WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

БРОВАНОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

МНОГОУРОВНЕВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ С ЕМКОСТНЫМ ДЕЛИТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (Анализ и синтез)

Специальность 05.09.12 – силовая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Томск – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор С. А. Харитонов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, зам. Главного конструктора Ю. М. Казанцев («НПЦ «Полюс», г. Томск) доктор технических наук, профессор А. А. Ефимов (ГУАП, г. Санкт - Петербург) доктор технических наук, старший научный сотрудник Б. Ф. Симонов (Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск)

Ведущая организация: ОАО «АКБ «ЯКОРЬ», г. Москва

Защита диссертации состоится «____»_________ 2012 г. в _____ на заседании диссертационного совета Д 212.268.03 Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу:

634034, г. Томск, ул. Вершинина, 74.

Автореферат разослан «_____»___________ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Р. В. Мещеряков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Автономные системы генерирования электрической энергии (СГЭЭ) находят широкое применение в возобновляемой энергетике.

Наращивание энергетического потенциала возобновляемой энергетики продиктовано ростом потребности в электроэнергии, ухудшающейся экологической ситуацией и ограниченностью сырьевых ресурсов. В последние годы использование энергии возобновляемых источников увеличивается по своим масштабам и приобрело устойчивую тенденцию к росту.

Многие страны принимают программы, включающие в себя развитие энергетического комплекса со значительной долей произведенной электрической энергии от автономных СГЭЭ с использованием возобновляемых источников энергии. Увеличение доли вырабатываемой электрической энергии от источников возобновляемой энергии требует развития технического оборудования для ее производства и преобразования, а также значительного усовершенствования систем передачи электрической энергии. Данные меры, прежде всего, направлены на повышение энергетической эффективности производства, преобразования и передачи электрической энергии потребителю.

Функциональные принципы преобразования электрической энергии в СГЭЭ с использованием возобновляемых источников энергии, например, в ветроэнергетических системах, во многом подобны функциональным принципам автономных СГЭЭ подвижных объектов – авиационных и космических аппаратов, морских судов, подводных лодок и т. д.

Востребованность в энергоэффективных автономных СГЭЭ для подвижных объектов обусловлено их возрастающей энергоемкостью. Особенно сильно это выражено в самолетостроении, которое характеризуется жесткими требованиями по весогабаритным показателям, эксплуатационной надежности и энергетической эффективности. Это обусловлено в основном реализацией, как за рубежом, так и у нас в стране, концепции самолета с полностью электрифицированным оборудованием или «полностью электрический самолет» (ПЭС). Под «полностью электрическим самолетом» понимается самолет с единой централизованной системой электроснабжения, обеспечивающей все энергетические потребности самолета. На ПЭС электрическая энергия будет применяться для питания энергоемких систем, которые традиционно использовали для своего функционирования гидравлическую и пневматическую энергию.

Важным и ответственным звеном структуры автономной СГЭЭ, оказывающим существенное влияние на технические, стоимостные и другие показатели системы, является полупроводниковый преобразователь электрической энергии. Полупроводниковый преобразователь позволяет не только осуществлять преобразование электрической энергии, но при этом способствует улучшению энергетических показателей качества преобразования электрической энергии в СГЭЭ.

Появление на электронном рынке современных силовых полупроводниковых приборов, таких как IGBT, MOSFET, IGCT, GTO, а также высокопроизводительных микроконтроллеров, способствовало решению проблем по созданию энергоэффективных полупроводниковых преобразователей электрической энергии.

Над вопросами совершенствования структур, функциональных и технических характеристик полупроводниковых преобразователей, повышения их энергоэффективности в разное время занимались отечественные и зарубежные разработчики. Значительный вклад в эту область исследований внесли: Маевский О. А., Лабунцов В. А., Шрейнер Р. Т., Кобзев А. В., Грабовецкий Г. В., Казанцев Ю. М., Зиновьев Г. С., Розанов Ю. К., Харитонов С. А., Симонов Б. Ф., Багинский Б. А., Чаплыгин Е. Е., Чехет Э. М., Ковалев Ф. И., ГерманГалкин С. Г., Глазенко Т. А., Беркович Е. И., Барский В. А., Моин В. С., Лаптев Н. Н., Михальченко Г. Я., Шидловский А. К., Тонкаль В. Е., Жемеров Г. Г., Голембиовский Ю. М., Ефимов А. А., Жуйков В. Я., Переверзев А. В., Гончаров Ю. П., Рывкин С. Е., J. W. Kolar, T. A. Lipo, Isao Takahashi, Toshihiko Noguchi, A. Nabae, J. Takahashi, H. Akagi, Bladimir Blasko, N. Celanovic, D. Boroyevich, Bimal K. Bose, Marian P. Kazmierkowski, Mariusz Malinowski, Marvin J. Fisher и др.

Стремление улучшить в СГЭЭ энергетические показатели качества преобразования электрической энергии и характеристики по электромагнитной совместимости посредством использования полупроводниковых преобразователей привело к тому, что в их структурах стали применять активные преобразователи (выпрямители), матричные преобразователи и преобразователи, классифицирующиеся как многоуровневые.

Различные аспекты создания и исследования систем преобразования электрической энергии на базе активных выпрямителей и матричных преобразователей отражены в трудах Зиновьева Г. С., Шрейнера Р. Т., Харитонова С. А., Ефимова А. А., Попова В. И., Чехета Э. М., Виноградова А. Б., Михальского В. М., Yamamoto E., Hara H., Blaabjerg F., Lipo T. A. и др.

Несмотря на отмеченные достоинства активных выпрямителей и матричных преобразователей, применение их ограничено. Это связано с тем, что улучшение качества генерирования электрической энергии в СГЭЭ на базе вышеперечисленных схем напрямую зависит от повышения частоты ШИМ, увеличение которой приводит к снижению КПД преобразователя. Уровень установленной мощности ограничивается классом по напряжению полупроводниковых приборов. Используемый принцип непосредственного преобразования частоты в матричном преобразователе характеризуется низким коэффициентом передачи по напряжению.

В этой связи одним из перспективных направлений решения обозначенных проблем является применение многоуровневых полупроводниковых преобразователей.

В настоящее время существует несколько типов многоуровневых схем преобразователей. В отечественной литературе еще нет установившейся терминологии данных схем, согласно англоязычной литературе выделяются три основных типа: The diode-clamped multilevel converter или neutral-point-clamped (NPC) multilevel converter; The flying capacitor multilevel converter (FCC) или imbricated cell converter; The series-connected/cascaded multilevel converter (SCC).

Как показывает анализ многочисленных публикаций, NPC-тип преобразователей наиболее привлекателен, и многие разработчики уделяют ему значительное внимание. Современные микроконтроллеры позволяют реализовать на их основе различные алгоритмы управления данным типом преобразователей с различным способом модуляции. Особый интерес представляет векторный способ широтно-импульсной модуляции (ВШИМ), позволяющий уменьшать число коммутаций ключей, повышать использование по напряжению преобразователя, а также осуществлять выравнивание напряжения на конденсаторах.

Хорошие функциональные и энергетические характеристики NPC-типа преобразователей в значительной мере удовлетворяют современным требованиям СГЭЭ. Условимся в дальнейшем данный тип преобразователя классифицировать как многоуровневый преобразователь (ПМ) с емкостным делителем напряжения (ЕДН). Растущий интерес специалистов к построению СГЭЭ на базе многоуровневых полупроводниковых преобразователей с емкостным делителем напряжения подчеркивает актуальность и перспективность их применения. При этом особенность автономных СГЭЭ такова, что мощность используемого генератора и нагрузки соизмеримы, частота вращения вала генератора нестабильная, а наличие несимметричных нагрузок может приводить к возникновению небаланса напряжений ЕДН. Эти и другие факторы оказывают отрицательное влияние на энергетические показатели качества преобразования электрической энергии. В этой связи становится все более актуальной задача улучшения энергетической эффективности МП с ЕДН для создания автономных СГЭЭ с улучшенными энергетическими показателями.

Однако уровень теоретического исследования электромагнитных процессов в МП с ЕДН для автономных систем генерирования, развитие методик расчета энергетических показателей качества преобразования электрической энергии, способов и алгоритмов управления МП с ЕДН не удовлетворяют современным тенденциям развития автономных систем генерирования электрической энергии. Несмотря на множество публикаций, содержащиеся в них исследования носят в основном локальный характер, не отражающие комплексного подхода к проблеме повышения энергетической эффективности СГЭЭ.

Цель работы и задачи исследования. Цель диссертационной работы состоит в решении научно-технической проблемы повышения энергетической эффективности многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения для автономных систем генерирования электрической энергии путем обобщения и развития методов их расчета и анализа, а также синтеза эффективных алгоритмов управления.

Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Разработка математического описания обобщенного m-фазного Nуровневого полупроводникового преобразователя с емкостным делителем напряжения.

2. Разработка математических моделей и методик для расчета энергетических показателей качества электромагнитных процессов МП с ЕДН для СГЭЭ.

3. Расчет и анализ энергетических показателей качества преобразования электрической энергии в многоуровневых полупроводниковых преобразователях частоты с емкостным делителем напряжения для различных режимов работы автономных систем генерирования электрической энергии.

4. Анализ влияния параметров небаланса напряжений конденсаторов емкостного делителя напряжения на энергетические показатели качества преобразования энергии в МП с ЕДН.

5. Теоретическое обобщение и развитие геометрических аналогий к синтезу широтно-импульсной модуляции в многоуровневых полупроводниковых преобразователях частоты с емкостным делителем напряжения.

6. Синтез алгоритмов управления с использованием векторной ШИМ с целью улучшения качества формируемого входного тока и выходного напряжения МП с ЕДН.

7. Экспериментальное исследование макетных образцов многоуровневых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения с целью проверки разработанных математических моделей, методик расчета, результатов теоретического анализа и синтеза алгоритмов управления.

Методы исследования. Решение поставленных задач потребовало привлечение аппарата дифференциального и интегрального исчислений, преобразования Фурье, теории матриц, метода обобщенных векторов и метода переключающих функций, а также методов линейной алгебры и аналитической геометрии, методов численного и имитационного моделирования.

Достоверность основных теоретических положений, методов расчета и анализа подтверждается сопоставлением расчетных и полученных экспериментально и имитационным моделированием электрических параметров и характеристик установившихся режимов при работе многоуровневых полупроводниковых преобразователей.

Научная значимость и новизна диссертационной работы:

1. Предложена концепция анализа и синтеза многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения для автономных систем генерирования электрической энергии, основанная на использовании иерархии специализированных математических моделей, ориентированных на определение основных энергетических параметров и характеристик силовых схем преобразователей, а также синтез алгоритмов управления ими в составе СГЭЭ.

2. Предложена схема замещения m-фазного N-уровневого полупроводникового преобразователя с емкостным делителем напряжения, позволившая создать математические модели различных схем МП с ЕДН. Модели базируются на совокупности моментов: использования комбинаций состояний ключей, геометрических аналогий представления электрических величин, весовых коэффициентов образующих векторов и переключающих функций. Модели предназначены для расчета и исследования параметров и характеристик, определяющих энергетическую эффективность МП с ЕДН, качество формирования входного тока и выходного напряжения, а также для синтеза параметров силовых схем МП с ЕДН и алгоритмов управления.

3. Разработан способ коррекции весовых коэффициентов образующих векторов в функции изменения напряжений на конденсаторах емкостного делителя напряжения, позволивший реализовать алгоритм векторной ШИМ, обеспечивающий улучшение качества входного тока и выходного напряжения многоуровневого преобразователя при небалансе напряжений конденсаторов емкостного делителя напряжения.

4. Предложен алгоритм активного подавления низкочастотных пульсаций напряжений на конденсаторах звена емкостного делителя напряжения трехфазного трехуровневого полупроводникового преобразователя с целью поддержания качества выходного напряжения преобразователя при снижении значений емкостей звена ЕДН.

5. Предложен способ управления, обеспечивающий максимальное среднее значение выпрямленного напряжения трехфазного трехуровневого выпрямителя без рекуперации электрической энергии при изменении величины выходного тока.

6. Разработан алгоритм управления для однофазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя, позволяющий обеспечить баланс напряжений на конденсаторах емкостного делителя напряжения.

7. Предложена методика расчета динамических потерь активной мощности в силовых ключах МП с ЕДН, обобщенная к любому числу уровней напряжений ЕДН с учетом параметров векторной широтно-импульсной модуляции.

Основные положения, защищаемые автором:

1. Концепция анализа и синтеза многоуровневых полупроводниковых преобразователей с емкостным делителем напряжения для автономных систем генерирования электрической энергии, основанная на использовании иерархии специализированных математических моделей, ориентированных на определение основных электрических и энергетических параметров и характеристик силовых схем преобразователей и алгоритмов управления ими в составе СГЭЭ.

2. Математические модели многоуровневых полупроводниковых преобразователей с ЕДН, основанные на применении геометрического представления электрических величин, комбинаций состояний ключей, весовых коэффициентов образующих векторов и переключающих функций.

3. Результаты комплексного теоретического исследования энергетических показателей качества преобразования электрической энергии в МП с ЕДН и выявившие закономерности их изменения при небалансе напряжений конденсаторов емкостного делителя напряжения и различных режимах работы автономных систем генерирования электрической энергии.

4. Синтезированные алгоритмы управления, основанные на применении векторных способов ШИМ, позволяющие повысить энергетическую эффективность многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения путем снижения пульсаций напряжений конденсаторов ЕДН, улучшения качества входного тока и выходного напряжения МП с ЕДН в условиях небаланса напряжений конденсаторов ЕДН и осуществления баланса напряжений конденсаторов ЕДН.

5. Методику расчета динамических потерь активной мощности в силовых ключах МП с ЕДН, обобщенную к любому числу уровней напряжений ЕДН с учетом параметров векторной широтно-импульсной модуляции.

6. Результаты расчета внутренних характеристик многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения в виде распределения токовой загрузки в ключевых силовых элементах от режимов работы преобразователей и параметров ВШИМ, а также распределения статических и динамических потерь активной мощности в ключевых элементах.

Практическая ценность работы:

1. Разработанные математические модели, позволяющие рассчитывать и исследовать основные энергетические характеристики в многоуровневых полупроводниковых преобразователях частоты с емкостным делителем напряжения, выявлять их свойства в зависимости от режимов и параметров работы автономных СГЭЭ, используются при проведении НИР в отраслевой научноисследовательской лаборатории электроснабжения летательных аппаратов НГТУ.

2. Полученные результаты анализа электромагнитных процессов в МП с ЕДН положены в основу предложенных технических решений, обеспечивающих улучшение энергетической эффективности МП с ЕДН и автономных СГЭЭ на их основе.

3. Разработанные методики по расчету внутренних характеристик МП с ЕДН легли в основу создания инженерной методики проектирования МП с ЕДН с улучшенными энергетическими показателями качества преобразования электрической энергии для автономных СГЭЭ и других приложений.

4. Применение разработанных алгоритмов управления с ВШИМ позволяют повысить качество преобразования электрической энергии в МП с ЕДН и создают объективные предпосылки использования данного типа преобразователей в других областях, например, электроприводе, в целях реализации их энергоэффективных режимов.

5. Совокупность полученных теоретических и практических результатов использованы в учебном процессе при подготовке инженеров, магистрантов и аспирантов в области силовой электроники.

Реализация результатов работы. Основные научные положения диссертационной работы, а также результаты теоретических и экспериментальных исследований, использованы при выполнении госбюджетных и хоздоговорных НИР, выполняемых в НГТУ по заказам ряда предприятий, таких как: АКБ «Якорь» (г. Москва), МКБ «Радуга» (г. Дубна), ОАО «АвтоВАЗ» (г. Тольятти), ОАО «ДААЗ» (г. Димитровград), НИИ СЭТМ, ФГУП ПО «СЕВЕР», ООО «НИИАСЭ», ХК ОАО «НЭВЗ-СОЮЗ» (г. Новосибирск).

Предложенные в диссертации математические модели и методики расчета внутренних характеристик МП с ЕДН были использованы в исследованиях при выборе структурной схемы автономной системы генерирования «СГ – ПЧА» для летательных аппаратов.

Материалы диссертации, относящиеся к математическим моделям и анализу электромагнитных процессов, используются в учебном процессе при подготовке студентов по специальности «Промышленная электроника».

Результаты диссертационных исследований нашли применение при разработке и внедрении в производство:

– Электромеханического усилителя рулевого управления для автомобилей ВАЗ 2170 «Приора».

– Полупроводникового преобразователя для системы генерирования ветроэнергетической установки «Радуга-1», установленной в Калмыкии.

Связь темы диссертации с научно-техническими программами. Работа выполнялась в рамках следующих программ:

1) Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы, утвержденная постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2008 года № 568 по теме: «Улучшение энергетических показателей качества преобразования электрической энергии в многоуровневых полупроводниковых преобразователях с емкостным делителем напряжения».

2) Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» научно-исследовательские работы по лоту шифр «2011-1.6516-015» «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области создания эффективных накопителей электрической энергии для нужд централизованной и автономной энергетики» по теме: «Разработка и создание эффективных накопителей электрической энергии на базе многоуровневых полупроводниковых преобразователей и аккумуляторных батарей».

3) Государственный контракт от 22.10.2010 г. №13.G36.31.0010 «Исследование, разработка и организация промышленного производства механотронных систем для энергосберегающих технологий двойного назначения».

4) Проект №9706 «Исследование и разработка систем электрифицированного оборудования автономных объектов на основе средств силовой интеллектуальной электроники» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2009–2011 годы).

Апробация работы. Основные материалы работы были представлены на:

второй Дальневосточной научно-практической конференции (г. Комсомольскна-Амуре, 1989 г.); Mеждународных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП (г. Новосибирск, 1992, 1994, 2000, 2002, 2004, 2008 гг.); «Силовая электроника и энергоэффективность» (г. Алушта, Украина, 2005, 2006, 2007, 2008, 2011 гг.); «PEMC-94» (Варшава, 1994 г.); «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (г. Новосибирск, 1995 г.); «Проблемы современной электротехники» (г. Киев, Украина, 2001, 2008 гг.); Первый Российско-Корейский симпозиум «RUSKO-AM» (г. Новосибирск, 2001 г.); Korea-Russia International Symposium «KORUS» (г. Ульсан, Ю.Корея, 2003 г.); International Workshop and Tutorials on Electron Devices and Materials (г. Эрлагол, Республика Алтай, 2006 г.); 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (Paris, France, 2006 г.);

«Электроприводы переменного тока» (г. Екатеринбург, 2005, 2007 гг.); The International Conference «Computer as a Tool» IEEE Region 8 (Warsaw, Poland, 2007 г.); The International Conference «SIBIRCON» IEEE Region (г. Новосибирск, 2008 г., г. Иркутск, 2010 г.), 35th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society – IECON (Porto, Portugal, 2009 г.) и ряде других конференций и научных семинарах.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 47 работ. Работ, опубликованных в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, определнных Высшей аттестационной комиссией – 14. Из 47 опубликованных работ научные статьи, 19 докладов на международных, межрегиональных и других научных конференциях, три патента РФ, одно авторское свидетельство. Десять работ написано лично без участия соавторов.

В работах [1–3, 17, 18, 20, 21, 42] соискателю принадлежит общая постановка задач исследований и проведение анализа. Выводы проведены соавторами совместно. В работах [12, 14, 35, 38, 40, 41] соискателем выполнена разработка основных положений математических моделей и методик анализа. Анализ и верификация полученных результатов соавторами выполнено совместно.

В работах [4, 6, 10,13, 22, 24, 27, 30, 33, 43] соискателем проведена разработка основных положений способов и алгоритмов управления. Обработка результатов выполнена совместно с соавторами. В работах [7, 8, 15, 16, 19, 23, 25, 36, 39] соискателем проведено теоретическое исследование. Обработка результатов и выводы проведены соавторами совместно.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 285 страницах машинописного текста и содержит введение, восемь глав, заключение, список литературы из 355 наименований, 207 рисунков, 21 таблицу и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены сведения о научной значимости, представлены основные положения, выносимые на защиту. Представлены сведения о практической ценности и апробации работы.

В первой главе анализируются теоретические и практические аспекты в области применения многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения в системах генерирования электрической энергии для нужд автономной энергетики. Рассмотрены концепция и тенденции основных направлений развития структур СГЭЭ с позиции повышения их энергоэффективности.

Проведенное аналитическое исследование позволило выявить следующее:

1. Становится все более актуальной задача улучшения энергетической эффективности полупроводниковых преобразователей частоты автономных СГЭЭ.

Это обусловлено тем, что в автономных СГЭЭ мощности генератора и нагрузки соизмеримы, при этом частота вращения первичного вала генератора нестабильная. Эти факторы оказывают отрицательное влияние на энергетические показатели качества преобразования электрической энергии.

2. Полупроводниковые преобразователи частоты в автономных СГЭЭ являются ключевыми звеньями по обеспечению вырабатываемой электроэнергии с требуемыми качественными и энергетическими характеристиками в условиях постоянного увеличения установленной мощности автономных СГЭЭ и ужесточении требований к энергетическим и технико-экономическим показателям.

3. Выявлено одно из перспективных направлений современного развития систем генерирования электрической энергии, основанное на применении многоуровневых полупроводниковых преобразователей с емкостным делителем напряжения в звене постоянного тока, определяющее возможность активного воздействия на показатели качества преобразования электрической энергии и энергоэффективность автономных СГЭЭ.

4. Систематизация зарубежных и отечественных сведений по проблеме повышения энергетической эффективности МП с ЕДН выявило отсутствие единого комплексного подхода к исследованию, определяющего принципы и способы повышения энергетической эффективности МП с ЕДН для автономных систем генерирования электрической энергии.

5. Отмечено, что большое количество ранее выполненных работ по многоуровневым полупроводниковым преобразователям частоты с емкостным делителем напряжения сосредоточено на проблеме небаланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока, при этом не уделено должного внимания оценке влияния небаланса напряжений конденсаторов ЕДН на энергетические показатели качества преобразования электрической энергии. Практически отсутствуют работы, направленные на исследование электромагнитных процессов, свойств и характеристик МП с ЕДН в составе автономных СГЭЭ, а также способов повышения их энергетической эффективности.

6. Установлено, что для развития перспективного направления по применению многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения в автономных СГЭЭ требуется разработка новых математических моделей и методик для анализа электромагнитных процессов и расчета энергетических показателей в силовых схемах многоуровневых полупроводниковых преобразователей с емкостным делителем напряжения.

7. Стремительное развитие микроконтроллеров способствует существенному расширению и применению векторной широтно-импульсной модуляции, улучшая тем самым характеристики полупроводниковых преобразователей. В то же время отмечено, что недостаточно развиты методики анализа электромагнитных и энергетических процессов в МП с ЕДН в привязке к векторным способам ШИМ.

Во второй главе дано теоретическое обоснование к описанию специализированных математических моделей для расчета и анализа электромагнитных процессов, основных энергетических показателей и характеристик многоуровневых полупроводниковых преобразователей с емкостным делителем напряжения для СГЭЭ, структура которой представлена на рис. 1. Здесь МЭГ – магнитоэлектрический синхронный генератор; Lф, Lфи, Сф – элементы фильтров по переменному току; С1, …, СN 2, СN 1 – конденсаторы звена ЕДН.

Для создания математических моделей автором предложено использование геометрических аналогий представления электрических величин, комбинаций состояний ключей (КСК), весовых коэффициентов образующих векторов и переключающих функций.

Lфи L МЭГ ф СN Сф L ф МПсЕДН МПсЕДН Lфи Сф СN L ф Сф Lфи Сn var Рис. 1. Структурная схема автономной СГЭЭ Обобщить процедуру математического описания ряда электрических величин МП с ЕДН позволило использование схемы замещения m -фазной, N уровневой МП с ЕДН, рис. 2, являющейся эквивалентной по формированию напряжений фазных стоек преобразователя u1, u2,…,um и токов звена емкост0 N ного делителя напряжения id, i1, …, id 1. Схема содержит N 1 m -фазных d групп ключей, где N – число уровней напряжений в звене емкостного делителя напряжения.

N id N N 1 N 1 N iK 2 iKmiKCN N Km 1K1N K1N 1 N KN N id K2 N N iKm u1 Kid KiKm uC2 Ud KiK1 d im Km um Km 0 0 K1 KC0 iK1 0 iK iKm id Рис. 2. Схема замещения МП с ЕДН Особое внимание в главе было уделено вопросу взаимосвязи электрических величин МП с ЕДН с параметрами пространственных образующих векторов. Что в дальнейшем позволило решать задачи по улучшению энергетической эффективности МП с ЕДН в комплексе с задачами синтеза алгоритмов управления преобразователей.

...

...

...

к нагрузке При анализе электромагнитных процессов одним из важных факторов стал учет влияния небаланса напряжений конденсаторов емкостного делителя напряжений на энергетические показатели преобразователя.

Для этого при определении мгновенных относительных напряжений фазных стоек МП с ЕДН были использованы относительные уровни напряжений конденсаторов ЕДН, как независимые варьируемые переменные U* МП F N FK, (1) sw K где Fsw f V*, – матрица коммутационных функций ключей преобразова теля, зависящая от модуля и угла вектора задания ; N – вектор отноV* V* сительных уровней напряжений конденсаторов ЕДН; FK – переключающая функция региона расположения вектора задания.

V* Для расчета мгновенных значений напряжений и токов МП с ЕДН были получены следующие выражения:

U*ph MU*, (2) МП i F i 1 FI j, (3) j T T i F i FI j (4) j D D P id iP. (5) K ( j) j Здесь: U*ph u1 u2... um – вектор относительных фазных напряжений T МП с ЕДН; M – матричная константа соответствующего преобразователя;

P P iK ( j) – ток ключа схемы замещения, id – ток звена емкостного делителя напряжения, соответственно для P -ой группы ключей; F, F – коммутациT D онные функции соответствующего транзистора и диода МП с ЕДН; i – ток j j-ой фазы МП с ЕДН.

Для расчета ряда энергетических показателей СГЭЭ в главе были получены соотношения для определения гладких составляющих (символ ) напряжений и токов МП с ЕДН (6) – (9).

u* j Z FK, (6) KJ j(KJ ) K J U*ph U* М, (7) МП P Id IP, (8) K ( j) j PP IK ( j) TK ( j) i, (9) j P TK ( j) JK (n) FK, (10) K n где KJ – весовой коэффициент J -го образующего вектора K -го региона векP торной плоскости; TK( j) – обобщенный весовой коэффициент ключа j -ой фазы P -ой группы ключей схемы замещения МП с ЕДН.

Для обобщения результатов расчета и анализа электромагнитных процессов в диссертационной работе были использованы базовые величины.

В третьей главе анализировались электромагнитные процессы в схемах однофазных многоуровневых преобразователей с емкостным делителем напряжения при различных алгоритмах управления.

В качестве преобразователей рассматривались однофазные трехуровневые схемы без рекуперации электрической энергии с дополнительными двунаправленными ключами S, фазная стойка рис. 3, а, а также однофазные трехуровневые и четырехуровневые схемы с рекуперацией электрической энергии, фазные стойки рис. 3, б, в соответственно.

Для управления преобразователями применялись низкочастотные алгоритмы управления с амплитудным модулированием напряжений фазных стоек и алгоритмы векторной ШИМ.

Для преобразователя без рекуперации электрической энергии рассматривался выпрямительный режим работы и низкочастотные алгоритмы управления. Были получены аналитические соотношения, позволяющие рассчитать внешнюю и регулировочную характеристики, коэффициенты гармоник фазного напряжения и тока преобразователя, а также интегральные величины токов силовых элементов при различных значениях параметров , 1, q, n*. Где – параметр, характеризующий длительность проводящего состояния дополнительных двунаправленных ключей (ДДК), рис. 3, а; 1 – параметр, характеризующий интервал совместной работы ДДК, q – параметр, характеризующий величину индуктивности внешнего дросселя, n* – относительная скорость вращения вала генератора первичного источника питания.

Анализировались два алгоритма: «Алгоритм-I» при раздельном управлении дополнительных двунаправленных ключей и с различными значениями их длительности включенного состояния, «Алгоритм-II» при наличии совместного интервала включения ДДК.

При анализе были использованы следующие значения параметра :, при котором из спектра входного фазного напряжения исключается третья гармонику и, при котором из спектра входного фазного напряжения исключается пятая гармоника. Из проведенного анализа было выявлено, что внешние характеристики, формирующиеся при , характеризуются большим значением выходного напряжения Ud по сравнению с в диапазоне малых токов * * Id. Так, при q 0.1, n* 1 в диапазоне изменения Id 0...0.4 разница напряжений составляет от 20% до 7% соответственно.

Sa DaCDN VDS CiN Sa Da.

Ud N.

iN.

N.

C2.

Ud.

VDC Sa Da DN а) Da Sa б) Sa DaDN.

.

CSa 2 DN Da DN3.

iN.

N.

Sa DN Da. Ud.

C.

iN.

NDa Sa DN.

Sa 5.

DN CDa DN 7..

.

DNSa.

Da в) Рис. 3. Фазные стойки МП с ЕДН При анализе электромагнитных процессов при «Алгоритме-II» отмечено, что внешние характеристики, а также интегральные значения токов силовых элементов преобразователя имеют промежуточные значения по отношению к 2 характеристикам, полученным при «Алгоритме-I» при и соответст5 венно. Качество фазного тока улучшается за счет возможности исключения из спектра 3-й и 5-й гармоник при 1 0.133 и 0.533.

Отмечено, что рассматриваемые алгоритмы позволяют уменьшить коэффициент гармоник фазного тока (kг.т.) по сравнению с kг.т. известной однофаз* ной мостовой схемы более чем в 5 раз при Ud 1.3.

Особое внимание уделено формированию баланса напряжений конденсаторов ЕДН для схемы, рис. 3, а. Было показано, что для достижения равенства.

.

.

напряжений на конденсаторах C1 и C2 необходимо, чтобы выполнялось условие 0, где – угол между основными гармониками фазного тока I1(1) и напряжением на входных зажимах преобразователя. Для обеспечения данного условия был предложен соответствующий алгоритм управления преобразователем, при котором регулировочная характеристика представлена в виде функции изменения угла и характеризуется следующей зависимостью:

* Id 1 q arcsin, (11) K1 * где Id – относительное значение средневыпрямленного тока;

1 K1 2 cos , или K1 1 2 cos 2 cos 2 – для алгоритма I и II соответственно; – угол между основными гармониками ЭДС генератора и напряжения на входных зажимах преобразователя.

Для однофазной трехуровневой схемы преобразователя с рекуперацией электрической энергии, стойки которой реализованы согласно рис. 3, б, были получены математические модели для расчета фазного напряжения и токов элементов схемы, а также энергетических и качественных показателей.

С этой целью для каждого из восьми регионов, границы которых условно проходят через концы образующих векторов, были записаны коммутационные функции регионов. Коммутационные функции силовых ключей были получены с учетом последовательности комбинаций состояний ключей, используемой при синтезе вектора задания V*. Это позволило получить соотношения для мгновенных значений напряжений на фазных стойках и токов ключей и, как следствие, проводить расчет и анализ энергетических показателей и внутренних характеристик преобразователя при различном сочетании КСК.

При анализе было выявлено, что применение нулевого вектора V0 2, приводит к дополнительной загрузке ключей схемы, подключенных в положительной шине преобразователя, тогда как применение нулевого вектора V0 0,0, напротив, приводит к загрузке ключей схемы, подключенных к от рицательной шине преобразователя. В этой связи отмечено, что для реализации векторной ШИМ целесообразным является использование нулевого вектора с комбинацией состояний ключей вида 1,1 или совместное использование ком бинаций состояний ключей вида 0,0 и 2,2.

Анализируя средние и действующие значения токов ключевых элементов силовой схемы, было отмечено следующее:

– Вид используемой комбинации состояния ключей нулевого вектора влияет на средние и действующие значения токов ключей силовой схемы.

– Использование нулевого вектора с комбинацией состояний ключей 1, обеспечивает меньшую загрузку по току транзисторов Sa1 и Sa4 (рис. 3, б) по сравнению с использованием нулевого вектора с комбинациями состояния ключей вида 0,0 ; 2,2. В то же время загрузка транзисторов Sa2 и Sa3 по то ку при V0 1,1 выше по сравнению с загрузкой при V0 0,0 ; 2,2. Особенно это проявляется при уменьшении глубины модуляции M.

– Использование нулевого вектора V0 0,0 ; 2,2 обеспечивает более равномерную загрузку транзисторных ключей и диодов по току.

– При изменении угла происходит перераспределение токовой загрузки между транзисторами и их обратными диодами.

– Перераспределение резервных комбинаций состояний ключей посредством изменения коэффициента управления 1 k 1 приводит к перераспределению токовой загрузки ключей схемы. Данный факт необходимо учитывать при длительных режимах работы преобразователя, осуществляя баланс напряжений.

На рис. 4 в качестве примера приведены зависимости действующих значений токов ключевых элементов однофазной трехуровневой схемы с рекуперацией электрической энергии, работающей в выпрямительном режиме.

* IдSa 2,* IдSa1, M M б) а) * * IдDN 1,IдDa1,2, M M в) г) Рис. 4. Зависимости действующих значений токов транзисторов и диодов от параметров M и при V0 0,0 ; 2,2, k Проведенный анализ электромагнитных процессов для схемы однофазного четырехуровневого преобразователя с рекуперацией электрической энергии, рис. 3, в показал, что формирование баланса напряжений конденсаторов достигается при 90эл.град. В этом случае постоянные составляющие токов средних линий конденсаторов равны нулю.

Загрузка по току силовых транзисторов схемы неравномерная и зависит от параметров и M. Максимальную загрузку имеют транзисторы Sa3, Sa 4.

При равенстве распределения тройных КСК и равенстве распределения двойных КСК загрузка верхних диодов стоек Da1, Da2, Da3 по средним и действующим значениям токов одинаковая. У фиксирующих диодов DN1, DNсредние значения токов равны и действующие значения равны. Также между собой равны токи диодов DN3, DN4. Такими же особенностями по загрузке характеризуются нижние диоды фазных стоек Da4, Da5, Da6 и нижние фиксирующие диоды DN5, DN6 и DN7, DN8.

В четвертой главе рассматриваются электромагнитные процессы в трехфазных многоуровневых преобразователях, структуры фазных стоек которых соответствуют рис. 3, а, б, в.

При анализе рассматривались низкочастотные алгоритмы и алгоритмы векторной ШИМ для формирования напряжений на фазных стойках преобразователя.

В ходе проведенных исследований для схемы трехфазного трехуровневого преобразователя без рекуперации электрической энергии (рис. 3, а) получены аналитические соотношения, позволяющие проводить расчет гармонического состава напряжения фазных стоек преобразователя и фазного тока, а также внутренних характеристик в виде токовых загрузок ключевых элементов схемы и регулировочных характеристик. Для выпрямительного режима работы преобразователя отмечено, что зависимость внешней характеристики зависит от параметра q, длительности импульса управления двунаправленными ключами , а также угла . Расчеты, проведенные в работе, показывают, что увеличение * параметров q или приводит к сокращению диапазона тока Id, в пределах которого формируется внешняя характеристика.

Отмечена возможность формирования единичного значения коэффициента сдвига по входу преобразователя за счет повышающего свойства преобразователя. В этом случае регулировочная характеристика трехфазного трехуровневого преобразователя без рекуперации электрической энергии представлена в виде функции изменения угла и характеризуется следующей зависимостью:

* * n* q I1(1) n* I1(1) arctan * arctan * , (12) U1(1) U1(1) * * где I1(1), U1(1) – относительные действующие значения первых гармоник фазного тока и напряжения.

При векторном алгоритме ШИМ отмечено, что рекомендуемым режимом работы выпрямителя с точки зрения наилучшего качества формируемого входного тока является режим, при котором обеспечивается единичный входной коэффициент сдвига, т.е. cos1(1) 1.

На основании разработанных математических моделей были рассчитаны мгновенные значения токов силовых ключей трехфазных трех-, четырехуровневых схем инверторов и выпрямителей. Фазные стойки данных схем соответствуют рис. 3, б, в.

Были получены зависимости, отражающие изменение средних и действующих значений токов силовых ключей данных преобразователей от глубины модуляции M, угла и коэффициента управления k. Выявлено, что преобразователи с большим числом уровней звена ЕДН характеризуются более сложным распределением токов по ключам преобразователя.

Отмечено, что инверторные схемы преобразователей характеризуются наименьшей токовой загрузкой антипараллельных диодов фазных стоек. Их загрузка по току достигает нулевого значения при 0 и только при увеличении загрузка диодов по току увеличивается. Это объясняется тем, что фазовый сдвиг тока по отношению к напряжению приводит к увеличению доли фазных токов, участвующих в формировании токов диодов. Максимальной загрузкой по току характеризуются внутренние транзисторы стоек. Для трехуровневого инвертора – это Sa2, Sa3, для четырехуровневого – это Sa3, Sa4.

Выпрямительные схемы имеют иное распределение загрузки по току.

Здесь характерным является минимальная загрузка транзисторов, подключенных к шинам звена постоянного тока. Для трехуровневого выпрямителя – это Sa1, Sa4, для четырехуровневого – это Sa1, Sa6. Максимальной загрузкой по току характеризуются антипараллельные диоды стоек.

Отмечено, что перераспределение доли весовых коэффициентов между резервными комбинациями состояний ключей, участвующих в синтезе вектора задания приводит к изменению загрузки ключей по току. Так, например, в трехфазной трехуровневой выпрямительной схеме среднее значение тока у диодов Da1, Da2, а в инверторной схеме у транзистора Sa1 может быть увеличена на 15 % при изменении k от 0 до 1, рис. 5. Таким образом, при реализация алгоритмов работы преобразователей с режимом внутреннего баланса напряжений конденсаторов ЕДН посредством перераспределения резервных комбинаций состояний ключей должны быть учтены особенности изменения загрузки по току ключей схемы.

Для расчета средних значений токов ключей преобразователей в работе были получены соотношения для гладких составляющих токов ключей. Это позволило в значительной степени сократить расчетное время, не прибегая к расчету мгновенных значений токов. Полученные результаты средних и действующих значений токов в ключах различных многоуровневых схем стали основой для расчета статических потерь активной мощности в ключах исследуемых преобразователей.

На основании анализа мгновенных значений токов в силовых ключах преобразователей было выявлено, что модуляция токов неравномерна и, как следствие, для расчета коммутационных потерь активной мощности в ключах преобразователя необходима соответствующая методика расчета. Разработка данной методики была реализована в последующих разделах диссертации.

ISw ISw M 0.9; M 0.9; 0,Sa2,0,Da1,0,Sa0,SaDa3,0,0,0,0,0,0,Sa2 DNDN 0,0,Sa3 DN 2 DN0,0,Da1,2,3,Sa1,k k 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 б) а) Рис. 5. Зависимости средних значений токов ключей от управляющего коэффициента k: а) – в выпрямителе; б) – в инверторе Пятая глава посвящена исследованию энергетических показателей качества электромагнитных процессов в различных схемах МП с ЕДН; выявлению факторов и параметров, влияющих на энергетические показатели и на внутренние характеристики преобразователей.

В качестве энергетических показателей качества электромагнитных процессов были рассмотрены: коэффициенты гармоник и коэффициенты искажения входного тока и выходного напряжения МП с ЕДН, составляющие полной мощности, входной коэффициент мощности преобразователя. Внутренние характеристики рассматривались в виде распределения статических и динамических потерь активной мощности, а также КПД преобразователей.

Была предложена методика расчета динамических потерь активной мощности в ключах многоуровневого преобразователя, обобщенная к любому числу уровней напряжений ЕДН. Методика позволяет с учетом параметров силовых полупроводниковых приборов схемы вести расчет при заданной последовательности комбинаций состояний ключей, коэффициента управления k и заданных параметрах ВШИМ.

В результате анализа было отмечено, что при использовании однофазного трехуровневого выпрямителя без рекуперации электрической энергии в автономной СГЭЭ увеличение генерирования активной мощности достигается при увеличении скорости вала генератора и снижении значения q. При меньших значениях параметра q расширяется диапазон, где значение коэффициента сдвига (cos1(1)) близко к единице. Однако качество генерируемого тока тем лучше, чем больше значение q. Отмечено, что в области малых мощностей, основным фактором, снижающим значение входного коэффициента мощности (1), является коэффициент искажения тока – I, а в области больших мощностей входной коэффициент сдвига – cos1(1), рис. 6.

2 ; n* 1 ; n* q 0.1.1.q 0.q 0.0.q 0.0.q 0.q 0.q 0.0.0.q 0.q 0.q 0.0.0.0.0.* Id * Id 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.* Рис. 6. Зависимости 1 от тока Id Особое внимание уделено распределению статических и динамических потерь активной мощности в силовых ключах преобразователей. Расчеты показали, что структура однофазного преобразователя, соответствующая рис. 3, а, при работе с низкочастотными алгоритмами («Алгоритм-I», «Алгоритме-II») характеризуется динамическими потерями в силовых ключах на несколько порядков ниже по сравнению со статическими потерями, на этом основании ими можно пренебречь при определения КПД преобразователя. При этом отмечено, что наибольшие статические потери выделяются в основных диодах схемы.

Для СГЭЭ постоянного тока на базе однофазного выпрямителя с рекуперацией электрической энергии (рис. 3, б) было отмечено, что коэффициент гармоник фазного тока резко уменьшается с ростом кратности частоты ШИМ и частоты основной гармоники генератора – a. Отмечено, что при кратности a 10 значение коэффициента гармоник становится менее 4%, что удовлетворяет требованиям многих автономных СГЭЭ.

Анализ расчетных зависимостей показал, что в условиях поддержания входного коэффициента сдвига cos1(1) 1 при q 0.5 фактором, влияющим на * входной коэффициент мощности в области малых нагрузок, Id 0.14 является * коэффициент искажения тока. В области нагрузок Id 0.14 входной коэффициент мощности определяется в основном коэффициентом искажении фазного напряжения u, так как коэффициент искажения фазного тока практически не изменяется. В результате при увеличении генерируемой мощности СГЭЭ, со* ответствующей Id 0.14 происходит снижение входного коэффициента мощности из-за уменьшения u.

Для СГЭЭ постоянного тока с использованием схем трехфазных трехуровневых выпрямителей (рис. 3, а, б) были рассчитаны и проанализированы энергетические показатели качества электромагнитных процессов, а также статические и динамические потери активной мощности в силовых ключах. Для трехфазного выпрямителя (рис. 3, а) с низкочастотным алгоритмом управления при выявлено, что поддержание входного единичного коэффициента сдвига (cos1(1) 1) лимитируется формированием угла , который не должен превышать значения.

Полученное соотношение * n* q I1(1) arcsin (13) 2 2cos 6 cos 3 6 cos 3 6 3 отражает ограничение возможного формирования единичного входного коэф* фициента сдвига выпрямителя в функции переменных, , q, I1(1).

n* При низкочастотном алгоритме управления статические потери активной мощности в ключах преобразователя, так же как и в однофазной схеме, являются определяющими для расчета КПД. Выявлено, что максимальные значения КПД преобразователя соответствуют диапазону средневыпрямленного тока * Id 0.2...0.7.

Для схемы трехфазного трехуровневого выпрямителя, соответствующей структуре рис. 3, б при векторном алгоритме ШИМ были получены зависимости коэффициента гармоник тока. Отмечено, что при значениях a 13 фазный ток характеризуется значительными искажениями его формы, рис. 7.

0.5 0.a a 0.0.* * i i 0.0.0.0.0.0.5 0.25 0 0.0.5 0.25 0 0.25 0.* * i i * Рис. 7. Фазный ток в координатах , при M 0.9,q 1,I1 0.Согласно анализу полученных результатов можно рекомендовать к применению в автономных СГЭЭ кратности частот, принимающие значения a 13, в рабочем диапазоне изменения n*.

Отмечено, чем больше значение глубины модуляции M, тем лучше входной коэффициент мощности преобразователя.

Из анализа составляющих потерь активной мощности в ключах трехфазного трехуровневого полупроводникового преобразователя при ВШИМ следует, что на их величину существенным образом влияют параметры режимов работы преобразователя, особенно кратность частот a. На основании полученных зависимостей изменения КПД, а также ранее проведенного анализа коэффициента гармоник фазного тока можно рекомендовать наиболее энергоэффективный режим работы трехфазного трехуровневого преобразователя при кратностях частот a 1520.

Для исследования энергетических характеристик и составляющих полной мощности в основу анализа была положена геометрическая интерпретация энергопроцессов.

Для СГЭЭ на базе синхронного генератора и трехфазного трехуровневого выпрямителя с рекуперацией электрической энергии были получены уравнения второго порядка, связывающие ортогональные составляющие входных напря* * жений udR, u* и реактивной мощности QSR, формирующейся на входных заqR жимах преобразователя. При этом u (udR)2 (uqR)2.

R С учетом полярной системы координат:

2 RQ cos 2 n* n*sin n*sin 4 2 RQ sin 2 1 2RQ Q , (14) u* () R cos 2 2 2 2 sin Q Lq kL q n * где 0,2 ; Q , RQ nQSR 1 q , kL .

1 q 2 Ld Графики зависимостей u () для различных значений n и величины реR активной мощности QSR приведены на рис. 8. Окружность с радиусом u max R характеризует режим с глубиной модуляции M 1. Вне этой окружности процессы характеризуются перемодуляцией, поэтому полученные выше соотношения справедливы лишь внутри окружности.

Геометрическая интерпретация наглядно отражает процессы регулирования генерируемой активной мощности и потребляемой от генератора реактив ной мощности по основной гармонике при изменении составляющих udR и uqR. Такое решение является перспективным для анализа электромагнитных процессов и энергетических показателей с функциональной привязкой к параметрам сигналов управления, определение которых создают основы для синтеза системы управления и реализации ее в d, q координатах.

Шестая глава посвящена анализу электромагнитных процессов в МП с ЕДН, позволяющему определить условия возникновения, подавления небаланса напряжений конденсаторов емкостного делителя напряжения и влияния его на энергетические и качественные показатели преобразователя.

* * QSR 0; q 0.1;kL 1.05 QSR 0.2; q 0.1;kL 1.* * uqR 90 uqR 0.0.8 120 120 0.0.150 150 0.0.0.0.0.6 0.0.* udR u* 0.0.4 dR 180 0 180 0 n* 0.n* 0.2210 33u* max R u* max R 240 300 240 3270 2а) б) * * QSR 0.2; q 0.4;kL 1.05 QSR 0.2; q 0.8;kL 1.* * uqR uqR 0.0.* 0.4 udR 0.n* 0.n* 0.u* max R u* max R в) г) Рис. 8. Годографы изменения u* () R На основе полученных соотношений для обобщенных весовых коэффициентов были созданы математические модели для расчета гладких составляющих токов средних линий конденсаторов звена емкостного делителя на0 1 ( пряжения – Id, Id, …, IdN 1) для различных схем многоуровневых преобразователей.

Анализ токов средних линий в различных режимах позволил определить параметры управления, влияющие на небаланс и низкочастотные пульсации напряжений конденсаторов ЕДН.

Проведенные исследования показали, что в трехфазной схеме, структура которой соответствует рис. 3, б, на низкочастотный спектр тока средней линии оказывают влияние такие параметры, как k, M и . Показано, что расчет значений конденсаторов ЕДН, обеспечивающих заданный коэффициент пульсаций напряжений, необходимо проводить для режима, характеризующегося наибольшим углом и глубиной модуляции M. Это обусловлено тем, что с увеличением и M происходит увеличение низкочастотной пульсационной составляющей тока средней линии конденсаторов. В трехфазных схемах низкочастотные пульсации тока средней линии формируются под действием 3-й, 9-й, 15-ой и т.д. гармоник.

В трехфазном трехуровневом преобразователе баланс напряжений конденсаторов ЕДН можно реализовать посредством перераспределения резервных комбинаций состояний ключей. Однако отмечено, что возможность баланса ограничивается определенным диапазоном изменения параметров M и . Угол 0 характеризуется максимальной глубиной модуляции, при которой имеется возможность баланса напряжений конденсаторов ЕДН на каждом такте ШИМ, в этом случае M 0.96. С ростом значений граница области баланса характеризуется уменьшением значений глубины модуляции.

Для трехфазной четырехуровневой схемы, структура которой соответствует рис. 3, в, баланс напряжений конденсаторов, характеризующийся нулевыми средними значениями токов iN1, iN2, обеспечивается при 90эл.град.

При 0 баланс достигается при снижении глубины модуляции до 0.55. Однако это приводит к недоиспользованию числа уровней данного преобразователя, и, соответственно, снижаются достоинства многоуровневого преобразователя в части улучшения формы входного тока и выходного напряжения.

Отмечено, что небаланс напряжений конденсаторов ЕДН, определяемый uc1 ucкак ud , где uc1, uc2 – напряжения на конденсаторах, приводит к uc1 ucухудшению энергетических показателей преобразователя, в частности ухудшаются формы напряжений фазных стоек преобразователя МП с ЕДН и, соответственно, фазных токов.

Это происходит из-за изменения спектра гармоник напряжения и тока.

Что подтверждают диаграммы входного тока и соответствующие им гармонические спектры для трехфазного трехуровневого выпрямителя, приведенные на рис. 9, а, б.

На рис. 10 представлены эпюры гладкой составляющей выходного напряжения однофазного трехуровневого инвертора напряжения, полученные при наличии пульсаций напряжения конденсаторов ЕДН. Пульсации напряжений были реализованы в виде:

* uc1 a01 b1(k) sin k1t 1(k) , (15) * uc2 a02 b2(k) sin k1t 2(k) Здесь 1 – круговая частота основной гармоники выходного напряжения инвертора. При этом принималось: a01 a02 0.5, b1(k) b2(k) 0.05, 1(k) 2(k) 40эл.град.

* I a M 1.0, q 0.* kг.т. 3.27%, ud * i * i а) * I a M 1.0, q 0.* kг.т. 15.7%, ud 30% * i * i б) Рис. 9. Входной ток в координатах , и его спектр:

а) ud 0; б) ud 30% Диаграммы, представленные на рис. 10, иллюстрируют искажение вершины гладкой составляющей выходного напряжения преобразователя, что негативно отражается на качестве формируемого напряжения и таком важном качественном показателе, как модуляция выходного напряжения.

Особое внимание данному показателю уделяется в СГЭЭ на подвижных объектах, в частности, самолетах. Самолетные системы генерирования должны обеспечивать значение модуляции фазного напряжения, не превышающее 2.5 В.

* * uвых uвых 1.1.k 6 k 0.0.0.0.0.0.0.0.1.1.0 2.09 4.19 6.28 8.38 10.47 12.0 2.09 4.19 6.28 8.38 10.47 12.[рад] [рад] Рис. 10. Форма гладкой составляющей выходного напряжения Седьмая глава посвящена синтезу алгоритмов управления МП с ЕДН для повышения энергетической эффективности.

Отмеченные ухудшения энергетических показателей качества электромагнитных процессов в МП с ЕДН при наличии небаланса напряжений конденсаторов потребовали решения задачи по устранению или уменьшению влияния небаланса напряжений звена емкостного делителя напряжения на энергетические показатели преобразователя.

Было показано, что одним из эффективных направлений решения проблемы по улучшению энергетических показателей качества электромагнитных процессов в МП с ЕДН может быть использование векторных алгоритмов ШИМ управления преобразователем. В этой связи были получены модифицированные соотношения для весовых коэффициентов, которые в качестве переменной содержат величину небаланса напряжений конденсаторов ЕДН. На базе полученных соотношений был реализован алгоритм векторной ШИМ. Данный алгоритм обеспечивает улучшение качества напряжений на фазных стойках преобразователя, и, как следствие, фазных токов в условиях небаланса напряжений на конденсаторах ЕДН. При этом были определены граничные условия расположения вектора задания в каждом из треугольников векторной плосV* кости с учетом изменения параметров образующих векторов, рис. 11. Параметры образующих векторов определялись в виде:

1 * * 1 2 1 VS u* ; VS ud ; VM ud ; (16) d 3 3 3 3 2R * + (-1)Ratan ud ; (17) uc1 uc2 * где ud ; VS, VS – модули коротких векторов в условиях небаланса uc1 uc напряжений ЕДН; VM – модуль среднего вектора в условиях небаланса напряжений ЕДН; – угол среднего вектора; R – номер шестидесятиградусного сектора.

a a (1, 2,0) (0, 2,0) (2, 2,0) (1, 2,0) (2, 2,0) (0, 2,0) (2,2,1) (1,2,1) VM (0, 2,1) (1,1,0) (0,1,0) (2,1,0) (2,1,0) (1,1,0) (0, 2,1) (0,1,0) VM (2,2,1) (1,2,1) 1 (0,2, 2) VS VS VS VS (0, 2, 2) (0,1,1) (1,2,2) (1,2,2) (1,0,0) (2,1,1) (0,1,1) (2,0,0) (2,1,1) (1,0,0) (2,0,0) (1,0,1) (1,1,2) (0,0,1) (2,1,2) (0,1, 2) (2,0,1) (0,1, 2) (2,1,2) (0,0,1) (1,0,1) (2,0,1) (1,1,2) (0,0, 2) (0,0, 2) (2,0, 2) (2,0, 2) (1,0, 2) (1,0, 2) aaа) б) Рис. 11. Образующие векторы при: a) uc1 uc2, б) uc1 ucНа рис. 12 представлены расчетные зависимости для коэффициента гармоник входного тока трехфазного трехуровневого преобразователя с рекуперацией электрической энергии. Зависимости отражают два вида ВШИМ: без коррекции весовых коэффициkг.т.,% M 1.0, q 0.ентов (обычная ВШИМ), и с коррекцией весовых кообычный алгоритм эффициентов. ПредставВШИМ ленные зависимости демонстрируют эффективность предложенного алгоритма синтеза ВШИМ. Так, * например, при ud 10% предложенный алгоритм ВШИМ применение нового алго* ud ритма дает улучшение kг.т.

в 1.59 раза, а при * ud 20% в 2.46 раз.

Рис. 12. Зависимости kг.т. при небалансе Дальнейшие иссленапряжений конденсаторов ЕДН дования были направлены на снижение низкочастотных пульсаций в токе средней линии конденсаторов трехфазного трехуровневого преобразователя с рекуперацией электрической энергии.

Компенсация пульсаций тока средней линии была успешно реализована с применением разработанного алгоритма управления. Предложенный алгоритм был основан на функциональном изменении коэффициента управления k, при котором формирующаяся гладкая составляющая тока коротких векторов ( INS ) компенсирует гладкую составляющую тока средних векторов ( INS ) полностью или частично при обеспечении синтеза вектора задания.

V* Исследования показали, что при условии =15 эл. град, M 0.9 низкочастотные пульсации тока в средней линии конденсаторов снижаются в 6.2 раза при этом пульсации напряжений конденсаторов ЕДН уменьшаются в 3 раза.

Работа на несимметричную нагрузку в авиационных системах генерирования электрической энергии предусматривается ГОСТом Р 54073-2010. Особенностью работы на несимметричную нагрузку является наличие нулевой последовательности напряжения, возникающей из-за несимметрии выходных фазных напряжений многоуровневого инвертора напряжения.

Показано, что решением проблемы обеспечения высокого качества выходного напряжения СГЭЭ при несимметричной нагрузке может быть реализация структуры, где в качестве МП с ЕДН используется трехфазный трехуровневый преобразователь (рис. 3, б) с четвертой стойкой.

Для анализа электромагнитных процессов в МП с ЕДН с четвертой стойкой была реализована модель самолетной системы генерирования электрической энергии в среде MatCad-Simulink. Управление основным преобразователем было реализовано в синхронной системе dq-координат, ориентированной по вектору напряжения синхронного генератора. Четвертая стойка управлялась по сигналу задания на нулевую последовательность. Полученные результаты показали соответствие требованиям ГОСТ Р 54073-2010.

В восьмой главе приводятся результаты экспериментальных исследований различных типов МП с ЕДН.

Целью экспериментального исследования было подтверждение основных теоретических положений и выводов, полученных в диссертационной работе.

На основании поставленной цели были сформулированы задачи экспериментального исследования, среди которых:

– Верификация разработанных математических моделей и методик, предназначенных для расчета и анализа электромагнитных процессов и энергетических показателей МП с ЕДН.

– Проверка эффективности разработанных алгоритмов и способов управления в экспериментальных образцах многоуровневых полупроводниковых преобразователей с емкостным делителем напряжения.

– Проверка возможности улучшения энергоэффективности МП с ЕДН в автономных системах генерирования электрической энергии.

Для решения поставленных задач были разработаны и созданы экспериментальные образцы трехфазного трехуровневого выпрямителя без рекуперации (стойка, рис. 3, а) и с рекуперацией электрической энергии (стойка, рис. 3, б), а также разработаны методики испытаний.

В ходе комплексных экспериментальных исследований были получены следующие результаты:

– Применение разработанных математических моделей позволяют получать в установившихся режимах результаты, отличающиеся от экспериментальных результатов не более 5%. При этом время для расчета электромагнитных процессов на порядок меньше по сравнению со временем расчета с применением таких пакетов, как PSim, MatLab Simulink. Расчетные диаграммы токов с высокой точность совпали с экспериментальными, что свидетельствует о достоверности разработанных математических моделей.

– Подтверждена эффективность применения разработанных алгоритмов и способов управления МП с ЕДН. Подтверждена эффективность управления угла для обеспечения стабильности выходного напряжения трехфазного трехуровневого выпрямителя без рекуперации и формирования входного коэффициента мощности, близкого к единице, при изменении тока нагрузки. Отмечено, что в условиях небаланса напряжений конденсаторов ЕДН в 20% коэффициент гармоник формируемого фазного тока в трехфазном трехуровневом выпрямителе при использовании предложенного алгоритма ВШИМ с коррекцией весовых коэффициентов улучшается в 2.55 раза.

– Комплекс проведенных экспериментальных исследований подтвердил основные положения диссертационного исследования как научное направление по улучшению энергетических показателей качества электромагнитных процессов в МП с ЕДН и создания на их основе энергоэффективных автономных систем генерирования электрической энергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации проведены комплексные исследования многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения с целью создания на их основе энергетически эффективных автономных систем генерирования электрической энергии.

Основные результаты теоретических и практических исследований диссертационной работы состоят в следующем:

1. На основании проведенного анализа различных структур МП с ЕДН была предложена эквивалентная схема замещения обобщенного m-фазного Nуровневого полупроводникового преобразователя с емкостным делителем напряжения и ее математическое описание. Это позволило создать специализированные математические модели, ориентированные на определение основных энергетических параметров и характеристик силовых схем преобразователей, а также синтез параметров силовых схем и алгоритмов управления.

2. На основе разработанных математических моделей проведен расчет и анализ энергетических показателей качества электромагнитных процессов трех- и четырехуровневых однофазных и трехфазных МП с ЕДН для автономных систем генерирования электрической энергии. Выявлены основные закономерности изменения электромагнитных процессов, энергетических показателей и показателей качества входного тока и выходного напряжения МП с ЕДН в функции изменения ряда параметров и режимов работы СГЭЭ. Определены граничные значения изменения значений M и , обеспечивающие баланс напряжений конденсаторов ЕДН.

3. Развиты теоретические положения для расчета внешних и внутренних характеристик МП с ЕДН. Выявлено, что вид последовательности комбинаций состояний ключей, определяемый синтезом вектора задания, параметры реализуемого алгоритма пространственного векторного ШИМ, а также значение коэффициента управления k определяют распределение токовой загрузки, а также статических и динамических потерь активной мощности в ключах преобразователей. Были определены и рекомендованы значения диапазонов тока нагрузки и кратности частот a, обеспечивающие максимальные значения входного коэффициента мощности, КПД и минимальные значения коэффициента гармоник входного тока МП с ЕДН. Для однофазных схем МП с ЕДН были предложены последовательности комбинаций состояний ключей, характеризующиеся более равномерной загрузкой по току силовых ключей.

4. Синтезированы алгоритмы управления, основанные на применении низкочастотных принципов управления и векторных принципов ШИМ, позволяющие повысить качество входного тока и выходного напряжения МП с ЕДН и, как следствие, энергетическую эффективность многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения. Это достигается путем снижения низкочастотных пульсаций напряжений конденсаторов ЕДН; способа коррекции весовых коэффициентов образующих векторов в функции изменения напряжений на конденсаторах емкостного делителя напряжения; осуществления баланса напряжений конденсаторов ЕДН.

5. Предложен способ управления, обеспечивающий максимальное среднее значение выпрямленного напряжения трехфазного трехуровневого выпрямителя при изменении величины выходного тока.

6. Предложена методика расчета динамических потерь активной мощности в силовых ключах МП с ЕДН, обобщенная к любому числу уровней напряжений ЕДН с учетом параметров векторной широтно-импульсной модуляции.

7. Достоверность основных положений работы подтверждена результатами испытаний экспериментальных образцов многоуровневых полупроводниковых преобразователей частоты с емкостным делителем напряжения для автономных систем генерирования электрической энергии, при проектировании которых были использованы разработанные математические модели и методики по расчету параметров и энергетических характеристик, а также синтезированные алгоритмы управления.

8. Совокупность научных положений и комплекс проведенных исследований может рассматриваться как развитие теории анализа электромагнитных процессов, расчета энергетических показателей качества в многоуровневых полупроводниковых преобразователях частоты с емкостным делителем напряжения, а также синтеза векторных алгоритмов широтно-импульсной модуляции многоуровневых полупроводниковых преобразователей, являющихся основой для создания энергоэффективных структур автономных систем генерирования электрической энергии.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В журналах, рекомендованных ВАК России и зарубежных изданиях, включенных в системы цитирования:

1. Брованов С. В. Улучшение электромагнитной совместимости трехфазного мостового выпрямителя с питающей сетью / С. В. Брованов, В. Ю. Крутский // Вестник Уральского государственного технического университета. Серия «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы». – 2003. – № 5 (25), ч. 2. – С. 266– 269.

2. Брованов С. В. Статические преобразователи электрической энергии на основе многоуровневых инверторов напряжения и выпрямителей с корректорами входного тока / С. В. Брованов, С. А. Харитонов // Научный вестник НГТУ. – 2004. – № 2 (17). – С. 119–130.

3. Харитонов С. А. Однофазный трехуровневый выпрямитель с улучшенным гармоническим спектром входного тока / С. А. Харитонов, С. В. Брованов // Электротехника. – 2006. – № 10. – С. 27–33.

4. Lee H.-H. A novel control strategy for a three-phase rectifier with high power factor and stable output voltage / H.-H. Lee, V.-T. Phan, S. Brovanov [et al.] // Journal of power electronics. – 2007. – Vol. 7, № 3. – P. 203–212. (Новый способ управления для трехфазного выпрямителя с высоким коэффициентом мощности и стабильным выходным напряжением).

5. Брованов С. В. Особенности электромагнитных процессов в трехфазном трехуровневом выпрямителе / С. В. Брованов // Электротехника. – 2008. – № 6. – С. 39–48.

6. Брованов С. В. Реализация векторной ШИМ в трехфазном трехуровневом выпрямителе / С. В. Брованов, С. А. Харитонов // Электротехника. – 2008. – № 6. – С. 33–38.

7. Харитонов С. А. Электромеханическая система усиления рулевого управления в автомобиле /С. А. Харитонов, С. В. Брованов, О. Г. Куклин и др.// Транспорт: наука, техника, управление: Научн. Инф. сборник ВИНИТИ. – Москва.

– 2008. – №6. – С. 43 – 46.

8. Харитонов С. А. Система генерирования электрической энергии для подвижных объектов/ С. А. Харитонов, Д. В. Коробков, С. В. Брованов и др. // Транспорт: наука, техника, управление. Научн. Инф. сборник ВИНИТИ. – Москва.

– 2008. – №12. – С. 46 – 49.

9. Брованов С. В. Комбинации состояний ключей и анализ электромагнитных процессов в многоуровневых преобразователях / С. В. Брованов // Электротехника. – 2009. – № 6. – С. 20–27.

10. Брованов С. В. Обеспечение энергоэффективного режима работы авиационной системы электроснабжения /С. В. Брованов, С. А. Харитонов, М. А. Дыбко// Транспорт: наука, техника, управление: Научн. Инф. сборник ВИНИТИ. – Москва.

– 2010. – №8. – С. 25 – 28.

11. Брованов С. В. Методика расчета энергетических показателей качества преобразования энергии в трехуровневом инверторе напряжения / С. В. Брованов // Научный вестник НГТУ. – 2009. – №3(36). – С. 131 – 142.

12. Брованов С. В. Методика расчета токов силовых ключей многоуровневых полупроводниковых преобразователей / С. В. Брованов, М. А. Дыбко// Доклады академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2011. – № 1(16).

– С. 84 – 94.

13. Брованов С. В. Улучшение энергетической эффективности систем генерирования электрической энергии на базе многоуровневых полупроводниковых преобразователей / С. В. Брованов, С. С. Турнаев, М. А. Дыбко// Научный вестник НГТУ. – 2011. – №2(43) – С. 125 – 134.

14. Брованов С. В. Расчет динамических потерь в многоуровневых полупроводниковых преобразователях с емкостным делителем напряжения /С. В. Брованов, М. А. Дыбко// Доклады академии наук высшей школы Российской Федерации. – Новосибирск. – 2011. – № 2(17). – С. 46 – 55.

Другие статьи, доклады 15. Харитонов С. А. Система генерирования переменного тока с циклоконвертором модуляционного типа / С. А. Харитонов, С. В. Брованов // Новые технологии и научные разработки в энергетике: материалы регионального семинара. – Новосибирск, 1994. – С. 104–106.

16. Брованов С. В. Анализ электромагнитных процессов в системе генерирования переменного тока с циклоконвертором модуляционного тока / С. В. Брованов, С. А. Харитонов // Актуальные проблемы электронного приборостроения.

АПЭП-94: тр. 2 междунар. науч.-техн. конф. – Новосибирск, 1994. – Т. 7 – С. 93–96.

17. Брованов С. В. Энергетические характеристики циклоконвертора модуляционного типа / С. В. Брованов, С. А. Харитонов // Информатика и проблемы телекоммуникаций: материалы междунар. науч.-техн. конф. – Новосибирск, 1995. – Т.

1. – С. 154–156.

18. Брованов С. В. Энергетические характеристики трехфазного мостового выпрямителя с устройством коррекции формы входного тока /С. В. Брованов, В. Ю. Крутский// Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП–2000: тр. 5 междунар. науч.-техн. конф. – Новосибирск. – 2000. – Т.7. – С. 108–110.

19. Крутский В. Ю. Вейвлет-анализ искажений синусоидального напряжения / В. Ю. Крутский, С. В. Брованов, С. А. Харитонов // Технiчна електродинамiка. Темат. вип. Силова електронiка та енергоефективнiсть. – Київ, 2004. – Ч. 3. – С. 62–63.

20. Brovanov S. A Reduction of the AC line current harmonics in a multilevelvoltage source rectifier / S. Brovanov, S. Kharitonov // KORUS 2003. Proc. of the 7 Korean-Russian intern. symp. on science and technology, Korea, Ulsan, 2003. – Ulsan, 2003.

– P. 479–483. (Снижение гармонических составляющих во входном токе многоуровневого выпрямителя).

21. Брованов С. В. Однофазный мостовой многоуровневый выпрямитель с активным корректором коэффициента мощности / С. В. Брованов С. А. Харитонов // Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП–2004: материалы междунар. науч.-техн. конф. – Новосибирск, 2004. – Т. 6. – С. 10 – 18.

22. Брованов С. В. Способ выравнивания выходных напряжений в однофазном трехуровневом выпрямителе / С. В. Брованов, С. А. Харитонов // Электроприводы переменного тока. ЭППТ – 05: материалы 13 междунар. науч.-техн. конф., Екатеринбург, 15–18 марта 2005 г. – Екатеринбург : Изд-во УГТУ–УПИ, 2005. – С.

73–76.

23. Брованов С. В. Трехфазный трехуровневый выпрямитель и его свойства / С. В. Брованов, С. А. Харитонов // Технiчна електродинамiка. – Київ, 2005.

– Ч. 3. – С. 12–15.

24. Брованов С. В. Алгоритмы формирования выходного напряжения в трехфазном трехуровневом выпрямителе /С. В. Брованов, С. А. Харитонов // Электротехника, электромеханика, электротехнологии. ЭЭЭ–2005 : материалы 2 науч.-техн. конф. с междунар. участием, Новосибирск, 25–26 окт. 2005 г. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2005. – С. 67–70.

25. Brovanov S. V. A theoretical footing for design methodology and practical implementation of the three-level rectifiers / S. V. Brovanov, H.-H. Lee, V.-T. Phan // 8 Internl conf on actual problems of electronic instrument engineering. APEIE–2006. – Novosibirsk, 2006. – V. 7. – P. 19–24. (Теоретические основы разработки и практического применения трехуровневых выпрямителей).

26. Брованов С. В. Учет влияния величины индуктивности входного дросселя на характеристики трехфазного трехуровневого выпрямителя / С. В. Брованов // Технічна електродинаміка. – Київ, 2006. – Ч. 3. – С. 76–79.

27. Lee H.-H. A novel control strategy for three-phase rectifier with high power factor / H.-H. Lee, S. Brovanov, V.-T. Phan [et al.] // 32 Annual conf. of the IEEE Industrial Electronics Society. IECON 2006, Paris, France, 7–10 Nov. 2006. – Paris, 2006. – P. 2255–2261. (Новый способ управления трехфазным выпрямителем с высоким коэффициентом мощности).

28. Брованов С. В. Алгоритм управления многоуровневым выпрямителем / С. В. Брованов // Тр. междунар. 14 науч.-техн. конф. «Электроприводы переменного тока». – Екатеринбург, 2007. – С. 27–30.

29. Brovonov S. Harmonic analysis and control strategy of a three-phase threelevel rectifier / S. Brovanov // EUROCON 2007. The intern. conf. on «Computer as a Tool», Poland, Warsaw, 9–12 Sept. 2007. – Warsaw, 2007. – P. 2749–2753. (Гармонический анализ и способ управления для трехфазного трехуровневого выпрямителя).

30. Брованов С. В. Теоретический и практический аспекты реализации векторной ШИМ в трехфазном трехуровневом выпрямителе / С. В. Брованов, С. А.

Харитонов, А. Н. Колесников // Технічна електродинаміка. Темат. вип. – Київ, 2007. – Ч. 3. – С. 76–79.

31. Брованов С. В. Выпрямитель с улучшенными энергетическими показателями / С. В. Брованов // Технічна електродинаміка. Темат. вип. Силова електронiка та енергоефективнiсть. – Київ, 2008. – Ч. 7. – С. 66–69.

32. Брованов С. В. Пространственно-векторный алгоритм управления многоуровневыми преобразователями в условиях неравенства напряжений на конденсаторах / С. В. Брованов // Технічна електродинаміка. Темат. вип. Силова електронiка та енергоефективнiсть. – Київ, 2008. – Ч. 1. – С. 66–71.

33. Brovanov S. Space vector PWM technique for three-level neutral point clamped converters with taking into account DC-voltage unbalance / S. Brovanov, M.

Pacas // IEEE intern. conf. SIBIRCON 2008, Novosibirsk, 21–25 July 2008. – Novosibirsk, 2008. – Р. 200–205. (Принцип векторной ШИМ для трехуровневого преобразователя с фиксирующей нейтральной точкой и учетом небаланса DCнапряжений).

34. Брованов С. В. Оптимизация пространственно-векторного алгоритма управления / С. В. Брованов // Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП–2008 : материалы 9 междунар. науч.-техн. конф. – Новосибирск, 2008. – Т. 7. – С. 26–29.

35. Дыбко М. А. Расчет потерь в трехуровневом инверторе напряжения с четвертой стойкой / М. А. Дыбко, С. С. Турнаев, С. В. Брованов // Вiсник кафедри «Електротехнiка»: Темат. вип. Присвячуеться п’ятидесятирiччю електротехнiчного факультету ДонНТУ. – Донецьк : ДонНТУ, 2009. – С. 37–40.

36. Курсупов Д. В. Использование трехфазного трехуровневого инвертора напряжении с четвертой стойкой в автономных системах электроснабжения / Д.

В. Курсупов, С. В. Брованов // Вiсник кафедри «Електротехнiка»: Темат. вип.

Присвячуеться п’ятидесятирiччю електротехнiчного факультету ДонНТУ. – Донецьк : ДонНТУ, 2009. – С. 78–81.

37. Брованов С. В. Расчет энергетических показателей качества преобразования энергии в трехфазных многоуровневых полупроводниковых преобразователях / С. В. Брованов // Технічна електродинаміка. Темат. вип. Силова електронiка та енергоефективнiсть. – Київ, 2009. – Ч. 4. – С. 104–107.

38. Brovanov S. A сalculation method of the energy quality performance for threelevel voltage source inverter as a part of the power-supply system / S. Brovanov, S. Kharitonov, M. Dybko // 35 Annual сonference of the IEEE Industrial Electronics Society. IECON 2009, Portugal, Porto, 3–5 Nov. 2009. Porto, 2009. – P. 4067–4072. (Методика расчета энергетических показателей качества для трехуровневого инвертора, являющегося частью системы генерирования электрической энергии).

39. Дыбко М. А. Анализ энергетических показателей четырехуровневого инвертора напряжения / М. А. Дыбко, С. В. Брованов // Технічна електродинаміка. – Київ, 2009. – Ч. 3. – С. 27–32.

40. Brovanov S. A new approach for current calculation in a single-phase threelevel NPC converter with space vector PWM / S. Brovanov, S. Kharitonov, M. Dybko [et al.] // Intern. conf. on computational technologies in electrical and electronics engineering.

SIBIRCON 2010, Irkutsk, 11–15 July 2010. – Новосибирск, 2010. – P. 639–644. (Новый подход к расчету тока в однофазном трехуровневом преобразователе с векторной ШИМ).

41. Dybko M. A. Mathematical models for analysis of energy quality performance in three-phase four-level NPC converter / M. A. Dybko, S. V. Brovanov, A.

V. Geist [et. al.] // Intern. conf. and seminar EDM’2010. – Новосибирск, 2010. – P.

455–461. (Математическая модель для анализа энергетических показателей качества в трехфазном четырехуровневом преобразователе NPC типа).

42. Brovanov S. V. Analysis of conducting losses in the single-phase three-level NPC converter / S. V. Brovanov, M. A. Dybko, O E. Bespalenko // Intern. conf. and Seminar EDM’2010. – Новосибирск, 2010. – P. 490–494. (Анализ статических потерь в однофазном трехуровневом NPC преобразователе).

43. Брованов С. В. Энергоэффективный алгоритм управления многоуровневым полупроводниковым преобразователем в условиях небаланса напряжений конденсаторов / С. В. Брованов, С. А. Харитонов, М. А. Дыбко // Технiчна Електродинамiка. – Київ, 2011. – Ч. 1. – С. 119–126.

Авторские свидетельства и патенты на изобретения 44. A.c. 1460761 СССР, МПК 4 H02M7/12 Способ управления выпрямителем с емкостным фильтром /В. В. Иванцов, С. Г. Лажинцев, С. В. Брованов; заявл. 04.01.1987; опубл. 23.02.1989, Бюл. № 7.

45. Пат. 2012983 Российская Федерация, МПК 7 H02M1/08, H02H7/10.

Устройство обнаружения неисправности системы управления вентилями /С. В.

Брованов, В. Ф. Лучкин; заявл. 01.07.1991; опубл. 15.05.1994, Бюл. № 9.

46. Пат. 2210172 Российская Федерация, МПК 7 H02P6/08, B60L15/06.

Способ управления синхронным двигателем в электромеханическом усилителе руля автомобиля / В. М. Берестов, Н. А. Болоян, С. В. Брованов и др.; заявл.

28.09.2001; опубл. 10.08.2003, Бюл. № 22.

47. Пат. 2295823 Российская Федерация, МПК 7 H02M7/162 Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом выпрямителе /С. В. Брованов, С. А. Харитонов; заявл. 26.07.2005; опубл. 20.03.2007, Бюл. № 8.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.