Разработка трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный с коррекцией входного тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Сорокин Дмитрий Александрович

• Сорокин Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Сорокин Дмитрий Александрович

В ПОСТОЯННЫЙ

5.1 Проверка справедливости полученных расчетных выражений потерь мощности в полупроводниковых приборах

5.2 Результаты экспериментальных исследований разработанного трехфазного AC/DC преобразователя переменного тока

в постоянный повышающего типа

5.3 Алгоритм проектирования разработанного трехфазного

AC/DC преобразователя повышающего типа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Список использованных источников

Приложение А Акт №503/20 о практическом использовании

диссертационной работы Сорокина Дмитрия Александровича

Приложение Б Акт о внедрении в учебный процесс кафедры «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» результатов диссертационной работы Сорокина Дмитрия Александровича

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный с коррекцией входного тока»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время в электротехнических комплексах большинство первичных источников электрической энергии являются трёхфазными генераторами напряжения переменного тока. Потребители при этом разнообразны как по уровню питающего напряжения, так и по роду тока, частоте, количеству фаз и многим другим показателям качества электроэнергии. На практике функцию согласования выходных параметров первичного источника электрической энергии с требуемыми параметрами потребителей возложена на промежуточное звено постоянного тока, которое во многих случаях содержит входной преобразователь, осуществляющий выпрямление трёхфазного напряжения сети.

Одним из перспективных направлений применения выпрямительных преобразователей являются электротехнические комплексы самолетов, в которых системы электроснабжения базируются на использовании магистрального двухполярного напряжения 270 В постоянного тока [1...8]. Так в структуре бортовой системы генерирования электрической энергии пассажирского самолёта Boeing 787 уже используют такие установки, преобразующие трехфазное напряжение магистрального генератора в напряжение + 270 В постоянного тока [4].

Другим направлением применения указанных преобразователей являются электротехнические комплексы, содержащие ветроэнергетические, автономные дизельные или газотурбинные установки, которые в случае поддержания энергоэффективного режима работы имеют нестабильную частоту вращения ротора генератора, и соответственно нестабильные параметры по действующему значению и частоте выходного трехфазного напряжения. В этом случае к перспективному решению следует отнести также использование промежуточного звена постоянного тока со стабилизированным выходным напряжением на базе трехфазного выпрямительного преобразователя.

Также перспективным направлением использования выпрямительных преобразователей являются системы, в которых первичным источником

электроэнергии является генератор переменного напряжения со сверхпроводниковыми обмотками. Явление сверхпроводимости определённых материалов основано на равенстве нулю электрического сопротивления в условиях, когда температура и мгновенные значения плотности тока и магнитной индукции ниже их критических значений.

В свою очередь преобразователи, осуществляющие выпрямление, по отношению к сети являются нелинейной нагрузкой и в значительной степени искажают форму потребляемых фазных токов. Это приводит как к ухудшению гармонического состава потребляемого фазного тока из сети, так и к увеличению действующего и амплитудного значений потребляемых фазных токов и, следовательно, к повышению массы и габаритов подводящих проводов, обмоток трансформаторов и электрических генераторов.

Особенно остро проблема искажения формы потребляемых фазных токов касается электромеханических генераторов переменного напряжения с применением сверхпроводниковых обмоток, состояние которых зависит от мгновенного значения плотности тока.

В связи с этим для обеспечения квазисинусоидального потребления фазных токов применяют трехфазные преобразователи переменного тока в постоянный повышающего типа (в дальнейшем именуемые трехфазные AC/DC преобразователи повышающего типа) [9.. .15].

Такие преобразователи позволяют:

- формировать выходное напряжение постоянного тока на заданном стабильном уровне при широком изменении входного фазного напряжения по действующему значению и частоте;

- исключить «переразмерирование» и повысить КПД системы генерирования за счет практически синусоидального тока потребления с коэффициентом мощности, близким к единице;

- реализовать простую параллельную работу с другими промежуточными звеньями системы электроснабжения и «горячее резервирование» благодаря возможности контроля уровня выходного тока;

- обеспечить высокое быстродействие благодаря возможностям полупроводниковой техники и микропроцессорного управления, тем самым существенно снизить всплески и провалы выходного напряжения при работе системы электроснабжения на импульсную и динамическую нагрузки;

- постоянно улучшать массогабаритные показатели системы электроснабжения за счет потенциальных возможностей усовершенствования силовых полупроводниковых приборов и микропроцессорной техники.

В последнем случае, например, внедрение перспективных карбид кремниевых (SiC) транзисторов, которые имеют на порядок низкие динамические потери по сравнению с существующими IGBT приборами и диодами, в ближайшее будущее даст возможность существенно повысить частоту коммутации при одновременном снижении потерь в полупроводниковых приборах и соответственно снизить массу и габариты рассматриваемого класса преобразователей.

В настоящее время данной области электротехнических комплексов посвящены многие научно-исследовательские работы и разработки таких известных отечественных и зарубежных ученых, как Г. С. Зиновьев, В. И. Мелешин, Е. Е. Чаплыгин, П. А. Бачурин, И. А. Харченко, Д. В. Коробов,

A. В. Левин, С. А. Харитонов, С. Б. Резников, Б. Ф. Дмитриев, С. Я. Галушин,

B. В. Бочаров, Д. Е. Кондратьев, А. Е. Волков, И. Ю. Краснов, В. Р. Черемисин, Tu A Rong-Jie, J. W. Kolar, U. Drofenik, I. Moir, F. C. Zach, T. Friedli и другие.

Тем не менее вопросы повышения коэффициента полезного действия трехфазных AC/DC преобразователей повышающего типа, а также пересмотр существующих схемотехнических решений и синтез энергоэффективных силовых схем с учетом развития элементной полупроводниковой базы и микропроцессорной техники как в области летательных аппаратов, так и в области наземных альтернативных или автономных электротехнических комплексов, всегда будут актуальными и востребованными, а их практическая реализация будет иметь народно-хозяйственное значение.

Объектом исследования является трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный повышающего типа, имеющий сравнительно малые потери мощности и повышенный коэффициент полезного действия.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка трехфазного преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение повышающего типа, имеющего пониженные потери мощности и функционирующего в электротехнических комплексах с высокими требованиями к качеству потребляемых токов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.

1 Анализ существующих схемотехнических решений трёхфазных AC/DC преобразователей повышающего типа с определением классифицирующих признаков и критериев сравнения.

2 Синтез силовой схемы и системы управления трёхфазного AC/DC преобразователя повышающего типа с повышенным коэффициентом полезного действия, которая способна обеспечить синусоидальную форму потребляемого фазного тока, независимо от других фаз тока, и стабилизацию выходного напряжения при коэффициенте мощности близком к единице.

3 Разработка математической модели силовой схемы и системы управления предлагаемого трёхфазного AC/DC преобразователя повышающего типа для исследования рабочих электрических процессов и проектирования рассматриваемого устройства.

4 Определение расчетных выражений для вычисления параметров реактивных элементов разработанного трехфазного AC/DC преобразователя, потерь в полупроводниковых приборах и коэффициентов усилителей ошибок, учитывающих особенности рабочих процессов устройства.

5 Разработка компьютерной имитационной модели предложенной силовой схемы в комплексе с системой управления трёхфазного AC/DC преобразователя повышающего типа для исследования рабочих электрических процессов и проектирования устройства.

6 Анализ рабочих электрических процессов в разработанной силовой схеме AC/DC преобразователя повышающего типа с использованием предложенной компьютерной имитационной модели и системы управления.

7 Экспериментальная проверка на макетном образце основных теоретических положений, результатов компьютерного моделирования и работоспособности разработанной силовой схемы трёхфазного AC/DC преобразователя повышающего типа.

Научная новизна. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, были получены следующие новые научные результаты:

1 Предложен новый способ исследования схемотехнических решений трехфазных AC/DC преобразователей повышающего типа посредством учета особенностей принципа действия и выработанных допущений, практическое применение которого существенно снижает необходимое количество исследуемых схем замещения и соответственно сокращает время на проведение сопоставительного анализа рассматриваемых устройств.

2 Выработаны и обоснованы классификационные признаки и критерии сравнения силовых схем трехфазных AC/DC преобразователей повышающего типа, которые позволили синтезировать новое схемотехническое решение с повышенным коэффициентом полезного действия.

3 Разработаны оригинальные математические модели предложенных силовой схемы и системы управления трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа, обеспечивающие эффективное исследование рабочих электрических процессов и проектирование рассматриваемого устройства.

4 Предложены на базе ограничения среднего геометрического значения максимальных величин переключающих функций критерии выбора и выведены формулы для поиска коэффициентов усилителей ошибки системы управления, при которых коэффициент гармонических составляющих потребляемого фазного тока принимает минимальное значение при заданном

коэффициенте мощности разработанного трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа.

5 Выявлены критерии выбора и выведены формулы для определения параметров реактивных элементов (входных реакторов и выходных конденсаторов) предложенной силовой схемы трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа на базе ограничения размаха пульсаций и амплитуды третьей гармонической составляющей потребляемого фазного тока.

6 Предложен способ расчета статических и динамических потерь в полупроводниковых приборах рассматриваемого преобразователя посредством перехода от переключающих функций к непрерывным усреднённым с применением огибающих потребляемых фазных токов, позволяющий линеаризовать математическую модель силовой схемы и системы управления.

7 Получены оригинальные выражения для расчета статических и динамических потерь в полупроводниковых приборах предложенной силовой схеме трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа.

Практическая значимость работы заключается в следующем.

1 Разработанное новое схемотехническое решение трёхфазного AC/DC преобразователя повышающего типа улучшает энергоэффективность устройства за счет снижения потерь мощности в полупроводниковых приборах на 7.11 % по сравнению с известными аналогами. Приоритет предложенной силовой схемы защищен патентом на полезную модель №192844 от 18.07.2018.

2 Предложенная система управления трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа на базе оригинального расчета установленной активной мощности обеспечивает форму входных фазных токов близкую к синусоидальной форме соответствующих входных фазных напряжений, при которой величина реактивной мощности, потребляемой из сети, стремится к нулю.

3 Разработанная оригинальная компьютерная имитационная модель предложенной силовой схемы с системой управления позволяет проводить весь комплекс исследований электрических процессов трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа, определять параметры реактивных элементов и полупроводниковых приборов.

4 Предложенный алгоритм определения коэффициентов усилителей ошибки системы управления разработанного трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа обеспечивает в 2...2,5 раза снижение времени поиска требуемых значений с точностью до 10 %, что приемлемо при проведении инженерных расчетов.

5 Выявленные граничные значения параметров реактивных элементов (входных реакторов и выходных конденсаторов) предложенной силовой схемы трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа позволяют на практике учитывать ограничения размаха пульсаций и амплитуды третьей гармонической составляющей входного фазного тока.

6 Полученные оригинальные выражения для расчета статических и динамических потерь в полупроводниковых приборах разработанного трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа обеспечивают возможность проведения теплового расчета реального устройства.

7 Разработанный алгоритм расчета рассматриваемого трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа позволяет в комплексе определить как параметры реактивных элементов и полупроводниковых приборов предложенной силовой схемы, так и коэффициенты усилителей ошибки разработанной системы управления.

Следует отметить, что разработанные силовая схема и система управления трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа в комплексе с полученными результатами диссертационной работы могут быть эффективно использованы при создании перспективных бортовых электротехнических комплексов систем электроснабжения летательных аппаратов с магистральным

двухполярным напряжением 270 В, а также при проектировании автономных электростанций с дизель-генераторными или газогенераторными установками, функционирующих в энергоэффективном режиме работы. Другой областью применения полученных результатов являются испытательные стенды с рекуператорами мощности, которые осуществляют в трехфазную сеть возврат электрической энергии, генерируемой испытуемым устройством, например, синхронным или асинхронным генератором, или статическим преобразователем, синтезирующим выходное трехфазное напряжение.

Методы исследования. При решении поставленных в диссертационной работе задач были использованы методы теории электрических линейных и нелинейных цепей, методы математического анализа, теория дифференциальных уравнений, методы теории оптимизации, современные программные продукты компьютерного моделирования и экспериментальные методы исследования.

При создании математической модели и расчете параметров трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа был применен математический пакет MathCAD. Имитационное компьютерное моделирование предложенной силовой схемы в комплексе с системой управления трёхфазного AC/DC преобразователя повышающего типа было проведено в среде имитационного моделирования Matlab - Simulink с использованием библиотек физического моделирования SimScape SimPowerSystems.

При проектировании макетного образца разработанной силовой схемы трёхфазного AC/DC преобразователя была применена система трехмерного твердотельного компьютерного моделирования Autodesk Inventor.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Сопоставительный анализ схемотехнических решений трехфазных AC/DC преобразователей повышающего типа, использующий предложенный способ для снижения необходимого количество исследуемых схем замещения, а также выявленные классификационные признаки и критерии сравнения силовых схем.

2 Принцип действия разработанной силовой схемы трехфазного AC/DC преобразователей повышающего типа, которая характеризуется сравнительно низкими потерями мощности и повышенным коэффициентом полезного действия.

3 Полученные оригинальные математические модели предложенных силовой схемы и системы управления трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа, обеспечивающие эффективное исследование рабочих электрических процессов и проектирование рассматриваемого устройства.

4 Разработанные критерии определения параметров реактивных параметров (входных реакторов и выходных конденсаторов) предложенной силовой схемы трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа на базе учета ограничения размаха пульсаций и амплитуды третьей гармонической составляющей потребляемого фазного тока.

5 Предложенный способ расчета статических и динамических потерь в полупроводниковых приборах рассматриваемого преобразователя посредством перехода от переключающих функций к усреднённым непрерывным с применением огибающих потребляемых фазных токов, позволяющий линеаризовать математическую модель разработанной силовой схемы и системы управления.

6 Разработанные критерии выбора и алгоритм поиска коэффициентов усилителей ошибки системы управления, при которых коэффициент гармонических составляющих потребляемого фазного тока принимает минимальное значение при заданном коэффициент мощности разработанного трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа.

7 Результаты компьютерного моделирования и экспериментальных исследований электрических процессов предложенной силовой схемы и системы управления трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа.

Достоверность и обоснованность научных результатов. Основные положения и результаты диссертационной работы были проверены, оценены и обоснованы путем сопоставления и анализа теоретических данных с результатами, полученными в ходе компьютерного моделирования и экспериментальных исследований на макетном образце разработанного трехфазного AC/DC преобразователя повышающего типа.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы при разработке рекуператора мощности РМ90 УХЛ4 ТКРМ90.000.000.00, предназначенного для проведения приемо-сдаточных, предварительных, приёмочных и других видов испытаний преобразователей собственных нужд электровозов, пассажирских вагонов и электропоездов постоянного и переменного тока, что подтверждено Актом №503/20 о практическом использовании от 05.03.2020 г. (приложение А).

Теоретические положения диссертационной работы в части исследования электрических процессов, проектирования компьютерных имитационных моделей и расчета статических и динамических потерь силовых полупроводниковых приборов были внедрены в учебный процесс в соответствии с учебно-методическими планами кафедры 310 «Энергетические, электромеханические и биотехнические системы» МАИ, что подтверждено Актом внедрения в учебный процесс Московского Авиационного института от 02.07.2020 г. (Приложение Б).

Апробация работы. Положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XLIV Международной молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения - 2018» (МАИ, г. Москва, 2018 г.), на международной

конференции Smart Energy Systems 2019 (КЭИ, г. Казань, 2019 г.), 18-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика» (МАИ, г. Москва, 2019 г.), международной конференции Power Conversion and Intelligent Motion and Power Quality (г. Нюрнберг, 2019 г.), XLVI Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (МАИ, г. Москва, 2020 г.), Всероссийской научной конференции «XVII Научные чтения по авиации посвященных памяти Н.Е. Жуковского» (МГТУ ГА, г. Москва, 2020 г.), международной конференции Power Conversion and Intelligent Motion and Power Quality (г. Нюрнберг, 2020 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 научных работ, среди них 5 - в изданиях, рекомендуемых Высшей Аттестационной Комиссией РФ и 4 - в изданиях, индексируемых в базах Scopus, а также получен 1 патент РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Основная часть работы содержит 174 машинописных страниц, в том числе 60 рисунков и 24 таблицы. Список используемых источников включает 67 наименований. Общий объём работы - 176 страниц.

1 АНАЛИЗ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ТРЕХФАЗНЫХ

АС/DC преобразователей повышающего типа

1.1 Критерии сравнения схемотехнических решений силовых схем трехфазных AC/DC преобразователей повышающего типа

При сопоставлении различных схемотехнических решений силовых схем любых преобразователей важным моментом является выбор критериев сравнения, которые будут характеризовать энергетические, стоимостные и массогабаритные показатели, а также функциональные возможности устройств. При этом выбранные критерии должны посредством количественной и качественной оценки отражать особенности рассматриваемых преобразователей и обладать коррелируемым (независимым) характером.

В результате анализа технической литературы [14.25] для рассматриваемых трехфазных AC/DC преобразователей были выбраны следующие критерии силовых схем:

- количество полупроводниковых приборов и реактивных элементов, включая силовые реакторы и конденсаторы;

- максимальное количество полупроводниковых приборов, через которые одновременно может протекать силовой ток;

- максимальное напряжение, прикладываемое к разомкнутому управляемому и неуправляемому полупроводниковому прибору;

- возможность независимого управления процессом нарастания и спада входного фазного тока.

Первая группа критериев характеризует сложность и стоимость силовой схемы преобразователя.

Вторая и третья группа критериев отражают возможный уровень потерь мощности в полупроводниковых приборах и в конечном итоге стоимость силовой схемы преобразователя.

Последняя группа критериев характеризует функциональные возможности силовой схемы преобразователя.

При этом проведенные исследования технической литературы показали, что все разнообразие эффективных схемотехнических решений силовых схем рассматриваемых АСЮС преобразователей заключается в применении трехпроводного или четырехпроводного подключения к входной трехфазной сети и в комбинировании расположения силовых реакторов и силовых ключей односторонней или двухсторонней проводимости при использовании базовой схемы неуправляемого трехфазного мостового выпрямителя.

1.2 Силовая схема с четырёхпроводным подключением, с входными реакторами на стороне переменного тока и с соединением силовых ключей в звезду

Силовая схема трёхфазного АС/DC преобразователя с четырехпроводным подключением к входной сети, с силовыми входными реакторами и силовыми ключами двухсторонней проводимости на стороне переменного тока [15] приведена на рисунке 1.1, где La, Lb, Lc - входные реакторы;

Sa, Sb, Sc - силовые ключи двухсторонней проводимости;

VD1...VD6 -диоды;

С1 - выходной конденсатор преобразователя;

Ea, Eb, Ec - источники входного фазного напряжения Иа, ИЬ и Ис.

R - нагрузка преобразователя.

Строчные буквы «а», «Ь», «с» в названиях элементов, напряжений и токов соответствуют принадлежности элементов фазам «А», «В» и «С».

В такой силовой схем различные комбинации состояний могут иметь три силовых ключа Sa, Sb, Sc, шесть диодов VD1...VD6 и направление тока в трех силовых входных реакторах La, Lb и Lc. Соответственно возможно 212 вариантов схем замещения рассматриваемого устройства.

Рисунок 1.1

Одна из приоритетных целей рассматриваемого класса преобразователей заключается в обеспечении синфазности и пропорциональности входных фазных токов входным фазным напряжениям. Эта цель позволяет сделать следующие допущения:

- направление токов, протекающих по входным реакторам соответствует знаку соответствующего входного фазного напряжения;

- электрические процессы силовой схемы, рассматриваемые на интервале времени равном одной двенадцатой периода, симметричны для других интервалов времени.

Первое допущение по знаку входного фазного напряжения позволяет однозначно определить по каким входным реакторам, силовым ключам и диодам протекает в этот момент ток. При этом оставшиеся состояния силовой схемы определяются комбинациями замкнутых и разомкнутых состояний соответствующих силовых ключей Ба... Бе.

Второе допущение позволяет исследовать электрические процессы в силовой схеме на одной двенадцатой периода. В дальнейшем будем анализировать электрические процессы, протекающие в силовой схеме, на интервале времени - ^ (рисунок 1.2).

Еа Ев Ес

Рисунок 1.2

Таким образом, принятые вышеуказанные допущения позволяют анализировать электрические процессы в силовых схемах посредством 23 вариантов схем замещения, которые представлены на рисунке 1.3

Варианты коммутации силовых ключей двухсторонней проводимости, которым соответствуют рассматриваемые схемы замещения, а также диоды, через которые протекают силовые токи, приведены в таблице 1.1, где З и Р - замкнутые и разомкнутые состояния силовых ключей Ба, БЬ и Бе.

Таблица 1

Варианты схемы замещения 1 2 3 4 5 6 7 8

Ба З З З З Р Р Р Р

БЬ З З Р Р З З Р Р

Бе З Р З Р З Р З Р

Диоды, проводящие ток VD2, VD4, VD5 VD1, VD4, VD5 VD1, VD4, VD5 VD1, VD4, VD6 VD1, VD4, VD5 VD1, VD4, VD5 VD1, VD4, VD5

Рисунок 1.3а 1.3б 1.3в 1.3г 13д 1.3е 1.3ж 1.3и

Анализ показывает, что максимальное напряжение на разомкнутом силовом ключе Sc можно найти из схемы замещения, показанной на рисунке 1.3б. При этом напряжение на разомкнутом силовом ключе SC равно напряжению между точками «С» и «0» и определяется выражением:

Use = UVD5 + Ur+ UvD4 + Usb Пренебрегая напряжением на полупроводниковых приборах, проводящих силовые токи, получаем:

Use = Ur,

где UR - выходное напряжение силовой схемы.

+

ж) и)

Рисунок 1.3

Максимальное обратное напряжение на диоде УО6, который не проводит силовой ток в рассматриваемом интервале времени при замкнутом силовом ключе Ба, можно найти из схемы замещения, приведенной на рисунке 1.3б. Оно равно напряжению между точками «С» и «Е»:

Цувб = иув5 + Ик

Пренебрегая напряжением на диоде УО5, проводящем силовой ток, получаем:

ИуБб = Щ

Поскольку процессы в силовой схеме симметричны, то максимальное напряжение на всех разомкнутых силовых ключах Ба, БЬ и Бс и максимальное обратное напряжение диодов УО1... УОб равно выходному напряжению Ц?.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сорокин Дмитрий Александрович, 2020 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Электрооборудование летательных аппаратов, Том 1 / С.А. Грузков, С.Ю. Останин, А.М. Сугробов [и др.]; под редакцией С.А. Грузкова. - Москва: Издательство МЭИ, 2005. - 568 с.

2 Электроэнергетическая и электромагнитная совместимость транспортного электрооборудования с высоковольтными цепями питания / С.Б. Резников, В.В. Бочаров, В.Ю. Кириллов, В.А. Постников -Москва: МАИ-ПРИНТ, 2010 - 512 с.

3 Бочаров В. В. Энергоэкономичная комбинированная система электроснабжения с высоким качеством электроэнергии для концепции «полностью электрифицированного самолета» / В.В. Бочаров, В.А. Постников, С.Б. Резников, И.А. Харченко // Труды МАИ, выпуск №58, 2012 - 14 с.

4 Бачурин П. А Система электропитания постоянного тока с магнитоэлектрическим генератором / П.А. Бачурин, Д.В. Коробков, С.А. Харитонов, А.С. Хлебников // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. №3 (146), 2016 - с. 26-32.

5 Moir I. Aircraft Systems: Mechanical, Electrical, and Avionics Subsystems Integration / Moir I., Seabridge A. // John Wiley & Sons, Ltd., 2008 - 504 р.

6 Лёвин А.В. Электрический самолёт: от идеи до реализации / А.В. Лёвин, И.И. Алексеев, С.А. Харитонов, Л.К. Ковалёв // Москва: Машиностроение, 2010 - 288 с.

7 Лёвин А.В. Тенденции и перспективы развития авиационного электрооборудования / А.В. Лёвин, С.П. Халютин, Б.В. Жмуров // Научный вестник МГТУ ГА. №213, 2015 - с. 50-57.

8 Лёвин А.В. Электрический самолёт: концепция и технологии / А.В. Лёвин, С.М. Мусин, С.А. Харитонов, К.Л. Ковалёв [и др.] // Уфа: УГАТУ, 2014. - 388 с.

9 Харитонов С. А. Система «синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов - активный выпрямитель»// Электротехника, №11, 2009. -с. 1-5.

10 Волков А. Г. Многозонные электронные конверторы для автономных систем генерирования электрической энергии// Диссертация, Новосибирск, 2016. - 190 с.

11 Бачурин П. А., Гейст А. В., Коробков Д. В., Макаров Д. В., Решетников А. Н., Харитонов С. А. Системы генерирования электрической энергии постоянного тока на базе магнитоэлектрического генератора и активного выпрямителя// Научный вестник Новосибирского государственного технического университета, №2 (59), 2015. - с. 43-58.

12 Sorokin D. A., Volskiy S. I. and Skorokhod Y. Y. Three-phase power factor corrector with direct power control and power supply of the unbalanced industrial network// E3S Web of Conferences, International Scientific and Technical Conference Smart Energy Systems 2019 (SES-2019), Vol. 124 (2019), Published online: 10 February 2020, DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912405017.

13 Makarov S. N., Stephen R. L., Bitar J. Practical Electrical Engineering// Worcester Polytechnic Institute, Washington, USA, 2016. - 986 с.

14 Зиновьев Г. С. Силовая электроника. - М: Юрайт, 2015. - 668 с.

15 Мелешин, В. И. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии / В.И. Мелешин, Д.А. Овчинников. - М.: Техносфера, 2011. -411с.

16 Rong-Jie Tu A New Three-Phase Space-Vector-Modulated Power Factor Corrector/ Rong-Jie Tu, Chern-Lin Chen// Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1994. APEC '94. Conference Proceedings 1994., Ninth Annual

17 J.W. Kolar Space vector based analysis of the variation and control of the neutral point potential of hysteresis current controlled three-phase/switch/level PWM rectifier systems/ J.W. Kolar, U. Drofenik, F.C. Zach// Power Electronics and Drive Systems, 1995., Proceedings of 1995 International Conference on

18 Чаплыгин Е.Е. Виенна-выпрямитель - трехфазный корректор коэффициента мощности / Е.Е. Чаплыгин, Во Минь Тьинь, Нгуен Хоанг Ан // Силовая электроника. - 2006. - №1. - с. 20-24

19 J.W. Kolar The Essence of Three-Phase PFC Rectifier Systems - Part I/ J.W. Kolar, T. Friedli // IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28 .№1, January 2013. -p.176-198

20 Кондратьев Д.Е. Трёхфазные выпрямители с активной коррекцией коэффициента мощности и двунаправленной передачей энергии: диссертация на соискание степени кандидата технических наук. - Москва: МЭИ, 2009

21 Вилков А.Е. Исследование и разработка трёхфазных активных выпрямителей с пофазным управлением: диссертация на соискание степени кандидата технических наук. - Москва: МЭИ, 2013

22 Краснов И.Ю. Проектирование активного корректора коэффициента мощности и имитационное моделирование его работы / И.Ю. Краснов, В.Н. Черемисин // Известия Томского политехнического университета. - 2009. - №4. - с. 92-97.

23 Дмитриев Б.Ф. Топологии корректоров коэффициента мощности в автономных системах электропитания / Б.Ф. Дмитриев, С.Я. Галушин // Морской вестник. - 2013. - №1(10). - с. 37-40.

24 Сорокин Д. А., Вольский С. И. Универсальный подход к исследованию AC/DC преобразователей повышающего типа// Вестник МЭИ №2, 2019. - стр. 65-72.

25 Вольский С. И., Сорокин Д. А. Сопоставительный анализ схемотехнических решений трехфазных преобразователей AC/DC// Электроника и электрооборудование транспорта (ЭЭТ), №5, 2018 - с. 10-15.

26 Сорокин Д.А., Вольский С.И. Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности. Патент №192844 от 18.07.2018 г.

27 Сажнёв А.М. Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных систем / А.М. Сажнёв, Л.Г. Рогулина. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. - 220 с.

28 Alencar F. de Souza Comparison of Control Techniques Used in Power Factor Correction Rectifiers / Alencar F. de Souza, Denis C. Pereira, Fernando L. Tofoli // 2015 IEEE 13 th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronic Conference (COBEP/SPEC), Fortaleza, 2015, pp. 1-6.

29 Лукин А.В. Обеспечение минимальной фильтрации за счет управления пульсациями (Практический подход к разработке предварительных регуляторов с коррекцией коэффициента мощности в граничном режиме) / А.В. Лукин, М.Ю. Кастров // Практическая силовая электроника. - 2009. - №3(35). -с.9-20.

30 Белов Г.А. Расчет корректора коэффициента мощности с отпиранием силового транзистора при нулевом значении тока / Г.А. Белов, А.В. Серебрянников // Электричество. - 2012. - №3. - с.46-56.

31 Белов Г.А. Сравнение однофазного и двухфазного корректоров коэффициента мощности с отпиранием силовых транзисторов при нуле токов дросселей / Г.А. Белов, А. Павлова, А. Серебрянников // Силовая электроника. -2009. - №3. - с. 36-39.

32 Белов Г.А. Широтно-импульсные корректоры коэффициента мощности для электроустановок потребителей преобразованной электроэнергии / Г.А. Белов, А.А. Алексеев, А.В. Нестеров // Вестник чувашского университета. - 2003. - №2. - с.147-153.

33 E. Najafi A new controlling method based on peak current mode (PCM) for PFC / E. Najafi, A. Vahedi, A. Mahanfar and A. H. M. Yatim // 2008 IEEE 2nd International Power and Energy Conference. - 2008. - pp. 1103-1107

34 J. P. Gegner Linear peak current mode control: a simple active power factor correction control technique for continuous conduction mode / J. P. Gegner and C. Q. Lee // PESC Record. 27th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference. - 1996. - pp.196-202.

35 X. Du Average Current Control of a Series-Type Single-Phase PFC With Hybrid Modulation / X. Du, L. Zhou and H. Tai // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2011. - vol.26. - pp. 2381-2385.

36 L. Wang CCM-DCM average current control for both continuous and discontinuous conduction modes boost PFC converters / L. Wang, Q. H. Wu, W. H. Tang, Z. Y. Yu and W. Ma // 2017 IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC). - 2017. - pp. 1-6.

37 L. Huber Performance Comparison of Three-Step and Six-Step PWM in Average-Current-Controlled Three-Phase Six-Switch Boost PFC Rectifier // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2016. - vol.31. - pp.7264-7272.

38 Белов Г.А. Искажения входного тока корректора коэффициента мощности с двухконтурной системой управления / Г.А. Белов, А.В. Серебрянников // Электричество. - 2010. - №8. - с. 42-51

39 Yeong-Jun Choi A novel active discontinuous PWM control strategy for high efficiency partial switching predictive current-mode control PFC converter / Yeong-Jun Choi, Rae-Young Kim and Tae-Jin Kim // 2017 IEEE 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia (IFEEC 2017 - ECCE Asia). -2017. - pp.236-241.

40 A. Hirota A novel hysteresis current control scheme for single switch type single phase PFC converter / A. Hirota, S. Nagai, M. A. Al, M. Rukonuzzaman and M. Nakaoka // Proceedings of the Power Conversion Conference-Osaka 2002 (Cat. No.02TH8579). - 2002. - vol.3. - pp. 1223-1225.

41 R. Etz Comparison between digital average current mode control and digital one cycle control for a bridgeless PFC boost converter / R. Etz, T. Patarau and D. Petreus // 2012 IEEE 18th International Symposium for Design and Technology in Electronic Packaging (SIITME). - 2012. - pp. 211-215

42 Малаханов, А.А. Математическое моделирование импульсно-модуляционных систем с коррекцией коэффициента мощности: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.13.08 / Малаханов Алексей Алексеевич. - Брянск, 2007. - 20 с.

43 H. Ma Improved direct power control for Vienna-type rectifiers based on sliding mode control / H. Ma, Y. Xie and Z. Shi // IET Power Electronics. - 2016. -vol.9. - pp. 427-434.

44 Ma, Hui Modeling and Direct Power Control Method of Vienna Rectifiers Using the Sliding Mode Control Approach / Ma, Hui & Xie, Yunxiang & Sun, Biaoguang & Mo, Lingjun // Journal of Power Electronics. - 2015. - vol. 15. - pp.190201.

45 Радионов, А.А. Энергосберегающее управление активным двунаправленным преобразователем частоты в составе мощных электроприводов переменного тока / А.А. Радионов, А.С. Макланов, Е.А. Макланова // XVI Научно-техническая конференция «Электроприводы переменного тока»: тез. докл. - Екатеринбург, 2015. - с. 45-50.

46 Zhai, Dandan Passivity Based Power Control of Three-Phase Three-Switch Vienna Rectifier / Zhai, Dandan & Wang, Jiuhe & She, Dongjin // 3rd International Conference on Machinery, Materials and Information Technology Applications (ICMMITA 2015). - 2015. - pp.1127-1132.

47 M. Mehrasa Passivity-based control with dual lagrangian model of four-wire three-level three-phase NPC voltage-source rectifier / M. Mehrasa, S. Lesan, S. N. H. Emeni and A. Sheikholeslami // 2009 Compatibility and Power Electronics. -2009. - pp.411-418.

48 Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника// Техносфера, 2005. - 632 с.

49 Маклиман В. Проектирование трансформаторов и дросселей// Изд.: ДМК, 2016. - 475 с.

50 Розанов Ю. К., Рябчицкий М. В., Квасюк А. А. Силовая электроника// Издательский дом МЭИ, 2007. - 632 с.

51 Г0СТ32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

52 ГОСТ Р 53333-2008. Контроль качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

53 Г0СТ30804.3.12-2013. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы гармонических составляющих тока, создаваемых техническими средствами с потребляемым током более 16 А, но не более 75 А (в одной фазе), подключаемыми к низковольтным распределительным системам электроснабжения. Нормы и методы испытаний.

54 Новоселов С.И. Специальный курс тригонометрии // Высшая школа, 1967, - 536 с.

55 Демидович Б. П. Основы вычислительной математики/ Б. П. Демидович, И. А. Марон// Наука, 1970. - 664 с.

56 Зенков, А. В. Численные методы: учеб. пособие// Изд.: Урал. ун-та,

2016. - 124 с.

57 Braun M. Differentia1 equations and their app1ications: an introduction to applied mathematics// City University of New York Flushing, 1993. - 579 с.

58 Лапчик М. П. Численные методы: учеб. пособие для студ. вузов / М. П. Лапчик, М. И. Рагулина, Е. К. Хеннер// Академия, 2005. - 384 с.

59 Васильев Ф. П. Методы оптимизации// Факториал Пресс, 2002. - 824

с.

60 Гребенникова И. В. Методы оптимизации : учебное пособие// УрФУ,

2017. - 148 с.

61 Карманов В. Г. Математическое программирование/ В. Г. Карманов.— Москва : Наука, 2008.

62 Гончаров В.А. Методы оптимизации: учеб. пособие для студентов вузов // Юрайт: Высшее образование, 2010. - 192 с.

63 Erickson R. W., D. Maksimovic Fundamentals of Power Electronics// University of Colorado Boulder, 2004/ - 883 c.

64 Vijetha V. V., Vakula V. S. Design and Matlab-simulink implementation of four switch inverter for microgrid utilities// Energy Procedia, Volume 117, June 2017. - c. 615-625.

65 Laszlo Keviczky L., Bars R., Hetthéssy J., Banyasz C. Control Engineering: MATLAB Exercises Institute for Computer Science and Control// Hungarian Academy of Sciences Budapest, Hungary 2019. - 275 c.

66 Альсова О. К. Компьютерное моделирование систем в среде ExtendSim// Юрайт, 2019. - 116 с.

67 Фролов В. Я., Смородинов В. В. Устройства силовой электроники и преобразовательной техники с разомкнутыми и замкнутыми системами управления в среде MATLAB-Simulink// Лань, 2017. - 332 с.

ООО «ТРАНСКОНВЕРТЕР»

119071, г. Москва, ул. Малая Калужская 15, стр.17, Э 2, пом. X, комн. 16, тел.: [phone], факс: [phone]

« 5 » марта 2020 г.

г. Москва

АКТ №503/20

о практическом использовании результатов диссертационной работы Сорокина Дмитрия Александровича «Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с коррекцией входного тока»

Подтверждаю, что при проектировании и внедрении рекуператора мощности РМ90 УХЛ4 ТКРМ90.000.000.00, предназначенного для проведения приемо-сдаточных, предварительных, квалификационных и других видов испытаний преобразователей собственных нужд электровозов, пассажирских вагонов и электропоездов постоянного и переменного тока, были использованы результаты диссертационной работы Сорокина Дмитрия Александровича «Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с коррекцией входного тока», которые касаются разработанных теоретических положений, математических моделей и принципа регулирования на базе расчета установочной активной мощности, а также предложенных компьютерных имитационных моделей, расчетных выражений для вычисления потерь мощности в полупроводниковых приборах и выбора реактивных компонентов силовой схемы.

Внедрение результатов диссертационной работы Сорокина Д. А. внесло существенный вклад в успешное завершение разработки указанного рекуператора мощности РМ90 УХЛ4, выпуск которых запланирован на 2021 г.

Также полученные результаты диссертационной работы Сорокина Дмитрия Александровича использованы при проектировании «Автоматического многофункционального устройства контроля и заряда аккумуляторной батареи ЗУ 400/48». В указанном устройстве применены силовая схема, принцип регулирования и построения системы управления, которые выполнены на базе разработанного в диссертационной работе трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный с коррекцией входного тока.

Начальник конструкторского бюрс

Ю. Ю. Скороход

Z Е R Т Система менеджмента качества сертифицирована на соответствие требованиям ISO 9001:2015 Zertifiziert D-ZM-16083-01-00-IS09001 -2014-0002-002

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

(МАИ) Институт № 3 «Системы управления, информатика и электроэнергетика»

Волоколамское ш., дом 4 Москва, А-80, ГСП-3 125993 Факс:[phone] Телефон: [phone] Телефон дирекции: [phone]

Электронная почта: maifomai.ru Электронная почта института:Jcan3(« inai.ru

о внедрении в учебный процесс кафедры «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» результатов диссертационной работы Сорокина Дмитрия Александровича «Разработка трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный с

коррекцией входного тока»

Результаты диссертационной Сорокина Дмитрия Александровича «Разработка трехфазного преобразователя переменного тока в постоянный с коррекцией входного тока», в частности:

- выявленные классификационные признаки и критерии сравнения силовых схем трехфазных преобразователей повышающего типа;

разработанные математические модели силовой схемы и системы управления

- предложенные компьютерные имитационные модели силовой схемы в комплексе с системой управления;

- выявленные критерии выбора и выведенные формулы для определения параметров реактивных параметров (входных реакторов и выходных конденсаторов) предложенной силовой схемы на базе ограничения размаха пульсаций и амплитуды третьей гармонической составляющей потребляемого фазного тока;

- полученные оригинальные выражения для расчета статических и динамических потерь в полупроводниковых приборах предложенной силовой схеме трехфазного преобразователя повышающего типа,

используются в учебных курсах лекций и практических занятий по дисциплинам «Преобразовательные устройства электроэнергетических комплексов» и «Силовая электроника», а также при курсовом и дипломном проектировании для студентов электроэнергетических специальностей кафедры «Электроэнергетические,

электромеханические и биотехнические системы».

¿3¿ » г&ОА* 2о#>г.

АКТ №1/05

Директор института

«Системы управления, информатика и электроэнергетика»

Заведующий кафедрой «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы»

Ковалев К. JI.