Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ
На правах рукопису
Нгуєн Ли Хай Тунг (В’єтнам)
УДК 621.314.58
КЕРУВАННЯ ОДНОФАЗНИМ ФІЛЬТРО- КОМПЕНСУЮЧИМ ПРИСТРОЄМ НА ОСНОВІ ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА
Спеціальність 05.09.12- Напівпровідникові перетворювачі електроенергії
Автореферат дисертації на здобуття
наукового ступеня кандидата технічних наук
Київ –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі промислової електроніки Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти України, м. Київ.
Науковий керівник -доктор технічних наук, професор
Жуйков Валерій Якович,
Національний технічний університет України
“Київський політехнічний інститут”,
завідувач кафедри промислової електроніки.
Офіційні опоненти: -доктор технічних наук, професор
Денисов Олександр Іванович,
Чернігівський технологічний університет,
ректор;
-кандидат технічних наук, доцент
Павлов Геннадій Вікторович,
Український державний морський технічний
університет ім. адмірала Макарова (м. Миколаїв),
в.о. завідувача кафедри “Електрообладнання суден”.
Провідна установа -Харківський державний політехнічний університет,
кафедра “Промислова електроніка”,
Міністерства освіти України.
Захист дисертації відбудеться “” жовтня 1999 р. об годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.01 в Інституті електродинаміки НАН України, за адресою: 252680, Київ - 57, пр. Перемоги, 56, тел. 446-91-15.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України.
Автореферат розісланий “ __ ” вересня 1999 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.С.Федій
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Вступ. У теперішній час задача економії енергоресурсів і зменшення енергоємності промислової продукції є актуальною в багатьох країнах. Однією з основних причин виникнення втрат в мережах є передавання електроенергії і супроводжуючої її реактивної потужності на значну відстань від електростанцій до місць споживання, а також широке застосування глибокорегульованих вентильних перетворювачів, нелінійних і різкозмінних навантажень. Компенсація реактивної потужності є одним з найважливіших шляхів вирішення цієї задачі. Недостатній рівень компенсації реактивної потужності призводить до погіршення використання генераторів електростанцій, зменшення пропускної спроможності ліній електропередачі, відхилення напруги мережі від номінальних значень, зниження коефіцієнту потужності устаткування.
Актуальність теми. Численні публікації, що відображають питання компенсації реактивної потужності в мережах, присвячені проблемі визначення складових повної потужності і пошуку інтегральних характеристик енергетичних процесів. Традиційне визначення реактивної потужності в лінійних і синусоїдальних колах не може застосовуватися для загального випадку. Для нелінійних і несинусоїдальних кіл відсутня фізично обгрунтована інтегральна величина для визначення реактивної потужності і підходи до розділення повної потужності носять не однозначний характер. Багатоваріантність у визначенні потужностей ускладнюють як проведення розрахунків і оцінка складових повної потужності, так і здійснення компенсації або підвищення коефіцієнту потужності.
Більшість існуючих компенсуючих пристроїв дозволяє вирішити лише окрему частину загальної задачі компенсації (компенсація по основній гармоніці і по неосновним гармонікам). Крім того, ефективна компенсація реактивної потужності по неосновним гармонікам можлива тільки при незмінному спектрі енергетичного процесу, оскільки реактивна потужність при зміні типу і характеру навантаження може змінюватися по випадковим законам. Підвищення ефективності компенсуючих пристроїв може досягатися застосуванням груп компенсуючих пристроїв, що дозволяють реалізувати принцип компенсації по миттєвим характеристикам енергетичного процесу. До цих груп відноситься фільтро- компенсуючий пристрій на основі широтно-імпульсного перетворювача, принцип побудови якого є більш складним у порівнянні з іншими компенсуючими пристроями. Розробка мікропроцесорних систем керування та відповідних алгоритмів сприяє широкому впровадженню таких пристроїв для забезпечення високоякісних енергетичних показників систем живлення, працюючих з нелінійними навантаженнями.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з Основними принципами державної політики енергозбереження (закон України “Про енергозбереження", постанова Верховної Ради України №75/94-BP від 1 липня 1994 р.), а також у відповідності з Державною науково-технічною програмою Міністерства України у справах науки і технологій на 1997-1998 рр. “Високоефективні енергозберігаючі енерготехнологічні та електротехнічні системи" (шифр 04.08 “Екологічна чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології").
Мета і задачі наукового дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка алгоритмів керування фільтро- компенсуючим пристроєм на основі широтно-імпульсного перетворювача для забезпечення високоякісних енергетичних показників однофазних систем живлення при роботі на нелінійні навантаження.
Поставлена мета вимагає вирішення наступних наукових задач:
- аналіз і вибір ефективного способу оцінки складових повної потужності при нелінійних навантаженнях;
- дослідження особливостей режимів роботи і побудова моделі фільтро- компенсуючого перетворювача;
- розробка методики аналізу і розрахунку фільтро- компенсуючого перетворювача;
- розробка законів і алгоритмів керування фільтро- компенсуючим перетворювачем;
- розробка мікропроцесорної системи керування;
- побудова характеристик і аналіз впливу навантаження на роботу системи на основі моделювання режимів роботи компенсатора за допомогою пакету програм TCad.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
- на основі принципу представлення функції впливу у вигляді суми добутків неперіодичної решіткової функції і періодичної кусково- неперервної функції проведено аналіз електромагнітних процесів і одержано закони керування фільтро- компенсуючим перетворювачем у системі з нелінійним навантаженням;
- на основі аналізу системи за умовами балансу енергії і рівномірного розподілу енергії джерела отримано енергетичні співвідношення між інтервалами постійності структури, що дозволяють визначити параметри накопичувальних елементів фільтро- компенсуючого перетворювача.
- розроблено методику розрахунку фільтро- компенсуючого перетворювача з урахуванням впливу навантаження на роботу системи по середнім значенням струмів і напруг;
- запропоновано алгоритм керування фільтро- компенсуючим перетворювачем на основі мікропроцесору, який забезпечує високі енергетичні показники системи при роботі з нелінійними навантаженнями.
Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці мікропроцесорної системи керування фільтро- компенсуючим перетворювачем паралельного типу.
Результати дисертаційної роботи знайшли практичне застосування в Інституті промислової електротехніки (м. Зелена Гура, Польща) при розробці однофазного транзисторного фільтро- компенсуючого пристрою, який працює в режимі джерела безперебійного живлення. Теоретичні і практичні результати роботи впроваджені також в учбовий процес Національного технічного університету України.
Особистий внесок здобувача. Запропоновано і розроблено послідовність розрахунку фільтро- компенсуючого перетворювача, виведено функції керування і розраховано робочі характеристики, проаналізовано вплив навантаження на роботу системи, розроблено алгоритми керування та побудовано модель системи керування за допомогою пакету програм TСad, вироблено рекомендації по формуванню опорних напруг мікропроцесорної системи керування і усуненню спотворення форми струму.
Робота [4] написана особисто; в працях, опублікованих в співавторстві, здобувачу належать: в роботі [1] - отримання законів керування в режимах інвертування та споживання реактивної потужності, в роботі [2] - розробка принципу формування опорної напруги з кратно-адаптивною дискретизацією і аналіз погрішності апроксимації, в роботі [3] - проведення порівняльного аналізу основних критеріїв визначення реактивної потужності та огляд основних груп компенсуючих пристроїв; в роботі [5] - дослідження роботи паралельного перетворювача в режимах компенсації реактивної потужності і джерела безперебійного живлення.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на семінарах Наукової Ради НАН України по комплексній проблемі “Наукові основи електроенергетики” (1999 р.); IV Міжнародній науково-технічній конференції “Elektrotechnika Prady Niesinusoidalne EPN’” (Польща, м. Зелена Гура, 1998 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми фізичної і біомедичної електроніки” (м. Київ, 1997, 1999 рр.);
Публікація результатів наукових досліджень. За темою дисертації опубліковано 5 наукових робіт, у тому числі 4 статті у фахових наукових виданнях (з них 1 самостійно) та 1 доповідь на конференції.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 164 сторінки, у тому числі на 47 сторінках розміщені 50 рисунків, 3 таблиці, список літератури з 69 найменувань та 4 додатки.
Автор висловлює подяку науковому консультанту, професору кафедри промислової електроніки Національного технічного університету України, д.т.н. Терещенко Т.О.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність проблеми підвищення ефективності компенсуючих пристроїв і необхідність проведення дослідження фільтро- компенсуючих пристроїв на основі широтно-імпульсних перетворювачів. Викладено зв'язок роботи з основними принципами державної політики енергозбереження та державною науково-технічною програмою; сформульовано мету та задачі наукового дослідження; надано коротку анотацію нових наукових положень; наведено відомості про наукове та практичне використання результатів досліджень; зазначено особистий внесок здобувача у наукових працях; вказано апробацію результатів досліджень та публікації
У першому розділі розглянуто основні критерії визначення реактивної потужності і основні групи пристроїв корекції коефіцієнту потужності, виділено перспективний клас пристроїв, які дозволяють ефективно компенсувати реактивну потужність по всім гармонікам. Досліджується схема високочастотного фільтро- компенсуючого перетворювача паралельного типу, до структури якої входять наступні блоки: КП- компенсуючий перетворювач; ЄН- ємнісний накопичувач енергії (рис.1). Надана схема дозволяє реалізувати принцип компенсації по миттєвим характеристикам енергетичного процесу. Формування необхідної форми вхідного струму досягається за рахунок передачі енергії за допомогою перетворювача КП з мережі у ємнісний накопичувач ЄН, або з накопичувача через перетворювач КП назад у мережу.
В якості компенсуючого перетворювача застосовується перетворювач реверсивного типу (рис.2,а). Часові діаграми, що ілюструють основні режими роботи даної схеми при синусоїдальній напрузі живлення, наведено на рис.2,б.
На рис.3 наведено схеми заміщення КП на різних часових інтервалах.
Робота перетворювача КП розглядається для випадку випрямляча з активно-ємнісним навантаженням (струм навантаження ) і високим рівнем спотворення форми споживаємого струму (з малим кутом провідності). Період напруги мережі можна розділити на інтервали, протягом яких енергія може передаватися з мережі у ємнісний накопичувач перетворювача КП (режим споживання енергії - С), або з накопичувача назад у мережу (режим інвертування - І). Якщо добуток напруги мережі і струму компенсатора позитивний, тобто u(t).(t)>0, то КП працює в режимі споживання енергії (інтервали 1, 3, 4, 6). Енергія від мережі поступає через КП на заряд ЄН. При цьому керування транзисторами VT1, VT2 здійснюється згідно із законом, що забезпечує синусоїдальну форму струму, який споживається з мережі. У протилежному випадку, при u(t).(t)<0, КП працює у режимі інвертування (інтервали 2 та 5), перетворювач КП відбирає енергію від ємнісного накопичувача і передає її у мережу. Струм, який споживається перетворювачем, має пульсуючий характер.
Інтервали 1, 3. КП живиться від джерела позитивної напівхвилі синусоїдальної напруги мережі. У схемі заміщення силової частини КП (див. рис.3,а) транзистори VT1, VT3 - замкнені; VT4 - відкритий; VT2 комутується на високій частоті та забезпечує широтно-імпульсне регулювання струму заряду ємнісного накопичувача. Індуктивність L спільно з транзистором VT2 і діодом VD1 утворюють широтно-імпульсний перетворювач підвищуючого типу. Діод VD4 забезпечує шлях замикання струму до джерела енергії.
Інтервал 2. Компенсуючий перетворювач так само живиться від джерела позитивної напівхвилі синусоїдальної напруги мережі. У схемі заміщення силової частини КП (див. рис.3,б) енергія передається від ємнісного накопичувача назад у мережу. Елементи схеми знаходяться в наступних станах: транзистори VT2, VT3 - закриті; VT4 - відкритий; VT1 комутується на високій частоті. У даному режимі роботи схема є широтно-імпульсним перетворювачем знижувального типу (VT1, VD2, L), що забезпечує повернення енергії від ємнісного накопичувача у мережу. Транзистор VT4 забезпечує шлях замикання струму до джерела енергії.
Інтервали 4, 6. Енергія передається від мережі у ємнісний накопичувач через КП. Перетворювач живиться від джерела негативної напівхвилі синусоїдальної напруги мережі. У схемі заміщення (див. рис.3,в) активні елементи знаходяться у наступних режимах: транзистори VT2, VT4- закриті; VT3 - відкритий; VT1 працює на високій частоті, забезпечуючи широтно-імпульсне регулювання струму заряду ємнісного накопичувача. Індуктивність L спільно з транзистором VT1 і діодом VD2 утворюють широтно-імпульсний перетворювач підвищуючого типу. Діод VD3 забезпечує шлях замикання струму до джерела енергії.
Інтервал 5. Перетворювач КП живиться від джерела негативної напівхвилі синусоїдальної напруги мережі. У схемі заміщення для даного інтервалу (див. рис.3,г) енергія передається від ємнісного накопичувача назад у мережу. Елементи схеми знаходяться в наступних станах: транзистори VT1, VT4 - закриті; VT3 - відкритий; VT2 працює на високій частоті. У даному режимі роботи схема є широтно-імпульсним перетворювачем знижувального типу (VT2, VD1, L), що забезпечує повернення енергії від ємнісного накопичувача в мережу. Транзистор VT3 забезпечує шлях замикання струму до джерела енергії.
Виходячи з структури пристрою, що розглядається, система керування повинна забезпечити виконання наступних функцій:
- формування синусоїдальної форми вхідного струму, а також нульового зсуву фаз між вхідним струмом і вхідною напругою ;
- автоматичну корекцію амплітуди струму, що стабілізується, в залежності від величини навантаження;
- обмеження максимальної величини струму компенсуючого перетворювача з метою захисту від перевантаження по струму при стрибкоподібному збільшенні потужності навантаження;
- стабілізацію напруги на ємнісному накопичувачі.
У другому розділі на основі представлення функцій впливу у вигляді суми добутків неперіодичної решіткової функції і періодичної кусково-неперервної функції розроблено алгоритм розрахунку усталеного режиму роботи системи з нелінійним навантаженням, за допомогою якого визначається взаємозв'язок між робочими інтервалами схеми і встановлюються закони керування фільтро- компенсуючим перетворювачем;
Для даного випадку тривалістю інтервалів () і () (див. рис.2) можна знехтувати, тому в позитивному напівперіоді напруги мережі [0, ] роботу компенсатора можна розділити на 3 інтервали: 1) t- t, 2) t- t, 3) t- t, на протязі яких ВЧ-транзистори комутуються відповідно з коефіцієнтом заповнення імпульсів , , . Позначимо: , , - відповідно тривалість інтервалів t- t, t- t, t- t; N, N, N- кількість робочих періодів Т на інтервалах t- t, t- t, t- t. Оскільки , то можна вважати, що напруга на конденсаторі Uc= const, (ціла частина відношення ), , . Струм компенсатору для інтервалів 1, 2, 3 визначається відповідно різницевими рівняннями:
, . (1)
, . (2)
, . (3)
Залежності коефіцієнтів заповнення імпульсів керування від номерів робочих періодів визначають закони керування фільтро- компенсуючим перетворювачем та знаходяться з умови забезпечення синусоїдальної форми вхідного струму :
, . (4)
, . (5)
, . (6)
де , , , , , , - середній струм навантаження на інтервалі провідності () (див. рис.2), , L- індуктивність дроселю.
З умов балансу енергії і рівномірного розподілу енергії джерела знайдено енергетичні співвідношення між інтервалами постійності структури:
,(7)
, (8)
де , , . Для визначення невідомих параметрів та , що входять до виразів (4)-(6) необхідно розв’язати систему рівнянь (7) та (8). Однак дана система є трансцендентною, що ускладнює розрахунок зазначених параметрів, а також аналіз роботи системи при зміні навантаження. Оскільки обчислення невідомих параметрів може бути спрощено шляхом переходу до середніх значень струмів і напруг, надалі розглядається математична модель фільтро- компенсуючого пристрою, яка базується на середніх значеннях.
У третьому розділі на основі розрахунку по середнім значенням струмів і напруг розроблено модель фільтро- компенсуючого перетворювача паралельного типу, що дозволяє спростити задачу аналізу і розрахунку параметрів елементів схеми при зміні навантаження.
При розрахунку по середнім значенням синусоїдальна напруга джерела на інтервалах (t - t), (t - t), (t - Tc/2) замінюється відповідно на середні значення , , (рис.4), які визначаються виразами:
. (9)
(10)
Припустимо також, що на даних інтервалах (тривалістю відповідно , , ) високочастотні транзистори VT1, VT2 комутуються тільки один раз відповідно з коефіцієнтами заповнення імпульсів, , так, щоб виконувались умови:
та , i=13,
де , - накопичена у компенсаторі енергія відповідно при синусоїдальному і при середньому постійному впливі; , - енергія, що споживається навантаженням відповідно при синусоїдальному і при середньому постійному впливі; - деякий коефіцієнт пропорційності.
З умов балансу енергії і рівномірного розподілу енергії джерела знайдено взаємозв'язок між параметрами навантаження і коефіцієнтами заповнення імпульсів інтервалів постійності структури (формули (11), (12)) та отримано робочі характеристики фільтро- компенсуючого перетворювача (рис.5), які дозволяють обирати робочу точку, враховувати вплив параметрів навантаження на роботу системи, а також визначати величини , , що входять до виразів (4)-(6):
, (11)
, (12)
де . (13)
На основі запропонованої моделі розроблено методику розрахунку параметрів фільтро- компенсуючого перетворювача паралельного типу, яка складається з наступних етапів:
. (14)
.
. (15)
. (16)
,
.
На основі отриманих виразів , , запропоновано два алгоритми керування фільтро- компенсуючим перетворювачем паралельного типу. Перший алгоритм реалізується на основі системи з двома контурами зворотного зв'язку відповідно для стабілізації напруги на конденсаторі і забезпечення заданої форми вхідного струму. Другий алгоритм полягає в стабілізації напруги на конденсаторі і формуванні заданої форми вхідного струму згідно з отриманими законами керування (4-6) за допомогою мікропроцесора. Стабілізація напруги на конденсаторі в цьому випадку здійснюється шляхом зміни амплітуди вхідного струму. З точки зору ефективності системи автоматичного регулювання, мікропроцесорна система керування є більш доцільною, оскільки вона дозволяє послідовно обробляти інформацію у випадку зміни навантаження і за допомогою окремих програм реалізувати різні закони керування.
У четвертому розділі під час роботі з випрямлячем і активно-ємнісним навантаженням при куті провідності , амплітуді струму (коефіцієнт потужності ), частоті мережі 50 Гц та робочій частоті кГц визначені наступні параметри фільтро- компенсуючого перетворювача паралельного типу:
, ;
, ;
, .
У пакеті програм TCad проведено моделювання фільтро- компенсуючого перетворювача з мікропроцесорною системою керування, за допомогою якого отримані часові характеристики системи, представлені на рис.6. При синусоїдальній напрузі мережі (див. рис.6,а) поліпшення форми струму навантаження (див. рис.6,б) досягається шляхом формування струму необхідної форми (див. рис.6,в). Результуючий вхідний струм також має синусоїдальну форму і співпадає по фазі з напругою джерела (див. рис.6,г). Використання фільтро- компенсуючого перетворювача паралельного типу дозволяє поліпшити коефіцієнт потужності системи до значення (тобто в 1.36 рази), при цьому через компенсуючий пристрій проходить 38.4% енергії, яка споживається навантаженням від мережі.
Фільтро- компенсуючий перетворювач паралельного типу має структуру, подібну до джерел безперебійного живлення групи Line-Interactive UPS, тому він здатний працювати в режимі джерела безперебійного живлення. Для цього використовується додатковий перетворювач для акумулятору, який забезпечує передачу енергії від ємнісного накопичувача ЄН в акумуляторну батарею і назад.
У мікропроцесорній системі керування при формуванні опорної напруги застосовано принцип кратно- адаптивної дискретизації, який дозволяє зменшити надмірність закодованої в ПЗУ інформації про форму опорного сигналу (при погрішності дискретизації , і , кількість закодованої в ПЗУ інформації меншає відповідно на 3.3%, 10% і 17.3% в порівнянні з кількістю кодів при рівномірній дискретизації).
Додаткове поліпшення форми вхідного струму може бути досягнути при урахуванні інтервалів (), (). При цьому ускладнюється закон керування компенсатором. Закони керування для двох додаткових інтервалів описуються відповідно наступними виразами:
На рис.7 наведено отриману криву вхідного струму з урахуванням інтервалів (), ().
Як видно з рис.7, урахування двох додаткових інтервалів зміни структури схеми компенсатору дозволяє значно поліпшити форму струму, який споживається з мережі.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі встановлено закони керування фільтро- компенсуючим перетворювачем паралельного типу, які забезпечують високі енергетичні показники системи при роботі з нелінійними навантаженнями. Одержані науково обгрунтовані результати в сукупності мають суттєве значення для розвитку перетворювальної техніки.
1. На основі проведеного огляду основних критеріїв визначення реактивної потужності показано, що в лінійних і нелінійних електричних колах з несинусоїдальними процесами використання різних методів інтегральної оцінки складових повної потужності призводить до різних результатів. Показано, що для отримання однозначного результату і досягнення високих енергетичних показників системи живлення необхідно використовувати миттєві характеристики енергетичного процесу.
. На основі огляду існуючих пристроїв корекції коефіцієнту потужності доведено, що найбільш перспективним компенсуючим пристроєм, що забезпечує необхідну форму споживаваного струму є фільтро- компенсуючий пристрій на основі широтно-імпульсного перетворювача, здатний виконувати свої функції в широкому діапазоні зміни нелінійності навантаження.
. На основі принципу представлення функцій впливу у вигляді суми добутків неперіодичної решіткової функції і періодичної кусочно- неперервної функції розроблено алгоритм розрахунку усталеного режиму роботи систем з нелінійними навантаженнями, за допомогою якого знайдено закони керування фільтро- компенсуючим перетворювачем.
. Проведено аналіз схеми компенсатору за умовами балансу енергії і рівномірного розподілу енергії джерела та отримані енергетичні співвідношення, що дозволяють визначати параметри схеми фільтро- компенсуючого перетворювача.
5. Виконано розрахунки фільтро- компенсуючого перетворювача по середніх значеннях струмів і напруг і розроблено модель фільтро- компенсуючого перетворювача, що дозволяє спростити задачу аналізу і розрахунку параметрів елементів схеми при зміні навантаження.
. На основі запропонованої моделі розроблено методику розрахунку схеми фільтро- компенсуючого перетворювача паралельного типу, з допомогою якою знаходяться:
- робочі характеристики фільтро- компенсуючого перетворювача з умов балансу енергії і рівномірного розподілу енергії джерела;
- параметри реактивних елементів схеми, значення напруги на ємнісному накопичувачі і амплітуда стабілізуючого струму;
- закони керування фільтро- компенсуючим перетворювачем.
7. Запропоновано два алгоритми керування фільтро- компенсуючим перетворювачем на основі системи з двома контурами зворотного зв'язку та мікропроцесорної системи, які дозволяють стабілізувати значення напруги на ємнісному накопичувачі і забезпечити задану форму вхідного струму згідно з отриманими законами керування.
. У пакеті програм TCad створено модель фільтро- компенсуючого перетворювача з мікропроцесорною системою керування та отримано часові характеристики системи. Доведено, що для випрямляча з активно-ємнісним навантаженням використання фільтро-компенсуючого перетворювача паралельного типу дозволяє поліпшити коефіцієнт потужності системи в 1.36 рази (до значення ).
9. Для мікропроцесорної системи керування компенсуючим пристроєм впроваджено принцип кратно-адаптивної дискретизації, який дозволяє зменшити надмірність закодованої в ПЗУ інформації про форму опорного сигналу в порівнянні з принципом рівномірної дискретизації.
ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
АНОТАЦІЇ
Нгуєн Ли Хай Тунг. Керування однофазним фільтро-компенсуючим пристроєм на основі широтно-імпульсного перетворювача. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 - напівпровідникові перетворювачі електроенергії. - Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 1999.
Дисертація присвячена розробці алгоритмів керування фільтро- компенсуючим пристроєм на основі широтно-імпульсного перетворювача для однофазних систем живлення при роботі з нелінійними навантаженнями. В роботі проведено аналіз електромагнітних процесів, за допомогою якого отримано закони керування фільтро- компенсуючим перетворювачем. З умов балансу енергії і рівномірного розподілу енергії джерела отримано співвідношення, що дозволяє визначати параметри реактивних елементів схеми. Розроблено методику розрахунку фільтро- компенсуючого перетворювача по середнім значенням струмів і напруг. Запропоновано алгоритм керування фільтро-компенсуючим перетворювачем на основі мікропроцесора, який забезпечує високі енергетичні показники системи при роботі з нелінійними навантаженнями. За допомогою моделювання компенсатору у пакеті програм TCad побудовано робочі характеристики і проведено аналіз впливу навантаження на роботу системи. Результати роботи використані для керуванні режимами роботи однофазних транзисторних фільтро- компенсуючих перетворювачів паралельного типу, який здатний працювати в режимі джерела безперебійного живлення
Ключові слова: спотворення форми струму, компенсація реактивної потужності, корекція коефіцієнту потужності, фільтро- компенсуючі перетворювачі, мікропроцесорне керування.
Nguyen Lu Hai Tung. Control of the single-phase power conditioner basing on pulse-width converters. - Manuscript.
Thesis for Ph.D.’s degree in speciality 05.09.12 - semiconductor converters of electrical energy. - The Institute of Electrodynamics of Ukrainian National Academy of Sciences, Kyiv, 1999.
The thesis focuses on development of control algorithms of the single-phase power conditioner basing on pulse-width converters. The analysis of electromagnetic processes of the power conditioner with nonlinear load is implemented and the duty cycle of switching devices as a function of switching period is obtained. From the condition of balance of energy and the condition of equal distribution of the power energy, expressions, which allow determining parameters of reactive elements of the power conditioner, are received. Methods for determining parameters of the power conditioner by average currents and voltages are proposed. The control algorithm of the power conditioner, which provides high power factor of system with nonlinear loads, is proposed on the basis of a microprocessor. The power conditioner is simulated on the simulation program TCad. Performance characteristics of the system in case of load change are given. The results of the thesis are used for control of the single-phase parallel power conditioner with uninterruptiple power supply capability.
Key words: current waveform distortion, power factor correction, power conditioners, microprocessor control.
Нгуен Лы Хай Тунг. Управление однофазным фильтро- компенсирующим устройством на основе широтно-импульсного преобразователя. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 - полупроводниковые преобразователи электроэнергии. - Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 1999.
Диссертация посвящена разработке алгоритмов управления фильтро- компенсирующим устройством на основе широтно-импульсного преобразователя для обеспечения высоких энергетических показателей однофазных систем питания при роботе с нелинейными нагрузками.
В линейных и нелинейных электрических цепях при несинусоидальном процессе используемые различные интегральные методы определения составляющих мощности приводят к различным результатам при проведении оценок составляющих полной мощности, что определяет неоднозначность алгоритмов повышения коэффициента мощности. Для достижения необходимого качества электроэнергии необходимо использовать мгновенные характеристики энергетического процесса. Большинство существующих компенсирующих устройств позволяет решить лишь отдельную часть общей задачи компенсации (компенсация по основной гармонике и по неосновным гармоникам). Эффективная компенсация реактивной мощности по всем гармоникам при изменном спектре энергетического процесса может достигаться применением групп компенсирующих устройств, позволяющих реализовать принцип компенсации по мгновенным характеристикам энергетического процесса. К таким группам относится фильтро- компенсирующее устройство на основе широтно- импульсного преобразователя, принцип построения которого является более сложным по сравнению с другими компенсирующими устройствами. Разработка микропроцессорных систем управления и соответственных алгоритмов способствует широкому применению таких устройств для обеспечения высоких энергетических показателей систем питания.
На основе принципа представления воздействующих функции в виде суммы произведений непериодической решетчатой функции и периодической кусочно- непрерывной функции проведен анализ электромагнитных процессов фильтро- компенсирующего преобразователя в системе с нелинейной нагрузкой, с помощью которого определена взаимосвязь между рабочими интервалами схемы и установлены законы управления фильтро- компенсирующим преобразователем.
Полученные из условий баланса энергии и равномерного распределения энергии источника энергетические соотношения позволяют определить параметры накопительных элементов фильтро- компенсирующего преобразователя. На основе расчета по средним значениям токов и напряжений разработана модель фильтро- компенсирующего преобразователя, позволяющая упростить задачу анализа системы при изменении нагрузки. В работе предложена методика расчета, с помощью которой определены значение напряжения на емкостном накопителе, амплитуда стабилизирующего тока и рабочие характеристики фильтро- компенсирующего преобразователя.
В результате произведенного анализа законов управления, предложено два алгоритма управления. Первый алгоритм реализуется на основе системы с двумя контурами обратной связи соответственно для стабилизации напряжения на конденсаторе и обеспечения заданной формы входного тока. Второй алгоритм, позволяющий последовательно обрабатывать информацию в случае изменения нагрузки и реализовать различные законы управления путем изменения управляющих программ, заключается в формировании заданной формы входного тока по полученным законам с помощью микропроцессора и стабилизации напряжения на емкостном накопителе путем изменения амплитуды входного тока.
В работе проведено моделирование режимов работы компенсатора с помощью пакета программ TСad, получены временные характеристики и проанализировано влияние нагрузки на роботу системы. Для выпрямителя с активно- емкостной нагрузкой при угле проводимости и коэффициенте мощности использование фильтро- компенсирующего устройства на основе широтно- импульсного преобразователя позволяет улучшить коэффициент мощности системы до (т.е. в 1.36 раз).
Показано, что фильтро- компенсирующий преобразователь параллельного типа имеет сходную структуру с источником бесперебойного питания группы Line- Interactive UPS и способен работать в режиме источника бесперебойного питания. При использовании дополнительного преобразователя, обеспечивающего передачи энергии от емкостного накопителя в аккумулятор и обратно, реализуется как режим компенсации реактивной мощности, так и режим бесперебойного питания.
В микропроцессорной системе управлении при формировании опорного напряжения предложен принцип кратно- адаптивной дискретизации, позволяющий уменьшить избыточность закодированной в ПЗУ информации о форме опорного сигнала.
Полученные в работе теоретические и практические результаты нашли применение в Институте промышленной электротехники (г. Зелена Гура, Польша) при разработке однофазных транзисторных фильтро- компенсирующих преобразователей параллельного типа, способные работать в режиме источника бесперебойного питания.
Ключевые слова: искажения формы потребляемого тока, компенсация реактивной мощности, коррекция коэффициента мощности, фильтро- компенсирующие преобразователи, микропроцессорное управление.