Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ОШИНОВКИ СТАЦИОНАРНЫХ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ'

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ОШИНОВКИ СТАЦИОНАРНЫХ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
22
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС / ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ / ОШИНОВКА / ПОТЕРИ МОЩНОСТИ / НАГРЕВ / ТЕПЛОПЕРЕДАЧА / ЭЛЕКТРОТЕПЛОВАЯ АНАЛОГИЯ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Шклярский Ярослав Элиевич, Барданов Алексей Игоревич, Выдрова Алиса Александровна

В настоящее время к процессу проектирования электротехнических комплексов и систем предъявляются серьезные требования по точности, трудозатратам и обоснованности принимаемых решений. Улучшения этих показателей следует добиваться на всех этапах проектирования всех узлов электроустановки. Традиционно, принятию точных и обоснованных решений при проектировании ошиновки силовых полупроводниковых преобразователей уделяют недостаточно внимания, а длины и сечения шин определяются согласно стандарту. Определить оптимальное значение данных параметров позволит точный тепловой расчет и, как следствие, удастся обосновать конструкторские решения, добиться эстетики внешнего вида и удобства эксплуатации устройства, а также по возможности свести к минимуму вес преобразователя. Представлен аналитический метод совместно с методом электро-тепловой аналогии, позволяющие получить результат расчета с достаточной точностью.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Шклярский Ярослав Элиевич, Барданов Алексей Игоревич, Выдрова Алиса Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INVESTIGATION OF THE THERMAL MODE OF THE BUSBAR OF STATIONARY POWER SEMICONDUCTOR CONVERTERS

At present, serious requirements are imposed on the design process of electrical complexes and systems in terms of accuracy, labor costs and the validity of decisions made. Improvement of these indicators should be achieved at all stages of the design of all units of the electrical installation. Traditionally, insufficient attention is paid to making accurate and informed decisions in the design of the busbar of power semiconductor converters, and the lengths and cross-sections of the buses are determined according to the standard. An accurate thermal calculation will allow determining the optimal value of these parameters, and, as a consequence, it will be possible to justify design solutions, achieve aesthetics of the appearance and ease of operation of the device, and, if possible, minimize the weight of the converter. The article presents an analytical method together with the method of electro-thermal analogy, which allows to obtain the calculation result with sufficient accuracy.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ОШИНОВКИ СТАЦИОНАРНЫХ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ»

УДК 621.314 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-4-192-201

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ОШИНОВКИ СТАЦИОНАРНЫХ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Я.Э. Шклярский, А.И. Барданов, А. А. Выдрова

В настоящее время к процессу проектирования электротехнических комплексов и систем предъявляются серьезные требования по точности, трудозатратам и обоснованности принимаемых решений. Улучшения этих показателей следует добиваться на всех этапах проектирования всех узлов электроустановки. Традиционно, принятию точных и обоснованных решений при проектировании ошиновки силовых полупроводниковых преобразователей уделяют недостаточно внимания, а длины и сечения шин определяются согласно стандарту. Определить оптимальное значение данных параметров позволит точный тепловой расчет и, как следствие, удастся обосновать конструкторские решения, добиться эстетики внешнего вида и удобства эксплуатации устройства, а также по возможности свести к минимуму вес преобразователя. Представлен аналитический метод совместно с методом электротепловой аналогии, позволяющие получить результат расчета с достаточной точностью.

Ключевые слова: электротехнический комплекс, преобразователь, ошиновка, потери мощности, нагрев, теплопередача, электро-тепловая аналогия.

Полупроводниковые преобразователи (выпрямители, инверторы, DC/DC преобразователи и т.п.) в настоящее время находят применение на всех стадиях процесса электропередачи от генерации электроэнергии до ее потребления [1,2]. Также многоуровневые силовые преобразователи применяются в системах электропривода мощных транспортных средств (карьерные самосвалы, ледоколы) [3-5], мощных технологических установках. Разнообразие сфер применения находит отражение в разнообразии конструкций и исполнений основных узлов этих устройств [6,7]. Так, при размещении на подвижном объекте предъявляются особые требования к уровню шума и вибраций, а в случае стационарной установки можно увеличить ее вес и снизить число жестких связей [8,9].

Параметры полупроводниковых вентилей сильно зависят от температуры в центре кристалла. Выбор полупроводниковых ключей осуществляется с учетом режима работы стационарного преобразователя электрической энергии, в котором определяются: допустимые ток, напряжение и температура перегрева [10,11]. Температура в центре кристалла зависит от собственных тепловых потерь кремния, выбранного охладителя, способа охлаждения и температуры окружающей среды. Чем ниже температура окружающей среды, тем эффективнее от преобразователя отводится тепло и тем больший ток способен выдержать полупроводниковый элемент [12,13].

Преобразователи обычно размещают в корпусах, и температура окружающей среды внутри корпуса выше, чем температура воздуха снаружи. Связано это с тем, что воздух внутри дополнительно подогревается от токопроводящих элементов преобразователя, таких как: предохранители, шины, двигатели вентиляторов охлаждения (в случае принудительного воздушного охлаждения). Таким образом, для адекватного выбора элементов конструкции преобразователя важно учесть все внутренние источники тепла.

Для примера рассмотрим соотношение потерь мощности в преобразователе системы возбуждения синхронного генератора, представленное диаграммой на рис. 1. Видно, что одним из самых значительных источников подогрева воздуха внутри преобразователя, помимо самих полупроводниковых вентилей, является его ошиновка [2,

14].

ш Прочее

■ Полупроводниковые ключи п Предохранители

■ ЯС-цепи

Шины

Рис. 1. Процентное соотношение распределения потерь в преобразователе системы возбуждения

Как правило параметры ошиновки преобразователя подбираются согласно ПУЭ и техническим условиям. В ПУЭ определены сечения проводников в соответствии с протекающими по ним токами, а правила присоединения различных элементов к шинам отражаются в технических условиях. При такой постановке задачи выбора длины и сечения шинопровода шины чаще всего подбираются с большим запасом, приводящим к нерациональному использованию меди и увеличению массогабаритных показателей установки. В свою очередь точное определение тепловых свойств шин позволяет подобрать оптимальные значения длины и сечения при конкретном режиме работы, обеспечивая предельную пиковую токовую загрузку, обосновать конструкторские решения и эстетичность конструкции, а также облегчить преобразователь [12].

Для решения задачи точного определения требуемой длины и сечения шино-провода с учетом обратной связи по температуре в процессе проектирования может быть применен численный метод конечных элементов (МКЭ) и аналитический метод электротепловой аналогии (ЭТА) [15,16].

МКЭ обеспечивает высокую точность расчетов, но требует большого объема вычислений и длительного времени моделирования. Кроме того, чтобы этот метод дал адекватный результат в системах связанных с движением воздушных масс (например, для устройств, расположенных в корпусе с принудительным охлаждением) требуется дополнительно задавать граничные условия и использовать численные методы гидродинамики.

В то же время применение метода ЭТА позволяет сократить время моделирования и получиться результат с достаточной точностью при условии правильного составления схемы замещения, описывающей процессы переноса тепла в теле и адекватно отражающей физику тепловых процессов шины [8].

Далее в статье рассмотрены особенности применения метода ЭТА к расчету теплового режима токопроводящей шины. В каждый момент времени температура шины определяется протекающим по ней током, теплопроводностью и теплоемкостью материала, из которого она изготовлена, полной площадью поверхности шины и внешними условиями, т.е. температурой окружающей среды и интенсивностью воздушных потоков. Основной особенностью шины по сравнению с другими объектами, к которым применяется рассматриваемый метод, является то, что шина распределена в пространстве и на ее температуру могут оказывать влияние различные внешние воздействия, охлаждая или нагревая отдельные участки. В работе проанализированы теоретические основы применения метода ЭТА, основные характеристики, которые необходимо учесть при количественной оценке потерь в шине, а также представлена схема замещения шины по методу ЭТА.

Теоретические сведения. С точки зрения теории теплообмена шина представляет собой гомогенную термодинамическую систему. Так как длина шины намного больше ее ширины и толщины, то тепловое поле шины можно рассматривать как одномерное и нестационарное. Так как поверхность шины представляет собой четкое разделение сред с окружающим ее воздухом, ее можно рассматривать как изотермическую [17]. Схема замещения протяженного проводника по методу тепловой аналогии осно-

вывается на анализе процесса передачи тепла в некотором объеме пространства. Уравнение теплового баланса для элементарного объема вещества можно определить исходя из выражения (1)

dQl + ^2 = dQз, (1)

где dQ1 - разность между входящим и выходящим из элементарного объема количествами теплоты, Дж; dQ2 - внутреннее тепловыделение, Дж; dQз - изменение энтальпии в элементарном объеме вещества, Дж.

Тепло в пространстве переносится посредством теплопроводности, конвекции и излучения. В теле шины основным способом передачи тепловой энергии является теплопроводность. Согласно гипотезе Ж. Фурье часть теплового потока, обусловленная прямым теплообменом пропорциональна температурному градиенту [18]:

2 дТ

d 2Q = Л—(2) дп

где X - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м-К), £ - площадь поверхности, 2

м , I - время, с.

В окружающую среду тепло передается конвективным теплообменом. Для описания конвективного теплообмена применяется формула Ньютона[19]:

О = а \Тос - Тш\• Гш, (3)

где а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К), Тос - температура окружающей среды, °С; Тш - конечная температура нагрева шины, °С, Гш - площадь поверхности теплообмена, м2.

Определение коэффициента теплоотдачи является отдельной задачей [18,20], поэтому в данной работе не раскрывается. Стоит отметить, что этот коэффициент зависит от типа движения теплоносителя, т. е. от условий внешнего охлаждения шины.

В случае шины стационарного преобразователя электрической энергии площадь поверхности теплообмена можно найти по формуле (4), так как шины находятся в объеме шкафа преобразователя и не имеют продольного контакта с другими шинами, в отличие от шин для многоуровневых преобразователей, расположенных в перемещающемся объекте, подверженному большим вибрациям [8].

Гш = Р ш ' 1ш, (4)

где Пш - периметр шины, равный удвоенной сумме ширины шины и ее толщены, м; 1ш -длина шины, м.

Однако, вне зависимости от причин возникновения теплового потока и конкретного способа теплообмена, выражение (1) остается базовым для понимания процессов теплопередачи. Если тепловой процесс протекает во времени для каждой точки пространства будет справедливо выражение:

dQl + dQ2 = dQз _ + = . (5)

—Г- + —Г- = —Г- ° 11 +12 = 13. (5)

dt dt dt

Это выражение можно интерпретировать графически, используя символы (рис. 2), которые применяются для построения электрических схем. На этом основан метод ЭТА.

В методе ЭТА потоки теплоты моделируются электрическими токами, теплоемкость объекта - электрической емкостью, а коэффициенты теплопроводности представлены электрическими проводимостями. Источник тепловой энергии на схеме замещения представляет собой источник тока и обладает соответствующими свойствами [10,11].

Существует несколько подходов к составлению схем по методу ЭТА [18]. Они проиллюстрированы на рис. 3.

Здесь тело с теплоемкость С1 является источником теплоты. Оно непосредственно соприкасается с телом, обладающим теплоемкостью С2. Тело с теплоемкостью С2 отдает тепло в окружающую среду. Обычно теплоемкость окружающей среды при-

нимается настолько большой, что количество теплоты, попадающее в нее от нагретого тела, никак не влияет на ее температуру. Поэтому температура окружающей среды может быть промоделирована источником напряжения. Проводимости О} и 02 моделируют передачу тепла от одного материала другому и в окружающую среду. Схема на рис. 3, б позволяет определить абсолютную температуру частей термодинамической модели, температура обоих тел соответствует потенциалам в выделенных точках схемы. Другой подход представлен на рис. 3, в. В этом случае потенциал точек соответствует перегреву тел относительно окружающей среды.

Рис. 2. Баланс энергии в точке пространства

и его электрическая схема замещения

Т|

II

01

-ЛЛЛ-

с2

-лл/1—

ф

Т1+Тос

ллл

Материал 1

Материал 2

б

Рис. 3. Физическое описание процесса и схемы замещения процесса передачи тепла: а — по методу тепловой аналогии с учетом: б — абсолютного нагрева частей проводника; в — относительного нагрева частей проводника

Моделирование шины методом ЭТА

Оценить поток тепла в протяженной шине можно, разделив ее на п-ое количество участков, анализ каждого из которых в отдельности может дать общую информацию о состоянии шины и ее свойствах.

Мощность электрических потерь основного тела шины, т. е. гладкого непрерывного проводника определяется по формуле [1]

Р = I

2

(6)

1=1

где I - ток, протекающий по шине, А; Яы - электрическое /-го сопротивление гладкого проводящего участка, Ом.

Сопротивление /-го участка шины определяется с учетом зависимости удельного сопротивления от температуры:

р' 1ш1

о =

Р = Р0-(1 + к, \Тш - То)),

(7)

(8)

п

где р - удельное электрическое сопротивление материала шины при достигнутом температуре шины, Ом-м/мм2; 1ш/ - длина /-ого участка шины, м; £>ш/ - /-тая площадь попе-

2

речного сечения шины, мм ; ро - удельное электрическое сопротивление материала шины при базовом уровне температуры, кг - температурный коэффициент материала шины, °С-1, То - базовый уровень температуры, °С.

Рис. 4. Передача теплоты в элементарном объеме протяженного проводника

В пределе участков может быть бесконечное множество, чем больше будет выбрано участков, тем точнее будет выполнен расчет. В рассматриваемом объеме вещества (рис. 4) происходит тепловыделение Q2. Тепло при этом передается соседним участкам материала и в окружающую среду Ql. Тепло, не переданное в окружающее пространство Qз, повышает собственную энтальпию рассматриваемого объема вещества, что ведет к повышению его температуры. Эквивалентная схема такого проводника представлена на рис. 5.

Рис. 5. Эквивалентная схема замещения протяженного проводника для расчета по методу тепловой аналогии

Тепловое сопротивление теплопроводности /-го участка определяется [18] как

DT 1ш/

R/,/+l =~jr = Щ-• (9)

Исходя из закона Ньютона, можно определить тепловое сопротивление при конвективном теплообмене:

R0i (10)

Для расчетов используется средний коэффициент теплоотдачи со всей поверхности.

Теплоемкость элемента равна:

Ci = C°'7'1ш 'Пш , (11)

n

196

где Со - удельное сопротивление материала элемента при базовом уровне температуры (То = 20 °С), Ом- мм2/м; у - плотность материала шины, кг/м3

Для схемы, изображенной на рис. 5, можно составить уравнение по методу узловых потенциалов [21, 22]:

G -G12 0

G12 Gi -G23

0 -G23 G3

0 0 0

0 0 0

f G01 0 0 L

0 G02 0 L

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0 0 G03 L

V 0 0 0L

0 0 0

Gn-1

G„

0 ^ 0 0

G

m

G„

f T1 ^

Tl T3

T

V n У

Jm wn у

0 YT01 ^ f p ^

(12)

0 0

G0n УIT0n у

01 T02 T03

+

1

Pl P3

P

V n у

где Gon - тепловая проводимость между точкой n и окружающей средой, Вт/К; Gn -сумма тепловых проводимостей смежных ветвей, Вт/К; Tn - температура проводника в точке n, °C; Ton - температура окружающей среды в точке n, °C; Pn - количество теплоты, выделяемое за единицу времени в рассматриваемом объеме n, Вт.

В упрощенной форме записи уравнение (12) выглядит следующим образом:

GTT = G0T-T0 + P, (13)

где GT - матрица тепловых проводимостей, Вт/К; T - матрица температур участков проводника, °C; GoT - матрица проводимостей проводник - окружающая среда, Вт/К; To - матрица температур окружающей среды, °C; P - матрица источников тепла, Вт.

При известных параметрах материала несложно определить температуру вдоль протяженного проводника:

T = G-1 (Gqt-TQ + P). (14)

Также нетрудно определить направления и интенсивность тепловых потоков вдоль проводника. Тепловые потоки, направленные в окружающую среду, можно определить с помощью уравнения:

Pout = G0T (T -T0 )•

(15)

Тепловые потоки внутри проводника можно определить, пользуясь уравнени-

ем:

Pin = Gm (T[n -1]-T[n]). (16)

Для примера рассмотрим протяженный проводник, к центру которого подведен источник тепла, при этом один из концов которого охлаждается (рис. 6). Температура окружающей среды выбрана 25 °C.

Протяженность проводника задана на рис. 6 в относительных единицах. Видно, что в центре проводника, куда подведен источник тепла температура достигает максимума, а на конце, от которого отводится тепло - минимума. Интенсивность теплового потока, направленного в окружающую среду, меняется пропорционально температуре проводника, а тепловой поток внутри проводника распределяется от центра к краям (за положительное выбрано направление потока к охлаждаемому краю проводника, отрицательные значения означают противоположное направление).

Такой подход также можно применять для моделирования динамики нагрева и охлаждения протяженного проводника. Для этого следует включить в систему уравнений (12) теплоемкость элементов.

4 5 6

Протяженность проводника

Рис. 6. Кривые распределения температуры и тепловых потоков в протяженном проводнике

На рис. 7 показан результат решения системы уравнений (12) с учетом времени. Предполагается, что температура окружающей среды во всех точках шины одинакова, а по шине протекает одинаковый ток. Видно, что температура по всей длине шины нарастает равномерно.

и 60

Й40

h

2(1

20

40

60

80

140

160

10

100 120

Время (с) Длина проводника (o.e.)

Рис. 8. Кривые распределения температуры и тепловых потоков в протяженном проводнике

На рис. 8 представлена зависимость температуры в различных точках проводника от времени. В данном сценарии моделирования проводник сперва равномерно нагревается, а затем на 1оо секунде имитируется принудительное охлаждение центрального участка шины. Видно, что результаты моделирования соответствуют ожида-

емым: температура в точке, в которой производится принудительное охлаждение, самая низкая, что свидетельствует о том, что в каждой точке шины тепловой поток направлен в точку отвода тепловой энергии.

Заключение. В статье рассмотрен метод ЭТА относительно токопроводящего элемента полупроводникового преобразователя - одной из шин системы ошиновки. Применение данного метода в процессе проектирования преобразователя оправдано по двум причинам. Во-первых, точное определение тепловых, а затем и габаритных параметров шин позволяет максимизировать КПД установки, нагрузочную способность шин по току и снизить расход материала на изготовление ошиновки. Во-вторых, по сравнению с прочими методами расчета тепловых режимов он не требует больших вычислительных мощностей, но обладает адекватной точностью вычислений.

На основе теории тепломассообмена была составлена модель ЭТА для объекта с параметрами, распределенными в пространстве: медной шины. Модель была графически интерпретирована в виде электрической схемы и описана аналитически с применением методов теоретических основ электротехники.

Адекватность предложенного подхода была подтверждена с помощью компьютерного моделирования. Были получены ожидаемые зависимости распределения тепла вдоль шины при различных внешних условиях. На основе полученных результатов можно сделать вывод о возможности дальнейшего практического применения предложенной схемы ЭТА.

Последующими этапами работы является проверка изложенной в статье теории на реальном объекте посредством проведения эксперимента. Также для точного описания теплового процесса внутри преобразователя и его количественной оценки будут составлены аналогичные зависимости для оставшихся элементов, являющихся источниками тепловыделения. Все это необходимо для обоснованного и точного подбора полупроводникового вентиля, являющегося центральным элементов любого современного преобразователя.

Работа над статьей осуществлялась коллективом авторов, каждый из которых внес вклад в ее создание. Я.Э. Шклярский осуществлял научное руководство коллективом. А.И. Барданов выполнял работы по описанию электротехнической модели, А.А. Выдрова выполнила теоретические исследования. Оформлением статьи занимались А. А. Выдрова и А.И. Барданов.

Список литературы

1. Mohan N. et al. Power electronics. 3rd ed. / Zobrist B. Hoboken: John Wiley, 2003. 792 p.

2. Li J. Design and Application of Modern Synchronous Generator Excitation Systems // IEEE eBooks. IEEE Xplore. Wiley-IEEE Press, 2019. 680 p.

3. Vasiliev B.Y., Kozyaruk A.E., Mardashov D.V. Increasing the Utilization Factor of an Autonomous Inverter under Space Vector Control // Russ. Electr. Eng. 2020. V. 91 (4). P.247-254.

4. Baburin S.V., Kovalchuk M.S. Analysis of power supply systems reliability for gas pumping compressor stations // Proceedings of the 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2018. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2018. V. 2018-January. P. 566-569.

5. Kovalchuk M.S., Baburin S.V. Modelling and control system of multi motor conveyor // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Institute of Physics Publishing. 2018. V. 327 (2).

6. Bersch K. Thermal and electromagnetic stator vent design optimisation for synchronous generators // IEEE Trans. Energy Convers. 2020. V. 8969 (c).

7. Xiong K. et al. Power loss and efficiency analysis of an onboard three-level brushless synchronous generator // Int. J. Electron. Taylor & Francis. 2021. V. 108 (1). P. 120.

8. Smirnova L. et al. Thermal Analysis of the Laminated Busbar System of a Multilevel Converter // IEEE Trans. Power Electron. 2016. V. 31 (2). P. 1479-1488.

9. Belsky А., Dobush V.S., Haikal S.F. Operation of a single-phase autonomous inverter as a part of a low-power wind complex // J. Min. Inst. 2019. V. 239. P. 564569.

10. Чебовский О.Г. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1985. 400 с.

11. Plesca A., Romero G. Thermal Analysis of Power Semiconductor Converters // Power Quality Harmonics Analysis and Real Measurements Data. InTech, 2011.

12. Дилевская Е.В., Каськов С.И. Исследование тепловых режимов мощных полупроводниковых преобразователей энергии // Вестник Международной академии холода. 2008. № 4. P. 1-5.

13. Berkovich E.I. AUTOMATING THERMAL CALCULATIONS FOR SEMICONDUCTOR CONVERTER DEVICES. // Sov. Electr. Eng. 1985. V. 56 (1). P. 3236.

14. Беркович Е.И., Боровой А.И., Венделанд В.И. Полупроводниковые выпрямители. М.: «Энергия», 1967. 480 с.

15. Jebahi R., Aloui H., Ayadi M. One-dimensional lumped-circuit for transient thermal study of an induction electric motor // Int. J. Electr. Comput. Eng. 2017. V. 7 (4). P. 1714-1724.

16. Chin Y.K., Nordlund E. Thermal Anallysis - Lumped-Circuit Model and Finite Element Analysis // Proceedings of the 6th International Power Engineering Conference, SINGAPORE: NANYANG TECHNOLOGICAL UNIV. 2003. P. 952-957.

17. Болгарский А.В. Термодинамика и теплопередача. Учебн. для вузов. М.: Высшая школа, 1975. 495 с.

18. Тугов Н.М. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 576 с.

19. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1991. 376 с.

20. Салем Р. Физическая химия. Термодинамика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.

352 с.

21. Бессонов Л.А. Теоретические основыэлектротехники. М.: Высшая школа, 1996. 574 с.

22. Нейман Л.Р. Теоретические основы электротехник. В 3-х т. Учебник для вузов. Том 1. СПб, 2003. 572 с.

Шклярский Ярослав Элиевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, Shklyarskiy_YaE@pers. spmi. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,

Барданов Алексей Игоревич, канд. техн. наук, ассистент, Bardanov_AI@pers.spmi.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,

Выдрова Алиса Александровна, студентка, alisavudrova@,mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет

INVESTIGATION OF THE THERMAL MODE OF THE BUSBAR OF STATIONARY POWER SEMICONDUCTOR CONVERTERS

Y.E. Shklyarskiy, A.I. Bardanov, A.A. Vydrova

At present, serious requirements are imposed on the design process of electrical complexes and systems in terms of accuracy, labor costs and the validity of decisions made. Improvement of these indicators should be achieved at all stages of the design of all units of the electrical installation. Traditionally, insufficient attention is paid to making accurate and informed decisions in the design of the busbar of power semiconductor converters, and the lengths and cross-sections of the buses are determined according to the standard. An accu-

200

rate thermal calculation will allow determining the optimal value of these parameters, and, as a consequence, it will be possible to justify design solutions, achieve aesthetics of the appearance and ease of operation of the device, and, if possible, minimize the weight of the converter. The article presents an analytical method together with the method of electro-thermal analogy, which allows to obtain the calculation result with sufficient accuracy.

Key words: electrical complex, converter, busbar, power losses, heating, heat transfer, electro-thermal analogy.

Shklyarskiy Yaroslav Elievich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, Shklyarskiy_YaE@pers. spmi. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,

Bardanov Aleksey Igorevich, candidate of technical sciences, docent, Bardanov_AI@pers. spmi. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,

Vydrova Alisa Aleksandrovna, student, alisavudrova@,mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

УДК 621.333 Б01: 10.24412/2071-6168-2021-4-201-205

СИНТЕЗ НЕЙРОРЕГУЛЯТОРА ЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ С КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКОЙ

В.Н. Аносов, В.М. Кавешников, С.А. Саидов

Исследования проведенная с автономными транспортными средствами свидетельствуют, об их актуальности. Однако без использование накопителей энергии автономные транспортные средства долго не могут работать. Использование накопителей в транспортных средствах дает возможность экономить энергию первичного источника питания. Повышение эффективности системы с комбинированной энергоустановкой можно достичь путем разработки соответствующих алгоритмов управления и синтеза нейрорегулятора энергии накопителя. Для синтеза регулятора используются динамические нейронные сети. При разработке нейросетевого наблюдателя использованы экспериментальные данные, полученные авторами на действующем транспортном средстве в реальных условиях эксплуатации. Идентичность результатов проведённых исследований показывает работоспособности искусственных нейронных сетей при построении бездатчиковых систем тягового привода. Полученные результаты могут быть использовать в дальнейшем при построении систем автоматического управления.

Ключевые слова. гибридные транспортные средства, источник питания, двигатель внутреннего сгорания, накопитель энергии, искусственная нейронная сеть, синтез нейрорегуляторов.

Гибридные транспортные средства (ТС) имеют два типа источников энергии: первичный источник питания и накопительный. Накопительные источники энергии -это аккумуляторы или суперконденсаторы, которые являются хранилищами

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.