Оптимизация управления ступенчато-модулированным инвертором на дискретных источниках энергии (в том числе и НВИЭ)

• Автор: Соболев, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 165 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 9 ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Дискретный синтез ступенчатых кривых. Основные понятия и обозна- 9 чения
1.2 Задача оптимального синтеза автономного инвертора напряжения 13 (АИН)
1.3 Способы синтезирования ступенчатой квазисинусоидальной кривой
1.3.1 Выбор критерия оптимизации
1.3.2 Задача условно-оптимального синтеза ступенчатых кривых
1.3.3 Задача оптимального синтеза ступенчатых кривых
1.4 Способы регулирования выходного напряжения в АИН со ступенчатой
модуляцией (СМ)
Выводы
2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ УСЛОВНО - ОПТИМАЛЬНОГО 41 СИНТЕЗА СТУПЕНЧАТОЙ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЙ КРИВОЙ
2.1 Общие положения
2.2 Ступенчато-модулированная синусоидальная кривая, симметричная 42 относительно оси абсцисс (СМС1)
2.3 Ступенчато-модулированная синусоидальная кривая, симметричная 47 относительно начала координат (СМС2)
2.4 Ступенчато-модулированная синусоидальная кривая, симметричная 51 относительно оси абсцисс и начала координат (СМСЗ)
Выводы
3 АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ, СИНТЕЗИРОВАННЫХ ПО 59 СИНУСОИДАЛЬНОМУ ЗАКОНУ
3.1 Программно-аппаратный комплекс математического и физического 59 моделирования (ПАК МФМ)
3.2 Анализ математических моделей 7О

3.3 Проверка на адекватность математических моделей
Выводы
4 РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМИРУЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ
4.1 Условно-оптимальный алгоритм внутреннего регулирования напряже- 92 ния для математической модели СМСЗ
4.2 Оптимальный алгоритм внутреннего регулирования
4.3 Алгоритмы регулирования величины формируемого напряжения для 100 случая равноступенчатой модуляции
Выводы
5 РАБОЧИЙ МАКЕТ СМ АИН
5.1 Создание рабочего макета СМ АИН
5.2 Экспериментальные исследования на рабочем макете СМ АИН
5.3 Расчет потерь мощности в силовом модуле СМ АИН
5.4 Практическое применение СМ АИН
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Фрагмент программы численного моделирования для
СМС1 в среде MS Excel
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Отчеты, формируемые ПАК МФМ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Решение задачи оптимального синтеза
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Схемы рабочего макета СМ АИН
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Справка об использовании результатов исследований по 165 диссертационной работе
ВВЕДЕНИЕ
Первое описание автономного инвертора, как устройства, осуществляющего преобразование постоянного тока в переменный, датировано 1925 годом. Но его широкое практическое применение стало возможным только после изобретения в 1948 г. транзистора и в 1957 г. тиристора /5/, выполняющих функции силовых преобразующих элементов /45/. Дальнейшее развитие теории автономных инверторов привело к появлению большого числа вариантов схемотехнических решений, при проектировании которых основное внимание уделяется синтезу силовой части схемы, а системе' управления отводится второстепенная роль /27/. Требуемое качество формируемого напряжения обеспечивается за счет включения в конструкцию преобразователя аналоговых фильтров и низкочастотных трансформаторов, существенно ухудшающих массогабаритные и энергетические характеристики устройства.
«На современном этапе научно-технического прогресса наилучшие удельные и эксплутационные показатели обеспечиваются силовыми транзисторными устройствами преобразования энергии, работающими в режиме переключения, в сочетании с микроэлектронными устройствами управления» /36/.
В науке и технике, в целом, наблюдается тенденция замены аналоговых устройств цифровыми. С одной стороны, этому способствуют успехи силовой преобразовательной техники последнего десятилетия:
• появление новых классов приборов с улучшенными удельными массогабаритными и энергетическими характеристиками (транзисторов с изолированным затвором, запираемых тиристоров и т.д.);
• расширение диапазона работы транзисторных силовых ключей до 3000В и 100А;
• постоянное улучшение эксплуатационных характеристик ключевых элементов: так уже в 2000 году ожидается появление полупроводниковых приборов с характеристиками идеального ключевого элемента;
для сравнения: удельные массогабаритные характеристики аналоговых элементов достигли своего предела /10/ и по прогнозам специалистов дальнейшее их снижение не превысит 30%;/27
Поиск оптимальных параметров производился с помощью модифицированного метода Пауэлла и, одновременно, учитывалась возможность практической реализации. В данном случае, в роли технологического ограничения выступал параметр, определяющий число интервалов квантования за четверть периода, реализуемых системой управления.
На основании результатов исследований, представленных в работе делается вывод, что имеет место расхождение в значении Кг и для идеального случая синтезирования и для реальных форм при S < 6. Причем, с увеличением числа интервалов квантования качество синтезируемой кривой приближается к идеальному случаю:
* S=2 - min КГО1=16,5 %;
S=3 - min Krui=13,43 %;
S=4 - min Крщ =9,81 %;
“ S=5 - min Krui=8 %;
S=6 - min Kroi=6,78 %.
1.4 Способы регулирования выходного напряжения в АИН со ступенчатой
модуляцией (СМ)
Регулирование напряжения в АИН осуществляется или с помощью самого инвертора, или путем применения дополнительных силовых регулирующих устройств