Название: Вестник Ульяновского государственного технического университета (В.В. Ефимов)

Жанр: Гуманитарный

Просмотров: 1220

Компьютерная модель импульсных источников вторичного электропитания

Создан пакет  программ, моделирующий характеристики и проектирующий импульс-

ные источники питания с частотой преобразования до 1 МГц.

Современные вторичные источники электропитания строятся по прин- ципу преобразования  энергии. Их совершенствование идёт по пути увели- чения частоты преобразования [1]. Ведущие  зарубежные фирмы выпуска- ют импульсные источники питания (ИИП) с рабочей частотой до 1 МГц, промышленность России освоила ИИП только до частоты 150 кГц, поэто- му развитие этого направления является актуальной задачей.

На кафедре «Электроснабжение» разработан пакет программ, который позволяет проектировать ИИП с частотой преобразования от 10 кГц до

1 МГц двух типов: на основе прямо ходового инвертора и на основе обрат- но ходового инвертора, и отображать их электрические характеристики. В пакет входят программы, проектирующие силовые трансформаторы трёх типов: кольцевые, броневые и планарные. Следует отметить, что планар- ная конструкция трансформаторов предназначена для работы на повышен- ных частотах, так как она характеризуется малыми потерями энергии, по-

скольку её обмотка имеет «конденсаторную» структуру – представляет со- бой совокупность тонкоплёночных печатных плат. В России серийное производство силовых планарных трансформаторов и дросселей отсутст- вует, хотя в начале 90-х годов такие исследования велись и финансирова- лись государством, и которые прервались в связи с известной социально- политической обстановкой.

В настоящий пакет программ заложены: база данных для четырёх ти-

пов магнитопроводов (кольцевые, Ш-образные, броневые типа КВ и пла-

нарные типа ЕП); база данных четырёх видов обмоточных проводов (ПЭВ-

1, ПЭВ-2, ПЭВТ-1, ПЭВТ-2); параметры математической модели несколь-

ких   материалов   ферромагнетиков   (ферриты:   1000   НМ,   1500   НМ-3,

2000 НМ-1, 3000 НМС и магнитодиэлектрик МП-140).

Алгоритмы компьютерной модели определяют электрические, магнит-

ные и тепловые режимы ИИП. Сердцем алгоритмов является ряд эффек- тивных математических моделей, полученных автором в [2]. К ним отно- сится модель, отображающая статические и динамические семейства ха- рактеристик ферромагнетиков, как на симметричных гистерезисных цик- лах, так и на частных циклах. Такая модель характеризуется пятью настро-

ечными коэффициентами, которые определяются из задачи идентифика- ции для каждого материала ферромагнетика по определённым экспери- ментальным характеристикам. Из этого ряда также  важно отметить тепло- вую математическую  модель трансформатора и  математическую модель высокочастотных потерь энергии в многослойных структурах, адекват- ность и точность которых можно гарантировать прошедшей   апробацией на опытах. Этот успех предварялся системными теоретическими положе- ниями и оригинальными  методологическими подходами, сведения о кото- рых можно найти в [2]. Например, математическая модель ферромагнетика строилась на базе линейных дифференциальных уравнений, а тепловые модели на основе принципов электромоделирования посредством узловых уравнений с внезаимными матрицами тепловых проводимостей!

Адекватность компьютерной модели установлена сопоставлением с па- раметрами и характеристиками опытного образца ИИП, работающего на частоте преобразования 200 кГц. Этот источник питания обладает высоки- ми для своего класса характеристиками. Например, его кпд при уменьше- нии выходной мощности в три раза не менее 75\%.

Назначение: 1.Разработанная модель позволяет провести исследования с целью прогнозирования возможности реализации более высокочастот- ных ИИП на отечественной элементной базе. 2. Программы пакета дают возможность провести предварительное проектирование ИИП в целом и отдельно силовых магнитных элементов к ним с целью разработки норми- рованных рядов таких элементов, функционирующих на повышенных час-

тотах преобразования энергии.