Энергетический расчет преобразователя напряжения и выбор частоты преобразования

Сопротивление нагрузки:

Эквивалентное сопротивление потерь:

Потери в системе определяются динамической и статической составляющими:

Выбор частоты коммутации будет осуществляться исходя из условия:

Исходя из заданного коэффициента использования, находим напряжения на первичной и вторичной обмотках и выбираем транзисторы и диоды.

Напряжение на транзисторах:

Напряжение на диодах:

Транзисторы: IRFP150N

Диоды: CSD10060

Динамические потери с учётом числа элементов:

Учитывая, что динамические потери должны быть не больше половины всех потерь системы, с помощью пакета MathCAD находим частоту преобразования f _k:

4. Расчёт КПД системы. Уточнение f_k с учётом КПД

Находим статические потери:

КПД:

Подбираем f _k таким образом, чтобы КПД был выше требуемого (91%). В результате получаем, что для обеспечения КПД , частота сопряжения должна быть:

5. Расчёт параметров пассивных компонентов

Расчёт индуктивности дросселя:

Расчёт емкости конденсатора производится из условия необходимого коэффициента подавления:

U ₁ – амплитуда первой гармоники на входе фильтра. Чтобы её рассчитать, разложим входной сигнал в ряд Фурье. Для этого воспользуемся пакетом Micro-Cap.

Рис.3. Заданный прямоугольный импульс

Рис.4. Разложение прямоугольного импульса с амплитудой 711 В в ряд Фурье.

Находим коэффициент подавления:

Найдём емкость фильтра через его АЧХ:

Рис. 5. Электрическая схема LC-фильтра.

Передаточная функция LC-фильтра:

Используя MathCAD, решаем уравнение:

Емкость конденсатора:

6. Динамический расчёт преобразователя напряжения замкнутой САУ

Так как период коммутации много меньше скорости изменения регулируемого параметра, систему можно считать непрерывной и анализ проводить для усредненных значений тока и напряжения в силовой цепи. Таким образом, единственным инерционным звеном является выходной LC-фильтр.

Ток снимается с шунтового резистора, рассеиваемая мощность на котором должна быть не более 1 Вт, чтобы не вносить в схему значимых потерь. Сопротивление шунта:

Передаточная функция разомкнутого контура:

Рис.6. Частотные характеристики системы

Как видно из рис.6, запас по фазе больше 45^o, что не удовлетворяет требованиям.

Для увеличения запаса по фазе и придания системе устойчивости, используем регулятор.

Рис.7. Электрическая схема регулятора

Подбираем элементы таким образом, чтобы обеспечить достаточные запасы по амплитуде и по фазе.

Рис.8. Частотные характеристики скорректированной системы, корректирующего устройства и нескорректированной схемы