Рубрики
Электрическая сопоставимость

Разработка систем заряда емкостных накопителей энергии. Часть 2

Разработка систем заряда емкостных накопителей энергии. Часть 2 Евгений Вашкевич Жора Таназлы Юрий Болотовский Александр Никитин В статье, вышедшей в журнальчике «Силовая электроника»

Разработка систем заряда емкостных накопителей энергии. Часть 2 Евгений Вашкевич
Жора Таназлы
Юрий Болотовский
Александр Никитин

В статье, вышедшей в журнальчике «Силовая электроника» № 4 за 2008 год, подверглись рассмотрению вопросы, связанные с аспектами оценки силовых схем заряда емкостных накопителей энергии и выбором классов этих схем. Данная статья посвящена подбору характеристик силовых конденсаторов и режимов их работы, аспекту их оптимизации и моделированию этих схем.

Главные допущения, принимаемые при анализе зарядных устройств емкостных накопителей энергии

Основой удачного моделирования схем силовой электроники является компромисс меж сложностью модели и ее информативностью [1]. При всем этом верно избранные допущения позволяют получить модели, обеспечивающие нужный объем инфы при малой либо близкой к малой трудности.

Главные допущения, принимаемые при моделировании схем ЗУ ЕНЭ:

  1. Возмущения и помехи могут повлиять как конкретно на силовые узлы зарядных устройств полупроводниковых преобразователей, так и на системы управления зарядными устройствами.
  2. Возмущения и помехи могут вызвать конфигурации функционирования зарядного устройства, которые приводят к необратимому выходу системы из строя (пробой силовых вентилей, силовых конденсаторов, изоляции силовых трансформаторов, дросселей, утрата сердечниками магнитных параметров, выход из строя систем управления и т. д.). Такие случаи при моделировании не рассматриваются.
  3. Возмущения и помехи могут приводить к изменению режимов работы зарядного устройства, не вызывающих необратимых выходов системы из строя. Рассматриваются последующие случаи:
    • несанкционированное включение силового вентиля (тиристора, транзистора) в случайный момент времени;
    • скачок частоты силовых преобразователей как в сторону роста, так и в сторону уменьшения;
    • снижение напряжения источника питания;
    • повышение внутреннего сопротивления источника питания;
    • несанкционированный разряд накопительной емкости.
  4. Процессы заряда накопительной емкости и ее импульсного разряда рассматриваются как стопроцентно независящие, так как время заряда значительно превосходит время разряда этой емкости [1].
  5. На время разряда происходит блокировка всех процессов в зарядных устройствах.
  6. Разряд накопительной емкости за счет токов утечки моделируется активным сопротивлением, включенным параллельно емкости.
  7. Источник питания имеет последующие характеристики: напряжение неизменное 20 В, мощность 20 кВт (очень допустимый ток 1000 А), внутреннее сопротивление равно 0 либо, при уточненном анализе, моделируется поочередно включенным неизменным сопротивлением.
  8. Наибольшая энергия, запасаемая в ЕНЭ, равна 100 кДж, наибольшая величина емкости ЕНЭ — 20 мкФ (при выходном напряжении 100 кВ).
  9. Взаимодействие разных каналов при рассмотрении многоканальной системы зарядных устройств емкостных накопителей энергии сводится к последующему:
    • все каналы запитаны от общего источника питания;
    • заряд разных накопительных емкостей может происходить сразу, с перекрытием по времени и без перекрытия по времени.
  10. Для уменьшения времени моделирования работа ЗУ рассматривается при емкости ЕНЭ С1, наименьшей, чем наибольшая величина емкости С2. Оценка времени заряда t2 емкости С2 по времени заряда t1 емкости С1 при условии неизменной мощности заряда осуществляется последующим образом. Энергии, запасенные в емкостях С1 и С2 при схожем напряжении заряда U, равны, соответственно С1xU2/2 и С2xU2/2, а мощности заряда — С1xU2/2xt1 и C2xU2/2xt2. Отсюда t2=C2xt1/C1. При рассмотрении окончательных вариантов схем ЗУ моделирование делается при наибольшей величине емкости ЕНЭ.
  11. Для увеличения надежности выходного трансформатора, также для роста коэффициента связи меж обмотками величина коэффициента трансформации принимается равной 50 (если не оговаривается раздельно).
  12. Под временем заряда ЕНЭ многоканальной системы понимается наибольшее из времен зарядов всех каналов, другими словами время готовности всей системы определяется по моменту заряда ЕНЭ всех каналов.

Аспекты оптимизации зарядных устройств емкостных накопителей энергии и их связь

Жесткие и нередко взаимоисключающие требования по разработке ЗУ приводят к необходимости выбора критериев, по которым проводится оптимизация при проектировании ЗУ, а именно ЗУ с минимизацией времени процессов заряда в критериях помех и возмущений. (В [2] приводились аспекты, по которым оценивались разн