Динамическая модель высоковольтного источника ускоряющего напряжения для электронно-лучевой сварки Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Рис. 2. Осциллограммы тока индуктивности и напряжения на емкости РК в ПНТ - преобразователе с ШИМ

VD2

Г-*

VT2

"^ЛГ

VD2

Рис. 3

Для того чтобы минимизировать негативное влияние встроенного паразитного диода можно использовать сложный ключ, состоящий из последовательно включенных транзистора УТ2 и диода УБ2 (рис. 3). *

В этом случае диод УБ2 не пропускает обратный ток через паразитный диод, процесса обратного восстановления последнего не происходит.

В подтверждение сказанного на рис. 4 приведены осциллограммы тока индуктивности РК и напряжения на резонансной емкости в данном ПН с использованием дополнительного диода в цепи вспомогательного МДП-ключа. Как видно, отрицательного броска тока, обусловленного обратным восстановлением паразитного диода, нет.

Необходимо отметить, что введение последовательного диода УБ2 приводит к дополнительным

Рис. 4. Осциллограммы тока резонансной индуктивности и напряжения на емкости РК

статическим потерям мощности, таким образом, применение предложенного решения целесообразно только при условии, что динамические потери в исходной схеме значительно больше статических. Таким образом, всегда можно подобрать такую частоту коммутации, при которой выполняется данное условие, при прочих фиксированных параметрах.

Библиографические ссылки

1. Bodur H., Bakan F. An Improved ZCT-PWMDC-DC Converter for High-Power and Frequency Applications // IEEE Trans. On Industrial Electronics. 2004. Vol. 51. № 1. Р. 89-94.

© Соломатова А. А., Горяшин Н. Н., 2010

УДК 621.791.72

С. В. Суковатенко Научный руководитель - В. Д. Лаптенок Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ИСТОЧНИКА УСКОРЯЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

Рассматривается линеаризованная модель резонансного преобразователя, которая позволит выбрать оптимальный закон регулирования и определить требуемые динамические показатели качества подобных систем.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Силовая часть высоковольтного источника с ускоряющим напряжением (ВИУН) до 30 кВ и мощностью 10 кВт может быть построена как мостовой преобразователь напряжения (ПН) с параллельным резонансным контуром (РК) (рис. 1).

Используя аналитические зависимости для тока резонансного дросселя ЬР и напряжения на резонансом конденсаторе СР [1] и метод фазового пространства [2], можно получить статический нелинейный коэффициент передачи по напряжению как функцию от среднего тока дросселя выходного фильтра, равного току нагрузки, и относительной частоты коммутации силовых транзисторов, в установившемся режиме, при прочих фиксированных параметрах:

K ( Ы >F ) =

п1ьф Z0 • f п ) 1 f п -sin | — 1 + cos I —

2F ) \ 2F

1 -

U в

cos

п

2F

- arccos

п1ьф Z0 . f п ^ f п sin I — 1 + cos

U

2F )

2F

2F п

(1)

где ¡ьф - средний ток дросселя выходного фильтра, равный току нагрузки в установившемся режиме; Р = ЛЛо - относительная частота коммутации; Л - частота коммутации входного напряжения; 20 = (¿р/Ср)0,5 - волновое сопротивление РК; п - коэффициент передачи трансформатора.

С учетом данного нелинейного коэффициента (1) выражение для выходного напряжения имеет следующий вид:

Цзых = К(4ф, Р)-П-ЦВХ. (2)

Как можно заметить, выходное напряжение является нелинейной функцией двух независимых входных воздействий. Поэтому для получения динамической модели необходимо нелинейный коэффициент (1) разложить в ряд Тейлора, то есть определить частные производные по каждому входному воздействию. На основании данного разложения и модели выходного ¿С-фильтра [3] был синтезирован линеаризованный вариант ВИУН (рис. 2).

Для полученной модели построим семейство логарифмических амплитудно-частотных и логарифмических фазово-частотных характеристик (ЛАЧХ и ЛФЧХ) (рис. 3).

Рис. 1. Мостовой преобразователь напряжения с параллельным резонансным контуром

Рис. 2. Структурная схема линеаризованной модели ВИУН, где I0 - ток нагрузки в установившемся режиме, в окрестности значения которого линеаризуется система, fs0 - частота преобразования, соответствующая I0, А4ф и Af -

малые приращения тока нагрузки и частоты коммутации, K1(I0, fs0) - значение частной производной нелинейного коэффициента (1) по частоте преобразования в окрестности линеаризуемого значения, K2(I0, fs0) - значение частной производной нелинейного коэффициента (1) по среднему току дросселя в окрестности линеаризуемого значения

Цт). [дБ] 80

60

30

■60

Ti.rri.rrr, ГГТ.ГГТ,;—------

0.4 А —^

0.3 А

0.2 А--- V • Л.

01 А ----- Ч \

0 01 А — \\ \ X v S

V '-,

\v ■ \

Y , \

4s \ ■

[ 106 а, [сек"1]

I6 со, (сек"'J

б

Рис. 3. Семейство ЛЧХ линеаризованной системы ВИУН для различных рабочих режимов без дополнительной

коррекции: а - семейство ЛАЧХ; б - семейство ЛФЧХ

Таким образом, полученная линеаризованная модель может быть использована для анализа динамических показателей качества ВИУН, а также как основной инструмент методики синтеза закона управления.

Библиографические ссылки

1. Johnson S. D., Erickson R. W. Steady-state analysis and design of the parallel resonant converter.

IEEE Trans. Power Electron. Vol. 3. 1988. № 4. P. 93104.

2. Oruganti R., Lee F. C. State-Plane Analysis of the Parallel Resonant Converter. IEEE PESC Record. 1985. P. 56-73.

3. Yang E. X., Choi B, Lee F. C, Cho B. H. Dynamic analysis and control design of LCC resonant converter //IEEE PESC. Vol. 1. 1992. P. 362-369.

© CyKOBareHKO C. B., .anreHOK B. 2010

а

УДК 767.378

А. М.Телегин Научный руководитель - Н. Д. Семкин Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара

НАУЧНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ НА МАЛОМ КОСМИЧЕСКОМ АППАРАТЕ «АИСТ»

Рассмотрена научная аппаратура для проведения исследований на малом космическом аппарате. Приведены экспериментальные результаты по исследованию датчика микрометеоритов и космического мусора в ускорителе заряженных частиц.

В околоземном пространстве космические аппараты (КА) подвергаются воздействию разнообразных факторов космической среды. В наиболее трудных условиях эксплуатируются материалы и элементы внешней поверхности КА. На них воздействуют сверхвысокий вакуум, разнообразные виды корпускулярных и электромагнитных излучений, потоки микрометеорных частиц. При воздействии на материалы и элементы конструкций частиц наблюдаются следующие эффекты: эрозия поверхности, возникновение частиц СВА КА, загрязнение поверхности осаждающимися продуктами СВА, увеличение светового фона в окрестности КА за счет рассеяния света на частицах СВА и люминесцентного свечения, возрастание токов утечки в открытых высоковольтных устройствах и снижение их электрической прочности.

Зарядка поверхностей КА происходит в результате его взаимодействия с окружающей космической плазмой и солнечным электромагнитным излучением. Основными составляющими полного тока, текущего через поверхность КА, является ток электронов и ток положительных ионов окружающей плазмы, токи вторичной эмиссии и фотоэлектронный ток.

В настоящее время для ряда перспективных КА научного назначения предъявляются повышенные технические требования к величине остаточного микроускорения в низкочастотной части спектра до уровня 10-^о, которая может быть обеспечена при реализации специальных бортовых электромагнитных средств компенсации микроускорений.

Для решения поставленных задач в институте космического приборостроения были разработаны блоки аппаратуры МАГКОМ и МЕТЕОР.