Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ
На правах рукопису
Денисов Юрій Олександрович
УДК 621.316.722.1
Стабілізатори постійної напруги з імпульсними і квазірезонансними
регулюючими елементами
|
Спеціальність 05.09.12 |
– |
Напівпровідникові перетворювачі електроенергії |
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наукКиїв -1998
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі "Промислова електроніка" Чернігівського
технологічного інституту (м. Чернігів)
|
Науковий керівник |
– |
Кандидат технічних наук, доцент |
|
Офіційні опоненти |
– |
Доктор технічних наук, професор |
|
Кандидат технічних наук, доцент |
||
|
Провідна установа |
– |
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти України, кафедра теоретичних основ електротехніки |
Захист відбудеться "_22___" _грудня_”_ 1998 р. о 14___ годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 26.187.01 в Інституті електродинаміки НАН України за адресою: 252680? м. Київ-57, проспект Перемоги, 56,
тел. 446-91-15
З дисертацією можна ознайомитись e бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України.
Автореферат розісланий "_20_" _листопада__ 1998 р.
Вчений секретар спеціалізованої Вченої ради Федій В. С.
Загальна характеристика роботи
Актуальність проблеми. Враховуючи роль силової електроніки в енергозабезпеченні електронних пристроїв, зв’язаних з обробкою і передачею інформації, з управлінням технологічними процесами і електроприводами, фахівці постійно відмічають необхідність підвищення їх техніко-економічних характеристик: енергетичних, питомих, вартісних.
Електронні пристрої, призначені для стабілізації напруги живлення різного роду навантажень, виконуються за принципом замкнутих систем автоматичного управління.
При розробці систем електроживлення питання якісної стабілізації вихідної напруги, електромагнітної сумісності з мережею вирішаються комплексно на основі найновіших досягнень технології виробництва силових напівпровідникових приладів і мікросхемотехніки.
Сучасний рівень елементної бази силової електроніки – потужних повністю керованих напівпровідникових приладів, магнітних матеріалів, конденсаторів – дозволяє розробляти малогабаритні та надійні ключі в інтегральнім виконанні, які працюють в мегагерцовому частотному діапазоні і тоді в якості фільтруючих ланок виступають паразитні параметри схеми.
Реалізація можливостей сучасної елементної бази з метою досягнення оптимальних характеристик стабілізаторів напруги зв’язана з глибоким вивченням процесів, які протікають в їх енергетичних та інформаційних каналах з урахуванням специфіки режимів енергоперетворювання, управління.
Зокрема на високих частотах зростає вплив перешкоджень, а також паразитних параметрів фільтрів на динамічні процеси в стабілізаторі, що примушує шукати нові принципи побудови ключових елементів та ланцюгів зворотного зв’язку.
В останні роки у стадії інтенсивних досліджень знаходяться ключові елементи на основі квазірезонансу, переключення яких відбуваються при нульовому струмі або ж при нульовій напрузі. Застосування квазірезонансних ключів значно підвищує енергодинамічні та питомі характеристики стабілізатора, а також електромагнітну сумісність з мережею.
В цьому зв’язку з’являється необхідність в дослідженні динамічних процесів в високочастотних імпульсних і в квазірезонансних імпульсних стабілізаторах постійної напруги з метою підвищення їх техніко-економічних характеристик.
Зв’язок з науковими програмами, планами, темами.
Науково-дослідницька робота по темі дисертації проводилась у відповідності з Координаційними планами НАН України на 1991-1995 рр. (комплексна програма “Наукові основи електроенергетики”, п.1.9, 2.2, 3.3), а також у відповідності з державною науково-технічною програмою по пріоритетних напрямках науки і техніки (1995-2000 рр.), п. 04-00, п. 04-11 комплексного проекту держкомітету України з питань науки, техніки та промислової політики.
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є подальший розвиток методів розрахунку та проектування імпульсних стабілізаторів з різними засобами широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), а також дослідження динаміки стабілізаторів з квазірезонансними ключовими елементами з метою створення на їх основі джерел живлення з підвищеними енергетичними та питомими характеристиками.
Реалізація поставленої мети включає в себе наступні питання:
- оптимізація часових характеристик;
- вивчення впливу різних способів широтно-імпульсної модуляції на субгармонічну стійкість стабілізаторів напруги при великих збуреннях;
- дослідження статичних характеристик квазірезонансних імпульсних перетворювачів, що перемикаються при нульовому струмі (КРІП-ПНС);
- представлення КРІП-ПНС в вигляді ланок систем стабілізації постійної напруги;
- дослідження впливу паразитних параметрів КРІП-ПНС на критичний коефіцієнт підсилення системи стабілізації;
- оптимізація стабілізаторів з КРІП-ПНС по швидкодії за рахунок реалізації процесів кінцевої тривалості;
- теоретичні та експериментальні дослідження електромагнітної сумісності імпульсних стабілізаторів з мережею;
- розробка зразків стабілізаторів постійної напруги з КРІП-ПНС та їх експериментальні дослідження.
При виконанні теоретичних досліджень були використані положення фундаментальної теорії лінійних та нелінійних імпульсних систем, теорія апроксимації функцій за допомогою рядів Уолша-Фур‘є, метод логарифмічних амплітудно-частотних характеристик на основі білінійного перетворювання, метод z-перетворювання. Моделювання динамічних процесів в стабілізаторах напруги виконано на персональному комп’ютері з використанням програмного продукту Pspіce 6.1.Теоретичні висновки та рекомендації підтвердженні експериментами на лабораторних зразках імпульсних стабілізаторів з використанням високоточних цифрових вимірювальних приладів.
Наукова новизна одержаних автором результатів:
- вперше доведено, що в ключових стабілізаторах постійної напруги з інерційним навантаженням засіб широтно-імпульсної модуляції не має помітного впливу на субгармонічну стійкість;
- встановлено раніше невідомий вплив засобу широтно-імпульсної модуляції на субгармонічну стійкість, який починає проявлятися, коли період комутації ключа сумірний з постійною навантаження, при цьому найменший запас стійкості мають стабілізатори з двосторонньою ШІМ;
- для оптимізації часових характеристик двоконтурних стабілізаторів показана ефективність комбінованого підходу – внутрішній контур, як найбільш швидкодіючий, бажано налагоджувати на кінцеву тривалість процесів, а зовнішній – з використанням білінійного перетворювання та метода логарифмічних амплітудно-частотних характеристик (ЛАЧХ);
- отримано нове математичне описання статичних характеристик КРІП (зов нішньої, регулюровочної, пульсаційної), які дозволяють знайти статичні ко ефіцієнти підсилення перетворювача по збурюючому та керуючому впливам;
- на основі аналізу електромагнітних процесів в КРІП запропоновані варі анти представлення їх ланкою системи автоматичного керування з ура хуванням впливу паразитних параметрів;
- розраховано вплив паразитних параметрів на критичний коефіцієнт під силення стабілізатора з КРІП;
- дістала подальший розвиток теорія оптимізації систем силової елекироніки: розроблена методика оптимізації часових характеристик в двокон турних стабілізаторах з КРІП, запропоновані варіанти схемотехнічної та програмної реалізації коректуючих ланцюгів;
- в результаті електронного моделювання експериментальних та теоре тичних досліджень вперше показано, що стабілізатори з КРІП мають кращу електромагнітну сумісність з мережею, ніж стабілізатори зі звичайними імпульсними перетворювачами.
Практичне значення одержаних результатів:
- нові наукові положення, зокрема, оцінки стійкості двоконтурних імпульсних стабілізаторів з різними засобами ШІМ, а також за пропонований комбінований підхід до оптимізації їх частотно-часових характеристик доповнюють відому теорію динамічних процесів в швидкодіючих імпульсних системах електроживлення;
- використання квазірезонансних перетворювачів в якості ключових елементів стабілізаторів постійної напруги відкриває можливості значного підвищення техніко-економічних характеристик джерел живлення та їх електромагнітної сумісності з мережею;
- розроблена методика оптимізації двоконтурних стабілізаторів з КРІП дозволяє прискорити процес дослідження та розробки високоефективних систем живлення;
- результати виконаних в дисертації досліджень використані при розробці стабілізаторів постійної напруги з КРІП-ПНС; вони рекомендовані для застосування в радіоелектронній апаратурі, яка розробляється в НДІ електромеханічних приладів (м. Київ);
- методика розрахунку та оптимізації динамічних характеристик імпульсних стабілізаторів з широкою смугою пропускання використовується в лекціях, на практичних заняттях та в дипломному проектуванні по курсу “Системи перетворювальної техніки” кафедри “Промислової електроніки” Чернігівського технологічного інституту.
Особистий внесок автора. В роботах, які опубліковані у співавторстві, особисто автору належить:
- в роботі [1] виконаний аналіз електромагнітних процесів в КРІП-ПНС;
- в роботі [2] розроблена методика врахування впливу засобу ШІМ на субгармонічну стійкість стабілізатора;
- в роботах [7], [8] отримані основні математичні співвідношення, які дозволяють корегувати частотні характеристики стабілізатора з урахуванням специфіки КРІП-ПНС.
Апробація результатів дисертації.
Основні положення роботи доповідалися на: Міжнародній конференції “Силова електроніка в вирішенні проблем ресурсо- та енергозбереження” (Алушта, 1996 р.); Міжнародний конференції з електромеханотроніки (С.-Петербург, 1997 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Силова електроніка та енерго ефективність” (Алушта, 1998 р.); наукових семінарах НАН України “Наукові основи електроенергетики”.
Публікації результатів наукових досліджень.
Основний зміст дисертації відображено в 8 наукових роботах, у тому числі в 6 статтях, які опубліковані в фахових наукових виданнях, та в 2 тезах доповідей.
Структура та обсяг дисертаційної роботи.
Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків. Загальний обсяг дисертації складає 155 сторінок. На 47 сторінках розміщені 47 рисунків, список використаних джерел із 52 найменувань і два додатки.
Основний зміст роботи
У вступі дано обгрунтування актуальності та доцільності дисертаційної роботи на основі аналізу сучасного стану питання дослідження та розробки джерел живлення з поліпшеними техніко-економічними характеристиками. Сформульовані мета і задача дослідження.
У першому розділі одержані передаточні функції широтно-імпульсного перетворювача з модуляцією заднього, переднього та двох фронтів імпульсу без традиційного обмеження діапазону зміни скважності нескінченно малою величиною.
Передаточні функції одержані на основі апроксімації ШІМ сигналів рядом Уолша-Фур‘є.
По результатах аналізу проходження симетричної складової вихідної напруги перетворювача крізь неперервну частину системи, одержані вирази для знаходження фактора пульсацій системи з інтегральним регулятором для трьох випадків ШІМ.
Із характеристичного рівняння системи одержані слідуючi умови стійкості імпульсного стабілізатора на основній субгармоніці:
--для ШІМ заднього фронту; (1)
--для ШІМ переднього фронту; (2)
-
для двостороньої ШІМ. (3)
В виразах (1)-(3):
Fпі Fзі фактори пульсацій по передньому та задньому фронтам у відповідній зоні зміну скважності g;
Tи-постійна інтегратора;
N-кількість функцій Уолша;
a=T/Tн відносна постійна навантаження.
Результати розрахунків областей приведені на рис. 1, де крива 1 відповідає ШІМ заднього, крива 2 – переднього фронтів, крива 3 відповідає двосторонній ШІМ. Ці криві справедливі для діапазону зміни скважності . .
Області стійкості стабілізаторів з різними засобами ШІМ, практично, збігаються, коли . Різниця в областях стійкості спостерігається для широкосмугових систем, коли . В цьому випадку найбільш стійкі системи з ШІМ заднього фронту, а найменш стійкі – системи з дво сторонньою ШІМ.
На рис. 1 крива 4 відповідає ШІМ як по задньому, так і по передньому фронтах, крива 5 – двосторонній ШІМ. Ці криві справедливі ..
Рис.1
На основі одержаних передаточних функціях перетворювача виконано синтез коректуючих ланцюгів двоконтурного стабілізатора для робочого діапазону зміни скважності.
Оскільки внутрішній контур перевершує по швидкодії головний контур в декілька раз, то його регулятор запропоновано настроювати на кінцеву тривалість процесу. В результаті знайдено коефіцієнт підсилення контуру струму, при якому процес закінчується за два комутаційних інтервали.
З врахуванням одержаного коефіцієнту підсилення в контурі струму розраховані реакція неперервної частини на симетричну складову вихідної напруги КРІП-ПНС, після чого знайдено фактор пульсацій в робочій зоні ШІМ.
На основі цих результатів одержана дискретна передаточна функція розімкнутого контуру напруги, яка оптимізована по критерію якості перехідної характеристики (час наростання, перерегулювання) методом логарифмічних амплітудно-частотних характеристик.
Процес оптимізації виконано з використанням білінійного пере-творювання, що дозволило врахувати дискретний характер системи стабілізації.
На прикладі розробленого джерела живлення показано процес оптимізації його контурів. Знайдені структури і параметри регуляторів, які забезпечують задану якість перехідної характеристики стабілізатора.
Другий розділ присвячений вивченню особливостей КРІП-ПНС як регулюючого елемента стабілізатора напруги.
КРІП-ПНС, рис. 2, являючись ланкою стабілізатора, має власну частотно-часову характеристику, яка може впливати в тій або інший мірі на частотно-часову характеристику всієї замкнутої системи. Для вияснення цього факту проаналізовані електромагнітні процеси на чотирьох комутаційних інтервалах КРІП-ПНС.
Рис .2
Для кожного інтервалу складені операторні рівняння не вище четвертого порядку, в результаті рішення яких одержаний струм навантаження з врахуванням пульсацій. У відомих роботах подібний аналіз виконаний без врахування пульсацій струму навантаження.
В результаті аналізу електромагнітних процесів знайдені такі особливості КРІП-ПНС як ланки системи авторегулювання:
на першому комутаційному інтервалі КРІП-ПНС вносить в процес управління чисте запізнення, визначене часом закривання зворотного діоду;
на другому інтервалі форма напруги на конденсаторі близька до синусоідальної;
на третьому – до експоненціальної, причому, довжина цих інтервалів залежить від навантаження.
Включення КРІП-ПНС в замкнуту систему в якості силового регу лю ючого елемента допускає, що його статичні коефіцієнти підси лення по керуючому і збурюючому діям відомі.
Вважається відомим і характер зміни пульсацій вихідної напруги в процесі регулювання. Необхідну інформацію про це можна одержати, аналізуючи зовнішню, регулювальну та пульсаційну характеристики КРІП-ПНС.
За результатами аналізу процесів в КРІП-ПНС одержане різничне рівняння розімкнутої системи, яке вирішено методом z-перетворювання відносно струму навантаження.
Рис. 3
Знайдені значення струму навантаження в перехіднім та усталенім режимах по окремих комутаційних інтервалах для довільного періоду переключення. На основі цього побудовані зовнішні , регулюючі , рис.3, та пульсаційна , рис.4, характеристики для різних навантажень. Зовнішня характеристика 7 та регулююча характеристика 2, рис.3, є експериментальними. Вони не дуже відрізняються від відповідних теоретичних кривих 6 та 5.
Рис .4
Із регулюючих та зовнішніх характеристик КРІП-ПНС видно, що при скиданні навантаження його вихідна напруга зростає. Причина цього в тому, що на відміну від звичайного імпульсного перетворювача, КРІП-ПНС має два дроселі – в коливальному контурі та в ланцюгу навантаження. Дросель фільтра на перших двох комутаційних інтервалах накопичує енергію, а потім частково передає її навантаженню на слідуючих інтервалах. Дросель контуру працює в режимі накопичення енергії на першому комутаційному інтервалі. Через його обмотку протікає пульсуючий струм.
З ростом навантаження добротність контуру знижується, його частота падає, а постійна складова струму збільшується.
Внаслідок цього, починає проявлятися ефект накопичення надмірної енергії в дроселі контуру, що характерно для магнітних ланцюгів з незмінним направленням магнітного потоку. Втрати на дроселі збільшуються, а вихідна напруга знижується.
При зниженні навантаження добротність контуру збільшується, конденсатор заряджається до більшої напруги, практично, постійним струмом дроселя.
Внаслідок цього напруга на виході зростає, що подібно з причиною росту вихідної напруги паралельного інвертора струму при зниженні навантаження.
Крім накопичення надмірної енергії на величину вихідної напруги впливає тривалість другого комутаційного інтервалу. Вона визначається часом розряду конденсатора через навантаження.
Аналіз статичних характеристик КРІП-ПНС дозволив оцінити частотний діапазон регулювання вихідної напруги, а також розробити рекомендації по розрахунку фактора пульсацій.
Особливості КРІП-ПНС, які встановлені в процесі дослідження електромагнітних процесів, не дозволяють однозначно трактувати його типовим нелінійним ланцюгом з частотно-імпульсною модуляцією, хоч є всі ознаки такого ланцюга. В довершення до відомих труднощів аналізу таких ланцюгів з’являються нові, зв’язані з врахуванням впливу внутрішніх параметричних зворотних зв’язків на довжину комутаційних інтервалів.
Враховуючи відзначену специфіку КРІП-ПНС, запропоновані такі варі анти його передаточної функції:
а) на високих частотах КРІП-ПНС можна представляти фіксатором нульового порядку з чистим запізненням, величина якого визначається часом запирання зворотного діода;
б) дискретний характер
КРІП-ПНС доцільно враховувати в області низьких частот, де помітний вплив фактора пульсацій.
Паразитні параметри в цьому разі можна не враховувати.
Оскільки форма імпульсу напруги на виході КРІП-ПНС являється складною, то для спрощення аналізу запропоновано використати метод еквівалентних площ, коли реальний імпульс замінюється рівним йому по довжині і вольт-секундній площі імпульсом прямокутної форми.
Запропоновані передаточні функції КРІП-ПНС справедливі “в малому”.
Третій розділ присвячений дослідженню субгармонічної стійкості та корекції частотних характеристик стабілізаторів напруги з КРІП-ПНС.
Оскільки стабілізатори працюють в широкому частотному діапазоні, то зміна частоти робить помітним вплив на область їх стійкості місця розташування амплітудно-фазо-частотної характеристики неперервної частини на комплексній площині. Якщо вона знаходиться в нижній половині площини, то наявність імпульсного елемента визначає наявність гранічного, за змістом стійкості, коефіцієнту підсилення системи на частоті основної субгармоніки.
Дослідження стійкості виконано в одноконтурних схемах з врахуванням специфіки зовнішньої, регулюючої характеристик і паразитних параметрів навантаження. Власно перетворювач представлено дискретним ланцюгом по методу еквівалентних площ.
На основі методу z-перетворювання одержані характеристичні рівняння замкнених стабілізаторів для ідеального випадку, а також з урахуванням чистого запізнення, міжвиткової ємкості, опору активних втрат дроселя і конденсатора фільтра.
На основі критерію Шур-Кона, аналога критерію Рауса-Гурвіца для дискретних систем, одержані залежності критичного коефіцієнту підсилення системи на основній субгармоніці від частоти для різних значень скважності регулювання та коефіцієнту затухання системи, рис. 5.
Рис .5
Крива 1 відповідає ідеальному випадку, крива 2 - враховує невелике чисте запізнення, крива 3 - міжвиткову ємкість дроселю фільтру та чисте запізнення, крива 4 - враховує опір активних втрат дроселю і конденсатора фільтру та між виткову ємкість; хрестиками позначені результати експерименту.
Внаслідок аналізу встановлено, що невелике чисте запізнення (характерно для низьких частот) підвищує стійкість, а значне (характерно для високих частот) – знижує.
Міжвиткова ємкість дроселя фільтра при зміні частоти до значення паразитної резонансної підвищує критичний коефіцієнт підсилення системи.
Якщо частота буде вище паразитної резонансної, то спостерігається зворотне явище.
Опір активних втрат конденсатора фільтра з ростом частоти збільшується, що приводить до зниження критичного коефіцієнту підсилення системи. До такого ж ефекту приводить зростання скважності регулювання та опору навантаження.
Проведена корекція частотних характеристик одноконтурних ста білізаторів по критерію якості перехідного процесу.
Рис 6.
Для розімкнутого одноконтурного стабілізатора з КРІП-ПНС одержана передаточна функція четвертого порядку, а потім побудована його ЛАЧХ для заданих параметрів схеми, крива 1, рис. 6. Крива 2 відповідає більшому, в по рів нянні з попереднім випадком, значенню коефіцієнта підсилення системи. Криві 3,4 відповідають скоректованим системам. Найкращі якості перехідного процесу (час зростання, перерегулювання) та запас стійкості досягаються при вве денні в систему коректуючих: нульового полюса, двох нулів та одного полюса, крива 4 рис.6.
Для цього випадку одержана передаточна функція коректуючої ланки та його схемотехнічна реалізація.
Оскільки внутрішній контур струму в двоконтурнім стабілізаторі значно перевищує по швидкодії зовнішній контур, то його оптимізація виконана ди скретним методом, виходячи з умови забезпечення кінечної тривалості процесу.
На основі теорії лінійних імпульсних систем одержана оптимізована по критерію швидкодії дискретна передаточна функція замкненого контуру струму.
Знайдена передаточна функція послідовного коректуючого ланцюга, яка дозволяє встановити процес в контурі струму за три періоди тактової частоти без помітного перерегулювання.
Запропоновано два варіанти схемотехнічної реалізації оптимальної коректуючої ланки контура струму – програмно у вигляді рекурсивного цифрового фільтра та на основі операційних підсилювачів.
У першому разі програмно вирішується різнисне рівняння, яке одержане в процесі оптимізації системи.
У другому разі від дискретної передаточної функції оптимального регулятора здійснено перехід до еквівалентної їй передаточної функції неперервного регулятора, яка подана трьома елементарними передаточними функціями: пропорціонально-інтегральним регулятором, коливальним і пропорціонально-диференціальним ланками.
Усі три ланки реалізовані на операційних підсилювачах з відповідними зворотними зв’язками.
Головний контур стабілізатора, який більш інерційний, ніж контур струму, запропоновано настроювати на задану тривалість і перерегулювання процесу методом ЛАЧХ, як в одноконтурнім стабілізаторі.
В четвертому розділі виконано електронне моделювання стабілізаторів з КРІП-ПНС з метою уточнення їх статичних, динамічних характеристик та параметрів настройки оптимальних регуляторів.
Для моделювання використаний програмний продукт Pspice 6.1, який включає в себе редактор принципових схем Pshed, програму розрахунку принципових схем Spice, редактор вхідних сигналів StmEd, графічний пост-процесор Probe, програму розрахунку параметрів моделей компонентів Parts.
Результати теоретичного аналізу та електронного моделювання покладені в основу розробки стабілізаторів постійної напруги з КРІП-ПНС, які рекомендовані для впровадження в дослідне виробництво НДІ електромеханічних приладів, (м. Київ).
Теоретичні та експериментальні дослідження показали, що амплітуда гармонік вхідного струму КРІП-ПНС на низьких та середніх частотах в п’ять і більше разів менше, ніж аналогічні амплітуди струму звичайного імпульсного перетворювача. На високих частотах комутації (вище одного МГц) це співвідношення трохи зніжується.
В додатках наведені акти впровадження результатів роботи та номінали схем розроблених стабілізаторів напруги.
Висновки
У дисертаційній роботі розроблені основні положення теорії стабілізаторів постійної напруги з КРІП-ПНС, які відрізняються від існуючих стабілізаторів кращими енергетичними, питомими характеристиками та меншим впливом на мережу.
Сукупність отриманих наукових результатів складає суттєвий внесок у подальшій розвиток ефективних джерел живлення електронної апаратури, яка широко використовується в народному господарстві та наукових дослідженнях.
1. Проведено порівняльний аналіз варіантів побудови стабілізаторів з різними способами ШІМ. Встановлено, що в ключових стабілізаторах вплив засобу широтно-імпульсної модуляції на субгармонічну стійкість починає проявлятися, коли період комутації ключа сумірний з постійною навантаження, при цьому найменший запас стійкості мають стабілізатори з двосторонньою ШІМ.
2. Для оптимізації часових характеристик двоконтурних стабілізаторів доведена ефективність комбінованого підходу: внутрішній контур, як більш швидкодіючий, запропоновано налагоджувати на кінцеву тривалість процесів, а зовнішній – з використанням білінійного перетворювання та методу логарифмічних амплітудно-частотних характеристик, що дозволяє в процесі проектування досягти задану якість стабілізації з мінімальними витратами часу.
3. Отримано математичний опис статичних характеристик квазірезонансного імпульсного перетворювача (зовнішньої, регулювальної, пульсаційної), які дозволяють знайти статичні коефіцієнти підсилення перетворювача по збурюючому та керуючому впливу.
4. На основі аналізу електромагнітних процесів в КРІП-ПНС запропоновані варіанти їх представлення ланкою системи автоматичного керування з урахуванням впливу паразитних параметрів, що дозволило розрахувати вплив паразитних параметрів на критичний коефіцієнт підсилення стабілізатора з КРІП.
5. Розроблена методика оптимізації часових характеристик в двоконтурних стабілізаторах з КРІП-ПНС, що дозволило запропонувати варіанти схемо технічної та програмної реалізації коректуючих ланцюгів.
6. В результаті електронного моделювання теоретичних та експериментальних досліджень встановлено, що стабілізатори з КРІП-ПНС мають кращу електромагнітну сумісність з живлючою мережею, ніж зі звичайними імпульсними перетворювачами.
7. Вирогідність та обгрунтованість наукових досліджень, висновків та рекомендацій підтверджується узгодженням теоретичних результатів з експериментальними данними та результатами електронного моделювання.
8. Теоретичні результати роботи знайшли застосування в навчальному процесі спеціальності “Промислова електроніка” в Чернігівському технологічному інституті.
Розроблені стабілізатори постійної напруги з КРІП-ПНС рекомендовані до впровадження в експериментальне виробництво НДІ електромеханічних приладів, м. Київ.
ПУБЛІКАЦІЇ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Денисов А.И., Денисов Ю.А. Особенности квазирезонансного преобразователя как звена замкнутой системы электропитания // Техническая электродинамика. – 1995. – № 5. – с.13-17.
2. Денисов А.И., Денисов Ю.А. Устойчивость импульсных стабилизаторов с различными способами широтно-импульсной модуляции // Техническая электродинамика. – 1996. – № 5. – с.22-27.
3. Денисов Ю.О. Корекція частотних характеристик джерел живлення з квазірезонансними імпульсними перетворювачами // Вісник Чернігівського технологічного інституту. – 1996. – № 1. – с. 68-76.
4. Денисов Ю.О. Моделювання стабілізатора постійної напруги з квазірезонансними імпульсними перетворювачами // Вісник Чернігівського технологічного інституту. – 1997. – № 3. – с. 102-108.5. Денисов Ю.А. Устойчивость одноконтурных стабилизаторов с квазирезонансными импульсными преобразователями // Техническая электродинамика. – 1998. – Спец. выпуск 2. – Т.1. – с. 170-173.6. Денисов Ю.А. Статические характеристики импульсного ква зирезонансного преобразователя как регулирующего звена стабилизатора // Техническая электродинамика. – 1998. – № 4. – с. 26-32.
7. Денисов А.И., Денисов Ю.А. Моделирование стабилизаторов постоянного напряжения с квазирезонансными преобразователями // Сб. тезисов докл. I Междунар. (III Всероссийской) конф. По электро механотронике. – С.-Петербург. – 1997. – с. 85-86.
8. Денисов А.И., Денисов Ю.А. Синтез регуляторов для стабилизаторов постоянного напряжения на основе квазирезонансных ключей // Сб. трудов Междунар. конф. “Силовая электроника в решении проблем ресурсо- и энергосбережения”. – Алушта. – 1996. – с. 74.Денисов Ю. О.
Стабілізатори постійної напруги з імпульсними і квазірезонансними регулюючими елементами. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 – напівпровідникові перетворювачі електроенергії. – Інститут електродинаміки НАН України, Київ,1998.
Дисертація присвячена дослідженню і оптимізації динамічних процесів в імпульсних стабілізаторах з різними засобами широтно-імпульсної модуляції а також дослідженню статичних і динамічних характеристик стабілізаторів постійної напруги з квазірезонансними імпульсними перетворювачами, які перемикаються при нульовому струми ( КРІП-ПНС).
В роботі викладені результати досліджень електромагнітних процесів в КРІП-ПНС, отримані їх зовнішні регулюючі та пульсаційні характеристики. Знайдені умови стійкості на основній субгармонічній частоті імпульсних стабілізаторів з КРІП-ПНС. Виходячи з умов кінцевого часу процесів, виконана оптимізація пере хідних характеристик стабілізаторів проведено порівняння електромагнітної сумісності стабілізаторів з різними типами ключових елементів.
Теоретичні результати роботи використані при розробці стабілізаторів постійної напруги з КРІП-ПНС, які рекомендовані до втілення в дослідницьке виробництво науково-дослідного інституту електромеханічних приладів, м. Київ.
Ключові слова: квазірезонансний перетворювач, статичні характеристики, динамічні характеристики, субгармонічні автоколивання, моделювання, електромагнітна сумісність.
Денисов Ю. А. Стабилизаторы постоянного напряжения с импульсными и квазирезонансными регулирующими элементами. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 – полупроводниковые преобразователи электроэнергии. – Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 1998.
Диссертация посвящена исследованию и оптимизации динамических процессов в импульсных стабилизаторах с различными способами широтно-импульсной модуляции, а также исследованию статических и динамических характеристик стабилизаторов напряжения с квазирезонансными импульсными преобразователями, переключаемыми при нулевом токе (КРИП-ПНТ).
В работе изложены результаты исследования электромагнитных процессов в КРИП-ПНТ, на основе которых получены их внешние, регулировочные и пульсационные характеристики. Найдены условия устойчивости на основной субгармонике импульсных стабилизаторов с КРИП-ПНТ. Из условия конечной длительности процессов выполнена оптимизация временных характеристик стабилизаторов, дана сравнительная оценка электромагнитной совместимости стабилизаторов с различными типами ключевых элементов.
Теоретические результаты работы использованы при разработке стабилизаторов напряжения с КРИП-ПНТ, рекомендованных к внедрению в опытное производство НИИ электромеханических приборов г. Киев .
Ключевые слова: квазирезонансный преобразователь, статические харак теристики, динамические характеристики, субгармонические автоколебания, моделирования, электромагнитная совместимость.
Y. A. DENISSOV. Constant Voltage Stabilizers Having Pulse and Quasi-resonant Regulating Elements. – Manuscript.
The Thesis of Candidate of Technology on the Speciality 05.09.12 – Semiconductor Electric Energy Converters. – The Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1998.
The present thesis relates to the study and optimization of dynamic processes in pulse stabilizers with a variety of pulse-with modulations (PDM) as well as to the study of static and dynamic characteristics of quasi-resonant pulse converters switched at zero current ( QRPC-SZC).
The present scientific paper given the results of the study of electromagnetic processes in QRPC-SZC on the basis of which external regulating and pulsating characteristics have been obtained. The stability conditions on the basic subharmonic of pulse stabilizers having QRPC-SZC have been found. The conditions of final duration of processes has given an opportunity to perform the optimization of the stabilizers time response , give an electromagnetic estimations of compatibity of stabilizers with different types of key elements.
The theoretical results of reseach have been used when working out the voltage stabilizers with QRPC-SZCrecommended for the integration in pilot-scale production at the Reseach Institute of Electromechanical Devices, Kyiv.
Key words: quasi-resonant converter, static characteristics, dynamic characteristics, subharmonic self-excited oscillations, modulation, electromagnetic compatibility.
Підписано до друку 2 11 98 р Формат 60 Х 90 /16 Папир офсетний Формат видання 145Х215
Умовн-друк аркуш 1б0 Об-вид аркуш 1,0
Тираж 120 Замовл
Реакційно-видавничий відділ Чернігівського технологічного інституту
250027 , Чернігів ,вул Шевченка ,95