Введение к работе
Актуальность проблемы. Значительная часть электротехнического оборудования является весьма энергоемкой, что предъявляет жесткие требования к источникам питания в плане их эффективности и экономичности.
Радикально изменившиеся экономические условия, переориентация промышленного производства на мелкого и среднего производителя поставили вопрос о создании простого и надежного электротехнического оборудования малой и средней мощности. Разрабатываемое оборудование должно стать значительно более экономичным и, при этом, по своим выходным характеристикам не уступать мировым аналогам.
Источники питания электротехнических установок малой и средней мощности строятся на базе однофазных схем выпрямления.
Принципы построения таких схем, в течение длительного времени оставаясь неизменными, не отвечают современным требования. Традиционные схемы однофазного выпрямления (не содержащие промежуточного звена повышенной частоты) не позволяют получить хорошосглаженную форму выходного тока с малым коэффициентом пульсаций, крутопадающую внешнюю характеристику, в процессе регулирования силы выходного тока форма выходного тока значительно искажается, появляются участки нулевого выходного тока.
На сегодняшний день в мировой практике проблема построения однофазного источника постоянного тока, обладающего приемлемыми характеристиками, решается путем введения в однофазную схему выпрямления промежуточного звена повышенной частоты и/или значительных по массогабаритным показателям выходных реактивных фильтров.
Актуальной проблемой является поиск и разработка нового
подхода к построению высокоэффективных однофазных
источников постоянного тока (не содержащих промежуточного
звена повышенной частоты), который бы обеспечивал
хорошосглаженную форму выходного тока с минимальным уровнем
коэффициента пульсаций, крутопадающую внешнюю
характеристику, возможность регулирования силы выходного тока
без появления участков нулевого выходного тока, а также высокие энергетические показатели всего источника в целом.
Цель работы. Поиск и исследование нового подхода в построении однофазных источников постоянного тока - однофазных резонансных нелинейных источников постоянного тока, разработка основ методики расчета таких источников.
Основные методы исследования. Теоретические исследования. Исследуемая однофазная резонансная нелинейная цепь рассчитывается при помощи дискретных схем замещения; моделируется при помощи программных комплексов численного моделирования MATLAB и PSPICE. Оптимизация параметров исследуемых цепей ведется градиентным методом.
Экспериментальные исследования проводятся на физической модели источника питания постоянного тока (ИППТ), макете ИППТ, серийно производящемся ИППТ. Результаты теоретических исследований хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований ИППТ, разработанных при участии автора.
Научная новизна. Предложен и исследован новый подход в построении высокоэффективных однофазных резонансных нелинейных источников постоянного тока, не содержащих промежуточного звена повышенной частоты. Составлена и исследована расчетная модель однофазных резонансных нелинейных источников постоянного тока. Предложены и исследованы два новых способа регулирования силы выходного тока в исследуемых цепях. Предложена методика качественного расчета параметров однофазных резонансных нелинейных источников постоянного тока.
Практическая ценность. Предложен и исследован новый подход в построении высокоэффективных однофазных ИППТ, по своим характеристикам практически сравнимым с трехфазными. Предложена методика расчета однофазных резонансных нелинейных источников постоянного тока, даны соотношения для выбора оптимальных значений параметров элементов. Разработана расчетная схема однофазных резонансных нелинейных источников постоянного тока.
Реализация результатов. Теоретические и экспериментальные результаты исследований были использованы при создании на ЗАО НПФ "Тепломаш" (г. Санкт-Петербург) источников питания
постоянного тока для воздушно-плазменной резки, а также других ИППТ. Простота схемотехнического решения, высокая эффективность и надежность таких ИППТ подтверждается длительной эксплуатацией в различных условиях, а также опытом их серийного производства, что отмечено актом о внедрении и отзывами.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры теоретических основ электротехники СПбГЭТУ (1996-1997 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы, в том числе 1 свидетельство на полезную модель и 1 статья. Кроме того, принято к публикации І свидетельство на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 40 наименований, и 2приложений. Основная часть работы изложена на 80 страницах машинописного текста. Работа содержит 44 рисунка и 2 таблицы.