Geum.ru

Теоретические и Схемотехнические основы силовых полупроводниковых выпрямителей на базе многофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем

Вид материалаАвтореферат
Издания, входящие в перечень, рекомендованный ВАК для
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Тропин, В.В.
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Сингаевский, Н.А.
Подобный материал:
1   2   3

основные результаты и выводы

1. Разработаны новые конструкции ТВП, которые позволяют изготавливать многофазные трансформаторы для СППВ с практически полной симметрией магнитных и электрических цепей и, благодаря этим особенностям, соединять их вторичные многофазные обмотки по схемам, характерным как для трансформаторов, так и для электрических машин – многолучевая звезда, комбинированная звезда, многоугольник, комбинированный многоугольник, кольцевой многоугольник. При этом обмотки ТВП могут выполняться распределенными, многополюсными, с нормальным или укороченным шагом укладки.

2. Установлено, что важнейшим конструктивным параметром ТВП является воздушный зазор в его магнитной системе между ярмами (зубцами) и стержнями (кольцевыми магнитопроводами), наличие которого обеспечивает необходимые условия для создания вращающегося магнитного поля в ТВП. Величину этого зазора необходимо выбирать такой, чтобы магнитное сопротивление было не менее чем на порядок больше магнитного сопротивления остальных участков магнитной цепи трансформатора с вращающимся магнитным полем.

3. Предложен новый способ изготовления ТВП, позволивший разработать технологию его производства, сопоставимую по уровню сложности с технологией производства традиционных трехфазных трансформаторов.

4. Предложена методика расчета ТВП и получены основные аналитические выражения для расчета силовой части СППВ на базе ТВП, которые на начальном этапе исследований позволили рассчитать и изготовить их физические модели, а в последующем – опытные и промышленные образцы.

5. Показано, что выбор рационального числа фаз вторичной обмотки ТВП необходимо осуществлять с учетом реальных (возможных) значений показателей качества электроэнергии на входе СППВ и требований электроприемников к качеству выпрямленного напряжения, а также к параметрам переходных процессов на выходе СППВ.

6. Исходя из опыта производства, с учетом конструктивных и технологических особенностей ТВП установлено, что для обеспечения наилучших энергетических показателей его единичная мощность не должна превышать 20 кВ·А, а число фаз вторичной обмотки – пятнадцати. При этом СППВ мощностью более 20 кВ·А целесообразно изготавливать на базе агрегатированных ТВП.

7. Анализ схемотехнических моделей силовых полупроводниковых преобразователей на базе ТВП показал, что:

- принятое в ТВП размещение первичной и вторичной обмоток исключает вынужденное намагничивание элементов магнитопровода в случае использования его в СППВ с однотактными (полумостовыми) схемами выпрямления, что позволяет повысить технико-экономические показатели СППВ с применением таких схем и расширить область их применения;

- при одном и том же фазном напряжении многофазной вторичной обмотки ТВП за счет использования различных схем ее соединения можно получить пять различных уровней выпрямленного напряжения с коэффициентом схемы от 1,37 до 4,03 при практически одинаковых значениях коэффициентов использования вентилей схемы выпрямления;

- стоимость активных материалов ТВП может быть минимизирована на основе оптимизации геометрических размеров его элементов при различном числе фаз вторичной обмотки.

8. На основе метода переменных состояния и в среде MatLab разработаны математические модели ТВП и СППВ на базе ТВП, которые адекватно отображают реальные электромагнитные процессы и позволяют их исследовать в статических и динамических режимах работы.

9. Математическое моделирование показало, что:

- вращающееся магнитное поле в ТВП отличается от кругового: модули пазовых магнитных потоков при движении по окружности магнитопровода периодически принимают одно из двух значений, большее из которых отличается от меньшего на 3,5 %, а фазовые сдвиги между соседними потоками отличаются от угла π/m2. Поэтому для формирования в ТВП кругового магнитного поля необходимо использовать витковый и параметрический способы его коррекции;

- при работе ТВП на многофазный выпрямитель в формировании выходного тока СППВ за один период напряжения питания участвует одновременно по три-четыре вентиля в анодной и катодной группах схемы выпрямления и, соответственно, – по шесть-семь фаз вторичной обмотки ТВП, что обеспечивает уменьшение действующего значения тока как в вентилях, так и в обмотках, и обуславливает повышение коэффициента их использования. При этом важной особенностью работы ТВП в составе СППВ является и то, что в токах всех фаз вторичной обмотки доминирует первая гармоническая составляющая. За счет этого кривые фазных токов первичной обмотки ТВП по форме приближаются к синусоиде, что обусловливает меньшие искажения кривой напряжения источника питания, соизмеримого по мощности с СППВ;

- свойства СППВ существенно зависят от схемы соединения обмоток ТВП, что подтверждается различием внешних характеристик СППВ, соответствующих этим схемам;

- увеличение фазности выпрямления позволяет, при прочих равных условиях, улучшить динамические характеристики СППВ с индуктивно-емкостным фильтром на выходе – уменьшить колебания выпрямленного напряжения и сократить длительность переходного процесса при изменениях нагрузки.

10. В ходе экспериментальных исследований установлено, что:

- разработанные математические модели ТВП и СППВ достоверно отражают качество электромагнитных процессов в них: расхождения экспериментальных данных и данных математического моделирования не превышают 10 %;

- степень искажающего воздействия СППВ на напряжение источника питания существенно зависит не только от фазности выпрямления, но и от схемы соединения вторичных обмоток ТВП: предпочтительной является схема соединения вторичной обмотки ТВП в многоугольник кольцевой. При данной схеме коэффициент искажения формы кривой тока первичной обмотки ТВП (4,8 %) существенно меньше, чем при многоугольнике (8,8 %), при многолучевой звезде (18 %), комбинированной звезде (20 %) и комбинированном треугольнике (18,7 %);

- СППВ на базе ТВП обладают лучшими энергетическими и массогабаритными показателями по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами: коэффициент полезного действия выше на 8-10 %, коэффициент мощности выше на 5-8 %, масса ниже на 15- 25 %.

- натурные испытания преобразователей типа МСВ в составе многопостовых электросварочных комплексов подтверждают высокий уровень их электромагнитной совместимости как между собой, так и с дизель-электрическими установками (ДЭУ) соизмеримой мощности: применение таких преобразователей в качестве сварочных выпрямителей позволяет увеличить долю выпрямительной нагрузки ДЭУ с 20-30 до 50-60 % , что дает возможность уменьшить мощность ДЭУ;

- сварочные выпрямители типа МСВ характеризуются значительно меньшими искажениями входного тока и выходного напряжения по сравнению со сварочными аппаратами инверторного типа, поэтому при повышенных требованиях к уровню электромагнитной совместимости сварочного оборудования применение сварочных выпрямителей на основе СППВ с ТВП является более предпочтительным.

11. Практическое применение СППВ на базе ТВП позволяет:

- улучшить технико-экономические показатели сварочного оборудования для электродуговой сварки покрытыми электродами, полуавтоматической сварки в среде инертных газов, а также прецизионной, в том числе – автоматизированной аргонодуговой сварки;

- повысить уровень ЭМС установок гарантированного питания (УГП) с источниками питания ограниченной мощности и уменьшить установленную мощность последних на 10-15% по сравнению с традиционными УГП;

- повысить уровень ЭМС источников выпрямленного оперативного тока с микропроцессорными системами релейной защиты и автоматики на электрических станциях и подстанциях;

- улучшить технико-экономические показатели устройств защиты подземных металлических сооружений от электрохимической коррозии и источников электропитания светодиодных источников света.


публикации по теме диссертации

Издания, входящие в перечень, рекомендованный ВАК для

опубликования основных научных результатов диссертации

1. Гармонический анализ кривой МДС трансформатора с вращающимся магнитным полем [Текст] / В.А. Атрощенко, Б.Х. Гайтов, Н.А. Сингаевский, Ф.И. Жуков// Известия вузов. Электромеханика, 1997, № 1-2, с. 9-12.

2. Сингаевский, Н.А. Улучшение уровня ЭМС в САЭ при использовании трансформаторов с вращающимся магнитным полем [Текст] / Н.А. Сингаевский, Б.Х. Гайтов, Ф.И. Жуков. – Известия вузов. Электромеханика, 1997, №6, с. 32-37.

3. Сингаевский, Н.А. Многофазные трансформаторы в силовой преобразовательной технике автономных систем электроснабжения: состояние разработки и перспективы применения [Текст] / Н.А. Сингаевский, Н.А. Суртаев, Ю.А. Суртаев, В.В. Терехов, А.Е Церковный. – М.: Промышленная энергетика, 2000, № 6, с. 47-51. – ISSN 0033-1155.

4. Сингаевский, Н.А. Многофазные сварочные выпрямители на основе ТВП [Текст] / Н.А. Сингаевский, В.В. Ермаков, А.Е. Церковный; «Сварочное производство». – М.: 2005, № 11, с. 37-40. – ISSN 0491-6441.

5. Сингаевский, Н.А. Влияние многопостового электросварочного комплекса на источник питания ограниченной мощности [Текст] / Н.А. Сингаевский, В.В. Ермаков // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006, № 10, с. 20-21.

6. Сингаевский, Н.А. Принципы построения многофазных трансформаторов для силовых полупроводниковых выпрямителей [Текст] / Н.А. Сингаевский. – М.: Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006, № 9, с.45.

7. Сингаевский, Н.А. Особенности распределения магнитных потоков в трансформаторах с вращающимся магнитным полем [Текст] / Н.А. Сингаевский. – Известия вузов. Материалы XXVIII сессии Всероссийского семинара «Кибернетика энергетических систем», г. Новочеркасск, 25-26 октября 2006 г. Технические науки, приложение №15. Новочеркасск, ЮРГТУ. – С. 105-107.

8. Сингаевский, Н.А. Трансформаторы с вращающимся магнитным полем многофазных силовых полупроводниковых преобразователей [Текст] / Н.А. Сингаевский. – М.: Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006, № 12, с.46-48.

9. Сингаевский, Н.А. Полуавтомат для дуговой сварки в среде углекислого газа [Текст] / Н.А. Сингаевский, А.Г. Кудряков, А.Е. Церковный, В.В. Ермаков, А.Я. Штраус. – М.: Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2007, №8, с.15.

10. Сингаевский, Н.А. Применение многофазных сварочных выпрямителей при восстановлении и ремонте деталей сельскохозяйственных машин [Текст] / Н.А. Сингаевский. – М.: Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2007, № 8, с. 16.

11. Сингаевский, Н.А. Особенности использования многофазных выпрямителей на основе ТВП [Текст] / Н.А. Сингаевский, А.Г. Кудряков, А.Е. Церковный, В.В. Ермаков, А.Я. Штраус. – М.: Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2007, № 8, с.17-18.

12. Тропин, В.В. Функционально-конструктивные особенности конденсаторной установки для сельской электрической сети 0,4 кВ [Текст] / В.В. Тропин, Н.А. Сингаевский, А.Я. Штраус. – Новочеркасск: Известия вузов. Электромеханика. Специальный выпуск, 2008, с. 124-125.

13. Сингаевский, Н.А. Многофазный сварочный выпрямитель на основе трансформатора с вращающимся магнитным полем – особенности работы [Текст] / Н.А. Сингаевский; Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб.: Изд-во Политехн. университета, 2009, № 2 (78), с. 129-134. - ISSN 1994-2354.

14. Сингаевский, Н.А. Исследование динамики многофазных неуправляемых выпрямителей с индуктивно-емкостными фильтрами [Текст] / Н.А. Сингаевский, С.Ю.Герасимов. – Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2009, № 2 (78), с.135-138. – ISSN 1994-2354.


Другие издания и материалы научных конференций

1. Сингаевский Н.А. Влияние эксцентриси­те­та на работу асинхронной машины в режиме много­фазного трансформатора [Текст] / Н.А. Сингаевский. – Изв.АН Латв.ССР. Сер.физ. и техн. наук. №5. - Рига: Зинатне, 1983, с.55-59.

2. Сингаевский, Н.А. Обеспечение электромагнитной совместимости для комплекса из промышленной сети и импульсных преобразователей [Текст] / Н.А. Сингаевский, А.А. Озерянский, Н.А. Суртаев, И.И. Бондаренко. – Тезисы докладов Всесоюзной научно-техн. конфер. «Проблемы энергосбережения». Киев: АН УССР, 1991, с. 21-23.

3. Атрощенко, В.А. Силовая преобразовательная техника систем электроснабжения. Учебник [Текст] / В.А. Атрощенко, Н.А. Сингаевский, Ю.А. Кабанков. – Краснодар: КВВКИУ, 1994. – 332 с.

4. Перспективы использования трансформатора с вращающимся магнитным полем в многофазных преобразователях электрической энергии [Текст] / В.А. Атрощенко, Б.Х. Гайтов, Н.А. Суртаев, Н.А. Сингаевский, Ф.И. Жуков, Ю.А. Суртаев. – Материалы II-й Международной конференции по электромеханике и электротехнологии, Крым, 1996, с. 82-88.

5. Сингаевский, Н.А. Условия преобразования числа фаз в трансформаторе с вращающимся магнитным полем [Текст] / Н.А. Сингаевский. – Тезисы докладов. III-я Международная конференция по электромеханике и электротехнологии, Клязьма, 1998, с. 71.

6. Сингаевский, Н.А. Многофазный полупроводниковый преобразователь для питания двигателей переменного тока [Текст] / Н.А. Сингаевский, В.А. Атрощенко, Н.А. Суртаев, М.Н. Педько. – Труды 11-й НТК «Электроприводы переменного тока» ЭППТ-98, 24-26 февраля 1998 г. Екатеринбург: Уральский ГТУ, 1998, с. 128-130.

7. Сингаевский, Н.А. Состояние разработки силовых полупроводниковых выпрямителей и перспективы их применения. [Текст] / Н.А. Сингаевский. – Краснодар: Материалы международной научной конференции «Технические и технологические системы», КубГАУ, 2009, с. 100-103.

8. Сингаевский, Н.А. Математическая модель ТВП в системе MatLab [Текст] / Н.А. Сингаевский, Н.А. Суртаев. – Краснодар: Материалы международной научной конференции «Технические и технологические системы», КубГАУ, 2009, с. 103-107.

9. Сингаевский, Н.А. Оптимизация геометрических параметров ТВП [Текст] / Н.А. Сингаевский, А.Е. Церковный. – Краснодар: Материалы международной научной конференции «Технические и технологические системы», КубГАУ, 2009, с. 107-110.

10. Сингаевский, Н.А. Результаты математического моделирования и экспериментальных исследований многофазных преобразователей электрической энергии на основе ТВП [Текст] / Н.А. Сингаевский, В.В. Ермаков. – Материалы 12-й Всероссийской НТК «Пути повышения надежности, эффективности и безопасности энергетического производства», 01-05 июня 2009г., с. Дивноморское, с. 55-61.

11. Атрощенко, В.А. Силовые полупроводниковые выпрямители на основе многофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем. Монография [Текст] / В.А. Атрощенко, Н.А. Сингаевский. – Краснодар: Издательский дом - Юг, 2010. – 168 с.

Авторские свидетельства и патенты

1. А.с. 1125665 СССР, МПК Н 01 F 33/02// Н 02 М 9/02. Многофазный трансформатор [Текст] / Н.Н.Левин, Н.А. Сингаевский, С.А. Янюк (СССР). – № 3522738/24-07; заявл. 16.12.1982; опубл. 23.11.1984. Бюл. № 43.– 3 с.: ил.

2. А.с. № 1089718 СССР, МПК Н 01 F 33/02// Н 02 М 9/02. Способ сборки многофазного трансформатора [Текст] / Н.Н.Левин, Н.А. Сингаевский, С.А. Янюк (СССР). – № 3522777/24-07; заявл. 16.02.1983; опубл. 02.12.1984. Бюл. № 44.– 3 с.: ил.

3. А.с. № 15435516, СССР, МКИ3 Н 02 М 1/08. Преобразователь переменного напряжения в постоянное [Текст] / В.А. Атрощенко, В.К. Кравцов, Г.А. Мещеряков, Н.А. Сингаевский (СССР). - №4363480/07; заявл. 12.01.1988; опубл. 15.10.1989, Бюл. № 31. – 4 с.: ил.

4. А.с. № 1652970, СССР, МКИ3 G 05 F 1/46. Стабилизированный источник напряжения постоянного тока [Текст] / В.А. Атрощенко, Н.А. Сингаевский, О.В. Григораш и др. (СССР). - №4688099/07; заявл. 06.03.1989; опубл. 30.05.1991, Бюл. № 20. – 4 с.: ил.

5. А.с. № 1814176, СССР, МКИ3 Н 02 М 7/12. Преобразователь переменного напряжения в постоянное [Текст] / В.А. Атрощенко, Н.А. Сингаевский, Н.А. Суртаев (СССР). - №4887989/07; заявл. 06.12.1990; опубл. 07.05.1993, Бюл. № 17. – 4 с.: ил.

6. Пат. 2082245 Российская Федерация, МПК7 H 01 F 30/14, H 02 M 5/14. Многофазный трансформатор [Текст] / Н.А Сингаевский, Б.Х. Гайтов, Ф.И. Жуков, Н.А. Суртаев, Ю.А.  Суртаев (РФ). – № 94040930/07; заявл. 08.11.94; опубл. 20.06.97. Бюл. № 23. – 3 с.: ил.

7. Пат. 2168785 Российская Федерация, МПК7 H 01 F 38/18, 29/08. Аксиальный индукционный регулятор [Текст] / Б.Х. Гайтов, Я.М. Кашин, Н.А. Сингаевский, А.Ю. Савченко, С.Р. Шарифуллин (РФ). – № 98106123/09; заявл. 06.04.1998; опубл. 20.02.2000. Бюл. № 5. – 6 с.: ил.

8. Пат. 2218626 Российская Федерация, МПК7 H 01 F 30/14. Многофазный трансформатор [Текст] / Н.А. Сингаевский, Н.А. Суртаев, А.Е. Церковный, С.Ю. Герасимов, А.С. Супрун (РФ). – № 2001122948/09; заявлено 15.08.2001; опубл. 10.12.2003. Бюл. № 34. – 4 с.: ил.

9. Пат. 2246151 Российская Федерация, МПК7 H 01 F 30/14. Многофазный трансформатор [Текст] / Сингаевский Н.А., Церковный А.Е., Сапьян А.А., Герасимов С.Ю., Ермаков В.В. (РФ). – № 2003113384/09; заявлено 06.05.2003; опубл. 10.02.2005. Бюл. № 4. – 5 с.: ил.

10. Пат. № 2125749, Российская Федерация, МПК7 H01F 27/38, H02M 5/14. Многофазный агрегатированный трансформатор [Текст] / Атрощенко В.А., Гайтов Б.Х., Сингаевский Н.А. и др.; заявитель и патентообладатель КВВКИУ РВ. – № 97115492/09; заявл. 17.09.97; опубл. 27.01.99, Бюл. №3. – 4 с.: ил.

11. Пат. № 2139586, Российская Федерация, МПК7 H01F 30/14, 38/18. Многофазный трансформатор-фазорегулятор [Текст] / Гайтов Б.Х., Я.М. Кашин, Н.А. Сингаевский Н.А., Жуков Ф.И., С.Н. Исик.; заявитель и патентообладатель КубГТУ. - № 98106212/09; заявл. 06.04.1998; опубл. 10.10.1999, Бюл. №28. – 4 с.: ил.

12. Пат. на полезную модель № 46393, Российская Федерация, МПК7 H02M 7/12, 7/155. Сварочный выпрямитель (варианты) [Текст] / Б.М. Ельсуков, В.В. Ермаков, С.Н. Великий, Н.А. Сингаевский, А.Е. Церковный, Р.Р. Шварц; заявитель и патентообладатель ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром».- № 2005105649/22; заявл. 28.02.2005; опубл. 27.06.2005, Бюл. № 18. – 4 с.: ил.

13. Пат. на полезную модель № 55318, Российская Федерация, МПК7 В23К 9/00, В23К 9/173. Устройство полуавтоматической дуговой сварки в среде углекислого газа [Текст] / Н.А. Сингаевский, С.Н. Великий, А.С. Зубрилин и др.; заявитель и патентообл. ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», ООО «Электроспектр». – № 2006106962/22; заявл. 06.03.2006; опубл. 10.08.2006, Бюл. № 22. – 4 с. : ил.

14. Пат. на полезную модель № 56396, Российская Федерация, МПК7 H02M 7/12, 7/155. Устройство катодной защиты (варианты) [Текст] / В.В. Ермаков, Сингаевский, Р.Р. Шварц и др.; заявитель и патентообл. ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром». – № 2006110318/22; заявл. 30.03.2006; опубл. 10.09.2006, Бюл. № 25. – 4 с.: ил.

15. Пат. на полезную модель № 57175, Российская Федерация, МПК7 В23К 9/00. Многопостовой сварочный выпрямитель [Текст] / В.В. Ермаков, В.В. Ермаков, Н.А. Сингаевский, и др.; заявитель и патентообладатель ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», ООО «Электроспектр». – № 2006103146/22; заяв. 06.02.2006; опубл. 10.10.2006, Бюл. № 28. – 5 с.: ил.

16. Пат. на полезную модель № 68800, Российская Федерация, МПК7 H02M 7/12, 7/155. Блочно-комплектное устройство электроснабжения (варианты) [Текст] / В.В. Ермаков, С.В. Голубев, Н.А. Сингаевский и др.; заявитель и патентообл. ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром». – № 200712095/22; заявл. 11.07.2007; опубл. 27.11.2007, Бюл. № 33. – 4 с.: ил.

17. Пат. на промышленный образец № 69653, Российская Федерация, МКПО9 15-09. Источник сварочного тока (два варианта) [Текст] / В.В. Ермаков, Сингаевский, А.Г. Кудряков и др.; заявитель и патентообл. ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», ООО «Электроспектр». – № 20075033529; заявл. 10.10.2007; опубл. 16.03.2009. – 8 с.: ил.

18. Пат. № 2401470, Российская Федерация, МПК7 H01F 30/14, 41/02. Многофазный трансформатор (варианты) и способ его сборки [Текст] / В.В. Ермаков, Н.А. Сингаевский, А.Е. Церковный и др; заявитель и патентообладатель ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром», ООО «Электроспектр». – № 2009122757/09; заявл. 15.06.2009; опубл. 10.10.2010, Бюл. №28. – 17 с.: ил.