Моделирование схемы высоковольтной накачки емкостного накопителя энергии на базе инвертора с индуктивно-емкостным преобразователем
Индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП) представляют собой специфический класс систем с резонансными и квазирезонансными свойствами, позволяющими преобразовать систему неизменного напряжения в систему неизменного тока. При постоянстве амплитуды тока и росте сопротивления нагрузки выходное напряжение также возрастает, существенно превышая напряжение питания. Целесообразно использование ИЕП для создания систем зарядов высоковольтных накопителей энергии.
Постановка задачи — разработка модели схемы высоковольтной накачки емкостного накопителя энергии на базе инвертора с индуктивно-емкостным преобразователем, позволяющую:
- • получить коэффициент раскачки по напряжению;
- • определить максимальные напряжения на транзисторах схемы;
- • определить время заряда емкостного накопителя энергии.
Схема высоковольтной накачки емкостного накопителя энергии на базе инвертора с индуктивно-емкостным преобразователем приведена на рис. 8.10.
Модель, ее особенности и параметры:
Напряжение питания — 20 вольт.
Ключевые элементы мостового преобразователя — IGBT транзисторы типа IRG4PH50U и диоды типа HFA08TB60 фирмы International Rectifier (Модели имеются на сайте производителя www.irf.com).
Выходной повышающий трансформатор — воздушный, с коэффициентом связи Coupling = 0,9.
Выходной высоковольтный мостовой выпрямитель выполнен на моделях псевдоидеальных диодов (см. п. 2.2.1). Параметры ключей SBreak RON = 1 Ом, ROFF = 1 МОм.
В качестве емкостного накопителя энергии применяется конденсатор СЗ емкостью 1 нанофарада.
Потери в обмотках трансформатора учитываются за счет соответствующих активных сопротивлений.
В ИЕП применяются индуктивно связанные катушки LI, L2, конденсаторы С1 и С2.
Модель системы управления реализована на источниках типа VPULSE (библиотека source.lib).
Численные значения параметров элементов приведены на схеме (рис. 8.10).
Схема моделировалась при следующих значениях параметров управляющих опций:
RELTOL = 0,0016777
VNTOL = 1,0и
S1
R4 1к
R5 1к
KLinear
COUPLINGS,9
V2
V1=0 V2=15 /"?
TD=0 L/ TR=300h^ TF=300h PW=24mk PER=50mk
L1 27мкГн 2
S3
C1 4,3mk
L2
1 27мкГн2
L4
‘ 87,5мГн
R2 0,01
К Linear
COUPLINGS,9
TR=300h
TF=300h
PW=24mk PER=50mk
V1=0 V2=15
V4
R6 1к
R8
2,5k
C3
1h
S2
U2
V1=0
V2=15 /
TD=25mk
TR=300h
TF=300h
PW=24mk
PER=50mk
R7
1k
R3 0,01
R1 0,01
a>
C2 4,3mk
L3 . ЗбмкГн
V1=0
V2=15 /
TD=0 L
TR=300h
TF=300h
PW=24mk
PER=50mk
V1 —
20
AV5
Рис. 8.10. Модель схемы высоковольтной накачки емкостного накопителя энергии на базе инвертора с индуктивно-емкостным преобразователем
ABSTOL = 1,0р
CHGTOL = 0,01p
GMIN = 1е-12
ITL4 = 26
STEPGMIN = «Вкл.»
SKIPBP = «Вкл.»
Лтах (Maximum Step Size) = 1 е-7
TSTOP = 2,5т
На рис. 8.11 приведены осциллограммы (снизу вверх) выходного напряжения емкостного накопителя энергии, напряжения на вентиле и напряжения на выходе инверторного моста.
400В
ов
IkSlkUlULIlVlIl.VllfllVBVIVlVAVAVIIflVIlflllVBVIlIAVlVIVIVlfllVIVAVII
-400В
V(C1:2,C2:1)
V(S3:2,R6:2)
Рис. 8.11. Осциллограммы выходного напряжения емкостного накопителя энергии, напряжения на вентиле и напряжения на выходе инверторного моста
В рассматриваемом режиме получено выходное напряжение на емкостном накопителе энергии 9561 вольт. При входном напряжении 20 вольт коэффициент раскачки будет 487,05. При этом максимальное напряжение на вентиле — 23,695 вольта. Время заряда емкости до напряжения 9561 вольт — 1,01 миллисекунды.
Характерными особенностями данной схемы являются раскачка напряжения, которую обеспечивает ИЕП (в рассматриваемом случае — амплитуда переменного напряжения на первичной обмотке трансформатора — 238 вольт) и стабилизация напряжения на вентиле на уровне, близком к напряжению питания.
