Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время проблема энергосбережения становится особенно острой в связи с резким удорожанием энергии и энергоносителей. Не менее важной остается и проблема улучшения удельных массогабаритпых показателей источников питання (ИП) с целью экономии электротехнических материалов и повышения мобильности источников.
Научные разработки в области МП проводились в Институте им. Е. О. Патона (г. Киев), Ржевском научно-производственном объединении «Электромеханика», Научно-исследовательском и конструкторском институте монтажной технологии (г. Москва), Техническом бюро в Верхней Австралии, компании «Фрониус» (Австралия), «Дженерал Электрик» (США).
Важный вклад в исследовании данного вопроса внесли такие отечественные и зарубежные ученые как Н. Н. Бснардос, Н. Г. Славянов, Н. А. Ольшанский, Е. О. Патон, Г. 3. Волошкевич, А. В.Казак, В. М. Исаев, Г. Мюлбек, О. Промбергср, П. Фнхтбауэр, О. Кьельберг, Дж. Вестингауз, Г. Ценерер, Ч.А. Коффин и др.
Следует отметить, что доля источников для питания маломощных потребителей сравнительно невелика в общем балансе энергопотребления предприятий, мастерских или иных электрохозяйств. Поэтому, казалось бы, проблема улучшения энергетических показателей маломощных преобразователей не должна привлекать особого внимания. Однако эта проблема имеет другую, более существенную сторону - улучшение энергетических показателей, в частности, повышение коэффициента мощности, приводит к уменьшению удельных массогабаритпых показателей ИП и снижению их стоимости.
Появившиеся в последние годы преобразователи шшерторного типа позволили существенно улучшить практически все основные показатели, за исключением стоимости, которая существенно выше, чем у классических преобразователей. Их отечественные сервисные сети также далеки от совершенства.
Актуальной является задача улучшения энергетических и снижения удельных массогабаритпых показателей однофазных источников питания с целью повышения конкурентоспособности по отношению к преобразователям, как с однократным, так и с многократным преобразованием энергии.
Одним из путей решения данной задачи является применение емкостных компенсаторов.
Известно, что емкостный компенсатор на выходе преобразователя создает опережающий фазовый сдвиг потребляемого из сети тока относительно сетевого напряжения. Вместе с тем емкостный фильтр уменьшает угол проводимости вентилей и ухудшает использование обмоток транс-
форматора по мощности из-за ухудшения гармонического состава протекающих через них токов, что требует дополнительных исследований с целью поиска рекомендуемых параметров схем ИП.
На кафедре промышленной электроники ГОУВПО «Комсомоль-скнй-на-Амуре государственный технический университет» ведется разработка источников питания с улучшенными энергетическими и массогаба-ритными показателями.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование источника питания на основе управляемых преобразователей с емкостной компенсацией на стороне постоянного тока.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие теоретические и прикладные задачи:
-
Анализ принципов построения ИП и выбор рациональных схемных решений;
-
Разработка математических моделей для исследования электромагнитных процессов ИП;
-
Экспериментальные исследования ИП с целью проверки достоверности математических моделей.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на математическом моделировании схем ИП с применением программных пакетов MatLab и MathCad. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях с применением стандартной измерительной аппаратуры.
Обоснованность н достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием методов математического моделирования, а также совпадением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.
Научная новизна:
разработаны математические модели источников питания с емкостной компенсацией реактивной мощности и тирнсторными регуляторами для исследования электромагнитных процессов и влияния элементов схемы на энергетические показатели источников питания:
получены зависимости энергетических показателей источников питания с емкостной компенсацией реактивной мощности на стороне постоянного тока и тнрнсторным регулятором как на стороне переменного, так и на стороне постоянного тока с улучшенными удельными массогабарит-ными и энергетическими показателями с целью выработки рекомендаций по выбору элементов схемы;
выявлено влияние нелинейной обратной связи (ОС), позволяющей обеспечить требуемый алгоритм работы системы импульсно-фазового регулирования для предотвращения недопустимого напряжения холостого хода и ограничения тока короткого замыкания, с целью реализации требуемой внешней характеристики источника питания.
Практическое значение работы:
предложено оригинальное схемотехническое решение источника питання с емкостной компенсацией реактивной мощности и тнристорным регулятором на стороне постоянного тока, защищенное патентом на изобретение;
выработаны рекомендации по выбору элементов схем и областям применения источников питания с тирнсторными регуляторами и емкостным компенсатором;
- созданы н испытаны опытные образцы источников питания.
Научные положении н результаты, пыпоснмыс на защиту:
схемотехническое решение источника питания с компенсацией реактивной мощности и тнристорным регулятором на стороне постоянного тока;
результаты анализа режимов работы источника питания с компенсацией реактивной мощности и тнристорным регулятором на стороне постоянного тока;
результаты анализа динамических режимов источника питания с компенсацией реактивной мощности и тнристорным регулятором на стороне постоянного тока с нелинейной обратной связью;
результаты анализа режимов работы источников питания с компенсацией реактивной мощности на стороне постоянного тока и тнристорным регулятором на стороне переменного тока;
рекомендации по выбору элементов схем и областям применения источников питания с тирнсторными регуляторами и емкостным компенсаторам.
Реализация результатов работы. Источник питания с емкостной компенсацией реактивной мощности и тнристорным регулятором на стороне постоянного тока внедрен в технологический процесс на ФГУП ПО «Амурмаш»; внедрен и используется в строительно-монтажных работах на ООО «Работник»; внедрен в учебный процесс ГОУВПО «КнАГТУ» для инженеров специальности 210303 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура».
Апробации работы. Основные теоретические положения, результаты и выводы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научно-технических семинарах аспирантов и молодых ученых в КнАГТУ (2004г. - 2009г.), на научно-технических семинарах кафедры промышленной электроники КнАГТУ.
Макетный образец источника питания был представлен на V международном форуме «Высокие технологии XXI века» (г. Москва, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 научных статьи (из них одна - в издании, рекомендуемом ВАК Минобрнауки России), получен 1 патент на изобретение (РОСПАТЕНТ) и 3 свидетельства о регистрации интеллектуального продукта (ВНТИЦ).
Структура її объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех сдав, таключепия. списка литератур:,! и приложении. ОІЇЩШЇ объем - 136 страниц, в том числе 85 иллюстрации. 6 таблиц. 6 страниц списка литературы in 6S наименовании. 4 приложении.
