Исследование эффективности использования промежуточного высокочастотного преобразования при построении статических преобразователей и систем на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Хлаинг Мин У

• Хлаинг Мин У
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хлаинг Мин У

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор инверторов напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием (ПВЧП).

1.1. Общая характеристика направлений синтеза инверторов с ПВЧП.

1.2. Классификация инверторов напряжения с ПВЧП.

1.2.1. Четырехзвенные структуры инверторов с ПВЧП.

1.2.2. Шестизвенные структуры инверторов с ПВЧП.

1.2.3. Преобразователи частоты на основе шестизвенных структур инверторов с ПВЧП.

Выводы

1.3. Трехфазный инвертор с низкочастотным выходом на базе трехфазного высокочастотного инвертора напряжения.

1.3.1 Общая характеристика алгоритма формирования низкочастотного напряжения.

1.3.2 Практический пример реализации двухчастотного способа формирования напряжения.

Выводы

1.4. Некоторые результаты синтеза традиционной б-звенной структуры ИН с ПВЧП.

Выводы

1.5. Однофазный инвертор напряжения с ПВЧП и комбинированным алгоритмом управления в инверторе-модуляторе.

Выводы.:.

1.6. Трехфазный инвертор напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием.

Выводы

Глава 2. Исследование процессов в инверторах напряжения с ПВЧП на основе имитационногокомпьютерного моделирования (ИКМ).

2.1. Результаты ИКМ двух структур однофазных инверторов напряжения - по трехзвенной и шестизвенной структурам.

2.1.1. Традиционная 3-звенная структура ОИН.

2.1.2. Шестизвенная структура ОИН.

2.1.3. О влиянии тактовой частоты на установленную мощность фильтра.

2.2. Результаты ИКМ ОИН с ПВЧП по 4-звенной структуре.

2.2.1. О выборе индуктивностей обмоток трансформатора, используемых при ЙКМ.

2.2.2. Исследование зависимости (.LC)min=f

2.2.3. О выборе рациональных значений параметров и С выходного Г образного фильтра при LCmin—const.

2.3. Результаты (ИКМ) 4-хзвеной структурььТИН с ПВЧП.'.

Выводы.:.

Глава 3. Расчет зависимостей показателей качества1 трансформаторов от частоты и мощности без учета поверхностного эффекта и*.эффекта близости.

3.1: К вопросу выбора материала магнитопровода. 88 •

3.1.1. Электротехнические стали.

3.1.2. Пермаллои (и перминавры).

3.1.3. Ферриты (оксиферы).

3.1.4. Аморфные и нанокристаллические сплавы.

3.1.5. Удельные потери в магнитопроводе из, различных материалов.

3.2. Решение поставленной в.работе задачи для ВЧ трансформаторов малой мощности (ТММ).

3.2.1. О стратегии решения. 99'

3.2.2. Алгоритм расчета удельного массового показателя ТММ.

3.2.3. Алгоритм расчета КПД ВЧ ТММ и показателя gTV.

3.3. Удельная масса трансформаторов в функции мощности для 2-х частот - 50Гц и 400Гц, определенной на основе данных таблицы

ПЗ-1 [3-6].

3.4. Расчет удельной массы трансформаторов в функции мощности для высоких частот - ЮкГц 50кГц (1-я модификация расчетного алгоритма).

3.5. Удельная масса и КПД трансформатора при конкретной заданной мощности S2=500 ВА для диапазона частот т^,=50Гц-^50кГц

2-я модификация расчетного алгоритма).

3.6. К вопросу выбора рационального значения расчетной индукции при увеличении значении рабочей частоты.

3.6.1. Вариант расчета при постоянстве значения расчетной ин-, дукции с увеличением рабочей частоты.

3.6.2. Вариант расчета при постоянстве удельных потерь в маг-нитопроводе с ростом рабочей частоты.

3.6.3. Предварительные результаты расчета трансформатора с учетом 2-х эффектов.

Выводы

Глава 4. Об особенностях проектирования обмоток высокочастотных трансформаторов.

4.1. О физической сущности вихретоковых потерь в обмотках ВЧ трансформатора.

4.1.1. Скин-эффект (поверхностный эффект - ПЭ).

4.1.2. Глубина скин-слоя.

4.1.3. Эффект близости (ЭБ) [4-4].

4.2. Проектирование ВЧ трансформаторов с учетом .2-х эффектов поверхностного эффекта - ПЭ и эффекта близости - ЭБ ) по й методике (на основе [ 3-10]).

4.2.1. Сопротивление отдельно взятого проводника круглого сечения (удаленного от других проводников).

4.2.2. Определение коэффициента кДОб в реальной обмотке.

4.2.3. Определение коэффициента кдоб в обмотке из ленточного проводника при синусоидальном токе.

4.2.4. Использование полученных моделей в некоторых, взятых из практики, примерах. 1 ^

4.2.5. Модельное описание коэффициента добавочных потерь при несинусоидальной форме тока.

4.3. О возможности снижения потерь в обмотке за счет рационального выбора конфигурации сечения проводника обмотки.

4.4. О возможности снижения потерь в обмотке за счет снижения сечения проводника обмотки.:.

4.5. Алгоритм расчета КПД трансформаторов с учетом 2-х эффектов (ПЭ и ЭБ) в диапазоне частот (50Гц-^50кГц) при мощности

S2 =500ВА.

4.6. Проектирование ВЧ трансформаторов с учетом 2-х эффектов (поверхностного эффекта - ПЭ и эффекта близости - ЭБ ) по 2й методике (на основе [4-5]).

4.6.1. Определение (поиск) сопротивления многослойных обмоток трансформатора на переменном токе.

4.6.2. Отношение эффективного сопротивления на переменном токе к сопротивлению на постоянном токе -Яэфф/ RdC.

4.6.3. Определение оптимального значения толщины слоя обмотки и эффективного сопротивления на переменном токе

4.7. Пример расчета трансформаторов по 2-й методике (1-й вариант

- потери в обмотках минимальны).

4.8:, Вариант расчета трансформаторов при примерно равных потерях в магнитопроводе ив обмотках {2-й вариант).

Выводы.:.;.;.

Глава 5. Вопросы системного проектирования многозвенных инверторных структур с ПВЧП.

5. Г. Алгоритм определения потерь в ключевых элементах инвертора с ПВЧП по 4-х звенной структуре (по рис. 1-12) на основе ИКМ.

5.1.1. Определение общих потерь в ключевых элементах (VT1+VT4) высокочастотного инвертор-модулятора-ВЧ ИМ;. 191,

5.1.2. Определение; общих; потерь в КЭ и диодах демодулятора ДМ.л.

5.2. Алгоритм выбора типоразмеров теплоотводов ВЧ ИМ и ДМ.

5.3. Исследование зависимости массы фильтра.для ОИН с ШИМ от/ несущешчастоты^ву.:.!.

5;З Л . Определение массы дросселей.индуктивности.

5.3.2. Определение массы конденсатора? выходного Г- образного фильтра.

5.4. Компьютерная; методика определения оптимального значения толщины ленты обмоток АЬопт при реальной форме тока.

5.5. Расчет массы и КПД трансформатора мощностью S2 =500ВА с учетом ЭБ при использовании нестандартного магнитопровода для конкретной (реальной) формы тока.

5.6. Итоговые показатели конкретного решения ОИН с ПВЧП и ОШИМ выходного напряжения, полученные на основе системного подхода к проектированию;.

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование эффективности использования промежуточного высокочастотного преобразования при построении статических преобразователей и систем на их основе»

Промежуточное высокочастотное преобразование (ПВЧП) как энерго-и ресурсосберегающий принцип построения устройств силовой преобразовательной техники сегодня широко используется в классе конверторных схем (в преобразователях типа DC/DC), выполненных на базе транзисторов. Наиболее распространенным здесь является диапазон малых мощностей в единицы и десятки Вт, который характерен для источников питания внутренних нужд, предназначенных для систем управления преобразователями различных классов. Достаточно распространенными являются также транзисторные конверторы (DC/DC) диапазона мощностей от сотен Вт до единиц кВт, которые используются на различного рода автономных (подвижных и стационарных) объектах (АО) в качестве как основных, так и резервных систем электропитания (СЭС).

В диапазоне более высоких мощностей острота и актуальность эффективного решения проблемных задач по структурно-алгоритмическому и параметрическому синтезу (САС) этих устройств, значительно возрастает. Например, если использование однотактного и одноканального преобразования целесообразно в диапазоне малых мощностей, то при больших мощностях целесообразнее перейти уже не только на двухтактное, но и на многоканальное преобразование [1-13], [1-21]-^-[1-23]. При этом конверторы применяются как самостоятельные устройства, так и в составе более сложных структур, например, в инверторах с ПВЧП. Большую остроту при использовании преобразующих структур с ПВЧП приобретает также не только проблема грамотного проектирования (и конструирования) высокочастотных (ВЧ) трансформаторов, но и проблема системного проектирования УСЭ в целом, которая заключается в обоснованном выборе наиболее рационального значения частоты ПВЧП с учетом характеристик (и соответствующих, частотно-зависимых показателей качества) всех силовых звеньев устройства.

На АО применяется и другой, выше упомянутый класс преобразователей (DC/AC) - инверторы напряжения (ИН), которые решают задачу преобразования нестабилизированного напряжения постоянного тока, чаще всего, низкого уровня (порядка 30 В) в стабилизированное с заданной точностью напряжение переменного тока (с частотой 400 Гц или 50 Гц) более высокого уровня (115/208 В или 220/380 В). На их базе строятся системы, как основного, так и резервного электропитания [1-18], [1-19]. В зависимости от типа АО мощность устройств этого класса может находиться в пределах от нескольких сотен ВА до единиц и даже десятков кВА.

Несмотря на достаточно большую теоретическую проработку вопросов САС ИН с ПВЧП (процессу непрерывно растущего числа публикаций по данной проблеме уже не менее 35+40 лет, см., например, [1-1]+[1-17]), опыт практического использования ПВЧП в ИН (по крайней мере, в России) невелик. Причин (как объективного, так и субъективного характера) такому положению здесь немало. Формулировка их не входит в число задач настоящей работы.

Большинство проблем, характерных для конверторов, приходиться решать и в классе ИН с ПВЧП. Более того, из-за более сложной их структурно-алгоритмической организации число проблемных задач здесь существенно возрастает.

Кардинально улучшившиеся в последние 15-20 лет частотные и мощно-стные характеристики транзисторов и диодов, а также уже разработанные сегодня в модульном исполнении транзисторные ключи переменного тока создали необходимые предпосылки для активизации работ в направлении практического освоения этого ресурсосберегающего принципа построения ИН.

Эффективность использования ПВЧП в ИН, прежде всего, определяется значением его выходной частоты f2 . Чем ниже эта частота, тем больше при прочих равных условиях выигрыш в массогабаритных показателях устройства. С ростом частоты f2 этот выигрыш уменьшается и для принятия решения о целесообразности использования при синтезе устройств силовой электроники (УСЭ) ПВЧП актуализируется задача количественной оценки его эффективности. В [1-25], в частности, показано, что при /2=400Гц масса активных материалов в силовой части 6-звенной структуры однофазного ИН (ОИН) с ПВЧП мощностью S2= 500 ВА может быть уменьшена примерно в 2 раза по сравнению с традиционной 3-звенной структурой [1-18] (ИН-транс-форматор-фильтр), в которой трансформатор работает на выходной (относительно низкой) частоте 400 Гц. С учетом системы управления и конструктивного фактора результирующий выигрыш по массе может снизиться до 1,3^-1,5 раз, однако это тоже немало.

При низкой выходной частоте, например, 50 Гц прогнозируемый выигрыш по результирующей массе ИН с ПВЧП в сравнении с ИН без ПВЧП должен быть не менее 4-5 раз. Для более точных и обоснованных оценок должен быть разработан соответствующий информационно-методологический базис.

Что касается КПД ИН с ПВЧП, то, несмотря на более сложную структуру его силовой части, как показывают расчеты [1-25], он может быть получен не хуже или даже несколько более высоким, чем в ИН по традиционной трехзвенной структуре. Это означает, что масса охладителей, на которых размещается полупроводниковая часть ИН с ПВЧП, будет примерно той же; а основной выигрыш по массе и по КПД будет достигаться за счет высокочастотного (ВЧ) трансформаторного узла.

Основной задачей настоящей работы, таким образом, является совершенствование структурно-алгоритмических решений ИН с ПВЧП и создание информационно-методологического базиса: а) для их проектирования; б) и для проведения оперативных оценок показателей качества альтернативных вариантов решений, которые необходимы для сопоставительной их оценки на-первом этапе проектирования.

Актуальность решения данной проблемы подтверждается уже не первый год проводимыми (в мировой инженерной практике) и, тем не менее, не теряющими свою важность и остроту программами энерго-и ресурсосбережения. Представляется, что данное направление совершенствования наряду с тенденцией улучшения электромагнитной совместимости (ЭМС) УСЭ еще долго будут иметь определяющее значение в направлениях их развития.

Создание энергетически эффективных и компактных устройств УСЭ и систем электроснабжения на их основе особенно актуально для различного рода автономных объектов (АО), например, для подвижных транспортных средств, для различного рода летательных аппаратов и для автомобильного транспорта, в частности, для автомобилей гибридного типа, где, например, применение УСЭ (класса DC/AC) с реверсивными свойствами позволяет полезно использовать кинетическую энергию автомобиля в режиме его торможения. Одна из усовершенствованных структур УСЭ такого типа рассматривается в данной работе.

Содержание работы характеризуется следующей структурой.

В первой главе дается краткий аналитический обзор основных направлений структурно-алгоритмического синтеза (САС) инверторов напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием (ИН с ПВЧП) и приводится описание новых, модифицированных их решений с улучшенными показателями качества. Обосновывается выбор решений ИН с ПВП, подлежащих дальнейшему исследованию. Общим в их структуре является высокочастотный трансформаторный узел, для которого при системном проектировании ИН с ПВЧП необходимо знание таких его показателей качества, как удельная масса и КПД в частотном диапазоне, по крайней мер, до 50 кГц.

Вторая глава посвящена проверке соответствию новых, синтезированных и исследуемых в работе решений ИН с ПВЧП проектному замыслу, и созданию информационного базиса, необходимого на первом этапе их проектирования, в том числе созданию упрощенных проектных методик, основанных на использовании компьютерных возможностей: для определения на основе численных экспериментов параметров фильтров (в многозвенных структурах их может быть один или два);

- и для определения потерь в полупроводниковых элементах и действующих значений токов в обмотках трансформаторов.

Проводится сопоставительное исследование двух типов фильтров переменного тока. Даются рекомендации по их применению.

Задачи решаются на основе использования имитационного компьютерного моделирования (ИКМ) в среде OrCAD 9.2 (PSpice Schematics).

В третьей главе изложен подход и результаты предварительного исследования зависимости удельного массового показателя (g [кг/кВА ]) трансформаторов и их КПД в диапазоне частот 50 Гц 50 кГц для малых мощностей (до нескольких единиц кВА) без учета потерь в обмотках от поверхностного эффекта (ПЭ) и эффекта близости (ЭБ). Особенностью подхода является практическая его направленность, которая характеризуется использованием стандартной шкалы типоразмеров магнитопроводов трансформаторов.

При увеличении рабочей частоты трансформаторов и их мощности в процессе исследования приходиться менять достаточно большое число переменных: материал магнитопровода и толщину его ленты, коэффициент заполнения магнитопровода сталью, коэффициент заполнения окна магнитопровода медью обмоток, расчетную индукцию и плотность тока в обмотках. Выбор материала определяется на основе вычисления удельных потерь для каждого материала магнитопровода. Исследование выполнено для напряжения прямоугольной формы при общепринятых допущениях.

Четвертая глава посвящена оценке потерь в обмотках от ПЭ и ЭБ на основе известного модельного их описания, изложенного в [3-10], [4-5] и влияния этих эффектов на удельный массовый показатель и на КПД высокочастотных (ВЧ) трансформаторов. Дается сравнение по этим показателям с результатами, полученными в главе 3, где эффекты ПЭ и ЭБ не учитываются. Приводится алгоритм расчета ВЧ трансформаторов с учетом указанных эффектов. Искомые результаты представлены в табличном, графическом виде и в виде аппроксимирующих аналитических зависимостей. Систематизируются рекомендации по конструктивному исполнению ВЧ трансформаторов.

В пятой главе излагается системный подход к оценке результирующей массы и КПД разрабатываемого ИН с ПВЧП и к определению рационального значения в нем частоты ПВЧП. Даются упрощенные методики определения общей массы и КПД ИН с ПВЧП, а также составляющих его звеньев. В том числе приводится методика компьютерного определения общих (квазистатических и динамических) потерь в ключевых элементах. Приводится пример расчета.

В Заключении формулируются полученные в работе результаты решения поставленной задачи.

Диссертационная работа содержит также дополнительные иллюстративные и доказательные материалы, представленные в Приложениях к соответствующим главам.

Перечень используемых источников информации (Литература) содержит 69 наименований, включая 8 публикаций с непосредственным авторским участим соискателя.

14

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Хлаинг Мин У

Выводы по 1-му варианту ВЧ трансформатора

Дадим оценку нового синтезированного типоразмера ВЧ трансформатора:

•л

1. Обеспечение нормальной плотности тока в обмотках ( j =2,4 А/мм ) и относительно малых потерь в обмотках (АРМ =• 2,447Вт) потребовало увеличения высоты окна магнитопровода h и его высоты Н. При этом большая часть потерь (АРст = 7,238Вт) переместилась в магнитопровод. Можно ли рекомендовать такую конструкцию трансформатора для применения ? В принципе можно, если исходить из следующих соображений. Несмотря на завышенную массу магнитопровода и сосредоточенные в нем завышенные потери, он имеет увеличенную поверхность охлаждения. В результате может оказаться, что принудительное охлаждение не потребуется. Однозначный ответ на этот вопрос требует проведения соответствующего теплового расчета.

2. Достоинством синтезированного типоразмера ВЧ трансформатора можно считать достаточно высокое значение КПД, а недостатком - завышенное значение удельной массы.

П.4-2.2. Расчет ВЧ трансформатора мощностью S2 = 500ВА для частоты / = ЗОкГц с примерно одинаковыми потерями в магнитопроводе и в обмотках (Вариант -2)

П16. Используя следующее уравнение определим отклонение потерь в магнитопроводе и в обмотках.

7,238Вт + 2,447Вт =9,685Вт =4,84 Вт +4,84Вт. . где АР^т и АР[{ - значения потерь в магнитопроводе и в обмотках, полученные в 1-ом варианте расчета ВЧ трансформатора по 2-й методике. Зная АР'ст и АР'М найдем равномерное (желаемое) распределение потерь между магнитопроводом -АР"т и обмотками - АР^ . При сохранении КПД они равны: АЦАП, = TV^ML = 4>84 [вт]

П17. Из П16 следует, что необходимо увеличивать потери в меди примерно в 4,84/2,447 = 2раза или уменьшать потери в стали примерно в 7,238/4,84 = 1,5 раза.

П18. В данном примере уменьшенные в 2 раза ширина ленты и ее сечение, соответственно, будут равны: bj = Ъ/2,5 = 122/2мм = 61 мм, ry »

Siw=Ab-b] = 0,1мм-61мм= 6,1мм .

Здесь нужно заметить, что при уменьшении ширину ленты в 2 раза потери в обмотках АРм несколько больше потерь в стали АРст. Поэтому здесь уменьшим ширину ленты не в 2 раза, а только в 1,7 раза. Тогда ширина и ее сечение соответственно, будут равны: bi = b/2,5 = 122/1,7 мм = 72 мм , Siw = Ab-b[ = 0,1мм-72мм= 7,2мм2.

Поскольку значение параметра Sjw< Siv уменьшается, то уменьшаются и значения параметров VM и GM . Используя формулы П2.5^ П2.8, получим: VM = 3,075 см3; GM = 0,027кг.

Таким образом, уменьшение сечения ленты SjW в 2 раза привело к увеличению плотности тока ji и потерь в обмотках АРМ в 2 раза При этом плотность тока стала равной ji ~ 2,4-1,7 = 4,07 А/мм2 , а потери в обмотках в соответствии с выше приведенным пунктом П9 возросли с АРМ =2,4Вт до АРм - . 4,423 Вт.

Определим далее каким образом необходимо при этом изменить параметры магнитопровода. Сечение магнитопровода и его параметры (а, В) оставляем неизменными. Поскольку ширину ленты обмоток b мы уменьшили, то высота окна магнитопровода h при этом также должна быть уменьшена. Тогда требуемая высота окна равна: hj— b] + Аш = 72 мм + 4 мм =76мм.

Зная hi, согласно п.п. П10, ППопределим объем стали и массу магниопровода: Vcm = 45,6 см3 ; Gcm = 0,237 кг. Потери в нем согласно п. П12 равны: АРст = 4,742 Вт. Используя п.п. П14, П15, получим значение удельной массы и КПД трансформатора: gTV=Q,572 кг/кВА и г] =0,982.

242

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе аналитического обзора основных альтернативных вариантов структурно-алгоритмических решений инверторов напряжения (ИН) с промежуточным высокочастотным преобразованием (ПВЧП) выделены две их группы — 6-звенная необратимая структура и 4-звенная обратимая структура. Установлены их функциональные особенности, указаны целесообразные области применения и сформулированы подлежащие решению задачи, которые создают информационно-методологическое обеспечение для проектирования этих устройств.

2. Для 4-звенной структуры в однофазном и трехфазном вариантах ИН с ПВЧП предложен новый, защищенный патентом способ их структурно-алгоритмической организации. Способ обеспечивает исключение динамических, потерь в выходном звене структуры — в демодуляторе (ДМ) за счет формирования пауз (порядка 1-2 piS) между полуволнами высокочастотного напряжения, подаваемого на вход ДМ, и за счет этого переводит известное решение из категории потенциально перспективного в категорию практически значимого решения. 3. Для решения системной задачи по определению рационального значения частоты ПВЧП разработана практически ориентированная (упрощенная) методика расчета удельного массового показателя трансформаторов - gTV (feii) и их КПД - rjrv (/вч) в диапазоне рабочих частот 50 Гц-^-50 кГц. Ее особенностью является использование стандартных типоразмеров магнитопро-водов. Результаты представлены полиномиальными (или степенными) зависимостями. Для оценки влияния высокой частоты (эффекта близости - ЭБ) на потери в обмотках искомые результаты представлены в 2-х версиях - без учета эффекта близости (ЭБ) и с его учетом.

4. На основе обзора магнитомягких магнитных материалов магнитопро-водов выделены наиболее частотные из них - марганец-цинковые российские и зарубежные ферриты (М2500НМС2 и марки N87, N97 фирмы Epcos AG), а также российские аморфные и нанокристаллические сплавы. Систематизирована информация по удельным потерям в этих материалах.

5. На основе известного модельного описания потерь в обмотках высокочастотных трансформаторов получены количественные оценки коэффициента добавочных потерь, учитывающего потери от поверхностного эффекта и эффекта близости. Показано, что на основе использования модельного описания, приведенного в [3-10], при высоких частотах порядка десятков кГц уменьшением сечения провода обмоток можно снизить результирующие потери в них. Полученный вывод подтверждается результатами, полученными зарубежными исследователями.

6. На основе известного (разработанного в последнее время ирландскими специалистами) модельного описания эффекта увеличения сопротивления ленточного проводника обмоток трансформатора от эффекта близости [4-5] предложена упрощенная методика проектирования ВЧ трансформаторов малой мощности (до единиц кВА). Отправным ее моментом является выбор толщины ленты - АЬ, из которой изготавливается обмотка, соответствующей выбранной частоте. Толщина АЬ должна уменьшаться с ростом частоты/вч . Например, в исследуемом варианте ОИН с ОШИМ и ПВЧП токи через обмотки трансформатора имеют сложную форму тока типа биений так, что оптимальная толщина ленты АЬопт (при времени переключения транзисторов tr = 50ns) для диапазона/вч = 10-^-5ОкГц А6о„„,=0,05-Ю,017мм (значения определены с помощью ИКМ). При прямоугольной же форме этот параметр приобретает следующие значения: при fr=200ra для /вч =10-^50кГц АЪопт = 0,12^ 0,069мм; при tr = 50га для/вч~ Ю-НЮкГц АЬопт =0,08-4),05мм (здесь значения определены аналитическим путем). Выбор требуемого в каждом случае применения значения параметра АЬопт является отправным шагом при проектировании ВЧ трансформаторов. Далее определяется ширина ленты обмотки, а затем и все геометрические размеры (и конфигурация) магнитопровода.

7. На основе полученных результатов исследования предложена методика системного проектирования рассматриваемого класса устройств, обеспечивающая обоснованный выбор частоты ПВЧП по критерию минимума общей активной массы при ограничениях на КПД. В частности, предложена компьютерная методика определения квазистатических и динамических потерь в ключевых элементах, на основе которых определяется тип теплоотвода и его масса. На примере 4-х звенного ОИН с ПВЧП мощностью 500 В А бортового применения показано, что при рабочей частоте /вч= 20-3 ОкГц и использовании современных ключевых элементов с временами включения и выключения порядка 50 nS общая масса активных материалов может составлять 0,96 юн-1,12 кг при КПД 86-85%.

8. Полученные результаты исследования эффективности использования промежуточного высокочастотного преобразования (ПВЧП) при синтезе устройств силовой электроники (УСЭ) класса DC/AC создают основу для разработки инновационных проектов систем электроснабжения (СЭС) подвижных автономных объектов (АО), для которых рациональное сочетание критериев минимума массогабаритных показателей и максимума КПД при проектировании систем является определяющим.

9. В работе приведен спектр возможных решений* как в части их структурно-алгоритмической организации, так и в части проектирования ВЧ трансформаторов, которые характеризуются различными сочетаниями электромагнитных нагрузок и различными конфигурациями магнитопроводов. Это соответствует основной цели работы — определить возможные пути и подходы к решению системной задачи выбора рационального значения частоты ПВЧП в устройствах класса DC/AC. Решение задачи однозначного предпочтения того или иного решения определяется конкретно поставленными требованиями и условиями применения (в том числе типом охлаждения узлов) и остается за разработчиком.

10. Полученные в работе результаты в ряде случаев носят оценочный характер (например, точность методик проектирования ВЧ трансформаторов может находиться в пределах 10-15%). В связи с этим'целесообразно дальнейшее развитие работ в этом направлении с целью получения более точных результатов для конкретно поставленных требований и условий применения.

Используемые в работе термины и сокращения (аббревиатуры)

Общие термины и обозначения: ВЧ — высокая частота (высокочастотный); ПЭ - поверхностный эффект; ЭБ - эффект близости; ЭП - энергетический поток; СЭС - системы электроснабжения; ЭМС - электромагнитная совместимость; УСЭ - устройства силовой электроники; ТММ - трансформаторы малой мощности. Виды модуляции и принципы преобразования: ПВЧП — промежуточное высокочастотное преобразование; ОКП - одноканальное преобразование; МКП - многоканальное преобразование; ШИМ — широтно-импульсная модуляция; ДТТ1ИМ - двухполярная ШИМ (по заданному закону); ОШИМ - однополярная ШИМ (по заданному закону); 1 ШР - широтное регулирование;

ШИР - широтно-импульсное регулирование (прямоугольный закон модуляции);

ЧШИР - частичное ШИР. Виды структурной организации инверторов: ИН - инверторы напряжения; НИЯ — нулевая инверторная ячейка; МИЯ - мостовая инверторная ячейка; ПМИЯ — полумостовая инверторная ячейка; ОИН - однофазный инвертор напряжения; ТИН - трехфазный инвертор напряжения;

ИМ - инвертор-модулятор (в котором совмещаются, по крайней мере, два алгоритма преобразования — низкочастотный и высокочастотный); МД - модулятор;

ДМ - демодулятор (который выделяет низкую частоту из комбинации низкочастотной и высокочастотной частот); КБ - конверторный блок; КН - конвертор напряжения; ВЧ ИБ — высокочастотный инверторный блок; ВЧ КБ — высокочастотный конверторный блок; ВЧ ТБ — высокочастотный трансформаторный блок; ВЧ ВБ — высокочастотный выпрямительный блок; СОКП - структуры с одноканальным преобразованием ЭП; СМКП - структуры с многоканальным преобразованием ЭП. Процедуры, используемые при поисковом проектировании: САС - структурно-алгоритмический синтез; САОр - структурно-алгоритмическая организация; САОп — структурно-параметрическая оптимизация; ПО - параметрическая оптимизация; ИКМ - имитационное компьютерное моделирование.