Научная статья на тему 'Резонансный преобразователь частоты для питания разрядноимпульсных электротехнологических комплексов'

Резонансный преобразователь частоты для питания разрядноимпульсных электротехнологических комплексов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
436
199
Поделиться
Ключевые слова
РАЗРЯДНО-ИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ / ОЗОНАТОР / РЕЗОНАНСНЫЙ КОНТУР / ЕМКОСТНОЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ / ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОДУЛЬ / DIGIT AND PULSE TECHNOLOGY / OZONIZER / RESONANT CONTOUR / CAPACITOR ENERGY STORE / ELECTROMAGNETIC MODULE

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Рогинская Любовь Эммануиловна, Рахманова Юлия Владиславовна, Шапиро Семен Вольфович

Рассмотрены разрядно-импульсные технологии, использующие энергию, накопленную в электрическом поле конденсатора. К ним можно отнести электросинтез озона, лазерную технику, электроимпульсную и магнитно-импульсную обработку материалов. Применение подобных технологий для электросинтеза озона объясняется тем, что он является экологически чистым окислителем, применяемым, например, для подготовки питьевой воды и очистки отходящих газов, а использование импульсных технологических лазеров позволяет осуществлять высокоточную обработку материалов. Причем эти технологии являются энергосберегающими. Для согласования вольт-амперных характеристик источников питания с импульс ной нагрузкой используются емкостные накопители энергии, устройства, в которых мощность, отдаваемая нагрузке во время разряда, во много раз превышает мощность, потребляемую от первичного источника питания. Так как электромагнитные процессы при соответствующих допущениях в источниках питания для обоих технологических процессов за период изменения тока аналогичны, рационально применить одинаковые источники питания, содержащие, наряду с полупроводниковым преобразователем, согласующий повышающий трансформатор. Частота источников питания ограничивается величиной 10 кГц, так как в первом случае дальнейшее увеличение частоты приводит к снижению выхода озона, а во втором к ухудшению энергетических показателей высоковольтного согласующего трансформатора. В результате схемотехнического моделирования источников питания и расчета математической модели было доказано, что силовой модуль системы источник питания повышающий трансформатор разрядно-импульсная нагрузка может быть использован для анализа электромагнитных процессов, при которых потребляется энергия, накопленная в электрическом поле конденсатора. Наличие реального согласующего трансформатора изменяет амплитуды токов и напряжений резонансного нагрузочного контура, уменьшает величину выходной мощности и увеличивает значение потребляемой. Полученные в результате анализа и математического моделирования соотношения, могут быть использованы для определения параметров модулей, входящих в систему источник питания повышающий трансформатор нагрузка.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Рогинская Любовь Эммануиловна, Рахманова Юлия Владиславовна, Шапиро Семен Вольфович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

The resonant converter of frequency for discharging pulse electrotechnological complexes

Considered discharge pulse technologies that use energy stored in the electric field of the capacitor. These include electrosynthesis ozone, laser technology, electro-pulse and magnetic-pulse processing of materials. The use of such technologies for electrosynthesis of ozone due to the fact that it is environmentally friendly oxidants used, for example, for drinking water preparation and purification of exhaust gases and the use of pulsed lasers allow to carry out high-precision processing of materials. Also moreover, these technologies are energy-efficient. For the coordination of volt-ampere characteristics of power sources with pulse load used capacitive energy storage devices, in which power, output load at the time of discharge, many times greater than the power consumed from the primary power source. As electromagnetic processes at the relevant assumptions in power supplies for both technological processes for current period changes are similar to efficiently apply the same power sources, containing, along with semiconductor converter, matching up transformer. Frequency of power sources is limited to the value of 10 kHz, as in the first case, a further increase in the frequency leads to a decrease in the output of ozone, and in the second to the deterioration of the energy parameters of high-voltage matching transformer. As a result of circuit simulation of power sources and calculation of the mathematical model was proven that the power system module power supply up transformer discharge-pulse load can be used for analysis of electromagnetic processes in which consumed the energy stored in the electric field of the capacitor. Availability of real-matching transformer changes the amplitude of currents and voltages resonance load circuit reduces the output capacity and increases the consumption value. Obtained from the analysis and mathematical modelling ratio, can be used to define the parameters of modules included in the system of power supply up transformer load.

Текст научной работы на тему «Резонансный преобразователь частоты для питания разрядноимпульсных электротехнологических комплексов»

3. Широкополосный синтезатор частот с ФАПЧ и встроенным ГУН [Текст] // Мир электронных компонентов. - 2009. - № 1. - с. 6.

4. Никитин Ю. Полный радиочастотный синтезатор с дробным коэффициентом деления ADF4350 [Текст] / Ю. Никитин, С. Дмитриев // Компоненты и технологии. - 2010. - № 3. - C. 32-38.

5. Рембовский А.М. Радиомониторинг. Задачи, методы, средства. [Текст] / А.М. Рембовский, А.В. Ашихмин, В.А. Козьмин; под ред. А.М. Рембовско-го. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.

6. Evaluation Board User Guide UG-110 ADF4350EB2Z. - Analog Devices. - 12 p.

References

1. Wideband Synthesizer with Integrated VCO ADF4350 [Electronic resourse]. - URL: http://www. analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADf4350. pdf (data obrashhenija 21.05.2013).

2. Evaluation Board for Fractional - N/ Integer - PLL Frequency Synthesizer ADF4350EB1Z [Electronic resourse]. - URL: http://www.analog.com/ static/imported-files/user_guides/UG-109.pdf (data obrashhenija 24.05.2013).

3. Shirokopolosnyj sintezator chastot s FAPCh i vstroennym GUN [Tekst] / Mir jelektronnyh komponentov. - 2009. - № 1. - s. 6.

4. Nikitin Ju. Polnyj radiochastotnyj sintezator s drobnym kojefficientom delenija ADF4350 [Tekst] / Nikitin Ju., Dmitriev S. // Komponenty i tehnologii. -2010. - № 3. - S. 32-38.

5. Rembovskij A.M. Radiomonitoring. Zadachi, metody, sredstva. [Tekst] / A.M. Rembovskij, A.V. Ashihmin, V.A. Koz'min; pod red. A.M. Rembovskogo.

- M.: Gorjachaja linija - Telekom, 2006. - 492 s.

6. Evaluation Board User Guide UG-110 ADF4350EB2Z. - Analog Devices. - 12 s.

Рогинская Л.Э. Roginskaya L.E.

доктор технических наук, профессор кафедры «Электромеханика» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»,

Россия, г. Уфа

Рахманова Ю.В. Rakhmanova Yu.V.

кандидат технических наук, доцент кафедры «Электромеханика» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет», Россия, г. Уфа

Шапиро С.В.

Shapiro S.V.

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Физика» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный университет экономики и сервиса», Россия, г. Уфа

УДК 621.365.5

РЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ПИТАНИЯ РАЗРЯДНОИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Рассмотрены разрядно-импульсные технологии, использующие энергию, накопленную в электрическом поле конденсатора. К ним можно отнести электросинтез озона, лазерную технику, электроимпульс-ную и магнитно-импульсную обработку материалов. Применение подобных технологий для электросинтеза озона объясняется тем, что он является экологически чистым окислителем, применяемым, например, для подготовки питьевой воды и очистки отходящих газов, а использование импульсных технологических лазеров позволяет осуществлять высокоточную обработку материалов. Причем эти технологии являются энергосберегающими. Для согласования вольт-амперных характеристик источников питания с импульс-

ной нагрузкой используются емкостные накопители энергии, устройства, в которых мощность, отдаваемая нагрузке во время разряда, во много раз превышает мощность, потребляемую от первичного источника питания. Так как электромагнитные процессы при соответствующих допущениях в источниках питания для обоих технологических процессов за период изменения тока аналогичны, рационально применить одинаковые источники питания, содержащие, наряду с полупроводниковым преобразователем, согласующий повышающий трансформатор. Частота источников питания ограничивается величиной 10 кГц, так как в первом случае дальнейшее увеличение частоты приводит к снижению выхода озона, а во втором - к ухудшению энергетических показателей высоковольтного согласующего трансформатора. В результате схемотехнического моделирования источников питания и расчета математической модели было доказано, что силовой модуль системы источник питания - повышающий трансформатор - разрядно-импульсная нагрузка может быть использован для анализа электромагнитных процессов, при которых потребляется энергия, накопленная в электрическом поле конденсатора. Наличие реального согласующего трансформатора изменяет амплитуды токов и напряжений резонансного нагрузочного контура, уменьшает величину выходной мощности и увеличивает значение потребляемой. Полученные в результате анализа и математического моделирования соотношения, могут быть использованы для определения параметров модулей, входящих в систему источник питания - повышающий трансформатор - нагрузка.

Ключевые слова: разрядно-импульсная технология, озонатор, резонансный контур, емкостной накопитель энергии, электромагнитный модуль.

THE RESONANT CONVERTER OF FREQUENCY FOR DISCHARGING PULSE ELECTROTECHNOLOGICAL COMPLEXES

Considered discharge - pulse technologies that use energy stored in the electric field of the capacitor. These include electrosynthesis ozone, laser technology, electro-pulse and magnetic-pulse processing of materials. The use of such technologies for electrosynthesis of ozone due to the fact that it is environmentally friendly oxidants used, for example, for drinking water preparation and purification of exhaust gases and the use of pulsed lasers allow to carry out high-precision processing of materials. Also moreover, these technologies are energy-efficient. For the coordination of volt-ampere characteristics of power sources with pulse load used capacitive energy storage devices, in which power, output load at the time of discharge, many times greater than the power consumed from the primary power source. As electromagnetic processes at the relevant assumptions in power supplies for both technological processes for current period changes are similar to efficiently apply the same power sources, containing, along with semiconductor converter, matching up transformer. Frequency of power sources is limited to the value of 10 kHz, as in the first case, a further increase in the frequency leads to a decrease in the output of ozone, and in the second - to the deterioration of the energy parameters of high-voltage matching transformer. As a result of circuit simulation of power sources and calculation of the mathematical model was proven that the power system module power supply - up transformer - discharge-pulse load can be used for analysis of electromagnetic processes in which consumed the energy stored in the electric field of the capacitor. Availability of real-matching transformer changes the amplitude of currents and voltages resonance load circuit reduces the output capacity and increases the consumption value. Obtained from the analysis and mathematical modelling ratio, can be used to define the parameters of modules included in the system of power supply - up transformer load.

Key words: digit and pulse technology, ozonizer, resonant contour, capacitor energy store, electromagnetic module.

Введение

К разрядно-импульсным технологиям, потребляющим энергию, накопленную в электрическом поле конденсатора, можно отнести электросинтез озона, лазерную технику, электроимпульсную и магнитно-импульсную обработку материалов. Применение подобных технологий для электросинтеза озона объясняется тем, что он является экологически чистым окислителем, применяемым, например, для подготовки питьевой воды и очистки отходящих газов, а использование импульсных технологических лазеров позволяет осуществлять

высокоточную обработку материалов, причем эти технологии являются энергосберегающими [1].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В обоих случаях повышение частоты улучшает энергетические показатели установок. Действительно, активная мощность барьерного разряда при синусоидальном напряжении связана с параметрами источника питания и озонатора следующей зависимостью [2]:

" ( С.

P = 4fCM

ІМ-Ц

1+

рп

, (1)

где f - частота синусоидального напряжения; С и

б

Срп - емкости диэлектрического барьера и разрядного промежутка; и - величина напряжения на разрядном промежутке при наличии разряда; им -амплитуда напряжения питания.

Из (1) следует, что увеличение мощности разряда без увеличения напряжения возможно при увеличении частоты.

Для согласования вольт-амперных характеристик источников питания с импульсной нагрузкой используются емкостные накопители энергии (ЕНЭ) - устройства, в которых мощность, отдаваемая нагрузке во время разряда, во много раз превышает мощность, потребляемую ими от первичного источника питания, так как £ < ^ . Увеличение на-

V 3

пряжения на накопительном конденсаторе Ди'сп , приведенное к первичной обмотке трансформатора. за период изменения тока при питании от автономного резонансного инвертора равно:

Ш,

СП

ш*ск

(2)

В (2) Ск, С' - емкость коммутирующего конденсатора инвертора и приведенная к первичной обмотке трансформатора емкость накопительного конденсатора, причем Ск < С' Очевидно, чем меньше период, то есть, чем больше частота колебаний, тем быстрее произойдет заряд конденсатора.

Частота источников питания ограничивается величиной 10 кГц, так как в первом случае дальнейшее увеличение частоты приводит к снижению вы-

хода озона [2], а во втором - к ухудшению энергетических показателей высоковольтного согласующего трансформатора [3].

Так как электромагнитные процессы при соответствующих допущениях в источниках питания для обоих технологических процессов за период изменения тока аналогичны, рационально применить одинаковые источники питания, содержащие, наряду с полупроводниковым преобразователем, согласующий повышающий трансформатор [4]. Работы, связанные с изучением влияния согласующих высокочастотных трансформаторов на электромагнитные процессы в схемах силовой электроники, проводились профессором НГТУ И.В. Блиновым, которым был предложен ряд имитационных моделей подобных устройств [5, 6].

2 (Г*-2 И7.ЧІ из

Тр

ГВ4

Рис. 1. Силовой модуль схемы электросинтеза озона

Силовой модуль схемы электросинтеза озона приведен на рисунке 1. В этой схеме роль коммутирующей индуктивности играет индуктивность рассеяния трансформатора, а коммутирующей емкости - емкость барьера генератора озона [7].

щ ■ «п ю, кг.

<!— | (к „ ‘ J

' *7 * т 'щ Я? К,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

J г і Цґ Л к ^

а)

Рис. 3. Схема замещения источника питания для разрядно-импульсного электротехнологического комплекса: а) общая часть схемы; б) элементы схемы замещения озонатора и ЕНЭ; в) с учетом потерь

Если представить трансформатор и нагрузку в виде схем замещения, а первичное напряжение в виде источника постоянного напряжения, принципиальная схема силового модуля озонатора будет иметь вид, приведенный на рисунке 2.

Силовой модуль представляет собой соединение трех блоков: резонансного тиристорного (или транзисторного) инвертора, высоковольтного повышающего трансформатора и нагрузки. Нагрузкой могут быть озонатор или высоковольтный выпрямитель, нагруженный на накопительный конденсатор (рис. 3, а). Параметры нагрузки приведены к первичной обмотке трансформатора. Схема замещения озонатора представляет собой две последовательно

соединенные емкости: Сб и С (Сря<С6), причем к зажимам подключен диодный выпрямитель, нагруженный на противо-ЭДС, равную напряжению пробоя и Элементы схем замещения показаны на рисунке 3, б [8]. Для идеального трансформатора (Ь^= да, Ср = Срп = 0, RN = 0) электромагнитные процессы в преобразователе практически идентичны в обоих случаях. Они могут быть исследованы решением дифференциального уравнения с переменной правой частью для одного периода изменения тока. При л>ю^>0 правая часть равна ио - и, при

2я>ш0ґ>я правая часть - U0 + U, а ш0 = 1 Г

Lsc6

1

или

LKCK

Рис. 4. Осциллограммы тока в коммутирующей индуктивности и напряжения на коммутирующей емкости

Расчетные осциллограммы тока в коммутирующей индуктивности и напряжения на коммутирующей емкости приведены на рис 4. Основные фор-

мулы для определения тока и напряжения в схеме приведены в таблице 1 в абсолютных единицах, а в таблице 2 - в относительных.

Уравнения и величины, характеризующие параметры токов и напряжений генераторов озона

емкостных накопителей без учета потерь

и Л = -2 и или сО г

мс0 = ~2исЫ или

ис0 = ис2 = ~Шс^ ис\=2и0’

/ -и°+иг

шах р

и0+исК

А ис , ис и0~и2 .

ЧСб ЧСб ис = и0 ~иг +(^0 +иг )С05ШУ ;

юо =

ИЛИ Ю-=

у[^к^к

или /

тах

и0+иг

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

г = —----втш^->, сб^ск-

р=„

или р =

-я:

к

2л > ш > л; п><а

л

г—

V Ю0У

- > 0; л > (о^=со^-л > 0.

ис2 ~ 2иг ’

I . =-тт

Цр-Цг

Р

и0~исЫ

или I . -

тт р

2 2

й ип иг <1 иг иг

—+ —— = ип+и или —-£- + —с_ = [/- +[/ •

2 г „ 0 г 2 , „ 0 сА^

Л Х^Сб Л 13Сб

ип-и . ^п-и м .

г = —-—— втсо ^ или г =-------- ---—- втю ^ ;

^^(^г )СО8®0?1 Н™ “с = Р0+С?сЛ^+(С/0-С,слг)со8®о'1 •

При расчетах использовались следующие базовые величины: и„ =м, -К, =Р, ю, =

---- баз 0 баз баз

®баз~

Р=

ЬКСК

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

или р=

Сб

V

или

Таблица 2

Уравнения и величины, характеризующие параметры токов и напряжений генераторов озона или емкостных накопителей энергии без учета потерь в относительных единицах

Характерные точки Мгновенные значения

к > t >0 *

uc0* ~ ^г* или Uc0* ~ ~2ucN* ’ c*+U =1 U ; L = c ; 2 с* г* k* dt*

uc\* = 2 ’ I =l+[/ max г* или I = 1 + и . max cN* и =1 -U -(l+C/9* Icosf или с* г* V / * uc* = 1 _ UcN* ~ (}+ucN* ) cos f* ’ *£*=(1+[/2*)sin'* ИЛИ *k* = (}+ucN* ) sin ** •

K> a IV IV a h-T- * 11 1 a a IV Г-+- * IV 0

uc2* ~ ^?* или uc2, = 2UcN,; 2 2 d d U +u =1+M- или ^-+w =1+и ,r ; 2 c* 2* 2 c* cN* dty^f dty^

или и =1+ U + (1-Mo* ICOS^ или С* г * V 1 / 1*

^min ~ ucN*)• UC* =1 + MciV*+(1_MciV*)C0Sri*; гЬ=_(1_Мг*)8т^ ИЛИ ^=-(l-«civ*)sin^.

В идеальном случае длительность протекания тока в обоих полупериодах одинакова, его амплитуда при работе управляемого вентиля больше, чем при работе диода, причем в генераторе озона она от периода к периоду не меняется, в ЕНЭ в первом по-

лупериоде растет, а во втором - убывает. Длительность заряда ЕНЭ определяется соотношением Сы / Ск и увеличивается с его увеличением. Для одного периода эта зависимость имеет вид:

A U' =

1

CN~r ю N О

ЛМл + С/^ГДТ -7lUf\ Uгы

j_u--5=^sm(ton0dconf+ J —-^-sin(Qn0^cOnf

OP UU0P uu

; AC/;

CN

*U0CK

с

N

(3)

где Ди'см — увеличение заряда накопительного кон- Согласно (3) число периодов коммутации, необ-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

денсатора за период изменения тока. ходимое для заряда конденсатора, равно:

N = -5^. (4)

8СЯ

Уравнения и величины, характеризующие параметры токов и напряжений генераторов озона емкостных накопителей с учетом потерь

-ап

им е

и =ип-и„-2е ----х

с 0 2 -2а

1+е

х| совой +— этой |; ю

г, =2 к

(и0+и,е

Т^У

втоЛ;

аис Ис/ис ис _и0-Цг '

2 ’ Л Л 1.!<^Сб

ю=ю.

1-

ЧРУ

_ С/о(1_е )+С/а(1+е )

4с0= ~^а 5

1+е

и , = и п - И„ + -с! 0 2

( -а \

21м0+м2б I

1+е

-2а

со1= — | =

2{и0+иае ) -№^(1+е_2а)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

оз2.

аис яаис ис _и0+1/г 2 ’

Л

А Ь3Сб Ь8Сб

и — ип + 2е

с 0 2

-аж -Ы и0е ~и2

1+е

-2а

Л

V

со

г, = —2е к

втоЛ + сое оЛ

J -Ы

-Ы и0е ~и

ю^(1+е 2а)

ис2=-ис0 =

ио{}-е 1а)+иг{1+е ")2

1+е

-2а

оЛ=

V 2 У

= -2-

и^е —и<2

2оз

со!^ 11+е

Л

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Я

2Ьг

1- ( 2 яб

’ ю юо^ — , а= —

1р со

со =, * '

со рсо*

1-

/ \2 ' Я )

КРУ

Токи и напряжения коммутирующего конденсатора в системе преобразователь частоты -нагрузка с учетом потерь в относительных единицах

7Г>(0 t >0 * *

( nD Л

1+Иг*е

2юЛ

и = 1-м с* г*

\

У

1+е

TiD

g>„

\

D ^

COSCO *+--------sin Ш „t *

2ш*

или

у

1iD Л

1+С/еЛ/*е

2шЛ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

“с* 1 ^eiV*

V

У

1+е

£>

TtD

со.

cosco*t *+-------SU1 Ш ^ *

2ю*

V

2со

1+м

V

У

-------—е ^ sinoo ^

tiD \

ш* 1+е

со.

V

или

г

l+UcN*e

У

тФ

2ю.

Л

V

DL

У

г,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

к*

и,

-7----------=-^г----е * SintD^t*

( 710 \

(О*

v1+e У

( nD\

ш.

1-е *

V У

( nD\

г*

1+е

V У

сО*

1+е

tiD

со.

1+иг*е

2со,

м ! = 1-м +-

cl* г*

V

У

tiD

или

1+е

/

1+UcN*e

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Uc\* 1 UcN*+~

г£*(Ю***)

2 f

\

71D Л 2(0,.

У

1+е

tzD

СО*

г, = е к*

Dtz

~4~

1+м *е г*

tiD Л 2(0^.

V

У

Шо

( TlD\

ю*

1+е *

V У

2тг >

СО t >71 7Г>(0 t >0 * * * *

г

Окончание таблицы 4

( тФ ^

2(оЛ е +и

г*

и =1+ и -

С* г*

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

V

У

1+е

тФ

со.

X е

или

£> ^ соею £ *+----------вт ю *1: *

V 2ю* у

^ тг£) Л

2сск

'сЛГ*

и =\ + и АГ с* сТУ*

V

У

я**

Г

X е

1+е

Б

тФ

СО.

Л

соею ^ *+---------------вт со*!,,.

у 2(0|(с

( тФ Л

У

2ю.

*г*

V

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

или

У о .

7------^е z втш^*

( тФ\

ш* 1+е

V У

^ тс/? Л

2и*

е -С/

сТУ*

1к*

V

Л*

У

^ %Г> ^ 2ю*

е —м

г*

и ^ =—ип =1 + и —-с2* СО* г*

V

У

1+е

тг£)

со.

*£*(“***)

11 =е к*

2

ГУп

~Т~ А

^ тФ Л

2ю*

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

е -м

2*

У

1+е

со.

I, = е к*

2

£)71

I- А

V У

^ Т1£)

2(В* е -и

\

сИ*

У

со.

( тФ \ 1+е *

V У

ю.

со.

1+е

V У

Наличие реального повышающего трансформатора (как видно из рис. 2 и 3а) влияет на характер электромагнитных процессов. При этом активное сопротивление, имитирующее потери (рис. 3, в), влияет на амплитудные значения напряжений и токов, изменяя их длительность, однако, как видно из таблиц 3 и 4, длительность полупериодов протекания тока при открытых тиристорах и диодах одинакова. Изменение напряжений ис1 и и при изменениях RN приведено на рис. 5, а и б. С ростом потерь ис1 уменьшается, а и растет, то есть их значения сближаются, а следовательно уменьшается

мощность.

Выходная и потребляемая мощности преобразователя также изменяются при наличии потерь. В идеальном случае обе мощности одинаковы и равны: для озонатора:

^=Р2= Шк, (5)

для ЕНЭ: ЛР

Рх

р 2UdUCN 2

яр

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(5’)

Так как исм увеличивается от периода к периоду по линейному закону, то по такому же закону увеличивается и мощность.

а)

0,002 0Q22 0J042 0,062 0,082 0.1СЕ 0.122 0,112 0,162 0.182 пип

Рис. 5 Напряжение на конденсаторе Сб (СК) при: а) “cl = /(^} ; б) “с0 = _Мс2 =

Таблица 5

Активная мощность в системе преобразователь частоты - нагрузка с учетом потерь в абсолютных и относительных единицах

Абсолютные единицы Относительные единицы

1 и2Тк 1. = —— J idt tk o 1 2n 1 • p^ — 1 2 n 0

Окончание таблицы 5

Абсолютные единицы

Относительные единицы

*1-

( 8я Л

и 1+е ю

V )

2" ( 8я ^

ярю* 1+ — 3 + 1-Н

V У

1 2 л 2л О

1+е

тФ

2ш^

и

1-е

ш

V

( 8я Л

+и,

У

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1+е

ю

V

У

71(0 а

Г в ^ 2"

1+ 1+е

^2®* У или

V

У

или вместо и —>1/ 7кТ г сМ

2. Без учета потерь Р^ =

Яр

Г я!) ^ кВ ^

2®* 2®*

1-е +мг* 1+е *

К У V )

или вместо и^^>ист

2. Без учета потерь Р^ —

21/

г *

л

( 5я ^ ( 710 Л

иг 1+е ю иг* 2®* 1+е *

1 ) . X

Гб> 2" ^ _5яЛ

яр®* 1+ 3 «и + 1-Н

1®^ V У

Р2.=

ЛШа

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^ 8я ^ г 8л Л

и 3 + ~иг 1-е ю

V ) 1 )

1+

V2®* у

1 “* 1+е

V У

( я£) ^ ( 710 ^

2®* 1+е * ~иг* , 2®* 1-е

V ) V У

Р =Р = 1 2

Без учета потерь

2 ииг

Без учета потерь

яр

Р =Р -1* 2*

2 и

2*

^баз

ии,

я

При наличии потерь изменяются и потребляемая, и выходная мощности. Формулы для их определения приведены в таблице 5 и на рисунке 6, а и б, а зависимость КПД от активного сопротивления генератора озона - на рисунке 6, в. Очевидно, с ростом активного сопротивления (увеличением х) КПД уменьшается.

Активное сопротивление влияет также на длительность заряда накопительного конденсатора,

которая определяется числом периодов N необходимых для того, чтобы приведенное напряжение ЕНЭ стало равным и При отсутствии потерь эта длительность равна:

Т С

т'=_?_», (6)

8 С

к

где Т - период между коммутациями тиристора.

а)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 6 Характеристики мощности: а) выходная мощность; б) потребляемая мощность; в) КПД.

Наличие потерь приводит к увеличению меж-коммутационного периода и к увеличению числа этих периодов. Время заряда при наличии потерь может быть определено следующим образом:

va 40+e-W 2(1 -^)с/

U0 l + e2* ^ (1+е2*)^,

Зависимость UCN / U0 = f(x) приведена на рисунке 6 для отношения CK / CN = 200. Как видно, длительность заряда, так же как длительность межком-мутационного периода, с ростом потерь возрастает.

Выводы

1. Силовой модуль системы источник питания - повышающий трансформатор - разрядноимпульсная нагрузка может быть использован для анализа электромагнитных процессов, при которых потребляется энергия, накопленная в электрическом поле конденсатора.

2. Наличие реального трансформатора изменяет амплитуды токов и напряжений резонансного нагрузочного контура, уменьшает величину выходной мощности и увеличивает значение потребляемой.

3. Так как предложенной схемой замещения может быть представлена гамма разрядноимпульсных технологий, полученные соотношения могут быть использованы для определения параметров модулей, входящих в систему источник питания - повышающий трансформатор - нагрузка.

Список литературы

1. Булатов О.Г. Тиристорно-конденсаторные источники питания для электротехнологии [Текст] / О.Г. Булатов, А.И. Царенко, В.Д. Поляков. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 200 с.

2. Филиппов Ю.В. Электросинтез озона [Текст] / Ю.В. Филиппов, В.А. Вобликова, В.И. Пантелеев.

- М.: Московский университет, 1987. - 237 с.

3. Шапиро С.В. Тиристорные и магнитотиристорные агрегаты питания электрофильтров очистки газов [Текст] / С.В. Шапиро, В.И. Пантелеев, А.С. Серебряков. - М: Энергия, 1978. - 113 с.

4. Рогинская Л.Э. Обоснование проектных решений при многокритериальной оптимизации параметров высоковольтных трансформаторов для электротехнологий [Текст] / Л.Э. Рогинская, Т.П. Костюкова, Ю.И. Махин // Электричество. -№ 8. - 1998. - с. 15-18.

5. Казанцев В.Г. Исследование и оптимизация высоковольтных блоков зарядных устройств [Текст] / В.Г. Казанцев, В.Г. Михеев, Л.Э. Рогинская // Системы управления энергетическими установками и

комплексами преобразования энергии. - Уфа: Изд-во УАИ, 1990. - Сб. 3. - С. 126-132.

6. Титов В.Г. Имитационное моделирование электрической части озонатора [Текст] / В.Г. Титов, К.Ю. Кузнецов, Ю.И. Махин // Известия Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова / под ред. Ю.В. Гуляева. - Москва; Н. Новгород: НГТУ, 2005.

- Т. 15. - С. 53-60.

7. Блинов И.В. Выпрямительные преобразователи с однофазным питанием [Текст] / И.В. Блинов, С.В. Ваняев // Известия Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова / под ред. Ю.В. Гуляева. - Москва; Н. Новгород: НГТУ, 2005. - Т. 15. - С. 188 - 193.

8. Рогинская Л.Э. Силовой резонансный модуль для питания электротехнологических нагрузок [Текст] / Л.Э. Рогинская, Б.Э. Рахимов // Энергетика, экология, надежность, безопасность: матер. шестой всерос. науч.-техн. конф. - Томск: 2000. -С. 241-244.

References

1. Bulatov O.G. Tiristorno-kondensatomye istochniki pitanija dlja jelektrotehnologii [Tekst] / O.G. Bulatov, A.I. Carenko, V.D. Poljakov. - M.: Jenergoatomizdat, 1989. - 200 s.

2. Filippov Ju.V. Jelektrosintez ozona [Tekst] / Ju.V. Filippov, V.A. Voblikova, V.I. Panteleev. - M.: Moskovskij universitet, 1987. - 237 s.

3. Shapiro S.V Tiristornye i magnito-tiristornye agregaty pitanija jelektrofil'trov ochistki gazov [Tekst] / S.V. Shapiro, V.I. Panteleev, A.S. Serebrjakov. - M: Jenergija, 1978. - 113 s.

4. Roginskaja L.Je. Obosnovanie proektnyh reshenij pri mnogokriterial'noj optimizacii parametrov vysokovol'tnyh transformatorov dlja jelektrotehnologij [Tekst] / L.Je. Roginskaja, T.P. Kostjukova, Ju.I. Mahin. // Jelektrichestvo. - № 8. - 1998. - S. 15-18.

5. Kazancev V.G. Issledovanie i optimizacija vysokovol'tnyh blokov zarjadnyh ustrojstv [Tekst] / V.G. Kazancev, V.G. Miheev, L.Je. Roginskaja // Sistemy upravlenija jenergeticheskimi ustanovkami i kompleksami preobrazovanija jenergii. - Ufa: Izd-vo UAI, 1990. - Sb. 3. - S. 126-132.

6. Titov V.G. Imitacionnoe modelirovanie jelektricheskoj chasti ozonatora [Tekst] / V.G. Titov, K.Ju. Kuznecov, Ju.I. Mahin // Izvestija Akademii inzhenernyh nauk im. A.M. Prohorova / pod red. Ju.V. Guljaeva. - Moskva; N. Novgorod: NGTU, 2005. - T. 15. - S. 53-60.

7. Blinov I.V. Vyprjamitel'nye preobrazovateli s odnofaznym pitaniem [Tekst] / I.V. Blinov, S.V. Vanjaev // Izvestija Akademii inzhenernyh nauk im. A.M. Prohorova / pod red. Ju.V. Guljaeva. - Moskva; N.