Трансформаторы. Преобразователи. Выпрямители

Рассмотрены физические принципы работы, свойства, параметры и характеристики основных функциональных узлов, входящих в состав устройств электропитания радиоэлектронных средств и систем: дросселей, трансформаторов, выпрямителей, сглаживающих фильтров, регуляторов, стабилизаторов, преобразователей напряжения, первичных источников электрической энергии, электрических машин, а также вопросы электропитания объектов телекоммуникаций, электромагнитной совместимости и защиты устройств электропитания. Учебное пособие содержит описание цикла компьютерных лабораторных работ по имитационному схемотехническому моделированию источников вторичного электропитания в Multisim. Список литературы способствует повышению эффективности самостоятельной работы студентов.

Пособие является второй частью курса «Силовая электроника». Рассмотрены принципы построения и расчета силовых преобразователей электрической энергии. Предназначено для студентов направлений 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» всех форм обучения, а также может быть рекомендовано для студентов других технических направлений подготовки.

Рассмотрены причины, ограничивающие удельную реактивную мощность, которую возможно пропускать через материалы силовых индуктивностей и емкостей. Эти причины можно условно разделить на энергетические и тепловые. Энергетические ограничения вытекают из конечной удельной энергоемкости материалов и заданной частоты преобразования. Тепловые ограничения возникают из-за наличия тепловых потерь в реальном реактивном элементе и неидеальных условий охлаждения. Расчет тепловых режимов материалов ведется с учетом тангенса угла потерь, максимальной температуры работы и термического сопротивления элемента. В работе предложена универсальная методика расчета оптимальной частоты преобразования и максимально допустимой удельной реактивной мощности активных материалов. Данная методика позволяет выбрать режим работы реактивного материала, при котором полностью используются его возможности как по энергетическим, так и тепловым параметрам. Применяемая оценка материалов по максимально допустимой удельной реактивной мощности отличается от традиционного рассмотрения коэффициента производительности и параметров Штейнмеца, но является их логическим продолжением. Разработанная методика расчета ориентирована на практические инженерные расчеты — в ней используются общепринятые параметры, приводимые производителями в описаниях к материалам. Также для упрощения расчетов при анализе не учитываются амплитудная и частотная нелинейности потерь. Проведенный по предложенной методике анализ показал, что наибольшей удельной реактивной мощностью обладают высокочастотные материалы с малой энергоемкостью в диапазоне значений частоты преобразования 0,3…3 МГц. Согласно результатам анализа, наиболее перспективными материалами являются высокочастотная конденсаторная керамика и никель-цинковые ферриты с низкой проницаемостью. Большая удельная реактивная мощность достижима при использовании реактивных компонентов без активных материалов в диапазоне 3…300 МГц. В данном диапазоне возможна реализация высокодобротных реактивных элементов без применения материалов с высокой диэлектрической или магнитной проницаемостью. При исключении активных материалов оказывается возможна штатная работа реактивных элементов при температурах, близких к температуре плавления проводника

Рассмотрены особенности непрерывных моделей импульсных преобразователей напряжения, отмечены их преимущества и недостатки. Показано, что существующие непрерывные модели (Бен-Якова, Ворпериана, Эриксона–Максимовича) могут приводить к существенным ошибкам моделирования в некоторых режимах работы преобразователя напряжения. Предложена модель, свободная от указанных недостатков. В частности, данная модель для преобразователя напряжения первого типа корректно работает даже в случае, когда выходное напряжение оказывается больше входного, а также при коэффициенте заполнения управляющих импульсов существенно больше 0,5. Проведен сравнительный анализ моделей и показаны преимущества предложенного варианта.

Рассматриваются вопросы минимизации порога чувствительности усилителей постоянного тока, применяемых наиболее часто в различных преобразователях информативных сигналов малого уровня, путем введения периодической коррекции погрешности нуля на основе предложенной автором математической модели и методики анализа влияния собственных шумов элементов схемы корректирующего канала.