Повышение точности и сокращение времени расчета установившихся режимов электротехнических комплексов повышенной частоты
А. Танкой, Т.Е. Шадриков, А.В. Гусенков, В.Д. Лебедев, А.М. Соколов
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 3, сс. 22—31
Скачать PDF
Состояние вопроса. В современных отечественных и зарубежных работах при моделирования систем переменного тока с несинусоидальной формой питающего напряжения предлагается использовать метод частотного анализа с применением преобразований Фурье. При использовании вышеуказанного метода для расчета установившихся режимов электротехнического комплекса повышенной частоты были выявлены расхождения расчетных и экспериментальных результатов, а также зафиксировано длительное время просчета модели. В целях решения этих проблем актуальной является задача получения обобщенных формульных выражений для величины внутреннего сопротивления IGBT-транзисторов и амплитуды воздействующей ЭДС (напряжения) в составе электротехнического комплекса повышенной частоты при использовании разложения Фурье.
Материалы и методы. Обобщенные выражения для определения внутреннего сопротивления IGBT-транзисторов получены путем анализа физических процессов диффузии зарядов. Амплитуды воздействующей ЭДС (напряжения) определены методом численного интегрирования.
Результаты. Сформированы упрощенные аналитические выражения, пригодные для определения частотной зависимости сопротивления IGBT-транзисторов в открытом состоянии в электротехнических устройствах. Выполнена оптимизация скорости расчета модели электротехнического комплекса повышенной частоты с применением частотного анализа.
Выводы. Полученные обобщенные аналитические выражения позволяют более точно производить вычисление величины внутреннего сопротивления транзистора (разница достигает 70 %). Оптимизация способа расчета в методике позволила сократить время расчета модели электротехнического комплекса повышенной частоты с Nk = 3000 гармоник с 8 часов до 3 минут. Модернизированная методика может быть использована не только для расчета электротехнического комплекса повышенной частоты, но и для анализа любых электрических цепей с компонентами силовой электроники при воздействии непериодических несинусоидальных токов и напряжений.
1. Особенности применения частотного анализа при расчете электрических цепей с транзисторными преобразователями напряжения / А.В. Гусенков, В.Д. Лебедев, А.М. Соколов и др. // Электричество. – 2016. – № 1. – С. 4–12.
2. Осипов Ю.М. Частотный и временной анализ стационарных и переходных характеристик линейных электрических цепей: учеб. пособие по курсам электротехники и ТОЭ. Ч. 2. – СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2002. – 99 с.
3. Розанов Ю.К. Полупроводниковые преобразователи со звеном повышенной частоты. – М.: Энергоатомиздат, 1987. –184 с.
4. Гуртов В.А. Твердотельная электроника: учеб. пособие / ПетрГУ. – Петрозаводск, 2004. – 312 с.
5. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 296 с.
6. Comparative analysis of static characteristics of insulated gate bipolar transistors and thyristors with static induction / O.I. Bonomorskii, A.S. Kyuregyan, A.V. Gorbatyuk, B.V. Ivanov // Russian Electrical Engineering. – 2015. – Т. 86, № 2. – С. 93–97.
7. Моделирование статических и динамических потерь в MOSFET-ключах / В.П. Бабенко, В.К. Битюков, В.В. Кузнецов, Д.С. Симачков // Российский технологический журнал. – 2018. – Т. 6, № 1 (21). – С. 20–39.
8. О возможности и целесообразности физического моделирования электропередачи с нетрадиционными параметрами используемых токов и напряжений / А.В. Гусенков, В.Д. Лебедев, А.М. Соколов, Т.Е. Шадриков // Энергетик. – 2015. – № 4. – С. 29–32.
9. Выбор рабочего напряжения высоковольтной кабельной электропередачи повышенной частоты / А.В. Гусенков, В.Д. Лебедев, Т.Е. Шадриков, А.М. Соколов // Электротехника. – 2016. – № 10. – С. 50–56.
10. Методика определения емкостных и индуктивных параметров силовых высоковольтных трансформаторов повышенной частоты / Т.Е. Шадриков, А.В. Гусенков, А.А. Дьячков, А.А. Симакова // Вестник ИГЭУ. – 2016. – Вып. 1. – С. 27–33.
11. Спектральный анализ электродвижущей силы электроустановки повышенной частоты / А.В. Гусенков, В.Д. Лебедев, А.М. Соколов и др. // Электричество. – 2018. – № 2. – С. 17–26.
12. Стариков А.В., Кузнецов В.В., Рокало Д.Ю. Анализ гармонического состава трапецеидального фазного напряжения, формируемого частотным преобразователем // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. – 2017. – № 3(55). – С. 75–79.
13. Садиков Д.Г., Титов В.Г. Анализ гармонического состава тока и напряжения, потребляемого преобразователями частоты // Вестник Чувашского университета. – 2015. – № 1. – С. 116–121.
14. Зырянов В.М., Митрофанов Н.А., Соколовский Ю.Б. Исследование гармонического состава напряжения преобразователя частоты // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2016. – № 9. – С. 34–40.
15. Gerard Hurley, William & Gath, Eugene & Breslin, John. (2000). Optimizing the AC resistance of multilayer transformer windings with arbitrary current waveforms // Power Electronics, IEEE Transactions on. 15. 369–376. doi: 10.1109/63.838110.