CC BY
53
Секция «Автоматика и электроника»
УДК 629.7.064.52
Д. К. Лобанов Научный руководитель - Е. А. Мизрах Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА РЕКУПЕРАЦИОННОГО ТИПА
Проведено исследование нагрузочного устройства рекуперационного типа. Получены переходные процессы, рекуперационная характеристика.
Нагрузочное устройство рекуперационного типа (НУРТ) предназначено для электрических испытаний вторичных источников электропитания (ВИЭП), при этом задачей НУРТ является имитация требуемых режимов электронагружения ВИЭП.
При нагружении ВИЭП одной из главных проблем является утилизация энергии. Предлагаемое устройство возвращает потребленную от ВИЭП энергию в сеть постоянного тока, питающую ВИЭП.
Существуют нагрузочные устройства (НУ) с реку-
перацией энергии в сеть переменного тока [1]. Существенным недостаткам таких НУ является необходимость согласования параметров выходного напряжения рекуператора с параметрами сети и, как следствие, сложность и высокую стоимость НУ. Использование рекуперации в сеть постоянного тока кроме устранения вышеперечисленных недостатков позволяет уменьшить мощность, потребляемую от первичного источника электропитания (ПИЭП).
Структурная схема НУРТ представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема НУРТ: ПИЭП - первичный источник электропитания; ВИЭП - вторичный источник электропитания; ДТ - датчик тока; ИП - импульсный преобразователь; Ф1 - входной фильтр; Ф2 - выходной фильтр; ИМ - импульсный модулятор; иоп - опорное напряжение, пропорциональное току нагрузки; иНУ - входное напряжение НУ; 1НУ - ток нагрузочного устройства; /РЕК - ток рекуперации; 8/ - сигнал рассогласования
-Р^.Вт
О 200 400 600 300 1000 1200 1400 1600 1300 НУ' Рис. 2. Рекуперационная характеристика НУРТ
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
На рис. 2 показана рекуперационная характеристика НУРТ, показывающая зависимость рекуперируемой мощности РРЕК от мощности РНУ, потребляемой нагрузочным устройством. Коэффициент рекуперации, равный отношению рекуперируемой мощности к потребляемой, составляет 85 % и почти линейно зависит от мощности РНУ, потребляемой НУ.
Так как рекуперируемая энергия возвращается сразу в ВИЭП, минуя ПИЭП, от последнего потребляется только энергия необходимая для компенсации потерь в НУРТ и ВИЭП. Например, при требуемой нагрузке в 1,5 кВт, коэффициенте рекуперации 85 % и
КПД вторичного источника 80 % от ПИЭП в установившемся режиме потребляется мощность 600 Вт. Таким образом, разработанная структура НУРТ позволяет существенно снизить потребление мощности от ПИЭП и решает проблему утилизации потребленной от ВИЭП энергии.
Библиографическая ссылка
1. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. М. : Техносфера, 2005.
© Лобанов Д. К., Мизрах Е. А., 2011
УДК 621.314
А. А. Соломатова Научный руководитель - Н. Н. Горяшин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВСТРОЕННОГО В МДП-КЛЮЧ ДИОДА В КВАЗИРЕЗОНАНСНОМ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Предложены способы устранения процесса обратного восстановления встроенного в МДП-транзистор диода в высокочастотном квазирезонансном преобразователе напряжения с переключением ключевого элемента при нулевых значениях тока.
Использование резонансных режимов работы регулирующего элемента в импульсных преобразователях напряжения (ПН) позволяет повысить их КПД и удельные энергетические характеристики. Среди высокочастотных резонансных ПН выделяют несколько топологий, обладающих простой, с точки зрения реализации, схемой силовой части. Примером может служить последовательный ПН с переключением ключевого элемента (КЭ) при нуле тока (ПНТ-преобразователь) с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) и полной волной тока резонансного цикла (рис. 1) [1]. Работа рассматриваемого ПН описана в [2].
1
/УУ\
__I II*
Рис. 1. Схема силовой части последовательного ПНТ-преобразователя с ЧИМ с полной волной тока резонансного цикла
В качестве КЭ в ПНТ-преобразователе, как правило, используют МДП-транзистор. Экспериментальный анализ работы данного ПН показал, что следствием резонансного цикла, проходящего в элементах резонансного контура (РК), образованного Ьр и Ср, является процесс обратного восстановления встроен-
ного в МДП-транзистор УТ1 диода УБ1, используемого для обеспечения протекания тока в обратном направлении. На рис. 2 представлены осциллограммы сигналов в цепи РК ПНТ-преобразователя, где 1Ьр(() -ток индуктивности РК; иСр(0 - напряжение на емкости РК; иУТ1(() - напряжение на КЭ; Рдан(0 - динамические потери на КЭ из-за процесса обратного восстановления диода УБ1. С повышением частоты коммутации динамические потери, вызванные указанным эффектом, увеличиваются, что приводит к снижению КПД ПН. Условия эксперимента приведены в таблице, частота коммутации лежит в диапазоне 330-390 кГц, в качестве КЭ УТ1 использован транзистор 1КРВ6Ш15Б, в качестве УБ2 - диод ЫВК20200СТ.
На рис. 3 представлены варианты КЭ, схемотехнически выполненные таким образом, чтобы устранить процесс обратного восстановления встроенного в МДП-транзистор диода.
Для каждого КЭ на рис. 3 были сняты кривые КПД и потерь ПНТ-преобразователя при прочих равных условиях, которые изображены на рис.4. Кривые 1, 2, 3 соответствуют КЭ в, б, а на рис. 3 соответственно, кривая 4 - исходному КЭ рассматриваемого ПН на рис. 1. Из рисунков видно, что обеспечивая протекание обратной полуволны тока резонансного цикла через внешний шунтирующий диод Шоттки, который не имеет диффузионной емкости, в трех предложенных вариантах КЭ, удается значительно повысить КПД ПНТ-преобразователя.
Параметр ивх ивых 1н Lр Ср Lф Сф
Значение 100 В 24±0,1В 2А 1 мкГн 22 нФ 44 мкГн 22 мкФ
