Разработка математической модели двухкаскадного преобразователя постоянного напряжения
Аннотация
Рассмотрена агрегатированная система электропитания, содержащая два каскада преобразования постоянного напряжения. Каждый каскад является полностью автономным преобразователем с индивидуальной системой управления, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения. Данные устройства относятся к классу нелинейных динамических систем, так что для анализа их динамики необходимо применять нелинейные динамические модели. На сегодняшний день исследование подобных систем проводится с использованием малосигнального моделирования, которое предполагает линеаризацию системы в малой окрестности рабочей точки, в связи с чем возможности данных моделей ограничены. Предлагаемая в работе математическая модель является кусочно-линейной, для которой движения в системе на участке линейности описываются в аналитической форме. Каждый участок линейности математической модели соответствует определенной комбинации включенных вентилей схемы. Переход от участка к участку осуществляется методом припасовывания. Моменты коммутации вентилей схемы ищутся либо аналитически, либо с помощью численных методов, так что предлагаемая модель может быть названа численно-аналитической. Для проверки корректности предлагаемой математической модели выполнено сравнение результатов, полученных с помощью верифицированного программного обеспечения MatLab Simulink, и результатов, установленных с использованием предлагаемой математической модели. Показано, что предлагаемая модель обладает приемлемой точностью и обеспечивает более высокую скорость расчёта по сравнению с моделью MatLab Simulink. Это важно при исследовании нелинейной динамики таких устройств. Предлагаемая математическая модель обладает универсальностью и после адаптации может быть применена для моделирования агрегатированных двухкаскадных систем электропитания на основе других типов преобразователей постоянного напряжения.
Литература
2. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Петроченко А.Ю., Алексеев М.А. Проблемы устойчивости при создании агрегатированных и распределенных систем вторичного электропитания // Электротехника. 2020. № 2. С. 35—42.
3. Middlebrook R.D. Input Filter Considerations in Design and Application of Switching Regulators // IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. 1976. Pp. 366—382.
4. Баушев В.С., Жусубалиев Ж.Т. О недетерминированных режимах функционирования стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием // Электричество. 1992. № 8. С. 47—53.
5. Михальченко С.Г. и др. Бифуркационные явления в преобразователе напряжения с частотно-импульсным управлением для ветрогенераторной установки // Известия Томского политехн. ун-та. Серия «Инжиниринг георесурсов». 2020. Т. 331. № 12. С. 215—225.
6. Михальченко С.Г. и др. Режимы работы установок электропитания центробежных насосов с многоуровневой широтно-импульсной модуляцией // Известия Томского политехн. ун-та. Серия «Инжиниринг георесурсов». 2022. Т. 333. № 7. С. 166—177.
7. Жусубалиев Ж.Т. и др. Хаотическая динамика импульсных систем. Курск: ЗАО «Универ», 2021.
8. Андриянов А.И. Расчет оптимальных параметров систем управления нелинейными динамическими процессами импульсных преобразователей напряжения // Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении. 2022. № 4(18). С. 87—96.
9. Белов Г.А., Малинин Г.В. Векторно-матричный метод расчета переходных процессов в резонансном преобразователе постоянного напряжения типа LCL-T // Практическая силовая электроника. 2020. № 1(77). С. 28—37.
10. Севернс Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М.: Энергоатомиздат, 1988.
11. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005.
12. Белов Г.А. Системы управления полупроводниковыми преобразователями. Чебоксары: Изд-во Чувашского ун-та, 2023.
---
Для цитирования: Андриянов А.И., Баранчиков М.В. Разработка математической модели двухкаскадного преобразователя постоянного напряжения // Вестник МЭИ. 2024. № 6. С. 11—19. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-11-19
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V. Ustoychivost' i Elektromagnitnaya Sovmestimost' Ustroystv i Sistem Elektropitaniya. M.: Goryachaya Liniya – Telekom, 2019. (in Russian).
2. Dmitrikov V.F., Shushpanov D.V., Petrochenko A.Yu., Alekseev M.A. Problemy Ustoychivosti pri Sozdanii Agregatirovannykh i Raspredelennykh Sistem Vtorichnogo Elektropitaniya. Elektrotekhnika. 2020;2:35—42. (in Russian).
3. Middlebrook R.D. Input Filter Considerations in Design and Application of Switching Regulators. IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. 1976:366—382.
4. Baushev V.S., Zhusubaliev Zh.T. O Nedeterminirovannykh Rezhimakh Funktsionirovaniya Stabilizatora Napryazheniya s Shirotno-impul'snym Regulirovaniem. Elektrichestvo. 1992;8:47—53. (in Russian).
5. Mikhal'chenko S.G. i dr. Bifurkatsionnye Yavleniya v Preobrazovatele Napryazheniya s Chastotno-impul'snym Upravleniem dlya Vetrogeneratornoy Ustanovki. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. Seriya «Inzhiniring Georesursov». 2020;331;12:215—225. (in Russian).
6. Mikhal'chenko S.G. i dr. Rezhimy Raboty Ustanovok Elektropitaniya Tsentrobezhnykh Nasosov s Mnogourovnevoy Shirotno-impul'snoy Modulyatsiey. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. Seriya «Inzhiniring Georesursov». 2022;333;7:166—177. (in Russian).
7. Zhusubaliev Zh.T. i dr. Khaoticheskaya Dinamika Impul'snykh Sistem. Kursk: ZAO «Univer», 2021. (in Russian).
8. Andriyanov A.I. Raschet Optimal'nykh Parametrov Sistem Upravleniya Nelineynymi Dinamicheskimi Protsessami Impul'snykh Preobrazovateley Napryazheniya. Avtomatizatsiya i Modelirovanie v Proektirovanii i Upravlenii. 2022;4(18):87—96. (in Russian).
9. Belov G.A., Malinin G.V. Vektorno-matrichnyy Metod Rascheta Perekhodnykh Protsessov v Rezonansnom Preobrazovatele Postoyannogo Napryazheniya Tipa LCL-T. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2020;1(77):28—37. (in Russian).
10. Severns R., Blum G. Impul'snye Preobrazovateli Postoyannogo Napryazheniya dlya Sistem Vtorichnogo Elektropitaniya. M.: Energoatomizdat, 1988. (in Russian).
11. Meleshin V.I. Tranzistornaya Preobrazovatel'naya Tekhnika. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
12. Belov G.A. Sistemy Upravleniya Poluprovodnikovymi Preobrazovatelyami. Cheboksary: Izd-vo Chuvashskogo Un-ta, 2023. (in Russian)
---
For citation: Andriyanov A.I., Baranchikov M.V. Development of a Mathematical Model of a Two-stage DC-DC Converter. Bulletin of MPEI. 2024;6:11—19. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-11-19
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
