины с постоянными магнитами М: Энергия, 1964,-480 с.

6. Баховцев И.А. Об одном способе синтеза энергооптимальных алгоритмов управления инверторов напряжения с ШИМ// Материалы 3-й международной научно-технической конференции, АПЭП-96, Новосибирск, НГТУ:1996 - С. 100

7. Баховцев И.А., Зиновьев Г.С. Анализ качества преобразования энергии в АИН с ШИМ// Межвузовский сборник научных трудов Силовые тиристорные преобразователи, Новосибирск: НЭТИ 1987,-С. 3-12.

8. Бородин Н. И. Исследование режима параллельной работы непосредственных преобразователей частоты с естественной коммутацией в источниках питания электрооборудования автономных объектов: Дисс. кандидата техн. наук. Новосибирск: НЭТИ, 1986. - 359 с.

9. Ботвинник М.М. Асинхронизированная синхронная машина. М.: ГЭИ,1960.

10. Ботвинник М.М., Шакарян Ю.Г. Управляемая машина переменного тока. М.: Наука, 1969.i 11. Брускин Д. Э. Синдеев И. М. Электроснабжение летательных аппаратов.- М.: Высшая школа, 1988. 264 с.

11. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.: Высш. школа, 1985.255 с.

12. Быков Ю.М., Василенко B.C., Пар И.Т. Исследование случайных процессов на выходе непосредственного преобразователя частоты.// Электричество,- 1978, -N 1, -С. 45-48.

13. Быков Ю.М., Пар И.Т. Исследование процесса вытеснения одной вентильной группы тиристорного циклоконвертора// Электричество, -1975, -N 10, -С. 42-45.

14. Быков Ю.М. Непосредственные преобразователи частоты с автономным источником энергии. М.: Энергия, 1977,- 145 с.

15. Важнов А.И. Динамическая устойчивость асинхронного генератора с возбуждением в цепи ротора// Изв. ВУЗов. Электромеханика, -1960, -N11.

16. Важнов А.И. Статическая устойчивость асинхронной машины с * возбуждением в цепи ротора// Известия ВУЗов. Электромеханика,- 1953,- N 12.

17. ГОСТ 19705 89. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. - М. Издательство4 стандартов, 1989.

18. Грабовецкий Г. В. Некоторые вопросы динамики вентильных преобразователей частоты с непосредственной связью и естественнойкоммутацией при совместном и раздельном управлении // Электричество. -1975. -№ 2. С. 58 -60.

19. Грабовецкий Г.В. Тиристорные преобразователи частоты с естественной коммутацией для частотно-регулируемого электропривода//Электротехника, -1975, -№5- С. 58-60.

20. Грабовецкий Г.В. Применение переключающих функций для анализа электромагнитных процессов в силовых цепях вентильных преобразователей частоты//Электричество-, 1973, -№ 6-С.46-48.

21. Г.В. Грабовецкий, Куклин О.Г., Харитонов С.А. Непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией для электромеханических систем: Учеб. Пособие. Новосибирск.: НГТУ, 1998,- 60 с.

22. Грабовецкий Г.В., Харитонов С.А., Подъяков Е.А., Семенов Ю.Е. и др. Результаты разработки НПЧ с ЕК для систем электроснабжения переменного тока стабильной частоты// Межвуз. сб. Преобразовательная техника, Новосибирск: НЭТИ, 1979, -С. 3-15.

23. Гречко Э.Н., Тонкаль В.Е. Автономные инверторы модуляционного типа. -Киев: Наукова думка, 1983. -304 с.

24. Гультяев А.Н. Преобразовательная часть ветроэнергетической установки// Труды 3-й международной НТК АПЭП-96, Том 8, Новосибирск: 1996, -С.38-40.

25. Денисенко Г.И. и др. Передача энергии фото- и ветроэлектрических установок в электросистему через инвертор ведомый сетью// Преобразование и стабилизация параметров электроэнергии, Киев: 1990, С. 116-125.

26. Жемчугов Г.А. Уравнения синхронной машины с постоянными магнитами// Электротехника,- 1975,- №1, -С. 42-44.

27. Заболев Р.Я. Вентильные преобразователи частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новосибирск: НЭТИ, 1973.

28. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учеб. пособие изд. 2-еиспр. и доп. Новосибирск, 2003 - 664с.

29. Зиновьев Г.С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преобразователей Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1990. - 220 с.

30. Зиновьев Г.С. Структурные схемы вентильных преобразователей// В сб. Преобразовательная техника, -Новосибирск: 1972.

31. Зиновьев Г.С., Уланов E.H. Расчет эффективности преобразования энергии непосредственными преобразователями частоты с искусственнойкоммутацией // Преобразовательная техника Новосибирск:НЭТИ 1979,- С. 67-81.

32. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины: Учебник для ВУЗов. -М.:Энергия, 1980.-928 с.

33. Иванцов В. В. Разработка источника трехфазного напряжения стабильной частоты для питания электрооборудования автономного объекта: Дис. кандидата техн. наук. Новосибирск: НЭТИ, 1983. - 313 с.

34. Информационный обзор по ветроэнергетическим установкам. (Основные направления развития, технические решения, экономическое

35. Ф обоснование, ведущие зарубежные фирмы, рынки сбыта.) Информэлектро.

36. Аналитико-издат. Центр ИЗАНА. М., 1990. - 318 с.

37. Красиков H.A. "Проектирование узлов программируемых систем управления инверторами напряжения"// Преобразовательная техника, меж. Вуз. сб. научн. трудов -Новосибирск: НЭТИ, 1980,- С. 87-100

38. Курило И.А., Намацмлюк И.Н., Клименко A.B. Микропроцессорная система импульсно-фазового управления трехфазным преобразователем//ф Техн.электродинам.-1988.-№2.-С.26-31.

39. Курило И.А., Намацмлюк И.Н., Клименко A.B. Улучшенный алгоритм управления трехфазным инвертором и его микропроцессорная реализация//Техн.электродинам.-1989.-№6.-С.81-66.

40. Лабунцов В.А., Ривкин Г.А., Шевченко Г.И. Автономные тиристорные инверторы. -М.: Энергия, 1967. -159 с.

41. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 169 с.

42. Лютер P.A. Расчет синхронных машин. Л.: Энергия, 1979. - 272 с.

43. Нежданов И.В. Исследование и проектирование авиационных стабилизированных преобразователей на тиристорах для систем ПССЧ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М.: МЭИ, 1972.

44. Патент на изобретение РФ № 2207698.(приоритет от 01.08.2000г.) Регистрация 27.06. Харитонов С.А., Стенников А. А. Векторный способ управления 4х квадрантным инвертором напряжения в составе СГЭЭ переменного тока.

45. Перспективные бортовые системы генерирования электрической энергии для летательных аппаратов. Этап2. Автономная и параллельная работа. Отчет о научно-исследовательской работе. Тема ГБ-45. № Гос. Регистрации 01.20.02. 08663, инв. № 02.20. 02.04355.

46. Паластин Л.М. Синхронные машины автономных источников питания. -М.: Энергия, 1980,-384 с.

47. Подъяков Е.А., Харитонов С.А., Иванцов В.В., Кожухов В.В. Результаты разработки и исследования системы электроснабжения переменного тока стабильной частоты// Межвуз. сб. Преобразовательная техника, Новосибирск: НГУ-НЭТИ, 1977,- С. 98-110.

48. Рагозин A.A., Пинегин A.JI., Параллельная работа с сетью асинхронизированных синхронных ветроэнергетических генераторов. // Электричество, -1997, -№2, -С. 8-13.

49. Рагозин A.A., Пинегин А.Л., Сопоставительный анализ условий работы асинхронного и синхронного ветроэлектрических генераторов в энергосистеме. // Электричество, -1996,- №2, -С. 16-23.

50. Радин А.И., Загорский А.Е., Шакарян Ю.Г. Управляемые электрические генераторы при переменной частоте вращения. М.: Энергия, 1978.

51. Радин В.И. и др. Определение номинальных данных источника питания автономных систем электропривода с циклоконвертором//Электротехническая промышленность, -1976, -№ 7,-С.51.

52. Радин В.И., Быков Ю.М. Особенности работы циклоконверторов в системах с автономным источником// Электротехника,-1975,- №5.

53. Размадзе Ш.М. Преобразовательные схемы и системы. М.: ВШ, 1967.

54. Сипайлов Г.А. и др. Метод расчета системы: синхронный генератор НПЧ с искусственной коммутацией// Тезисы.- Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией. Киев: 1977.

55. Система генерирования электрической энергии ветроэнергетической установки "Радуга 1" мощностью 1 ООО кВт. Эскизный проект. Книга 1. Система СГЭЭ и ПЧ. - М., 1990. - 356 с.

56. Системы электрооборудования ветроэнергетических установок за рубежом. Аналитическая справка. Информэлектро. Аналитико-издательский центр ИЗАНА. М., 1991.-28 с.

57. Стенников А.А Автономные системы генерирования электрической энергии переменного тока с асинхронным генератором// Материалы научнотехнической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникации», -Новосибирск: 1999г. С. 51-52.

58. Стенников А.А., Харитонов С.А. Векторный ШИМ для инвертора напряжения в составе системы генерирования электрической энергии переменного тока// Труды 4-ой МНТК «АПЭП-98»: Тез. докл., том 7.-Новосибирск: НГТУ, 1998.-С. 76-79

59. Стенников А.А., Харитонов С.А., Родиков Г.Г., Зиновьев Г.С., Берестов

60. B.М. The starter generating installation based on IGBT - inverters// Материалы VI международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП-2002: Тез. докл., том 1, Новосибирск: НГТУ, 2002.1. C.252-256.

61. Трещев И.И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. Д.: Энергия. Ленинградское отд., 1980. - 344 с.

62. Усачев А.П., Гардейчик А.В., Рохлин А.М. JGBT инвертор для ветроэлектрической станции// Труды 4-ой МНТК АПЭП-98. Том 7, Новосибирск: НГТУ, 1998.- С. 69-71.

63. Халас Ш. Оптимизация управления инверторами напряжения в асинхронном электроприводе//Электричество, -1993, -N 1,- С. 43-48.

64. Харитонов С.А. Преобразователь частоты с непосредственной связью для автономных источников питания. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 1978.

65. Харитонов С.А. Принципы построения и расчета систем генерирования постоянного и переменного тока для ВЭУ и подвижных автономных объектов// Труды конференции. ЭШ11-95. Екатеринбург: 1995,- С.64-65.

66. Харитонов С.А. Системы генерирования электрической энергии для ветроэнергетики и автономных подвижных объектов (анализ и синтез) Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, 1998.

67. Харитонов С.А., Брованов C.B., Юхнин М.М. Система генерирования электрической энергии переменного тока// Труды международной науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", АПЭП-92. -Новосибирск: НЭТИ, 1992, -С. 54-57.

68. Харитонов С.А., Заболев Р.Я. Анализ аварийных процессов в системе генерирования переменного тока для систем электроснабжения летательных аппаратов// Труды 3-й международной НТК, АПЭП-96. Том 8. Новосибирск: НГТУ, 1996,- С.40-42.

69. Харитонов С.А., Коробков Д.В. Параллельная работа инвертора на IGBT- модулях с промышленной сетью// Труды 4-ой МНТК АПЭП-98. Том 7, -Новосибирск: НГТУ, 1998. -С. 72-73.

70. Харитонов С.А., Лаптев H.H., Лившиц Э.Я., Юхнин М.М. Анализ некоторых структур силовых схем систем генерирования эл. Энергии// Тез. докл. семинара "Совершенствование судовых и автономных электромеханических систем," Севастополь: 1990.

71. Харитонов С.А., Машинский B.B. Алгоритм векторного управления инвертором с ШИМ для автономных систем генерирования переменного тока// Труды 4-ой МНТК АПЭП-98. Том 7, Новосибирск: НГТУ, 1998.- С. 74-75.

72. Харитонов С.А., Машинский В.В. Векторное управления инвертором на базе JGBT для систем генерирования электрической энергии переменного тока// Сборник научных трудов НГТУ. Новосибирск: НГТУ, 1(10), 1998.- С. 47-55.

73. Чаплыгин Е.Е. Способы микропроцессорного управления автономными инверторами напряжения//Электротехника.-1993.-№11.-С.44-48.

74. Чаплыгин Е.Е. Микропроцессорное управление автономными инверторами напряжения с ШИМ// Электричество. 1994. - № 9. - С. 63-68.

75. Электрооборудование для ветроэнергетики (состояние и тенденции развития). Информэлектро. Аналитико-издательский центр ИЗ AHA. М., 1991. -179 с.

76. Azeddine Draou, Yukihito Sato, Teruo Kataoka A new state feedback transient control of PWM AC to DC voltage type converters// IEEE transactions onpower electronics, vol.10, No. 6, November 1995. -P.233-237

77. Alatalo M. The use of rare-earth-metals and disc-designed generators in order to increase the output from windmill// EWEC'86, Part II.- P.788-791.

78. Bong-Hwan Kwon, Jang-Hyoun Youm and Jee-Woo Lim. A line-voltage-sensorless synchronous rectifier// IEEE transactions on power electronics, vol. 14, no. 5, September 1999.- P966-972.

79. Buja G., Indri G. Optimal pulsewidth modulation for feeding AC Motors//

80. EE Trans. On IA, 1977, vol. 13, No. 1. P.60-64

81. Caldwell, S. C., Peaslee, L. R., and Plette, D. L. The Frequency Converter Approach to a Variable Speed Constant Frequency System// AIEE Conf. Paper, CP 601076, August 1960.-P.38-42.

82. Cha Han-Ju, kim Shin-Sup, Kang Min-Gu, Clung Yong-Ho. Real-time digital control of PWM inverter with PI compensator for uninterruptible power supply.//IECON"90:16-th Annu. Conf. IEEE Ind. Electron. Soc., Pacific Grave, Calif.,Nov, P.44-54.

83. Checco A., Whitehead G. Microprocessor control of a wind turbine generator// "4th IECI Annu. Conf. Proc.: Ind. Appl. Microprocess".- Philadelphia, Pa, № 6. New York: 1978. -P.143-149.

84. Chirgwin K.M. A Variable-Speed Constant Frequency Generating Systems for the Supersonic Transport. Suppl// IEEE Trans. Aerospace, June 1965. -P.93-97.

85. Chirgwin, К. M., and Stratton, L. J. Variable-Speed Constant-Frequency Generator System for Aircraft// AIEE Trans. Appl. Ind.,78, pt. II, 1959.- P.304-310.fc 95. Chirgwin, К. M., and Stratton, L. J., and Toth, J. R. Precise Frequency Power

86. Generation from an Unregulated Shaft// AIEE Trans. Appl. Ind., 79, pt II, 1960. P. 442451.

87. Conway A. A fresh breeze for the NFFO // Atom. Gr.Brit., 1989 P.23-31.

88. Daniel Sharon and Friedrich Wilhelm. Switched link PWM current source converters with harmonic elimination at the mains// IEEE transactions on power electronics, vol. 15, no. 2, march 2000. P.231 -241

89. European wind power event//Energy Digest, vol. 18,N6,1989 .- P. 19-20.

90. Funadiki Shideyuki, Sawada Yuuichirou "A computative decision of pulse width in three-phase PWM inverter'7/Conf Rec.IEEE Ind.Appl.Soc.23-rd Annu.Meet.Pittsburgh, Pa,Oct.2-7,1988. Pt.l.-New York: 1988. P.694-699.

91. J. W. Dixon and B.-T. Ooi, Indirect current control of a unity power factor sinusoidal current boost type three-phase rectifier// IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 35, no. 4, Nov. 1988.

92. Part 2, Electronics and Information Technology. P.244-249

93. Microprocessor-Based PWM inverter using modified regular sampling techniques /Acharya G.N., Shakhawat S.S., Shepherd W., Rao U.M., Ng Yuan M. //IEEE Trans. Ind. Appl.-22, №2. -1986.-C.286-292.

94. Mishriky Aida H., Girgis G.A., Selim Hany. Microcomputer implemented PWM inverter using a unique pattern of switching angles // Modell., Simul. And Contr.-A, 4, №4.-1985.-P.53-64.

95. N. R. Zargari and G. Joos. Performance investigation of a current-controlled ^ voltage-regulated PWM Rectifier in rotating and stationary frames// in Proc. IEEE Annu.

96. Conf. Industrial Electronics Society, 1993. P.l 193-1197.

97. Predrag Pejovi'c and Zarko Janda. An fnalysis of three-phase low-harmonic rectifiers applying the third-harmonic current injection. IEEE transactions on power electronics, vol. 14, no. 3, may 1999.- P.397-407.

98. R. Wu, S. B. Dewan, and G. R. Slemon. A PWM ac to dc converter with fixed switching frequency// in Conf. Rec. IEEE-IAS Ann. Meeting, 1988. P. 706-711.

99. Rudolf T. Shreiner, Alexander A. Efimov, Grigory S. Zinoviev, etc. Energy

100. Efficient Alternative Current Drives with AC/DC Converters based on Active Rectifier // Proceedings of 8th European Conference on Power Electronics and Applications EPE-99, 7-9 Sept., Lausanne EPFL, 1999. P.56.

101. Shibashis Bhowmic, Annabel van Zyl, Rene Spee, Johan H. R. Enslin Sensorless current control for active rectifiers// IEEE transactions on industry applications, vol.33, No.3, May-June 1997. -P.28-32.

102. Stennikov A. A. Kharitonov S. A. Berestov V.M. The parallel operation a ^ system for generating ac power of the "syncronous generator-ac-dc voltage. PEDC2001, Power Electronics Devices Compatibility.- Zielona Gora, Poland: 2001.-P. 182-187.

103. Toshiya Ohnuki, Osamu Miyashita, , Philippe Lataire and Gaston Maggetto. Control of a three-phase PWM rectifier using estimated AC-side and DC-side voltages// IEEE transactions on power electronics, vol. 14, no. 2, march 1999. -P. 222-226.t