Анотація до роботи:

Макаров В.О. Резервне джерело змінної напруги для живлення
відповідальних споживачів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 – напівпровідникові перетворювачі електроенергії. –
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» – Харків – 2009.

Дисертація присвячена розвитку теорії резервних джерел змінної напруги, що мають високі динамічні властивості та поліпшену електромагнітну сумісність з джерелами живлення та навантаженням і застосовуються для живлення відповідальних споживачів. Запропоновано структуру резервного джерела, що забезпечує електромагнітну сумісність з мережею живлення та навантаженням. Досліджено електромагнітні процеси у інверторі напруги з LC-фільтром і нелінійним навантаженням. Розроблені теоретичні положення визначення параметрів вихідного LC-фільтра інвертора напруги. Отримано аналітичну залежність потужності втрат від частоти комутатора. Запропонована методика визначення частоти ШІМ і точок комутації інвертора напруги. Запропонований новий спосіб управління перетворювачем постійної напруги, за допомогою якого можливо покращати електромагнітну сумісність його з джерелом постійного струму. Розроблені методи та алгоритми керування перетворювачем, за допомогою яких поліпшується електромагнітна сумісність з мережею живлення і навантаженням. Розроблено комп’ютерні моделі, що дозволяють дослідити електромагнітні процеси в системі перетворювач-навантаження, розроблено лабораторний макет резервного джерела змінної напруги, за допомогою якого перевірені та підтверджені аналітичні вирази і результати застосування запропонованих в дисертації методик та алгоритмів.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі розвитку теорії резервного джерела змінної напруги для живлення відповідальних споживачів. У процесі досліджень зроблені наступні висновки:

1. На основі аналізу структур резервних джерел змінної напруги синтезовано нову структуру резервного джерела змінної напруги, яка на відмінну від існуючих: використовує АБ, що входить до складу джерела живлення відповідального споживача; має буферний накопичувач енергії. При застосуванні даної структури, досягається високий рівень електромагнітної сумісності з джерелами електричної енергії та навантаженням.

2. Зроблено аналіз електромагнітних процесів в інверторі напруги з урахуванням LC-фільтра та навантаження, в результаті чого отримана залежність кута відсічки від потужності навантаження та параметрів LC-фільтра, яка дозволяє визначити параметри вихідного фільтра інвертора напруги.

3. Зроблено аналіз втрат в силових ключах АІН, визначено діючий струм, що протікає в ключі, отримано залежність для визначення потужності втрат при включені та статичних втрат в ключах АІН с LC-фільтром та синусоїдальною ШІМ. Визначена область частот ШІМ 8 ± 1 кГц, в якій досягаються мінімальні сумарні втрати в ключах.

4. Розроблено нові теоретичні положення та рекомендації по розрахунку параметрів вихідного LC-фільтра інвертора напруги, який забезпечує електромагнітну сумісність перетворювача з навантаженням, які враховують змінну структуру перетворювальної системи при роботі на нелінійне навантаження.

5. Розроблена методика визначення точок комутації та алгоритми керування ключами інвертора напруги, що забезпечує поліпшений гармонічний склад вихідної змінної напруги.

6. Запропонована вдосконалена структура системи керування та алгоритми керування перетворювачем постійної напруги, які дозволяють покращати динамічні показники та електромагнітну сумісність перетворювача при живленні від джерела постійного струму – псофометричне значення напруги пульсацій складає 1,5 мВ.

7. Розроблені програми управління резервним джерелом живлення в реальному масштабі часу для мікроконтролерів начального рівня з часом виконання одного циклу обчислювань – 50 мкс; середнього рівня – 5 мкс, при тривалості одного циклу роботи процесора 125 нс и 38,46 нс відповідно.

8. Результати математичного моделювання резервного джерела змінної напруги в пакеті MatLab підтвердили правильність аналітичних залежностей та зроблених на основі їх виводів та рекомендацій. Коефіцієнт гармонік вихідної напруги при роботі на лінійне навантаження складає 1%, при роботі на нелінійне – не більш 3,5%. Розроблено макет джерела резервного електроживлення, виконані експерименти на фізичній моделі. Результати досліджень на фізичній моделі підтвердили справедливість аналітичних залежностей, достовірність результатів застосування методики вибору точок комутації, методики по розрахунку параметрів LC-фільтра. Результати експерименту на лабораторному макеті с точністю 7% співпадають з теоретичними.

9. Результати дисертаційної роботи знайшли практичне застосування при проектуванні та створенні резервних джерел живлення з синусоїдальною вихідною напругою на ДП «ХПЗ ім. Т.Г. Шевченка» (м. Харків). Теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи використані у навчальному процесі кафедри промислової і біомедичної електроніки НТУ «ХПІ».

Публікації автора:

1. Макаров В.А. Реализация трехфазной синусоидальной ШИМ на базе микроконтроллера ADMC331 / В.А. Макаров, М.А. Шишкин // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. – 2002. – Тематичний вип., Ч. 2. – С. 78-81.

Здобувачем виконано порівняльний аналіз та висновки з реалізації синусоїдальної ШІМ аналогового або цифрового типу, зроблено програмну реалізацію синусоїдальної ШІМ на мікроконтролері.

2. Макаров В.А. Синтез цифровых систем: математическое моделирование и применение / Л.В. Фетюхина, В.А. Макаров // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. – 2002. – Тематичний вип., Ч. 3. – С. 25-26.

Здобувачем встановлено можливість синтезу цифрових систем для обробки інформації, аналізу процесів в перетворювачі при реалізації мікропроцесорної системи керування.

3. Макаров В.А. Источник бесперебойного питания с неидеальным буферным накопителем энергии // В.В. Замаруев, В.В. Ивахно, В.А. Макаров // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. – 2003. – Тематичний вип., Ч. 4. – С. 11-14.

Здобувачем зроблено огляд структурних схем джерел безперебійного живлення відомих виробників. Виконано математичне моделювання запропонованої в роботі структури.

4. Макаров В.А. Определение параметров тока нелинейной нагрузки при питании от источника синусоидального напряжения / В.В. Замаруев, В.В. Ивахно, В.А. Макаров // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. – 2004. – Тематичний вип., Ч. 1. –С. 44-46.

Здобувачем виконане математичне моделювання системи перетворювач змінної синусоїдальної напруги – нелінійне навантаження. Отримано залежності амплітуди вищих гармонік від кута відсічення та залежність кута відсічення від величини індуктивності фільтра та потужності нелінійного навантаження.

5. Макаров В.А. Влияние входного фильтра широтно-импульсного преобразователя на синтез алгоритмов управления / Л.В. Фетюхина, В.А. Макаров // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. – 2004. – Тематичний вип., Ч. 1. – С. 83-86.

Запропонована методика щодо вибору параметрів фільтра.

6. Макаров В.А. Выходные фильтры автономного инвертора напряжения, работающего на нелинейную загрузку / В.А. Макаров // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. – 2005. – Тематичний вип., Ч. 4. – С. 10-15.

7. Макаров В.А. Источник бесперебойного питания для телекоммуникационных комплексов. Решения и перспективы / В.А. Макаров, В.В. Замаруев, В.В. Ивахно, В.Л. Кальян // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. – 2006. – Тематичний вип., Ч. 2. – С. 19-22.

Здобувачем розроблений алгоритм роботи резервного джерела згідно з структурною схемою, що представлена в роботі. Зроблено розрахунок падіння напруги на внутрішньому опорі акумуляторної батареї. Запропоновані заходи щодо поліпшення якості вихідної напруги резервного джерела.

8. Макаров В.А. Обеспечение электромагнитной совместимости источника бесперебойного питания с сетью постоянного тока / В.А. Макаров, В.В. Замаруев, В.В. Ивахно // Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. – 2007. – Тематичний вип., Ч.2., – С. 60-62.

Здобувач зробив синтез цифрового регулятора інтегрального типу перетворювача та проаналізував його роботу на математичній моделі при різних режимах роботи.