МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕМ УСТРОЙСТВЕ В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ ЗАРЯДА ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ
Аннотация
Актуальность
Источники вторичного питания, преобразователи частоты, инвер-
торы активно применяются в современной быстроразвивающейся
энергетике. В процессе стремления к снижению массогабаритных
показателей устройств и повышения их мощности возникает необ-
ходимость в использовании импульсных режимов преобразователей
электрической энергии. Колебательные контуры резонансных
инверторов содержат такие элементы, как катушка индуктивности и
конденсатор, т.е. электромагнитные элементы, как правило, состав-
ляющие до 85–90 % массы и габаритов источников вторичного
электропитания. Основными техническими средствами снижения
массы и габаритов электромагнитных элементов являются повыше-
ние частоты преобразования и функциональная интеграция.
Резонансные режимы работы инверторов при коммутации позволят
снизить помехи и потери.
Цель исследования
В данной статье разработана система заряда емкостного накопи-
теля и смоделированы электромагнитные процессы в фильтроком-
пенсирующем устройстве в составе системы заряда емкостного
накопителя.
Основной задачей является разработка системы заряда емкостно-
го накопителя.
Методы исследования
В данном исследовании использованы следующие методы: изучение
научной литературы и компьютерное моделирование в среде Matlab.
Результаты
Авторами разработана компьютерная модель в среде моделиро-
вания MatLab системы заряда емкостного накопителя (ЕН) на базе
полумостовой схемы индуктивно-емкостного преобразователя на
основе многофункционального интегрированного электромагнит-
ного компонента (МИЭК). Проведены исследования уровней напря-
жения на различных точках четырехполюсника: на обкладках и
емкости МИЭК, в диагоналях инвертора — с целью нахождения
максимального напряжения. В результате компьютерного моделиро-
вания и экспериментальных исследований получены графики напря-
жений на элементах полумостовой схемы системы заряда емкостно-
го накопителя. Разработанная компьютерная модель позволит иссле-
довать различные режимы работы вторичного источника питания на
основе предлагаемого компонента в высоковольтных системах
заряда накопителей энергии. Разработанная модель позволяет сни-
зить финансовые затраты на экспериментальные исследования,
также данная модель позволяет исследовать более сложные систе-
мы на основе МИЭК, которые имеют другие свойства и показатели.
Библиографические ссылки
Narimani M., Moschopoulos G. An
Investigation on the Novel Use of High-Power
Three-Level Converter Topologies to Improve
Light-Load Efficiency in Low Power DC/DC Full-
Bridge Converters // IEEE Transactions on Industrial
Electronics. Oct. 2014. Vol. 61, No. 10. P. 5690-
doi: 10.1109/TIE.2014.2300063.
Yifei L., Yubin W., Shanshan W. Sensorless
Current Sharing in Two-Phase Input-Parallel
Output-Parallel DC-DC Converters // 2015 18th
International Conference on Electrical Machines
and Systems (ICEMS). 2015. P. 1919-1924. doi:
1109/ICEMS.2015.7385354.
Хазиева Р.Т., Васильев П.И., Афляту-
нов Р.Р. О возможности использования много-
функционального интегрированного электро-
магнитного компонента в составе гибридных
фильтрокомпенсирующих устройств //
Завалишинские чтения — 2022: XVII Междунар.
конф. по электромеханике и робототехнике.
СПб.: ГУАП, 12–14 апреля 2022. С. 130-132.
Афлятунов Р.Р., Васильев П.И., Кирил-
лов Р.В., Хазиева Р.Т. Исследование фильтроком-
пенсирующей функции многофункционального
интегрированного электромагнитного компо-
нента в составе системы индукционного нагрева
// Электротехнические и информационные ком-
плексы и системы. 2022. Т. 18. № 1. С. 95-106.
Бутырин П.А., Гусев Г.Г., Михеев Д.В.,
Карпунина М.В., Кваснюк А.А., Шакирзя-
нов Ф.Н. Быстродействующее устройство огра-
ничения токов короткого замыкания на основе
катушки-конденсатора // Известия РАН. Энер-
гетика. 2021. № 4. С. 58-71.
Li H., Liu C., Zhang X., Guo Z., Zheng T.Q.
Stability Analysis for Two-Stage Cascaded DC-DC
Converters System Based on Describing Function
Method // 2018 IEEE Energy Conversion Congress
and Exposition (ECCE). 2018. P. 4141-4147. doi:
1109/ECCE.2018.8558204.
Hinov N., Gilev B. Modeling of Series
Resonant DC-DC Power Converters // 2018 International
Conference on High Technology for Sustainable
Development (HiTech). 2018. P. 1-4. doi:
1109/HiTech.2018.8566410.
Бутырин П.А., Гусев Г.Г., Михеев Д.В.,
Сиренко В.В., Шакирзянов Ф.Н. Разработка
математической модели и анализ особенностей
режимов индуктивно-емкостного преобразова-
теля на основе каткона // Вестник Московского
энергетического института. 2018. № 4. С. 81-88.
Бутырин П.А., Гусев Г.Г., Михеев Д.В.,
Шакирзянов Ф.Н., Кваснюк А.А. Экспери-
ментальное исследование переходных процес-
сов в катушке-конденсаторе // Известия РАН.
Серия физическая. 2020. Т. 84. № 2. С. 157-160.
Бутырин П.А., Гусев Г.Г., Кваснюк А.А.,
Михеев Д.В., Шакирзянов Ф.Н. Физическое
моделирование гребенчатого фильтра на основе
каткона // Электромеханика, электротехнологии,
электротехнические материалы и компоненты:
тр. XVII Междунар. конф. Крым, Алушта.
Алушта: Издательство «Знак», 2018. С. 331-333.
Мещеряков В.Н., Хабибуллин М.М.
Система управления параллельным активным
фильтрокомпенсирующим устройством на базе
релейного регулятора тока в трехфазных элек-
трических сетях // Электротехнические ком-
плексы и системы управления. 2012. № 2.
С. 49-54.
Мещеряков В.Н., Хабибуллин М.М.
Компенсация гармонических искажений и реак-
тивной мощности в однофазных электрических
сетях посредством параллельного активного
фильтра энергии на базе релейного регулятора
тока // Известия высших учебных заведений.
Электромеханика. 2013. № 4. С. 54-57.
Мещеряков В.Н., Хабибуллин М.М.
Применение параллельного активного фильтра
электроэнергии для компенсации реактивной
мощности и гармонических составляющих тока
в трехфазных электрических сетях // Управление
большими системами: матер. IX Всеросс.
школы-конф. молодых ученых. Липецк, 2012.
С. 173-176.
Konesev S.G., Kirillov R.V., Khazieva R.T.
Inductive-Capacitive Converters for High-Voltage
Secondary Power Supplies // 2019 International
Multi-Conference on Industrial Engineering and
Modern Technologies (FarEastCon). 2019. P. 1-5,
doi: 10.1109/FarEastCon.2019.8934018.
Setlak L., Kowalik R. DC/DC Processing
System of Inductive-Capacitive Character of
On-Board Electrical Network of an Aircraft in Accordance
with the Concept of an Electrified Aircraft
// 2019 3rd European Conference on Electrical
Engineering and Computer Science (EECS). 2019.
P. 53-59. doi: 10.1109/EECS49779.2019.00023.
Довгун В.П., Боярская Н.П., Нови-
ков В.В. Синтез пассивных фильтрокомпенсиру-
ющих устройств // Известия вузов. Проблемы
энергетики. 2011. № 9-10. С. 31-39.
Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Севостья-
нов А.А. Электромагнитная совместимость
в электроэнергетике. Н.Новгород: НГТУ, 2004.
с.
Шклярский Я.Э., Замятина Е.Н., Замя-
тин Е.О. Оценка энергетической эффективности
электротехнического комплекса // Известия
Тульского государственного университета.
Технические науки, 2020. № 3. С. 339-346. https://
www.elibrary.ru/item.asp?id=42842530
Sattarov R.R., Khazieva R.T., Ivanov M.D.,
Solovev B.A. Amplitude-Frequency Characteristic
of a MIEC-Based Filter for DC/DC Converters //
International Conference on Industrial Engineering,
Applications and Manufacturing (ICIEAM
. pp. 362-367. INSPEC Accession Number:
doi: 10.1109/ICIEAM54945.
9787145.
Sattarov R.R., Khazieva R.T., Ivanov M.D.
Integrated LC-Components for Electrical Systems
and Devices // 2021 International Ural Conference
on Electrical Power Engineering (UralCon) (IEEE
Russian Workshop on Power Engineering and
Automation of Metallurgy Industry: Research &
Practic). doi: 10.1109/UralCon52005.2021.9559527.
URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/
/references#references.
Waffenschmidt E. Direct Current (DC)
Supply Grids for LED Lighting // LED Professional.
No. 48. P. 12.
Khazieva R.T., Aflyatunov R.R., Vasilyev
P.I. Modeling a Semiconductor Compensator
Based on a Multifunctional Integrated Electromagnetic
Component // 2021 International Ural
Conference on Electrical Power Engineering
(UralCon). doi: 10.1109/UralCon52005.2021.
URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/
Патент 2585248 РФ, МПК H 03 H 7/00.
Многофункциональный интегрированный элек-
тромагнитный компонент / С.Г. Конесев.
/08; Заявлено 13.04.2012; Опубл.
05.2016. Бюл. 12. 7 с.
Конесев С.Г., Хазиева Р.Т. Матема-
тическое и физическое моделирование индук-
тивно-емкостных преобразователей // Электри-
чество. 2020. № 1. С. 32-38. https://doi.org/10.
/0013-5380-2020-1-32-38.
Khazieva R.T., Mukhametshin A.V.
Calibration Technique of AC Voltage of A Resonant
Test Device // 2022 International Conference on
Industrial Engineering, Applications and Manufacturing
(ICIEAM 2022). pp. 344-350. doi: 10.1109/
ICIEAM54945.2022.9787187.
