Введение к работе
-3-
Актуальность проблемы. Качественные показатели и надежность эборудования электросвязи в значительной мере определяются качеством функционирования и надежностью системы электропитания.
В данной работе проводится анализ систем электропитания узлов :вязи с точки зрения обеспечения устойчивости.
Система электропитания узла связи представляет собой совокупность взаимосвязанных преобразователей и стабилизаторов напряжения и тока, зходы которых соединены между собой и с электропитающей установкой установками) (ЭПУ) через участки токораспределителыюй сети (ТРС). Кроме того в систему электропитания могут входить кабельные цепи, ис-юльзуемые для трансляции дистанционного питания. Поскольку число ггабилизаторов на узле может достигать нескольких сотен, а каждый из шх представляет собой нелинейную систему автоматического регулирова-шя, анализ устойчивости такой системы является сложной математнче-:кон задачей.
Актуальность задачи исследования устойчивости систем электропитания узлов связи особенно возросла в последние годы. Причиной этого шляются увеличение КПД вторичных источников и резкое уменьшение голи непрерывных (линейных) стабилизаторов. Актуальность проблемы годтверждается и известными случаями, когда в системах электропитания юзннкали периодические колебания напряжения, в результате чего ухуд-иались характеристики питаемой аппаратуры.
Анализ устойчивости систем электропитания в конфигурации, характерной для узлов связи на сегодняшний день в литературе не описан. Из-іестен ряд статей, в которых исследована устойчивость одиночных стаби-шзаторов и простейшей цепи "источник-нагрузка".
Целью работы являются исследование факторов, влияющих на устойчивость систем электропитания узлов связи, разработка методов оценен устойчивости и мер, позволяющих предотвратить возникновение авто-
-4-колебанип, а также методик для инженерных расчетов практических случаев.
Выполнение этой задачи позволит повысить надежность функционирования систем электропитания и всего оборудования узлов связи в целом.
Методы исследования основаны на использовании теории линейных и нелинейных электрических цепей, теории автоматического регулирования в приложении к линейным и нелинейным системам и численных методов решения дифференциальных уравнений с применением ЭВМ.
Научная новизна диссертации определяется новыми математическими моделями и методами расчета характеристик систем и устройств электропитания. К ним можно отнести:
-
Метод представления токораспределнтельных сетей и цепей дистанционного питания в виде системы с сосредоточенными параметрами, позволяющий исключить из системы дифференциальных уравнений частные производные но координате и тем самым упростить математические модели систем электропитания и их анализ.
-
Математическую модель системы электропитания узла связи включающую в себя совокупность токораспределительной сети и источников электропитания, позволяющую исследовать устойчивость всей системы в целом.
-
Методы анализа систем электропитания узлов связи, позволяющие оценивать их устойчивость и временные характеристики.
-
Математическую модель и физическую реализацию нелинейного корректирующего звена для уменьшения нестабильности стабилизаторов тока.
-
Математическую модель широтно-импульсного модулятора в стабилизаторах напряжения и тока и метод расчета его характеристик, позволившие рассчитать комплексный коэффициент передачи контура регулирования в особых точках, которые находятся на частотах, где отношение частот воздействия и преобразования является рациональным числом.
-5-Личный вклад. Все результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработан метод составления математических моделей токорас-пределнтелыюй сети, позволяющий анализировать и рассчитывать устойчивость совокупности источников вторичного электропитания узла связи, связанных между собой через участки ТРС;
разработан метод составления математической модели цепей дистанционного питания, образованных цепями кабелей, используемых для передачи информации, позволяющий анализировать систему, состоящую из цепи дистанционного питания и импульсного стабилизатора, получающего входное напряжение по данной цепи. Модель позволяет рассчитывать временные характеристики и устойчивость указанной системы;
рассчитана статическая характеристика контура регулирования стабилизатора тока и разработана реализация нелинейного корректирующего звена, позволяющего уменьшить его статическую погрешность регулирования;
рассчитаны отклонения амплитудно-частотной и фазочастотної! характеристик широтно-импульсных преобразователей в упомянутых выше особых точках, что при проектировании стабилизаторов, позволяет уменьшить погрешность оценки запасов устойчивости;
даны рекомендации по оптимизации схем шпротно - импульсных модуляторов по критерию максимизации запасов устойчивости.
Полученные в ходе данной работы результаты нашли применение при:
разработке системы и устройств электропитания электронной АТС с цифровой абонентской сетью (ЭАТС-ЦА);
разработке устройства дистанционного питания системы передачи К-1020С;
работе по устранению-самовозбуждения системы электропитания па узле связи.
-б-
Реализацня в народном хозяйстве. Полученные в результате исследования методы оценки устойчивости могут найти применение как при разработке отдельных устройств, так и при проектировании систем электропитания узлов связи в целом. На основании предлагаемых методов былс устранено самовозбуждение, возникшее в системе электропитания на одном из узлов связи, а также проведена оптимизация характеристик контур? регулирования устройства дистанционного питания системы передачи К-1020С и устройств электропитания в оборудовании ЭАТС-ЦА.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работь докладывались на заседании Научно-технического совета ЦНИИС, отраслевых семинарах: "Опыт разработки, внедрения в аппаратуру и освоения t серийном производстве унифицированных источников вторичного питания импульсного типа" (Севастополь 1987 г.) и "Импульсные ИВЭ. Состояние и перспективы развития" (Севастополь, 1989 г.)
Публикации. По разработанным методам и результатам проведенных исследовании автором опубликовано 5 печатных работ самостоятельно и 5 - в соавторстве в журналах "Электросвязь", "Полупроводниковые приборы в технике электросвязи", сборниках научных трудов ЦНИИС.
Структура диссертационной работы соответствует принятому способу решения поставленной задачи: в начале каждого раздела изложены результаты разработки метода теоретического анализа, затем - методов исследования, а в завершении приведены итоги исследования конкретных схем и систем.
Диссертационная работа изложена на 144 страницах машинописного текста, иллюстрируется 27 рисункам и таблицами и сопровождается списком литературы из 60 наименования и приложениями на 67 страницах.
Основные положения, представляемые к защите.
1. При анализе устойчивости систем электропитания, в конфигурации, характерной для узлов связи, распределенный характер параметрої ТРС можно не учитывать. Каждый ее участок допустимо рассматривать і
-7-іпде схемы, продольные активное сопротивление и индуктивность которой )авны соответствующим параметрам реальной ТРС.
2. Оценка устойчивости систем электропитания узлов связи может
>ыть проведена на основании одного из критериев устойчивости линейных
:ар.
-
При анализе системы, состоящей из источника ДП, кабельной лиши, используемой для передачи ДП и импульсного стабилизатора (ИС) тпряження или тока, в качестве приемника, линия может быть представ-іена в виде многозвенного четырехполюсника с сосредоточенными параметрами.
-
Статическая погрешность регулирования импульсных стабилизаторов тока, применяемых для дистанционного питания необслуживаемых іунктов, может быть значительно уменьшена путем коррекции частотных <арактеристик контура регулирования. Для этого рекомендуется использо-зать разработанные в данной работе корректирующие звенья с экспоненциальной амплитудной характеристикой коэффициента передачи.
-
Если отношение частоты воздействия и частоты преобразования імпульсного стабилизатора является рациональным числом, величина модуля и фазы коэффициента передачи контура регулирования зависит от зида статической характеристики модулятора, степени модуляции перед-іего и заднего фронтов импульса и соотношения указанных частот.
ЛАХ и ФЧХ импульсной части ШИМ-стабплизатора напряжения с занижающим конвертором имеют минимальные искажения при равномерной двусторонней модуляции и линейной амплитудной характери-:тикой модулятора. При таком модуляторе достижимы наибольший статический коэффициент передачи по контуру регулирования и, соответственно, минимальная статическая погрешность стабилизации.
