WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

Дата защиты: « 23 » апреля 2009г.

Диссертационный совет Д 212.242.10 извещает о предстоящей защите диссертации «Повышение эффективности устройств формирования служебного напряжения в импульсных преобразователях» на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 – Силовая электроника

Защита диссертации состоится в « 15.00 » часов, ауд. 212, корп. 2

Соискатель: Середжинов Ренат Тагирович

На правах рукописи

СЕРЕДЖИНОВ Ренат Тагирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ СЛУЖЕБНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ

Специальность: 05.09.12 – Силовая электроника

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2009

Работа выполнена в Технологическом институте ФГОУ ВПО

«Южный Федеральный университет» в г. Таганроге

(ТТИ Южного Федерального университета)

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, д.т.н., профессор

Самойлов Леонтий Константинович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент

Степанов Сергей Фёдорович

кандидат технических наук, доцент

Полуянович Николай Константинович

Ведущая организация:

НИИ «Специализированные информационно-измерительные системы», г. Ростов-на-Дону

Защита состоится 23 апреля 2009 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, ауд. 2/212.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан « 20 » марта 2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Томашевский Ю. Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время среди источников вторичного электропитания радиоаппаратуры лидирующие позиции заняли импульсные преобразователи напряжения (ИПН), имеющие высокие показатели мощности на единицу объема. Сам по себе современный ИПН является сложным электронным устройством, определенные узлы которого требуют дополнительного низковольтного напряжения питания. В частности, таким узлом является специализированный контроллер. Пути получения этого дополнительного или служебного напряжения (СН) на сегодняшний день довольно многообразны. Анализ схемных решений ИПН позволил выделить десять различных вариантов реализации устройств формирования служебного напряжения (УФСН). Устройство формирования служебного напряжения – дополнительное устройство в составе ИПН, необходимое для поддержания работы контроллера и сервисных устройств в различных режимах работы источника питания, которое представляет собой одно- или двухполупериодную схему выпрямления со сглаживающим емкостным или RC- фильтром. Многообразие вариантов УФСН свидетельствует о том, что на данный момент отсутствует единый подход к выбору варианта на основании определенных критериев предпочтения. Из выделенных десяти вариантов находят применения следующие варианты реализации УФСН c расположением их обмоток: на сердечнике выходного трансформатора DC/DC; на сердечнике повышающего индуктора корректора коэффициента мощности (ККМ); на сердечнике выходного дросселя прямоходовых DC/DC. Применение данных технических решений объясняется малым количеством дополнительных компонентов и высокой степенью интеграции УФСН в силовую схему ИПН. Это является причиной, приводящей к сильной зависимости работы УФСН от нештатных режимов работы ИПН, что требует их совместного анализа. Кроме того, служебное напряжение, получаемое при помощи таких УФСН, является вторичным и для включения ИПН требуются специальные устройства пуска. Поэтому изучение режима их работы является неотъемлемой частью общего вопроса изучения процессов устройств служебного напряжения и является одной из актуальных задач.

В современной литературе, посвященной ИПН, отсутствуют комплексные исследования подобных устройств, а также исследования процессов пуска и включения ИПН. Как правило, в большинстве случаев имеющиеся результаты анализа носят рекомендательный характер, учитывающие только отдельные стороны вопроса. Всё это говорит об актуальности проведённого исследования.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов расчёта УФСН с различными вариантами интеграции в силовую часть ИПН, что позволяет повысить эффективность их использования в структуре источника питания. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

  1. проведения классификации существующих схемных решений УФСН;
  2. разработки PSpice-моделей основных топологий ИПН со схемами УФСН;
  3. разработки PSpice-моделей устройств пуска ИПН;
  4. математического моделирования, с целью временного, частотного анализа и анализа по постоянному току основных топологий ИПН и устройств пуска;
  5. проведения макетных испытаний: однотактного обратноходового преобразователя с УФСН на сердечнике выходного трансформатора; устройства управляемого активного пуска с уменьшенным значением активных потерь в составе ИПН в диапазоне температур от -40 до +85 0С.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: современные методы анализа электрических цепей с помощью PSpice совместимой программы Micro-Cap, пакет прикладных математических программ Mathcad, основные законы электротехники, макетные испытания.

Основные положения и результаты работы, выносимые на защиту:

  1. Оценка эксплуатационных характеристик УФСН в структуре ИПН возможна при использовании частных показателей эффективности НР, КЗ, ХХ, U, I, введенного коэффициента допустимого изменения напряжения ДОП, введенного критерия комплексной оценки эффективности. Применение этих критериев позволяет с единых позиций проводить анализ широкого класса схем ИПН с УФСН.
  2. Повышение эксплуатационных характеристик УФСН в режиме короткого замыкания (КЗ) в схемах обратноходовых преобразователей с жёстким переключением силовых ключей, а также в преобразователях, использующих квазирезонансный метод управления, достигается за счёт формирования служебного напряжения в период прямого такта работы ИПН. Причём для квазирезонансного метода управления обратноходового преобразователя необходимо вводить отдельную обмотку УФСН, не связанную с обмоткой датчика нулевого тока выходного трансформатора.
  3. Организация надёжного пуска AC/DC преобразователей в широком температурном диапазоне, реализованных с разделением цепи питания контроллера DC/DC преобразователя, возможна с введённой принудительной задержкой начала заряда конденсатора С2 в цепи питания контроллера DC/DC и использованием устройства управляемого активного пуска для минимизации времени включения ИПН, и уменьшения активных потерь в режиме Hiccup («икания»).

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Проведена классификация УФСН.
  2. Введены критерии комплексной оценки эффективности УФСН.
  3. Предложены алгоритмы расчёта, повышающие эксплуатационные характеристики УФСН.
  4. Исследован процесс пуска AC/DC преобразователей в температурном диапазоне от -40 до +85 0С, а также предложены модель и алгоритм расчёта элементов схем пуска, влияющих на устойчивость пуска преобразователя.

Практическая значимость и реализация результатов. Результаты проведенных исследований нашли своё отражение в разработке импульсных преобразователей напряжения по г/б работам № 13050/1, № 13058/1 на кафедре «Автоматизированные системы научных исследований и экспериментов» Таганрогского технологического института Южного Федерального университета.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях:

  • Четвёртой Всероссийской научной конференции молодых учёных и аспирантов «Информационные технологии, системный анализ и управление», Таганрог, 2006 г.;
  • Международной научной конференции «Информационные технологии в современном мире», Таганрог, 2006 г.;
  • конференции профессорско-преподавательского состава ТРТУ, Таганрог, 2007 г.;
  • Международной научной конференции «Проблемы развития естественных, технических и социальных систем», Таганрог, 2007 г.;
  • Всероссийской научной конференции молодых учёных и аспирантов «Молодежь и современные информационные технологии», Томск, 2008 г.;
  • IV Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании», Болгария, Варна, 2008 г.;
  • Международной научной конференции «Информация, сигналы, системы: вопросы методологии, анализа и синтеза» (ИСС-2008), Таганрог, 2008 г.;
  • 6-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь XXI века – будущее российской науки», Ростов-на-Дону, 2008 г.

Публикации. Основные результаты отражены в 14 публикациях, в том числе в журнале «Компоненты и технологии: Силовая электроника», в журнале «Известия высших учебных заведений. Электромеханика», в журнале «Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки», в журнале «Вестник РГТУ», материалах указанных конференций. Получен патент РФ № 2324282 на изобретение.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из списка сокращений и условных обозначений, введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основной текст изложен на 150 страницах. Диссертация поясняется 72 рисунками и 12 таблицами, список использованной литературы включает 68 наименований. Общий объем диссертации 214 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель и задачи исследования, научная новизна, практическая ценность, положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации приводится обзор литературы, даётся классификация УФСН, формулируются критерии оценки эффективности.

Обзор современной литературы показал, что проблема подхода к реализации оптимального варианта УФСН с учётом максимального количества влияющих факторов не раскрыта. В редких изданиях приводятся лишь конкретные рекомендации с учетом нескольких воздействующих факторов, делается попытка классификации УФСН. Анализ схемных решений ИПН позволил предложить классификацию существующих решений УФСН. Согласно этой классификации УФСН делятся на следующие классы (см.

рис. 1):

  1. УФСН с использованием входного сетевого напряжения;
  2. УФСН, использующие импульсный принцип построения;
  3. УФСН с использованием пусковых устройств.

Рис. 1. Классификация устройств формирования служебного напряжения

Устройства первых двух классов представляют собой самостоятельные устройства, которые включаются сразу после подачи сетевого напряжения или по сигналу пуска. Устройства первого класса (см. рис. 1) являются хорошо известными и проработанными решениями. Устройства второго класса есть по существу дополнительные автономные маломощные импульсные преобразователи. Включение таких УФСН происходит также с подачей сетевого напряжения или по сигналу пуска.

Использование импульсного режима работы УФСН позволяет уменьшить габариты самого устройства, увеличить его КПД и получить гальванически изолированное служебное напряжение. Последнее преимущество особенно важно, когда не имеется возможности использовать гальваническое разделение в цепи обратной связи DC/DC, необходимой для стабилизации выходного напряжения. Как показывает анализ схемных решений современных ИПН, рассчитанных на большую выходную мощность, в составе таких источников используются УФСН на однотактных ШИМ-контроллерах с квазирезонансным методом управления, что позволяет реализовывать компактные устройства, имеющие высокий КПД и низкий уровень генерируемых помех. Здесь необходимо заметить, что использование низковольтных ШИМ-контроллеров в УФСН второго класса приводит к образованию второго уровня служебного напряжения.

Стремление уменьшить число используемых компонентов, повысить интеграцию УФСН в составе ИПН привело к появлению УФСН с использованием пусковых устройств (см. рис.1). Однако такая интеграция приводит к появлению двухсторонней зависимости между работой силовой части ИПН и работой УФСН, которая отсутствовала у представителей других классов. Для более детального описания этой зависимости были выделены следующие критерии: - критерий, учитывающий изменение напряжения УФСН в режиме короткого замыкания главного выхода ИПН; - критерий, учитывающий изменение напряжения УФСН в режиме холостого хода (ХХ) ИПН; - критерий, учитывающий изменение напряжения УФСН при управлении ИПН по напряжению; - критерий, учитывающий изменение напряжения УФСН при управлении ИПН по току; - критерий, учитывающий изменение напряжения УФСН в зависимости от изменения входного сетевого напряжения. Каждый из перечисленных критериев является частным показателем (ЧП) эффективности УФСН для выбранной топологии. Получение комплексной оценки УФСН, учитывающей все частные показатели эффективности, возможно с применением следующей формулы:

(1)

где - комплексный показатель эффективности, а определяется по следующей формуле:

, (2)

где численно равно значениям,,,, в каждом отдельном случае. Необходимо отметить, что значение для вычисления критериев и должно быть численно равно значению напряжения на выходе УФСН при номинальной нагрузке главного выхода при =1.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»