Введение к работе
Актуальность проблеми. Дальнейшее развитие импульсной электроэнергетики, широко внедряемой в последнее время в различных областях науки- и техники, неразрывно связано с созданием эффективных комплексов электротехнического оборудования высоковольтной преобразовательной техники.
В настоящее время используются различные способа накопления энергии, однако основным остается использование энергии емкостных накопителей энергий (ЕНЭ), обеспечиващих быстрое выделение накопленной энергии в нагрузку в виде кратковрзмонкых импульсов большой іющности. Специфика работы генераторов импульсных токов (ГИТ) ставит задачу получения напряжения на ЕНЭ в пределах единиц-десятков киловольт.
В последнее время актуальной становится проблема миниатюризации функциональных блоков зарядных устройств (ЗУ) для уменьшения относительного объема ЗУ ГИТ в составе технологического оборудования. В ранках традициоющ способов проектирования и производства решить эту проблему полностьо не прэдетавляется ВОЗМОХННМ, т.к. элэктромагнитшге и тепловые нагрузка элементов доведены до физических пределов, а дальнейший прогресс материалов идет крайне медленно. Поэтому в процессе создания источников вторичного электропитания (ИВЭП), к разряду которых относятся и ЗУ ГИТ, имеет место тенденция перехода от преобразования энергии на промышленной частоте к преобразованию на частотах в десятки и сотни килогерц с использовашгам резонансных принципов передачи энергии.
В связи с зли каучгга-исслэдовагельская работа по созданию ЗУ высоковольтных ГИТ, удовлэтворящих современным требованиям к стабильности, регулируемости шходши характеристик, к повышению надежности и снижения массогабаритов при приемлемых энергетических характеристиках, выполненная в соответствии с научным направлением работы Института импульсных процессов и технологий НАН Украины (г.Николаев), "Зарядныэ устройства высоковольтных ГИТ с промежуточным преобразованием частоты", представляет существенный научный интерес и является актуальной.
Цель работы. Теоретические и экспериментальные исследования, направленные на определение и использование резонансных свойств транзисторных блоков с учетом собственных
параметров электромагнитных алекентов для создания эффективных малогабаритных ЗУ высоковольтных ГИТ с промежуточным преобразованием частоты (ППЧ).
В соответствии с поставленной целью в работе решены такие основные задачи^
- определение рациональной структуры малогабаритного
высоковольтного ЗУ, наиболее полно удовлетворяющей требованиям к
динамическим, энергетическим и массо-габаритным показателям ЗУ;
- анализ резонансных свойств транзисторных блоков ЗУ ГИТ с
учетом собственных параметров элементов на основе существущего
теоретического, математического и программного обеспечения, а
также с использованием разработанных автором методов;
- определение условий обеспечения резонансного режима работы транзисторных блоков ЗУ высоковольтных ГИТ с ППЧ;
разработка математического и программного обеспечения для определения собственных параметров трансформаторов ЗУ высоковольтных ГИТ исходя из их конструктивных данных;
формулирование и решение задачи создания высокочастотных высоковольтных трансформаторов с заданными частотными свойствами;
развитие схемотехники малогабаритных ЗУ высоковольтных ГИТ.
Методами исследования являются математическое моделирование процессов в ЗУ ГИТ на основе существующих матрично-топологических методов с привлечением теории случайных величин и разработанных , автором методов формирования систем уравнений сокращенной размерности, а также общепринятых в мировой практике пакетов прикладных программ; аналитическое описание поля рассеяния двухобмоточного трансформатора; использование оптимизационной процедуры при реализации трансформаторов с заданной собственной частотой; экспериментальные исследования параметров и режимов работы элементной базы ЗУ.
Научная новизна работы состоит в том, что в работе впервые:
- построена математическая модель совершенного трансформатора с учетом насыщения магнитопровода для сокращения системы
дифференциальных уравнений, описывающих процессы в блоке ЗУ;
- разработан метод распределенных зарядов для анализа
процессов в схемах с включением емкостей в треугольник;
- проведен анализ частотных свойств трансформаторов различных
конструкций и решена задача создания высоковольтных
високочастотних трансформаторов с заданными частотными свойствами;
- показана принципиальная возможность и эффективность
использования распределенных параметров высокочастотного
трансформатора ЗУ ГИТ в качестве контура коммутации инвертора для
реализации резонансного режима работы;
- разработаны новые схемные решения ЗУ высоковольтных ГИТ на
основе транзисторных блоков.
Автор защ и щ а е т :
- результата экспериментальных и теоретических исследований
резонансных свойств транзисторных блоков ЗУ высоковольтных ГИТ с
учетом собственных параметров элементов;
математическую модель переходных процессов в ЗУ, построенную на основе формирования систем уравнений сокращенной размерности;
- методики аналитического и экспериментального определения
собственных параметров высокочастотных высоковольтных
двухкатушечных трансформаторов;
алгоритм определения конструктивных параметров трансформаторов с заданными частотными свойствами;
новые схемные решения транзисторных блоков ЗУ высоковольтных ГИТ.
Практическое значение работы заключается в разработке инженерных методик расчета и выполнения измерений собственных параметров высокочастотных двухкатушечных трансформаторов, разработке алгоритма создания трансформатора ЗУ с заданными частотными свойствами, создании методов эффективного управления многоячеечннми ЗУ и разработке на основании полученных оригинальных результатов эффективного малогабаритного ЗУ высоковольтного ГИТ с ППЧ с высокий удолышми показателями.
Реализация результатов работы.. Основные научные и практические результаты использованы при расчете параметров и разработке конструкций ГИТ, создаваэшх в ИйПТ НАН Украины и Экспериментальном производстве ИИПТ НАН Украины
(г.Николаев); при разработке магнитоимпульсных установок, создаваемых НПП "ШТЭК" (г.Николаев) для предприятий различных отраслей, использующих обрушение сыпучих материалов со стенок бункеров.
Апробация работы. Основные полохения и результаты работы доложены автором и обсуждены на:
Республиканских и Всесоюзных школах-семинарах (г. Алушта,1987, 1988 гг.; г.Ленинград, 1990 г.);
iv и v Всесоюзных конференциях "Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности" (г.Николаев, 1988,
1992 ГГ.);
ш Всесоюзном научно- техническом совещании "Применение вычислительной техники для исследования и автоматизации проектирования преобразователей" (г.Саранск, 1989 г.);
і Всесоюзной научно-технической конференции "Силовые электронные системы и устройства маломощной преобразовательной техники" (г.Алма-Ата, 1990 г.);
v Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники" (г-Чернигов, 1991 г.),
а также на научных семинарах в НКИ (г.Николаев, 1986-1988 гг.), ИИПТ НАН Украины (г.Николаев, 1986-1993 гг.) и ИЭД НАН Украины (г.Киев, 1987-1994 ГГ.).
Публикации- Основное содержание диссертационной работы отражено в 28 научных трудах (из них 1 авторское свидетельство СССР, 2 решения о выдаче патентов Украины, 2 решения о выдаче патентов России).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заклвдения. списка использованных источников (181 наименование) и четырех приложений. Содержит ПО страниц основного машинописного текста, 67 рисунков и 12 таблиц, а также 53 страницы приложений-
