Повышение эффективности моделирования схем силовой электроники на основеадаптивных алгоритмов численного интегрирования

• Автор: Таназлы, Георгий Иванович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 203 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Анализ проблемы моделирования схем силовой электроники.

1.1. Особенности проектирования схем силовой электроники.

1.2. Анализ существующих методов моделирования

схем силовой электроники.

1.3. Анализ систем моделирования и проектирования

электронных схем.

1.4. Цель и задачи работы.

Выводы и результаты главы 1.

Глава 2. Решение задачи устойчивости процесса моделирования

схем силовой электроники на основе разработки алгоритма адаптации численных методов интегрирования.
2.1. Оценка погрешности методов численного интегрирования.
2.2. Разработка алгоритма моделирования схем силовой
электроники на основе настройки численных методов интегрирования.
2.3. Тестирование алгоритма моделирования схем силовой
электроники на примере анализа схемы тиристорного двухполупериодного выпрямителя.
Выводы и результаты главы 2.
Глава 3. Разработка методики моделирования схем силовой
электроники.
3.1. Методика анализа схем силовой электроники.
3.2. Алгоритм повышения быстродействия моделирования
схем силовой электроники.
3.3. Разработка и тестирование моделей элементов схем
силовой электроники.
3.3.1. Модели диодов.
3.3.2. Модели тиристоров.
3.3.3. Модель высоковольтного высокочастотного трансформатора с учетом межвитковых и межобмоточных емкостей.
Выводы и результаты главы 3.
Глава 4. Прикладные аспекты моделирования схем силовой электроники с использованием САПР ОгСАП.
4.1. Анализ электромагнитных процессов в схемах источников питания на базе двухтактного преобразователя напряжения.
4.2. Подтверждение эффективности методики моделирования схем силовой электроники с помощью САПР ОгСАЭ на примере физической модели системы заряда емкостных накопителей энергии.
4.3. Анализ электромагнитных процессов в схеме источника питания на базе мостового инвертора частоты с обратным диодом, включенным параллельно мосту для индукционного нагрева металлов.
4.4. Модели генераторов с переменной длительностью и частотой следования выходных импульсов.
Выводы и результаты главы 4.
Выводы и результаты работы.
Список использованных источников


В зависимости от степени детализации при моделировании может возникнуть необходимость рассмотрения в рамках одной модели цифровых и аналоговых микросхем и силовых высоковольтных высокочастотных вентилей. В схемах силовой электроники может применяться параллельное и/или последовательное соединение вентилей [,]. И) Разработка схем силовой электроники может потребовать анализа аварийных режимов. Достаточно часто в схемах силовой электроники используются их резонансные свойства. При этом в случае, если резонанс является острым, вопросы настройки таких схем и их анализа осложняются. В случае питания схем силовой электроники от стандартных электрических сетей необходимо учитывать возможность их влияния на сеть (высокочастотные помехи, коэффициент мощности, перекос фаз и т. Даже при высоком КПД схем силовой электроники, выделяемая в них мощность потерь достигает достаточно больших величин, что требует по возможности точного учета тепловых потерь и их минимизации. Элементы схем силовой электроники могут иметь существенный разброс параметров и их температурный уход, что должно учитываться при проектировании. Существенные ограничения, которые могут накладываться при моделировании на схемы силовой электроники и, в ряде случаев, делать моделирование вообще невозможным, связаны с задачей неустойчивости численных методов, применяемых в конкретном программном продукте или с проблемой трудности настройки этих численных методов [, , , ]. Возможность проведения анализа по постоянному току, который позволяет получать характеристики схемы (токи, напряжения, мощности) при изменении параметров источников напряжения, источников тока, глобальных параметров схемы, параметров модели и температуры элемента. При анализе должны задаваться интервалы изменения перечисленных параметров, характер их изменения (линейный, логарифмический с основанием и с основанием 8), и шаг изменения. Возможность проведения анализа по переменному току, который позволяет производить построение амплитудно-частотных характеристик схемы (токи, напряжения, мощности и т. Анализ должен производиться от источника переменного тока или источника переменного напряжения. При анализе должно задаваться минимальное значение частоты, максимальное значение частоты и характер изменения частоты. Возможность проведения анализа шумов [], который позволяет рассчитывать входную и выходную спектральные плотности шумов. Анализ должен производиться от источника переменного тока или напряжения. Результатом анализа являются кривые спектральных плотностей по входу и выходу. Возможность проведения анализа переходных процессов, который позволяет получать значения характеристик схемы (токов, напряжений, мощностей и т. Анализ переходных процессов должен проводиться на временном промежутке от нуля до времени, задаваемого пользователем. Поскольку в ряде случаев время окончания переходного процесса заранее неизвестно, для предотвращения повторного анализа переходного процесса необходим режим, позволяющий по мере наблюдения осциллограмм переходного процесса в случае необходимости реализовать режим «СТОП», назначить новое время окончания процесса и продолжить счет. Желательно иметь возможность изменения параметров схемы в процессе анализа с использованием режима «СТОП». Важным условием успешного анализа электромагнитных процессов в схемах силовой электроники является возможность проведения анализа переходного процесса при произвольных значениях начальных условий (токи через индуктивности, напряжения на емкостях). Характерной особенностью схем силовой электроники является то, что в них могут протекать одновременно очень высокочастотные и низкочастотные процессы. При этом величина шага численного интегрирования определяется высокочастотным процессом, а время анализа переходного процесса - низкочастотным процессом. Это может привести к большому, а иногда и недопустимому, времени моделирования. Поэтому, комплекс численных методов, применяемых при анализе переходных процессов, должен обладать достаточным быстродействием. Возможность проведения Фурье-анализа, который позволяет осуществить разложение функций, полученных в результате анализа переходного процесса в ряд Фурье.