Разработка компьютерных средств анализа устройств силовой электроники

• Автор: Скипина, Людмила Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Чебоксары
• Количество страниц: 147 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Система автоматизированного моделирования и исследования
устройств силовой электроники Electron
1.1. Обзор автоматизированных комплексов
1.2. Состав и структура комплекса Electron
1.3. Принципы построения БД электронных приборов
1.4. Выводы
Глава 2. Формирование уравнений переменных состояния электронных
устройств на ЭВМ
2.1. Постановка задачи
2.2. Обобщенная математическая модель электронного устройства
2.3. Алгоритм формирования уравнений переменных состояния
2.4. Граф, таблицы соответствия и структурная матрица электронного устройства
2.5. Построение дерева графа и матрицы главных сечений
2.6. Алгоритм формирования матрицы главных сечений
2.7. Формирование структурно-параметрических матриц
2.8. Реализация алгоритма формирования математической модели
2.9. Выводы
Глава 3. Алгоритмы анализа устройств силовой электроники
3.1. Характеристика численных методов анализа
3.2. Выбор метода анализа математической модели преобразователя
3.3. Реализация метода ускоренного расчета установившегося режима
3.4. Аналитический метод
3.4.1. Метод проекторов
3.4.2. Метод Галеркина с конечно- элементной моделью
3.5.Выводы

Глава 4. Моделирование полупроводниковых преобразователей
частоты
4.1.Исследование тиристорных преобразователей
4.1.1. Характеристика макромодели тиристора
4.1.2. Нерегулируемый тиристорный преобразователь
4.1.3. Регулируемый тиристорный преобразователь
4.2.Исследование транзисторных преобразователей
4.2.1 Силовые цепи устройства
4.2.2 Цепи управления устройства
4.3.Выводы
Глава 5. Примеры компьютерного моделирования устройств
силовой электроники
5.1. Моделирование резонансного ППН с замкнутой системой
управления
5.2. Исследование тиристорного преобразователя постоянного напряжения
5.2.1. Моделирование системы управления
5.3. Сравнение моделей импульсных стабилизаторов
Заключение
Литература
Материалы о внедрении результатов работы
Приложение 1. Программы и результаты расчетов

ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной электронной техники сопровождается значительным расширением сферы применения вычислительной техники и ростом интереса к теории и методам машинного проектирования. Внедрение автоматизированного проектирования повышает технологический уровень радиоэлектронных комплексов и надежность их функционирования, дает возможность решать сложные задачи за счет использования современных машинных методов анализа и синтеза.
В частности, на сегодняшнем этапе актуальна разработка компьютерных средств анализа устройств силовой электроники (управляемые выпрямители, ведомые сетью и автономные инверторы, преобразователи частоты), являющихся дискретными нелинейными системами.
Усложнение функций полупроводниковых преобразователей электроэнергии (ППЭ), ужесточение требований к их статике и динамике приводят к увеличению объема и трудоемкости проектных работ. Ускорить и удешевить проектирование возможно, разрабатывая более прогрессивные методы на основе достижений теоретических знаний и современных средств вычислительной техники.
Развитие машинных методов анализа и синтеза идет по пути максимальной формализации и оптимизации [1-5].
Как показывает опыт разработок автоматизированного проектирования в отечественной и зарубежной литературе (работы Дижура Д.П., Плахты -ны Е.Г., Л.О. Чуа, Пен - Мин Лина, В.П.Сигорского, А.Б. Шейна и др.), методы и алгоритмы классической теории [1-12] малопригодны для устройств силовой электроники с переменной структурой, когда в процессе переключений возможны вырожденные конфигурации [14].

Таким образом, теория АСхП существенно отличается от теории цепей в подходах к выбору типа переменных, форме исходных уравнений и их решению как в статическом , так и в динамическом режимах.
Теория АСхП и вычислительная математика, тесно связанные, оказывают взаимное влияние. На этапе «ручного» составления математической модели цепи (ММЦ) вычислительная математика использовалась в АСхП в виде стандартных подпрограмм, требующих стандартных форм представления ММЦ. Так, для расчета переходных процессов с помощью стандартных подпрограмм решения обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) необходимо было составить ММЦ в виде нормальной системы ОДУ, которая решалась бы явными методами численного интегрирования.
Высокая производительность ЭВМ позволяет с достаточной точностью моделировать процессы, протекающие в сложных электрических цепях. Такое моделирование является как бы экспериментом в чистом виде и может успешно дополнять, а в ряде случаев и заменять экспериментирование с реальными объектами. При схемном построении допускается наличие индуктивных звезд, содержащих ветви с индуктивными накопителями и источниками тока, и емкостных контуров, составленных из ветвей с емкостными накопителями и источниками ЭДС. При проектировании электротехнических устройств и установок такие схемные особенности вызывают наибольшие затруднения.
В диссертации разрабатывается методика для автоматизации алгоритма анализа и синтеза электрических цепей. С этой целью предлагается процедура формирования УПС с помощью структурно-параметрических матриц, которая, в отличие от известных процедур формирования в неоднородном и сокращенном координатных базисах, сводится к элементарным операциям над блочными матрицами исходной системы уравнений, требует значительно меньше преобразований, проста и удобна в реализации.