Разработка и исследование энергосберегающих регуляторов переменного напряжения с технически полной электромагнитной совместимостью с сетью и с потребителем

Выполнен анализ, включающий обзор актуальных решений разрабатываемых регуляторов переменного напряжения, представлены новые топологии энергоэффективных преобразователей. Рассмотренные конверторы включают малое число полупроводниковых ключей и реактивных элементов: например, транзисторный регулятор переменного напряжения с двумя ключами может повышать выходное напряжение на 20% относительно входного, обеспечивая при этом высокое качество энергетических показателей. Также представлены модификации такого регулятора, а анализ математических моделей произведен при помощи прямого метода расчета алгебраизации дифференциальных уравнений. С помощью этого математического аппарата возможно найти действующие значения всех токов и напряжений преобразователя. Особое внимание при этом уделено нахождению спектра коммутационной функции. По результатам расчетов построены все основные характеристики: регулировочная, внешняя, зависимость коэффициента мощности от глубины модуляции. Также предлагаемые регуляторы были смоделированы в программе PSIM, в результате чего были построены характеристики, аналогичные рассчитанным. Достоверность расчетов была достигнута. Отмечено, что изменение напряжения достигнуто на всем диапазоне регулирования. Качество тока и напряжения преобразователя оценено через их коэффициенты гармоник. В рабочем режиме этот показатель не превысил 5%, что удовлетворяет ГОСТ 13109-97 и пришедшему ему на замену ГОСТ 32144-2013. Построена имитационная модель регулятора переменного напряжения (с двумя ключами переменного тока) с реальными параметрами элементов системы, что позволило оценить основные энергетические показатели уже экспериментального макета. Данное исследование проведено с помощью средств программного обеспечения PSIM Thermal Module add-on.Экспериментальный макет показал возможность повышения выходного напряжения до 24% относительно номинала. Это было достигнуто также благодаря системе управления регулятора, выполненной на базе микроконтроллера Atmel AVR Atmega 128A. Рабочая частота составила 1,8 кГц. Программирование выполнялось на языке СИ. Система также была замкнута по напряжению, что позволило осуществить функцию авторегулирования по закону ПИ. При анализе экспериментального макета регулятора переменного напряжения были построены осциллограммы выходного тока и напряжения, которые оказались сопоставимы с результатами математического моделирования.