Аннотация
Для снижения массы и габаритов, повышения КПД и надежности систем стабилизации тока предлагается осуществлять питание нагрузки от индуктивно-емкостных преобразователей (ИЕП), выполненных на основе гибридных электромагнитных элементов – многофункциональных интегрированных электромагнитных компонентов (МИЭК). Целью работы является исследование стабилизационных свойств, трех схем, предложенного авторами ИЕП, на основе двухсекционного МИЭК при различных способах соединения секций МИЭК и подключения источника питания и нагрузки. Для достижения цели построены частотные характеристики (ЧХ), произведена оценка коэффициентов усиления по напряжению и току, коэффициента стабилизации тока ИЕП по результатам математического моделирования, при помощи интегральных параметров МИЭК, к которым относятся полная индуктивность обкладок, общая емкость и токи выводов обкладок. Схема №1 обладает более высоким коэффициентом усиления по напряжению по сравнению со схемой №2 (kU1 = 20 > kU2 = 13,5), стабилизирует ток большей амплитуды (iL1 = 0,352 > iL2 = 0,235), но в узком диапазоне изменения частоты (от 0,98fрез до 1,02fрез). При этом схема №1 обладает более широким частотным диапазоном по сравнению со схемой №3 (от 0,985fрез до 1,003fрез), но стабилизирует ток меньшей амплитуды (iL1 = 0,352), имеет меньший коэффициент усиления по напряжению (kU1 = 20 < kU3 = 75). Схема №2 обладает наилучшими стабилизирующими свойствами среди двухсекционных схем МИЭК, так как осуществляет стабилизацию тока нагрузки в широком диапазоне изменения частоты (от 0,7fрез до 1,3fрез) и может работать от несинусоидального источника напряжения. Схема №3 осуществляет стабилизацию тока нагрузки большей амплитуды (iL3 = 1,23), обладает наибольшим коэффициентом усиления по напряжению (kU3 = 75). Исследованные ИЕП на основе двухсекционного МИЭК могут использоваться в качестве УЗЕН при питании от источника напряжения синусоидальной формы.
Ключевые слова
Критерий стабильности, преобразователи, источник тока, математическая модель, вольт-амперная характеристика, многофункциональный интегрированный электромагнитный компонент, индуктивно-емкостный преобразователь, частотная характеристика, стабилизация тока, стабильность тока.
1. Конесев С.Г., Хазиева Р.Т. Индуктивно-емкостные преобразователи. Применение в электротехнике и обзор схемотехнических решений // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: сб. тр. 3-й Всерос. науч.-практ. конф.; Филиал ГОУ ВПО МЭИ. Волжский, 2010. С. 120-125.
2. Ильинский Н.Ф. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во Академия, 2008. 124 с.
3. Тарасов В.Т. Однофазный сварочный стабилизатор тока: пат. 2299794 РФ, БИ №15, 2007.
4. Индуктивно-емкостный преобразователь: пат. 77517 РФ. Саенко И.В., Опре В.М., Новик А.А., Кошелев П.А., Парамонов С.В., Дозоров С.А.
5. Источник неизменного тока: пат. 100687 РФ. Дозоров С.А., Кошелев П.А., Опре В.М., Парамонов С.В., Терещенко В.Н.
6. Высоковольтный источник неизменного тока: пат. 114567 РФ. Дозоров А.А., Дозоров С.А., Опре В.М., Сомов А.И., Терещенко В.Н.
7. O’Loughlin. M. An Interleaved PFC Preregulator for High-Power Converters // Topic 5: Texas Instrument Power Supply Design Seminar, 2007, pp. 5-1, 5-14.
8. Kit Sum. K. Improved valley-fill passive power factor correction current shaper approaches IEC specification limits // PCIM Magazine, Feb. 1998.
9. Chin, Shaoan A., John Tero, Milan M. Jovanovic, Raymond B. Ridley, Fred C. Lee. A New IC Controller for Resonant-Mode Power Supplies // IEEE Applied Power Electronics Conference Proceedings, Los Angeles, California, March 1990, pp. 459-466.
10. Musavi F., Eberle W., Dunford W.G. A phase shifted semi-bridgeless boost power factor corrected converter for plug in hybrid electric vehicle battery chargers // Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2011. Twenty-Sixth Annual IEEE, March 2011, pp. 821-828.
11. Morrow K., Karner D., Francfort J., Plug-in Hybrid Electric Vehicle Charging Infrastructure Review, U.S. Departent of Energy - Vehicle Technologies Program, 2008.
12. Kokes M. Serienschwingkreis-Brückenwechselrichter für Mittelfrequenz. Patent DE 19624117 A1; publ. 18.12.1997.
13. John H. Alexander. Method of integrating electronic components into electronic circuit structures made using LTCC tape. Patent US 5661882 A; publ. 02.09.1997.
14. Gideon S. Grader, David W. Johnson, Jr., Apurba Roy, John Thomson, Jr. Method of making a multilayer monolithic magnetic component. Patent US 5479695 A, CA 2067008 A1, CA 2067008 C, DE 69202097 D1, DE 69202097 T2, EP 0512718 A1, EP 0512718 B1, US 5349743 A; publ. 02.01.1996.
15. Dale F. Regelman, Waseem A. Roshen, David E. Turcotte. Integrated power capacitor and inductors/transformers utilizing insulated amorphous metal ribbon. Patent US 4922156 A, DE 68908234 D1, DE 68908234 T2, EP 0336771 A2, EP 0336771 A3, EP 0336771 B1; publ. 01.05.1990.
16. Dale F. Regelman, Waseem A. Roshen, David E. Turcotte. Transformer/inductor with integrated capacitor using soft ferrites. Patent US 4837659 A, DE 68900037 D1, EP 0334520 A1, EP 0334520 B1; publ. 06.06.1989.
17. Дозоров С.А., Опре В.М. Электромагнитные процессы в трехфазных индуктивно-емкостных преобразователях // Силовая электроника. 2014. №46. С. 61-64.
18. Карла Х. Смит, Роберт М. VonHoene. Magnetic cores utilizing metallic glass ribbons and mica paper interlaminar insulation. Patent US 5091253 A, CA 2079324 A1, CA 2079324 C, DE 69100720 D1, DE 69100720 T2, EP 0528883 A1, EP 0528883 B1, WO1991018404 A1; publ. 25.02.1992.
19. Компьютерная модель системы заряда емкостного накопителя на основе индуктивно-емкостного преобразователя / С.Г. Конесев, Р.Т. Хазиева, Р.В. Кириллов, П.А. Хлюпин // Нефтегазовое дело. Электронный научный журнал. 2015. №4. С. 374-390. URL: http://ogbus.ru/issues/4_2015/ogbus_4_2015_p374-390_KonesevSG_ru.pdf (дата обращения: 09.09.2015).
20. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. М.: Наука, 2004. 704 с.
21. Импульсный стабилизатор тока: пат. 2194352 РФ. Лачин В.И., Проус В.Р., Зиновьев Н.Д.
22. Зарядное устройство: пат. 123266 РФ. Опре В.М., Кошелев П.А., Парамонов С.В., Дозоров С.А., Тимахович А.А.
23. Burghartz J.N., Edelstein D.C., Jahnes C.V., Uzoh C.E. Integrated circuit spiral inductor. Patent US 6114937 A, US 5793272 A, US 5884990 A, US 6054329 A4; publ. 05.09.2000.
24. Многофункциональный интегрированный электромагнитный компонент: пат. 2585248 РФ. Конесев С.Г.
25. Устройство заряда емкостного накопителя: пат. 117748 РФ. Конесев С.Г., Хазиева Р.Т., Мухаметшин А.В., Кириллов Р.В., Садиков М.Р.
26. Генератор импульсов напряжения: пат. 2477918 РФ. Конесев С.Г., Хазиева Р.Т., Кириллов Р.В., Мухаметшин А.В., Садиков М.Р.
27. Конесев С.Г., Хазиева Р.Т., Конесев И.С., Нурлыгаянов А.Р. Индуктивно-емкостный преобразователь // Патент РФ на изобретение №2450413 от 10.05.2012. БИ №13, 2012.
28. Конесев С.Г., Хазиева Р.Т., Кириллов Р.В. Анализ энергетических и частотных характеристик многофункциональных интегрированных электромагнитных компонентов // Энергетические и электротехнические системы: междунар. сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. С. 65-75.
29. Конесев С.Г., Хазиева Р.Т. Оценка показателей надежности многофункциональных интегрированных электромагнитных компонентов // Современные проблемы науки и образования. Электронный научный журнал. 2015. №1. URL: http://www.science-education.ru/121-18445 (дата обращения: 09.04.2015).
30. Конесев С.Г., Хазиева Р.Т., Кириллов Р.В. Исследование частотных характеристик двухсекционных многофункциональных интегрированных электромагнитных компонентов// Вестник УГАТУ, 2015. Т.19 №.4 (70). C. 66-71.