Түрлендірудің тиімділігін және көп деңгейлі инвертордың қуатын арттыру әдістерін әзірлеу

ИРН AP13268732 жобасы Қазақстан Республикасының Ғылым және жоғары білім министрлігі Ғылым комитеті қаржыландыратын «Жас Ғалым» жобасы бойынша жас ғалымдарды гранттық қаржыландыру аясында жүзеге асырылады.

Жоба жетекшісі (постдокторант): Молдахметов С.С., PhD, «Энергетика и радиоэлектроника» кафедрасының аға оқытушысы (эл. пошта sayatmoldakhmetov@gmail.com, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2432-7983, h-индекс = 2 (Scopus), Scopus Author ID: 56964373400).

Ғылыми консультант (консультант): Ивель В.П., д.т.н., «Энергетика и радиоэлектроника» кафедрасының профессоры (эл. пошта ivelvic@mail.ru, h-индекс = 1 (Scopus), Author ID в Scopus: 57200412147).

Орындау мерзімі: 01.05.2022 - 31.12.24 ж.

Ұзақтығы: 32 ай.

Қаржыландырудың жалпы көлемі: 18 965 325 теңге.

Жобаның мақсаты: Қуатты транзисторлық модульдерді, топологияны және коммутация әдістерін қолдану арқылы қуатты жоғарылататын, көп деңгейлі автономды инверторды жасау, сонымен қатар шығыс кернеуінің гармоникалық компоненттерінің төмен коэффициентін қамтамасыз етеді, бұл қуат коэффициентін, тиімділікті арттырады, шығыс сүзгілерін пайдаланбай түрлендірілетін электр энергиясының сапасын жақсартады.

Күтілетін нәтижелер: Жобаны іске асыру нәтижесінде әзірленген тәжірибелік үлгі негізінде М.Қозыбаев атындағы Солтүстік Қазақстан Университеті жанындағы жаңартылатын энергия көздері зертханасы үшін эксперименттік қондырғы құру жоспарланған, ол автономды инверторлардың тәжірибелік үлгілерін жасау үшін база бола алады, осы ғылыми бағытты дамытуға және күштік электроника мен баламалы энергетика саласында жас ғалымдарды даярлауға ықпал етеді.

Жобаның сипаттамасы: Жобаны іске асыру нәтижелері автономды күн немесе шағын жел электр станцияларының қуаты мен тиімділігін арттыруға, тұтынушылар үшін электр энергиясының сапасын арттыруға мүмкіндік береді. Бұл өз кезегінде баламалы электр энергиясының көздерін Қазақстан Республикасындағы жеке үйлер мен фермерлік шаруашылықтарды автономды электрмен жабдықтау үшін неғұрлым тартымды етуге мүмкіндік береді.

Автономды қуат инверторының қуатын арттыру, үлкен токтарды қосуға қабілетті қуатты транзисторлық модульдерді қосудың арнайы схемасын қолдану арқылы жүзеге асырылады деп күтілуде. Ол үшін арнайы коммутация алгоритмдерін, қуат модульдерін басқаруға арналған драйвер гальваникалық ажыратқыштарын, көптеген қуат компоненттерін басқаруға арналған микроконтроллер жүйесін, сондай-ақ апаттық жұмысты болдырмас үшін қорғаныс жүйелерін әзірлеу қажет.

Көп деңгейлі инвертордың кернеу деңгейлерін ауыстырудың бұрын әзірленген әдісін қолдану арқылы түрлендірілетін электр энергиясының сапасын арттыру жоспарлануда. Жасалған коммутация техникасы шығыс кернеуінің синусоидалылығының жоғары болуына байланысты автономды инверторлар өндіретін электр энергиясының сапасын жақсартады. Коммутацияның дамыған әдісі шығыс кернеуінің синусоидалы болуына байланысты автономды қуат инверторлары шығаратын электр энергиясының сапасын жақсартуға көмектеседі.

Әзірленген инвертордың өзіндік құнын төмендетуге, инвертор құрылысының арнайы топологиясын қолдану арқылы қол жеткізу жоспарлануда, ол белгілі аналогтардан қымбат жартылай өткізгіш элементтердің аздығымен ерекшеленді. Бұл сондай-ақ, электр энергиясын түрлендіру тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді. Жартылай өткізгіш элементтердің аз саны статикалық және динамикалық шығындар деңгейін төмендетеді, яғни бүкіл жүйенің тиімділігін арттырады. Жоғары электронды қозғалғыштығы бар гетероқұрылымды транзисторлық модульдерін пайдалану, шығындар көлемін едәуір төмендетеді.

Сонымен қатар, аналогтармен салыстырғанда, дамыған инвертор жаппай өлшемдер бойынша артықшылыққа ие болады. Бұл кернеуді арттыру үшін трансформаторды пайдаланудың сәтсіздігіне байланысты. Кернеу қадамдарын арнайы түрлендіргіштерді қолдану арқылы қосу жоспарланған.

Атқарылған жұмыс:

Зерттеу жұмысының нәтижелері бойынша келесі міндеттер орындалды:

- синусоидалы шығыс кернеуі және қуаты 30 кВт дейінгі автономды түрлендіргіштің прототипі әзірленді.

- автономды түрлендіргіштің электр схемасы әзірленді.

- қуат түрлендіргішінің тәжірибелік үлгісін жүзеге асыру үшін қуат компоненттері таңдалды және есептелді, күштік транзисторлық модульдердің жұмыс режимі есептелді, инверторды жасауға арналған қуат компоненттері сатып алынды.

- САПР easyEDA жүйесін пайдаланып қуат түрлендіргішінің прототипін енгізу үшін баспа платалары әзірленді.

- тәжірибелік-зерттеу жұмыстарын жүргізу және қуатты түрлендіргіштің тәжірибелік үлгісін іске қосу үшін СКУ қалашығы аумағында орналасқан биіктігі 9,5 м темірбетонды тірекке орнатылған аз қуатты жел электр станциясы дайындалды. М.Қозыбаев №2 студенттік жатақхана мен №3 жатақхана арасында.

- микроконтроллерді басқару жүйесі үшін С++ тілінде программалық код әзірленді.

- IGBT BSM1Х0GB120DN2 қуат модульдерін микроконтроллерден басқаруға арналған құрылғы әзірленді, ол тұрақты және сенімді басқару процесін, электр тізбегі мен басқару құрылғысының гальваникалық оқшаулануының жоғары электрлік беріктігін қамтамасыз етеді, электр тогының соғу қаупін электр тогының соғу қаупін азайтуға мүмкіндік береді. адам.

- «Топырақ талдауы үшін деректерді жинау және өңдеу жүйесі» пайдалы моделіне № 9091 патент алды. Жүйе бір стационарлық деректерді қабылдау модулінің және топырақты талдауға арналған бірнеше деректерді алу және беру модульдерінің жиынтығы болып табылады, олардың әрқайсысында негізгі қуат көзі ретінде фотоэлектрлік түрлендіргіш қолданылады.

- тәжірибелік түрлендіргіштің баспа платалары әзірленді және тәжірибелік түрлендіргіштің жұмыс принципінің сипаттамасы жасалды.

- басылған схемалар easyEDA бағдарламасында барлық қуат компоненттерін, басқару жүйесін, сондай-ақ барлық сенсорларды құрастыру және орнату үшін әзірленді.

- транзисторлық қосқыштардың қызмет ету мерзімі олардың жұмыс температурасына байланысты болғандықтан, барлық инвертор қондырғысының сенімді және ұзақ мерзімді жұмысы үшін тиімді салқындату есептелді.

- тәжірибелік зерттеулер жүргізу және қуатты түрлендіргіштің тәжірибелік үлгісін іске қосу үшін қуаты аз жел электр станциясы әзірленді.

Мақалалар мен патенттер:

1. Anarbayev A., Moldakhmetov S., Talipov O., Kazanbayeva A. Research on the exposure of radio-electronic equipment to ultrashort electromagnetic pulses and microwave radiation (2023) ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 18 (11), pp. 1300 – 1308. DOI: 10.59018/0623168
2. Aubakirova G., Ivel V., Gerassimova Y., Moldakhmetov S., Petrov P. Application of artificial neural network for wheat yield forecasting (2022) Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (4-117), pp. 31 - 39, DOI: 10.15587/1729-4061.2022.259653
3. «Оқшауланған қақпалы биполярлы транзисторларды басқаруға арналған гальваникалық айырбастау құрылғысы» пайдалы моделіне № 7825 Патент
4. «Топырақты талдау үшін деректерді жинау және өңдеу жүйесі» пайдалы моделіне № 9091 Патент
5. «Интегралды микросхемаларға электромагниттік импульсті енгізу тәсілі» пайдалы моделіне № 7960 Патент