СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ для проектирования электронных цепей и устройств, можно насчитать более десятка специализированных пакетов. Наиболее распространённы ми являются Pspice, MicroCAP, OrCAD, Matlab, Workbench, Multisim, PSIM и Simulink. Учитывая отзывы специа листов по проектированию силовых преобразователей электрической энер гии, в качестве базовой среды модели рования был выбран специализиро ванный пакет программ для модели рования схем силовой электроники PSIM. На рисунке 1 приведена электричес кая схема сварочного инвертора, а на рисунке 2 – её компьютерная модель. Левое, по схеме, плечо инвертора вы полнено на транзисторах VT1, VT2, ди одах VD1, VD2, правое – на транзис торах VT3, VT4, диодах VD3, VD4. IGBT транзисторы каждого плеча преобразователя работают на частоте 25 кГц. Сигналы системы управления, подаваемые на затворы транзисторов, имитируются генераторами прямо угольных импульсов VSQ1, VSQ2. Вы ходы двух однотактных модулей ин вертора подключены соответственно к двум первичным обмоткам трёхобмо точного силового трансформатора T1. Для учёта паразитных параметров трансформатора в его модель введены межобмоточные ёмкости С4 и С7 и ём кость вторичной обмотки С5. Сопро тивления транзисторов в режиме на сыщения имитируются резисторами R3, R5, R12 и R13. Индуктивности ка белей заданы значениями L1 и L2. Для моделирования электрических про цессов в моменты возникновения и об рыва дуги, она имитируется двумя на грузочными резисторами: высокоом ным R7 и – через управляемый ключ K1 – низкоомным R8. В моменты вре мени, когда вторичная обмотка транс форматора Т1 нагружена только на ре зистор R7, моделируется работа инвер тора на холостом ходу. При замыкании ключа К1 имитиру ется короткое замыкание, т.е. поджиг дуги. Частота коммутации ключа К1 выбрана на порядок меньшей рабочей частотыинвертора T1. Для облегчения возбуждения дуги параллельно вто ричной обмотке трансформатора T1 включена цепочка R6C6, образующая с индуктивностью выходной обмотки трансформатора параллельный коле бательный контур. Цельюмоделирования являлся пред варительный анализ характера пере ходных процессов для выявления на иболее значимых факторов, в част ности: ● возможности резонансного возбуж дения дуги; ● влияния на характер переходных процессов паразитных параметров трансформатора; ● наличия, характера и величины пе ренапряжений на транзисторах ин вертора при их коммутации и обры ве дуги. Полученные в результате компьютер ного моделирования временные диа граммыпроцессов в контрольных точ ках схемы приведены на рисунке 3. На основании результатов модели рования можно сделать следующие вы воды: ● наличие резонансной цепи на выхо де инвертора (L1C6R6) позволяет возбуждать электрическую дугу при пониженном рабочем напряжении на выходной обмотке трансформа тора; ● из за индуктивности рассеивания и ёмкости трансформатора в момен ты коммутации транзисторов в схе ме возникают переходные процес сы, имеющие характер затухающих колебаний; ● величина перенапряжения на тран зисторах в моментыих выключения может кратковременно превышать напряжение источника питания. Амплитуду этих перенапряжений можно снизить путём «затягивания» переднего фронта отпирающих им пульсов. Однако из за роста комму тационных потерь это затягивание нецелесообразно увеличивать более 2…3 мкс; ● в момент обрыва дуги резко возрас тает амплитуда перенапряжений. Компьютерное моделирование схем сварочных инверторов позволяет не только определить характер переход ных процессов при любых режимах работы аппарата, но и оценить вли яние на эти процессы параметров конструктивных элементов. Так, для снижения уровня импульсных пе ренапряжений на транзисторах сле дует при конструировании транс форматора инвертора стремиться к минимизации его межобмоточных емкостей и индуктивности рассеи вания. Л ИТЕРАТУРА 1. Эраносян С.А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. Энергоатомиздат, 1991. 2. Горский А.Н., РусинЮ.Н., Иванов Н.Р., Серге ев Л.А. Расчёт электромагнитных элемен тов источников вторичного питания. Ра дио и связь, 1988. 3. Теоретические основы электротехни ки. Том 2: Нелинейные цепи и основы теории электромагнитного поля. Под ред. П.А. Ионкина . Высшая школа, 1976. 4. Колпаков А. PSIM– программа анализа си ловых преобразовательных устройств и систем. Электронные компоненты. 2003. № 6. С. 77–78. 5. Петров С . Схемотехника промышленных сварочных инверторов. Современная электроника. 2007. № 8. С. 42–47. 6. Петров С. «Косой» мост в картинках. http://www.samopal.su/node/15, 2008. 55 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2011 –200 27,60 б а 27,64 27,68 27,72 3 27,76 27,80 Т, мкс –100 0 100 200 300 400 VP1 –100 0 100 200 300 400 500 600 U, B V4 2 1 Рис. 3. Диаграммы напряжений, полученные на компьютерной модели сварочного инвертора переменного тока а – форма напряжения на транзисторе, б – форма напряжения на вторичной обмотке трансформатора в режиме горения дуги (1), в момент обрыва дуги (2) и на холостом ходу (3) © СТА-ПРЕСС