Жук Дмитро Олександрович. Зниження високочастотних кондуктивних перешкод в суднових електроенергетичних системах з напівпровідниковими перетворювачами : дис... канд. техн. наук: 05.09.03 / Одеський національний політехнічний ун-т. - О., 2005.
Анотація до роботи:
Жук Д.О. Зниження високочастотних кондуктивних перешкод в суднових електроенергетичних системах з напівпровідниковими перетворювачами.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – Електротехнічні комплекси та системи.
Дисертація присвячена питанням забезпечення умов електромагнітної сумісності і якості електроенергії в суднових електроенергетичних системах з потужними напівпровідниковими перетворювачами. Обґрунтовано шляхи вдосконалення засобів зниження кондуктивних перешкод у високочастотній області та способів їх розрахунку. Удосконалено методи дослідження електромагнітних процесів із врахуванням комутаційних високочастотних коливань і розрахунку системних демпфуючих пристроїв і резонансних фільтрів для суднових електроенергетичних систем з напівпровідниковими перетворювачами при наявності паразитних параметрів мережі. Удосконалено методи розрахунку силового гібридного фільтра і керування його активною частиною.
Достовірність отриманих в дисертаційній роботі теоретичних положень підтверджується результатами математичного і фізичного моделювання.
В результаті виконаних дисертаційних досліджень розв’язано актуальне наукове завдання забезпечення умов ЕМС і підвищення якості електроенергії в суднових ЕЕС з потужними НП шляхом удосконалення методів оцінювання і засобів зниження кондуктивних ВЧ перешкод з урахуванням паразитних параметрів електрообладнання.
Основні результати, отримані в дисертаційній роботі, зводяться до наступного:
1. На основі дослідження електромагнітних процесів в суднових ЕЕС з потужними НП експериментально встановлено і теоретично підтверджено, що наявність паразитних ємностей мережі суттєво погіршує умови ЕМС в таких системах та призводить до підвищення рівнів ЕМП, обумовлених комутаційними ВЧ коливаннями при роботі НП; виявлено недоліки існуючих методів і засобів зниження даних перешкод, вказані напрямки їх вдосконалення.
2. Запропоновано вдосконалені методи розрахунку гармонік та коефіцієнту несинусоїдальності напруги в суднових ЕЕС з трифазними мостовими та еквівалентним дванадцятифазним КВ у вигляді двох адитивних складових, одна з яких обумовлена відомими раніше ідеалізованими комутаційними імпульсами, а інша – дослідженими в роботі комутаційними ВЧ коливаннями. Перша складова коефіцієнта несинусоїдальності зростає із збільшенням кута ввімкнення вентилів і значення випрямленого струму. Друга складова не залежить від випрямленого струму, пропорційна коефіцієнту перенапруги, куту ввімкнення і зворотно пропорційна коефіцієнту загасання коливань. Запропоновані методи дозволяють знизити похибку при розрахунку гармонік і коефіцієнта несинусоїдальності від 50% до 5...7%.
3. Отримано аналітичні вирази, що визначають залежності коефіцієнта несинусоїдальності напруги від коефіцієнтів загасання ВЧ коливань і струмів навантаження, які доводять, що при інших рівних умовах підвищення фазності випрямлення викликає не зменшення, а підвищення складової, обумовленої комутаційними коливаннями, і результуючого коефіцієнта несинусоїдальності.
4. Розроблено уточнену еквівалентну схему системи АІН з ШІМ – АД, яка враховує її паразитні частотно-залежні параметри і призначена для оцінки рівнів ЕМП на вході і виході АІН. Адекватність запропонованих методів визначення параметрів еквівалентної схеми та рівнів ЕМП підтверджується результатами експерименту і моделювання, які відрізняються від результатів розрахунку не більш ніж на 15%.
5. На підставі аналізу хвильових процесів в кабельній лінії, що з’єднує АІН і АД в частотно-регульованому електроприводі, отримані аналітичні вирази, які визначають умови виникнення перенапруг на вході двигуна. Теоретично доведено і експериментально підтверджено, що рівень перенапруг на вході АД збільшується із зростанням відношення хвильових опорів двигуна і кабельної лінії, та досягає максимального подвійного значення в більшості випадків використання типових двигунів малої і середньої потужності.
6. На основі аналізу схем заміщення ЕЕС з НП і системними фільтрами встановлено, що дані фільтри не ефективні при зниженні рівнів гармонік, обумовлених комутаційними ВЧ коливаннями в діапазоні частот від одиниць до десятків кГц. При наявності паразитної ємності в ЕЕС з фільтрами виникає додатковий резонанс струмів, в області якого вищі гармоніки можуть підвищуватися в десятки разів. Моделювання ЕЕС з потужними НП вказало на те, що використання недемпфованих фільтрів неефективно, оскільки у даному випадку результуючий коефіцієнт несинусоїдальності знижується не більш ніж в 1,2…1,3 рази при його вихідному значенні вище 15%.
7. Виходячи з вимог до компенсації реактивної потужності і обмеження коефіцієнта несинусоїдальності напруги в ЕЕС з НП удосконалено методи розрахунку резонансних демпфованих фільтрів, що враховують паразитну ємність мережі. Розраховані згідно з даними методами фільтри забезпечують зниження рівнів як НЧ, так і ВЧ гармонік, при цьому результуючий коефіцієнт несинусоїдальсті напруги може бути знижений в 2...3 рази порівняно з початковим значенням. Достовірність розроблених методів підтверджується результатами числового моделювання в MATLAB Simulink і MATHCAD.
8. Запропоновано вдосконалені методи розрахунку демпфуючих RC–ланцюгів і широкосмугових фільтрів гармонік, які відповідно забезпечують зниження перенапруг (в 2...3 рази) та близьку до синусоїдальної форму напруги (коефіцієнт несинусоїдальності напруги складає одиниці процентів) на вході асинхронних двигунів в електроприводах з ПЧ. Використання вказаних засобів виключає передчасний вихід з ладу АД при живленні від ПЧ внаслідок прискореного старіння ізоляції обмоток.
9. На основі аналізу існуючих засобів активної фільтрації гармонік розроблено структуру силової частини і системи керування силовим паралельним гібридним фільтром, в якому потужність активного фільтра може бути знижена на 50% порівняно з існуючими аналогами за рахунок його паралельного ввімкнення між ємністю і індуктивністю пасивного фільтра. Чисельне моделювання в MATLAB Simulink запропонованого гібридного фільтра підтверджує його ефективність при зниженні рівнів НЧ і ВЧ гармонік.
В роботі отримані аналітичні результати та технічні рішення, які використані у навчальному процесі НУК, на ВАТ „Чорноморсуднопроект” і в Академії наук суднобудування України при розробці структур суднових електроенергетичних систем з поліпшеними показниками якості електроенергії.
Публікації автора:
Жук Д.А. Методы снижения и оценка уровней искажений в электроэнергетических системах (ЭЭС), содержащих частотно–регулируемые приводы. Тези доповіді у науково–практичноїй конференції „Атомна промисловість – точка зору молодих науковців”. – м.Южноукраїнськ, 2000. – С. 59–64.
Жук Д.А. Защита асинхронного двигателя от перенапряжений в системе частотно–регулируемого электропривода с учетом кабельной линии // Электромашиностроение и электрооборудование. Респ. межвед. науч.–техн. сб. – 2001. – Вып. 57. – С. 40–44.
Жук Д.А. Управление силовыми активными фильтрами с использованием датчиков тока. Автоматизация судовых технических средств. ОГМА. – 2001. – Вып.7. – С. 57–66.
Жук Д.А. Симметричные и несимметричные помехи в системе инвертор с ШИМ – асинхронный двигатель. Наукові праці КДПУ: Випуск 2/2003(19). – С. 121–125.
Жук Д.А. Применение программного пакета MATLAB для модельных экспериментов при решении задач электромагнитной совместимости в ЭЭС с ПП. Стан та перспективи розвитку новітніх науково–освітніх комп’ютерних технологій: Матеріали наук.–практ. конференції. – Миколаїв: Вид–во МДГУ ім. Петра Могили, 2003. – С. 44–47.
Жук Д.А. Использование турбогенераторных установок для управления качеством электроэнергии в электросистемах с полупроводниковыми преобразователями. Інформаційно–керуючі системи і комплекси: матеріали 1–ї Міжнародної науково–технічної конференції студентів, аспірантів, молодих вчених. – Миколаїв: НУК, 2004. – С. 80–83.
Жук Д.А. Эквивалентная схема асинхронного двигателя для высокочастотных гармоник. Материалы областной научн.–техн. конференции посвященной памяти адмирала С.О. Макарова и художника В.В. Верещагина. – Миколаїв: НУК, 2004.
Жук Д.А. Особенности ЭЭС современных буровых судов с динамическим позиционированием // Зб. наук. праць НУК. – №4. – 2004. – С. 103–111.
Жук Д.А. Моделирование и расчет согласующих пассивных фильтров для активных и гибридных фильтрокомпенсирующих устройств // Электромашиностроение и электрооборудование. Респ. межвед. науч.–техн. сб. – 2004. – Вып. 63. – С. 54–59.
Жук Д.А. Подавление кондуктивных ЭМП в частотно–регулируемых электроприводах. Електротехніка і електромеханіка. Матеріали міжнародної науково–технічної конференції молодих науковців. – Миколаїв: НУК, 2004.– С.35–42.
Жук Д.А., Трибулькевич С.Л., Костенко Д.В. Вопросы электромагнитной совместимости в системе электроснабжения МТПА “Агент–1“. Електротехніка і електромеханіка. Матеріали міжнародної науково–технічної конференції студентів, аспірантів і молодих науковців. – Миколаїв: НУК, 2004.– С.38–42.
Жук Д.А. Влияние эффективности ЭЭС буровых судов на безопасность мореплавания. Безопасность мореплавания и ее обеспечение при проектировании и постройте судов (БМС 2004). Материалы международной научно–технической конференции. – Николаев: НУК, 2004. – С.57–58.
Жук Д.А. Схема замещения асинхронного двигателя для высокочастотных гармоник // Зб. наук. праць НУК. – №2. – 2005.– С. 94–104.
Жук А.К., Жук Д.А., Шапошник В.Н. Защита нагрузки преобразователей частоты от перенапряжений с учетом кабельной линии. Новые технологии в машино–приборостроении и на транспорте: Материалы междунар. науч.–техн. конф. – г.Севастополь, 2001. – С. 266–270.
Жук А.К., Жук Д.А., Шапошник В.Н. Структуры активных и гибридных фильтрокомпенсирующих устройств в электроэнергетических системах с полупроводниковыми преобразователями. Новые технологии в машино–приборостроении и на транспорте: Материалы междунар. науч.–техн. конф. – г.Севастополь, 2001. – С. 274–279.
Жук А.К., Жук Д.А. Параллельный гибридный фильтр в автономной электроустановке с нелинейной нагрузкой // Электромашиностроение и электрооборудование. Респ. межвед. науч.–техн. сб. – 2002. – Вып. 58. – С. 62–68.
Жук А.К., Жук Д.А. Комплексная оценка и обеспечение качества электроэнергии в единой ЭЭС двойного рода тока бурового судна „Газпром–1”. Вісник КДПУ. Наукові праці КДПУ: Випуск 2/2002(12) – Кременчук: КДПУ, 2002. – С. 208–211.
Жук А.К., Жук Д.А., Шапошник В.Н. Применение программно–прикладного пакета MATLAB для модельных экспериментов при решении задач электромагнитной совместимости в автономных ЭЭС с полупроводниковыми преобразователями. Проблеми наскрізної підготовки у
вищій школі: Матеріали всеукраїнської наук.–метод. конференції. – Миколаїв: Вид–во УГМТУ, 2003. – С. 118–125.
Жук А.К., Жук Д.А., Трибулькевич С.Л. Анализ несинусоидальности напряжения в системах с тиристорными преобразователями при наличии коммутационных колебаний // Электромашиностроение и электрооборудование. Респ. межвед. науч.–техн. сб. – 2005 – Вип. 64. – С. 37-45.
Жук А.К., Жук Д.А. Анализ эффективности демпфирующих устройств при подавлении гармоник коммутационных высокочастотных колебаний в ЭЭС с управляемыми выпрямителями. Проблеми автоматики та електрообладнання транспортних засобів: Матеріали Всеукраїнської науково-технічної конференції з міжнародною участю. – Миколаїв: НУК, 2005. – С. 51– 58.
Жук Д.А., Запальский В.Н., Трибулькевич С.Л. Современные средства повышения качества электроэнергии в автономных электроэнергетических системах. Інформаційно-керуючі системи і комплекси: матеріали 1-ї Міжнародної науково-технічної конференції студентів, аспірантів, молодих наукових робітників. – Миколаїв: НУК, 2005. – С. 222-226.
Патент України на винахід „Силовий гібридний фільтр”, заява №а200500613 від 24.02.2005р.
Патент України на винахід „Система управління силовим гібридним фільтром”, заява № а200501882 від 28.02.2005р.
Blintsov V.S., Zhook A.K., Zhook D.A., Main features of electric power systems used on modern offshore drilling vessels. Proceedings of 6th International scientific and technical conference on Unconventional Electromechanical and Electrical systems UEES’04, Alushta, The Crimea, Ukraine, Vol.2, 24–29 September, 2004, pp.465–470.
Zhook A.K., Zhook D.A. Complex rating and power quality providing in ac/dc electric power system of drilling vessel „Gazprom–1”. Proceedings of 5th International scientific and technical conference on Unconventional Electromechanical and Electrical systems UEES’01, Miedzyzdroje, Poland, Vol.2, 05–08 September, 2001, pp.551–556.
Zhook A.K., Zhook D.A. Using active filters in autonomous power systems with static converters. Proceedings of 5th International scientific and technical conference on Unconventional Electromechanical and Electrical systems UEES’01, Miedzyzdroje, Poland, Vol.2, 05–08 September, 2001, pp.557–560.
