Ключові слова
experimental-analytical method
simulation model
transfer function
resonant converter
ship demagnetization system
cycloconverter динамічна модель
експериментально-аналітичний метод
імітаційна модель
передавальна функція
резонансний перетворювач
суднова система розмагнічування
циклоконвертор
Як цитувати
Анотація
Метою роботи є визначення структури та параметрів неперервної лінійної динамічної моделі двотактного резонансного перетворювача зі змінною полярністю вихідних величин, призначеного для живлення контуру розмагнічування судна. Завдання роботи полягає в обробці експериментальних даних перехідних характеристик дослідного перетворювача. Перетворювач складається з мостового інвертору, послідовної резонансної гілки з трансформатором напруги і циклоконвертору, навантаженого на контур розмагнічування, який представлено послідовною RL-гілкою без фільтруючої ємності або RLC-колом з фільтруючою ємністю. Регулювання вихідних величин здійснюється почергово частотним і широтним способами. Регульований перетворювач розглядається як динамічна керована система з входами зі сторони живлення (вплив збурення) і зі сторони керування (вхідний вплив), Під час переходу від широтного до частотного регулювання якісно змінюється характер електромагнітних процесів і їх складно описати єдиною теоретичною математичною моделлю. Методами дослідження, які використано в роботі, є операторний метод для опису математичної моделі силової схеми та експериментально-аналітичний метод для визначення параметрів наближеної динамічної моделі перетворювача. В ході експериментів параметри наближеної динамічної моделі підбиралися методом градієнтного спуску задля мінімізації квадратичних відхилень між перехідними кривими, отриманими від імітаційних моделей, і перехідними кривими, отриманими від наближеної динамічної моделі. В результаті отримано масиви значень параметрів наближеної динамічної моделі, які дали змогу встановити закономірності між регулюючими величинами і параметрами динамічної моделі резонансного перетворювача. Даний підхід також підтвердив гіпотезу про відповідність структури наближеної динамічної моделі передавальній функції пасивної частини силової схеми перетворювача на проміжку неперервного зв’язку між входом і виходом. Запропонована наближена динамічна модель резонансного перетворювача дає змогу синтезувати автоматичні регулятори вихідних величин та аналізувати вплив нестабільності та низькочастотних коливань напруги живлення на вихідні величини. Представлені результати можуть бути використані у процесі досліджень одно- або багатоконтурних мостових високочастотних резонансних перетворювачів, що застосовуються в системах розмагнічування суден. Бібл. 24, рис. 5
Посилання
1. Varma R.A.R. Design of degaussing system and demonstration of signature reduction on ship model through labora-tory experiments. Physics Procedia. 2014. Vol. 54. Pp. 174-179. DOI: https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.10.056.
2. Jin H., Hong W., Zhihong Z. A new simple method to design degaussing coils using magnetic dipoles. Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10. No 10. Pp. 1495-1512. DOI: https://doi.org/10.3390/jmse10101495.
3. Huang C., Liu S., Li Z., Liu Z. Improved degaussing power supply applied to ship degaussing system. Proc. of the 16th Annual Conference of China Electrotechnical Society. Lecture Notes in Electrical Engineering. 2022. Vol. 889. Pp. 1100-1110. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-19-1528-4_112.
4. Wikkerink D., Mor A. R., Polinder H., Ross R. Magnetic signature reduction by converter switching frequency mod-ulation in degaussing systems. IEEE Access. 2022. Vol. 10. Pp. 74103-74110. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3190616.
5. Bekers D., Lepelaars E. Degaussing system design optimization. Proc. of 8th International Marine Electromagnetics Conference (MARELEC 2013), Hamburg, Germany, 2013. Pp. 1-10. URL: https://resolver.tno.nl/uuid:963e495e-34e0-4653-b59d-a98ddfd4ce38 (accessed at 02.03.2025).
6. Nayanasiri D.R., Vilathgamuwa D.M., Maskell D.L. Half-wave cycloconverter-based photovoltaic microinverter topology with phase-shift power modulation. IEEE Transactions on Power Electronics. 2013. Vol. 28. No 6. Pp. 2700-2710. DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2227502.
7. Prasanna Kumar C., Jayakrishna G. Half-wave cycloconverter based PV micro-inverter topology power modulation with phase shift. International Journal of Scientific Engineering and Technology Research. 2015. Vol. 4. Iissue 3. Pp. 547-553. URL: https://ijsetr.com/uploads/241635IJSETR4105-104.pdf#:~:text=PRASANNA%20KUMAR.CH%2C%20JAYAKRISHNA.G.%20International%20Journal%20of&text=Half%2DWave%20Cycloconverter%20Based%20PV%20Micro%2Dinverter%20Topology%20Power%20Modulation%20with%20Phase%20Shift (accessed at 01.03.2025).
8. Pavlov G., Obrubov A., Vinnichenko I. Determining the dynamic model of the charging resonant converter with in-ductive coupling by an experimental analytical method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 4 (8-118). Pp. 17–28. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263526.
9. Dymerets A.V., Yershov R.D., Gorodny A.N., Revko A.S., Denisov Y.O. Control characteristics of zero-current-switching quasi-resonant buck converter under variation of resonant circuit and load parameters. Proc. of IEEE EUROCON 2021 - 19th International Conference on Smart Technologies, 2021. Pp. 443-448. DOI: https://doi.org/10.1109/EUROCON52738.2021.9535597.
10. Harrison M.J., Zimmanck D.R., Fornage M. Method and apparatus for multiphase shift power converter control. USA patent US 10,707,775 B2. No 14/450,699. 2015.
11. Pique R., Fossas E. The serial resonant converter with controlled rectifier stage. Proc. of European Conference on Power Electronics and Applications, Dresden, Germany. 2005. Pp 1-10. DOI: https://doi.org/10.1109/EPE.2005.219292
12. Pavlov G., Obrubov A., Vinnychenko I. Optimizing the operation of charging selfgenerating resonant inverters. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 1(5-115). Pp. 23–34. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252148.
13. Pavlov G., Vinnychenko I., Nazarova N., Vinnychenko D., Obrubov A. Study of the effect of transformer windings coupling coefficient of flyback resonant converter for wireless energy transfer on its output characteristics. Proc. of IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, 2022. Pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916434.
14. Krishnaswami H. Photovoltaic microinverter using single-stage isolated high-frequency link series resonant topolo-gy. Proc. of IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Phoenix, USA, 2011. Pp. 495-500. DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2011.6063810.
15. Abdalmula M. A new concept of two-stage multi-element resonant-/cyclo-converter for two-phase IM/SM motor. Advances in Electrical and Electronic Engineering. 2013. Vol. 11. No 4. Pp. 244-250. DOI: https://doi.org/10.15598/aeee.v11i4.836.
16. Pressman A.I., Billings K. Morey T. Switching Power Supply Design.. The McGraw-Hill. 2009. 880 p.
17. Model Configuration Pane: Solver that Computes States and Outputs for Simulation. URL: https://www.mathworks.com/help/simulink/gui/solver.html (accessed at 01.03.2025).
18. De Simone S. AN2450 Application note. LLC resonant half-bridge converter design guideline. STMicroelectronics. 2014. 35 p. URL: https://www.st.com/resource/en/application_note/an2450-llc-resonant-halfbridge-converter-design-guideline-stmicroelectronics.pdf (accessed at 02.03.2025).
19. Pavlov G., Vinnichenko I., Pokrovskiy M. Estimation of energy efficiency of the frequency converter based on the resonant inverter with pulse-density control. IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Sys-tems (IEPS), Kharkiv, Ukraine, 2018. Pp. 101-105. DOI: https://doi.org/10.1109/IEPS.2018.8559499.
20. Esmailirad S., Beiranvand R., Varjani A.Y. Using the frequency and pulse width modulation techniques for regulat-ing the LLC resonant converter output voltage. Proc. of 9th Annual Power Electronics, Drives Systems and Technolo-gies Conference (PEDSTC), Teheran, Iran, 2018. Pp. 30-37. DOI: https://doi.org/10.1109/PEDSTC.2018.8343767.
21. Pavlov G., Obrubov A., Vinnychenko I., Kazariezov A. Properties of resonant converter as controlled object with amplitude, frequency and pulse-width methods of output voltage regulation. Proc. of 2024 IEEE 5th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, 2024. Pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61434.2024.10877986.
22. Baha B., Tokhi M.O. Dynamic modelling and control of resonant switch mode converters. Control Engineering Practice. 1997. Vol. 5. Issue 11. Pp. 1533-1542. DOI: https://doi.org/10.1016/S0967-0661(97)10007-7.
23. Ojo O., Bhat I. The dynamics of a series resonant converter with third-order commutation network. Proc. of South-eastern Symposium on System Theory, Tuscaloosa, USA, 1993. Pp. 48-52. DOI: https://doi.org/10.1109/SSST.1993.522740.
24. Youssef M. Z., Pinheiro H., Jain P. K. A Sampled-data reduced order dynamic model for a self-sustained series-parallel resonant converter. EPE Journal. 2005. Vol. 15(1). Pp. 5-18. DOI: https://doi.org/10.1080/09398368.2005.11463577.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА