Визначено параметри та виявлено канали обмінної взаємодії між іонами купруму (ІІ) у спейсерованих димерах на основі ацилдигідразонів 2-гідроксиацетофенонів. Синтезовано біядерні комплекси купруму (ІІ) з ацилдигідразонами 2-гідроксиацетофенонів. Визначено склад та будову синтезованих координаційних сполук. Розглянуто механізм надобміну через поліметиленовий ланцюг за рахунок утворення протяжних молекулярних орбіталей. Досліджено спектри ЕПР одержаних комплексів і визначено параметри ефективного спінового гамільтоніану.

  Скачати повний текст

Об'єкт дослідження: система безпровідної передачі енергії для зарядки низьковольтних накопичувачів енергії малопотужних індивідуальних електричних транспортних засобів. Мета роботи покращення масогабаритних показників безпровідних зарядних пристроїв шляхом огляду, аналізу, порівняння, розрахунків, обґрунтування, вибору та впровадження комплексу науково-практичних технічних і програмних методів та засобів. Методи дослідження: методи теорії електричних кіл, метод скінчених елементів, метод ковзного середнього, перетворення Лапласа, математичне моделювання, фізичний експеримент. Теоретичні та практичні результати і новизна: вперше запропоновано топологію на основі інвертора Т-типу з розділеними котушками індуктивності в передавальній частині, що дозволяє зменшити масогабаритні показники передавальної частини системи безпровідної зарядки; розроблено математичну модель пристрою безпровідної зарядки на основі інвертора Т-типу з розділеними котушками індуктивності, що дозволяє оцінювати ККД та розміри магнітних компонентів в залежності від номінальних параметрів компонентів; проведено порівняльний аналіз використаних сучасних напівпровідників в запропонованому рішенні на основі інвертора Т-типу, що демонструє переваги та недоліки їх практичного застосування та дозволяє обрати краще рішення; запропоновано налаштування системи керування безпровідної зарядки, яка враховує суттєву затримку передачі даних між приймальною та передавальною частинами, що покращує функціональність та надійність пристрою. Предмет і ступінь впровадження: основні положення дисертаційної роботи, а також науково-технічна розробка (безпровідний зарядний пристрій для акумуляторних накопичувачів) були апробовані ТОВ «П'єзосенсор» при модернізації технологічного обладнання з гідравлічними приводами вузлів та систем в якості альтернативного джерела живлення. Ефективність впровадження: покращення масогабаритних показників безпровідного зарядного пристрою для низьковольтних накопичувачів електричної енергії, що сприятиме кращому поширенню подібних пристроїв серед споживачів. Сфера використання: система бездротової передачі енергії, а саме бездротовий зарядний пристрій для низьковольтних накопичувачів енергії.^UThe object of research is wireless power transfer system for charging low-voltage energy storage devices of low-power individual electric vehicles. The dissertation purpose is improving the mass and size parameters of the wireless power transfer system, namely the wireless charger for low-voltage batteries of individual electric vehicles by reviewing, analyzing, comparing, calculating, justification of choice and implementation practical technical and software methods and tools. The Methods of research are theory of electric circuits, finite element method, moving average method, Laplace transform, mathematical modeling, physical experiment. Theoretical and practical results and innovation for the first time a topology based on a T-type inverter with splitted transmitting coils was proposed, which allows to reduce the mass and dimensions of the transmitting part of the wireless charging system; a mathematical model of a wireless charging device based on a T-type inverter with splitted coils was developed, which allows to estimate the efficiency and size of magnetic components depending on the nominal parameters of the components; a comparative analysis of the used modern semiconductors in the proposed solution based on a T-type inverter, which demonstrates the advantages and disadvantages of their practical application and allows to choose the best solution; was proposed to configure the wireless charging control system, which takes into account the significant delay in data transfer between the receiving and transmitting parts, which improves the functionality and reliability of the device. The subject and the degree of implementation: the main provisions of the dissertation, as well as scientific and technical development (wireless charger for batteries) were tested by LLC "Piezosensor" in the modernization of technological equipment with hydraulic drives and systems as an alternative power source. The effectiveness of the implementation: improving the mass and size of the wireless charger for low-voltage energy storage devices, which will contribute to better distribution of such devices among consumers. The sphere of usage: wireless power transfer system, namely a wireless charger for low-voltage energy storage devices.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого та актуального наукового завдання – оптимізації масогабаритних параметрів перетворювача у складі систем електричного живлення на основі фотоелектричних перетворювачів (ФЕП), а саме імпульсного інвертора у складі автономних стаціонарних систем живлення шляхом огляду, аналізу, порівняння, розрахунків, обґрунтування вибору та впровадження комплексу науково-практичних технічних і програмних методів та засобів. Частка джерел відновлюваної енергетики в загальносвітовій генерації зростає протягом останніх десятиліть. Системи на основі фотоелектричних перетворювачів (ФЕП) забезпечують відносно невисокий відсоток навіть серед інших джерел «зеленої» енергетики. Проте саме сонячна генерація демонструє сталий та динамічний ріст протягом останніх десятиліть. Такі системи наділені рядом суттєвих переваг, таких як: можливість розміщення будь-де без прив’язки до географічних умов, відсутність шкідливих викидів в процесі генерації енергії, відсутність рухомих частин, можливість монтажу на будь-які тверді горизонтальні чи нахилені поверхні, включаючи дахи житлових будинків, можливість роботи як на централізовану електромережу, так і в автономному режимі. Одним із ключових елементів системи сонячної енергетики окрім власне ФЕП є напівпровідниковий перетворювач, що забезпечує перетворення енергії постійного струму в звичний для побутових приладів змінний струм. Особливістю роботи перетворювача з ФЕП в якості джерела напруги є коливання вхідної напруги в широкому діапазоні при зміни зовнішніх умов. Вартість, габаритні розміри, маса, металоємність таких перетворювачів пропорційні їх максимальній потужності. В ході аналізу наявних комерційних рішень було визначено, що висока вартість та значні масогабаритні параметри подібних перетворювачів спричинені значною металоємністю пасивних елементів, стримують більш широке впровадження подібних систем. За результатами порівняльного аналізу та математичного моделювання ряду рішень було обрано як найбільш перспективну комбіновану топологію з високочастотною імпульсною частиною та низькочастотним ланцюжком розгортки. Функціонально запропонована імпульсна частина генерує струм що за формою відповідає модулю синусоїди, а ланцюжок розгортки забезпечує зміну знаку вихідної напруги. При цьому активні компоненти імпульсної частини працюють з високою частотою комутацію в десятки кілогерц, а ключі ланцюжка розгортки комутуються з частотою мережевої напруги. Такий розподіл дозволив оптимізувати параметри транзисторів відповідно до умов роботи в кожній з ланок, виходячи з очікуваного розподілу статичних та динамічних втрат, а також зменшити вартість компонентів ланцюжка розгортки. Було запропоновано замкнену систему керування перетворювачем з трирівневою широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Система керування (СК) реалізує постійний моніторинг струму та напруги ФЕП та вихідного струму перетворювача що дозволяє ефективно підтримувати форму вихідного струму та напруги в широкому діапазоні зміни вхідної напруги. СК формує декілька груп сигналів керування для різних частин перетворювача: високочастотні ШІМ-сигнали з фазовими зсувами для керування паралельними ланками імпульсної частини та низькочастотні сигнали для керування ключами ланцюжка розгортки. Для порівняльного аналізу ефективності обраного підходу з чергуванням фаз та ланцюжком розгортки було розроблено математичну модель втрат в напівпровідникових елементах. Дана модель дозволяє оцінювати статичні та динамічні втрати в транзисторах з врахуванням кількості паралельних модулів, параметрів ключів, потужності перетворювача, вхідної напруги. Виходячи з отриманих за результатами математичного моделювання даних, оптимальним є застосування двох паралельних модулів. За умови застосування трьох модулів ККД та енергія в котушках індуктивності не зазнають суттєвих змін, за умови ускладнення системи керування та збільшення розмірів друкованої плати перетворювача. За результатами аналітичного огляду, математичного та імітаційного моделювання для подальшої практичної реалізації та натурних експериментів було обрано топологію з двома паралельними ланцюжками імпульсної ланки та ланцюжком розгортки. Розроблено та реалізовано експериментальний макет перетворювача потужністю 1 кВт що дозволяє оцінити ефективність запропонованої топології в діапазоні потужності від 160 Вт до 1 кВт. Максимальна експериментально досягнута ефективність в режимі підвищення напруги складає понад 96% при потужності понад 450 Вт, в режимі зниження напруги понад 97% за потужності понад 650 Вт. Експериментально отримані результати повністю підтверджують теоретично очікувані та отримані за результатами математичного моделювання.Розроблена математична модель є універсальним інструментом оцінки ефективності обраного підходу для перетворювачів даного класу та сфери застосування, що відкриває шлях для подальших досліджень та модифікації інверторів з широким діапазоном регулювання вхідної потужності та оптимізованими масогабаритними параметрами.^UThe dissertation is devoted to the solution of an important and relevant scientific task – photovoltaic (PV) converter mass and size parameters optimization. Specifically, the inverter as part of autonomous stationary power supply systems by means of review, analysis, comparison, calculations, justification of the choice and implementation of complex scientific and practical technical and software methods and tools.The expansion of renewable energy sources in a global generation has been growing over the past decades. Systems based on photovoltaic (PV) cells provide a relatively low percentage even among other sources of "green" energy. However, solar generation shows steady and dynamic growth over recent decades. Such systems are endowed with a number of significant advantages, such as placement possibility without reference to geographical conditions, the absence of harmful emissions in the process of energy generation, such systems don’t include any moving parts, installation possibility on any horizontal or inclined surface (including the roofs of residential buildings), the possibility of working both on the centralized power grid and in autonomous mode.One of the key elements of the solar energy system, in addition to the PV, is a semiconductor converter, which provides the conversion of direct current energy into alternating current, which is commonly used for household appliances. A feature of the operation of the converter with PV as a voltage source is the fluctuation of the input voltage in a wide range when external conditions change. The cost, overall dimensions, weight, and metal capacity of such converters are proportional to their maximum power. It was determined that the metal-intensive passive components contribute a large part of the high cost and the bulky size of such converters. Which, in turn, restrains the further expansion of this type of system.The most metal-intensive components of the converter are inductors and radiators. Their size and mass are proportional to the energy flowing or dissipated by these elements. As a result of the analysis, a number of approaches to reducing the mass and size parameters of the inductor coils by reducing the energy per coil were revealed. Inductor current reduction for the DC/DC stage of the converter can be achieved by parallel connection of several DC/DC cells. Such an approach based on current dividing was determined as the most promising. The switch control signals contain phase shifts which provide some time gap between the transistors opening in different cells. The results of comparative analysis and mathematical simulation indicate that the most promising topology includes a high-frequency DC/DC stage and low-frequency unfolding circuit. The proposed DC/DC stage generates a module of sinusoidal waveform and the unfolding circuit only reverses the direction of the output current. At the same time, the switches of the DC/DC stage work with a high switching frequency of 64 kHz, and the keys of the unfolding circuit are switched with the frequency of the mains voltage. Such functional division makes possible optimization of the transistor parameters according to the operating conditions in each converter stage, based on the expected allocation of static and dynamic losses, as well as to reduce the cost of unfolding circuit components.Due to the features of PV cells as a voltage source, the converter control system requires some flexible algorithm to operate with the dynamic illumination changes and partial shading of the PV panel. Modern control systems provide algorithms for monitoring the maximum power point (MPP) of the PV. Such an algorithm makes it possible to optimize the power extraction from the solar panel under the condition of partial shading by load adjusting. A modified algorithm for tracking the global maximum power point (GMPP) was proposed, which allows for increasing the speed of the system up to three times. The speed increase allows for minimizing energy losses during the reconfiguration of the optimal operating point of the system.A three-level pulse-width modulation (PWM) closed-loop converter control system was proposed. The control system (SC) implements constant monitoring of the current and voltage of the PV and the output current of the converter. These parameters monitoring allows to effective maintain the form of the output current and voltage in a wide range of the input voltage changes. The SC generates several groups of control signals for different parts of the converter: high-frequency PWM.