Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 – напівпровідникові перетворювачі електроенергії. – Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2009.
Дисертація присвячена розвитку теорії виконавчих структур дискретних стабілізаторів напруги змінного струму з розділенням потужностей на регульовану та нерегульову, розробці метода їх розрахунку.
Розроблено математичну модель типових схем виконавчого органу, що має в своєму складі вольтододавчий трансформатор і багатофункціональний автотрансформатор, які працюють на частоті мережі, та силові ключі, що винесені з кола силового струму. Отримано єдино можливі співвідношення витків обмоток електромагнітних елементів, при яких реалізується гранична характеристика вхід-вихід, та які дозволяють синтезувати топологію структур. Отримано загальні вирази для визначення нормованих струмів, напруг, встановлених потужностей трансформаторів. Доведено, що існує нерівномірність завантаження обмоток по струму, тому реальна встановлена потужність автотрансформатора менша, ніж розрахована по максимальних значеннях струмів та напруг.
Результати теоретичних досліджень підтверджені розробкою та практичною реалізацією високоефективних стабілізаторів напруги змінного струму.
В дисертаційній роботі вирішено науково-прикладну задачу розвитку теорії виконавчих структур дискретних стабілізаторів напруги змінного струму з розділенням потужностей на регульовану та нерегульовану, розроблено метод їх розрахунку, що дозволило створювати стабілізатори з поліпшеними техніко-економічними показниками, і яка має суттєве значення для підвищення якості живлення відповідальних споживачів.
Основні наукові та практичні результати полягають в наступному:
Обґрунтовано необхідність розвитку теорії виконавчих структур дискретних стабілізаторів змінної напруги з розділенням потужностей на регульовану та нерегульовану, розробки метода розрахунку для їх вдосконалення та підвищення якості живлення відповідальних споживачів.
Обґрунтовано раціональність і визначено особливості застосування законів формування характеристики вхід-вихід дискретних стабілізаторів.
Створено математичні моделі типових виконавчих структур та отримано аналітичні вирази для визначення єдино можливих виткових співвідношень секцій обмоток електромагнітних елементів, які дозволяють сформувати оптимальну характеристику вхід-вихід і синтезувати топологію структур, запропоновано критерії для їх вибору.
Отримано загальні вирази для визначення нормованих значень струмів і напруг виконавчого органу незалежно від конкретних величин номінальної вихідної напруги та потужності перетворювача.
Розроблено та реалізовано у вигляді програм методики, що дозволяють провести розрахунок виткових співвідношень секцій обмоток електромагнітних елементів та їх встановлених потужностей, величин струмів і напруг, а також встановлено вплив на них змін параметрів поля стабілізації.
Визначено умови, при яких в автотрансформаторі може виникнути, так звана "від'ємна обмотка" та встановлено, що при її конструктивній реалізації не як окремої, а як частини суміжної секції, встановлена потужність автотрансформатора зменшується на величину, що складає до 10%.
Визначено, що струмове завантаження секцій обмоток автотрансфор-матора неоднакове і залежить від поля стабілізації, внаслідок чого реальна розрахункова встановлена потужність автотрансформатора менша на 15-30%, в порівнянні з обчисленою по максимальним струмам і напругам секцій обмоток; нижчі й теплові втрати, що дозволяє покращити його масогабаритні показники.
Встановлено, що в двотрансформаторних структурах, в порівнянні з однотрансформаторними з ключами в колі силового струму, величина струмів в ключах значно менша, що суттєво знижує вимоги до ключів та їх вартість. Зменшуються і витрати по забезпеченню відводу тепла від ключів, що в сукупності дає змогу знизити вартість стабілізатора на 20-35%.
Розроблено алгоритми управління дискретних стабілізаторів, які при природній комутації ключів дозволяють отримати прийнятний рівень електромагнітної сумісності з мережею та навантаженням.
Розроблено методичні засади розрахунку основних вузлів дискретних стабілізаторів напруги (електромагнітних елементів, силових ключів, вузлів системи керування) з використанням математичного моделювання.
Результати виконаних досліджень впроваджено у спільній з НДІ "Перетворювач" (м.Запоріжжя) розробці стабілізаторів змінної напруги потуж-ністю 3,3кВА, які характеризуються високими техніко-економічними показниками, та у блоках керування напівавтоматів для зварювання в середовищі інертних газів НВП "Плазма" (м. Ростов на Дону, Росія). Результати роботи рекомендується застосовувати при розробці засобів перетворення параметрів електроенергії.
Вірогідність та обґрунтованість наукових досліджень, висновків та рекомендацій підтверджуються узгодженням теоретичних результатів з отриманими практичними й експериментальними даними.
Публікації автора:
Халіков В.А. Імовірнісні характеристики відхилень напруги в мережах загального користування і їх врахування в цифрових системах регулювання змінної напруги / В.А. Халіков, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка. – 2000. – №1. – С. 39–43.
Липківський К.О. Особливості використання об’єктно-орієнтованих засобів САПР при розробці перетворювачів змінної напруги на основі трансформаторно-ключових виконавчих структур / К.О. Липківський, В.А. Халіков, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка: тематичний випуск "Силова електроніка та енергоефективність". – 2000. – Ч. 1. – С. 97–99.
Липківський К.О. Сучасний апарат імітаційного та об’єктно-орієнтованого моделювання та його застосування в практиці розробки та дослідження систем регулювання змінної напруги / К.О. Липківський, В.А. Халіков, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка: тематичний випуск "Проблеми сучасної електротехніки". – 2000. – Ч. 2. – С. 56–59.
Липківський К.О. Фазове регулювання напруги ключами із природною комутацією та її дослідження в системі MATLAB / К.О. Липківський, В.А. Халіков, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка: тематичний випуск "Проблеми сучасної електротехніки". – 2002. – Ч. 2. – С. 72–79.
Липківський К.О. Особливості побудови розрахункової характеристики дискретного стабілізатора напруги змінного струму / К.О. Липківський, В.А. Халіков, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка. – 2003. – №1. – С. 32–36.
Липковский К.А. Модернизация закона выбора коэффициентов передачи трансформаторно-ключевой исполнительной структуры дискретного стабилизатора напряжения переменного тока / К.А. Липковский, А.Г. Можаровский // Технічна електродинаміка: тематичний випуск "Силова електроніка та енергоефектвність". – 2005. – Ч. 1. – С. 69–72.
Липківський К.О. Порівняльна оцінка трансформуючих елементів дискретних стабілізаторів напруги змінного струму / К.О. Липківський, В.А. Халіков, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка: тематичний випуск "Силова електроніка та енергоефективність". – 2003. – Ч. 4. – С. 29–32.
Липковский К.А. Сравнение стабилизаторов напряжения дискретного действия по установленной мощности силовых трансформирующих элементов / К.А. Липковский, В.А. Халиков, А.Г. Можаровский // Технічна електродинаміка: тематичний випуск "Проблеми сучасної електротехніки". – 2004. – Ч. 1. – С. 125–127.
Липковский К.А. Обобщенные зависимости токов в обмотках секционированного автотрансформатора дискретного стабилизатора напряжения от параметров поля стабилизации / К.А. Липковский, А.Г. Можаровский // Технічна електродинаміка. – 2007. – №2. – С. 20–24.
Липковский К.А. Исполнительные структуры стабилизаторов напряжения с двумя электромагнитными элементами / К.А. Липковский, А.Г. Можаровский // Технічна електродинаміка. – 2006. – №1. – С. 31–38.
Липковский К.А. Расчет установленной мощности трансформирующих элементов дискретных стабилизаторов напряжения переменного тока / К.А. Липковский, В.А. Халиков, А.Г. Можаровский // Технічна електродинаміка. – 2004. – №1. – С. 30–35.
Халиков В.А. Расчет установленной мощности двухтрансформа-торных стабилизаторов напряжения дискретного действия / В.А. Халиков, А.Г. Можаровский // Технічна електродинаміка. – 2006. – №4. – С. 35–40.
Липківський К.О. Дискретні стабілізатори напруги змінного струму – зони стабілізації та зони гарантованого функціонування споживачів / К.О. Липківський, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка: тематич-ний випуск "Проблеми сучасної електротехніки". – 2008. – Ч. 2. – С. 87–88.
Липковский К.А. Двухтрансформаторная ТКИС – эффективный исполнительный орган дискретных стабилизаторов переменного напряжения / К.А. Липковский, В.А. Халиков, А.Г. Можаровский // Технічна електродинаміка: тематичний випуск "Проблеми сучасної електротехніки". – 2008. – Ч. 4. – С. 59–63.
