The Mathematical Model of a Self-Excited Inverter Constructed on the Basis of a Transformer with Rotating Magnetic Field
Abstract
Ways for solving the widely known electromagnetic compatibility problem, an issue that isespecially important for self-contained electric power systems, aresuggested. The use of a new class of semiconductor converters made on the basis of a transformer with rotating magnetic field (RMFT) is one of such ways, which in the authors’ opinion is the most promising one. The article describe sthe mathematical model of a self-excited inverter (SEI) with an RMFT developedin the MATLAB Simulink software environment, which operates, as part of an electrical system, on resistive, resistive-inductive load, and also on a squirrel-cage induction motor. The designations of the model’s main components are explained. The equations laidin the basis of the RMFT (the device serving as the SEI power core) mathematical modelare presented. The phase voltage waveforms and their spectra for the 12 kVA SEI operating on different loads of commensurable capacity are shown. The apparent, active and reactive power values, and the output voltage harmonic distortion factor are calculated for eachcase. The advantages of the proposed model of an SEI with RMFT are pointed out, and the assumptions adopted in its development are substantiated.
References
Дмитриев Б.Ф., Рябенький В.М., Черевко А.И., Музыка М.М. Судовые полупроводниковые преобразователи: Учебник по курсу «Полупроводниковые преобразователи», 2-е изд., перераб. и доп. — Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет (САФУ), 2015, 556 с.
Анисимов Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. Л.: Судостроение, 1990.
Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника. М.: Изд. дом МЭИ, 2007, 632 с.
Яценко А.С. Комбинированные силовые резонансные фильтры. — Изв. вузов. Энергетика, 1985, № 9, с. 22—27.
Иванов В.А., Иванова Н.А., Шукалов В.Ф. Многофазные выпрямители на базе трансформаторов с вращающимся магнитным полем. Электромашинные элементы автоматики: Межвузовский сб./Под ред. В.В. Хрущева. Ленинградский электротехнический институт, 1980, 128 с.
А. с. 524234 (СССР). Статический регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем/ В.Ф. Шукалов, Н.А. Иванова. - БИ, 1976, № 29.
Воршевский А.А., Гальперин В.Е. Электромагнитная совместимость судовых технических средств. Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, 2006, 317 с.
Зиновьев Г.С. Итоги решения некоторых проблем электромагнитной совместимости вентильных преобразователей. - Электротехника, 2000, № 11, с. 12-16.
ГОСТ 2.103-2013 (Взамен ГОСТ 2.103-68), введен 2015-07-01. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Москва: Стандартинформ, 2015.
Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем. MatLab 6.0. Санкт-Петербург: Корона принт, 2001, 320 с.
Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений/Под общ. ред. В.Г. Потемкина. М.: Диалог-МИФИ, 2003, 496 с.
Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 6.x.: программирование численных методов. СПб.: БХВ-Петербург, 2004, 672 с.
Черевко А.И., Кузьмин И.Ю., Музыка М.М., Платоненков С.В., Сакович И.А. Зависимость качества выходного напряжения автономного инвертора с трансформатором с вращающимся магнитным полем от способов формирования напряжения и числа секций его круговой обмотки. — Изв. вузов. Электромеханика, 2012, № 3, с. 13—18.
Кузьмин И.Ю., Черевко А.И., Лимонникова Е.В. Влияние конструктивных особенностей трансформатора с вращающимся магнитным полем на качество выходного напряжения автономного инвертора. — Электротехника, 2015, № 8, с. 11—16.
Кузьмин И.Ю., Черевко А.И., Лимонникова Е.В. Особенности проектирования трансформаторов с вращающимся магнитным полем для полупроводниковых преобразователей. — Электричество, 2016, № 2, с. 39—44.
Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчёт индуктивностей, 2-е изд. Ленинград: Энергия, 1970, 415 с.
Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока. Санкт-Петербург: Питер, 2008, 350 с.
Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии: Учебное пос. для вузов/Под ред. А.И. Бертинова. М.: Энергоиздат, 1982, 552 с.
Российский морской регистр судоходства — Правила классификации и постройки морских судов. Санкт-Петербург, 2014, т. 2.
ГОСТ 32144-2013 (Взамен ГОСТ Р 54149-2010), введен 2014-07-01. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014, 19 с.
#
Dmitriyev B.F., Ryaben’kii V.M., Cherevko A.I., Muzyka M.M. Sudovye poluprovodnikovye preobrazovateli, 2-ye izd. (Power semiconductor converters, 2d edit). Arkhangelsk, North (Arctic) Federal University, 2015, 556 p.
Anisimov Ya.F., Vasil’yev Ye.P. Elektromagnitnaya sovmestimost’ poluprovodnikovykh preobrazovatelei i sudovykh elektroustanovok (Electromagnetic Compatibility of Semiconductor Converters and Ship Electrical Installations). Leningrad, Sudostroeniye, 1990.
Rozanov Yu.K., Ryabchitskiy M.V., Kvasnyuk A.A. Silovaya elektronika (Power Electronics). Moscow, Publ. House of Moscow Power Engineering Institute, 2007, 632 p.
Yatsenko A.S. Izv. vuzov. Energetika — in Russ. (News of Institutions of higher hearning. Power Engineering), 1985, No. 9, pp. 22-27.
Ivanov V.A., Ivanova N.A., Shukalov V.F. Mnogofaznye vypryamiteli na baze transformatorov s vrashchayushchimsya magnitnym polem. Elektromashinnye elementy (Multiphase Rectifiers on the Basis of Transformers with Rotating Magnetic Field. Electrical machine-based automatic control devices): Scientifical Proccedings. Leningrad Electrotechnical Institute, 1980, 128 p.
A.s. 524234 (SSSR). Staticheskii reguliruyemyi transformator s vrashchayushchimsya magnitnym polem (USSR Inventor’s Certificate: A Static Controlled Transformer with Rotating Magnetic Field)/V.F. Shukalov, N.A. Ivanova. Bulletin of inventions, 1976, No. 29.
Vorshevskiy A.A., Gal’perin V.Ye. Elektromagnitnaya sovmestimost’ sudovykh tekhnicheskikh sredstv (Electromagnetic Compatibility of Ship Equipment Items). St. Petersburg State Sea Technical University, 2006, 317 p.
Zinov’yev G.S. Elektrotekhnika — in Russ. (Electrical Engineering), 2000, No. 11, pp. 12-16.
GOST 2.103-2013 (Supersedes GOST 2.103-68). Edinaya sistema konstruktorskoi dokumentatsii (Unified System of Design Documentation (USDD)). Moscow, Standartinform, 2015.
German-Galkin S.G. Komp’yuternoye modelirovaniye poluprovodnikovykh sistem (Computer Modeling of Semiconductor Systems). MatLab 6.0. St. Petersburg, Korona print, 2001, 320 p.
Chernykh I.V. SIMULINK: sreda sozdaniya inzhenernykh prilozhenii (SIMULINK: An Environment for Developing Engineering Applications)/Edit. by V.G. Potemkin. Moscow, Dialog-MIFI, 2003, 496 p.
Ketkov Yu.L., Ketkov A.Yu., Shul’ts M.M. MATLAB 6.x.: programmirovaniye chislennykh metodov (Programming numerical methods). St. Petersburg, BKHV-Petersburg, 2004, 672 p.
Cherevko A.I., Kuz’minI.Yu., Muzyka M.M., Platonenkov S.V., Sakovich I.A. Izv. vuzov. Elektromekhanika — in Russ. (News of higher educational institutions. Electromechanics), 2012, No. 3, pp. 13-18.
Kuz’min I.Yu., Cherevko A.I., Limonnikova Ye.V. Elektrotekhnika — in Russ. (Electrical Engineering), 2015, No. 8, pp. 11-16..
Kuz’min I.Yu., Cherevko A.I., Limonnikova Ye.V. Elektrichestvo — in Russ. (Electricity), 2016, No. 2, pp. 39-44.
Kalantarov P.L., Tseitlin L.A. Raschet induktivnostei, 2-ye izd. (Calculation of inductances, 2-d edit.). Leningrad, Energiya, 1970, 415 p.
Vol’dek A.I., Popov V.V. Elektricheskiye mashiny. Mashiny peremennogo toka (Electrical machines. AC machines). St. Petersburg, 2008, 350 p.
Bertinov A.I., But D.A., Mizyurin S.R., Aliyevskiy B.L. Spetsial’nye elektricheskiye mashiny. Istochnik i preobrazovateli energii (Special-Purpose Electrical Machines. Power Sources and Converters): Train aid for institutions of higher learning/Edit. by A.I. Bertinov. Moscow, Energiya, 1982, 552 p.
Rossiiskii morskoi registr sudokhodstva. Pravila klassifikatsii i postroiki morskikh sudov, t. 2 (Russian Maritime Registry of Shipping. Sea Vessels Classification and Design Regulations). St. Petersburg, 2014.
GOST 32144-2013 (Supersedes GOST R 54149-2010). Elektricheskaya energiya. Sovmestimost’ tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elektricheskoi energii v sistemakh elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya (Electric Energy. Electromagnetic Compatibility of Technical Equipment. Power Quality Limits in the Public Power Supply Systems).
