автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Уменьшение пульсаци в тиристорных регуляторах переменного и выпрямленного токов на основе элементов с управляемым энергообменом

Р ^ ^ АКАДЕМИЯ НАУК УНРАЙНЫ

' ' 0 О Л ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

' ^ ^ г- Р. ,,

На правах рукописи

СООЯРВ Юрий Эдович

УМЕНЬШЕНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ В ТИРИСТОРНЫХ РЕГУЛЯТОРАХ ПЕРЕМЕННОГО И ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕМЕНТОВ С УПРАВЛЯЕМЫМ ЭНЕРПЮШЕНОМ

Специальность 05.09.12 - полупроводниковые преобразователи электроэнергии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1993

Диссертация выполнена в Институте энергетики АН Эстонии

НгзучныЙ руководитель - кандидат технических наук,'

с.н.с. В.В. Сарв

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

с.н.с. К.А. Липковский

кандидат технических наук, с.н.с. М,Т. Стрелков

Ведущее предприятие - Рижский технический университет

Защита состоится "/-У.". . .9. . 1933 г. в./У. часов на заседании специализированного совета Д016.30.03 при Институте электродинамики АН Украины (252680, г. Киев-57, проспект Победы, 56, тел. 446-91-15)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института электродинамики АН Украины.

„ и It

Автореферат разослан ".'rv . SWWк . 1993 г.

Ученый секретарь визированного со доктор технических наук (j^Oi/lц J федий.

специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЕ

Актуальность проблемы. Удельный вес электроэнергии, потреб-яемой в преобразованном виде, значителен и имеет тенденцию даль-ейшего увеличения. Поскольку основными элемен-ами различных пре-бразователей являются управляемые статические ключи, то их свой тва во многом определяют качественные показатели и самих преобра-ователей. В частности, реальные преобразсаатели потребляют из икающей цепи искаженный высшими гармониками ток, а также, эагру-ают питающую сеть значительной реактивной мощностью и выдают по-ребителю, наряду с желаемой основной частотой, нежелаеше высшие армоники или субгармоники. В связи с этим проблемам элэктромаг-итной совместимости (ЭМС) полупроводниковых преобразователей с етью г.итания и нагрузкой уделяется большое внимание.

В диссертационной работе исследуются вопросы электромагнит-ой совместимости тиристорных регуляторов переменного и выпрям-енного токов с сетью питания и' нагрузкой с цегью снижения" неже-ательных составляющих частотного спектра соответственно входного ока и выходного напряжения. Использование управляемых реактивных акопителей и межфазных трансформаторов открыло принципиально но-ые возможности для разработки силовых сглаживают"« фильтров и алоискажающих полупроводнике ми преобразователей параметров элек-рической энергии, в том числе регуляторов переменного и выпрям-енного токов, и вместе с тем породило ряд научных задач, без ре-ения которых эффективное применение управляемых реактивных нако-ителёй и межфазных трансформаторов невозможно.

Работа выполнена в соответствии со следующими плановыми те-ами Отделения физико-технических проблем энергетики АН СССР . 1.9.3.2. "Разработка основ синтеза оптимальных энергетических сточнико'в тока и сглаживающих фильтров (1976-1980), п. 1.9.6. Электромагнитное совмещение полупроводниковых регуляторов выпрям-енного и переменного токов с сетью питания и с нагрузкой" (1980985) и п. 1.9.2.4.2.• "Разработка регулируемых вентильных преоб-азователей с улучшенными технико-экономии^скими показателями для лектропитания электрофизических и электротехнологических устано-ок" (1985-1990), п. 2.1.21. "Развитие теории и создание силовых ктивных фильтров, обеспечивающих-электромагнитную совместимость системах'вторичного электропитания" (1989-1991).

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работа является новое решение научно-технической задачи построения малоискажающих регуляторов переменного и выпрямленного токов и сглажиЕащих фильтров на основе элементов с управляемым энергообменом, направленное на улучшение электромагнитной совместимости систем вторичного электропитания. Поставленная цель потребовала решения сдадут,..х задач:

- исследование различных схем трехфазных преобразователей переменного напряжения в регулируемые переменное или постоянное на базе управляемого межфазного трансформатора (автотрансформатора), выявление их ос;Зеьностей, свойств и характеристик, разработка методики их проектирования;

- исследование однофазного источника переменного тока на базе индуктивного накопителя энергии с переключаемым числом витков, определение зависимости гармонического состава потребляемого из сети гока от вел! чины индуктивности накопителя;

- исследование и разработка активных сглаживающих фильтров на базе импульсно-управляемых реактивных элементов, определение зависимости коэффициент' фильтрации от параметров энергонакопительных элементов;

- определение основных параметров диссипативных активных (транзисторных) фильтров непрерывного действия срезистивно-индук-тивной шунтирупдей ветвью;

- опытная "троверка и внедрение новых полупроводниковых регуляторов переменного и выпрямленного напряжения с улучшенной электромагнитной совместимостью.

Мет ды исследования. Для решения поставленных задач использованы методы математического моделирования и гармонического анализа. В некоторых случаях анализ мгновенных значений переменных осуществлялся решением дифференциальных- уравнений с применением методов припасовывания и численного интегрирования на ЭВМ, а по найденным мгновенные значениям тока и напряжения определялись интегральные характеристики схем. Проведены также экспериментальные исследования на лабораторных макетах и реальных устройствах.

научная новизна. Предложены и исследованы новые структуры тиристорных регуляторов переменного и выпрямленного напряжений, содержащие индуктивный накопитель энергии или межфазный трансфер-

агор с секционированными обмотками и тиристорный коммутатор для тупенчатой модуляции числа витков этих обмоток, позволяющие за чет принудительного синтезирования формы кривых токов нагрузки и итающей сети существенно улучшить ЭКС как с сетью питания, так и агрузкой. Предложены оригинальная схема однофазного индуктивно-лючевого регулятора переменного напряжения на базе импульсно-правляемого индуктивного накопителя энергии и ряд оригинальных хем трехфазных преобразователей переменного напряжения в регули-iyuMbie переменное и постоянное на базе межфазного трансформатор-i. (первые получены аналитические выражения,, описывающие характер избиения потребляемого из сети тока и условия коммутации ключей, гго дает возможность проанализировать гармонии окий состав потреб-1яемого из сети тока при разных углах управления. Определены palee не! шестные зависимости величины выходного напряжения и rt смо-адческого состава потребляемых из сети токов в однофазном индук-сивно-ключевом регуляторе переменного напряжения от конечной ветчины индуктивности, а в трехфазном регуляторе переменного напряжения - oí постоянной времени нагрузки.

предложены структуры силовых сглаживающих фильтров на основе импульсно-управляемых реактивных элементов, которые позволяют повысить эффективность процессов энергсобмена и уменьшить установленную мощность энергонакопи.ельных элементов фильтра. Исследованы особенности процессов энергообмена в индуктивных и индуктивно-емкостных фильтрах с импульсно-управляемыми сглаживающими дросселями и определены сглаживающие свойства таких фильтров.

Разработаны математические^модели транзисторных фильтров непрерывного действия последовательного типа с резистивно-индуктив-ной шунтирующей ветвью, на основе которых определены частотна;, зависимость коэффициента фильтрации от параметров схемыг пути повышения к.п.д. фильтра и уменьшения установленной мощности . регулирующих элементов.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- в результате выполненных исследований предложены новые схемы, защищенные авторскими свидетельства..® СССР. В том числе: устройства для регулирования однофазного переменного напряжения (I авт. св.) и трехфазного переменного напряжения (18 авт. св.), трехфазные преобразователи переменного напряжения в постоянное (4 авт. св.), фильтры для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (б авт. св.);

- сведенные в таблицу "основные расчетные параметры для предложенных малоискажащих преобразователей переменного напряжения в регулируемые переменное,и постоянное позволяют расчитать трансформаторы, тириеторный коммутатор и выпрямительный мост по заданным исходным данным;

- получены зависимости для расчета элементов силовой схемы и системы управления, фильтров для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на основе импульсно-управляемых реактивных элементов и транзисторного фильтра непрерывного действия с активно-индуктивной шунтирующей ветвью.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при проектировании и внедрении в эксплуатацию источникои пита-ьля плазмотронов постоянного тона и сверхпроводящей магнитной системы лабораторного синхротрона в Институте энергетики и Институте физики АН Эстонии, соответственно.

Результаты работы использованы также в Центральном конструкторском бюро машиностроения ПО "Донец" (г. Луганск) при освоении малоискажавщих вентильных преобразователей в технологическом оборудовании для выращивания кристаллов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Новые структуры малоискажающих вентильно-трансформаторных преобразователей переменного напряжения в регулируемое переменное и постоянное с улучшенной ЭМС на базе. межфазного трансформатора или импульсно-улравляемого индуктивного накопителя энергии «.методика их расчета при активной нагрузке.

2. Результаты расчета величины выходного напряжения и гармонического состава потребляемых из сети токов в зависимости от конечной величины . индуктивности в однофазном индуктивно-ключевом регуляторе'переменного напряжения и от постоянной времени нагрузки в трехфазном регуляторе переменного напряжения.

3. Новые структуры силовых сглаживающих фильтров выпрямленного напряжения на бызе импульсно-управляемых реактивных элементов, и методика расчета индуктивных и индуктивно-емкостных фильтров, с переключаемым числом витков обмотки сглаживающего дросселя.

4. Новые схемы транзисторных фильтров непрерывного действия последовательного типа с активно-индуктивной шунтирующей ветвью, расчетные,соотношения энергетических параметров и частотная зави-

лмость коэффициента фильтрации от параметров схемы.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались авторе и об-уждались на: научно-техническом совещании "Проблемы электромаг-итного совмещения силовых полупроводниковых преобразователей", аллинн, 1979; II Всесоюзной научно-технической конференции "Проб-емы преобразовательной-техники", Киев, 1979; научно-техническом овещании "Проблемы электромагнитной совместимости силовых полу-розодниковых преобразователей"/Таллинн, 1982; межотраслевой науч-ю-технической конференции "Применение автоматизированных пелу-фоводниковых преобразователей частоты для экономии материалов, ■рудовых и энергетических ресурсов а машиностроении", Уфа, 1983; [II Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобра-ювательной техники",.Киев, 1933'; научно-технической конференции 'Пути улучшения энергетических и массогабаритцых показателей полупроводниковых 'преобразователей", Челябинск, 1985; III Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей",' Т&плинн, 1986;'. Всесоюзной Научно-технической конференции "Автоматизация электротехнологических процессов в гибких производственных системах машиностроения- на основе полупроводниковых преобразователей частота", Уфа, 1987; 1У Всесоюзной научно-технической конфереьции • "Проблемы преобразовательной техники", Киев, 1987.

Доклады с основными результатами диссертации включены в программы и опубликованы в" трудах следующих международных научно-технических конференций; У конференция по силовой электронике,-Будапешт, 1965; У1 конференция по силовой электронике и электроприводам, Будапешт, 1990; 1У Европейская конференция по силовой электронике и по ее применению, Флоренция, 1991.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 51 печатная работа, в том числе 8 статей, написанных автором единолично, и двадцать девять авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 228 страницах машинописного текста, включая 3 таблицы (3 стр.), 100 рисунков (51 стр.), список литературы из 170 наименований (20 стр.) и приложений (II стр.).

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы исследования, сформулирована, "'ель работы, отмечена научная новизна, практическая значимость полученных результатов, изложены основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе рассмотрены теоретические модели регуляторов переменного и выпрямленного токов и сглаживающих фильтров, построенных на базе управляемого индуктивного накопителя энергии или на базе управляемого меЧфазного трансформатора. При- этом рассмотрено идеальное плавное изменение индуктивности или коэффициента трансформации, обеспечивающее полную сглаженность токов читающей сети и нагрузки. Таким путем определены предельные теоретически достижимые энергетические показатели, к которым показатели реальных устройств могут лишь приближаться.

Показано, что при "идеальном" фазовом управлении регулятора однофазного переменного напряжения регулирующий, орган должен содержать индуктивный накопительный элемент (рис. I), причем в общем случае накоплэннаг в энергонакопительном элементе энергия должна отличаться от.нуля. Рассмотрены две закономерности управления индуктивностью £ при активной нагрузке и напряжении питания и - (/„л'л : во-первых, индуктивность регулируется в зависимости от угла управления » и во-вторых, индуктивность регулируется в зависимости как от угла управления, так и от времени

-Г

V к

1+

s¡nг(u>t- а)

Й , мин _х

— {да , где к= ———. - коэффициент,

определяющий минимальный запас энергии в дросселе. Управлением индуктивности по первой зависимости достигается существенной улучшение формы входного тока только при отстающих углах управления и, например, , при максимальной величине/Я - 5 в диапазоне регулирования I : 5. При опережающих углах управления необходимо перейти к регулированию индуктивности по второй зависимости. Хотя в последнем случае требуемое максимальное значение индуктивности в (к + I) раз больше, чем при первой зависимости, синусоидальная форма входного тока обеспечивается как при отстающих, так и при опережающих углах управления.

При идеальном фазовом регулировании трехфазного напряжения в

установившемся режиме трехфазный регулирующий орган в целом не обменивает энергию ни с источником питания, ни с нагрузкой, хотя в каждой фазе регулирующего органа происходит периодическое потребление и вцдача энергии с удвоенной'-частотой питэкия, как это было в однофазных схемах. Если конфигурация, пепи допускает меж-фаэный энергообмен, то применение энергонакопигельных элементов не является неизбежным. Целенаправленное управление межфазным энергообмзном можно осуществить, с помощью "правляемых межфазных автотрансформаторов.(рис. 2 и 3). Гря симметричной системе синусоидальных входных напряжений количество витков межфазного трансформатора должно изменяться также цо .синусоидальным функциям, чтобы получить синусоидальные входные токи. Типовая относительная мощность трехобмоточного и однообмоточного мекфазных автотраксфор-» маторор составляет 0,744 и 0,249, соответственно.

Известно, что применение параметрических реактивных накопителей энергии позволяет повысить эффективность силовых сглаживающих фильтров' выпрямленного тока. Показано, что при заданной индуктивности сглаживающего дросселя индуктивного и индуктивно-емкостного фильтров полное сглаживание тока ограничено не дефицитом энергии в сглаживающем дросселе, а неполным использованием этой энергии. Накопленную в сглаживающем дросселе энергию возможно изменять целенаправленным изменением количества витков обметки сглаживающего дросселя или шунтированием обмотки дросселя управлявши сопротивлением. Накопленная в' сглаживающем дросселе энергия наилучйе использована, когда индуктивность дросселя изменяется от ее максимального значения до нуля и вся переменная составляющая входного напряжения падает на сглажи- агощий ;россель. Например, когда входное напряжение индуктивного фильтра* и = (/„ + + ит зтсо1, для полного сглаживания тока ( к у = <*■ ) нагрузки 11 индуктивность дросселя должна изменяться по закономерности

Для сравнения приведен коэффициент фильтрации простого индуктивного фильтра при I = 1мокс = азпъЬ и ит = С0 : {1 + ( Ш

= При регулировании накопленной в сглаживающем дросселе энер-

гии целенаправленным управлением диссипативного элемента, подключенного параллельно сгла: шающему дросселю (рис. 4), полная сглаженность тока нагрузки / . достигается при изменении сспротивле-

ния регулирующего элемента Ra по закономерности .

___о„, *

*> ~

и„

7--========- sin (out-9)

cz iRiHooL)2

При U„/Ug - ол и u)L/ /?f a 10 коэффициент простого индуктивного фильтра, имеющего те же самые значения к.п.д. и индуктивност] дрос. jля, только 1,49.

Во второй главе приведен обзор разработанных с участием автора многопульсных регуляторов переменного и выпрямленного налря жений и определены их основные расчетные параметры, необходимые для проектирования конкретных устройств. Для наиболее перспективных схем найдены аналитические выражения, описывающие характе] изменения потребляемого из сети тока при разных состояниях тирис-- торного коммутатора, и на основе их проанализирован гармонически! состав потребляемого из сети тока при разных углах управления ] при разной постоянной времени силовой цепи.

Определено влияние конечной величины индуктивности, сглажи вающего дросселя на коэффициент гармоник и действующее эначени выходного напряжения однофазного индуктивно-тиристорного регуля тора тока (рис. I, где п = 3) в режимах принудительной и естест венной коммутации тиристорор. Показано, что при заданном макси мально допустимом коэффициенте гармоник выходного напряжени диапазон регулирования выходного напряжения уменьшается.с уменьшением постоянной времени последовательной цепи из дросселя и на грузки независимо от способа коммутации тиристоров. При этом ми нимальный коэффициент гармоник соответствует максимально^ выход

кому напряжению.

t

Основные расчетные параметры новых схем (всего 18 схем) фа зового регулирования трехфазного переменного напряжения, построен ных на базе межфазных трансформаторов, рассчитаны при активно! нагрузке и при симметричной трехфазной системе питания иА = UM sin wt, Для формирования малоискаженных кривых токое питани и напряжений нагрузки сперва формируется достаточно густая сетк синусоидальных кривых напряжений:

Uh- 0„ sin § (2h -1)cos [-£. (2ft - 0'cat]

или

™ b cos (-Zh-h-tut) ,

где/>-= I, 2, ...,m/ 2, m- пульснСсть схемы (в данной работе ограничивается т * 12). Из отрезков первого множества . синусоидальных кривых формируется кривая напряжения нагрузки без нулевой ступени {рис. 5,а) и из отрезков второго множества синусоидальных кривых - с нулевой ступенью'(рис, 5,6). Последнюю форцу кривой напряжения нагрузки (при активной нагрузке также кривой тока) .имеет схема рис. б. Относительная типовая мощность трехфазного автотрансформатора Т равна 0,252. Процесс работы двенаццатипульсных схем регулированиятрехфазного напряжения при индуктивной и актив-но-индукгивной нагрузке проанализирован танже по примеру схемы рис. б. По результатам анализа можно заключить, что предложенные» ' преобразователи обеспечивают хороший спектральный состав тока нагрузки как при активной, так и.при активно-индуктивной нагрузке (рис. 5,в), при этом с увеличением постоянной времени нагрузки форма тока улучшается. Ток нагрузки имеет свое максимальнре значение и синусоидальную форцу при угле управления, равном фазному сдвигу нагрузки У , и ток нагрузки уменьшается до нуля при угле управления, равном 2 ¿г/ 3.

Рассмотрена возможность увеличения пульсности условно-многофазных схем, содержащих два т, -фазных выпрямительных блока и уравнительный реактор с промежуточными отводами. Показано, что . т = 2 'п(/77г-пульсннй режим достигается использованием Zm(+m2 тиристоров. Например, в схеме рис. 7 двенадцатипульсный режим достигается использованием ? тиристоров, при этом относительная типовая мощность трансформатора TI равна 0,72 и уравнительного реактора Т2 - 0,29.

В конце этой главы рассмотрены вопросы построения многопуль-сных выпрямителей на базе межфазных трансформаторов. Приведены основные расчетные параметры выпрямительного и межфазного трансформатора, тиристорного коммутатора и выпрямительного моста. В первой группе выпрямителей регулируется переменное напряжение неуправляемого выпрямительного моста, поэтому они входят в класс выпрямителей, регулируемых тиристорами на стороне переменного тока. Из рассмотренных двенадцатипульсных выпрямителей первой группы относительная типовая мощность межфазного автотрансформатора _не превышает'0,25, Во второй группе выпрямителей выпрямленное на-■ пряясечиа регулируете^ изменением интервалов проводимости гиристо-

Т2

ров выпрямительного моста, а однообмоточный межфазный автотранс- ' форматор используется для распределения тоггмеяаду фазами питающей сети... Показано, что для устранения высшх.гармоник ниже П-й во входных токах и ниже.12-й в выходном напряжении двенадцатипулье-ного выпрямителя, отношение чисел витков секций обмотки межфаэно-го автотрансформатора должно равняться I : 2,73. Более чем десятикратное уменьшение 5-й и 7-й гармоник тока питания, по сравнению с шестипульсной схемой, достигается при отношении чисел витков 2,41...3,12. Однообмоточный межфазный автотрансформатор может работать и качестве согласующего повышающего автотрансформатора и в зависимости от конкретной схемы соединения выводов его обмотки номинальное выходное напряжение может быть увеличено в 1,36 или в 3,73 раза. Тогда среднее значение номинального напряжения нагрузки равняется 1,21- или 3,31-кратному амплитудному значению линейного напряжения питания, соответственно, но при этом относительная расчетная мощность межфазного автотрансформатора увеличивает-, ся с 0,235 до 0,320 и 0 873, соответственно.

В третьей главе рассматриваются характеристики оригинальных сглаживающих фильтров выпрямленного напряжения. По принципу работы эти фильтры разделяются на'-две группы: I) индуктивный или индуктивно-емкостный фильтр со ступенчато изменяемым числом витков дросселя (рис. 8); 2) к обмотке или ее секции подключен параллельно транзисторный фильтр непрерывного действия (рис. 10). По проведенному анализу видно, что первая схема позволяет скомпенсировать самые низкие из высших гармоник тока нагрузки (рис. 9). Положительный .эффект достигается в широком диапазоне изменения переменной'составляющей входного напряжения: 0,5...2,0 ин ном . Экспериментально проверено уменьшение разности максимального и минимального значений тока нагрузки в 4,6 раз, по сравнению с классическим ¿С -фильтром, и действующего значения основной гармонической составляющей пульсации в 36 раз. По экспериментальным результатам проверена действительность математической модели параметрических реактивных элементов, управляемых сигналом источника управления.

Когда в шунтирующую ветвь входит вся обмотка сглаживающего дросселя (рис. 10), т.е. = 0, тогда средняя мощность на регулирующем транзисторе выражается

где кт=и„/ио', ка-ди6/ив - относительное падение постоянного напряжения*на фильтре; х = £ о/- постоянная времени шунтирующей ветви. Анализ схемы гоказывает, что'с целью максимальной разгрузки регулирующего, транзистора'по току и уменьшения рассеиваемой в нем мощности целесообразно включить в шунтирующую ветвь всю обмотку. Если включить в шунтирующую ветвь только часть витков, воз-, можно повысить к.п.д. фильтра •

(зависимости <ки=}(к) при шт = уаг приведены-на рис. II). Когда отвод обмотки сделан от части витков, обеспечивающей минимально е значение ки , к.п.д. фильтра повышается при относительной входной пульсации (Ут 1 Ой = 0,25 от 0,75 до 0,89...0,97 в зависимости от постоянной времени шунтирующей ветви. При этом рассеиваемая на "транзисторе мощность равна 1,4...3,8 % от входной мощности фильтра. '

Зависимости коэффициента фильтрации по напряжению приведены на рис. 12, где кривая I соответствует 10Д0-индуктивному фильтру,

2 - транзисторно»^ фильтру .с чисто омической шунтирующей ветвью,

3 -■ транзисторному фильтру с ¿0/?0 -шунтирующей ветвью и 4 - транзисторному фильтру без шунтирующей ветви. Включение в шунтирующую ветвь индуктивности позволяет повысить коэффициент фильтрации на 40 дБ, что показывает зависимость коэффициента фильтрации по напряжению от параметров шунтирующей ветви. Предложена система управления регулирующим-транзистором, где последняя зависимость устранена.

• В приложениях приведены технические данные внедренных устройств и акты сдачи-приемки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью в диссертации получены следующие основные результаты:

I. Показано, что перспективным путем решения проблемы ЭМС регуляторов переменного и выпрямленного напряжения .с сетью питания и нагрузкой является построение малоискажающих аантильно-транс-«форматорных преобразователей и силовых сглаживающих фильтров вы-

прямленного напряжения на базе управляемых реактивных энергонакопительных элементов или на базе управляемо ;о межфаэного трансформатора, обеспечивающих целенаправленный энергообмен.

2. Предложена и исследована оригинальная схема .однофазного тиристорно-1индуктг"ного регулятора переменного напряжения, содержащего сглаживаюций дроссель, с переключаемым количеством витков, и определена закономерность изменения индуктивности этого дросселя. При выполнении обмотки с двумя промежуточными отводами и при заданном максимально допустимом коэффициенте гармоник кратность регулирования выходного напряжения уменьшается при уменьшении постоянной времени силовой цепи. Однакр максимально^, выходному напряжению соответствует минимальный коэффициент гармоник тока нагрузки и максимальный коэффициент гармоник соответствует малым значениям выходного напряжения.

3. Предложены и исследованы 17 оригинальных схем для регулирования трехфазного напряжения, содержащих управляемый межфазный трансформатор. Определены закономерности изменения числа витков фазных обмоток межфазного трансформатора и алгоритмы управления тиристорным коммутатором. Приведенные в таблицах основные расчетные характеристики предложенных малоискажающих преобразователей' позволяют- выбрать наиболее перспективные схемы и рассчитать'^ меж-: фазный трансформатор и тиристорный коммутатор по заданным исходным данным. В предложенных схемах минимальные относительная типовая мощность межфазнопо трансформатора и условная мощность тирис-торного коммутатора составляет 0,109 и 1,01, соответственно. Показано, что хороший спектральный состав тока нагрузки имеется как при активно!}, так и при активно-индуктивной и индуктивной нагрузке, при этом с увеличением постоянной времени нагрузки форма тока нагрузки улучшается.

4. Предложен способ улучшения спектрального состава входного тока условно-многофазных схем выпрямителей и регуляторов трехфаз-^ ного напряжения на их базе. В предложенных двухкаскадных устройствах для регулирования трехфазного напряжения, содержащих два т1 фазных выпрямительных блока и уравнительный реактор с т£ промежуточными отводами, 2 т^-пульсный режим достигается применением 2 гл}+ лч2 тиристоров.

5. Проведен анализ оригинальных схем двенаццатипульсных выпрямителей. Даны основные соотношения для расчета указанных выпря-

мителей и определена зависимость гармонического состава входного тока от отношения чисел витков секций обмотки межфаэного трансформатора.

6. Исследованы оригинальные схемы сглаживающих фильтров с им-пульсно-управляемым реактивным элементом. Показано, что в импуль-сно-управляемсм индуктивном и индуктивно-емкостном сглаживающем фильтре с двумя промежуточными отводами обмотки дросселя первая гармоника пульсации.тока нагрузки уменьшается более чем на'порядок, по сравнению с фильтрами, содержащими неуправляемые дроссели.

7. Показано, что если последовательный транзисторный фильтр непрерывного действия шунтирован резистивно-ивдуктивной шунтирующей ветвью с угловой постоянной времени 10...20, мощность регулирующего транзистора уменьшается в .5...10 раз и коэффициент фильтрации увеличивается на 10...40 дБ, по сравнению с фильтрами с чисто омической шунтирующей ветвью.

Установлено, что для повышения к.п.д. последовательного транзисторного фильтра обмотку сглаживающего дросселя шунтирующей ветви необходимо подключить по автотрансформаторному соединению.

8. По результатам теоретических исследований разработаны и внедрены три преобразователя переменного напряжения в постоянное и один симметрирующий источник питания однофазной нагрузки из трехфазной сети.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЩИХ РАБОТАХ: . ■

I. A.c. 777782 (СССР). Фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения / В.В.Сарв, Ю.Э.Сооярв. - Опубл. в Б.И., 1980, ff 41.

, 2. A.c. 857948 (СССР.).'Устройство для регулирования переменного напряжения / В»В.Сарв< Ю.Э.Сооярв, - Опубл. в Б.И.., 1981, .№ 31.

3. A.c. 936277 (СССР). Фильтр / И.Э.Ранне, В.В.Сарв, Ю.Э. Сооярв. - Опубл. в Б.И., 1982, Я» 22.

4. A.c. I0I2404 (СССР). Фильтр / Ю.Э.Сооярв, В.В.Сарв, П.И. Тамкиви, И.Э.Ранне. - Опубл. в Б.И., 1983, № 14.

5. A.c. I0I5357 (СССР). Устройство для регулирования трехфазного напряжения { Т.Ю.Саккос, И.Э.Ранне, В.В.Сарв, Ю.Э.Сооярв, -

Опубл. в Б.И., 1983, № 16.

6. A.c..1094123 (СССР). Трехфазный преобразователь переменного напряжения в постоянное / И.Э.Ранне, T.D.Саккос, Ю.Э.Сооярв и др. - Опубл. в Б.И., 1934, № 19.

7. A.c. П750т0 (СССР). Преобразователь переменного трехфазного напряжения в трехфазное.переменное / Т.Ю.Саккос, X.А.Саккос, Ю.Э.Сооярв и др. - Опубл. в Б.И.1985, № 31.

8. Каазик В., Сооярв Ю, Характеристики тиристорно-индуктив- ' ного регулятора переменного напряжения при естественной комцута-иии / Изв. АН ЭССР: Физ. Матем. - 1979. - № 4. - С. 352-257.

9. Каазик Б.Т.,'Сооярв Ю.Э. Характеристики тиристорно-индуктивного регулятора переменного напряжения при принудительной коммутации // Теоретическая электротехника. . - Львов: Вища школа: Изд-во при. Львов, ун-те, 1980. - Вып. 28. - С. 87-96.

10. Оявеэр М., • Сооярв Ю. Анализ процессов преобразования энергии в ивдуктивко-ютчевом сглаживающем фильтре. - Изв. АН-ЭССР, £из. Матем., 1983. -JM. - С.'61-65."

11. Принципы построения малойскакающих вентильных преобразователей на базе управляемого межфалного трансформатора / В.В.Сарв, Ю.Э.Сооярв, П.И.Тьмкиви, А.М.Туйек // Электротехника. - 1989. -С. 17-20.

12. Саккос Т.Ю., Сооярв Ю.Э. 'Гиристорно-индуктивный регулятор переменного напряжения // Проблемы преобразовательной техники. -Кией: ИЭД АН УССР, 1979. - Ч. I. - С. 62-65.

13. Сарв В.В., Сооярв Ю.Э., Тамхиви П.И., Туйск А.М. К вопросу синтеза линейных импульсно-улравлгемых реактивных двух- и многополюсников. - Тез. докладов и сообщений I Всесогозн. конф. по теоретической электротехнике.-- Ташкент, 1987. - С. 154- 155.

14. Сооярв Ю.Э. Сглаживающий LC -фильтр с регулируемой индуктивностью дросселя // Уменьшение искажений в цепях с силовыми полупроводниковыми преобразователями. - Таллин: АН ЭССР, 1981. -С. 16-19.

15. Сооярв Ю.Э. Сглаживание выпрямленного напряжения с умножением частоты пульсации •// Тиристорно-индуктивные комплексы звуковой и ультразвуковой частоты. - Уфа: УАН им. Орджоникидзе, 1982. - С. 158-159.

16. Сооярв Ю.Э. Транзисторны? фильтр с активно-индуктивной буферной ветвью // Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых'преобразователей: Тез. докл. II межведомственного научко-техн. совещания. - Таллин, 1982. - С..235-236,

17. Сооярв Ю.Э, Качественные показатели транзисторного фильтра с активуо-индуктивной буферной ветвью // Проблемы преобразовательной техники: Тез- докл. - Киев, "1983. - Ч. 3. - С. 139-141.

18. Сооярв Ю.Э.' Электромагнитные- процессы в многопульсных регуляторах переменного напряжения при индуктивной нагрузке /'/ Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей. - Таллин: АН ЭССР. - 1986. - Ч. I. - С. 85-86.

19. Сооярв Ю.Э. Определение основных характеристик регулятора трехфазного напряжения с межфазным автотрансформатором // Проблемы преобразовательной техники. - Киев: ИЭД АН УССР. - 1987. -Ч. I. - С. 225-227.

20. Сооярв Ю.Э. Характеристики 12-пульсного регулятора трехфазного напряжения при активно-индуктивной нагрузке // Изв.' АН ЭССР: Физ. Матем. - 1988. - Т. 37, № 3. С. 315-321.

-21. Туйск A.M., Сооярв Ю.Э. Сглаживающие фильтры с импульсно-управляемыми реактивными элементами // Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей.-»Таллин: 1986. - Ч. Г. - С. 137-138.

22. batest developments In power converters with interphase energy exchange for harmonic elimination / V.Sarv, M.Ojjaveer, T.Sakkos, J.SoojJarv // 5th Power Klecrronics Conference. - Budapest, 1935. - Vol. 3._ - P. 331-340.

23. Improved smoothing filters with controllable energy exchange / J.Soojarv, A.Tuisk, V.Sarv, P.Tamkivi // 5th Power Electronics Conference. - Budapest, 1935. - Vol. 3. - P. 4-9-57.

24. Soojarv, J. A threephase AC controller with an interphase transformer for harmonic reduction // Proceedings of the 6th Conference on Power .Electronics and Motion Control. - Budapest, 1990. - Vol. 3. - P. 957-960.

25- Sarv V., Soojarv J., Tuisk A. Power converters using interphase energy exchange- control for distortion reduction/ Px-oceedings of the Л-th European Conference on Power .Electronics and Applications. - SEE \9U Florence (Italy)i 1991. - Vol. 1. -P. 310-315. " ■

иА О ий о ис

¡ V *

I Me 1 Ш

Рас. 5

Рас. б

В работах, опубликованных в соавторстве, лично, соискателю принадлежит: в авторских свидетельствах / I...7 / вклад автора определяется справками о творческом участии в создании изобретений; в / 8...10, 12 / получены аналитические выражения для тока нагрузки при конечных значениях индуктивности дросселя, проведен анализ на ЗВМ полученных соотношений . и проведена их эксперимен-талг-чая проверь; в / 13 / подтвервдена экспериментально'действительность математической модели параметрических индуктивных двухполюсников, управляемых сигналом управления; в /21...23, 25/ разработаны математические модели исследуемых схем, проведен их анализ и разработка аксгэриментальных устройств.

Соискатель {л/у'л.^--,

Подписано к печати 23.II.93г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная Усл.-печ.лист. Уч.-изд.лист Тира* 100 Заказ № С/ j Бесплатно__

Участок оперативной печати Института проблем энергосбережения

254070, Киев, ул. Покровская,11