Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Диссертационная работа:

Таназлы Георгий Иванович. Повышение эффективности моделирования схем силовой электроники на основеадаптивных алгоритмов численного интегрирования : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.18.- Уфа, 2005.- 203 с.: ил. РГБ ОД, 61 05-5/3086

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Анализ проблемы моделирования схем силовой электроники. 10

.1.1. Особенности проектирования схем силовой электроники. 10

  1. Анализ существующих методов моделирования 22 схем силовой электроники.

  2. Анализ систем моделирования и проектирования 33 электронных схем.

1.4. Цель и задачи работы. 40
Выводы и результаты главы 1. 41
Глава 2. Решение задачи устойчивости процесса моделирования 43
схем силовой электроники на основе разработки алгоритма адаптации
численных методов интегрирования.

  1. Оценка погрешности методов численного интегрирования. 43

  2. Разработка алгоритма моделирования схем силовой 49 электроники на основе настройки численных методов интегрирования.

  3. Тестирование алгоритма моделирования схем силовой 56 электроники на примере анализа схемы тиристорного двухполупериодного выпрямителя.

Выводы и результаты главы 2. 61

Глава 3. Разработка методики моделирования схем силовой 62

электроники.

  1. Методика анализа схем силовой электроники. 62

  2. Алгоритм повышения быстродействия моделирования 73 схем силовой электроники.

  3. Разработка и тестирование моделей элементов схем 81 силовой электроники.

  1. Модели диодов. 83

  2. Модели тиристоров. 94

  3. Модель высоковольтного высокочастотного 99 трансформатора с учетом межвитковых и

межобмоточных емкостей.
Выводы и результаты главы 3. 110

Глава 4. Прикладные аспекты моделирования схем силовой 111

электроники с использованием САПР OrCAD.

  1. Анализ электромагнитных процессов в схемах 111 источников питания на базе двухтактного преобразователя напряжения.

  2. Подтверждение эффективности методики моделирования 123 схем силовой электроники с помощью САПР OrCAD на примере физической модели системы заряда емкостных накопителей

энергии.

4.3. Анализ электромагнитных процессов в схеме источника 131
питания на базе мостового инвертора частоты с обратным

диодом, включенным параллельно мосту для индукционного нагрева металлов.

4.4. Модели генераторов с переменной длительностью и 141
частотой следования выходных импульсов.

Выводы и результаты главы 4. 147

Выводы и результаты работы. 149

Список использованных источников. 152

Приложение. 162

Введение к работе:

В настоящее время устройства силовой электроники широко используются в системах энергообеспечения и для реализации различных технологических процессов. При этом перечень систем энергообеспечения и технологических процессов непрерывно расширяется. Кроме этого идет непрерывная разработка новых силовых электронных элементов, позволяющих улучшать функциональные характеристики систем преобразования.

Известно большое количество универсальных средств моделирования, позволяющих провести анализ электромагнитных процессов в схемах силовой электроники (OrCAD, MatLab, MicroCap, WEWB и т.д.). Однако, из-за своей универсальности, эффективность их применения для узкого класса анализируемых схем в ряде случаев недостаточна. Из-за этого актуальной является задача повышения эффективности моделирования при анализе конкретного класса схем силовой электроники.

Моделированием электронных схем в России и за рубежом занимается широкий круг исследователей. Среди них - Архангельский А.Я., Афанасьев А.О., Кузнецова С.А., Нестеренко А.В., Петраков О., Разевиг В.Д., Джиле Д.К., Атертон Д.Л., Кертис В.Р., Штатц Г. и др. Анализ литературных источников показал, однако, что в работах перечисленных авторов не рассматривались вопросы, связанные с моделированием в области конкретного класса схем силовой электроники.

Решение этих вопросов затруднено многообразием элементов, применяемых в системах силовой электроники и сложностью средств моделирования, функциональные возможности которых в имеющейся литературе освещены не полностью. Поэтому до настоящего времени не удавалось создать адекватные модели и практическую реализацию ряда схем силовой электроники. Попытки применения существующих методик и моделей [23, 34, 44, 54] для исследования данных схем силовой электроники себя не

5 оправдали. Использование стандартных процедур настройки численных

методов интегрирования зачастую приводит к численной неустойчивости

процесса моделирования. Также стандартные пакеты не обладают полной базой

элементов, применяемых в схемах силовой электроники. Анализ схемы силовой

электроники требует получения уточненных моделей таких элементов. Кроме

этого, необходимо учитывать специфику работы схемы силовой электроники.

Таким образом, создание методики анализа схем силовой электроники и

моделей ряда элементов является актуальной задачей, и это определило цель

настоящей работы - повышение эффективности моделирования схем силовой

электроники за счет применения адаптивных алгоритмов численного

интегрирования, создания новой методики моделирования и использования

уточненных моделей элементов.

Основные задачи работы

  1. На основе оценки погрешностей существующих методов численного интегрирования разработать алгоритм моделирования схем силовой электроники, обеспечивающий устойчивость процесса моделирования в исследуемом временном диапазоне за счет адаптивной настройки шага интегрирования по критериям быстродействия и точности.

  2. С учетом особенностей, характерных для схем силовой электроники, разработать методику моделирования, повышающую эффективность анализа исследуемых схем.

3. Разработать алгоритм повышения быстродействия процесса
моделирования схем силовой электроники на основе метода постоянно-
переменной структуры.

4. Разработать на языке PSpice уточненные модели базовых элементов,
позволяющих автоматизировать процесс моделирования схем силовой
электроники с использованием стандартных пакетов моделирования.

5. Провести анализ эффективности предложенных алгоритмов и методик путем их тестирования на примерах моделирования реально существующих схем силовой электроники.

На защиту выносятся

  1. Алгоритм моделирования схем силовой электроники, основанный на адаптивной настройке управляющих опций с учетом сходимости численных методов интегрирования по критериям быстродействия и точности и позволяющий обеспечить эффективный анализ исследуемых схем за счет достижения устойчивости процесса моделирования во всем исследуемом временном диапазоне.

  2. Методика моделирования, учитывающую особенности, характерные для схем силовой электроники, накладываемые топологические ограничения и позволяющую осуществлять анализ как штатных, так и аварийных режимов работы исследуемой схемы.

  3. Алгоритм повышения быстродействия процесса моделирования схем силовой электроники на основе метода постоянно-переменной структуры, позволяющего сократить количество элементов исследуемой схемы за счет исключения на время между коммутациями закрытых вентилей.

  4. Уточненные модели быстродействующего таблеточного диода ДЧ143-80-20, псевдоидеального диода, быстродействующего тиристора ТБ143-630-14, тороидального ферритового сердечника TNM2000-32-16-8, высоковольтного высокочастотного трансформатора с учетом межвитковых и межобмоточных емкостей, разработанные на языке PSpice и позволяющие автоматизировать процесс анализа схем силовой электроники с использованием стандартных пакетов моделирования.

5. Результаты экспериментальных исследований предложенных
алгоритмов и методик на примерах моделирования работы схем зарядного

7 устройства емкостного накопителя энергии на базе двухтактного

преобразователя напряжения, источника питания на базе мостового инвертора

частоты с обратным диодом, включенным параллельно мосту для

индукционного нагрева металлов и генератора с переменной длительностью и

частотой следования выходных импульсов.

Научная новизна работы

  1. Разработан алгоритм моделирования схем силовой электроники, повышающий эффективность их анализа за счет обеспечения устойчивости процесса моделирования во всем исследуемом временном диапазоне. Алгоритм основан на адаптивной настройке на каждом шаге итераций управляющих опций численных методов интегрирования с учетом обеспечения гарантированной сходимости выбранного метода и критериев быстродействия и точности.

  2. Разработана методика моделирования схем силовой электроники, повышающая эффективность анализа исследуемых схем за счет учета особенностей, характерных для функционирования схем силовой электроники и топологических ограничений. Методика позволяет анализировать как штатные, так и аварийные режимы работы схем.

3. Разработан алгоритм повышения быстродействия моделирования схем
силовой электроники. Алгоритм основан на использовании метода постоянно-
переменной структуры, упрощающего процесс анализа за счет исключения из
схемы на время между коммутациями закрытых вентилей.

Практическая ценность

1. Разработаны модели силового тиристора (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003610933) и

8 тороидального ферритового сердечника (Свидетельство об официальной

регистрации программы для ЭВМ №2004611837), псевдоидеального диода,

быстровосстанавливающегося таблеточного диода ДЧ143-80-20,

высокочастотного высоковольтного трансформатора с учетом межвитковых и

межобмоточных емкостей. Вышеперечисленные уточненные модели базовых

элементов разработаны на языке PSpice и могут быть использованы при работе

со стандартными пакетами моделирования.

2. Проведен анализ эффективности предложенных алгоритмов и методик путем их тестирования на примерах моделирования ряда схем силовой электроники:

- зарядных устройств емкостных накопителей энергии на базе мостовой схемы, мостовой схемы с индуктивно-емкостным преобразователем, схем однотактного и двухтактного преобразователей напряжения, обеспечивающих в

системах резонансный подъем напряжения в 103 104 раз;

источников питания для индукционного нагрева металлов, выполненных на базе мостового инвертора частоты с обратным диодом, включенным параллельно мосту и на базе мостового инвертора с обратными диодами и включением нагрузки в цепь разделительного конденсатора.

Объем работы

Диссертационная работа изложена на 161 странице текста, иллюстрирована 54 рисунками, 20 таблицами состоит из введения, четырех глав, списка использованных источников из 105 наименований и приложения на 42 страницах.

9 Содержание работы

В первой главе сформулированы особенности схем силовой электроники и их моделирования, проведен анализ проблемы моделирования схем силовой электроники, анализ систем моделирования и проектирования и определены задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена описанию решения задачи устойчивости процесса моделирования схем силовой электроники на основе разработки алгоритма адаптации численных методов интегрирования. Произведена оценка погрешности методов численного интегрирования. Разработан и протестирован алгоритм моделирования схем силовой электроники на основе настройки численных методов интегрирования.

В третьей главе приведена разработанная методика моделирования схем силовой электроники. Предложен и разработан алгоритм повышения быстродействия моделирования схем силовой электроники. Разработаны и протестированы модели элементов схем силовой электроники.

В четвертой главе изложены прикладные аспекты моделирования схем силовой электроники с использованием САПР OrCAD. Приведены примеры анализа электромагнитных процессов в схемах силовой электроники.

В разделе «приложение» приведены листинги программ, описывающих разработанные модели, копии свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ, акты внедрения результатов работы.

Подобные работы
Егорова Надежда Евгеньевна
Математическое моделирование процессов в вихревом пылеочистителе и повышение его эффективности с помощью вязкоупругих гасителей турбулентности
Данилов Георгий Вадимович
Математическое моделирование распределения скоростей упругих волн в окрестностях горных выработок для повышения эффективности геоакустических методов контроля
Гахова Нина Николаевна
Разработка методики повышения эффективности использования ресурсов широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания с применением технологии математического моделирования
Стадник Алексей Викторович
Использование искусственных нейронных сетей и вейвлет-анализа для повышения эффективности в задачах распознавания и классификации
Пивоваров Илья Валерьевич
Интеллектуальные технологии обработки цветных графических изображений для повышения эффективности передачи их по цифровым каналам связи
Протасов Станислав Станиславович
Математические модели и методы повышения эффективности функционирования кластера компьютеров в центрах обработки данных
Финкельштейн Григорий Михайлович
Применение математических методов в процессе оценки и повышения эффективности ценовой и ассортиментной политики предприятия
Гусев Александр Владимирович
Моделирование и оценка эффективности функционирования медицинской информационной системы
Адиль Омер Юсиф Мохамед
Математическое моделирование и алгоритмы оценки эффективности системы администрирования локальной компьютерной сети
Авилов Константин Константинович
Математическое моделирование заболеваемости туберкулезом органов дыхания на территории России и оценка эффективности противотуберкулезных мероприятий

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net