ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ
The features of the implementation procedure of undistorted change of the electrical voltage depending on the priority function of the converter based on the transformer-switches executive structure (TSES) – regulation or stabilization or their connection are investigated. The duality and essential...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1084 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203723637063680 |
|---|---|
| author | Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. |
| author_facet | Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "К.О. Липківський",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "А.Г. Можаровський",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
}
] |
| author_sort | Липківський, К.О. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-08T17:30:56Z |
| description | The features of the implementation procedure of undistorted change of the electrical voltage depending on the priority function of the converter based on the transformer-switches executive structure (TSES) – regulation or stabilization or their connection are investigated. The duality and essential invertibility of appropriate voltage converters, which are not complete and require an estimation of the feasibility of using specific circuit solutions of TSES for concrete varieties of the voltage conversion, are define. References 5, figures 3. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:18:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 101
УДК 621.314.214
ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ
ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ
К.О.Липківський, докт.техн.наук, А.Г.Можаровський, канд.техн.наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна.
e-mail: lypkivskyk@ukr.net
Прослідковано особливості реалізації процедури неспотворюючої зміни величини напруги електричного струму
в залежності від пріоритетної функції перетворювача на основі трансформаторно-ключової виконавчої
структури (ТКВС) – регулювання чи стабілізація або їхнє поєднання. Визначена дуальність і принципова обер-
неність відповідних перетворювачів напруги, яка не є повною і потребує оцінювання доцільності використання
певних схемотехнічних рішень ТКВС для конкретних різновидів перетворення напруги. Бібл. 5, рис. 3.
Ключові слова: регулювання, стабілізація, дуальність перетворень, оберненість перетворювачів напруги.
У множині функціональних перетворень електричного сигналу окреме чільне місце займає цілеспрямо-
вана зміна величини напруги електричного струму. Різновидами цього виокремленого виду перетворення є: не-
обхідне для споживача регулювання рівня живлячої напруги; стабілізація вихідної напруги на певному рівні
при дії будь-яких дестабілізуючих факторів (якщо цей рівень нормований стандартами, то логічно оперувати
терміном "нормалізація напруги") і, нарешті, – поєднання обох операцій в одному пристрої. Всі вказані функції
ефективно (з позиції електромагнітної сумісності власне перетворювача зі споживачем та мережею живлення)
можна реалізувати за допомогою перетворювачів на основі трансформаторно-ключових виконавчих структур –
ТКВС [1, 2] з дискретно-разовим принципом управління [5], які у стаціонарних режимах апріорі не вносять ні-
яких спотворень у вихідну напругу та струм споживання.
Найбільш простий та зручний для розгляду варіант ТКВС складається з секціонованого автотрансфор-
матора (АТ) та комутатора з ключовими елементами (КЕ), який можна розмістити як на первинному (К1), так і
на вторинному (К2) боці АТ (рис. 1). (Зауважимо, що основні зроблені при цьому висновки є справедливими й
для більш складних варіантів ТКВС, зокрема з декомпозицією КЕ, з винесенням їх з кіл силового струму, з ін-
шими типами трансформуючого елемента тощо).
Основні різновиди перетворення напруги – регулювання та стабілізація – є дуальними, що прослідко-
вується на всіх етапах їхнього дослідження – при формуванні завдання та визначенні методів управління, вибо-
рі схемотехнічного рішення та розрахунку параметрів елементів ТКВС.
Виходячи з того, що регулювальні секції доцільно розміщувати у тому колі, де відбувається основна
зміна напруги [2], для стабілізації обирається ТКВС з комутатором К1. При цьому для випадку можливої зміни
вхідної напруги від *
1minU = 1min нU U =0,6 до *
1maxU = 1max нU U =1,2 при 9 ключах у К1 вихідна напруга буде під-
тримуватися з відносною похибкою δ =±3,85%, а встановлена (розрахункова) відносна потужність знаходитися
на рівні 0,481. (Якщо для стабілізації обрати схему з комутатором К2, цей показник зросте до 0,775, тобто май-
же на 60%). При регулюванні вихідної напруги у тому ж діапазоні (0,6−1,2) за тієї ж кількості ключів, але у ко-
мутаторі К2, встановлена потужність АТ буде на рівні 0,224. (Якщо обрати варіант з К1, то вона зросте до 0,306
– на 36%).
Співвідношення встановлених потужностей АТ і "внесок" до них
окремих секцій наочно ілюструють запропоновані у [2] вольтамперні діаграми
(ВАД) – контурні фігури, що складаються з прямокутників, вертикальні роз-
міри яких пропорційні максимальним напругам на відповідних секціях обвит-
ки АТ, а горизонтальні – максимальним значенням струмів у них.
Таким чином, одна й та сама ТКВС може в залежності від розташу-
вання комутатора (або, що те ж саме, місць підключення мережі та спожива-
ча) реалізувати як регулювання, так і стабілізацію, що свідчить про принци-
пову оберненість цієї структури. Проте ця оберненість практично не є повною
– при використанні ТКВС стабілізатора для регулювання обвитки АТ будуть
недозавантажені по струму, тобто АТ буде мати зайву непотрібну масу; у
протилежному випадку стабілізатор потрібно бути використовувати для жив-
лення споживачів меншої потужності.
У разі необхідності здійснення стабілізації напруги на декількох рів-
нях або, що теж саме, регулювання рівня напруги, що стабілізується, виникає
© Липківський К.О., Можаровський А.Г., 2014
Рис. 1
102 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
потреба у поєднанні обох дуальних видів перетворення. У цьому випадку доцільно оперувати поняттям "поле
перетворення напруги" – прямокутною зоною на графіку залежності 2U = ( )1,f U j , що обмежена по горизонта-
лі заданими мінімальним та максимальним значеннями вхідної напруги, нормованими по номінальній її вели-
чині (відповідно, μ = 1min нU U та ρ = 1max нU U ), а по вертикалі – бажаними відносними значеннями мінімальної
та максимальної вихідної напруги ( M = 2 min нU U та R = 1max нU U ).
Логічне, здавалося б, розподілення функцій перетворювача, показаного на рис. 1, (комутатор К1 забез-
печує стабілізацію напруги, а комутатор К2 – регулювання її рівня), не є оптимальним. Дійсно, якщо взяти, на-
приклад, простіші комутатори з трьох КЕ ( у К1 – V1, V2, V3, а у К2 – V4, V5, V6), то поле перетворення мати-
ме вигляд, зображений на рис. 2. Тут стабілізація на номінальному рівні 22U , який задається ключем V5,
реалізується послідовною комутацією ключів V1, V2, V3. При замкненому ключі V4 маємо стабілізацію на ви-
щому рівні 21U = 21U 1γ , а при V6 – на нижчому рівні 23U = 22 1U γ ( 1γ = 2 max 2 mini iU U ). Як видно, перший, най-
більший коефіцієнт передачі 1K = maxK = 1R γμ забезпечується ключами V1, V4, коефіцієнт 2K = 1 1K γ – ключа-
ми V1, V5 або V2, V4, коефіцієнт 3K = 2 1K γ – ключами V1, V6 або V2, V5,
або V3, V4, 4K = 3 1K γ – ключами V2, V6, або V3, V5, а найменший коефіці-
єнт 5K = 4 1K γ – ключами V3, V6. Тобто, багатоваріантність реалізації кожно-
го коефіцієнта передачі призводить до недовикористання можливостей даної
виконавчої структури, бо з дев'яти можливих станів ( J =9=3×3) нетотожними
є тільки п'ять. При цьому похибка стабілізації напруги при такій кількості КЕ
буде на кожному рівні надто високою. Так, при 1minU =178 В (80%) та
1maxU =264 В (120%) маємо 1γ = 3 ρ μ =1,1447, звідки 1δ = ( ) ( )1 11 1γ − γ + =
=±0,0675 (±6,75%).
У [3] було досліджено інший, більш досконалий варіант реалізації
цього комбінованого виду перетворення напруги, що не має таких обмежень.
У ньому кожний з КЕ бере участь як у стабілізації, так і у регулюванні рівня напру-
ги, а кожний коефіцієнт передачі реалізується тільки однією парою КЕ (рис. 3):
1K = maxK (V1, V4), 2K = 1 2K γ (V1, V5), 3K = 2 2K γ (V1, V6), 4K = 3 2K γ (V2, V4), 5K = 4 2K γ (V2, V5),
6K = 5 2K γ (V2, V6), 7K = 6 2K γ (V1, V4), 8K = 7 2K γ (V1, V6), 9K = 8 2K γ (V2, V5). Завдяки цьому
2γ = 5 ρ μ = =1,0844, звідки 2δ =±4,049%. Таким чином, простою зміною алгоритму роботи тієї ж кількості
ключових елементів комутаторів К1 та К2 (при відповідній зміні виткових співвідношень секцій обвитки ТЕ)
отримана в 1,66 разу менша похибка стабілізації. До того ж, це рішення має й ту перевагу, що крім 5 (замість 3)
"стандартних" рівнів вихідної напруги (тобто тих, що межують один з одним) є
можливість стабілізувати напругу з тією ж похибкою на будь-якому іншому рів-
ні, який можна виставляти (змінювати) плавно попри власне дискретний прин-
цип регулювання.
Завершуючи короткий аналіз функціональних можливостей перетворю-
вачів з ТКВС, зауважимо, що на основі розглянутих регуляторів можуть бути
реалізовані стабілізатори змінного струму, в яких його величина підтримується з
тією ж відносною похибкою ± δ при зміні опору навантаження за рахунок того,
що кожного разу при збільшенні вихідного опору в γ разів система зворотнього
зв’язку (за струмом) буде збільшувати в γ раз вихідну напругу. Проте, цей ста-
білізатор не є джерелом струму, таким, наприклад, як індуктивно-ємнісний пере-
творювач [4]: у кожний момент – це джерело напруги, величина якої змінюється
згідно з законом геометричної прогресії.
Висновки. Виокремлення та дослідження процедури цілеспрямованої зміни напруги електричного
струму дозволили створити теоретичне підґрунтя для реалізації широкого кола високоефективних перетворю-
вачів напруги різного функціонального призначення і ступеня складності.
1. Григораш О.В., Усков А.Е., Энговатова В.В., Военцов Д.В., Чесовский А.С. Автоматизированные уст-
ройства стабилизации напряжения переменного тока // Промышленная энергетика. – 2008. – №5. – С. 17–20.
2. Липківський К.О. Дуальність побудови трансформаторно-ключових виконавчих структур дискретних
стабілізаторів та регуляторів напруги змінного струму // Техн. електродинаміка. – 2010. – №6. – С. 16–23.
3. Липківський К.О. Особливості регулювання рівня напруги, що стабілізується, за допомогою перетво-
рювача з трансформаторно-ключовою виконавчою структурою // Техн. електродинаміка. – 2012. – №1. – С. 23–26.
Рис. 2
K1 K2
K3
K4
K5
μ ρ
R
M
δ1
U21
U22
U23
V
4
V
5
V
4
V1 V2 V3
Рис. 3
R
M
U11
U12
U13
K1 K2 K3 K4 K5
K6
K7
K8
K9
U14
U15
μ ρ
δ2
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 103
4. Милях А.Н., Волков И.В. Системы неизменного тока на основе индуктивно-емкостных преобразова-
телей. – Киев: Наукова думка. – 1974. – 216 с.
5. Bimal K.Bose. Power Electronics – Why the Field is so Exciting // IEEE Power Electronics Society Newslet-
ter / Fourth Quarter. – 2007. – Vol. 19. – Рp. 11–20.
УДК 621.314.214
ЕДИНСТВО И ОТЛИЧИЯ РАЗНОВИДНОСТЕЙ НЕИСКАЖАЮЩЕГО ПРОЦЕССА
ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
К.А.Липковский, докт.техн.наук, А.Г.Можаровский, канд.техн.наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина.
e-mail: lypkivskyk@ukr.net
Прослежены особенности реализации процедуры неискажающего изменения величины напряжения электриче-
ского тока в зависимости от приоритетной функции преобразователя на основе трансформаторно-ключевой
исполнительной структуры (ТКИС) – регулирования или стабилизации или их соединения. Определена дуаль-
ность и принципиальная обратимость соответствующих преобразователей напряжения, которая не являет-
ся полной и требует оценки целесообразности использования определенных схемотехнических решений ТКИС
для конкретных разновидностей преобразования напряжения. Библ. 5, рис. 3.
Ключевые слова: регулирование, стабилизация, дуальность преобразования, обратимость преобразователей
напряжения.
CONSISTENCY AND VARIETIES OF THE DIFFERENCES OF UNDISTORTED PROCESS OF THE TASK-
ORIENTED CHANGE OF THE ELECTRIC VOLTAGE
K.O.Lypkivskyi, A.G.Mozharovskyi
Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine.
e-mail: lypkivskyk@ukr.net
The features of the implementation procedure of undistorted change of the electrical voltage depending on the priority
function of the converter based on the transformer-switches executive structure (TSES) – regulation or stabilization or
their connection are investigated. The duality and essential invertibility of appropriate voltage converters, which are
not complete and require an estimation of the feasibility of using specific circuit solutions of TSES for concrete varieties
of the voltage conversion, are define. References 5, figures 3.
Key words: regulation, stabilization, duality conversion, reversibility voltage converters.
1. Grigorash O.V., Uskov A.E., Engovatova V.V., Voentsov D.V., Chesovskіi А.S. Automated devices stabilize
the alternating current voltage // Promyshlennaia energetika. – 2008. – № 5. – Pp. 17–20. (Rus)
2. Lypkivskyi K.O. Duality of Transformer-and-Switches Executive Structures of Alternating Current Voltage
Stabilizers and Regulators // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2010. – № 6. – Pp. 16–23. (Ukr)
3. Lypkivskyi K.O. Features level control voltage is stabilized by means of the converter transformer-and-
switches executive structures // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2012. – №.1. – Pp. 23–26. (Ukr)
4. Miliakh А.N., Volkov I.V. Systems based on a constant current of capacitive transducers inductively. − Kiev:
Naukova Dumka, 1974. – 216 p. (Rus)
5. Bimal K.Bose. Power Electronics – Why the Field is so Exciting // IEEE Power Electronics Society Newslet-
ter / Fourth Quarter. – 2007. – Vol. 19. – Pp. 11–20.
Надійшла 22.02.2014
|
| id | techned_org_ua-article-1084 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:18:33Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/18/d0d88c6e7cd3d67ddc68ffe2c85d5918.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-10842023-01-08T17:30:56Z CONSISTENCY AND VARIETIES OF THE DIFFERENCES OF UNDISTORTED PROCESS OF THE TASKORIENTED CHANGE OF THE ELECTRIC VOLTAGE ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. regulation stabilization duality conversion reversibility voltage converters регулювання стабілізація дуальність перетворень оберненість перетворювачів напруги The features of the implementation procedure of undistorted change of the electrical voltage depending on the priority function of the converter based on the transformer-switches executive structure (TSES) – regulation or stabilization or their connection are investigated. The duality and essential invertibility of appropriate voltage converters, which are not complete and require an estimation of the feasibility of using specific circuit solutions of TSES for concrete varieties of the voltage conversion, are define. References 5, figures 3. Прослідковано особливості реалізації процедури неспотворюючої зміни величини напруги електричного струму в залежності від пріоритетної функції перетворювача на основі трансформаторно-ключової виконавчої структури (ТКВС) – регулювання чи стабілізація або їхнє поєднання. Визначена дуальність і принципова оберненість відповідних перетворювачів напруги, яка не є повною і потребує оцінювання доцільності використання певних схемотехнічних рішень ТКВС для конкретних різновидів перетворення напруги. Бібл. 5, рис. 3. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-08-11 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1084 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 101 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 101 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1084/960 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | регулювання стабілізація дуальність перетворень оберненість перетворювачів напруги Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ |
| title | ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ |
| title_alt | CONSISTENCY AND VARIETIES OF THE DIFFERENCES OF UNDISTORTED PROCESS OF THE TASKORIENTED CHANGE OF THE ELECTRIC VOLTAGE |
| title_full | ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ |
| title_fullStr | ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ |
| title_full_unstemmed | ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ |
| title_short | ЄДНІСТЬ ТА ВІДМІННОСТІ РІЗНОВИДІВ НЕСПОТВОРЮЮЧОГО ПРОЦЕСУ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОЇ ЗМІНИ ВЕЛИЧИНИ НАПРУГИ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ |
| title_sort | єдність та відмінності різновидів неспотворюючого процесу цілеспрямованої зміни величини напруги електричного струму |
| topic | регулювання стабілізація дуальність перетворень оберненість перетворювачів напруги |
| topic_facet | regulation stabilization duality conversion reversibility voltage converters регулювання стабілізація дуальність перетворень оберненість перетворювачів напруги |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1084 |
| work_keys_str_mv | AT lipkívsʹkijko consistencyandvarietiesofthedifferencesofundistortedprocessofthetaskorientedchangeoftheelectricvoltage AT možarovsʹkijag consistencyandvarietiesofthedifferencesofundistortedprocessofthetaskorientedchangeoftheelectricvoltage AT lipkívsʹkijko êdnístʹtavídmínnostíríznovidívnespotvorûûčogoprocesucílesprâmovanoízmíniveličininaprugielektričnogostrumu AT možarovsʹkijag êdnístʹtavídmínnostíríznovidívnespotvorûûčogoprocesucílesprâmovanoízmíniveličininaprugielektričnogostrumu |