Розробка методу частотного регулювання вихідного струму в високовольтних безтрансформаторних резонансних зарядних пристроях ємнісних накопичувачів енергії

Автор(и)

  • Дмитро Валерійович Вінниченко Інститут електродинаміки НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8894-860X
  • Наталя Станіславівна Назарова Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5506-750X
  • Ірина Леонідівна Вінниченко Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0002-3768-1060

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.299031

Ключові слова:

частотне регулювання, високовольтні безтрансформаторні зарядні пристрої, ємнісні накопичувачі, резонансні інвертори

Анотація

Об’єктом дослідження є високовольтні системи електророзрядних установок різного технологічного призначення. Робота присвячена вирішенню проблеми забезпечення темпу зарядки ємнісного накопичувача енергії, заданого вимогами певної високовольтної технології.

Визначено кількісні характеристики відхилення вихідного струму резонансного інвертора від заданого стабілізованого значення при зміні частоти комутації ключів інвертора при діапазоні зміни вихідної напруги від 0 до 20 кВ. За допомогою Фур’є-перетворення прямокутної вхідної напруги проаналізовано можливість частотного регулювання вихідного струму зарядного пристрою для ємнісних накопичувачів енергії. Отримано розрахункові залежності вихідного струму резонансного інвертора від опору навантаження та відхилення частоти від резонансної. Дані залежності можна застосовувати для реалізації частотного керування комутацією ключів інвертора, за допомогою якого отримують задане діюче значення вихідного струму резонансного інвертора.

Розроблено метод частотного регулювання вихідного струму в високовольтних безтрансформаторних резонансних зарядних пристроях ємнісних накопичувачів енергії. Особливістю цього  методу є те, що він базується на частотній залежності реактивних опорів послідовно з'єднаних індуктивності та ємності резонансного кола. Завдяки цьому він дозволяє здійснити регулювання частоти комутації силових ключів інвертора в залежності від відносного опору навантаження та заданого темпу зростання напруги ємнісного накопичувача енергії.

Представлені результати можуть бути використані при проектуванні стендів для випробування електричної міцності високовольтних кабелів, а також для створення високовольтних безтрансформаторних заряднихпристроїв в системах електророзрядної імпульсної обробки матеріалів

Біографії авторів

Дмитро Валерійович Вінниченко, Інститут електродинаміки НАН України

Кандидат технічних наук, доцент

Відділ електроживлення технологічних систем

Наталя Станіславівна Назарова, Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України

Кандидат технічних наук, доцент

Відділ імпульсних електротехнічних систем

Ірина Леонідівна Вінниченко, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютеризованих систем управління

Посилання

  1. Pravyla tekhnichnoi ekspluatatsiyi elektroustanovok spozhyvachiv (2018). Kharkiv: Industriya, 320.
  2. Vinnychenko, D., Nazarova, N., Vinnychenko, I. (2022). Transformerless High-Voltage Resonant Charging Systems for Capacitive Energy Storage Devices for Electro-Discharge Technologies. 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). https://doi.org/10.1109/elnano54667.2022.9927052
  3. Malyushevskaya, A., Koszelnik, P., Yushchishina, A., Mitryasova, O., Mats, A., Gruca-Rokosz, R. (2023). Eco-Friendly Principles on the Extraction of Humic Acids Intensification from Biosubstrates. Journal of Ecological Engineering, 24 (2), 317–327. https://doi.org/10.12911/22998993/156867
  4. Zhekul, V. G., Litvinov, V. V., Mel'her, Yu. I., Smirnov, A. P., Taftay, E. I., Hvoshchan, O. V., Shvets, I. S. (2017). Pogruzhnye elektrorazryadnye ustanovki dlya intensifikatsii dobychi poleznyh iskopaemyh. Naftohazova enerhetyka, 1 (27), 23–31. Available at: http://elar.nung.edu.ua/handle/123456789/5249
  5. Mativenga, P. T., Shuaib, N. A., Howarth, J., Pestalozzi, F., Woidasky, J. (2016). High voltage fragmentation and mechanical recycling of glass fibre thermoset composite. CIRP Annals, 65 (1), 45–48. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2016.04.107
  6. Malyushevskaya, A. P., Malyushevskii, P. P., Yushchishina, A. N. (2021). Extraction of Cellulose from Flax Fiber by Electric Discharge Cavitation. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 57 (2), 228–232. https://doi.org/10.3103/s1068375521020058
  7. Nazarova, N., Vinnychenko, D., Bohuslavskii, L. (2021). Search for the Ways of Implementation of the Hybrid Method for Obtaining Hardening Composite Coating with Onion-like Carbon and Metal Carbides during Electrical Conductors Explosion. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). https://doi.org/10.1109/ukrcon53503.2021.9575266
  8. Vovchenko, A. I., Boguslavskiy, L. Z., Miroshnichenko, L. N. (2010). Tendentsii razvitiya moshchnyh vysokovol'tnyh generatorov impul'snyh tokov v IIPT NAN Ukrainy. Tekhnichna elektrodynamika, 5, 69–74. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61909
  9. Suprunovska, N. I., Shcherba, A. A. (2017). Parametric synthesis of reservoir capacitor circuits in the thyristor generator of discharge pulses with the controllable voltage feedback. 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). https://doi.org/10.1109/ukrcon.2017.8100507
  10. Shcherba, A. A., Suprunovska, N. I., Shcherba, M. A., Roziskulov, S. S. (2021). Regulation of output dynamic characteristics of electric discharge installations with reservoir capacitors. Tekhnichna Elektrodynamika, 2021 (3), 3–9. https://doi.org/10.15407/techned2021.03.003
  11. Kozyrev, S. (2022). Control System for High-voltage Electrochemical Explosion. 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). https://doi.org/10.1109/khpiweek57572.2022.9916460
  12. Shcherba, А. А., Ivashchenko, D. S., Suprunovska, N. I. (2013). Development of difference equations method for analysis of transient processes in the circuits of electro-discharge systems at stochastic changing of load resistance. Tekhnichna elektrodynamika, 3, 3–11. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/62302/01-Scherba.pdf?sequence=1
  13. Ivashchenko, D. S., Shcherba, A. A., Suprunovska, N. I. (2016). Analyzing probabilistic properties of electrical characteristics in the circuits containing stochastic load. 2016 2nd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). https://doi.org/10.1109/ieps.2016.7521887
  14. Milyah, A. N., Volkov, I. V. (1974). Sistemy neizmennogo toka na osnove induktivno-emkostnyh preobrazovateley. Kyiv: Naukova Dumka, 216.
  15. Pentegov, I. V. (1982). Osnovy teorii zaryadnyh tsepey emkostnyh nakopiteley energii. Kyiv: Naukova dumka, 422.
  16. Tang, J. L., Shao, S. Q., Sun, T. T. (2017). NON-Microcomputer Ultra Capacitor Charging System. Proceedings of the 2017 2nd International Conference on Civil, Transportation and Environmental Engineering (ICCTE 2017). https://doi.org/10.2991/iccte-17.2017.106
  17. Volkov, I. V., Podolnyi, S. V. (2017). Controllable resonant type converter development for capacitor charging loads. Tekhnichna Elektrodynamika, 2017 (6), 11–17. https://doi.org/10.15407/techned2017.06.011
  18. Anh, P. T., Chen, M.-H. (2016). Design and optimization of high-efficiency resonant wireless power transfer system. 2016 International Conference on System Science and Engineering (ICSSE). https://doi.org/10.1109/icsse.2016.7551636
  19. Zhu, Q., Wang, L., Liao, C. (2014). Compensate Capacitor Optimization for Kilowatt-Level Magnetically Resonant Wireless Charging System. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 61 (12), 6758–6768. https://doi.org/10.1109/tie.2014.2321349
  20. Pavlov, G. V., Vinnychenko, I. L., Pokrovskiy, M. V. (2018). Adaptive control system of the frequency converter on the basis of resonant inverter with nonlinear control. Tekhnichna Elektrodynamika, 2018 (5), 39–43. https://doi.org/10.15407/techned2018.05.039
  21. Pavlov, G., Vinnichenko, I., Pokrovskiy, M. (2018). Estimation of Energy Efficiency of the Frequency Converter Based on the Resonant Inverter with Pulse-Density Control. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). https://doi.org/10.1109/ieps.2018.8559499
  22. Vinnychenko, D. V., Nazarova, N. S. (2019). Source of the stabilized discharge current in carbon-containing gases with frequency-parametric regulation. Tekhnichna Elektrodynamika, 2019 (1), 25–28. https://doi.org/10.15407/techned2019.01.025
  23. Shcherba, А. A., Suprunovska, N. I. (2016). Electric energy loss at energy exchange between capacitors as function of their initial voltages and capacitances ratio. Tekhnichna Elektrodynamika, 2016 (3), 9–11. https://doi.org/10.15407/techned2016.03.009
  24. Volkov, I. V., Zozulev, V. I., Khrysto, O. I. (2019). Increasing of the efficiency of power electronics devices by the control of charging time of the capacitors in their circuits. Tekhnichna Elektrodynamika, 2019 (2), 15–18. https://doi.org/10.15407/techned2019.02.015
  25. Suprunovska, N. I., Shcherba, A. A. (2015). Processes of energy redistribution between parallel connected capacitors. Tekhnichna elektrodynamika, 4, 3–11. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/xmlui/handle/123456789/134067
  26. Vinnychnko, D. V., Nazarova, N. S., Vinnychenko, I. L. (2023). Research of characteristics of high voltage transformerless resonant charger of capacitary storage device. Tekhnichna Elektrodynamika, 2023 (2), 21–27. https://doi.org/10.15407/techned2023.02.021
  27. Boguslavskii, L. Z., Rud’, A. D., Kir’yan, I. M., Nazarova, N. S., Vinnichenko, D. V. (2015). Properties of carbon nanomaterials produced from gaseous raw materials using high-frequency electrodischarge processing. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 51 (2), 105–110. https://doi.org/10.3103/s1068375515020027
  28. Rud, A. D., Kornienko, N. E., Polunkin, I. V., Boguslavskii, L. Z., Vinnichenko, D. V., Kirian, I. M. et al. (2023). Structure of carbon nanospheres modified with oxygen-containing groups and halogens. Applied Nanoscience, 13 (10), 6929–6937. https://doi.org/10.1007/s13204-023-02817-2
  29. Ochin, P., Gilchuk, A. V., Monastyrsky, G. E., Koval, Y., Shcherba, A. A., Zaharchenko, S. N. (2013). Martensitic Transformation in Spark Plasma Sintered Compacts of Ni-Mn-Ga Powders Prepared by Spark Erosion Method in Cryogenic Liquids. Materials Science Forum, 738-739, 451–455. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.738-739.451
  30. Vinnychenko, D., Nazarova, N. (2019). The High-Voltage Electrical Engineering Systems of Gaseous Hydrocarbons Electro-Discharge Processing Design Principles. 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). https://doi.org/10.1109/elnano.2019.8783220
Розробка методу частотного регулювання вихідного струму в високовольтних безтрансформаторних резонансних зарядних пристроях ємнісних накопичувачів енергії

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-28

Як цитувати

Вінниченко, Д. В., Назарова, Н. С., & Вінниченко, І. Л. (2024). Розробка методу частотного регулювання вихідного струму в високовольтних безтрансформаторних резонансних зарядних пристроях ємнісних накопичувачів енергії. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5 (127), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.299031

Номер

Том 1 № 5 (127) (2024): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Dmytro Vinnychenko, Natalia Nazarova, Iryna Vinnychenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.