Лабораторная работа 4. Оптимизация инвертора с фильтром выходного напряжения при проектировании на минимум массы
 Скачать 136.54 Kb.
|
|
ОПТИМИЗАЦИЯ ИНВЕРТОРА С ФИЛЬТРОМ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НА МИНИМУМ МАССЫ • Существуют следующие способы формирования синусоидального выходного напряжения инверторов: амплитудная модуляция, импульсная модуляция, использование фильтров и комбинация перечисленных способов. • Мощность инвертора определяется полной мощностью нагрузки, а концепция оптимизации при проектировании инверторов основана на перераспределении полной мощности между его элементами за счет компенсации реактивной мощности нагрузки и ограничения токов и мощности высших гармоник. • Структурная схема инвертора  • VT – блок силовых транзисторов, • TV – силовой трансформатор, • Ф – фильтр. При этом необходимо учитывать зависимость КПД инвертора от сosφ нагрузки, которая выражается соотношением: ,  • где Р(1) – потери мощности в инверторе при  • Полная расчетная мощность элементов инвертора зависит от степени компенсации реактивной мощности нагрузки компенсирующим конденсатором фильтра, включаемым параллельно нагрузке, в соответствии с выражением:  • где QCK – мощность компенсации. • От степени компенсации зависит также КПД инвертора, так как  Мощность высших гармоник определяется гармоническим составом напряжения на входе фильтра и уменьшается в инверторах модуляционного типа за счет уменьшения амплитуды и числа действующих гармоник. • Следовательно, комбинируя способы модуляции прямоугольного напряжения и структуру, и параметры фильтра, можно добиться оптимального сочетания массогабаритных и энергетических показателей, соответствующего экстремуму заданного критерия. • При этом, для выбранного типа фильтра, основными независимыми переменными при проектировании инвертора будут: • 1. Тип модуляции (угол управления силовыми транзисторами), определяющий спектральный состав напряжения на входе фильтра. • 2. Мощность компенсации QCK, определяемая емкостью компенсирующего конденсатора Ск. При проектировании инвертора необходимо дополнительно учесть следующие ограничения: 1.Коэффициент передачи первой гармоники Г-образного фильтра зависит от нагрузки  • поэтому такие фильтры используют в схемах с пониженным содержанием гармоник, например в схемах модуляционных инверторов, для которых отношение волновых сопротивлений последовательного и параллельного элементов фильтра 0. • Для резонансного фильтра  и не зависит от ε и он применяется в основном при прямоугольном напряжении на входе фильтра. • 2.При проектировании фильтров необходимо учитывать, что должно выполняться условие  • сопротивления элементов фильтра по первой гармонике. • Выполнение этого ограничения обеспечивает отсутствие резонанса и, следовательно, перегрузки по низшей в спектре гармонике с номером Vmin. 3.Можно показать, что по условию оптимальности фильтра должно выполняться соотношение  Если это условие не выполняется, следует подключить параллельно нагрузке дополнительную индуктивность Lдоп, чтобы выполнялось ограничение:  4.Для компенсации влияния токов высших гармоник на динамические потери в транзисторах иногда целесообразно увеличить ёмкость компенсирующего конденсатора, при этом ток переключения VT можно сделать равным нулю. Структурная схема алгоритма проектирования инвертора  1. Краткое описание алгоритма. Из библиотеки выбирается модель схемы, проводится расчет токов и напряжений в схеме при принятых допущениях, связанных с идеализацией или упрощением моделей элементов схемы, и по заданному значению коэффициента гармоник определяются параметры фильтра. Затем по соответствующим программам производится проектирование компонентов, после чего определяются суммарная масса и потери мощности в схеме. 2.Первый цикл оптимизации – по степени компенсации реактивной мощности нагрузки. Изменением емкости компенсирующего конденсатора добиваются экстремального значения заданного критерия. 3.Второй цикл – изменение угла управления силовыми ключами (способа модуляции). Минимизируя спектральный состав напряжения на входе фильтра, добиваются наилучшего значения критерия. 4.В результате отыскивается глобальный экстремум критерия проектирования. |