Obrubov A. Methods and models of research of electromagnetic processes of resonance power converters

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Science (DSc)

State registration number

0524U000012

Applicant for

Specialization

  • 05.09.12 - Напівпровідникові перетворювачі електроенергії

24-01-2024

Specialized Academic Board

Д 26.002.19

National Technscal University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute".

Essay

Obrubov A.V. Research methods and models of electromagnetic processes of resonant power converters. – Qualifying scientific work on manuscript rights. Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Technical Sciences by specialty 09.05.12. – semiconductor power converters. – National Technical University of Ukraine "Ihor Sikorskyi Kyiv Polytechnic Institute" of the Ministry of Education and Culture of Ukraine, Kyiv, 2023. The dissertation is devoted to the solution of an important scientific and technical problem of the development of the theory of high-frequency power converters with resonant circuits by developing and improving calculation methods and mathematical models to expand the possibilities of analyzing electromagnetic processes in their power circuits and to improve the dynamic parameters of designed power systems using resonant converters as controlled objects. In the dissertation, the superposition method was improved and new linearized mathematical and dynamic models of resonant converters with different gate switching algorithms were created on its basis. This made it possible to determine new dependencies between control values, parameters of elements and parameters of electromagnetic processes of the power circuit and to establish the conditions of similarity of the calculated processes by the method of superposition to the processes of a real resonant converter. A combined method of analyzing the processes of a resonant converter based on the combination of the principles of superposition and matching was developed, which made it possible to construct families of static characteristics for various input values by determining the functions of the quasi-steady circuit current. The theoretical analysis of the processes of resonant converters is supplemented and clarified by an improved experimental and analytical method, the development of which consists in creating models of resonant converters with a combination of links on the basis of analytical expressions and models of subcircuits based on cause-and-effect relationships to take into account the nonlinearity of elements. The use of the improved method of superposition made it possible to increase the speed of calculations by at least half. Representation of functions of equivalent sources of the scheme of substitution by superposition of monotonic stepped components greatly simplified the expressions for calculating the parameters of stationary modes. Superpositions of elementary input pulses and transition functions of multipoles made it possible to simplify the construction of dynamic models of resonant converters for various gate switching algorithms. In the course of research, an adaptive digital regulator of the output values of the resonant converter was created, which made it possible to increase the speed of regulation by 1.5 times and with increased reserves of phase stability in comparison with a resonant converter under the control of a stationary automatic regulator of output values. Key words: dynamic model, mathematical model, resonant converter, solution fitting method, superposition method.

Research papers

1. Перетворювачі постійної напруги на основі резонансних інверторів: монографія / Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, О.В. Нікітіна, М.В. Покровський, – Миколаїв: НУК, 2013. – 372 с.

2. Високочастотні резонансні перетворювачі постійної та змінної напруги» монографія / Г.В. Павлов, І.Л. Вінниченко, М.В. Покровський, А.В. Обрубов. – Миколаїв: видавець Торубара В.В., 2020. – 205 с.

3. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Никитина Е.В. Энергетические характеристики преобразователя с резонансным контуром // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Проблеми сучасної електротехніки”. – Київ: ІЕД НАНУ. Ч. 6. – 2006. – С. 68-71- 0,7 др. арк.

4. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В., Никитина Е.В., Пекер Б.Н. Исследование низкочастотных автоколебаний в преобразователе с последовательным резонансным контуром // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Проблеми сучасної електротехніки”. Київ: ІЕД НАНУ. Ч. 8. – 2006. – С. 46-49 – 0,7 др. арк.

5. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Никитина Е.В. Особенности управления транзистором однотактного квазирезонансного инвертора // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Силова електроніка та енергоефективність”. – Київ: ІЕД НАНУ. Ч. II. – 2006. – С. 7-10 – 0,5 др. арк.

6. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Никитина Е.В. Система широтно-частотного управления резонансным преобразователем // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Силова електроніка та енергоефективність”. –Київ: ІЕД НАНУ. Ч. ІІI. – 2006. – С. 59-62 – 0,7 др. арк.

7. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В., Никитина Е.В. Динамическая модель резонансного преобразователя с фазовым регулированием. // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. Київ: ІЕД НАНУ. Ч. I. – 2007. - С. 88-91.

8. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В., Никитина Е.В. Математическая модель последовательно-параллельного резонансного преобразователя с фазовым регулированием. // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. Київ: ІЕД НАНУ. Ч. III. – 2007. - С. 86-91.

9. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В., Никитина Е.В. Резонансный преобразователь постоянного напряжения с фазовым регулированием // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Силова електроніка і енергоефективність”. Київ: ІЕД НАНУ. Ч. 1. – 2008. - С. 14-19.

10. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Никитина Е.В., Пекер Б.Н. Применение нечеткой логики в управлении резонансным преобразователем с фазовым регулированием// Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. Київ: ІЕД НАНУ. Ч. 3. – 2008. - С. 12-15.

11. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В., Никитина Е.В. Исследование динамики резонансного преобразователя с фазовым регулированием // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. Київ: ІЕД НАНУ. Ч. 6. – 2008. - С. 42-47.

12. Павлов Г.В., Обрубов А.В. Расчет харатеристик последовательно-резонансного преобразователя с релейным регулированием.// Вісник НУК. – Миколаїв, 2008. – 0,65 др. арк.

13. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В., Никитина Е.В. Математическая модель резонансного преобразователя постоянного напряжения с фазовым регулированием.// Вісник НУК. – Миколаїв, 2009. – 0,65 др. арк.

14. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Никитина Е.В. Динамическая модель резонансного преобразователя постоянного напряжения с фазовым регулированием.// Вісник НУК. – Миколаїв, 2009. – 0,65 др. арк.

15. Павлов Г.В., Обрубов А.В. Регулирование выходного напряжения резонансного преобразователя с использованием нечеткой логики.// Збірник наукових праць НУК. – Миколаїв: НУК, 2009. – №6 (429). - с. 142-177.

16. Павлов Г.В., Обрубов А.В. Оптимізація комутації ключа високовольтного квазірезонансного перетворювача.// Вісник НУК (ел. зб). – Миколаїв, 2009. – 0,7 др. арк.

17. Павлов Г.В., Обрубов А.В. Расчет характеристик последовательно - резонансного преобразователя с релейным регулированием.// Електр. видання «Вісник НУК», №1, 2010. – с.78-86.

18. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В., Никитина Е.В. Математическая модель резонансного преобразователя постоянного напряжения с фазовым регулированием.// Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК, 2010. – № 1 (430).- С. 117-125.

19. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Никитина Е.В. Динамическая модель резонансного преобразователя постоянного напряжения с фазовым регулированием.// Електронне видання «Вісник НУК», №3, 2010. – Миколаїв: НУК, 2010.

20. Павлов Г.В., Покровський М.В., Обрубов А.В., Щербинін Т.В. Перспективы совершенствования релейного способа регулирования резонансных преобразователей.// Електр. видання «Вісник НУК», №2, 2010. - с. 89-97.

21. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Нікітіна О.В., Покровський М.В. Високовольтний квазірезонансний перетворювач зі змінною амплітудою вихідних імпульсів// Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Силова електроніка і енергоефективність”. - Київ: ІЕД НАНУ, 2010. – Ч.3. - С 84 - 87.

22. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Никитина Е.В., Щербинин Т.В. Сравнение характеристик резонансных преобразователей при различных способах регулирования с использованием имитационных моделей// Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Силова електроніка і енергоефективність”. - Київ: ІЕД НАНУ, 2010. - Ч.1. – С. 97 – 102.

23. Павлов Г.В., Обрубов А.В. Энергоэффективность резонансно-импульсного инвертора напряжения // Електронне видання «Вісник НУК», 2013, 0.2 др.арк.

24. Павлов Г. В. Метод обобщенного анализа стационарных процессов резонансных преобразователей [електронний ресурс] / Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, И.Л. Винниченко / Вісник НУК, вип. 3, 2014.

25. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Никитина Е.В. Исследование статических характеристик резонансного преобразователя методом комбинирования составляющих тока контура // Сборник научных трудов НУК 3, 2014, c. 47-56.

26. Павлов Г. В. Преобразователь частоты на основе резонансного инвертора с нелинейным управлением [текст] / Г. В. Павлов, А. В. Обрубов, И. Л. Винниченко / Вісник НТУ "ХПІ", вип. 12 (1121), 2015, с. 490-494.

27. Павлов, Γ. B. Электромагнитные процессы и параметры накопительных элементов в резонансном инверторе с нелинейным регулированием [Текст] / Г.В. Павлов, A.В. Обрубов, И.Л. Винниченко / «Судостроение и морская инфраструктура». — Николаев: НУК, 2015. — №2 (4). — С. 96 – 107.

28. Павлов Г.В. Нелинейное управление резонансным инвертором преобразователя частоты / Г. В. Павлов, А. В. Обрубов, И. Л. Винниченко // Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України. - 2015. - Вип. 42. – С. 96-101.

29. Павлов Г. В. Резонансный преобразователь с дозированной передачей энергии для низковольтных сетей распределенного питания / Г. В. Павлов, А. В. Обрубов, И. Л. Винниченко // Технічна електродинаміка. – 2016. – № 4. – С. 38-40. – Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/TED_2016_4_13.

30. Павлов Г. В. Преобразователь частоты с пониженным коэффициентом гармоник выходного напряжения / Г. В. Павлов, И. Л. Винниченко, А. В. Обрубов // Технічна електродинаміка. – 2016. – № 5. – С. 14-16. – Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/TED_2016_5_4.

31. Electromagnetic processes in the power seсtion of the series-to-series resonant converter for contactless inductive energy transfer / H. V. Pavlov, A. V. Obrubov, M. V. Pokrovskyi, I. L. Vinnychenko // Shipbuilding & Marine Infrastructure. – 2017. – № 2(8). – P. 70–76.

32. Pavlov, G., Obrubov, A., & Vinnichenko, I. (2022). Optimizing the operation of charging self-generating resonant inverters. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5(115), 23–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252148

33. Pavlov, G., Obrubov, A., & Vinnichenko, I. (2022). Determining the dynamic model of the charging resonant converter with inductive coupling by an experimental-analytical method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8 (118), 17–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263526

34. Павлов Г.В. Резонансні перетворювачі в енергоефективних електротехнічних системах / Г.В. Павлов, А.В. Обрубов // Енергозбереження, енергетика, енергоаудит. Спец. Випуск. Т. 1. – 2014. – № 9. – С. 13–23.

35. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Резонансні перетворювачі в енергоефективних електротехнічних системах // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2016. №3 (146). – С. 2–12.

36. Павлов Г. В., Обрубов А. В. Синтез резонансных преобразователей переменного напряжения // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2016. №5 (148). – С. 15-21.

37. Пат. 45315 Україна. Спосіб регулювання вихідних параметрів послідовно-резонансного перетворювача постійної напруги /Покровський М.В., Павлов Г.В., Обрубов А.В., Нікітіна О.В., Щербинін Т.В. Опубл. 10.11.2009. Бюл. №21.

38. Пат. 53708. Україна. Система управління резонансним перетворювачем постійної напруги. / Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, М.В. Покровський, О.В. Нікітіна, Т.В. Щербинін. – Заявл. 18.05.2010; Опубл. 11.10.2010, Бюл. № 19.

39. Пат. 55633 Україна. Спосіб регулювання вихідних параметрів резонансного перетворювача постійної напруги. /Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, М.В. Покровський, О.В. Нікітіна, Т.В. Щербинін. – Заявл. 20.04.2011; Опубл. 27.12.2010, Бюл. № 24/2010.

40. Пат. 57106 Україна. Система керування резонансним перетворювачем постійної напруги на основі нечіткої логіки. / Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, М.В. Покровський, О.В. Нікітіна, Т.В. Щербинін. – Заявл. 19.07.2010; Опубл. 10.02.2011, Бюл. № 3.

41. Пат. 61026 Україна. Система управління резонансним перетворювачем постійної напруги./Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, М.В. Покровський, О.В. Нікітіна, Т.В. Щербинін. – Заявл. 15.11.2010; Опубл. 11.07.2011, Бюл. № 13.

42. Пат. 61045 Україна. Перетворювач зварювальний. /Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, М.В. Покровський, О.В. Нікітіна, Т.В. Щербинін. – Заявл. 23.11.2010; Опубл. 11.07.2011, Бюл. № 13.

43. Пат. 65447 Україна. Спосіб регулювання вихідних параметрів послідовно-резонансного перетворювача постійної напруги. / Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, М.В. Покровський, О.В. Нікітіна, Т.В. Щербинін. – Заявл. 20.04.2011; Опубл. 12.12.2011, Бюл. № 23.

44. Пат. 133960 Україна. Спосіб регулювання вихідних параметрів резонансного перетворювача електроенергії, що забезпечує рекуперацію енергії постійного струму до джерела енергії / Павлов Г.В., Покровський М.В., Обрубов А.В., Вінниченко І.Л. – Заявл. 30.11.2018. Опубл. 25.04.2019, бюл. № 8/2019.

45. Пат. 107219 Україна. Спосіб регулювання вихідних параметрів послідовно-резонансного перетворювача постійної напруги / Павлов Г.В., Покровський М.В., Обрубов А.В., Вінниченко І.Л. – Заявл. 30.11.2015. Опубл. 25.05.2016, бюл. 10/2016.

46. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В., Никитина Е.В. Исследование характеристик последовательно-параллельного резонансного преобразователя с фазо-частотным регулированием. – Матеріали “ПАЕТЗ-2007” – Миколаїв: ІАЕ НУК, 2007. – С. 143-149.

47. Обрубов А.В., Махнов А.О. Применение нечеткой логики в управлении резонансным преобразователем с фазовым регулированием. – Матеріали Всеукр. НТК студ., асп. і мол. вчених з міжнар. участю “ІКСК-2008”–Миколаїв: ІАЕ НУК. – 30-34сс.

48. Павлов Г.В., Никитина Е.В., Обрубов А.В. Энергосберегающие технологии в преобразовательной технике на основе резонансных инверторов.// Матеріали І МНТК «Інновації в суднобудуванні та океанотехніці». - Миколаїв: НУК, 2010. – С. 397-399.

49. Павлов Г.В., Обрубов А.В. Синтез резонансних преобразователей переменного напряжения // Проблеми електрообладнання та автоматики транспортних засобів: Матеріали Всеукраїнської НТК з між нар. участю «ПАЕТЗ:2013».– Миколаїв: НУК, 2013. – сс. 56-60.

50. Павлов Г.В. Моделирование резонансно-импульсного инвертора напряжения [ел. рес.] / Г. В. Павлов, А. В. Обрубов, И. Л. Винниченко. / Інновації в суднобудуванні та океанотехніці: Матеріали V міжнародної науково технічної конференції – Миколаїв: НУК, 2014. – С. 342-343.

51. Обрубов А.В., Резонансный преобразователь переменного напряжения систем бесперебойного питания // Проблеми електрообладнання та автоматики транспортних засобів: Матеріали Всеукраїнської НТК з між нар. участю «ПАЕТЗ:2014».– Миколаїв: НУК, 2014. – сс. 95-103.

52. Обрубов А.В., Обрубова К.А., Концепция локальной системы бесперебойного питания // Матеріали всеукраїнської НТК з міжнародною участю "Автоматика та електротехніка-2014", – Миколаїв: НУК, 2014. – сс. 56-60.

53. Павлов Г. В. Анализ структур силовой части систем бесперебойного питания [ел. рес.] / Г. В. Павлов, А. В. Обрубов, И. Л. Винниченко. / Інновації в суднобудуванні та океанотехніці (підсумки V міжнародної науково-технічної конференції), 2015. – сс. 343-344.

54. G. Pavlov, A. Obrubov and I. Vinnichenko, "The linearized dynamic model of the series resonant converter for small signals, 2016 2nd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), Kyiv, UKraine, 2016, pp. 1-5, doi: 10.1109/IEPS.2016.7521879.

55. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Вінниченко І.Л. “Енергоефективна індукційна зарядка суднових тягових батарей”, Матеріали МНТК «Інновації в суднобудуванні та океанотехніці», Миколаїв: НУК, 2021 р., С. 9-15.

56. G. Pavlov, A. Obrubov and I. Vinnychenko, "Design Procedure of Static Characteristics of the Resonant Converters," 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 2021, pp. 401-406, doi: 10.1109/UKRCON53503.2021.9575698.

57. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Вінниченко І.Л. Характеристики резонансного інвертора з автогенерацією для індуктивної зарядки. Матеріали ХІІІ Міжнародної науково-технічної конференції «Інновації в суднобудуванні та океанотехніці», м. Миколаїв. – 2022 р. – С. 320-324.

58. Обрубов А.В. Динамічна модель резонансного інвертору класу Е. Матеріали ХІІІ Міжнародної науково-технічної конференції «Інновації в суднобудуванні та океанотехніці», м. Миколаїв. – 2022 р. – С. 312-317.

59. G. Pavlov, I. Vinnychenko, N. Natalia, D. Vinnychenko and A. Obrubov, "Study of the Effect of Transformer Windings Coupling Coefficient of Flyback Resonant Converter for Wireless Energy Transfer on its Output Characteristics," 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 2022, pp. 1-6, doi: 10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916434.

60. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Вінниченко І.Л. Підвищення ефективності безконтактної зарядки суднових тягових батарей при нестабільній індукційній передачі. Матеріали ХІV Міжнародної науково-технічної конференції «Інновації в суднобудуванні та океанотехніці», м. Миколаїв. – 2023 р. – С. 304-308.

61. Обрубов А.В. Властивості резонансних перетворювачів як керованих об’єктів // Сучасні проблеми автоматики та електротехніки: Збірник матеріалів всеукраїнської НТК з міжнародною участю. м. Миколаїв. – 2023 р. – С. 22-28.

62. Мікропроцесорні системи управління резонансними перетворювачами постійної напруги: навчальний посібник / Г.В. Павлов, А.В. Обрубов, О.В. Нікітіна, М.В. Покровський; За ред. Г.В. Павлова. – Миколаїв: НУК, 2010 – 156 с.

63. Павлов Г.В. Розрахунок цифрових систем управління імпульсними перетворювачами. / Павлов Г.В., Обрубов А.В., Щербінін Т.В. – Миколаїв: НУК, електронне видання 2013. – 118 с.

Files

Similar theses