WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В технической литературе для оценки эффективности системы или отдельного устройства существует понятие безусловного критерия предпочтения (БКП). Введем понятие коэффициента допустимого изменения напряжения УФСН как отношение максимально допустимого напряжения к минимальному напряжению

. (3)

Для реальных схем обычно вводят коэффициент запаса (), который уменьшает и увеличивает. Величина лежит в пределах 1,1 – 1,4. Тогда можно записать

. (4)

УФСН с использованием пусковых устройств могут иметь повышенные выходные напряжения в связи с тем, что реальное число витков обмоток УФСН должно быть целым числом. Иногда это вынуждает увеличивать число витков w1 первичной обмотки с целью достижения целого числа. Введём понятие коэффициента витка

, (5)

где - расчётная величина витков обмотки УФСН, приведённая к ближайшему большему целому числу. В итоге можно записать

. (6)

Значение для УФСН должно быть меньше допустимого

. (7)

Кроме оценки показателя для УФСН необходимо производить оценку протекающих токов через последовательную цепь. Основным элементом последовательной цепи УФСН является выпрямительный диод. Согласно ГОСТ 25529-82 для выпрямительных импульсных диодов, применяемых в УФСН импульсных преобразователей, наиболее важными будут являться следующие параметры: прямое импульсное напряжение UFM; значение обратного напряжения UBR; прямой импульсный ток диода IFM; прямой ударный ток IFSM. Ограничение величин приведенных параметров в требуемых пределах для выбранного диода, в конечном счете, повлияет на величину коэффициента.

Обязательным компонентом УФСН третьего класса является устройство пуска. Назначение этого устройства заключается в кратковременной подаче пониженного сетевого напряжения на выходной конденсатор УФСН. Отсюда следует, что важным аспектом является исследование процессов устройств пуска при включении ИПН и в режиме Hiccup. Анализ схемных решений позволил выделить три разновидности устройств пуска: устройства пассивного пуска; устройства неуправляемого активного пуска и устройства управляемого активного пуска.

В последующих главах проводится исследование:

  1. УФСН с использованием пусковых устройств. Результатом анализа процессов являются численные значения критериев и, рекомендации и алгоритмы расчёта УФСН для каждой топологии ИПН.
  2. Процессов в устройствах пуска ИПН. Результатом анализа процессов пуска являются рекомендации по оптимальной организации включения ступеней ИПН, методики расчёта параметров элементов отвечающих за надежный пуск.

Глава вторая посвящена исследованию УФСН с использованием сердечника выходного трансформатора DC/DC ШИМ-преобразователей. Анализ процессов УФСН за счёт использования выходного трансформатора двухтактных ШИМ-преобразователей целесообразно проводить на мостовой схеме. Остальные известные топологии двухтактных преобразователей, такие как полумостовая, пуш-пульная, не влияют на характер и направление протекания тока через первичную обмотку трансформатора и, следовательно, не влияют на процессы на стороне УФСН. Анализ полученных значений итоговых коэффициентов позволяет судить об эффективности использования двухтактного выпрямления напряжения. Двухтактное выпрямление позволяет также уменьшить ток IFM через выпрямительные диоды до приемлемых значений. В случае оптимизации значения, удовлетворяющего условию (7), необходимо использовать дополнительный стабилизатор напряжения.

УФСН за счёт использования выходного трансформатора в однотактных прямоходовых преобразователях являются частным случаем УФСН двухтактных топологий. Исключение составляют повышенные значения импульсных токов IFM и IFSM. Поскольку для данной топологии реализация второго такта невозможна, то деление тока IFM достигается путем установки двух параллельно включенных диодов в составе диодной сборки. Результаты анализа процессов в УФСН позволяют сделать следующие выводы:

  • на величину служебного напряжения оказывают влияние режимы работы ИПН и способ его управления при реализации УФСН за счет выходного трансформатора;
  • в режимах КЗ и ХХ наблюдаются повышенные значения импульсных токов IFM и IFSM через выпрямительные диоды, что требует принятия специальных мер по их ограничению;
  • величина нестабильности выходного напряжения определяется величиной нестабильности входного питающего напряжения.

Исследования процессов в УФСН обратноходового преобразователя показали, что данная топология при КЗ главного выхода не способна обеспечить работу УФСН, вследствие чего ИПН входит в режим Hiccup. Избежать этого нежелательного режима и обеспечить работу контроллера ИПН от УФСН возможно за счет прямого включения обмотки УФСН. Как показали расчёты, влияние такого включения обмотки на процессы в первичной обмотке минимальны и не сказываются на работе трансформатора с номинальной нагрузкой главного выхода. Как и для рассмотренных прямоходовых однотактных топологий ИПН, деление импульсного тока IFM достигается включением диодной сборки из двух параллельных диодов. Рассмотренные топологии имеют одну особенность: наличие резистора ХХ (RXX) на главном выходе. Наличие данного резистора необходимо для обеспечения нормального режима работы конденсатора главного выхода и для программирования длительности импульсов в режиме ХХ. Программирование длительности импульсов в режиме КЗ достигается путем подбора параметров RC-цепочки в цепи токовой защиты, которая задерживает приход фронта импульса от датчика тока на вход токоограничительного компаратора. В целом для рассмотренных вариантов устройств получения служебного напряжения справедлив алгоритм расчёта, показанный на рис. 2.

Рис. 2. Алгоритм расчёта

В третьей главе исследуются характеристики УФСН с использованием сердечника выходного трансформатора резонансных преобразователей. Для получения высокого КПД преобразователя используются специальные методы управления ИПН: резонансный и квазирезонансный. Главное отличие этих методов в том, что в резонансных преобразователях резонансный контур участвует в передаче мощности в нагрузку, а в квазирезонансных не участвует. Для защиты силовой части преобразователя в крайних режимах работы, таких как КЗ и ХХ, управляющие контроллеры резонансных преобразователей снабжаются отдельными входами. В зависимости от модели контроллера таких входов может быть один или два. Они разделяются на быстрые входы и медленные. С точки зрения коэффициента нежелательно использовать быстрый вход, так как в этом случае силовые ключи выключаются до момента исчезновения КЗ или ХХ. Медленный вход, напротив, обеспечивает работу силовых ключей с вставкой защитных пауз, после которых начинается повторный плавный пуск преобразователя.

Среди однотактных топологий наибольшее распространение получила топология обратноходового преобразователя с квазирезонансным методом управления. Исследование процессов в режимах КЗ и ХХ позволило сделать вывод, что режим КЗ оказывает такое же влияние на служебное напряжение, как и в обратноходовых преобразователях с «жёстким» переключением силового ключа. Отличия имеются для режима ХХ. Если в обратноходовом ИПН с жёстким переключением силового ключа конечная длительность импульсов при ХХ «программировалась» резистором RХХ, то при использовании квазирезонансного метода отпадает необходимость в использовании дополнительного резистора. Эффективным способом поддержания служебного напряжения при КЗ является прямое включение обмотки УФСН. Однако в этом случае необходимо разделить обмотку датчика нулевого тока от обмотки УФСН.

Мостовые квазирезонансные преобразователи с фазовым сдвигом используются для получения большой выходной мощности. Обзор контроллеров для управления такими преобразователями показал, что основное влияние на выходное служебное напряжение оказывают встроенные схемы защиты. Так, в режиме КЗ при управлении по напряжению ИПН входит в режим пропуска импульсов. Данная мера позволяет удерживать на постоянном уровне ток КЗ, защищая силовые ключи и выходные выпрямители, что в то же время отрицательно влияет на уровень служебного напряжения. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о том, что наиболее эффективной, с точки зрения коэффициента, является двухтактная схема выпрямления. Режим ХХ для УФСН с использованием сердечника выходного трансформатора мостовых квазирезонансных ИПН является критическим, т.к. в этом режиме происходит полное выключение ключей до момента исчезновения ХХ, что ограничивает использование УФСН на выходном трансформаторе.

Анализ численных значений токов IFM и IFSM резонансной топологии показал, что наиболее опасная ситуация возникает в момент начала работы УФСН с использованием сердечника выходного трансформатора. В этом случае наблюдаются завышенные значения ударного тока IFSM. Основной причиной этому служит резонансная топология, которой свойственны повышенные значения токов и напряжения и постоянная ширина импульса. Для мостовой топологии с фазовым сдвигом необходимо учитывать величину емкости выходного конденсатора УФСН, так как для данной топологии характерно увеличение постоянной времени заряда примерно в 10 раз по сравнению с топологиями, которые были описаны во второй главе.

Согласно результатам исследования алгоритм расчёта будет выглядеть так, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Алгоритм расчёта

Глава четвёртая посвящена анализу процессов в УФСН с использованием сердечников силовых дросселей ИПН. Данные УФСН в структуре ИПН могут быть реализованы:

  1. путём расположения дополнительной обмотки на сердечнике повышающего индуктора корректора коэффициента мощности (ККМ);
  2. путём расположения дополнительной обмотки на сердечнике выходного дросселя прямоходовых ИПН.

В настоящее время распространение получили ККМ со следующими тремя методами управления:

  • метод граничного управления;
  • метод разрывных токов;
  • метод управления по пиковому значению тока.

Реализация УФСН на повышающем индукторе достигается путём обратного включения дополнительных обмоток. Моделирование трёх методов управления позволило сделать заключение, что наилучшие показатели по обеспечению стабильности служебного напряжения при различных режимах работы DC/DC показывает граничный метод управления, который к тому же предъявляет невысокие требования к величине ёмкости выходного конденсатора УФСН.

В зависимости от варианта реализации гальванического разделения, на повышающем индукторе может быть разное количество обмоток. Выбор варианта с гальваническим разделением по питанию приводит к необходимости постановки дополнительного токоограничительного резистора ударного тока IFSM в цепь питания контроллера DC/DC.

Прямоходовые одно- и двухтактные топологии предоставляют разработчику дополнительный вариант реализации УФСН с использованием сердечника дросселя главного выхода DC/DC. Как и в случае с дополнительными обмотками повышающего индуктора, на дросселе основного выхода ИПН обмотки УФСН включаются в обратном ходе. Моделирование работы ИПН показало, что данный вариант УФСН не позволяет произвести оптимизацию конечного значения для режима КЗ, что ограничивает его применение.

Для рассмотренных УФСН в общем случае справедлив следующий алгоритм расчёта, показанный на рис. 4.

Рис. 4. Алгоритм расчёта

В дополнение к приведенному алгоритму расчёта необходимо привести ряд рекомендаций:

  • по возможности избегать применения метода управления ККМ по пиковому значению тока;
  • стараться использовать метод граничного управления, при котором минимальны требования к стабилизации служебного напряжения.

Глава пятая диссертации посвящена исследованию процессов в пусковых схемах сетевых ИПН. Импульсный преобразователь является устройством, которое чувствительно к порядку включения его основных устройств. Основными устройствами являются: ККМ и собственно DC/DC преобразователь. При наличии таких устройств порядок их включения должен быть следующим:

  1. включение и выход в рабочий режим ККМ;
  2. включение и выход в рабочий режим DC/DC.

Поскольку служебное напряжение УФСН третьего класса является вторичным, то возникает необходимость получения первичного напряжения от питающей сети с последующим переключением на работающее устройство формирования служебного напряжения. Первичное напряжение получают при помощи специальных устройств пуска, которые могут быть активными или пассивными. Работа устройств пуска определяет такой параметр ИПН как время включения и время пуска, а стабильность их работы определяет надежность ИПН в диапазоне температур при заданном разбросе величин параметров входящих элементов. При работе над диссертацией было разработано и запатентовано устройство управляемого активного пуска, основным достоинством которого являются низкие тепловые потери. Низкие тепловые потери описываемого устройства позволяют реализовать быстрое включение и пуск ИПН, используя сетевое напряжение, а также поддерживать его работу в режиме Hiccup. Импульсный преобразователь можно разделить на два типа схем с точки зрения процессов пуска:

  • с гальваническим разделением цепи обратной связи DC/DC преобразователя;
  • с гальваническим разделением цепи питания контроллера DC/DC преобразователя.

Используя гальваническое разделение в цепи обратной связи DC/DC, должно выполняться следующее условие:

, (8)

где t1 - время включения контроллеров обоих устройств преобразователя; - интервал времени между включением контроллеров обоих устройств преобразователя и выключением устройства активного пуска; t3 - время окончания процесса заряда выходного конденсатора ККМ. Время пуска всего источника в наихудшем случае будет равно

. (9)

Второй тип ИПН отличается наличием дополнительного источника с гальванически развязанным выходом. Этот источник обычно имеет небольшую мощность и более высокое внутреннее сопротивление, что меняет картину обеспечения устойчивости переходного процесса. Для обеспечения работоспособности ИПН, согласно временным диаграммам рис. 5, необходимо выполнение условий

(10)

Pages:     | 1 || 3 |






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