Динамика инвертирующего полупроводникового преобразователя с коррекцией коэффициента мощности

• Автор: Бородин, Кирилл Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 175 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение

Глава 1 Анализ современного состояния исследований квазиустановившихся режимов

преобразователей силовой электроники

§1.1. Оценка эффективности устройств с коррекцией мощности искажений

при работе на динамическую нагрузку

§ 1.2. Сравнительный анализ динамики различных видов модуляции на основе

бифуркационного подхода

§1.3. Основные выводы по главе

Г лава 2 Разработка математических моделей импульсного инвертирующего

преобразователя на базе однополярной нереверсивной модуляции
§2.1. Описание объекта исследований
§2.2. Математическое описание замкнутой модели преобразователя с применением
численно - аналитических методов расчетов
§2.3. Алгоритм поиска стационарных периодических режимов в импульсных
системах с ШИМ численно-аналитическими методами
§2.4. Алгоритм поиска и построения двухпараметрических бифуркационных
диаграмм объекта исследований
§2.5. Результаты и выводы по второй главе
Глава 3 Анализ нелинейной динамики импульсно-модуляционного преобразователя
напряжения с однополярной нереверсивной модуляцией
§3.1. Определение области устойчивости проектного режима инвертирующего
DC/DC преобразователя напряжения
§3.2. Анализ динамики преобразователя в области прерывных токов дросселя (ПТ)..
§3.3. Анализ динамики преобразователя в области непрерывных токов дросселя (НТ)..78 §3.4. Анализ динамики преобразователя на границе разрывных и неразрывных токов
дросселя (ПТ-НТ)
§3.5. Оценка статических характеристик инвертирующего преобразователя
§3.6. Результаты и выводы по третьей главе
Глава 4 Стабилизатор напряжения с корректором коэффициента мощности на базе инвертирующего преобразователя с различной топологией системы управления
и внедрение результатов исследований
§4.1. Описание устройства
§4.2. Математическое описание и анализ одноконтурной схемы корректора
коэффициента мощности
§4.3. Математическое описание и анализ двухконтурной схемы корректора
коэффициента мощности
§4.4. Математическое описание и анализ двухконтурной схемы корректора
коэффициента мощности с системой управления на базе ОС.С
§4.5. Внедрение результатов исследований
§4.6. Основные результаты и выводы по четвертой главе
Заключение
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ПРИЛОЖЕНИЕ III
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
ПРИЛОЖЕНИЕ V
ПРИЛОЖЕНИЕ VI

ОТ АВТОРА
Автор выражает огромную благодарность своему учителю -профессору Михальченко Геннадию Яковлевичу за многочисленные бесценные консультации в области нелинейной динамики различных импульсных преобразователей с широтно-импульсной модуляцией. Условия, созданные в ООО «Компания промышленная электроника» и кафедрой промышленной электроники ТУСУР, позволили провести все необходимые вычисления на доступных на кафедре мощностях. Исследование субгармонических, квазипериодических и хаотических движений всегда требует наличия достаточно большого машинного времени и передовых разработок в ЭВМ. В данной работе для уменьшения времени расчетов использовалось распараллеливание задач и участие всех доступных ЭВМ в едином вычислительном процессе в течение нескольких лет.
Отдельно автор хотел бы выразить огромную благодарность техническому руководителю Михальченко Сергею Геннадиевичу за помощь в разработке и реализации методики численно-аналитического решения задачи. Предложенный им строгий метод решения и анализа обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) [81] показал значительное превосходство по времени расчетов (более 10 раз) в сравнении с существующими программными продуктами, а так же обеспечил необходимую точность вычислений, недоступную пакетам САПР с линеаризацией ОДУ.
Математический аппарат базируется на работах профессора Баушева B.C., работавшего и занимавшегося исследованиями на кафедре промышленной электроники ТУСУР с начала 70х годов прошлого века.
Автор выражает свою благодарность профессору Казанцеву Ю.М. за ценные многочисленные замечания при просмотре рукописи.

Введение
Актуальность темы
Экономное использование электроэнергии, означает, снижение потерь как на линиях электропередач при транспортировке от пунктов генерации до потребителя, так и снижение потерь обусловленных генерацией реактивной мощности и мощности искажений. Известно, что при передаче электроэнергии от места генерации до места потребления теряется в среднем 10... 15% мощности [41]. Наибольшая доля потерь приходится на распределительные и питающие сети среднего (3-10 кВ) и низкого (0,4кВ) уровня напряжений.
Снижение качества вызвано повсеместным использованием современных энергоемких технологий с нелинейными нагрузками, такими как управляемые выпрямители, источники питания с бестрансформаторным входом, регулируемые полупроводниковые преобразователи, частотнорегулируемые электроприводы, которые являются источникам искажений формы токов и напряжений сети. Нелинейные искажения приводят, не только к снижению качества электроэнергии, но и к существенному росту дополнительных потерь генерирующих мощностей, снижению пропускной способности линий электропередач, за счет перетоков реактивной энергии и энергии высших гармоник. Кроме того, резко сокращаются межремонтные сроки различного дорогостоящего оборудования, вызванные системной перегрузкой при пониженных значениях напряжения сети. Известно, что наиболее эффективная компенсация реактивной мощности и мощности искажений происходит вблизи места ее генерации, что существенным образом способствует получению требуемого ГОСТ 13109-97 качества электрической энергии.
Решение этой задачи связано с поиском новых технических решений по обеспечению современных требований к надежности энергообеспечения

Видно, что с увеличением текущей фазы ф питающего напряжения и параметра а наблюдается изменение абсолютного размаха колебаний Ait, значения которых, в отличие от колебаний тока повышающего преобразователя с Uy - const, варьируются в пределах от нуля = О, до максимального 4иакс.
Как известно [79], частота квантования (f.) и величина выходного L—С фильтра качественно не изменят динамику системы, а лишь влияет на положение границы (акр) проектного режима. Эффективность управления положением границ для понижающего преобразователя можно оценить на (рис. 104, рис. 105а, рис. 1056 Приложение V). Наиболее перспективный путь управления положением критических границ [20,27], это вариация частоты квантования. Известно, что в случае вариации емкости С выходного фильтра замедляется скорость роста акр при больших значениях емкости (рис. 105а, Приложение V) и происходит насыщение характеристики. В случае вариации индуктивности L (рис. 1056, Приложение V) зависимость акр =f(L) ближе к линейной зависимости. Однако, изменение индуктивности L - это достаточно энергоемкий и трудозатратный путь и, следовательно, экономически нецелесообразный.
Сопоставляя динамику двух типов преобразователей (повышающего и понижающего), можно заметить, что они имеют как сходства, так и различия в поведении (таблица 3). С точки зрения инженерного анализа оба преобразователя позволяют управлять положением критической точки начала бифуркации. Однако, при а > ahp, поведение системы различно.
К достоинствам повышающего преобразователя относятся изученность, высокая мощность в единице веса и объема, отказоустойчивая работа в роли управляемого повышающего источника напряжения с постоянной нагрузкой, а так же возможность использования структуры в качестве корректора коэффициента мощности. К недостаткам относится