автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры регуляторов напряжения в системах преобразования электрической энергии испытательных и технологических комплексов

?ГЗ :

академия наук украиеы ' - й * ■ ь;'-!' институт проблем энергосеерееекия •

На правах рукошся

ЛЯЛЬКО Олег Владимирович

ТРАЕССОРМТОРНО-КЛЮЧЕВЫЕ ИСПОЛНМТКТЬКЫЕ СТРУКТУРЫ РЕГУЛЯТ0Р03 НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ: ЭНЕРГИИ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы к систем, ек.ТгЗЧ2я их управление и регулирование

АВТОРЕОЕРАТ диссертации на соискание ученей степени . кандидата технических наук

КИЕВ - 1993

АКАДЕМХЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

На прапах руяопяса

НЛЬКО Олэг Вдздкмгрозэт

TPAHßWPMATOFHO-Kj!S4EbaS КСПОЛКЭТЕЛЬНЫЕ СТРУКТУРА РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ 3 СИСТЕМАХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЗДЕКТРИЧЕСКСИ ЗНЁГТКМ ИСПЫТАТЕЛЪШХ Я ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность С5.0Э.03 - Электрота."лглчо скул комплекса к czctg!,^;, включая управлэмг.е я рэгулгрсЕзнко

АВТОРЕФЕРАТ д:;ссерт2:г.::: ка ссискажо учаной сто пени :<зкл;:да?а твулшчвс'-г.тх наук

XiiïIB -

Irj93

Работе выложена в Институте электродинамики АН Украины. Научай руководитель - доктор технических наук, . ■

С.Е.С. К.А.ЛШЖОЗСКИЯ.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Э.Н.ГРЕЧКО

- кандидат технических' наук, доцент Ю.З.КУЛЕШОВ

Взятая организация - .НПО •''Киевский: институт автоматики".

Зацита состоится " //" 19ЭЗ г. з. час. на за-

седа-гс: специализированного СоЕета К.016.62.01 Института проблей энергосбереге.пия АН Украины (252070. г.Киев-70, ул.Покровская, 11)

С .гпсо&ртацнеН мойко ознакомиться в снслпотеке Института проблем энергосбережения АН Украины.

АЕторефэрз- разослан "1С"уиЛрсци£ 19ЭЗ г.

Учения секретарь специализированного Совета, г\

каняэдзт технических наук ч^^^ Н.В.РАПЦУН

■ Актуальность темы. Для современных промышленных предприятий возможноеть использован;:.-, передовых ресурсо- и энергосберегающих технологий неразрывно связана с необходимостью внедрения новых высокоэффективных автоматизированных когйтлексоз технологического оборудования, позволявши с максимально возможной скоростью осуществлять требуемый' производственный процесс. Варной , составной частью большинства технологических комплексов является система преобразования электрической энергии, включающая з себя преобразо- ■ ватели различного функгяонального назначения, технически уровень которых в значительной .мере определяет эффективность работы энергоприе:,Еиков и в конечном результате влияет на качество запускаемой продукции. Наряду с технологическим! и особенно электротех-нологнческгми кс:лплексами задача повышения качестза процессов преобразования параметров электрической энергии и соверпенстзозаниз систем, реализуют эти процессы, является актуальной при разработке хсгллексоз для испытаний электротехнического и радиоэлектронного оборудования, а такз:з во многих других случаях.

Одним ,из наиболее распространенных еидоз функшганального преобразования элэктр:таской энергии является регулирование напряжения, что довольно часто требуется при работе энергоприе.чников. как технологических, так и испытательных комплексов. Из всех устройств, реализующих, данное функциональнее преобразование, .последнее врегля широко использувтся регуляторы напряжения, силовые исполнительные органы которых выполнены на основе-' трансформаторно-:слзче2ш: исполнительных структур (TKKG) дискретного действия. Применение ТКИС позволяет получить высокое качество выходной энергии таких регуляторов при малых. потерях и прахтзчэском отсутствии -вля-яния па питащую сеть.

3 то es время в регуляторах нерешенного напряжения (ИИ) да основе 7КПС з процессе пэреклг-гекия тиристоров, которые чаде всего гсяольсузтся в качестве клгяезгз элэмэнтсз, прт естественной ж ко.\о4уто.::ип еозу.с:<но зоззп-сновение контуров короткого замыкания ре-гулнровочннх обмоток трансформиругкдзго элемента л, как- следствие, аварийных рэгсмоз, вэдушс: к ухудшений качества процесса регулирования напряжения в системах преобразователя электрической анергии и даг.:э к выходу из строя ежового исполнительного органа. Известные варианты схеь-ннх решений ТКИС с естественной коммутацией, олти-

^лъкые по ряду осноеных критериев, не являются совершенными в ?том плане, а существующие средства управления и защиты часто бывают малоэффективными. Применение же узлов искусственной коммутации для обеспечения безаварийного переключения регулировочных обмоток ввиду сложности таких узлоз, дополнительных аппаратурных затрат, увеличения стоимости, массы и габаритоз регулятора, не всегда является оправданным.

Все это свидетельствует о необходимости проведения цикла исследований по созданию принципов построения ТКИС с естественной коммутацией тиристоров, использование которых позволяет реализовать схемные решения силовых исполнительных органов РПН, обеспечивающих при высоких технических показателях безаварийные режимы переключения регулировочных обмоток трансформирующего элемента, а значит простоту и надежность процесса регулирования напряжения в системах преобразования электрической энергии испытательных и тех- -нологических комплексов. Именно этим вопросам и иосЕящена диссертационная работа.

Иследозания по диссертационной работе велись в соответствии с темами "Блок" (по постановлению N 520 от 19.12.79 г. и распоряжению N 1317 ст 23.07.81 г. Президиума АН Украины), "Исток" (по постановлению Президиума АН Украины N 535 от 25.11.S3 г.), "Сноп" (по постановлению Президиума АН Украины N 402 от 11/24.12.87 г.), которые выполнялись в рамках координационных планоз НИР АН Украины на 1981 - 19S5 гг. по проблеме 1.9.6.2. "Преобразование и передача электромагнитной энергии" д на 1S8S - 1990 гг. по проблеме 1.9.2.2 "Преобразование, передача'и распределение электромагнитной энергии", являющихся составной частью работ АН Украины по комплексной проблеме "Научные осноеы электроэнергетики".

Пзлыз диссертационной рао'оты является создание нринцгаов построения ТКИС с естественной коммутацией, реализуюсь безаварий-Е1з рекимы переключения обмоток трансформатора, и разработка на основе средств регулирования напряжения систем преобразования электрической энергии испытательных и технологических комплексов.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

- разработки основных положений топологии ТКИС;

- исследования возможностей построения электрической цепи, содержащей обобщенную TKL3, и разработки на ее основе схемных решений силовых исполнительных органов с улучшенными основными показателями для РПН систем преобразования электрической энергии;

- выявления общих закономерностей построения и совершенствования ТКИС РПН систем преобразования электрической эиергш, обеспечивающих безаварийные режимы переключения обмоток трансформатора;

- исследования режимов переключения в тиристорных ТНИС РПН систем преобразования электрической энергии;

- исследования особенностей построения тиристорных силовых исполнительных органов для РПН систем преобразования электрической энергии и разработки средств защиты ТКИС от токов короткого замыкания в контурах переключаемых обмоток трансформатора;

- практической реализации средств регулирования'напряжения систем преобразования электрической энергии с использованием результатов, полученных в работе, их опытной проверки и внедрения в комплексах испытательного и технологического оборудования.

Методы исследования. Для решения сформулированных задач были использованы законы теории электрических цепей, элементы теории множеств, геометрические основы теории комбинаторных систем. Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена экспериментально в лабораторных и промышленных условиях.

Научная новизна. Разработаны основные положения топологии силовых исполнительных органов РПН систем преобразования электрической энергии, базирующиеся на использовании трансформаторно-ключе-вых' обобщенных итеративных структур в двухмерном и трехмерном пространстве координатной решетки; впервые созданы трансформаторный и автотрансформаторный варианты обобщенной электрической цепи силовых исполнительных органов РПН систем преобразования электрической энергии, содержащие модели двухмерных и трехмерных транс-форматорно-ключевых обобщенных итеративных структур, и показана возможность синтеза ТКИС на их осЕове; предложена совокупность приемов и правил, позволяющих на базе указанных моделей синтезировать оригинальные ТКИС; впервые разработаны принципы построения высокоэффективных ТКИС с естественной коммутацией тиристоров, реализующих рациональные безаварийные режимы переключения регулировочных обмоток трансформатора, для РПН систем преобразования электрической энергии; обоснована необходимость топологического преобразования общего узла коммутации и предложены варианты построения ■ средств защиты тиристорных ТКИС,' обеспечивающих оптимальные безаварийные режимы переключения обмоток трансформатора.

Практическая ценность. Использование новых научных положений, . обоснованных в диссертационной работе, позволило: существенно

упростить синтез силовых исполнительных органов РПН и реализовать ряд оригинальных•схемных реаений ТККО с улучшенными технико-эконо-ыическими показателями; проводить сравнительную оценку синтезированных ТКИС по основным критериям качества ,с рекомендациями по использованию наиболее эффективных из- на в РПН систем преобразования электрической энергии; разработать ТКИС широкодиапазонных РПН систем преобразования электрической энергии с улучшенными удельными массо-габаритными показателями силового автотрансформатора; разработать базозые варианты ТКИС ?ПН систем преобразования ■ электрической энергии, в которых осуществляются рациональные безаварийные рекнмы переключения регулировочных обмоток трансформатора; разработать простые и эффективные средстза загщты тиристорнкх ТКИС, обеспечиванцие оптимальные безаварийные регимы переключения регулировочных обмоток трансформатора; реализовать и внедрить з системах преобразования электрической энергии испытательных и технологических комплексов высокоэффективные регуляторы напряжения на основе разработанных ТККО.

Автор выносит на задиту:

- оснозные згслогяккя топслсгик ТКИС;

- трансформатор?.ый и автотрансформаторный варианты обобщенной электретеской цепи силовых исполнительных органов РПН систем преобразования электретеской энергии, содержание модели двухмерных и трехмерных трзнсформзторно-клзочевых обобщенных итеративных структур;

- говскугкостъ приемов I. прав:"-", позволяющих на базе указанных моделей синтезировать ТКИС для РПН систсм преобразования электрической энергии;

- новые типы ТКЙС с естественней к-ммутаыией тиристоров, реализующих безаварийные рекикы переклэченпя регулировочных обмоток трансформатора;

- разработки высокоэффективных регуляторов напряжения систем преобразования электроскоп энергии испытательных и технологически: комплексов.

Внедрение результатов озбегы. Научные результаты и рекомендации диссертационной работы положены в основу разработок, выполненных при участии автора з течение 1934 - 1S91 г.г. Ряд оригинальных схемных решений ТКИС был кспользовэн при построении различных вариантов регуляторов переменного и Енпрямланного напряжения в однофазном и трехфазном исполнении. Указанные регуляторы систем преоб-

разевания электрической энергии были внедрены з испытательных s технологических комплексах ЕШИТ "Злектромаш" (г.Харьков), СКТБ ДонФТИ (г.Донецк), ПО ХКЗ (г.Херсон), п/я А-7240, п/я Г-4367.,

Аггообация заботы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Ш-й, IV-й и V-й Все- ' союзных научно-технических конференциях "Проблемы преобразовательной техники" (Киев. 1983 г., 1987 г., 1991 г.); на Ш-м Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей" (Таллинн,-1986 г.); на Ш-й польско-советской научно-технической конференции "Комплексная автоматизация промышленности" (Вроцлав, 1988 г.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 9 печатных-работ. Приоритет ряда схемных решений■трансформа-торно-ключезых исполнительных структур защищен 24 авторскими свидетельствами СССР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из взедения, четырех глаз, заключения, изложенных на 129 страницах машинописного текста с 106 рисункам! на 55 страницах и 13 таблицами на 11 страницах, списка литературы из 164 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 226 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ззедении показана актуальность проводимых исследований, сфэрэдлярованы цель и задачи диссертации, приведены основные положения, выносимые на защиту, дана информация о структуре работы.

В первой главе показана роль системы преобразования электрической энергии в испытательных и аехнодогичеегеих комплексах и ее влияние на основные технико-экономические характеристики испытательного и технологического процесса. Рассмотрена одна из наиболее часто используемых технологических и испытательных операций - регулирование переменного и выпрямленного напряжения и определен ряд специфических, требований к преобразователя;.«., реализующим указанные функции. Приведена краткая характеристика технических средств регулирования напряжения, среди которых наиболее полно удовлетворяют данные требования дискретные регуляторы на основе ТКИС. Показано, что построение ТКИС однофазных регуляторов напряжения эффективно з просто может осуществляться в случаэ однократного преобразования электрической энергии при палжли одного трансформирующего элемен-

та, вторичная обмотка которого выполнена с отводами или в виде регулировочных секций с ключами в цепи силового тока.

Установлено, что из всех случаев использования ТКИС в качестве силового исполнительного органа системы преобразования электрической энергии только в многоуровневых выпрямителях в процессе переключения регулировочных обмоток, под которым подразумевается изменение коэффициента трансформации трансформирующего элемента путем коммутации тиристоров в фиксированные моменты времени не чаще одного раза за полупериод сетевого напряжения, не возникают аварийные контуры короткого замыкания. Для ТКИС ИШ с естественной коммутацией процесс преобразования электрической энергии сопряжен с возникновением контуров короткого замыкания регулировочных обмоток, величина тока в которых в первом приближении определяется выражением

где Пк_мах - действующее значение максимального коммутируемого напряжения регулировочной обмотки (группы обмоток), Züg -сумма мгновенных значений падения напряжения ва полупроводниковых элементах, a Z^jj - сопротивление резисторов, обмоток и т.п. в контуре короткого замыкания. При фиксированном моменте времени подачи сигналов управления, который обычно опережает момент перевода напряжения через ноль на время необходимое для выключения ифис-торов, уменьшение 1к>3_в первую очередь может быть достигнуто за счет минимизации величины UK-Uaz- Определенное влияние на оказывают и показатели EUg, Z^0H>» однако их увеличение связано с ростом потехъ в силовом исполнительном органе.

В работе предложено в комплекс основных параметров ТКИС, с последующей их оптимизацией, ввести показатель U„ ,„_ и показатель

К. MOA

максимального суммарного коммутируемого напряжения регулировочных обмоток во всех возможных контурах короткого замыкания 2UK>Max или их относительные значенйя U*_Maz> 2U*_Max, определяемые по отношению к диапазону регулгрования. Учитывая дискретный характер функционирования ТКИС, рациональными предложено считать режимы переключения, обеспечивающие равномерное изменение величины выходного напряжения. со ступенью регулирования Е, при которых U ,_маг= =ЭДк.мах=Е" В свою очередь минимизация Е также положительно сказываемся на протекании указанных процессов, что особенно проявляется при уве згчении числа дискретных' уровней выходного напряжения в заданном диапазоне регулировайщ. Однако это приводит к значительно-

му росту числа используемых ключей в ТКИС, а значит усложнению силового исполнительного органа. В случаях, когда Пк-Мах уменьшается до некоторого граничного значения, при котором отсутствуют условия для возникновения 3>, т.е. -

/г и„ „а_з1пл - « о , (2)

л.мал ^

процессы переключения протекают наиболее благоприятно и трактуются как оптимальные.

Показано, что ряд трудностей в разработке, силовых исполнительных срганоз с естественной коммутацией тиристоров, где одновременно были бы удовлетворены противоречивые-требования по обеспечению высокой эффективности использования ключей и рациональному (з том числе и оптимальному) протеканию процессов переключения регулировочных обмоток, обусловил необходимость создания принципов построения таких ТКИС. - ■

Вторая' глаза посвящена изложеншо принципов построения ТКИС ?Пг1 систем преобразования электрической энергии на основе транс-форматорно-ключевых обобщенных итерапшкых структур:

Приведены основные положения топологии силоеых исполнительных' органов,.каждый из которых моаэт- быть- представлен в виде определенного набора трансформаторно-ключевых ячеек, состояниг из пары ключей переменного тока и регулировочной обмотки и образующих элементарные функциональные преобразователи переменного напряжения. Определены способы подключения нагрузки к ячейке и условия ее Зу-гс'Т-оп'.рэвония для заданного вида преобразования. Соединение выводов ячеек по отношению друг к другу может производиться тремя способам, из которых наиболее общим является параллельно-каскад-способ4, образует^ траксформаторно-ключевую обобщенную итеративную структуру. Расположение выводоз таких обобщенных структур осуществляется строго упорядоченно в узлах как двухмерной (рис.1), так и трехмерной координатной решетки, где у - ключ, и> - регулировочная обмотка и х - узел с соответствующими индексам. Это позволяет формальным образом определять местонахождение любого элемента или вывода обобщенной структуры в декартовой системе координат, чем обеспечивается унификация, простота и эффективность ее использования при синтезе конкретных .вариантов ТКИС. с учетом услоеий функционирования трансформаторно-ключевой. обобщенной итеративной структуры накладываются- ограничения на возможные состояния ключей. Обобщенная электрическая цепь силового исполнительного'органа

X

'оа Ц*хю Ьн Хг0 Х(сч)0

I

хФ-1) Х!(г-1\ хг(г.1)

?кс.1

?ПН системы преобразования электрической энергии, содержащая двухмерную транздюрматорно-ключевую обобщенную итеративную структуру' Ы02:5Т 0ы-ь представлена как объединение цепей

пар узлов координатной решетки и соответствующих ил элементов, где 5 - цепь сетевого источника питания, Б_- цепь нагрузки. Необходимость использования нерегулируемой обмотки с возможностью ее реверсирования по отношению к группе регулировочных обмоток послужила причиной разработки универсальной модели трансформаторно-ключевой обобщенной итеративной структуры 2*коло. В этом случае для трансформаторного варианта обобщенной электрической цепи однозначно определены узлы подключения сетевого источника питания к нагрузки, в то время как для ее автотрансформаторного варианта Бд^р существует несколько пособоз подключения сетевого источника питания, соответствующий выбор которых позволяет в значительной степени влиять на установленную мощность автотрансформатора в ТКИС широкодиапазонных ГПН.

Предложенные трансформаторный и автотрансформаторный варианты обобщенной электрической цепи, содержащие модель двухмерной транс-форматорно-ключевой обобщенной итеративной структуры, являются базовыми той синтезе конкретных двухмерных ТКИС. Синтез таких ТКИС, с учетом разработанных правил, наиболее рацион"льно проводится при

помощи матриц используемых ключей Ну.и матриц используемых обмоток , которые содержат упорядоченные в двухмерной координатной решетке-4слючи или регулировочные обмотки. Возможность реализации известных вариантов ТКИС, а также синтез новых схемных решений, подтвердили правильность предложенных принципов построения силовых исполнительных органов ИИ. '

Анализ исследуемых ТКИС показал," что обладая высокой эффективностью использования ключей двухмерные силовые исполнительные органы по показателям и „„„, 211, существенно уступают их оп-

- К •Мал.

тзгальным значениям. Данное обстоятельство о-раничивает возможность применения дзухмерных ТКИС с естественной коммутацией в РБК систем преобразования электрической энергии.

3 третьей главе рассмотрены ТКИС РПН систем преобразования электрической энергии, реализующие рациональные режимы переключения регулировочных обмоток.

Установлено, что рациональные режимы переключения секционированных регулировочных обмоток возможны з случаях введения в двухмерные ТКИС перекрызанхцгк цепей, з качестве которых обычно используются дополнительные ключи. Упорядоченное построение перекрывающих цепей, охзатызающнх все возможные зарианты схемных решений, необходимо проводить з рамках обобщенной электрической цепи, содержащей трехмерную трансфэрматорно-ключезую обобщенную итератиз-ную структуру. С учетом использования нерегулируемой обмотки в работе предложена модель трехмерной трансформаторно-ключезой обобщенной итеративной структуры з виде ' • ' ^

Бткоио =[ ^ткоис к] иБи' .' ■

где £>*К0Г[С - модель двухмерной трансформаторно-ключевой обобщенной итеративной структуры, расположенной в каждом из р горизонтальных слоев координатной решетки; Э*,- объединение цепей, содержащих только дополнительные ключи, которые расположены между соответствующими узлами указанных слоев.'На базе предложенной модели разработаны трансформаторный и автотрансформаторный варианты обобщенной электрической цепи. Построение различных вариантов трехмерных ТКИС проводится при помощи матриц используемых ключей, матриц используемых обмоток, а также латриц используемых дополнительных ключей для кавдого из слоев координатной решетки.

Разработаны три базовых варианта трехмерных ТКИС, пример реализации одного из которых приведен на рис.2 в 'рамках координат-

рис.3 '

кой решетки размерностью q=7, г--4, р=2. На рис.3 показано обычное изображение- данной схемы без учета системы координат. При числе используемых ключей N=9 указанный силовой исполнительный орган реализует ^15 дискретных уровней выходного напряжения и обеспечивает помимо удовлетворительной эффективности использования ключей, рациональные рекимы переключения регулировочных обмоток трансфор-

ЕЗ

I I I

и

1*2; $-5; 9—Ю; /3-Н. „ 2-3;6-7; Ю-Н; /4~/5.

Г

СН ЕЯ

3-4; И-12.

к—5; /2-/3.

ш?

7-8. 8-~9. .

Рис.4

матора с оптимальными основными показателя?,я качества ТКИС,

где

"к.«!"^.«!8®' К.иг^К.и^/^-"- На Рис.4 графически изображены контуры короткого замыкания, возникающие в рассматриваемой ТКИО при переходе от одного уровня напряжения к.другому, с указанием их нумерации. В каздом из приведенных контуров-величина максимального коммутируемого напряжения с учетом того, что величина ЭДС регулировочных обмоток соответственно в три и "в семь раз превышает ЧДС остальных регулировочных обмоток,: равна вацрякению ступени регулирования' 2.

Для любого из базовых вариантов трехмерных ТКИС РПН" в.переходных состояниях характерным является возникновение только одного контура короткого замыкания с единым "для всех переходов топологическим узлом коммутации ключей, что позволяет минимизировать затраты при построении элементов защиты от токов короткого замыкания. 4. "

В четвертой главе рассмотрены вопросы практической реализации регуляторов напряжения систем преобразования электрической энергии Еа основе ТКИС. '. • ' '

. Л Показано, что в случае разработки конфетного схемного реше-

ния силового исполнительного органа РПН наряду с необходимостью выбора элементной базы ванное значение имеет организация ТКИО таким образом, чтобы наиболее рационально ввести в них минимальное количество средств защиты от токов короткого замыкания в контуре переключаемых обмоток. Прямая замена ключей на пары встречно-параллельно включенных тиристоров еще не гарантирует еозмоеность использования общего элемента защиты для всех возмогных контуроз короткого замыкания. Введение элементов защиты необходимо проводить путем преобразования общего узла коммутации' схемы на общие катодный, анодный и выходной узлы. Разработаны схемные решения ТКИС, содержащие любое количество каскадоз тиристоров, в которых ограничение тока короткого ззмыкания в контуре переключаемых обмоток осуществляется при помощи одного элемента защиты.

• Рассмотрены'варианты построения элементоз защиты ТКИС РПН и их Елияние на ограничение токов короткого замыкания. С целью определения условий 'работы элементов защиты в контуре переключаемых регулировочных обмоток' были проанализированы режимы переключения тиристорных ТКИС. Установлено, что для исследуемых ТКИС РПН при их работе на любые виды нагрузок возникновение контуроз короткого замыкания пвре:шзчае;шх обмоток возмогнно в пределах временных интер--валов от момента подачи управляющих сигналов до момента перехода напряЕения через ноль. Анализ переходных состояний ТКИС проводился при помощи схем замещений контура короткого замыкания. Реализация оптимальных безаварийных режимов переключения в силовых исполнительных органах, учитывая влияние показателя 2Ле (-1), наиболее эффективно была получена в случаях использования диодов з качестве элементоз защиты, а такне в случаях увеличения количества тиристоров в контуре переключаемых обмоток путем наращивания каскадов ТКИС. Однако с целью уменьшения потерь в силовом исполнительном органе количество последовательно включенных полупроводниковых элементов в цепи тока нагрузки строго регламентировано. Представленные з работе осциллограммы подтверждают возможность оптимальных безаварийных переключений в предложенных вариантах ТКИС РПН систем преобразования электрической энергии и применение в качестве эффективных средств защиты полупроводниковых диодов и тиристоров.

Приведено описание ряда разработанных регуляторов напряжения систем преобразования электрической энергии на основе ТКИС с естественной коммутацией тиристоров, используемых■в комплексах технологического и испытательного оборудования. Наиболее характерам

примером разработки является программный регулятор переменного напряжения ПРПН, предназначенный для работы в составе автоматизированного контрольно-испытательного комплекса качества продукции. Регулятор осуществляет в строкой диапазоне изменение напряжения по заданной программе без возникновения токов короткого замыкания в контурах переключаемых обмоток и при наличии 17 пар тиристоров обеспечивает реализацию 33 дискретных уровней выходного напряжения. Система управления ПРПН выполнена с использованием'однокристальной микро-ЭВМ КР18163Е48. Функциональные возможности такого регулятора существенно расширены за счет введения в его состав блока сопряжения с персональной ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫЗОДЫ ПО РАБОТЕ

Основные результаты исследований по созданию пршципоз построения ТКИС с естественной коммутацией, реализующих безаварийные регпгмы переключения обмоток трансформатора, для регуляторов напряжения систем преобразования электрической энергии испытательных и технологических комплексов состоят в следующем.

1. Показана необходимость введения з комплекс основных показателей' ТКИС величин максимального и максимального суммарного ком-мут:1руемо?о напряжения регулировочных обмотск, а также их относительных значен. Определено, что дгнные показатели оказывают существенное влияние на величину тока короткого замыкания-в возможных контурах переключаемых обмоток и тем саа.гм характеризуют качество процесса естественной коммутации.

2. Выделена элементарная трансформлторно-ключезая ячейка силового исполнительного органа регулятора переменного- напряжения системы преобразования электрической энергия и предложены способы ксмплекснроззния ячеек, из которых наиболее с-Зщж является параллельно-каскадный способ, образующий трансформаторно-клзчэзую обобщенную итеретивную структуру. Показана необходимость и достаточность упорядоченного расположения трансформаторно-ключевых обобщенных итеративных структур з узлах двухмерной и трехмерной координатной решетки и определены условия фугг-пдгоннрозакпя ключей.

3. Разработаны трансформаторный и автотрансформаторный варианты обобщенной электрической цепи, включающей в себя модель двухмерной трпнсформаторзо-клкчевой обобщенной итеративной структуры, представленной в заде матриц используемых кдт"? ^ :: •

зуемых обмоток, на основе которых существенно упрощается синтез сиж»рит исполнительных органов регуляторов переменного напряжения систем преобразования электрической энергии.

4. При использовании предложенных методик на основе обобщенной электрической цепи синтезирован ряд оригинальных схемных решений силовых исполнительных органов, проведен их анализ по основным показателям качества ТКИС и даны рекомендации по применению наиболее эффективных схем в регуляторах переменного напряжения систем преобразования электрической энергии.

5. Разработаны ТКИС широкодиапазонных регуляторов переменного напряжения систем преобразования электрической энергии и даны рекомендации по уменьшению установленной мощности автотрансформатора, величина которой в значительной, степени определяется выбором узлов координатной решетки для подключения сетевого источника питания.-

6.' При разработке, ТКИС, в которых реализуются рациональные безаварийные режимы переключения обмоток, для регуляторов переменного напряжения систем-преобразования электрической энергии предложено использование трансформаторного и автотрансформаторного вариантов обобщенной электрической цепи, содержащей модель трехмер- -ной 'трансформаторно-ключевой обобщенной итеративной структуры. Разработаны базовые варианты таких ТКИС и определены условия комп-лексирования ключей в каскадах координатной решетки.

7. Обоснована необходимость' топологического преобразования общего узла коммутации тиристорных ТКИС и призедены варианты построения и введения в силовой исполнительный орган средств защиты от токов короткого замыкания в контурах переключаемых обмоток. Разработаны тиристорнне ТКИС, для которых при любом числе используемых тиристоров и требуемом количестве реализуемых уровней выходного напряжения необходим только один общий элемент защиты.

8.'Исследованы режимы переключения тиристорных ТКИС с естественной коммутацией, используемых в регуляторах переменного напряжения систем цреобразования электрической энергии, при работе на любые' виды нагрузок и определены условия оптимального протекания указанных процессов без возникновения токов короткого замыкания в контурах переключаемых обмоток. Предложено дополнительно■введенные диоды, а также тиристоры силового исполнительного органа использовать в качестве элементов защиты ТКИС. '

9. На основе предложенных ТКИС разработаны1 высокоэффективные

средства регулирования напряжения систем преобразования электрической энергии, которые внедрена в составе комплексов непитательного н технологического оборудования.

ССН0ВН03 C0jEFZâK-3 даССГ.гТАЦШ ОГРАНЕНО В CZEJäTZZi IAEGÏÎX "

1. Лялько О.В. Яон2е:~з эффективности испзльговзпгл электромагнитного элс-менто з тра1/сфср:.:гторнэ-".тхче)?нх пополнительнн?: структурах регуляторов пор^згиого яепрлкх-гпй // Тез.докл. III В':-сога.нсуч.-то:;н.:гйцт>. Пооблз:.з nriOÄhscss-тельней техники, окт.ЮЗЗ г. -• Ннзв: Пгд.Кн-тз оллеродгл:

АН УССР, 19S3. - 4.V. - С.91-94.

2. Лялько O.E. Рациональноз построение силс-гего ::■::,г.г. :гло-гоуровкегых преобразователях выпрямленного нзпрягЖй'.л ; кеЕНЫМ в процессе регулирования гармоническим состав:.: // Тсс. докл. III Зсесоюз.науч.-техн.сов. Проблема глектрс^2г:н:т::ой совместимости силовых полупроводниковых преоброзевзтеле:;, -Таллинн: Изд. АН ЭССР, 1SSÔ. - Ч.З. - С.40-41.

3. Лялько О.В. Построение исполнительных структур нреобрагоззте-лой различного функционального назначения кз еснсчи тр?н?Тор:п.-торно-ключевнх ячеек // Тез.докл.17 Еегсо-"'. Н'..уч.-т;-хы.::ол1'. Проблемы преобразовательной техник! , сопт. 19-27 г.- Киев: Кн-тз олзктродгагамики Ali УССР, 1957. - 4.IV. - 0.123-140. .

'1. Лялько 0.3. Повкиение эффективное..: использования трзнс.Горг.:з-. торно-ключевых исполнительных структур с Сезовс,р,-..Иш:.г:! алгоритмам работы // Тез.докл. V Всесош.кзуч.-техн.кснф. Проблемы преобразовательной технжи, сент. 1991 г. - Киев: I-зд. Кн-тз глектроджзмикл АН УССР, 1991. - 4.1. - С.235-237. 5. Липк^вский К.А., Лялько 0.3., Непогодьоз C.B. Програ:.г.-.чый регулятор напряжения со стабилизацией оздзтпго уровня // Методы и сродства повышения эффективности устройстз преобразовательной техники: Сб.науч.тр. - Киев: Нзук.ду:.:у::, 1981. - С.55-С . С. Липковский H.A., Лялько О.В. Широкодпапззонныв дискретные регуляторы переменного напряжения на основе трансфер:.:зтс;сно-кл:-)ч.?-' вых исполнительнш: структур // Силовые полупрсвод-пковыо преобразователи и электрооборудование для энергосборотаггл::-: технологий: Сб.науч.тр. - Киев: Наук.думка, 19S3. - С.91.-96. ■7. Лшковск/Л Х»А,» Лллый О.В., Еярух Б.Д., Уваров Д.В. Трансîop-

. маторно-ключевыв дискретные преобразователи с плавным регулированием выходного напряжения для автоматизированных контрольно-испытательных стендов // Комплексная автоматизация промышленности. III польско-советская научно-техническая конференция, 11-14 октября 1S8S г. - Вроцлав. - С.333-336. 8. A.c. 1095152 СССР, МКИ G05F 1/14. Регулятор переменного напряжения / К.А.Липковский, О.В.Лялько, С.В.Непогодьез, Ю.В.Сидо-. репхо. - Опубл. 30.05.84, Бюл.К 2Q.

э. .-.с. ;095153 СССР, -МКИ С-05? 1/14. Регулятор переменного напряжения / К.А.Липковский, О.В.Лялько, С.В.Непогодьез, З.Ф.Кзза-ренко. - Опубл. 30.05.84, Бюл. N 20.

10. A.c. 1121658 СССР, МКИ G05F 1/14. Многоступенчатый регулятор выпрямленного напряжения / К.А.Липкозский, О.В.Лялько, С.В.Непогодьез, В.Ф.Назаренко. - Опубл.30.10.84, Вал. Н 40.

11. A.c. 1285448. СССР, МКК G05? 1/22. Многоступенчатый регулируемый прэобразозатель переменного напряаения в переменное / К.А.Липковский, О.В.Лялько, С.В.Непогодьез, В.Ф.Назаренко. -Опубл. 23.01.87, Бюл. N 3.

12. A.c. 1374371 СССР, МКИ К02М 5/257. Трансформаторно-ключевой преобразователь переменного напрязения з переменное / К.А.Лип-' ковский, О.З.Лялько, Л.А.Рутманис. - Опубл. 15.02.88, Бюл. N б.

13. A.c. 1437S42 СССР, МКИ G05? 1/22. Преобразователь переменного нагшякения з переменное / К.А.Липкозскпй, О.В.Лялько, Д.Б.Ува-

■ ров - Опубл. 15.11.83, Бал. N 42.

14. A.c. .1603354 СССР, МКИ G05? 1/14. Регулятор переменного напряжения / К.А.Липковский, О.З.Лялько, Д.Б.Узароз. - Опубл. 30.10.90, Бюл. К 40.

15. A.c. 1676027, МКИ К02М 5/257. Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное / К.А.Липкозский, О.В.Лялько, Б.Д.Бирук, Д.Е.Уваров. - Опубл. 07.09.91, Еэл. N 33.

16. A.c. 1704141 СССР, МКК G05? 1/20. Транс^рматорно-ключззой регулятор переменного напряжения / К.А.Липкозский, О.З.Лялько. - Опубл. 07.01.93, Бюл.Ы 1. .

• В работах, выполненных з соавторстве, азтор разработал транс-формзторно-ключезую обобщенную итеративную структуру на основе которой предложены варианты -схемных решений ТКИС (6), предложил варианты построения силовых исполнительных органов. (5,7). В авторских свидетельствах личный вклад указан в материалах заявок.

Соискатель —