Исследование и разработка индуктивно-емкостных источников питания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Дозоров, Сергей Анатольевич

• Дозоров, Сергей Анатольевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Дозоров, Сергей Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИИЯ, ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, ПРИМЕНЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

1.1. Преобразователи источников напряжения в источники тока

1.2. Развитие схем источников неизменного тока

1.2.1. Схема Бушеро

1.2.2. Т-образные ИЕП

1.3. Области и перспективы применения систем неизменного тока

1.4. Классификация систем неизменного тока

Выводы:

2. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ИСТОЧНИКАХ НЕИЗМЕННОГО ТОКА

2.1. Анализ электромагнитных процессов в однофазных ИЕП при работе на активную нагрузку

2.1.1. Исследование зависимости точности стабилизации тока нагрузки от величины сопротивления нагрузки

2.1.2. Исследование зависимости значения коэффициента мощности от величины сопротивления нагрузки

2.2. Анализ электромагнитных процессов в однофазных источниках тока при работе на мостовой выпрямитель

2.2.1 Исследование зависимости тока нагрузки от величины сопротивления нагрузки при работе источников тока на мостовой выпрямитель и активную нагрузку

ИЕП И ТЕП

4.1. Методика расчета и проектирования однофазного ИЕП

4.2. Методика расчета трехфазных ИБП

4.3. Расчет согласующих трансформаторов для ИБП

4.4. Расчет дросселей для ИБП

4.5. Расчет и проецирование трансформаторов для ТЕП

4.6. Экспериментальные исследования выходных характеристик источников при активной нагрузке

4.6.1 Т-образный ИБП с магнитной связью

4.6.2. П-образный ИБП

4.6.3. ТЕП

4.7. Исследование входных характеристик ИЕП при заряде АКБ

4.7.1. Входные характеристики Т-образного ИЕП при заряде АКБ

4.7.1. Входные характеристики ТЕП при заряде АКБ

4.8. Измерение реактивной мощности в схемах Бушеро, Бушеро с предустановленной

емкостью и Т-образном ИЕП

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка индуктивно-емкостных источников питания»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В современной электротехнике широкое практическое применение находят системы неизменного (стабилизированного) тока, то есть системы распределения и потребления электрической энергии, обеспечивающие независимость тока нагрузки от величины сопротивления нагрузки. [1]. Интерес к таким системам обусловлен возможностями их применения во многих областях электротехники и инженерной электрофизики [2-5], которые условно можно подразделить на технические и экономические.

Применение систем стабилизированного тока (ССТ) в электроприводах позволяет получить новый технический эффект: электроприводы обретают оригинальные свойства управляемого «источника момента», что с успехом используется в различных электромеханических устройствах [6-7]. В электросварочной, электрометаллургической, плазменно-дуговой технологии новый технический эффект при применении ССТ для питания дуговых разрядов заключается в радикальном повышении статической и динамической устойчивости дуги как рабочего технологического органа, так и в улучшении ее воспроизводимости, условий инициирования, регулирования, увеличении износостойкости электродов. Именно этим объясняется интенсивное и все увеличивающееся проникновение этих систем в электротехнологическую практику [8-14].

Благодаря использованию индуктивно-емкостных преобразователей (ИЕП) ССТ получили значительное распространение в электротехнологической практике. Основные преимущества ИЕП - простота, надежность, экономичность [1,5]. Однако они имеют и недостатки: недостаточно хорошие массогабаритные показатели, сложность при осуществлении плавного регулирования тока в широких пределах и др. Данные недостатки были решены путем применения трансформаторно-емкостных преобразователей (ТЕП) и новых схем регулирования выходного

тока нагрузки. Применение ТЕП в качестве источников неизменного тока позволяет существенно снизить массогабаритные показатели ССТ.

В настоящее время теоретические и практические вопросы разработки и исследования ИБП, ТЕП и способов плавного регулирования выходного тока, представляют значительный научный и практический интерес, являются актуальной и своевременной задачей.

Цель диссертационной работы. Разработка и исследование источников неизменного тока на базе ТЕП, обеспечивающих заданную точность стабилизации выходного тока нагрузки для заданного диапазона изменения сопротивления нагрузки при снижении массогабаритных показателей. Создание методики расчета и проектирования ИЕП и ТЕП, способов регулирования их выходного тока нагрузки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Критический анализ современного состояния и направлений развития источников неизменного тока на базе основных схем ИЕП, исследование входных и выходных характеристик преобразователей и их массогабаритных показателей.

2. Определение входных и выходных характеристик источников неизменного тока, выполненных на база ТЕП.

3. Разработка методики расчета и проектирования однофазных и 3-х фазных ИЕП, и рекомендаций по выбору оптимальных схем для различных видов нагрузок.

4. Разработка методики расчета трансформатора с наперед заданным значением индуктивности намагничивания и рассеяния для ТЕП.

5. Разработка оригинальных способов плавного регулирования выходного тока нагрузки ИЕП и ТЕП.

6. Экспериментальное подтверждение численных расчетов характеристик ИЕП и ТЕП.

Объектом исследования являются схемы индуктивно - емкостных

преобразователей.

Предметом исследования являются ИБП, ТЕП, схемы плавного регулирования выходного тока нагрузки и заряда емкостных накопителей.

Методы исследования. Для получения достоверных и обоснованных научных результатов были применены современные аналитические и численные методы расчета. Численный расчет проводился путем моделирования в программе схемотехнического моделирования МкгоСар 9.0 и в среде ЗшшНпк пакета МАТЬАВ, и результаты были подтверждены экспериментальными исследованиями в лабораторных и производственных условиях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Даны рекомендации по выбору оптимальных схем ИБП для различных видов нагрузок.

2. Разработана методика расчета и проектирования источников неизменного тока, выполненных на базе ИБП и ТЕП.

3. Разработана методика расчета трансформатора для ТЕП с наперед заданным значением индуктивности намагничивания и рассеяния трансформатора с оптимальными конструктивными показателями.

4. Предложены схемные решения, обеспечивающие плавное регулирование выходного тока нагрузки ИЕП и ТЕП.

5. Разработаны новые схемы заряда емкостных накопителей

Обоснованность и достоверность полученных научных результатов и

выводов подтверждается корректностью поставленных задач и принятых решений и адекватностью используемых при исследовании численных моделей схем, выполненных в современной программе схемотехнического моделирования МюгоСар 9.0, проверкой результатов на экспериментальной установке, качественным и количественным сопоставлением результатов численного моделирования и экспериментальными данными.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Научно - обоснованный выбор оптимальных схем ИЕП для

различных видов нагрузок с учетом массогабаритных показателей и энергетических характеристик преобразователей.

2. Методики расчета и проектирования индуктивно-емкостных источников питания на базе ИБП и ТЕП.

3. Оригинальные схемы ТЕП, позволяющие существенно снизить массогабаритные показатели ИБП.

4. Схемные решения и способы управления выходным током нагрузки источников неизменного тока.

5. Схемы управляемого заряда емкостных накопителей на базе ИЕП и ТЕП.

Практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем:

1. Предлагаемые методики расчета и проектирования источников неизменного тока позволяют существенно упростить расчет ИЕП и снизить время, затрачиваемое на него.

2. ССТ на основе ТЕП позволяют существенно уменьшить массогабаритные показатели индуктивно-емкостных источников питания, и следовательно снизить их себестоимость.

3. Разработана методика и программа расчета трансформатора для ТЕП, позволяющая рассчитать трансформатор с наперед заданной индуктивностью намагничивания и рассеяния с оптимальными массогабаритными показателями.

4. Разработаны схемные решения и способы управления выходным током преобразователей, позволяющее плавно регулировать выходной ток как ИЕП так и ТЕП в широком диапазоне.

5. Разработаны новые схемы управляемого заряда емкостных накопителей энергии с применением ИЕП и ТЕП.

Реализация и внедрение результатов диссертационной работы. На основе результатов, полученных в ходе выполнения диссертационный работы, ССТ внедрены и более года успешно эксплуатируются на

газокомпрессорной станции «Краснознаменная» Калининградского линейного производственного управления магистральных газопроводов ОАО «Газпром». В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина) основные положения работы внедрены в лекционные курсы и лабораторный практикум по дисциплине: «Силовая импульсная техника».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на четвертой научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика и электротехнологии (ЭЭЭ-2009», г. Новосибирск 23-24 октября 2009г), открытом научно-практическом семинаре молодых работников ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», (г. Санет-Петербург, 07-11 июня 2010г.), 7-ой международной научно-практической конференции, «Найновите постижения на европейската наука», (Болгария, София 2011г.) а также на 61 - 66 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (г. Санкт-Петербург, 2008-2013 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, среди них 1 статья в изданиях рекомендованных ВАК РФ, 1 учебное пособие, 5 патентов РФ и 6 работ в других изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка используемой литературы и изложена на 179 листах машинописного текста, содержит 148 рисунков, 22 таблицы, списка использованных источников из 104 наименований на 11 страницах.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТНИЯ, ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, ПРИМЕНЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

ТОКА

1.1. Преобразователи источников напряжения в источники тока

Источниками электрической энергии преимущественно являются синхронные генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электромагнитную в следствии явления электромагнитной индукции. При движении магнитного поля ротора относительно обмотки статора генератора в ней шщуктируется э.д.с.,

ш

пропорциональная скорости изменения потокосцепления магнитного поля. Благодаря малому внутреннему сопротивлению обмотки статора, напряжение на зажимах генератора мало зависит от тока нагрузки. Поэтому индуктивные машины переменного и постоянного тока различных типов, обладающие малым внутренним сопротивлением принято называть источниками напряжения. Схема замещения источника напряжения обычно (рис. 1.1) изображается в виде двух элементов: активного элемента -источника э.д.с. е(1), напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего по нему тока, и пассивного элемента - внутреннего сопротивления 15].

Гальванические элементы, аккумуляторы, некоторые термоэлементы также обладают малым внутренним сопротивлением и тоже относятся к источникам напряжения. На рис. 1.2 показана вольтамперная характеристика источника э.д.с. в виде прямой (1), тут же показана внешняя характеристика реального источника напряжения (2), учитывающая внутреннее сопротивление и падение напряжения в нем от тока нагрузки /н. При изменении в широком диапазоне тока нагрузки напряжение на зажимах

источника электрической энергии изменяется столь мало, что практически это изменение принимают нулевым.

-,

Рисунок 1.2. - Вольт амперные характеристика источников э.д.с В современной практике принята система преобразования, передачи, распределения и потребления электрической энергии при постоянном напряжении. Величина тока нагрузки /н зависит только от величины сопротивления приемника 2Н и при переменной нагрузке, то есть при изменении ее сопротивления, соответственно меняется ток /н.

В практике нередки случаи, когда возникает необходимость поддерживать неизменным заданное значение тока нагрузки независимо от изменения ее сопротивления.

Одним из первых таких источников является емкостная машина. В емкостной машине, как и в любой индуктивной электрической машине, различают статор и ротор, только выполненные из диэлектрика и проводящих пластин, образующих емкости. Один из этих элементов машин, например ротор. Между пластинами которого возбужденно электрическое поле Е (напряжение возбуждения), служит для создания заряда д на втором элементе - статоре. При относительном движении ротора и статора периодически изменяется емкость между ними и в следствии

3

Рисунок 1.1. - Схема замещения источника напряжения

1

\ \2

электростатической индукции изменяется заряд на статоре, и если пластины замкнуты на нагрузку, в ней появляется ток. Связь между током машины и скоростью изменения заряда д выражается в виде:

Поскольку заряд равен потоку вектора смещения

Я = <ЬУв (1-3)

то, по закону электростатической индукции, изменение потокосцепления вектора смещения создает ток емкостном электрическом генераторе

7 = (1.4)

<к

Согласно закону электростатической индукции, ток на зажимах емкостного генератора переменного или постоянного тока будет неизменным по величине независимо от нагрузки, а напряжение на зажимах нагрузки пропорционально сопротивления нагрузки.

Таким образом емкостные машины генерируют электрическую энергию с неизменным током и являются источниками тока, а напряжение не зажимах емкостных машин - явление вторичное, определяемое величиной сопротивления нагрузки.

Идеальный источник тока представляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах, то есть опять-таки от сопротивления нагрузки. На рис 1.3 представлена вольт амперная характеристика идеального источника тока (1). В реальном источнике тока имеются потери энергии в диэлектрике или внутреннем сопротивлении (характеристика для такого источника представлена на рис. 1.3, кривая 2)

Схема замещения реального источника тока представлена на рис. 1.4. Здесь показан идеальный источник тока, характеризуемый величиной задающего тока источника энергии, и пассивный элемент - внутренняя проводимость У\ , вынесенная за пределы источника тока и включенная параллельно ему [15].

В настоящее время емкостные машины как источники тока не используются.

и

2"

"ЛИ

I

->|

Рисунок 1.3. - Вольтамперная характеристика источника тока.

Рисунок 1.4. - Схема замещения реального источника тока.

Поскольку источники тока не получили достаточного распространения, основными источниками электрической энергии в настоящее время являются источники напряжения. Между тем существует довольно обширный класс устройств энергетики и автоматики, для питания которых целесообразно использовать источники неизменного тока. Поддержание тока, независимого от сопротивления нагрузки, обычно осуществляется несколькими путями.

Во-первых, для получения практически неизменного тока часто применяют балластные активные или реактивные сопротивления, подключаемые к источникам напряжения последовательно с изменяющейся нагрузкой. При этом велики потери энергии и, следовательно уменьшается к.п.д. ухудшается коэффициент мощности. А также увеличивается напряжение холостого хода источника.

В-вторых, созданием замкнутых систем автоматического регулирования неизменного тока, в которых часто для получения нужной точности приходится усложнять схему, вследствие чего она оказывается недостаточно надежной и дорогой (управляемые выпрямители).

Однако можно осуществить простые, надежные и экономичные статические устройства, позволяющие питать соответствующие нагрузки неизменным током при колебаниях сопротивления нагрузки в широких пределах.

Такие устройства, помещаемые между источниками напряжения и нагрузкой, можно назвать в соответствии с выполняемыми ими функциями преобразователями источников неизменного напряжения в источники неизменного тока были разработаны на основе резонансных схем Бушеро.

1.2. Развитие схем источников неизменного тока

1.2.1. Схема Бушеро

В 1891 г. известный французский электротехник Поль Бушеро впервые обратил внимание на интересное свойство некоторых резонансных схем, питаемых от источника синусоидального напряжения, поддерживать ток в нагрузке неизменным при изменениях сопротивления нагрузки [1, 16, 17]. В различных курсах по теоретическим основам электротехники приводится описание этих схем включения индуьсгивностей и емкостей, получивших название схем Бушеро [18-20].

Рассмотрим простую схему (рис. 1.5.) цепи, состоящей из двух сопротивлений и к зажимам которой приложено напряжение их =и1 ътш, действующее значение которого остается постоянным.

а

0—£

с

а—

г1 /и

41

¿2

Рисунок 1.5. - Эквивалентная схема Бушеро.

Параллельно сопротивлению 2^ присоединим нагрузку с переменным сопротивлением 2Н и установим, каким условиям должны удовлетворять Z1 и 2Ъ чтобы ток в нагрузке /н, имел неизменную величину, независимо от изменения величины и характера сопротивления 2^ [15].

Для этой схемы

1

Этот ток распределен в параллельных ветвях 2„ и и обратно пропорционален сопротивлениям, поэтому находим

17 7 II 7 2

I 2. — 1 1 4 =_1 2 »_

и и

откуда

¡.—г1-■ (1.6)

Для того, чтобы ток /н при всех значениях 2Н имел одно и то же значение, необходимо, чтобы выражение (1.6) не зависело от 2Н, для чего достаточно положить

21 + 22 = 0. (1.7)

Очевидно, осуществить аналогичную схему из пассивных сопротивлений на постоянном токе невозможно, так как одно из сопротивлений должно быть отрицательным. Тем не менее, на переменном токе, полагая одно сопротивление выполненным в виде индуктивной

катушки 2Х-Влл- у'ш/,, а второе - в виде конденсатора 2Х = Я1- ] *

ооС'

убеждаемся что условие (1.7), записанное в форме

Rl + R2=0иj(oL-j-^; = 0, (1.8)

соС

может быть выдержано, если оба элемента 2{ и 22 не имеют активных сопротивлений = 0 и Д? = 0), а индуктивность Ь и емкость С выбраны из условия резонанса при частоте приложенного напряжения со

1

(йЬ

(оС

(1.9)

На рис. 1.6 приведена схема Бушеро, в которой параллельно нагрузке 2п включена емкость С, а последовательно с этими обеими ветвями — индуктивность Ь. Это схема Бушеро с предустановленной емкостью. Ток нагрузки в этой схеме:

/н =

и

] со£

(1.10)

а 0-

¡0)1.

/1

/2|

С 0-

¡шС

/н^ 2„

Рисунок 1.6. - Схема Бушеро. При всех конечных значениях 2п ток всегда один и тот же, неизменный

и пропорциональный напряжению на входе £/н. Следовательно, рассмотренная схема Бушеро в таком идеализированном виде, поскольку она содержит лишь реактивные элементы и не учитывает активные сопротивления и связанных с ними потерь, позволяет решить задачу преобразования источника неизменного напряжения в источник неизменного тока.

Векторная диаграмма для рассмотренной схемы представлена на рис. 1.7. Согласно полученному выражению (1.10), вектор тока /н отстает от

71

вектора напряжения и 1 на угол —. Под углом (ра к вектору тока /н строим

2

вектор напряжения и н = /н ¿н. Ток в конденсаторе /2 = у' IIн соС опережает

напряжение IIа„ на угол —. Вектор тока 1\ в индуктивной катушке

получается в виде суммы векторов /н и /2, а падение напряжения в индуктивности изображается вектором ]1х(йЬ, перпендикулярным к вектору

тока /,. Суммируя его с вектором напряжения IIн, получаем заданный

вектор напряжения сети 111.

jhuiL

Рисунок 1.7. - Векторная диаграмма схемы Бушеро. Нетрудно убедиться непосредственным построением, что при любых других значениях сопротивления ZH при одном и том же неизменном

значении тока /н получается тот же исходный вектор напряжения U\ в соответствии с (1.10).

1

Рисунок 1.8. - Схема Бушеро с предвюпоченной емкостью. В рассмотренной схеме индуктивность и емкость можно поменять местами (рис. 1.8.). Тогда в общей формуле для тока в нагрузке /н достаточно поменять местами и 2г.

1 =

их

Z2+^(Z1+Z2) А

(1.11)

В данном случае получаем то же условие (1.7), необходимое для

независимости тока нагрузки от сопротивления 2Н, а величина тока к.з.

1и = -^Сиг. (1.12.)

Третья схема, предложенная Бушеро, представляет собой мостовое соединение (рис. 1.9), причем в одной паре противоположных сторон моста включены одинаковые индуктивности Ь, а в другой - одинаковые емкости С. В этой схеме снова предполагаем, что активные сопротивления всех элементов равны нулю. Входное напряжение подключается в одну диагональ, нагрузочное сопротивление 2Н- ъ другую. Выбирая направления

токов, указанные на схеме, записываем /н = 1а+1в и, кроме того,

1 7'юС ° Если исключить из этих уравнений 1а, то

(1.13.)

ч О

соЬ--

ч шС^

(1.14.)

Следовательно, при условии резонанса (1.9.)

У'со!

(1.15.)

т. е. ток нагрузки /н пропорционален входному напряжению и не зависит от сопротивления цепи нагрузки. В данном случае вектор тока нагрузки также отстает на четверть периода относительно входного напряжения.

Рисунок 1.9. - Мостовая схема Бушеро. Приведенные три схемы Бушеро обладают замечательным свойством

они не боятся короткого замыкания. В самом деле, при закорачивании цепи нагрузки (2Н=0), ток /н остается неизменным, равным (1.15). Однако, если ветвь Zн размыкается (что соответствует режиму холостого хода), то в цепях с последовательно включенными Ь и С в условиях резонанса и в предположении, что активных сопротивлений нет, сопротивление равно нулю, а первичный ток Д становится бесконечно большим. Таким образом, режим холостого хода, или выключение цепи нагрузки, равносильно короткому замыканию всей цепи, а короткое замыкание нагрузки равносильно холостому ходу всей цепи.

Странное на первый взгляд свойство схем Бушеро сохранять неизменным ток в переменной нагрузке физически объясняется следующим образом. При коротком замыкании ^н=0) ток в короткозамкнутом проводе Ьс (например, см. рис. 1.6) определяется приложенным напряжением и реактивным сопротивлением катушки Ь. По мере увеличения сопротивления нагрузки оно оказывает все меньшее шунтирующее действие на конденсатор, и режим работы схемы все больше приближается к резонансному, а следовательно, растет напряжение на конденсаторе (и на нагрузке). Этот рост напряжения на нагрузке как раз и компенсирует увеличение сопротивления нагрузки таким образом, что ток нагрузки остается неизменным. Обрыв цепи нагрузки приводит к резкому возрастанию тока, потребляемого из сети (образуется последовательный резонансный контур); короткое же замыкание цепи нагрузки абсолютно не опасно, так как ток не может превысить свое номинальное значение. Это свойство схем Бушеро диаметрально противоположно свойству цепей, для которых режим короткого замыкания аварийный, а режим холостого хода наименее напряженный. Бушеро считал, что эти схемы практически (в пределах промышленного применения конденсаторов) решают вопрос преобразования распределения электроэнергии при неизменном напряжении в распределении при неизменном токе. Например, он предлагал питать с помощью этих схем цепь последовательно соединенных осветительных ламп (накаливания или

дуговых), обеспечивая одинаковую яркость их при изменяющемся числе ламп. Бушеро также обратил внимание на тот факт [17], что при каскадном соединении этих схем (рис 1.10) на выходе получается напряжение, сдвинутое на 180° [15].

Таким образом, эти схемы можно использовать в качестве трансформаторов напряжения.

Другое применение своим схемам Бушеро видел в возможности преобразования однофазного напряжения в трехфазную систему напряжений (вход - зажимы а, с; выход - зажимы а, Ъ и с на рис. 1.6) и использования для запуска однофазных индукционных двигателей. Дальнейшее теоретическое развитие схемы Бушеро нашли в работах Штейнметца [20, 21]. Штейнметц распространил предложенный Бушеро принцип на трехфазные цепи и описал мостовую трехфазную схему (рис. 1.11).

Рисунок 1.11.- Мостовая трехфазная схема Штейнметца. Ценное свойство схем Бушеро - поддерживать неизменным ток в переменной нагрузке как нельзя лучше подходило для питания ряда

к,

а

Рисунок 1.10. - Каскадное соединение схем.

электрических устройств, однако широкому распространению схем Бушеро препятствовали дефицитность и дороговизна конденсаторов достаточной мощности и емкости. Кроме того, реальные схемы Бушеро содержат активные сопротивления, поэтому необходимо рассчитывать схемы не на любые, а лишь на обусловленные этими сопротивлениями диапазоны изменения нагрузки (при заданном напряжении питания). Поскольку это обстоятельство не учитывалось, то выполненные по этим схемам устройства имели низкие энергетические характеристики и непомерно большие габариты. Это обстоятельство дало повод ряду авторов [18, 19] усомниться в перспективности применения схем Бушеро. Лишь в 30 - 40-х гг. в связи с развитием физических исследований с помощью устройств, требующих питания стабильным током, схемы Бушеро приобретают некоторое практическое применение, особенно в США. Так, в 1940 г. для исследования газовых разрядов был создан стабилизатор тока по схемам Бушеро на токи до 4А при напряжении нагрузки до 1500В [22]. Кроме того, велись исследования по защите с помощью схем Бушеро генераторов и выпрямителей циклотронов от повреждений токами короткого замыкания и по управлению водородной дугой источников протонов.

Экспериментаторы считали, что система передачи энергии при неизменном токе имеет преимущества по сравнению с системой передачи при неизменном напряжении. Главное преимущество они усматривали в том, что система является чрезвычайно устойчивой и надежной, имеет хорошее качество переходных процессов; короткие замыкания, часто встречающиеся на практике, совершенно безопасны для такой линии, не страшны ей также обратные зажигания вентилей инверторов и выпрямителей (при кратковременном обратном зажигании не нужно, как обычно, отключать линию) [15].

Схема Бушеро благодаря своему свойству преобразовывать фазовый угол в противоположный является хорошим промежуточным звеном между промышленной нагрузкой, обычно носящей активно-индуктивный характер,

и инвертором, хорошо работающим при емкостной нагрузке. Схемы Бушеро в 50-60-е оды прошлого столетия применялись в США в качестве источников питания для установок электроннолучевой плавки твердых металлов, обеспечивая устойчивость процесса при частых местных извержениях газов из металла в вакууме, и, следовательно, коротких замыканиях источника [23, 24]. Мощность такой установки составляла 120 кВт при токе до 20А. Кроме того, трехфазные схемы Бушеро (с последующим выпрямлением) использовались в Лос-Аламосе для заряда конденсаторных батарей в экспериментах по термоядерному синтезу [25].

Из других зарубежных работ по использованию схем Бушеро можно отметить две работы [26, 27] по применению однофазных мостовых схем в технике связи для согласования несимметричного генератора с симметричной нагрузкой (и наоборот) и работу [28], посвященную анализу работы простейшей схемы Бушеро на выпрямитель.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дозоров, Сергей Анатольевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Использование индуктивно-емкостных преобразователей для

стабилизации мощности, потребляемой переменной нагрузкой / И.В. Волков, КА. Липковский, М.М. Александров // Проблемы технической электродинамики-Киев: Наукова думка, 1972, вып.35.

2. Белопольский М.И. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности / М.И. Белопольский, Л.Г. Пикалова. - М: Госэнергоиздат, 1963.-272 с.

3. Волков И.В. Преобразование источника неизменного напряжения в источник неизменного тока / И.В. Волков // Изв. Вузов. Энергетика. -1963.-№6.

4. Волков И.В. Питание индуктивно-емкостных преобразователей напряжением несинусоидальной формы / И.В. Волков // Автоматика. -1963.-№3.

5. Волков И.В. Основы теории, расчета и применения индуктивно-емкостных преобразователей.: автореф. дис. док. тех. наук / Волков Игорь Владимирович. - . Киев: ИЭД АН УССР, 1972. - 35 с.

6. Волков И.В. Минимизация реактивной мощности элементов индуктивно-емкостных преобразователей / И.В. Волков.// Проблемы технической электродинамики. - Киев: Наукова думка, 1972, вып.35.

7. Фираго Б.И. Теория электропривода./ Б.И. Фираго, Л.Б. Павлячик. -Минск: Техноперспектива, 2004. — 526 с.

8. Ануфриев Б.Ф. Регулятор тока электромагнита на полупроводниковых триодах. /Б.Ф. Ануфриев // ПТЭ. - 1962, - №1.

9. Волков И.В. Расчет режимов совместной работы индуктивно-емкостных преобразователей и инверторов напряжения / И.В. Волков, С.И. Закревский, Н.В. Крыленко// Проблемы технической электродинамики - Киев: Наукова думка, 1970, вып.24.

10. Волков И.В. Источники тока с прямоугольной внешней характеристикой / И.В. Волков, С.И. Закревский // XII Всесоюзное

совещание по магнитным элементам автоматики: матер, конф. -Ташкент, 1968.

11. Волков И.В. К задаче синтеза индуктивно-емкостных преобразователей / И.В. Волков, С.И. Закревский // Устройства преобразовательной техники - Киев: Наукова думка, 1969.

12. Ольшанский H.A. Специальные методы сварки / H.A. Ольшанский, Г.А. Николаев. - М.: Машиностроение, 1975. - 232 с.

13. Фролов В.В. Теоретические основы сварки / В.В. Фролов, В.А. Винокуров - М.: Высшая школа, 1970. - 592 с.

14. Казаков.Ю.В,Козулин.М.Г. Сварка и резка материалов / Ю.В. Казаков, М.Г. Козулин. - М.: Академия, 2000. - 400 с.

15. Дозоров С.А., Опре В.М., Саенко И.В., Новик A.A., Кошелев П.А., Парамонов С.В. Индуктивно-емкостный преобразователь. Патент РФ на полезную модель № 77517. Опубл. 20.10.2008. Бюл. № 29.

16. Милях А.Н. Новый тип привода постоянного тока с использованием индуктивно-емкостных преобразователей / А.Н. Милях, И.В. Волков, JI.P. Слободян //V Всесоюзная конференция по автоматизированному электроприводу: матер, конф. -М.: Энергия, 1971.

17. A.c. 775848 СССР. Электропривод постоянного тока. / Ю.П. Самчелеев, В.П. Черноиван, В.В. Калюжный, В.В. Комарский; Коммунарский горно-металлургический институт № 2526490/24-07; Заяв. 28.09.77; Опубл. 30.10.80, Бюл. № 40

18. Вожов И.В. Переходные режимы ИБП / И.В. Волков, JI.P. Слободян, И.П. Липковская // Вопросы теории и расчета устройств преобразовательной техники. - К.: Наукова думка, 1968.

19. Кухаркин Е.С. Основы инженерной электрофизики / Е.С. Кухаркин. -М.: Высшая школа, 1969. - 510 с.

20. Михайлов В.В. Питание машин постоянного тока от индуктивно-емкостных преобразователей/ В.В. Михайлов // Доклады научно-

технической конференции МЭИ 1968—1969 гг. - М.: МЭИ, 1969. С. 189-193.

21. Милях А.Н.. Принцип, взаимности и обратимость явлений в электротехнике./ А.Н. Милях, А.К Шидловский. - Киев:«Наукова думка», 1970. - 316 с.

22. Михайлов В.В. Индуктивно-емкостные преобразователи и их применение в электроприводах постоянного тока: автореф. дис. канд. техн. наук / Михайлов В.В. — М: МЭИ, 1973.

23. Нейман Л. Р. Теоретические основы электротехники / Л.Р. Нейман, К.С. Демирчян. - Л: «Энергия», 1967. - 536 с.

24. Нитсон П. Анализ и расчет ферритовых цифровых элементов / П. Нитсон. -М: «Энергия», 1967.-208 с.

25. Патон Б.Е. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки./ Б.Е. Патон, В.К. Лебедев. - М: «Машиностроение», 1966. - 359 с.

26. Панченко П.И. Статические и динамические характеристики быстродействующей системы стабилизации тока мощных полупроводниковых агрегатов / П.И.Панченко, Л.Г. Хоменко, О.И. Данилевич//Электричество. -1969. -№ 9. -С.36-41.

27. Пентегов И. В. Оптимизация заряда индуктивных накопителей энергии / И.В. Пентегов, И.В. Волков // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1969, - №1. - С.47-51.

28. Волков И.В. Источники тока с прямоугольной внешней характеристикой / И.В. Волков, С.И. Закревский // Тезисы докладов XII Всесоюзного совещания по магнитным элементам автоматики. -Ташкент: «Фан», УзССР, 1968. - С.69-71.

29. Вожов И.В. Анализ процессов в ИЕП при переменной во времени нагрузке./ И.В. Волков, Л.Р. Слободян, А.Г. Подвысоцкая. // Теоретическая электротехника. - 1969. - № 5. - С.45-47.

30. Ивахненко А.Г. Стабилизаторы напряжения с комбинированным управлением / А.Г. Ивахненко, Н.В. Петина. - К.: АН УССР, 1958. - 347 с.

31. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов/К.К. Хренов - М.: Машиностроение, 1973.-408 с.

32. Стеклов О. И. Основы сварочного производства / О. И. Стеклов. - М.: Высш. школа, 1986.-224 с.

33. Рыбаков В.М. Сварка и резка металлов / В.М. Рыбаков. -М.: Высш. школа, 1979.-214 е.,

34. Китаев A.M.. Дуговая сварка / A.M. Китаев, Я.А. Китаев. -М.: Машиностроение. 1983.-272 с.

35. Геворкян В.Г. Основы сварочного дела / В.Г. Геворкян. - М.: Высш. школа, 1985.-168 е.,

36. Коротеев А. С. Генераторы низкотемпературной плазмы / A.C. Коротеев, A.M. Костылев, В.В. Коба.- М.: «Наука», 1969. -128 с.

37. А. с. 146421 СССР. Устройство для питания сварочной дуги током. / А.Н. Милях, К.К. Хренов, Б.Е. Кубышин, Э.М. Эсибян, И.В. Волков; № 737622/24; Заяв. 10.07. 1961; Опубл. 1962, Бюл. № 8

38. Эсибян Э. М. Устройство для питания сварочной дуги стабилизированным током с применением индуктивно-емкостного резонансного контура / Э. М. Эсибян, И. В Волков // Автоматическая сварка. -1962. -№3 - С.34-39.

39. Гуттерман К.Д. К вопросу об оптимальном выборе элементов неуправляемых параметрических источников тока / К.Д. Гуттерман //Тезисы докладов научно-технической конференции МЭИ 1966—1967 гг. - М.: МЭИ, 1967. - С. 211-217.

40. Гуттерман К. Д. Энергетические показатели схемы неуправляемого параметрического источника тока / К.Д. Гуттерман, Н.Д. Прозорова // Тезисы докладов научно-технической конференции МЭИ 1966—1967 гг. -М.: МЭИ, 1967.-С. 156-162.

41. Гуттерман К.Д. Параметрические источники тока для питания электротермических и электротехнологических установок.: Автореф. дис. Док. Тех. Наук / Гуттерман К.Д. - М.: МЭИ., 1970.

42. Гуттерман К.Д. Автоматическое регулирование электрических печей / К.Д. Гуттерман, Н. Д. Прозорова, А. Д. Свенчанский. - М.: МЭИ, 1972. -460с.

43. Гуттерман К.Д. Разработка и исследование параметрических источников тока / К.Д. Гуттерман //Труды МЭИ, 159. - М.: МЭИ, 1973.

- С.85-89.

44. Басов А.И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов / А.И. Басов - М.: Металлургия, 1987.-578 с.

45. Смелянский М.А. Вакуумные дуговые печи и электронные плавильные установки / М.А. Смелянский, В.А. Бояршинов, К.Д. Гуттерман - М., Металлургиздат, 1962.-211 с.

46. Белянчиков M.JI. Основы расчета вакуумных дуговых печей / M.JI. Белянчиков. - М.: «Металлургия», 1968. - 101 с.

47. Клюев М.М.. Электрошлаковый переплав / М.М. Клюев, С.Е. Волков. -М.: Металлургия, 1984.- 208 с.

48. Глебов А.Г. Электрошлаковый переплав / А.Г. Глебов, Е.И. Мошкевич.

- М.: Металлургия, 1978. - 216 с.

49. Медовар Б.И. Электрошлаковые печи/ Б.И. Медовар, Л.М. Ступак, Г.А. Бойко. - Киев: Наукова думка, 1976. - 414 с.

50. A.c. 230250 СССР Способ импульсного регулирования скорости электродвигателя постоянного тока / И.В. Волков, В.Е. Тонкаль, Л.Р. Слободян Опубл. 1968,Бюл. №34.

51. Милях А.Н. Регулирование скорости привода постоянного тока с помощью индуктивно-емкостных преобразователей / А.Н. Милях, И.В. Волков, Л.Р. Слободян//ДАН УССР. - 1967. - №7. С. 23-28.

52. Ильинский Н.Ф. Разработка и исследование электроприводов с параметрическими индуктивно-емкостными преобразователями /Н.Ф. Ильинский //Груды МЭИ, 149. - М.: МЭИ, 1972. - С.99-105.

53. Слободян JI. Р. Исследование динамических процессов в индуктивно-емкостных преобразователях для нагрузок с переменными параметрами.: Автореф. дис.канд. тех. Наук / Слободян Л. Р. - Киев: ИЭД АН УССР,1968.

54. Акимов П.П. Судовые автоматизированные энергетические установки / П.П. Акимов. - М.: Транспорт, 1980. - 352 с.

55. Кононов С.П. Импульсная электроэнергетика. Сборник статей / С.П. Кононов. - Казань: Изд-во Казанского университета, 1970. - 122 с.

56. Волков И. В., Пентегов И. В. Оптимальные процессы заряда емкостных накопителей./И.В. Волков, И.В. Пентегов // Известия вузов. Энергетика. - 1967. - №4. С.31-37.

57. Вакуленко В.М. Разработка и исследование источников со специальными характеристиками для импульсного и непрерывного питания оптических квантовых генераторов.: Автореф. дис. канд. тех. Наук / Вакуленко В.М. - Киев: ИЭД АН УССР, 1971.

58. Поваров Н. К. Электронные приборы с питанием от генераторов тока / Н.К. Поваров // Транзисторная электротехника в приборостроении. -М.: Госэнергоиздат, 1959.-С. 137-141.

59. Подымака В.И. Индуктивно-емкостные преобразователи в схеме параллельной работы судовой электростанции с береговой сетью /В.И. Подымака//Электрооборудование судов, 30. - Николаев: НКИ, 1969. -С.81-88.

60. Гольденберг Е.С. Световое и электрическое оборудование аэропортов/ Е.С Гольденберг, В.В. Кузнецов, Ю.В Фрид.- М.: Редиздат Аэрофлота, 1956. 174 с.

61. Гладилов В.А. Индуктивно-емкостный преобразователь в агрегатах электроокраски./ В.А Гладилов, Я.В. Захаров // Устройство

преобразовательной техники, 1. - Киев:«Наукова думка», 1969. -С.209-213.

62. Закревский С.И. Разработка и исследование автономных источников стабильного тока на основе индуктивно-емкостных преобразователей.: Автореф. дис. канд. тех. Наук / Закревский С.И. - Киев: ИЭД АН УССР, 1971.

63. Илюкович A.M. Стабилизаторы и стабилизированные источники питания переменного тока / A.M. Илюкович, Б.Р Шульман.- М.: «Энергия», 1965. - 120 с.

64. Каминир Л.Б. Электронные стабилизаторы тока / Л.Б. Каминир // Успехи физических наук. - 1959. -№4. - С.51-55.

65. Додик С.Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока / С.Д. Додик. - М.:«Энергия», 1967. - 352 с.

66. Модеров А. А. Трансформатор с повышенным рассеянием как нелинейный элемент для стабилизации тока / A.A. Модеров // Изв. вузов. Электромеханика. - 1962. -№6. С.12-16.

67. Серебрякова Е. И. Электродинамический стабилизатор тока и напряжения / Е.И. Серебрякова // Труды Горьковского политехнического института, XX. - Горький: ГНИ, 1965. - С.231-236.

68. Розенблат М.А. Применение дросселей, подмагничиваемых постоянным полем, в качестве стабилизаторов тока / М.А. Розенблат, Н.П. Васильева // Автоматика и телемеханика. -1952. - №6. С.34-39.

69. Безматерных Ю.В. Стабилизатор тока электромагнита масспектрометра / Ю.В. Безматерных, В.Б. Ленорский // Приборы и техника эксперимента. -1968 -№6. С. 71-74.

70. Карпов В.И. Полупроводниковые компенсационные стабилизаторы напряжения и тока / В.И. Карпов. - М.:«Энергия», 1967. -176 с.

71. Шемкин О.Я. Полупроводниковые стабилизаторы тока для питания электромагнита /О.Я. Шемкин // Приборы и техника эксперимента. -1968.-№6. С. 27-31.

72. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8 / М.А.Амелина, С.А.Амелин // М.:Горячая линия-Телеком, 2007. - 464 с.

73. Борисов Ю.М. Электротехника : учеб. пособие для вузов / Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. - Изд.З-е, перераб. и доп. ; Гриф МО. - Минск : Высш. шк. А, 2007. - 543 с.

74. Григораш О.В. Электротехника и электроника : учеб. для вузов / О.В. Григораш, Г.А. Султанов, Д.А. Нормов. - Ростов н/Д : Феникс, 2008. -462 с.

75. Пентегов И.В. Основы теории зарядных цепей емкостных накопителей энергии / И.В. Пентегов. - Киев: Наукова думка, 1982. 420 с.

76. Волгов В.А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры / В.А. Волгов. - М., 2007, - 544 с.

77. Патент - 77517 РФ, МПК Н02М 5/06. Индуктивно-емкостный преобразователь. / С.А. Дозоров, В.М. Опре, И.В. Саенко, А.А. Новик, П.А. Кошелев, С.В. Парамонов; СПбГЭТУ «ЛЭТИ» - №2008118172/22; Заяв. 06.05.2008; Опубл. 20.10.2008., Бюл. № 29.

78. Трансфарматорно-емкостный стабилизатор тока / С.А Дозоров, П.А.Кошелев, В.М. Опре и др. // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2012. - №2 (66) - С. 5965.

79. Источники тока на основе резонансной трансформаторно-конденсаторной электрической цепи /С.А. Дозоров, П.А. Кошелев, В.М. Опре и др. // Проблемы электроэнергетики. Сборник научных трудов Саратовского государственного технического университета. -Саратов, 2009. - С. 25-31.

80. Проектирование генераторов мощных импульсов тока с применением символьных и матричных вычислений/ С.А. Дозоров, П.А. Кошелев, В.М. Опре и др. // Проблемы электроэнергетики. Сборник научных

трудов Саратовского государственного технического университета. -Саратов, 2009. - С. 38-45.

81. Источник тока на основе индуктивно-емкостного резонансного преобразователя / С.А. Дозоров, B.C. Богачев, C.B. Парамонов // Электротехника, электромеханика и электротехнологии ЭЭЭ-2009. Материалы четвертой научно-технической конференции с международным участием. - Новосибирск, 2009. - С. 135-138.

82. Дозоров С.А. Параметрические источники тока в системе заряда аккумуляторных батарей./С.А. Дозоров // Материалы открытого научно-практического семинара молодых работников ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург». - Санкт-Петербург, 2010. - С.204-208.

83. Дозоров С.А. Параметрические источники неизменного тока /С.А. Дозоров// Материали за 7-а международна научна практична конференция найновите постижения на европейската наука. - Болгария, София, 2011. С. 50-55.

84. Дозоров С.А. Сравнительный анализ электромагнитных процессов в однофазных индуктивно-емкостных преобразователях/ С.А. Дозоров, В.М. Опре // Силовая электроника. - 2013. - №3. - С. 59-62.

85. Петров Г. Н. Трансформаторы. / Г.Н. Петров. - М.ЮНТИ, 1934. 446 с.

86. Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов / A.B. Сапожников. - М.: Госэнергоиздат, 1959. - 360 с.

87. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов / П.М. Тихомиров. - М.: «Энергия»; 1968. - 456 с.

88. Басютинский С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов / С.Б. Басютинский. - Л.: «Энергия», 1970. - 432 с

89. Китаев В.Е. Трансформаторы / В.Е. Китаев.- М.: «Высшая школа», 1974.-204 с.

90. Грумбина А. Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств / А.Б. Грумбина - М.: Энергоатомиздат, 1990. 368 с.

91. Сидоров И.Н. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры / И.Н. Сидоров, C.B. Скорняков - М.: "Радио и связь", "Горячая линия -Телеком", 1999. - 336 с.

92. Дымков A.M. Расчёт и конструирование трансформаторов / A.M. Дымков. - М.: Высш. школа, 1971. - 264 с.

93. Дымков А.М. Трансформаторы напряжения / A.M. Дымков, Ю.В. Тишенин. - М.: Энергия, 1975. - 200 с.

94. Вавин В.Н. Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи / В.Н. Вавин. - М.: Энергия, 1977. - 104 с.

95. Ершевич В.В. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. / В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-352 с.

96. Сергеенков Б.Н., Киселев В.М., Акимова H.A. Электрические машины: Трансформаторы / Б.Н. Сергеенков, В.М. Киселев, H.A. Акимова. - М.: Высшая школа, 1989. - 352 с.

97. Патент - 90625 РФ, МПК Н02М 3/24. Устройство защиты высокочастотных преобразователей / С.А. Дозоров, В.М. Опре, П.А. Кошелев, А.И. Сомов; ООО «Газпром трансгаз Сантк-Петербург» -№2009121046/22; Заяв. 02.06.2009; Опубл. 10.01.2010, Бюл. № 1.

98. Патент - 100687 РФ, МПК Н02М 3/24. Источник неизменного тока / С.А. Дозоров, В.М. Опре, П.А. Кошелев, C.B. Парамонов, В.Н. Терещенко; СПбГЭТУ «ЛЭТИ» - Опубл. 20.12.2010, Бюл. № 35.

99. Патент - 114567 РФ, МПК Н02М 5/06. Высоковольтный источник неизменного тока / С.А. Дозоров, В.М. Опре, П.А. Кошелев, А.И. Сомов, В.Н. Терещенко; ООО «Газпром трансгаз Сантк-Петербург» -№2011113770/07: Заяв. 08.04.2011; Опубл. 27.03.2012, Бюл. №9.

100. Патент - 123266 РФ, МПК Н02М 3/155. Зарядное устройство / С.А. Дозоров, В.М. Опре, П.А. Кошелев, C.B. Парамонов, A.A. Тимахович; СПбГЭТУ «ЛЭТИ» - №2012128058/07; Заяв. 03.07.2012; Опубл. 20.12.2012, Бюл. №35

/190 ) ¿^

101. Дьяконов В.П. Maple 9.5, 10 в-математике, физике и образовании/ В.П. Дьяконов. - М.: СОЛОН-Пресс,2006. - 720 с.

102. Цисарь И.Ф. MATLAB Simulink. Компьютерное моделирование экономики. / И.Ф. Цисарь. - М.: Солон-Пресс, 2008.-256 с.

103. Алексеев Е.Р. МАТЪАВ самоучитель / Е.Р. Алексеев, О.В. Чеснокова. -М:"НТ Пресс", 2006г. - 464 с.

104. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов / А.Б. Сергиенко. - СПб: Питер, 2006. - 751 с.