Введение к работе
Актуальность проблемы
Непрерывное совершенствование элементов и СКУ в направлении расширения функций, упрощения, снижения массы, габаритов и стоимости, повышения точности, надежности и ЭМС, а также использование их в условиях окружающей среды, отличающихся все большим разнообразием, требует приложения постоянных усилий для разработки новых классов таких элементов и систем, характеристики которых в достаточной мере соответствовали предъявляемым к новым устройствам требованиям.
В связи с неуклонным ростом энерговооруженности различных отраслей промышленности, транспорта, аграрного сектора экономики и быта, с одной стороны, и значительным развитием СКУ, с другой стороны, происходит повышение требований к устойчивости их работы и к их массогабаритным показателям, уменьшение которых позволяет значительно улучшить технические характеристики и размещать ЭТУ и РЭА в непосредственной близости друг от друга и от электроэнергетических установок.
Новые тенденции в экономике требуют создания конкурентоспособной продукции, реализуемой на внутреннем и внешнем рынках. Поэтому одним из важнейших направлений в разработке СКУ является значительное снижение их стоимости и увеличение КПД, что часто одновременно приводит к упрощению конструкций и повышению их надежности.
Проблема повышения ЭМС чрезвычайно широка и сложна. Она охватывает практически все виды ЭТУ, вычислительной техники , связи и т. д. заключается не только в создании помех СКУ, что само по себе является принципиальным, так как ограничивает порог чувствительности и точности входящих в них приборов, но и в уменьшении КПД, снижении надежности в работе, обусловленных ускоренным старением изоляции, пробоем изоляторов и т.д.
Данная работа состоит из ряда основных программ и проектов СКУ технологическим транспортом в промышленности, проектов СКП во взрывоопасной окружающей среде и средств МОС со случайным доступом абонентов, а также проектов базовых элементов ЭТУ и РЭА — ИВЭ и вносит свой вклад в решение важных научно-технических проблем, связанных с созданием новых классов элементов и СКУ, удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям.
Объекты исследования — СКУ технологическим транспортом в промышленности, СКП во взрывоопасной окружающей среде и технических средств в системах МОС со случайным доступом абонентов, а также ИВЭ.
Предмет исследования — развитие элементов и СКУ в промышленности.
Цели и задачи исследования
Глобальная цель — более совершенные СКУ в промышленности.
Локальная цель — более совершенные ИВЭ ЭТУ и РЭА.
Задачи:
анализ СКУ технологическим транспортом в промышленности, СКП во взрывоопасной окружающей среде и средств МОС со случайным доступом абонентов, а также ИВЭ;
разработка и исследование эффективных СКУ технологическим транспортом в промышленности;
разработка и исследование СКП во взрывоопасной окружающей среде;
разработка и исследование средств МОС со случайным доступом абонентов;
классификация, разработка и исследование ИВЭ нового класса;
оценка полученных результатов. Методы исследования
В данной работе использованы методы научного обобщения и анализа теоретических и технических данных, аналитический метод, метод расчетного анализа, методы математического и электронного моделирования, методы лабораторных и промышленных экспериментов и другие методы.
Научная новизна:
- проведены исследования и разработано устройство определения веса
грузов в кузове автосамосвалов;
разработано и испытано устройство контроля полногрузных рейсов автосамосвалов, выполненных в заданном направлении;
разработано и испытано УКУ АЭК;
разработана СКУ АЭК;
разработано и испытано устройство ТУ-ТС-ТИ во взрывоопасной атмосфере;
разработано и испытано устройство взрывобезопасного КП телемеханических систем;
разработано и испытано устройство МОС со случайным доступом абонентов;
разработана и использована теория нелинейных незамкнутых ЭТФД систем;
разработаны и испытаны эффективные средства ограничения параметров переходных процессов ламп накаливания и методика расчета этих средств;
объективно установлено, что для расширения функциональных возможностей, в том числе для получения высокоточной стабилизации и управления частотой и фазой выходных импульсов переменного тока ИВЭ, для обеспечения возможности их синхронизации при улучшенных характеристиках источников питания, для достижения широких диапазонов изменения частоты и амплитуды выходного напряжения однофазных и многофазных ИВЭ и для достижения простоты и минимальной стоимости, для получения высокого КПД, снижения
массогабаритных показателей и получения высокой ЭМС необходимо:
при осуществлении связи между магнитным состоянием магнитопроводов трансформаторов магнитополупроводниковых устройств и функционированием их стабилизирующих, синхронизирующих и управляющих элементов использовать переход соответствующих транзисторов в режим отсечки;
ограничивать напряжение в цепях положительной обратной связи двухтактных на двух ключах и мостовых однофазных и многофазных магнитополупроводниковых преобразователей и детектировать состояние насыщения магнитопроводов юс трансформаторов;
компенсировать напряжение в цепях положительной обратной связи мостовых и полумостовых магнитополупроводниковых преобразователей напряжения;
осуществлять прямое преобразование напряжения переменного тока питающей сети в переменное напряжение на выходе ИВЭ с использованием квазичастотного управления;
направлять энергию упругого намагничивания магнитопроводов магнитополупроводниковых преобразователей в накопители с последующей передачей ее в цепи питания этих же преобразователей;
ограничивать величину напряжения в цепях формирования сигналов положительной обратной связи полумостовых преобразователей постоянного напряжения.
Разработаны и исследованы схемы преобразователей напряжения, при осуществлении связи между магнитным состоянием магнитопроводов трансформаторов магнитополупроводниковых устройств и функционированием их стабилизирующих, синхронизирующих и управляющих элементов в которых, использован переход соответствующих транзисторов в режим отсечки, с широкими диапазонами изменения частоты и амплитуды выходного напряжения, однофазных и многофазных ИВЭ, обладающих простотой, высоким КПД, улучшенными массогабаритными показателями и высокой ЭМС и методики расчета этих преобразователей.
Получены математические и электронные модели преобразователей переменного напряжения на входе в переменное напряжение на выходе ИВЭ с использованием квазичастотного управления.
Положення, выносимые на защиту:
а) разработки и исследования устройств:
1) взвешивания грузов в кузове автосамосвалов;
2) контроля полногрузкых рейсов автосамосвалов, сделанных в заданном
направлении;
3) специализированного вычислительного УКУ АЭК;
4)СКУАЭК;
5) устройства ТУ-ТС-ТИ во взрывоопасной атмосфере;
б) взрывобезопасного КП канала телемеханики повышенной информативности;
7) устройства МОС со случайным доступом абонентов;
б) разработка теории ЭТФД систем;
в) разработка более точных методик расчета трансформаторов статических
преобразователей;
г) разработка и испытания эффективных средств ограничения параметров
переходных процессов ламп накаливания;
д) разработка и исследование нового класса ИВЭ с расширенными
функциональными возможностями, простых по конструкции и имеющих
минимальную стоимость, высокий КПД, улучшенные массогабаритные
показатели и повышенные ЭМС и надежность, имеющих следующие
существенные отличия:
при осуществлении связи между магнитным состоянием магнитопроводов трансформаторов магнитополупроводниковых устройств и функционированием их стабилизирующих, синхронизирующих и управляющих элементов использован переход силовых транзисторов в состояние отсечки;
применено ограничение напряжения в цепях положительной обратной связи двухтактных на двух ключах и мостовых однофазных и многофазных магнитополупроводниковых преобразователей и детектировать состояние насыщения их магнитопроводов;
компенсировано напряжение в цепях положительной обратной связи мостовых и полумостовых магнитополупроводниковых преобразователей напряжения;
осуществлено прямое преобразование напряжения переменного тока питающей сети в переменное напряжение на выходе ИВЭ с использованием квазичастотного управления;
реализовано направление энергии упругого намагничивания трансформаторов магнитополупроводниковых преобразователей в накопители с последующей передачей ее в цепи питания этих же преобразователей;
осуществлено ограничение величины напряжения в цепях формирования сигналов положительной обратной связи полумостовых преобразователей постоянного напряжения.
е) математические и электронные модели преобразователей постоянного
напряжения с устройствами защиты транзисторов от перенапряжений и
переменного напряжения на входе в переменное напряжение на выходе ИВЭ с
использованием квазичастотного управления.
Практическая значимость
Результаты исследований использованы в учебном процессе в УГТУ-УПИ и РГППУ при изучении студентами курсов «Теоретические основы электротехники», «Теория автоматического управления», «Основы электротехники и электроники», «Промышленная электроника», «Электрические аппараты и средства автоматизации» и в научной работе
студентов,
Создано автоматизированное рабочее место конструктора средств силовой электроники.
Даны практические рекомендации для проектирования и расчета ИВЭ на примере преобразователя постоянного напряжения величиной 24 В переменное напряжение величиной 220 В с номинальной мощностью 0,15 кВА.
Результаты диссертационной работы использованы в разработках ЗИК, НПО автоматики, НТЦ «КамАЗ» и внедрены на предприятиях металлургии и промышленности строительных материалов.
По материалам диссертационной работы написаны две монографии объемом 10,4 и 13,2 уч. изд. листа в 1994 и 1996 годах соответственно.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались в 1988 — 2009-х годах на научно-технических региональных, российских, всесоюзных и международных конференциях, заседаниях кафедр и советов в УГТУ-УПИ, ИГД, МАДИ, МЭИ(ТУ), РГППУ, УрГПУ, ЧТУ, ЮУрГУ, и на технических советах промышленных предприятий.
Результаты исследований проверены практическими расчетами и испытаниями разработанных технических средств.
Публикации
