An Analytical Description of Controlled Rectifiers Made Using a Transformer with Rotating Magnetic Field and Containing Two Circular Windings
Abstract
The electromagnetic processes in controlled rectifiers constructed using a transformer with a rotating magnetic field are described in application to parametric mathematical modeling problems. The need of taking into account all mutually inductive links in a transformer with a rotating magnetic field and structurally containing a primary three-phase winding and two secondary circular windings, which arises in describing the electromagnetic processes in controlled rectifiers, is pointed out, and a new approach to solving this problem by applying the matrix of rotational coefficients is proposed. The article substantiates the possibility of decreasing the number of differential equations describing electromagnetic processes to a fixed value whatever the number of sections in the transformer’s circular windings and whatever the control methods used, including those differing from thе classical ones. The importance of doing so is stemming from the fact that with increasing the number of sections in even a single circular winding, the description of electromagnetic processes in a controlled rectifier based on a transformer with a rotating magnetic field becomes much more complicated. In a transformer the design of which involves the use of two circular windings, the number of mutual inductive links will be much larger, due to which additional difficulties will arise in modeling such rectifiers. In addition, with a larger number of sections contained in the circular windings, a greater variety of options for algorithmic control of the rectifier power switches becomes available. Expressions describing the electromagnetic processes in controlled rectifiers made using a transformer with a rotating magnetic field and containing a three-phase and two secondary circular windings connected in series to the load are presented. A new approach to parametric mathematical modeling of controlled rectifiers made using a transformer with a rotating magnetic field and containing any number of sections in the secondary circular windings is proposed, which is based on the winding symmetry properties. A matrix of rotational coefficients is proposed to be used for calculating the mutual inductances inside the sections of circular half-windings and between them. Expressions simplifying the description of electromagnetic processes and constituting the essence of the new method for mathematically describing such rectifiers are presented, and a distinction is drawn between the proposed method and the existing methods for constructing the rectifier models implemented in the Matlab Simulink and Microcap software environments. Conclusions about the prospects of applying thedeveloped approach to mathematical modeling in studying other types of energy converters built on the basis of a transformer with a rotating magnetic field, as well as various control methods using the wide possibilities of the Matlab software package, have been drawn.
References
2. Черевко А.И. Полупроводниковые преобразователи автономных электроустановок с трансформаторами вращающегося магнитного поля, обладающие высоким качеством выходного напряжения. Архангельск: Изд-во Архангельского гос. ун-та, 2005.
3. Пат. 2534218 РФ. Многофазный трансформатор / А.А. Сеньков, А.П. Сеньков, А.Н. Калмыков //Бюл. изобрет. 2014. № 33.
4. Григораш О.В., Отмахов Г.С. Выпрямители на трансформаторах с вращающимся магнитным полем //Научный журнал КубГАУ. 2014. № 98. С. 560—570.
5. Музыка М.М. Совершенствование полупроводниковых преобразователей с трансформаторами с вращающимися магнитными полями в судовых электротехнических системах: дисс. … канд. техн. наук. Северодвинск, 2008. С. 93—107.
6. Черевко А.И., Базанов В.А., Музыка М.М. Системы управления полупроводниковыми преобразователями, выполненными на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями. Северодвинск: Севмашвтуз, 2005.
7. Музыка М.М. и др. Алгоритмы работы силовых ключей в составе коммутаторов управляемых выпрямителей с трансформаторами с вращающимися магнитными полями // Инновационное развитие северных территорий России: образование, наука, производство: Сб. докл. на науч.-практ. конф. Северодвинск, 2010. С. 106—113.
8. Платоненков С.В. Ступенчато-хордовый алгоритм управления выпрямителем, построенным на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем //Взгляд в будущее – 2015: Материалы XIII молодежной науч.-техн. конф. СПб.: ОАО ЦКБ МТ Рубин, 2015. С. 453—459.
9. Сакович И.А., Черевко А.И., Платоненков С.В. Качество выходного напряжения управляемого выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем // Электричество. 2016. № 1. С. 43—49.
10. Пат. 2586322 РФ. Способ регулирования выходного напряжения управляемого выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем с четным числом секций круговой обмотки /И.А. Сакович и др. // Бюл. изобрет. 2016. № 18.
11. Лимонникова Е.В. Математическое и физическое моделирование полупроводниковых выпрямите- лей на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем в судовых электротехнических комплексах: дисс... канд. техн. наук. Северодвинск, 2007.
12. Сингаевский Н.А., Суртаев Н.А. Математическая модель ТВП в системе MATLAB // Технические и технологические системы: Материалы междунар. науч. конф. Краснодар: КубГАУ, 2009. С. 103—107.
13. Сакович И.А., Черевко А.И., Лимонникова Е.В. Математическое моделирование управляемых выпрямителей, построенных на базе трансформаторов с вращающимся магнитным полем // Вестник гос. ун-та морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарва. 2016. № 3 (37). С. 192—200.И.А. Сакович и др. // Бюл. изобрет. 2016. № 18.
---
Для цитирования: Сакович И.А., Черевко А.И., Кузьмин И.Ю. Аналитическое описание управляемых выпрямителей на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем с двумя круговыми обмотками // Вестник МЭИ. 2017. № 5. С. 71—77. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-71-77.
#
1. Pat. 2525298 RF. Transformator s Trekhfaznoy i Krugovoy Obmotkami. I.Yu. Kuz'min i dr. Byul. Izobret. 2014;22. (in Russian).
2. Cherevko A.I. Poluprovodnikovye Preobrazovateli Avtonomnyh Elektroustanovok s Transformatorami Vrashchayushchegosya Magnitnogo Polya, Obladayu- shchie Vysokim Kachestvom Vyhodnogo Napryazheniya. Arhangel'sk: Izd-vo Arhangel'skogo Gos. Un-ta, 2005. (in Russian).
3. Pat. 2534218 RF. Mnogofaznyy Transformator. A.A. Sen'kov, A.P. Sen'kov, A.N. Kalmykov. Byul. Izobret. 2014;33. (in Russian).
4. Grigorash O.V., Otmahov G.S. Vypryamiteli na Transformatorah s Vrashchayushchimsya Magnitnym Polem. Nauchnyy Zhurnal KubGAU. 2014;98:560—570. (in Russian).
5. Muzyka M.M. Sovershenstvovanie Poluprovodni- kovyh Preobrazovateley s Transformatorami s Vrashchay- ushchimisya Magnitnymi Polyami v Sudovyh Elektrotekh- nicheskih Sistemah: Diss. … Kand. Tekhn. Nauk. Severo- dvinsk, 2008:93—107. (in Russian).
6. Cherevko A.I., Bazanov V.A., Muzyka M.M. Sistemy Upravleniya Poluprovodnikovymi Preobrazovatelyami, Vypolnennymi na Baze Transformatorov s Vrashchayu- shchimisya Magnitnymi Polyami. Severodvinsk, Sevmashvtuz, 2005. (in Russian).
7. Muzyka M.M. i dr. Algoritmy Raboty Silovyh Klyuchey v Sostave Kommutatorov Upravlyaemyh Vypryamiteley s Transformatoramis Vrashchayushchimisya Magnitnymi Polyami. Innovatsionnoe Razvitie Severnyh Territoriy Rossii: Obrazovanie, Nauka, Proizvodstvo: Sb. Dokl. na Nauch.-prakt. Konf. Severodvinsk, 2010:106—113. (in Russian).
8. Platonenkov S.V. Stupenchato-hordovyy Algoritm Upravleniya Vypryamitelem, Postroennym na Baze Transformatora s Vrashchayushchimsya Magnitnym Polem. Vzglyad v Budushchee – 2015: Materialy XIII Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: OAO TSKB MT Rubin, 2015:453—459. (in Russian).
9. Sakovich I.A., CHerevko A.I., Platonenkov S.V. Kachestvo Vyhodnogo Napryazheniya Upravlyaemogo Vypryamitelya na Baze Transformatora s Vrashchayushchimsya Magnitnym Polem. Elektrichestvo. 2016;1:43—49. (in Russian).
10. Pat. 2586322 RF. Sposob Regulirovaniya Vyhodnogo Napryazheniya Upravlyaemogo Vypryamitelya na Baze Transformatora s Vrashchayushchimsya Magnitnym Polem s Chetnym Chislom Sektsiy Krugovoy Obmotki. I.A. Sakovich i dr. Byul. Izobret. 2016;18. (in Russian).
11. Limonnikova E.V. Matematicheskoe i Fizicheskoe Modelirovanie Poluprovodnikovyh Vypryamiteley na Baze Transformatora s Vrashchayushchimsya Magnitnym Polem v Sudovyh Elektrotekhnicheskih Kompleksah: Diss... Kand. Tekhn. Nauk. Severodvinsk, 2007. (in Russian).
12. Singaevskiy N.A., Surtaev N.A. Matematicheskaya model' TVP v Sisteme MATLAB. Tekhnicheskie i Tekhnologicheskie Sistemy: Materialy Mezhdunar. Nauch. Konf. Krasnodar: KubGAU, 2009:103—107. (in Russian).
13. Sakovich I.A., CHerevko A.I., Limonnikova E.V. Matematicheskoe Modelirovanie Upravlyaemyh Vypryamiteley, Postroennyh na Baze Transformatorov s Vrashchayushchimsya Magnitnym Polem. Vestnik Gos. Un-ta Morskogo i Rechnogo Flota im. Admirala S.O. Makarova. 2016;3 (37):192—200. (in Russian).
---
For citation: Sakovich I.A., Cherevko A.I., Kuz’min I.Yu. An Analytical Description of Controlled Rectifiers Made Using a Transformer with Rotating Magnetic Field and Containing Two Circular Windings. MPEI Vestnik. 2017; 5: 71—77. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-71-77.
