|
Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
|
 |
W monografii „Układy elektromagnetyczne w energoelektronice” analizowano pracę układów energoelektronicznych, zasilanych z transformatorów, autotransformatorów, z uwzględnieniem indukcyjności rozproszeń i indukcyjności dławików. Zadaniem tych elementów elektromagnetycznych jest umożliwienie pracy układów oraz zmniejszenie zawartości wyższych harmonicznych w prądach, które te układy pobierają z sieci. Dzięki temu możliwa jest poprawa jakości energii dostarczanej przez sieć energetyczną do odbiorców.
Zastosowano prądowo-strumieniowy model transformatorów lub dławików, oparty na jednoodcinkowej linearyzacji charakterystyki magnesowania. Postępowanie takie było zweryfikowane w rozdziale 1, przy pomocy numerycznych obliczeń układu prostownika zasilanego z transformatora, przy uwzględnieniu jego nieliniowej charakterystyki magnesowania. W rozdziale tym przedstawiono analityczną metodę wyznaczania przebiegów elektromagnetycznych w transformatorach zasilających trój- i sześciopulsowe przekształtniki (z przewodem neutralnym lub bez), z uwzględnieniem prądu magnesującego, niesymetrii wymuszających prądów wtórnych i napięć zasilających, a także niesymetrii obwodu magnetycznego. W tym celu opracowano uogólniony obwodowy model prądowo-strumieniowy transformatorów zasilających przekształtniki o komutacji naturalnej, umożliwiający analityczne wyznaczenie funkcji czasowych prądów, strumieni magnetycznych w kolumnach uzwojonych i strumienia magnetycznego poza kolumnami uzwojonymi tych transformatorów, w stanie ustalonym. Przyjęto, że prądy wtórne były znanymi wymuszeniami. W rozdziale 3, otrzymane wcześniej w rozdziałach pierwszym i drugim wzory, przekształcone do postaci operatorowej, poddano odwrotnemu przekształceniu Laplace'a przy pomocy obliczeń symbolicznych, prowadzonych w Matlabie. Pozwalały one w sposób zautomatyzowany otrzymać operatorowe transmitancje transformatora w postaci wzorów. Zastosowano numeryczne przekształcenie odwrotne Laplace’a z wykorzystaniem aproksymacji Pade’go. Metoda umożliwiła również obliczanie wrażliwości przebiegów czasowych na poszczególne parametry.
W rozdziale 5, przeprowadzono analizę pracy układów multipulsowych o różnych topologiach. Zadaniem tych układów było zmniejszenie współczynnika THD prądów pobieranych z sieci. W tym celu wykorzystywały one indukcyjności autotransformatorów i dławików oraz diody jak też tranzystory. Ciekawe właściwości układów otrzymywano stosując tylko prawo przepływu Ampere’a i I prawo Kirchhoffa, przy nieuwzględnianiu indukcyjności rozproszenia. Obliczenia były prowadzone symbolicznie na wzorach przez komputer. Dzięki temu były szybkie i dokładne. Okazało się, że wprowadzenie do analizy indukcyjności rozproszenia elementów magnetycznych nie zmieniały wyników obliczeń. Wyjątkiem były tylko współczynniki THD prądów pobieranych z sieci, które były wyraźne niższe. Opracowano też sposoby sterowania tranzystorów w tych układach dla zmniejszenia poziomu wyższych harmonicznych prądów. Załączono programy, które obliczały symbolicznie wzory opisujące analizowane układy oraz otrzymywały z tych wzorów przebiegi czasowe. Sprawdzono w ten sposób również sposoby sterowania tranzystorów dla uzyskania małej zawartości harmonicznych prądów pobieranych przez te układy z sieci. W tym rozdziale przedstawiono między innymi analizę pracy hybrydowych filtrów energetycznych oraz prostowników typu ‘Power Factor Correction’. W pracy tych układów decydującą rolę odgrywają indukcyjności filtrów pasywnych, dodatkowo włączonych dławików czy nawet indukcyjności sieci. W rozdziale 6 przedstawiono zastosowanie metody optymalizacji Bellmana i Pontriagina do sterowania falowników, które poprzez dławiki współpracują z transformatorami Δ/λ. Rozpatrywano samodzielną pracę falownika na sieć autonomiczną, jak też współpracę trzech falowników, podczas ich pracy na taką sieć. Sterowanie zapewniało symetryczne, trójfazowe napięcia tworzonej sieci mimo ewentualnego niesymetrycznego, czy impulsowego obciążenia. Przedstawiono też sterowanie pracą falownika na sieć energetyczną. Miało ono zapewnić symetryczny, zadawany prąd podstawowej harmonicznej, wpływający do sieci oraz, w miarę możliwości układu, przeciwdziałanie wyższym harmonicznym, istniejącym ewentualnie w napięciu sieci. Rozdział 7 jest poświęcony metodom obliczania indukcyjności magnesującej, składowej zerowej i rozproszenia autotransformatora 15 uzwojeniowego, 3 kolumnowego, przeznaczonego do zasilania prostownika 18-pulsowego. Przedstawiono metody oparte na zasilaniu uzwojeń prądem stałym i obliczaniu pola magnetycznego metodami FEM 2D i 3D. Druga metoda polega na zasilaniu uzwojeń monoharmonicznymi napięciami i obliczeniom pola metodami FEM 3D. Pozwala ona na wykrycie zależności indukcyjności od pulsacji i na zbudowanie zastępczego schematu autotransformatora do obliczeń obwodowych. Macierz indukcyjności autotransformatora w rozłożeniu na wartości i wektory własne (tzw. mody) umożliwia zrozumieć istotę zależności magnetycznych zachodzących w strukturze: uzwojenia - żelazo rdzenia - powietrze otaczające uzwojenia i ewentualnie kadź. Przedstawiono wpływ mód autotransformatora na przebiegi czasowe w prostowniku 18-pulsowym, który jest z tego autotransformatora zasilany. Badano współczynnik THD prądu pobieranego z sieci oraz sztywność charakterystyki zewnętrznej tego prostownika.
Wszystkie układy przedstawione w monografii opierają swoje działanie na indukcyjnościach dławików, transformatorów czy autotransformatorów. Monografia przeznaczona jest dla doktorantów i absolwentów, specjalizujących się w zastosowaniach energoelektroniki, jak też dla wszystkich osób pragnących pogłębić swoje wiadomości z teorii układów pulsowych oraz ich projektowania.
Zastosowano prądowo-strumieniowy model transformatorów lub dławików, oparty na jednoodcinkowej linearyzacji charakterystyki magnesowania. Postępowanie takie było zweryfikowane w rozdziale 1, przy pomocy numerycznych obliczeń układu prostownika zasilanego z transformatora, przy uwzględnieniu jego nieliniowej charakterystyki magnesowania. W rozdziale tym przedstawiono analityczną metodę wyznaczania przebiegów elektromagnetycznych w transformatorach zasilających trój- i sześciopulsowe przekształtniki (z przewodem neutralnym lub bez), z uwzględnieniem prądu magnesującego, niesymetrii wymuszających prądów wtórnych i napięć zasilających, a także niesymetrii obwodu magnetycznego. W tym celu opracowano uogólniony obwodowy model prądowo-strumieniowy transformatorów zasilających przekształtniki o komutacji naturalnej, umożliwiający analityczne wyznaczenie funkcji czasowych prądów, strumieni magnetycznych w kolumnach uzwojonych i strumienia magnetycznego poza kolumnami uzwojonymi tych transformatorów, w stanie ustalonym. Przyjęto, że prądy wtórne były znanymi wymuszeniami. W rozdziale 3, otrzymane wcześniej w rozdziałach pierwszym i drugim wzory, przekształcone do postaci operatorowej, poddano odwrotnemu przekształceniu Laplace'a przy pomocy obliczeń symbolicznych, prowadzonych w Matlabie. Pozwalały one w sposób zautomatyzowany otrzymać operatorowe transmitancje transformatora w postaci wzorów. Zastosowano numeryczne przekształcenie odwrotne Laplace’a z wykorzystaniem aproksymacji Pade’go. Metoda umożliwiła również obliczanie wrażliwości przebiegów czasowych na poszczególne parametry.
W rozdziale 5, przeprowadzono analizę pracy układów multipulsowych o różnych topologiach. Zadaniem tych układów było zmniejszenie współczynnika THD prądów pobieranych z sieci. W tym celu wykorzystywały one indukcyjności autotransformatorów i dławików oraz diody jak też tranzystory. Ciekawe właściwości układów otrzymywano stosując tylko prawo przepływu Ampere’a i I prawo Kirchhoffa, przy nieuwzględnianiu indukcyjności rozproszenia. Obliczenia były prowadzone symbolicznie na wzorach przez komputer. Dzięki temu były szybkie i dokładne. Okazało się, że wprowadzenie do analizy indukcyjności rozproszenia elementów magnetycznych nie zmieniały wyników obliczeń. Wyjątkiem były tylko współczynniki THD prądów pobieranych z sieci, które były wyraźne niższe. Opracowano też sposoby sterowania tranzystorów w tych układach dla zmniejszenia poziomu wyższych harmonicznych prądów. Załączono programy, które obliczały symbolicznie wzory opisujące analizowane układy oraz otrzymywały z tych wzorów przebiegi czasowe. Sprawdzono w ten sposób również sposoby sterowania tranzystorów dla uzyskania małej zawartości harmonicznych prądów pobieranych przez te układy z sieci. W tym rozdziale przedstawiono między innymi analizę pracy hybrydowych filtrów energetycznych oraz prostowników typu ‘Power Factor Correction’. W pracy tych układów decydującą rolę odgrywają indukcyjności filtrów pasywnych, dodatkowo włączonych dławików czy nawet indukcyjności sieci. W rozdziale 6 przedstawiono zastosowanie metody optymalizacji Bellmana i Pontriagina do sterowania falowników, które poprzez dławiki współpracują z transformatorami Δ/λ. Rozpatrywano samodzielną pracę falownika na sieć autonomiczną, jak też współpracę trzech falowników, podczas ich pracy na taką sieć. Sterowanie zapewniało symetryczne, trójfazowe napięcia tworzonej sieci mimo ewentualnego niesymetrycznego, czy impulsowego obciążenia. Przedstawiono też sterowanie pracą falownika na sieć energetyczną. Miało ono zapewnić symetryczny, zadawany prąd podstawowej harmonicznej, wpływający do sieci oraz, w miarę możliwości układu, przeciwdziałanie wyższym harmonicznym, istniejącym ewentualnie w napięciu sieci. Rozdział 7 jest poświęcony metodom obliczania indukcyjności magnesującej, składowej zerowej i rozproszenia autotransformatora 15 uzwojeniowego, 3 kolumnowego, przeznaczonego do zasilania prostownika 18-pulsowego. Przedstawiono metody oparte na zasilaniu uzwojeń prądem stałym i obliczaniu pola magnetycznego metodami FEM 2D i 3D. Druga metoda polega na zasilaniu uzwojeń monoharmonicznymi napięciami i obliczeniom pola metodami FEM 3D. Pozwala ona na wykrycie zależności indukcyjności od pulsacji i na zbudowanie zastępczego schematu autotransformatora do obliczeń obwodowych. Macierz indukcyjności autotransformatora w rozłożeniu na wartości i wektory własne (tzw. mody) umożliwia zrozumieć istotę zależności magnetycznych zachodzących w strukturze: uzwojenia - żelazo rdzenia - powietrze otaczające uzwojenia i ewentualnie kadź. Przedstawiono wpływ mód autotransformatora na przebiegi czasowe w prostowniku 18-pulsowym, który jest z tego autotransformatora zasilany. Badano współczynnik THD prądu pobieranego z sieci oraz sztywność charakterystyki zewnętrznej tego prostownika.
Wszystkie układy przedstawione w monografii opierają swoje działanie na indukcyjnościach dławików, transformatorów czy autotransformatorów. Monografia przeznaczona jest dla doktorantów i absolwentów, specjalizujących się w zastosowaniach energoelektroniki, jak też dla wszystkich osób pragnących pogłębić swoje wiadomości z teorii układów pulsowych oraz ich projektowania.