Обрубов А. В. Методи та моделі дослідження електромагнітних процесів резонансних перетворювачів електроенергії
English versionДисертація на здобуття ступеня доктора наук
Державний реєстраційний номер
0524U000012
Здобувач
Спеціальність
- 05.09.12 - Напівпровідникові перетворювачі електроенергії
24-01-2024
Спеціалізована вчена рада
Д 26.002.19
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
Анотація
Обрубов А.В. Методи та моделі дослідження електромагнітних процесів резонансних перетворювачів електроенергії. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.12. – напівпровідникові перетворювачі електроенергії. –Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої науково-технічної проблеми розвитку теорії високочастотних перетворювачів електроенергії з резонансними контурами шляхом розробки та вдосконалення розрахункових методів та математичних моделей для розширення можливостей аналізу електромагнітних процесів в їх силових схемах та для поліпшення динамічних параметрів проектованих систем живлення з використанням резонансних перетворювачів як керованих об’єктів. У дисертаційній роботі вдосконалено метод суперпозиції і на його основі створено нові лінеаризовані математичні та динамічні моделі резонансних перетворювачів з різними алгоритмами комутації вентилів. Це дозволило визначити нові залежності між керуючими величинами, параметрами елементів і параметрами електромагнітних процесів силової схеми і встановити умови подібності розрахованих процесів методом суперпозиції процесам реального резонансного перетворювача. Розроблено комбінований метод аналізу процесів резонансного перетворювача на основі суміщення принципів суперпозиції і припасування, який дозволив шляхом визначення функцій квазіусталеного струму контуру побудувати сімейства статичних характеристик для різних вхідних величин. Теоретичний аналіз процесів резонансних перетворювачів доповнено і уточнено вдосконаленим експериментально-аналітичним методом, розвиток якого полягає в створенні моделей резонансних перетворювачів зі сполученням ланок на сонові аналітичних виразів і моделей підсхем на основі причинно-наслідкових зв’язків для врахування нелінійності елементів. Використання вдосконаленого методу суперпозиції дало змогу підвищити якнайменше на половину швидкість розрахунків. Представлення функцій еквівалентних джерел схеми заміщення суперпозицією монотонних ступінчастих складових значно спростило вирази для розрахунків параметрів стаціонарних режимів. Суперпозиції елементарних вхідних імпульсів і перехідних функцій багатополюсників дозволили спростити побудову динамічних моделей резонансних перетворювачів для різних алгоритмів комутації вентилів. В ході досліджень було створено адаптивний цифровий регулятор вихідних величин резонансного перетворювача, який дав можливість підвищити в 1,5 рази швидкість регулювання і збільшеними запасами стійкості по фазі в порівнянні з резонансним перетворювачем під керуванням стаціонарного автоматичного регулятору вихідних величин. Ключові слова: динамічна модель, математична модель, метод припасування розв’язків, метод суперпозиції, резонансний перетворювач.
Публікації
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.
Файли
Схожі дисертації
0521U101290
Яськів Володимир Іванович
Високоефективні напівпровідникові перетворювачі електроенергії на основі високочастотних магнітних підсилювачів
0421U101796
Маруня Юлія Василівна
Cилові гібридні фільтрів для систем децентралізованого електропостачання
0521U100895
Івахно Володимир Вікторович
Нереверсивні дволанкові перетворювачі постійної напруги з розділеною комутацією
0521U100829
Вербицький Євген Володимирович
Спектральний аналіз процесів та синтез законів керування напівпровідниковими перетворювачами у базисі ряду Фур'є декількох змінних
0420U101702
Тительмаєр Костянтин Олександрович
Високоефективні перетворювачі напруги для портативних фотоелектричних систем.