Резонансный трансформаторно-полупроводниковый комплекс для электротехнологии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Рахманова, Юлия Владиславовна

• Рахманова, Юлия Владиславовна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рахманова, Юлия Владиславовна

Введение.

1 Области применения и методы исследования полупроводниковых комплексов для электротехнологии.

1.1 Способы заряда и основные звенья системы емкостных накопителей энергии.

1.2 Возможные схемы построения источников питания емкостных накопителей энергии.

1.3 Определение наиболее рациональной структуры источника питания для термообработки металла с помощью индукционного нагрева.

1.4 Особенности выбора параметров высоковольтных высокочастотных трансформаторов.

1.5 Модель трансформатора в среде OrCad.

Выводы по первой главе.

2 Разработка математических моделей для исследования работы резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов.

2.1 Особенности высоковольтных трансформаторов для электротехнологических комплексов.

2.2 Математическая модель высокочастотного высоковольтного трансформатора.

2.3 Исследование зарядных устройств емкостных накопителей энергии.

Выводы и результаты по второй главе.

3 Исследование и выбор параметров электротехнологических комплексов с улучшенными выходными характеристиками.

3.1 Исследование автономного инвертора со стабилизированным выходным напряжением.

3.2 Система тиристорный регулятор напряжения - специальный высоковольтный трансформатор - озонатор.

3.3 Определение режима работы, электромагнитных и геометрических параметров специального трансформатора.

Выводы и результаты по третьей главе.

4 Выбор электромагнитных параметров электротехнологических комплексов и их экспериментальное исследование.

4.1 Алгоритм методики расчета электромагнитных параметров резонансного инвертора с двухобмоточным входным дросселем.

4.3 Экспериментальное исследование модели высоковольтного высокочастотного модуля.

Выводы и результаты по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Резонансный трансформаторно-полупроводниковый комплекс для электротехнологии»

Актуальность. Одним из перспективных направлений в области электротехнологии является разработка устройств и установок, в которых используется преобразование параметров электрической энергии. Мощность импульсов потребляемой электрической энергии достигает весьма больших значений, превышающих во много раз установленную мощность автономных источников. К такому направлению можно отнести зарядные устройства и установки, которые потребляют энергию в виде кратковременных импульсов, а так же установки для индукционного нагрева, использующие токи высокой частоты. Важнейшей составной частью таких электротехнологических комплексов является высокочастотный, высоковольтный индуктивный модуль совместно с полупроводниковым преобразователем частоты.

Главной задачей проектирования и эксплуатации резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов повышенной частоты с высоковольтным выходом, является правильный выбор параметров каждого элемента схемы и оптимальное согласование режимов работы преобразователя и нелинейной нагрузки.

Отмечено, что в научно-технической литературе уровень технической проработки вопросов исследования резонансных высоковольтных высокочастотных источников питания с индуктивными модулями не достаточно широк. Хотя вопросы, связанные с проектированием такого рода устройств, глубоко рассмотрены в трудах, монографиях и статьях таких ученых, как В. А. Кныш, Д. А. Бут, О. Г. Булатов, А. С. Васильев, Ю. М. Гусев, Л. Э. Рогинская, Ю. И. Болотовский, а в НПП «Вихрь» (г. Уфа), ВНИИ ТВЧ им. Вологдина (г. Санкт-Петербург) разрабатываются аналогичные комплексы.

Существует ряд задач, которые являются актуальными, это например: определение рациональной структуры высокочастотного преобразователя с повышенным коэффициентом трансформации по напряжению, регулирование и стабилизация напряжения в тиристорных преобразователях, проектирование и расчет специальных высоковольтных высокочастотных трансформаторов.

Специфика решения этих вопросов такова, что требует применения современной компьютерной техники, специально разработанных программных продуктов, позволяющих наиболее точно, быстро и эффективно моделировать и изучать процессы в резонансных полупроводниковых преобразователях.

Таким образом, разработка и проектирование резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов повышенной частоты для электротехнологии являются актуальными, особенно с расширением областей их применения.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов на основе решения задач по их исследованию и моделирования их электромагнитных процессов.

Для реализации данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследование возможных схем построения, определение наиболее рациональных структур применительно к резонансным трансформаторно-полупроводниковым комплексам, требующим согласования выходных параметров с параметрами нагрузки.

2. Разработка математических моделей для исследования резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов с каскадным повышением напряжения и учетом реальных электрических и магнитных параметров индуктивных модулей.

3. Исследование и оптимизация параметров высокочастотных источников питания.

4. Уточнение методики расчета специальных трансформаторов на основе учета дополнительных факторов и экспериментальное исследование резонансного трансформаторно-полупроводникового комплекса.

Методы исследований. Перечисленные задачи решены с помощью численно-аналитических и численных методов решения сложных нелинейных дифференциальных уравнений электрических систем, с помощью программирования на языках Delphi 7 и PSpice, и имитационного моделирования в средах OrCad 9.2 и MatLab 6.5.

На защиту выносится:

1. Обоснование целесообразности применения различных структур электротехнологических комплексов повышенной частоты с коэффициентом усиления по напряжению до 104.

2. Модели полупроводниковых преобразователей частоты для электротехнологии с согласующим трансформатором и измерительным индуктивным модулем с учетом нелинейного характера нагрузки.

3. Результаты, полученные в ходе имитационного моделирования резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов.

4. Методика расчета и проектирования индуктивных модулей для полупроводниковых преобразователей частоты с учетом реальных электрических и магнитных параметров.

Научная новизна:

1. Доказано, что для получения коэффициента усиления по напряжению до 104, наиболее рационально произвести каскадное соединение резонансного инвертора и высоковольтного высокочастотного трансформатора.

2. Показана эффективность применения индуктивно-емкостных преобразователей в качестве реактивных блоков трансформаторных преобразователей частоты с высоковольтным выходом, обладающих, вследствие резонансных явлений, по сравнению с другими схемами максимального увеличения напряжения, минимальным значением напряжения на транзисторах и возможностью уменьшения коэффициента трансформации трансформатора.

3. Создан оригинальный источник питания для индукционного нагрева со стабилизированным выходным напряжением, отличающийся от аналогичных устройств повышенными технико-экономическими показателями.

4. Разработана методика расчета и оптимизации индуктивных модулей резонансных источников питания, отличающаяся от других методик расчета уточненными значениями переменных, вследствие учета влияния реальных значений электрических и магнитных параметров.

Практическая ценность:

1. Рекомендации по применению наиболее рациональных схем источников питания для электротехнологических комплексов с коэффициентом усиления по напряжению до 104, что позволяет расширить граничные значения выходного напряжения, при оптимальных параметрах высоковольтных трансформаторов, с ЗОкВ до бОкВ.

2. Исследование электромагнитных процессов в резонансных высоковольтных высокочастотных источниках питания для электротехнологии с применением индуктивно-емкостных преобразователей, что позволяет получить коэффициент усиления по напряжению источника питания до 10 , при этом напряжение на транзисторах остается равным напряжению источника питания.

3. Применение фильтрового дросселя в тиристорных преобразователях для стабилизации напряжения при изменении частоты в диапазоне ±5% от номинальной.

4. Уточненная методика расчета и проектирования высоковольтных высокочастотных индуктивных модулей, которая позволяет уменьшить погрешность расчета параметров в 2 раза.

Реализация результатов работы. В научном конструкторско-технологическом бюро «Вихрь» (г. Уфа), в учебном процессе на кафедре «Электромеханика» Уфимского государственного авиационного технического университета.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 7 и 8 международных молодежных научно-технических конференциях «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г.Уфа, 2001, 2002; на международной молодежной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации», г. Уфа, 2001, 2003; в межвузовском научном сборнике «Электротехнические комплексы и системы», г. Уфа, 2001, 2005; в межвузовском научном сборнике «Электромеханика, электротехнические комплексы и системы», г. Уфа, 2002, 2003, 2006; в известиях Академии инженерных наук им. A.M. Прохорова, г.г. Москва-Н.Новгород, 2005; в журнале «Технична электродинамика», г. Киев, 2004; в журнале «Вестник УГАТУ», г. Уфа, 2006.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 9 статей, 3 тезиса, патент на изобретение РФ и программа для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 187 стр. В работе содержится 75 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 119 наименований.

Содержание. Во введении обоснована актуальность темы и выбранного направления исследований, дана общая характеристика диссертационной работы.

В первой главе представлен анализ устройств и установок, потребляющих электрическую энергию в виде кратковременных импульсов (емкостные накопители энергии) и установок для индукционного нагрева. Рассмотрены возможные схемы построения источников питания емкостных накопителей энергии. Приведен принцип работы и особенности схемы с индуктивно-емкостным преобразователем. Определена наиболее рациональная структура источника питания для термообработки металла с помощью индукционного нагрева. Выявлены особенности выбора параметров высоковольтных высокочастотных трансформаторов. Рассмотрена модель трансформатора, существующая в среде проектирования OrCad, и выявлены ее основные недостатки.

Во второй главе разработаны математические модели для исследования работы резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов.

Проведен анализ ряда параметров нагрузки исследуемых источников питания емкостных накопителей энергии, влияющих на параметры высоковольтного высокочастотного трансформатора. Для оптимизации всех факторов построены зависимости, позволяющие наиболее полно учесть все критерии и рассчитать удельные показатели трансформатора. Учет дополнительных параметров позволил создать программу «Индуктивный модуль с учетом реальных магнитных и электрических параметров», предназначенную для уменьшения погрешностей при расчете и разработать математическую модель высоковольтного высокочастотного трансформатора.

Для определения наиболее рациональной структуры схемы построения применительно к источникам питания емкостных накопителей энергии, проведена оптимизация исследуемых схемных решений по максимальному выходному напряжению и времени заряда. Получено, что наиболее рациональной является структура с индуктивно-емкостным преобразователем, которая позволяет получить наиболее высокий коэффициент усиления по напряжению.

Третья глава посвящена исследованию и выбору параметров электротехнологических комплексов.

Разработан оригинальный источник питания для индукционного нагрева, на базе тиристорного преобразователя с удвоением частоты, защищенный патентом РФ № №2216090. Доказана возможность использования входного индуктивного модуля для регулирования и стабилизации напряжения. Зависимость напряжения на измерительной катушке от частоты управления имеет линейный характер в области регулирования частоты ±5% от расчетной.

На основе моделирования электротехнологического комплекса с нелинейной нагрузкой в виде генератора озона, получены основные характеристики, необходимые для исследования работы и согласования параметров преобразователя и нагрузки.

Предложен метод оптимизации параметров трансформатора по заданной индуктивности рассеяния, которая является одновременно коммутирующей индуктивностью. Так же предложенный метод позволяет определить электромагнитные и геометрические параметры трансформатора.

Четвертая глава посвящена выбору электромагнитных параметров электротехнологических комплексов и их экспериментальному исследованию. Работа всего устройства для электротехнологии целиком зависит от выбора параметров полупроводникового комплекса и индуктивных модулей, входящих в его систему. Предложен алгоритм методики расчета электромагнитных параметров резонансного инвертора с двухобмоточным входным дросселем, на основе оригинальной схемы.

По предложенной методике расчета было изготовлено несколько высоковольтных высокочастотных трансформаторов различных мощностей и исследованы их характеристики, позволившие рассчитать дополнительные электромагнитные параметры необходимые для работы математической модели. По снятой экспериментально характеристике U2= f{o) определены индуктивность рассеяния и динамическая емкость реальных трансформаторов. Показано, что погрешность уточненной модели, учитывающей реальные электрические и магнитные параметры, в 2 раза меньше погрешности стандартной модели. Т.е. модель высоковольтного высокочастотного трансформатора с учетом потерь в сердечнике, наиболее полно отражает процессы, протекающие в реальном трансформаторе.

Заключение содержит основные выводы и результаты исследований.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Рахманова, Юлия Владиславовна

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ

1. Предложен алгоритм усовершенствованной методики расчета электромагнитных параметров резонансного инвертора с двухобмоточным входным дросселем

2. По определенным экспериментально характеристикам ряда высоковольтных высокочастотных трансформаторов определены индуктивность рассеяния и динамическая емкость.

3. Погрешность расчета предложенной уточненной модели ниже погрешности стандартной модели в 2 раза. Таким образом, модель высоковольтного высокочастотного трансформатора с учетом потерь в сердечнике, наиболее полно отражает процессы, протекающие в реальном трансформаторе.

135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационный работе исследован ряд резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов, требующих согласования выходных параметров с параметрами нагрузки.

Наиболее важными результатами диссертационной работы можно считать:

1. Исследованы возможные схемы построения и определены наиболее рациональные структуры резонансных трансформаторно-полупроводниковых комплексов для электротехнологии, требующих согласования выходных параметров с параметрами нагрузки.

2. Разработаны математические модели для исследования работы трансформаторно-полупроводниковых комплексов с каскадным повышением напряжения и учетом реальных электрических и магнитных параметров индуктивных модулей. Предложена математическая модель высоковольтного высокочастотного трансформатора, учитывающая паразитные параметры и потери в сердечнике и программа расчета высоковольтных индуктивных модулей №2005612797.

3. Проведено исследование и оптимизация по максимальному выходному напряжению ряда наиболее рациональных схем источников питания емкостных накопителей энергии. По результатам моделирования доказана эффективность использования схемы с индуктивно - емкостным преобразователем в качестве реактивных блоков трансформаторных преобразователей частоты с высоковольтным выходом.

4. Разработан оригинальный источник питания для индукционного нагрева, на базе тиристорного преобразователя с удвоением частоты, защищенный патентом РФ №2216090. Доказана возможность использования входного индуктивного модуля для регулирования и стабилизации напряжения. Предложенная схема преобразователя с измерительной катушкой, обладает, по сравнению с аналогичными устройствами, улучшенными технико-экономическими показателями.

5. Предложена уточненная методика расчета специальных трансформаторов для электротехнологических комплексов с высоковольтным выходом, на основе учета эквивалентных нагрузочных емкостей и индуктивности рассеяния, при различном расположении обмоток на магнитопроводе, что позволяет сократить длительность этапа проектирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рахманова, Юлия Владиславовна, 2006 год

1. Источники питания технологических лазеров с накачкой разрядом переменного тока частотой -20 кГц /В.Б.Ганеев, Н.Н.Гришаев, В.Г.Казанцев, П.Г.Леонов //Электротехника. 1987. -№11.- С.54-57.

2. Вторичные источники питания: Учеб. пособие /В.М. Милешин, С.С. Букреев, Г.М. Малышко. М.: МАИ, 1981. - 46 с.

3. Источники вторичного электропитания / В.А. Головацкий, Г.Н. Гулякович, Ю.И. Конев и др.; под ред. Ю.И. Конева. 2-е изд. перераб и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 280 с.

4. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов / В.А. Кныш. Л.: Энергоиздат, 1981, - 160 с.

5. Транзисторные источники питания с бестрансформаторным входом/ Ю.И. Драбович, К.С. Комаров, Н.Б. Марченко. Киев: Наукова думка, 1984. -160 с.

6. Dede I.E., Gonzalez J.V. High Frequency Generator fo Induction Heating // PCIM EUROPE May/ June 1991 с. 165 169

7. Физические основы высокочастотного нагрева / Н.П. Глуханов; под ред. А.Н.Шамова. 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1989. -54 с.

8. Источники питания лазеров / В.М. Вакуленко. М.: Сов. радио, 1980. -102 с.

9. Сварочные работы. Сварка. Резка. Пайка. Наплавка: Учеб. пособие / Л. А. Колганов. 2-е изд. - М.: Дашков и К, 2006. - 408 с.

10. Ю.Источники вторичного электропитания: Учеб пособие / В.Г. Гусев. -Уфа: УГАТУ, 2000.-119 с.11 .Импульсные источники питания авиационных установок: Учеб. пособие / Д.Б. Кофман. М.: Изд-во МАИ, 1980. - 89 с.

11. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры / Э.М. Ромаш. М.: Радио и связь, 1981. - 224 с

12. Проектирование ключевых источников электропитания: Пер. с англ. / под ред. П. Чети. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 240 с.

13. Накопители энергии в электрических системах / Ю.Н. Астахов, В. А.Веников, А. Г. Тер-Газарян. М.: Высш. шк., 1989.-158 с.

14. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии / О.Г. Булатов, B.C. Иванов, Д.И. Панфилов. М.: Радио и связь, 1986. -160 с.

15. Ranchy Б., Petibon A., Gonzalez О. New Encapsulation Techniques fo 1 mW 1 to 4 kV High Power IGBT Inverter // EPE'97. P. 1.204 - 1.209.

16. Методические рекомендации по использованию накопителей энергии в системах электроснабжения / В.М. Аванесов // Машиностроитель. —2001. — Т.12.-С.20.

17. Индукционный нагрев: в авангарде технологического прогресса // Вентиляция. Отопление. Кондиционирование: АВОК. -2004. -№5. С. 56.

18. Индукционная плавка металлов: Учебное пособие / В.А. Охотников. — Уфа: УГАТУ, 1999.-42 с.

19. Применение индукционного нагрева в машиностроении /

20. B.Д. Сидоренко. JL: Машиностроение, 1980. - 231 с.

21. Тиристорные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов / МВССО РСФСР. Уфа: УАИ, 1979. - 164 с.

22. Теория и практика индукционного нагрева / Под ред. В.Е. Жуковского. -М.: Энергоатомиздат, 1985.-81 с.

23. Моделирование сложных систем / Н.П. Бусленко. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1978. - 399 с.

24. Моделирование систем: Учебник для вузов / Б. Я. Советов,

25. C. А. Яковлев. 4-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2005. - 343 с.

26. Проектирование схем на компьютере / Е. В. Васильченко, К. С. Наседкин. М.: COJIOH-Пресс, 2004. - 528 с.

27. Математическое моделирование в технике: Учеб. пособие для студ. тех. вузов / В. С. Зарубин; под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 496 с.

28. Емкостные накопители энергии для электрофизических устройств различного назначения / Л.И. Онищенко и др. // Электротехника. М. -2001-№8.- с. 55-57.

29. Система заряда накопительных конденсаторов / Л.Э. Рогинская, Ю.М. Гусев, А.А. Шуляк, А.К. Белкин // Технична электродинамика. Киев. -1999.-с. 125-128.

30. Физические принципы и техническая реализация эффективной системы накачки газоразрядного лазера / Г.А.Абильсиитов, О.Г.Булатов, В.Г.Низьев и др. //Электротехника. 1988. -№11.- С.2-5.

31. Имитационная модель устройства заряда емкостного накопителя энергии / Ю.В. Шуткова (Рахманова) // Электротехнические комплексы и системы: Межвузов, научн. сб. — Уфа, 2003. С. 109-113.

32. Системы стабилизации на ИЕП / А.Н. Милях, И.В. Волков. Киев: Наукова думка, 1974. - 2 1 6 с.

33. Диагностика маслонаполненного трансформаторного оборудования / Т.П. Костюкова., Ю.В. Шуткова (Рахманова), М.С. Фетисова // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: 7 международ, науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. — М., 2001. С. 221 -222.

34. Методы расчета переходных и установившихся процессов в тиристорных преобразователях частоты: Учеб. пособие / Г.И. Сабанеева. Уфа: УАИ, 1979.- 103 с.

35. Тиристорные источники питания современных электротехнологических установок повышенной частоты / МВССО РСФСР. -Уфа: УАИ, 1983.-164 с.

36. Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок / Е.И. Беркович, Г.В. Ивенский, Ю.С.Иоффе и др. 2-е изд., перераб. и доп. - JL: Энергоатомиздат, 1983. -208 с.

37. Тиристорные преобразователи частоты / А.К. Белкин, Т.П. Костюкова, Л.Э.Рогинская, А. А. Шуляк. — М.: Энергоатомиздат, 2000. —263 с.

38. Проектирование импульсных трансформаторов / С.С Вдовин. Л.: Энергия, 1971.- 148 с.

39. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности / И.И Белопольский., Е.И. Каретникова, Л.Г. Пикалова. -М.: Энергия, 1973. -400 с.

40. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания / А.Н. Горский, Ю.С. Русин и др. — М.: Радио и связь, 1988. — 176 с.

41. Расчет импульсных трансформаторов / П.Н. Матханов, JI.3. Голицын. -Л.: Энергия, 1980.- 109 с.

42. Система проектирования OrCAD 9.2 / В.Д.Разевиг. М.: Солон-Р, 2003.-528 с.

43. Система проектирования OrCAD 9.2 / В.Д.Разевиг. М.: Солон- Р, 2001.-515 с.

44. Antognetti P., Massabrio G. Semiconductor Device Modeling with Spice, Mc.Graw-Hill, Inc. Second Edition.-New York, 1993, p. 161.

45. К аппроксимации кривой намагничивания / Р.И. Мустафаев, М.А. Набиев, З.А. Гулиев, Н.М. Гаджибалаев // Электричество. — Б.м. — 2004. — №5. -с.47-49.

46. Модификация PSpice модели магнитного сердечника/ И. Недолужко, Д. Каюков // Силовая электроника. - 2005. - № 1. - с. 116-119.

47. Определение потерь мощности в импульсных источниках электропитания / Т. Айчхорн // Компоненты и технологии. — 2005. — №1. -с. 148-151.

48. Dr. Ray Ridley and Art Nace. Modeling Ferrite Core Losses. Switching Power Magazine/ Winter 2002. p. 8-9.

49. Scanlon, B. R., Andraski, B. J., and Bilskie, J. (2002). "Methods of soil analysis: Physical Methods: Miscellaneous methods for measuring matric or water potential" (PDF). Soil Science Society of America 4: pp. 643-670.

50. Lavers J.D. "On-and off state losses in foil windings" Power Conversion Conference, 2002. PCC-Osaka 2002. Proceedings of the , Volume: 3 , 2002 Page(s): 1096-1101 vol.3

51. Источники высокого напряжения РАЭ / В.Г Костюков, И.Е. Никитин.- М.: Радио и связь, 1986. 200 с.

52. Влияние выходных характеристик емкостных накопителей на параметры модулей, входящих в зарядное устройство / А.К. Белкин, Ю.М. Гусев, Ю.В. Рахманова, Л.Э. Рогинская, А.А. Шуляк // Технична электродинамика. Киев, 2004. - Ч.2.- С. 30-34.

53. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. / П.М. Тихомиров.- 5-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 528 с.

54. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник для вузов / Л.А. Бессонов. 10-е изд. - М.: Гардарики, 2002. - 638 с.

55. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: учебник для вузов / Л.А. Бессонов. 10-е изд., стереотип. - М.: Гардарики, 2003.-317с.

56. Индуктивный модуль с учетом реальных магнитных и электрических параметров: программы / Рогинская Л.Э., Рахманова Ю.В. № 2005612797; опубл. 10.01.06.

57. Индуктивные элементы с ферромагнитными сердечниками / Е.Ф. Баев, .А. Фоменко, B.C. Цымбалюк. — М.: Советское радио, 1976. — 320 с.

58. Физические свойства металлов и сплавов: Учебник для металлург, тец. вузов / Б.Г.Лившиц, В.С.Крапошин, Я.Л.Линецкий; Под ред. .Г.Лившица.- 2-е изд., доп. и перераб. — М.: Металлургия, 1 980. — 320 с.

59. Магнитные материалы и элементы: Учебник для вузов / .А. Преображенский. 3-е изд., перераб.и доп. — М.: Высш.шк., 1 986. — 352 с.

60. Ферриты и их техническое применение / Г.А. Смоленский // АН СССР, из.-техн.ин-т им. А.Ф.Иоффе. — JL: Наука, 1975. — 219 с.

61. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические зименения/С. Тикадзуми; Пер.с яп. под ред. Р. В. Писарева. — ТУГ.: Мир, 1987. 419с.

62. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры: правочник / М.М.Михайлова, В.В.Филиппов, В.П.Мус лаков; Под ред. .Е.Оборонко. М.: Радио и связь, 1983. — 199 с.

63. Магнитные материалы: Учеб.пособие для физ. и физ.техн.спец.вузов / .Д. Мишин. 2-е изд.,перераб. и доп. — М.: Высш.школа, 1991. — 383 с.72.www.epcos.com73.http://ferrite.com.ua/kharakter.html74.www.amet.ru75. http://www.gammamet.ru

64. Язык Pascal и основы программирования в Delphi: учебное пособие ш студ. вузов / А. Я. Архангельский. — М.: Бином, 2004. — 496 с.

65. Delphi 7. Основы программирования. Решение типовых задач: 1моучитель / Л. М. Климова. Изд. 2-е, доп. - М.: КУДОТЦ-ОБРАЗ, 2005. 480 с.

66. Delphi 7: Справочное пособие / А.Я.Архангельский. — М.: БИНОМ, ЮЗ. 1212 с.

67. ГОСТ 21427.4-78. Лента стальная электротехническая холоднокатаная анизотропная. Технические условия. Введ. 1979—01—01. — М.: Изд-во стандартов, 1978. - 17 с.

68. Модель согласующего высокочастотного трансформатора с учетом реальных магнитных и электрических параметров / Ю.В. Рахманова // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: Межвузов, научн. сб.-Уфа, 2006.-С. 259-264.

69. Nasegawa I., Betsui Т., Ohnishing S. а.о. Development of Large Capacity Static Var Generator Using Self-Commutated Inverters for Improving Power Transmission System Stability // Electrical Engineering in Japan. 1993. V. 114. P. 8097.

70. Создание аналоговых PSpice моделей радиоэлементов / O.M. Петраков. М.: ИП Радио Софт, 2004. - 208 с.

71. Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCad 9.2. Часть 5. / Ю.И. Болотовский, Г.И. Таназлы // Силовая электроника. — М. — 2006. -№1. с. 88-92.

72. Накопители энергии: Учеб. пособие для вузов / Д. А. Бут, Б. JI. Алиевский, С. Р. Мизюрин, П. В. Васюкевич; Под ред. Д. А. Бута. — М.: Энергоатомиздат, 1991. 400 с.

73. Компьютерная модель зарядного устройства с высоковольтным высокочастотным трансформатором / Ю.В. Шуткова (Рахманова) // Интеллектуальные системы управления и обработки информации: Матер, международ, молодежи, науч.-техн. конф. Уфа, 2003. - С. 215.

74. Выбор параметров полупроводниковых источников питания с высоковольтным выходом / Л.Э. Рогинская, Ю.В. Рахманова // Вестник УГАТУ. Уфа, 2006. -Т. 8. - № 1 (17). - С. 23-26.

75. Peter Jean-Marie Power Components: State of the Art, Evolution and Trend //Proceeding PCIN'97, Hong Kong, October 1997, p. 111.

76. МОСТОВОЙ инвертор с переключающими нелинейными дросселями / Э. А. Дизендорф // Электричество. Б.м. - 2005. - №3. - С. 44—5 1.

77. К вопросу оценки качества выходного напряжения непосредственных преобразователей частоты высокочастотных автономных источников электроэнергии / О.В.Григораш, Е.Н.Бобылев, Д.В.Мельников // Электротехника. -Б.м. 2003. — №6. — С.48-52.

78. Применение отечественных преобразователей частоты // Датчики и системы. Б.м. - 2005. - №3. - С. 56.

79. Системы электрооборудования летательных аппаратов (Транзисторные преобразователи): учебное пособие для вузов / В. М. Куляпин, Г. Н. Утляков. М.: Изд-во МАИ, 2004. - 115 с.

80. Ю1.Тиристорные преобразователи / Отв. ред. Г.В. Грабовецкий. — Новосибирск: НЭТИ, 1985. 158 с.

81. Пат. 2216090 Рос. Федерация. Автономный инвертор со стабилизированным выходным напряжением / Л.Э. Рогинская, Ю.В Шуткова (Рахманова), М.С. Фетисова; опубл. 10.11.03, Бюл. №31.

82. Имитационная модель источника питания для электротехнологии в среде MatLab / Ю.В. Шуткова (Рахманова) // Интеллектуальные системы управления и обработки информации: Матер, международ, молодежи, науч.-техн. конф. Уфа, 2001. - С. 228.

83. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6.0: Учеб. пособие /С.Г. Герман-Галкин. СПб.: КОРОНА принт, 2001. - 320 с.

84. Matlab 5.3. Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие / А.К. Гультяев. — СПб.: Корона Принт, 2001. 400 с.

85. Simulink 4: Спец. справочник / В. Дьяконов. СПб.: Питер, 2002. -528 с.

86. MATLAB 6/6.1/6.5+Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя / В. П. Дьяконов. — М.: COJIOH-Пресс, 2003. -576 с.

87. Kaplan Gadi. Indastrial Electronics 1997 Technology Analysis and Forecast//IEEE Spectrum. Januaru 1997. p. 79-83.

88. Силовая электроника: от простого к сложному / Б. Ю. Семенов. — М.: СОЛОН-Пресс, 2005. 416 с.

89. Электросинтез озона / Ю.В. Филиппов, В.А. Вобликова, В.И. Пантелеев. -М.: Изд-во Московского университета, 1987. — 237 с.

90. Частотное регулирование производительности установок для синтеза озона / И.В. Блинов, К.Ю. Кузнецов, Махин Ю.И. // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский научный сборник. — 2005. — С. 164-167.

91. Электромагнитные процессы в системе тиристорный детектор напряжения высоковольтный трансформатор-озонатор / Т.П. Костюкова, Л.Э. Рогинская // Электротехника. 2000. - №3. - С. 28-32.

92. Промышленные озонаторы серий ТМ и ТС с источниками питания повышенной частоты / В.П. Кириенко, К.Ю. Кузнецов, Ю.И. Махин, В.И. Семенов. Известия Академии инженерных наук им. A.M. Прохорова. — М.-Н. Новгород, 2005. - Т. 15. - С. 93-98.

93. Теоретические основы электротехники / Л.Р. Нейман К.С. Демирчян. М.: Мир, 1981.-410 с.

94. Высоковольтные трансформаторы и дроссели с эпоксидной изоляцией / Л.Д. Гинзбург. Л.: Энергия, 1978. — 192 с.

95. Теория и расчет трансформаторов источников вторичного электропитания/А.В. Хныков. — М.: Солон-Пресс, 2004. 128 с.

96. Электрические аппараты с водяным охлаждением / О.Б. Брон. — Л.: Энергия, 1967.-264 с.

97. Hr:real=0; {коэрцитивная сила}

98. Br:real=0; {остаточная индукция}

99. Hm:real=0; {напряженность насыщения}

100. Bm:real=0; {индукция насыщения}m0:real=0; {начальная магнитная проницаемость}1. Р:геа1=0; {мощность}f:real=0; {частота}

101. Sm:real=0; {площадь поперечного сечения магнитопровода}

102. Sok:real=0; {площадь окна магнитопровода}

103. Sohl:real=0; {площадь поверхности охлаждения}

104. Sprl:real=0; {сечение провода ПО}

105. Spr2:real=0; {сечение провода ВО}lml:real=0; {длина магнитной линии}

106. Rcr:real=0; Rv:real=0; Re:real=0; bl2:real=0; nvc:real=0; dsek:real=0;r:real=0; l:real=0; h:real=0; ator:real=0;

107. Pud:real=0; {удельные потери}

108. Sohl:=4*ac*(ac+2*cc)+4*ac*(hc+2*ac)+2*bc*(hc+2*ac)+2*bc*(3*ac+2*cc); memo 1 .Lines.Add('SojaicMA2.='+ floattostr(Sohl)); lml:=2*hc+2*cc+pi/2*ac; memol.Lines.Add('lml[cM]='+ floattostr(lml));

109. E0:=8.85*power( 10,-14); 11 :=(dizl *0.1 )/2+0.012; t2:=(diz2*0.1)/2+0.012; tm:=(dizl+diz2)/2:|!0.1+0.024; rsr:=(dizl+diz2)*0.05; Nsr:=0.5 * (wc 1+wc2);

110. Cl:=(8*Er*E0*dizl*0.1*lsrvl*0.1*wcl)/(4*at-(pi*dizl *0.1)); memo 1 .Lines. Add('C 1 Ф. ='+ floattostr(C 1));

111. R1 :=( 1.7*power( 10,-6)* wl *lsrv 1 *power( 10,-2))/(spr 1 *power( 10,-6));

112. R2:=(1.7*power(10,-6)*w2*lsrv2*power(10,-2)V(spr2*power(10,-6));memol.Lines. Add('RlOM.='+ floattostr(Rl));memol .Lines.Add('R2OM.= *+ floattostr(R2));

113. Расчет специального трансформатора для озонаторной установки

114. Расчет ведется по методике предложенной в §3.3 и по 61, 76, 79, 115118.

115. Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

116. Установленная мощность трансформатора

117. STp=2,56P=2,56-17000=43,52кВА

118. Номинальные (линейные) токи на сторонах

119. ВН /2 = Sw/( 0,74 u'd ) = 43,52 • 103/ (о, 74 • 0,97 ■ 10 • 103 ) = 6,06А1. НН ^43,52.1031. U„„ 500

120. Испытательные напряжения обмоток (таблица 4.1) ВН иисп=35кВ;1. НН иисп=5кВ;

121. Выбор типа обмоток (таблица 5.8 76.)

122. Обмотка ВН при напряжении ЮкВ и токе 6,06А цилиндрическая многослойная из круглого медного провода.

123. Обмотка НН при напряжении 500В и токе 87А цилиндрическая одно и двухслойная из медного прямоугольного провода.

124. Приведенная ширина двух обмоток (3.28)а, +а2)/3 = 0,63-^М0"2 = 0,63-^43,52-10"2 =0,016ж.

125. Ширина приведенного каналаар=1,67(а,12+(а1+а2)/3)=1,67(0,009+0,016)=0,041 м.

126. Реактивная составляющая напряжения короткого замыканияир =35%

127. Согласно указаниям §2.3 61. выбираем стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях (см. рис. П.Б.1)

128. Рисунок П.Б.1 План шихтовки магнитной системы

129. Прессовка стержней расклиниванием и ярм - стальными балками. Материал магнитной системы - холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.

130. По таблице 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям КЗ, кд=0,95 и постоянные коэффициенты для медных обмоток принемаем а=2,27 и Ь=0,5. Принимаем кр=0,95. Диапазон Р от 1,2 до 14 (таблица 12.1)

131. Расчет основных коэффициентов (3.30, 3.36, 3.43, 3.44 и 3.65)1. Л = 0,507-4

132. S -ap.Kp =0>507.4/43,52.0,041-0,95 =Q?Q44;f'b-Bc2-Kc21500-35-1,52 -0,882

133. А1С = 1,9-104ксЛ2а = 1,9 • 104 • 0,88 0,0443 - 2,27 = 3,23 ; А2С = 1,2-104М2/о = 1,2 • 104 • 0,88 -0,0442 • 0,02 = 0,41

134. В1 = 1,2 ЛЪ4кскяАъ{- + 0,46 + 2е. = v2 J2,274.0,46 + 2-0,411,2 • 104 • 0,88 • 1,05 • 0,0443ч ^ У-»4 11 л! I . \ , 1Л4 л оо 1 лг л Г\Л л22,28

135. В2=\,2Л0>4кскяА1(а12 + д22) = 1,2-104-0,88-1,05-0,0442(0,008 + 0,009) = 0,:1. С. =•165а16.43,52-2,271. JBcjcpA 500-1,5-4,5-0,04410,64

136. Минимальная стоимость активной части трансформатора (3.55)В2 Л2 + В2 2 0,41 + 0,361. Я,2,280,78;1. Коэффициент Кос=1

137. С=1 А.+коскиС} = 1 3,23 +10,64-Ю""6114 Уравнение оптимизации2,28х4+Вх3 -С = 0jc4 + 0,78JC3-0,47 = 0168 П.Б

138. Решение этого уравнения дает (3=0,685, соответствующее минимальному

139. Масса одного угла магнитной системы (3.45а)

140. Gy = 0,492 • Кс- К я- Аъ -х3 = = 0,492 • 104 • 0,88 • 1,05 • 0,0443х3 = 0,38х3

141. Активное сечение стержня (3.59)

142. Пс = 0,785 • кс • А2 • х2 = 0,785 • 0,88 • 0,0442 • х2 = 0,0013х2.

143. Площадь зазора на косом стыке

144. Щ = Ясл/2 = 0,001 Зх2 • Л = 0,0018х2.

145. Потери холостого хода (таблица 8.10, 8.13 и 8.14)

146. Рх = Кб • Рс(Gc + 0,5к^ -Gy) + КпдРя (ся 6Gy + 0,5*^) =1,12 • 1,1 • ((7С + 0,5 • 5,28 • G^) +1,12 • 0,981 • 6 • G^, + 0,5 • 5,28 • G^,) = = 1,232-Gc-0,71 •G>, +1,1-G^j.

147. Намагничивающая мощность (8.44, таблица 8.17 и 8.20)

148. Qx=kmd*kmd*qc*(Gc + 0,5*kmy*kmnjl*Gy) +

149. Ь'тд *к"тд *Чя *(°я -6Gy + 0,5kmykmnjlGy) + kmdlq3n3n3 = = 1,2* 1,06* 1,33* (Gc + 0,5* 14,2*1,5 *Gy) + +1,2*1,06*1,08*(G;J-6G>, + 0,5*14,2*1,5*Gy) +1,06*1000*4*0,0018x2 =1,69 * Gc +1,37 * G„ + 24,36 * Gy + l,9x2.

150. Результаты расчетов показаны в виде графиков (см. рисунки П.Б.2, П.Б.З, П.Б.4)1. Стоимость материалаь

151. Рисунок П.Б.2. Изменение относительной стоимости активной части с