Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
РАЗДЕЛ (.СТРУКТУРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С
ОДНОКВАДРАНТНЫМИ АКТИВНЫМИ ФИЛЬТРАМИ 10
Обзор схемных решений преобразователей для питания аппаратуры связи и активных фильтров 10
Принципы построения одноквадрантных активных фильтров в цепях с двунаправленными напряжениями
и токами 20
Применение активных фильтров в преобразователях..„, 25
Преобразователь с трансформацией на промежуточной частоте 28
і .5. Обеспечение однородной коммутации ключевого
элемента 34
РАЗДЕЛ 2. ПЕРИОДИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ И МЕТОДИКА
ВЫБОРОВ ПАРАМЕТРОВ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ 38
2.1. Преобразователь с параллельным одноквадрантным АФ 38
2.1 Л _ Установившийся режим и методика расчета параллельного АФ для преобразователя с
трансформацией на основной частоте 38
2.1.2. Определение параметров источника тока смещения
с емкостным заданием тока для параллельного
активного фильтра 44
Непрерывный режим работы источника тока 45
Прерывистый режим работы источника тока .....49
2.2. Определение параметров преобразователя с
трансформацией на промежуточной частоте 53
Методика расчета силовой схемы и характеристик снаббера при однородной коммутации 53
Определение параметров последовательного активного фильтра для преобразователя с трансформацией на промежуточной частоте 59
РАЗДЕЛ 3. ДИНАМРІЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 63
3.1. Динамические свойства одноквадрантных активных
фильтров 63
3.2. Регулятор выпрямителя 71
3.2.1. Структура регулятора выпрямителя и параметры
схемы разложения 72
3.2.2. Реализация процессов конечной длительности 78
3.3. Динамические свойства преобразователя с трансформацией на
промежуточной частоте 85
Упрощенная импульсная модель преобразователя 85
Характеристики преобразователя как управляемого объекта 88
Синтез регулятора, обеспечивающего переходные процессы конечной длительности 92
РАЗДЕЛ 4. ОПЫТНЫЕ ОБРАЗЦЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 99
4.1. Метод двоичного кодирования межкоммутационных
интервалов 99
\
4.1 Л. Двоичное разложение межкоммутацнонного
интервала . 100
Описание метода 101
Расчет переходного процесса в линейной схеме 104
Двоичное кодирование межкоммутационного интервала ! 07
Формирование разрядных матриц 107
Формирование переходной матрицы 108
Поворот вектора состояния 108
Нахождение вынужденной составляющей и полного вектора состояния 108
4.1.3.6. Основная программа 109
Модель последовательного активного фильтра 109
Решение систем дифференциальных уравнений
с использованием фазового вектора. 114
4.2. Опытные образцы преобразователей 119
4.2. і. Преобразователь с трансформацией на основной
частоте , 119
4.2.2. Преобразователь с промежуточным звеном повышенной
частоты 128
ВЫВОДЫ 137
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ 14S
Введение к работе
Актуальность темы. Расширение информационных сетей, появление новых видов и средств связи предъявляют к источникам питания аппаратуры связи все более высокие требования. В то же время, широко используемые для этой цели на территории Украины преобразователи ВБ-60/5-3, ВБ-60/10-3, ВБ-60/15-3, собранные по схеме управляемого выпрямителя с пассивным LC-фильтром, хоть и надежны, но по своим энергетическим и массо-габаритным показателям мало соответствуют современным требованиям.
Одним из основных требований к таким преобразователям, сильно сказывающемся на качестве связи, является малый уровень пульсаций напряжения, питающего аппаратуру связи. Кроме того, эти источники питания должны отвечать современным требованиям относительно качества потребляемой преобразователем электроэнергии.Согласно рекомендации МЭК, коэффициент мощности преобразователя ограничивается на уровне 0,99.
Обеспечить малый уровень пульсаций выходного напряжения источника питания можно, применив активную фильтрацию, однако, известные в настоящее время одноквадрантные активные фильтры, работающие в непрерывном режиме, для преобразователей средней мощности либо вовсе не применяются, вследствии большой мощности, рассеиваемой транзисторами, либо требуют установки в силовую схему дополнительных трансформаторов. Схемы импульсных активных фильтров достаточно сложны и, кроме того генерируют в силовую цепь пульсации с частотой работы собственных коммутаторов.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Данная работа является составной частью научно - технической работы 04.08/02003 "Преобразователи электроэнергии с многофункциональными системами управления для электропитания ответственных потребителей", входящей в состав программы "Экологически чистая энергетика и ресурсо-сберегающие технологии".
Целью работы является синтез безтрансформаторных одноквадрантных активных фильтров для преобразователей средней мощности и создание на их основе источников питания аппаратуры связи с высокими энергетическими показателями.
Поставленная цель требует решения следующих задач:
разработки новых схем безтрансформаторных активных фильтров, работающих в непрерывном режиме, установленная мощность которых была бы значительно меньше мощности преобразователя;
исследования динамических свойств таких фильтров и исследование взаимодействия каналов управления активного фильтра и самого преобразователя при переходных процессах с целью снижения зоны активной фильтрации и улучшения энергетических показателей преобразователя;
повышение коэффициента мощности преобразователя применением промежуточного звена повышенной частоты со специальным алгоритмом управления;
- уменьшение мощности коммутационных потерь в коммутаторе
промежуточного звена.
Научная новизна полученных результатов:
- представлены новые схемы последовательного и параллельного
одноквадрантных активных фильтров, работающих в непрерывном режиме,
/
рассеиваемая мощность которых уменьшена, как минимум, на порядок относительно мощности, рассеиваемой транзисторами активных фильтров, включаемых непосредственно в силовую цепь;
- выявлены особенности взаимодействия каналов управления активного
фильтра и самого преобразователя на примере источника питания на основе
управляемого выпрямителя;
- разработан способ реализации однородной коммутации в
преобразователях с промежуточным звеном повышенной частоты и
синтезированы структуры активных фильтров, учитывающие особенности
отого способа;
усовершенствован метод двоичного кодирования
межкоммутационных интервалов для систем с периодическими возмущениями;
Теоретическое и практическое значение полученных результатов работы состоит в следующем:
- предложенные схемы активных фильтров имеют простую силовую
часть и систему управления, и могут применяться для преобразователей
электроэнергии различных классов мощностью до нескольких килловатт;
- показаны способы дополнительного снижения установленной
мощности транзистора активного фильтра за счет снижения зоны активной
фильтрации, посредством учета взаимодействия каналов управления
активного фильтра и преобразователя;
- предложен вариант высокочастотного источника питания, алгоритм
управления силовой схемой которого позволяет обеспечить коэффициент
мощности, близкий к единице, и создать условия для однородной
коммутации ключевого элемента, при которой необходим только емкостной
снаббер без элементов, поптащающих энергию коммутации в установившемся режиме.
В разработке решений, представленных в диссертации, принимали участие Ю.П. Гончаров, Е.И. Сокол, Хариси Хассан и СЮ. Кривошеев. Личный вклад соискателя в разработку научных результатов, которые выносятся на защиту:
структуры преобразователей с четырехквадрантными безтрансфор-маторными активными фильтрами при работе активного элемента в одноквадрантном непрерывном режиме;
методика определения основных параметров и результаты анализа динамических характеристик преобразователей с активными фильтрами;
способ реализации однородной коммутации в преобразователях с промежуточным звеном переменного тока и структуры активных фильтров, учитывающие особенности этого способа;
способ моделирования периодических режимов в преобразователях с периодическими возмущениями, использующий переход к фазовому вектору.
Реализация результатов работы. На основе предлагаемой схемы низкочастотного источника питания с активным фильтром НПО "Система" была выпущена опытная партия преобразователей для питания аппаратуры связи, которые по своим энергетическим и массо-габаритным показателям превосходят аналогичные отечественные образцы. Активный фильтр преобразователя выполнен на широкодоступной отечественной элементной базе и может быть широко использован не только для указанных целей. Схема высокочастотного источника питания обладает простой силовой частью, обеспечивает высокий коэффициент мощности и имеет малую установленную мощность ключевого элемента. На ее основе создан
лабораторно-экспериментальный образец преобразователя, на основе которого в дальнейшем также планируется создание источников питания.
Апробация работы. Научные положения и результаты диссертационной работы были доложены на двух Международных научно - технических конференциях.
Публикации. Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в шести печатных работах, в том числе три - в сборниках научных трудов ХГПУ и ХГАЖТ, и три - в материалах международных научно-технических конференций.
Автор считает своим долгом выразить благодарность научному консультанту доктору технических наук, профессору Соколу Евгению Ивановичу за оказанную им неоценимую помощь в написании данной работы.
