Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ принципов построения бортовых статических преобразователей 13
1.1 Перспективы развития бортовых систем электроснабжения летательных аппаратов со статическими преобразователями 13
1.2 Бортовые системы электроснабжения, подвижного состава железнодорожного транспорта 24
1.3 Классификация силовых схем преобразователей электроэнергии с нестабилизированным высоким входным напряжением 40
1.4 Повышение энергоэффективности статических преобразователей . 48
2 Математическое описание одноуровневого КМП ... 65
2.1 Эквивалентная схема замещения одноуровневого КМП 65
2.2 Обобщенная система уравнений одноуровневого КМП 71
2.3 Поинтервальные схемы замещения одноуровневого КМП 76
2.4 Обобщенное математическое описание электромагнитных процессов в одноуровневом КМП 94
2.5 Коэффициент передачи схемы КМП по напряжению 99
2.6 Среднее значение тока трансреактора. 102
2.7 Расчет параметров элементов дополнительного контура 106
2.8 Расчет потерь мощности в полупроводниковых приборах основного и дополнительного контуров коммутации 115
3 Математическое описание многоуровневого КМП 123
3.1 Обобщенная система уравнений КМП 123
3.2 Поинтервальные схемы замещения двухуровневого КМП 132
3.3 Коэффициент передачи схемы двухуровневого КМП по напряжению 151
3.4 Среднее значение тока реактора в схеме двухуровневого КМП 155
3.5 Расчет параметров дополнительного контура двухуровневого КМП.. 160
3.6 Основные рабочие соотношения для m-уровневой схемы КМП 165
3.7 Расчет потерь мощности в полупроводниковых приборах двухуровневого КМП 166
4 Компьютерное моделирование и экспериментальное подтверждение результатов . 174
4.1 Компьютерная имитационная модель КМП 174
4.2 Проверка результатов диссертационной работы посредством компьютерной имитационной модели 185
4.3 Алгоритм расчета параметров КМП 191
4.4 Экспериментальные исследования КМП 196
Заключение 205
Библиографический список 207
Приложение 217
- Бортовые системы электроснабжения, подвижного состава железнодорожного транспорта
- Обобщенное математическое описание электромагнитных процессов в одноуровневом КМП
- Коэффициент передачи схемы двухуровневого КМП по напряжению
- Проверка результатов диссертационной работы посредством компьютерной имитационной модели
Введение к работе
Актуальность темы. Предъявление к летательным аппаратам (ЛА) следующего поколения высоких требований в части затрат на эксплуатацию, экологичности и топливной эффективности ставит перед специалистами ряд проблем, требующих поиска принципиально новых подходов к построению энергетической системы ЛА. Традиционно на самолетах используются три вторичные энергетические системы: система электроснабжения (СЭС), гидравлическая система и пневматическая система. Недостатками такого подхода являются высокая стоимость обслуживания и эксплуатации, значительные трудности при интеграции бортового оборудования. В связи с этим для перспективных типов ЛА такой подход не является оптимальным.
Одним из наиболее перспективных направлений развития отечественного авиастроения является внедрение концепции «полностью электрического самолета» (ПЭС), что позволит разработать и создать конкурентоспособные самолеты, отвечающие требованиям, предъявляемым к воздушным судам следующего поколения. Основная особенность ПЭС заключается в применении электроэнергии для питания наиболее энергоемких систем, которые традиционно использовали для своего функционирования гидравлическую и пневматическую энергию. На большинстве современных ЛА для управления аэродинамическими поверхностями и взлетно-посадочными устройствами применяется гидравлическая энергия. Система кондиционирования воздуха, противообледенительная система и система запуска авиадвигателя используют пневматическую энергию с источником в виде отбираемого от авиадвигателя сжатого воздуха. Реализация концепции ПЭС позволит минимизировать или полностью исключить централизованную гидросистему самолета и ликвидировать пневмосистему с отбором воздуха от авиадвигателя.
Повышение уровня электрификации ЛА сопровождается увеличением мощности как источников электрической энергии, так и СЭС в целом. В настоящее время наиболее перспективными для ПЭС являются СЭС переменного тока переменной частоты (в диапазоне 360...800 Гц) с номинальным на-
пряжением 230 В и СЭС постоянного тока повышенного напряжения 540 В (двухполярного напряжения ±270 В).
Концепция ПЭС включает в себя также отказ от механического привода постоянной частоты вращения. Таким образом, бортовыми источниками вырабатывается полностью не кондиционированная электроэнергия переменного или постоянного тока («грязный ток»).
Применительно к СЭС постоянного тока повышенного напряжения, существует необходимость в создании специальных подсистем, которые осуществляют преобразование некондиционированной электроэнергии в электроэнергию со стабилизированными параметрами. Решение такой задачи эффективно достигается посредством применения силовых полупроводниковых преобразователей напряжения с промежуточным звеном повышенной частоты, имеющих трансформаторную гальваническую развязку.
Однако, бортовые полупроводниковые преобразователи на базе современных полупроводниковых элементов до настоящего времени не нашли применения на отечественных разработках ЛА с повышенным уровнем электрификации. По существу, это связано со сложными условиями работы бортовых электротехнических комплексов, учитывая широкий диапазон изменения частоты генерируемого напряжения, высокий уровень коммутационных помех, существенные ограничения в части электромагнитной совместимости. Кроме того, ощущается недостаток теоретических исследований и практической апробации современных полупроводниковых приборов в реальных бортовых электротехнических комплексах ЛА с перспективными СЭС.
В связи с этим, создание бортового статического преобразователя на базе современных полупроводниковых приборов, разработка схемотехнических решений и компьютерных моделей, исследование и анализ рабочих процессов, выработка алгоритма проектирования и рекомендаций для реализации разработанных теоретических положений, их практическая апробация и опытно-промышленное освоение является актуальной и важной научно-технической задачей.
Цели и задачи работы. Целью работы является повышение технико-экономических показателей перспективных бортовых СЭС подвижных объектов, в том числе ЛА, создаваемых в рамках концепции ПЭС, путем создания энергоэффективных бортовых преобразователей электроэнергии.
Для достижения указанной цели решены следующие задачи:
Анализ принципов построения бортовых статических преобразователей транспортного применения.
Классификация структурных схем статических преобразователей собственных нужд применительно к перспективным СЭС подвижных объектов.
Разработка схемотехнических решений, направленных на повышение надежности преобразователей за счет снижения тепловых потерь в полупроводниковых приборах.
Разработка законов управления силовыми ключами, позволяющих уменьшить габариты устройства и снизить уровень тепловых потерь.
Математическое описание и анализ рабочих процессов в разработанном блоке конвертора с малыми потерями (КМП), использующемся в качестве входного стабилизатора в выбранной схеме преобразователя.
Вывод аналитических уравнений и анализ потерь мощности в полупроводниковых приборах для различных силовых схем КМП.
Компьютерное моделирование и анализ рабочих процессов в разработанной схеме КМП.
Разработка алгоритма расчета силовых схем статических преобразователей на основе КМП.
Экспериментальная проверка полученных расчетно-теоретических положений и результатов компьютерного моделирования.
Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использованы общепринятые в электротехнике и теории электрических цепей аналитические методы, методы математического анализа, элементы матричной алгебры, современные средства компьютерного моделирования и экспериментальные методы исследований.
Для математического исследования рабочих процессов в одно- и многоуровневых КМП применялся многофункциональный математический пакет MathCAD. Для компьютерного моделирования предложенных схем использовалась программная среда визуального моделирования CASPOC. При проектировании КМП применялись САПР-пакеты AutoCAD и NanoCAD.
Достоверность теоретических положений и полученных результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями на макетных образцах. Весь комплекс исследований при участии автора был проведен на специально разработанном на предприятии ООО «Трансконвертер» универсальном испытательном стенде СИП200.
Научная новизна. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие научные результаты:
Предложена концепция построения многоуровневой схемы КМП, совмещающая в себе принцип коммутации ключей при нулевом токе и многоуровневую структуру.
Разработаны асинхронные и синхронные законы управления применительно к различным схемам построения КМП.
Получены математические описания электромагнитных процессов и расчетные выражения для одно- и многоуровневых схем КМП.
Составлена обобщенная система уравнений КМП и выведены решения системы для всех состояний схемы.
Разработаны компьютерные модели одноуровневого и многоуровневого повышающего конвертора, одноуровневого и многоуровневого КМП с синхронным и асинхронным законами управления.
Получены аналитические уравнения для определения тепловых потерь в различных силовых схемах КМП.
Разработаны виртуальные модули для пакета CASPOC, позволяющие определять статические и динамические потери в полупроводниковых приборах на основе заданных характеристик приборов.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
Разработанные новые схемотехнические решения построения бортовых преобразователей электроэнергии на базе КМП обеспечивают повышение технико-экономических показателей перспективных электротехнических комплексов подвижных объектов, в частности обеспечивают снижение потерь в полупроводниковых силовых ключах входного стабилизирующего звена до 20%.
Предложенные компьютерные модели одно- и многоуровневого повышающего конвертора, одно- и многоуровневого КМП с синхронным и асинхронным законами управления снижают временные затраты на исследование и анализ протекающий в устройствах рабочих процессов.
Составленные виртуальные компьютерные модули для расчета статических и динамических потерь в полупроводниковых приборах позволяют производить предварительный анализ и выбор типов схем и силовых приборов при проектировании статических преобразователей в условиях постоянного совершенствования элементной базы.
Разработанный универсальный испытательный стенд обеспечивает проведение экспериментальных исследований полупроводниковых преобразователей электроэнергии в широком диапазоне входных напряжений и выходных нагрузок.
Предложенный асинхронный закон управления КМП позволяет снизить массу входного дросселя на 25...30%, что имеет важное значение для бортовых электротехнических комплексов.
Реализация результатов работы. Разработанные классификации, схемы, математическое описание, модели и алгоритмы используются в учебном процессе на кафедре «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Московского авиационного института.
Результаты диссертационной работы легли в основу серийного выпуска статических преобразователей на базе повышающего промежуточного звена для подвижного состава железных дорог. В настоящее время подвижной со-
став с разработанными преобразователями успешно эксплуатируется на Московской, Западно-Сибирской, Северо-Кавказской и Южно-Уральской железных дорогах.
Полученные в ходе выполнения диссертационной работы теоретические и практические результаты внедрены в практику проектирования на ООО «Трансконвертер» (г. Москва), ООО «Трансэлкон» (г. Москва) и ЗАО «Трансмашхолдинг». В частности, многие разработанные подходы использовались в процессе опытно-конструкторских работ по бортовым электротехническим комплексам для перспективного электропоезда ЭД10 с асинхронным тяговым приводом.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 12-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2006 г.), 15-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2009 г.), научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (г. Одесса, 2008 г.), International Power Electronics and Motion Control Conference (г. Шанхай, 2006 г.) и International Conference for Power Conversion, Intelligent Motion and Power Quality (г. Нюрнберг, 2007 г.)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендуемых ВАК к публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата технических наук. Получен 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка и 3 приложений. Основная часть диссертации содержит 203 страницы машинописного текста, включая 70 рисунков и 3 таблицы. Библиографический список включает 104 наименования, в том числе 46 на иностранных языках. Общий объем диссертационной работы составляет 219 страниц.
Бортовые системы электроснабжения, подвижного состава железнодорожного транспорта
Аналогичное построение силовой схемы имеют также преобразователи типов ПВС-40 и ПВС-65 производства ООО «Гамем», а также преобразователь типа ПСН-100/3 производства ЗАО «ЭлектроСИ» [46]. Описанное построение силовой схемы имеет следующие достоинства: - применение силовых полупроводниковых ключей низких классов на пряжений, имеющих определенные преимущества по динамическим характе ристикам по сравнению с высоковольтными полупроводниковыми прибора ми, что возможно благодаря последовательному соединению входных конверторов; - возможность построения схем преобразования с несколькими выходными каналами и общей высоковольтной частью благодаря І наличию промежуточного звена постоянного тока; - значительное снижение массогабаритных показателей : силовых трансформаторов; INГ...T.V4 благодаря высокой частоте выходного? тока инверторов-A3. Г.. .А3;4; К недостаткам силовой схемы преобразователя ИМт 17 следует отнести: - отсутствие возможности реализации асинхронного алгоритма- управ ления? полупроводниковыми: ключами;, преимущества:которого описаны да лее,, вследствие использования ВІ качестве входных стабилизаторов напряже ния, А211.. .А2:4 понижающих конверторов; . — сравнительно высокое значение статических- потерь в силовых ключах блоков А2И...А2;4 по причине большого числа;последовательно соеди- . ненных полупроводниковых приборов; - сравнительно высокий уровень сложности системы управления; обу словленный;большим числом?управляемых ключевыхприборов: Силовая схема преобразователя EVB-46; разработанного германской фирмой «Сименс» для пассажирских вагонов, поезда. «Невский: Экспресс» с централизованным электроснабжением, имеет много общих черт с описанной силовой; схемой преобразователя ШМ-17. [47, 48]. Структурная: схема силовой части преобразователя;ЕВ -46 представлена на рисунке 1.7 шсодержит: - входной фильтр (А1), осуществляющий функции сглаживания: входного тока и напряженияшреобразователя, а также сниженияфадиопомех, излучаемых в питающую сеть при работе силовой части схемы; - входные стабилизаторы напряжения (А2.1...А2.4), выполненные на основе схемы повышающего конвертора напряжения» и: осуществляющие функцию стабилизации уровня входного напряжения; - однофазные инверторы напряжения (A3.1...A3V4), осуществляющие преобразование стабилизированного напряжения постоянного тока с выхода. блоков А2.1...А2.4 в переменное однофазное напряжение высокойчастоты; -однофазные трансформаторы напряжения (TV1...TV4), осуществляющие понижение напряжения с выхода блоков A3.1...A3.4 до требуемого уровня; -однофазные неуправляемые выпрямители (А4.1 и А4.2), осуществляющие преобразование переменного напряжения с выхода трансформаторов TV1 ...TV4 в напряжение 670
В постоянного тока; - выходной инвертор (А5), осуществляющий преобразование напряжения промежуточного звена 670 В постоянного тока в синусоидальное трехфазное напряжение 380 В переменного тока частотой 50 Гц; - выходной конвертор (А6), с помощью которого производится преобразование напряжения 670 В промежуточного звена в выходное напряжение ПО В постоянного тока, регулируемое в пределах ПО... 143 В в зависимости от окружающей температуры. Аналогичное построение силовой схемы имеют также преобразователи ПСН80 У1 (для электропоездов), ПСН235 У 2 и ПСН100 У2 (для электровозов) производства ООО «Трансконвертер» [49]. В качестве примера на рисунке 1.8 представлена структурная схема силовой части преобразователя собственных нужд типа ПСН235, эксплуатирующегося в настоящее время на электровозах типа 2ЭС4К «Дончак». Преобразователь обеспечивает питание вспомогательного оборудования электровоза стабилизированным напряжением по шести выходным каналам и имеет суммарную выходную мощность 235 кВА. Схема содержит: - входной фильтр (А1), осуществляющий функции сглаживания входного тока и напряжения преобразователя, а также снижения радиопомех, излучаемых в питающую сеть при работе силовой части схемы; - блок защиты (А2), выполняющий функции предохранения элементов схемы силовой части преобразователя от воздействия импульсных выбросов напряжения в контактной сети, а также предварительного плавного заряда силовых конденсаторов;
Обобщенное математическое описание электромагнитных процессов в одноуровневом КМП
Таким образом, при пренебрежимо малых отношениях длительности интервала времени Аґ4 и длительности собственного периода резонанса дополнительного контура коммутации к периоду работы основного контура коммутации среднее значение тока Д примет вид: что аналогично выражению для среднего тока реактора в схеме классического повышающего конвертора. Расчет значения емкости вспомогательного конденсатора С2, требуемой для создания условий коммутации при нулевом токе, проведен на основании следующего условия: ток і0(і) на интервале времени от t2 до t?, должен иметь участок отрицательной полярности, то есть амплитуда синусоидальной составляющей должна превысить значение //,. Это выражается следующим неравенством: где кт =—— - коэффициент трансформации трансреактора TV1. пд Для расчета индуктивностей рассеяния существует ряд приближенных эмпирических формул, учитывающих геометрию и взаимное расположение магнитопровода и катушек [98, 100]. Является целесообразным для дальнейших 106 расчетов выразить индуктивности рассеяния обмоток трансреактора TV1 через собственные индуктивности основной и дополнительной обмоток следующим образом: где L0, Ld - собственные индуктивности основной и дополнительной обмоток соответственно, кр.о, кр%д - коэффициенты пропорциональности между индуктивностями рассеяния и собственными индуктивностями основной и дополнительной обмоток соответственно.
Из теории трансформаторов [60, 85, 86] известны следующие соотношения между индуктивностями рассеяния, собственными индуктивностями обмоток и индуктивностью намагничивания трансформатора: Учитывая вышеизложенное, а также выражение (2.1), сумма \L д + L 0) выражена следующим образом: следующее соотношение: Из электротехники известно, что индуктивности рассеяния трансформаторов составляют обычно 1...10% от полной индуктивности каждой обмотки [60, 86, 100]. Учитывая данный факт, целесообразно в выражении (2.153) пренебречь членами, содержащими вторые и более высокие степени коэффициентов кр,0 и кр.д, так как эти члены не оказывают серьезного влияния на значение На рисунках 2.12 и 2.13 в качестве примера представлены зависимости минимальной требуемой емкости Сг вспомогательного конденсатора от тока нагрузки /„ и входного напряжения Uex при кр = 0,02, кт = 1:2 и различных-значениях индуктивности LH. Анализ выражения (2.155) показывает прямо пропорциональную зависимость минимального значения требуемой емкости вспомогательного конденсатора С2 от индуктивности намагничивания трансреактора LH. При, этом значение емкости должно быть выбрано для худшего случая с учетом широкого диапазона изменения входного напряжения и тока нагрузки.
Єледуетотметить, что повышение емкости вспомогательного конденсатора С2 неизбежно сопровождается ростом, амплитуды резонансных токов. Таким образом, значения емкости вспомогательного конденсатора С2 рационально:выбирать близкими к.минимальному в соответствии с выражением(2.155). Как видно из рисунка 2.12, индуктивность LH намагничивания трансреактора TV1 является определяющим фактором для величины пульсаций тока //,. Для-уменыпения пульсаций и приближения формы тока iL к прямой.необходимо выбирать большие значения индуктивности. Согласно поинтервальному исследованию электромагнитных процессов в схеме, в течение интервала времени ґ0...ґз происходит накопление электромагнитной энергии в индуктивности, а следовательно, нарастание тока. В течение интервала времени t ...t6 происходит обратный процесс — отдача накопленной энергии и спадание тока.
Коэффициент передачи схемы двухуровневого КМП по напряжению
Для определения коэффициента передачи по напряжению целесообразно отойти от представления индуктивности намагничивания LH трансреактора TV1 в виде источника постоянного тока. В установившемся режиме суммарное изменение ЭДС самоиндукции на индуктивности LH за период работы равно нулю, что выражается следующей формулой: валов t2..-h, Ґ3.../4 и t ...ts- В течение данных интервалов возникают условия создания нулевого тока для мягкого запирания силовых транзисторов VT11 и VT12, а также заряд вспомогательного конденсатора С2, при этом не производится отдача в нагрузку накопленной в электромагнитном поле трансреактора TV1 энергии. С целью оценки влияния указанных слагаемых на зависимость коэффициента передачи по напряжению двухуровневого КМП от у0 проведен анализ выражения (3.162) при значениях At5, принятых равными 0,02Го и 0,04Го и при значениях А/3 + А/4, принятых равными 0,02Го и 0,04Го. Из графика на рисунке 3.11 видна гиперболическая зависимость коэффициента передачи по напряжению от у0, при этом слагаемые — и —-— вносят незначительную поправку в данное соотношение. Из построенного графика следует, что при At5 = 0,02То и At3 + At4 = 0,02То наибольшее расхождение между полученной зависимостью и соотношением для классического двухуровне-го повышающего конвертора составляет не более 1,8%. При достаточно малой длительности интервалов времени Аґ3, At4, At5, A Q, Atn и At12 по сравнению с длительностью периода Т0 выражение (3.162) имеет следующий вид:
Анализ выражения (3.163) показывает, что зависимость для коэффициента передачи по напряжению двухуровневого КМП полностью совпадает с одноуровневым КМП с учетом факта, что выходное напряжение двухуровневой схемы в два раза меньше одноуровневой. 3.4 Среднее значение тока реактора в схеме двухуровневого КМП Аналогично схеме одноуровневого КМП, среднее значение тока реактора IL для схемы двухуровневого КМП целесообразно определить исходя из условия, что суммарное изменение тока через силовой конденсатор СИ за один период работы схемы равно нулю: где iCn(t) - мгновенное значение тока через силовой конденсатор СП. Выражение (3.164) после разложения на составляющие периоды приводится к виду: Соотношение (3.182) показывает, что среднее значение тока трансреактора прямо пропорционально среднему току нагрузки с учетом некоторых поправок, обусловленными наличием интервалов времени U...t5i и t\\...tn. В течение данных интервалов при закрытом состоянии силовых транзисторов VT11 и VT12 не производится отдача тока в нагрузку, а происходит заряд конденсатора С2 и мягкое запирание вспомогательного транзистора VT2.
С целью анализа влияния указанных поправок проведен анализ выражения (3.182) при различных значениях 1И, различных отношениях длительности интервала tA...t$ к периоду коммутации основного контура Т0 и различных отношениях периода резонансных колебаний дополнительного контура Т} к Т0. График построенной зависимости (рисунок 3.12) наглядно показывает незначительность влияния данных поправок. Так, при At5 = 0,02Го, 7} = 0,02Го и значении емкости вспомогательного конденсатора С2, равном 1 мкФ, максимальное расхождение между средним значением тока IL для классического двухуровневого повышающего конвертора и двухуровневого КМП составляет не более 6,7%. Таким образом, выражение (3.182) при пренебрежимо малых отношениях длительности интервала времени Аґ5 и длительности собственного периода резонанса дополнительного контура коммутации к периоду работы основного контура коммутации принимает следующий вид: 1 Го что аналогично выражению для среднего тока реактора для одноуровневого КМП и для классического одноуровневого и многоуровневого повышающего конвертора.
Проверка результатов диссертационной работы посредством компьютерной имитационной модели
Апробация разработанного математического описания КМП- была осуществлена на базе построенных в среде CASPOC компьютерных имитационных моделей. При этом для сравнения уровня суммарной мощности потерь КМП и классического повышающего конвертора использована модель с отключенным вспомогательным контуром коммутации. В первую очередь был проведен сравнительный анализ электрических процессов в КМП при варьировании значений входного напряжения, тока нагрузки и частоты коммутации в различных сочетаниях параметров элементов устройства. В качестве примера на рисунке 4.6 представлены полученные в ходе1 моделирования кривые электрических процессов в схеме одноуровневого КМП, где: изУТ1 сигнал управления, подаваемый на затвор силового транзистора VT1; изУТ2 сигнал управления, подаваемый на затвор вспомогательного транзистора VT2; i0 - ток, протекающий через основной контур коммутации, образованный силовым транзистором VT1 и обратным диодом VD1; і д -ток, протекающий через дополнительный контур коммутации, образованный вспомогательным транзистором VT2 и обратным диодом VD3. Сравнительный анализ показывает, что полученные с помощью моделирования кривые электрических процессов повторяют с разницей не более 2% кривые, построенные в главе 1. Таким образом, проведенное компьютерное моделирование подтверждает достоверность выведенного математического описания электрических процессов КМП и незначительность влияния сделанных допущений. Аналогичным образом был проведен сравнительный анализ результатов расчета параметров КМП, полученных посредством компьютерного моделирования, и расчетов с использованием выведенных выражений. В качестве примера на рисунке 4.7 показаны графики зависимости коэффициента передачи по напряжению вых от коэффициента заполнения у0 сигнала управления си- лового транзистора VT1 для одноуровневого КМП с одинаковыми параметрами схемы, полученные путем компьютерного моделирования и теоретического расчета. Как видно из рисунка 4.7, расхождения между кривыми незначительны.
Максимальное отклонение теоретической расчетной от полученной в результате моделирования кривой составляет 3,0%. Такая величина расхождения свидетельствует о достаточной для инженерных расчетов точности выражения (2.131) для коэффициента передачи схемы одноуровневого КМП по напряжению, полученного в главе 2. В целом сравнение компьютерных и расчетных результатов подтвердило достоверность полученных выражений для расчета параметров КМП. Максимальное значение отклонения 4,0% было выявлено только в выражении (2.143), что является допустимым для инженерной практики. Особое внимание было уделено проверке достоверности результатов расчетов мощности потерь в полупроводниковых приборах при значениях входного напряжения 2200...4000 В и различных частотах коммутации.
Результаты сравнения аналитических выражений для расчета мощности потерь в полупроводниковых приборах, полученных в главе 2, со значениями мощности потерь, полученными путем компьютерного моделирования, приведены в таблице 4.1. В ней представлены: — значение мощности динамических потерь в одноуровневом КМП, полученное путем компьютерного моделирования, на частотах коммутации 1500 и 3000 Гц; - значение мощности динамических потерь в классическом повышаю щем» конверторе, полученное путем компьютерного моделирования, на час тотах коммутации 1500 и 3000 Гц; -расчетноезначение мощности динамических потерь в одноуровневом КМП; наічастотах коммутации 1500 и ЗОООдРц; - значение мощности статических потерь, в одноуровневомКМЩ по лученное путем компьютерного моделирования; — значение мощности статических потерь в; классическом повышающем-конверторе, полученное путем компьютерного моделирования; - расчетное значение мощности статических потерь в одноуровневом КМП;; - значение мощности;суммарных потерь,в;одноуровневом=КМП,.полученное путем? компьютерного; моделирования, на частотах коммутации 1500 тЗОООШц; - значение мощности суммарных потерь в классическом?повышающем, конверторе, полученное путем компьютерного моделирования, на частотах коммутации 1500 и 3000 Гц; - расчетное, значение мощности суммарных потерь в одноуровневом КМП; на частотах коммутации 1500т 3000-Ец. Анализ полученных результатов1 компьютерного имитационногоі моделирования позволяет сделать следующие, выводы: И В разработанном математическом описании КМИїадекватно формализованы протекающие электрические процессы., 2 Принятые допущения и предложенные эквивалентные схемы допустимы для. исследования режимов функционирования! разрабатываемых силовых схем на базе КМП. 3; Полученные выражения позволяют проводить анализ рабочих процессов осуществлять,расчет и; выбор параметров элементов? с достаточ-ношдля инженерных задач; точностью; 4 Разработанная компьютерная .имитационная модель пригодна для проверки функционирования спроектированного устройства и оценки рациональности использованных решений. 5 Компьютерное моделирование подтверждает тезисы об эффективности использования КМП в качестве входного стабилизирующего звена преобразователя и целесообразности применения многоуровневых схем. Разработанную» компьютерную имитационную модель КМП рационально использовать в качестве инструмента для составления алгоритма работы системы управления создаваемых силовых схем на базе КМП.
