Аннотация: В методических указаниях приведены основные требования, правила оформления и содержание курсовой работы по дисциплине «Системы автоматизированного проектирования конструкций радиоэлектронных средств». Даны теоретические сведения для выполнения курсовой работы, приведены примеры решения. Представленные материалы позволят сформировать у обучающихся умения разрабатывать математические модели и применять алгоритмы топологического проектирования при решении прикладных задач, находить оптимальные проектные решения, формулировать выводы. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств».

Аннотация: Выполнена оценка напряжения в рельсовой цепи для надежного обнаружения подвижной единицы или поезда на участке железнодорожного пути. Предлагается использовать структуры системы автоматической блокировки на основе временного разделения каналов опроса состояния рельсовых цепей с последующей обработкой сигналов по двум параметрам. Первый параметр включает в себя оценку соответствия кодовых сигналов переданных в рельсовую цепь и принятых из рельсовой цепи. Второй параметр получен на основе анализа напряжения на выходе рельсовой цепи в текущий и предыдущий моменты измерения с учетом скорости изменения напряжения. Последний параметр позволяет надежно различать состояние, когда рельсовая линия занята поездом, от случайных изменений параметров рельсовой цепи от воздействия внешних факторов. Предложенные алгоритмы позволяют значительно снизить затраты электрической энергии, обеспечивающей работу рельсовых цепей.

Аннотация: Выполнен анализ энергетических характеристик преобразователя частоты при его согласовании с изменяющейся нагрузкой при помощи последовательно-параллельного резонансного контура. Показано, что изменение активной составляющей нагрузки не всегда приводит к пропорциональному изменению входного сопротивления резонансного контура, причем на определенных частотах резонансный контур имеет фактически постоянное входное сопротивление при изменении нагрузки в существенных пределах, то есть обладает свойствами параметрической стабилизации выходной мощности. На этих частотах во входном сопротивлении контура присутствует большая реактивная составляющая, которая не позволяет получить близкий к резонансному режим работы и достичь приемлемой энергетической эффективности преобразования. Проведены исследования частотных характеристик контура при предельном сближении его резонансных частот, установлено, что в этом случае за счет искажений фазочастотной характеристики удается получить квазирезонансный режим работы преобразователя во всем диапазоне изменения сопротивления нагрузки. Показано, что предложенный способ настройки резонансного контура позволяет при двухкратном изменении нагрузки достичь параметрической.

Аннотация: Приведены расчетные энергетические характеристики тягового привода электровоза 2ЭС5К при работе в середине фидерной зоны контактной сети. На всем диапазоне регулирования, особенно в начальной зоне малых мощностей, тяговый привод с разработанным преобразователем входного электрического сопротивления имеет преимущества. Коэффициент искажения синусоидальности напряжения на токоприемнике электровоза с выпрямительно-инверторным преобразователем составляет 10, 87%, с применением электрического полупроводникового вариатора в таком же режиме ведения поезда этот коэффициент равен 7, 5%. Показано, что регулированием мощности локомотива путем изменения электрического сопротивления в процессе передачи и потребления электроэнергии из контактной сети повышается энергетическая эффективность и электромагнитная совместимость локомотива с системой электроснабжения без применения дополнительного оборудования.

Аннотация: На основе линейной эквивалентной схемы преобразователя постоянного напряжения (ППН), построенной в предположении синусоидальности тока в последовательном LС-контуре, методом основной гармоники получены приближенные выражения для расчета нагрузочных и регулировочных характеристик ППН. Сравнение нагрузочных характеристик, построенных по ранее обоснованной точной методике, основанной на методе припасовывания, и по полученным приближенным формулам, показывает, что метод основной гармоники может быть использован для расчётов статических характеристик при фазовом регулировании в режиме непрерывного тока с приемлемой для практики точностью. В режиме прерывистого тока метод даёт завышенные значения выходного напряжения за исключением режима, близкого к холостому ходу, где занижает значения напряжения. Погрешность метода основной гармоники возрастает с уменьшением относительной длительности импульсов на выходе инверторного моста.

Аннотация: Путем математического моделирования выполнен анализ характеристик выходных фильтров электромагнитной совместимости преобразователя частоты, в том числе логарифмических амплитудно-частотных характеристик. В установившемся режиме работы при несущей частоте широтно-импульсной модуляции 2, 5 кГц и основной частоте напряжения питания асинхронного двигателя 50 Гц рассмотрены фильтры с различными параметрами, в том числе при разных схемах подключения демпфирующих резисторов - при параллельном подключении индуктивности в продольной ветви фильтра и при последовательном подключении емкости в поперечной ветви фильтра. Также рассмотрен фильтр, не содержащий демпфирующих резисторов. Учтены потери в фильтрах. Для фильтра без демпфирующих резисторов сделан вывод о необходимости учета паразитных параметров конденсаторов: эквивалентной последовательной индуктивности; эквивалентного последовательного сопротивления; эквивалентного параллельного сопротивления, учитывающего токи утечки через конденсатор; стабилитрона, имитирующего поведение конденсатора при перенапряжениях.

Аннотация: Рассмотрена физическая модель тиристорного регулятора переменного напряжения с микроконтроллерным управлением, работающего на активно-индуктивную нагрузку. Для повышения уровня энергоэффективности существующих электроэнергетических систем важным условием является организация регулирования уровня напряжения питающих центров выше или ниже номинального значения. В существующих структурах коэффициент трансформации в большинстве случаев является постоянным, что не позволяет учесть реальные неравномерности потребления электрической энергии. Применение в составе трансформаторного оборудования тиристорного регулятора напряжения даёт возможность решить указанную проблему. Представляется перспективным предварительный этап физического моделирования описанного процесса посредством создания программно-технического комплекса, позволяющего имитировать процесс транспорта электрической энергии от центров питания к потребителю.

Аннотация: Основные временные параметры устройств выборки и хранения (УВХ) - время выборки и время хранения, порождают и основные недостатки данных устройств: большое время выборки и малое время хранения, которые не могут быть устранены лишь изменением емкости конденсатора хранения. Схемные решения типовых УВХ, временные параметры которых в явном виде определяются емкостью конденсатора хранения, обеспечивают лишь сокращение времени выборки при одновременном сокращении времени хранения, или увеличение времени хранения при одновременном увеличении времени выборки. Попытка увеличения времени хранения при одновременной неизменности времени выборки, или уменьшения времени выборки при одновременной неизменности времени хранения, привела к разработке УВХ с улучшенными временными параметрами. Улучшение временных параметров УВХ достигается принудительным снижением тока разряда конденсатора хранения. При неизменности времени выборки разработанное схемное решение построения УВХ обеспечивает более чем пятикратное увеличение времени хранения.

Аннотация: Управление моментом включения pnpn-структуры полупроводникового прибора изменением интенсивности освещения позволило управлять задержкой включения полупроводниковой структуры. Подобный эффект может быть положен в основу прямого управления полупроводниковым преобразователем, что исключает наличие узла синхронизации в составе системы управления выпрямителем и позволяет отказаться от использования сложных элементов. Экспериментально установлено отсутствие снижения надежности работы выпрямителя. Приводятся опытные данные по разбросу регулировочных характеристик тиристоров, взятых из одной партии, откуда следует пропорциональная взаимозависимость фототока и угла открытия тиристора, а также пропорциональность диапазона регулирования тока в разных экземплярах. Использованная в опытах принципиальная схема включения и расчет цепей управления оптотиристорами для заданного диапазона регулирования выходного напряжения позволяет реализовать управление выпрямлением, пропорциональное сигналу задания. Результаты опытов применимы на практике и допускают режимы с длительной непрерывной работой, поскольку при испытаниях не было зафиксировано отказов. Температурный дрейф характеристик может компенсироваться работой отрицательной обратной связи системы управления. Причем не было зафиксировано значительных колебаний выпрямленного напряжения, поскольку это в основном зависит от точности исходного регулирования. Применение такого способа управления наиболее целесообразно в высоковольтных сетях.

Аннотация: В работе предложено схемное решение AC/DC преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное с изолированным выходом. Преобразователь состоит из одинаковых фазных модулей с прямоходовыми импульсными трансформаторами, на первичные обмотки которых через силовые ключи подаются фазные напряжения сети. Вторичные обмотки трансформаторов подключены к выпрямителям, выходы которых соединены последовательно. Энергия, запасаемая в индуктивности намагничивания прямоходовых трансформаторов, также передается в нагрузку через дополнительный вспомогательный преобразователь небольшой мощности. Представленное схемное решение позволяет обеспечить управление сетевыми токами преобразователя, что дает возможность выполнить активную коррекцию коэффициента мощности. Схема отличается малым числом полупроводниковых ключей в силовой цепи благодаря использованию принципа непосредственного преобразования. Кроме того, предложенное построение схемы позволяет применить силовые ключи с уменьшенным допустимым напряжением. Использование преобразования энергии на высокой частоте дает возможность снизить массу и габариты устройства. Преобразователь может быть использован для решения задач питания электрической дуги для сварочных и плазменных процессов. При этом возможно формирование выходной характеристики любого типа, от стабилизации напряжения до стабилизации тока. При необходимости возможно обеспечение повышенного напряжения холостого хода для облегчения поджига сварочной дуги.

Аннотация: Дается описание оригинальных силовых схем для согласования скоростей взаимосвязанных через механическое оборудование электромеханических систем постоянного и переменного тока. В основу работы положен наиболее надежный и менее инерционный принцип токопараметрического согласования за счет перераспределения токов якоря, ротора или статора с целью минимизации упругих колебательных моментов системы. Приводятся результаты моделирования в среде Matlab/Simulink.

Аннотация: Рассмотрен подход к формированию тепловой модели силового IGBT модуля на основе метода электротепловой аналогии. В отличие от традиционных одномерных тепловых моделей, новая модель дополнена тепловыми взаимосвязями между кристаллами. Параметры тепловых взаимосвязей определялись с помощью исследования трёхмерной модели силового модуля в среде ANSYS. Предложенная модель предназначена повысить качество прогнозирования температуры кристаллов силового модуля за счёт учёта теплового взаимовлияния кристаллов.

Аннотация: Определены структурные схемы электроупругого актюатора наномехатронных систем при обобщенном пьезоэффекте с учетом противоЭДС из-за прямого пьезоэффекта. Получены структурно-параметрические модели электроупругих актюаторов наномехатронных систем при поперечном, продольном, сдвиговом и обобщенном пьезоэффектах, управлении по напряжению или току. Структурно-параметрические модель и структурные схемы с обратными связями для электроупругих актюаторов наномехатронных систем отображают преобразование электрической энергии в механическую. В зависимости от вида управления электроупругого актюатора по напряжению или току определены его структурно-параметрическая модель и структурная схема. Найдены максимальные усилия и механические напряжения, которые развивает пьезоактюатор наномехатронных систем при поперечном, продольном, сдвиговом, обобщенном пьезоэффектах. Определены упругие податливости и жесткости, а также передаточные функции пьезоактюатора в зависимости от вида управления в наномехатронной системе - по напряжению или току.

Аннотация: Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению спектрального состава ЭДС полупроводникового преобразователя напряжения в электротехническом комплексе повышенной частоты (ЭТКПЧ), предназначенном для создания локальных систем электропитания электротехнологических установок, при расчетах токов и напряжений с применением частотного анализа. Проведено исследование спектрального состава передаваемой активной мощности. Выполнено сравнение опытных и расчетных значений мощности, выделяемой в нагрузке, КПД ЭТКПЧ и осциллограмм напряжения в высоковольтной кабельной линии ЭТКПЧ. Представлена методика определения значений амплитуды гармоник, погрешностей вычисления технических параметров ЭТКПЧ при заданном числе гармоник. Установлено, что для достоверного определения при расчете электрических параметров и характеристик такого устройства необходимо использовать вариант представления осциллограммы ЭДС в виде "трапеции" с паузой. Получено также, что при передаче активной мощности с использованием несинусоидальных токов и напряжений на первую гармонику приходится не менее 90% ее значения, а для расчетного определения этого параметра с погрешностью менее 0, 0001% требуется учитывать первые 30 гармоник.

Аннотация: В основе современных систем электродвижения - преобразователь частоты, осуществляющий плавный запуск и регулирование частоты вращения двигателя. Широко применяемые преобразователи с широтно-импульсной модуляцией отличаются простотой схемотехники, однако имеют проблемы электромагнитной совместимости с питающей сетью и оборудованием, причем существует прямая зависимость между себестоимостью преобразователя частоты и качеством напряжения. Использование разного рода фильтров в преобразователе частоты позволяет решить вопрос качества электроэнергии, но ведет к увеличению массы, габаритов и стоимости всей системы электропривода. Существует разновидность непосредственного преобразователя частоты, состоящего из двух каналов и формирующего синусоидальное выходное напряжение, не имеющее разрывов. Это позволяет отказаться от применения дорогостоящих фильтров и улучшить технические характеристики системы в целом. Однако использование двухканального преобразования частоты в общем случае связано с увеличением числа коммутирующих ключей (IGBT), что повышает себестоимость установки и снижает ее надежность. Предлагаемый в статье вариант построения системы обеспечивает 1, 5-кратное уменьшение числа ключей при использовании для преобразования частоты всего лишь двух многофазных обмоток трансформатора или генератора.

Аннотация: Проблема создания инверторов напряжения повышенной мощности (до единиц мегавольт-ампер) связана с решением задач электромагнитной совместимости, включая проблему помехоизлучения. Такие электронные устройства востребованы, например, в малой энергетике при использовании энергии ветра, воды и солнца. Одним из перспективных направлений решения указанных проблем является синтез электронных устройств на основе использования принципа многоканального преобразования (МКП). Отличительными особенностями рассматриваемой в статье структуры трехфазного инвертора напряжения (ТИН) с МКП комбинированного типа (ТИН-Ц-MxL) являются: 1) возможность реализации инвертирования повышенного уровня мощности при ограниченных по мощности и частоте возможностях располагаемой полупроводниковой элементной базы; 2) минимально возможная частота преобразования (равная лишь удвоенной частоте выходного напряжения ТИН-Ц-MxL) за счет использования энергосберегающего алгоритма регулирования напряжения в каналах; 3) низкий уровень квантования выходного напряжения, достигаемый использованием для его формирования не ШИМ, а амплитудно-импульсной модуляции (АИМ), которая способствует улучшению КПД, электромагнитной совместимости, в том числе снижению уровня помехоизлучений. Предложен способ селективного подавления ближайших по частоте к основной гармонике высших гармоник, обеспечивающий улучшение массогабаритных показателей выходного фильтра. Дано модельное описание напряжения с АИМ с селективно подавленными высшими гармониками, обеспечивающее проектирование выходного фильтра. Целесообразная область применения ТИН-Ц-MxL - стационарные генерирующие электротехнические комплексы для малой энергетики (ветро- и гидроэнергетические установки, солнечные электростанции).

Аннотация: Рассмотрено устройство для симметрирования токов в трехфазных сетях электроснабжения, состоящее из трехфазного полупроводникового преобразователя, выходных согласующих дросселей и конденсаторных батарей на стороне постоянного тока преобразователя. Обратная связь системы управления регулятора выполнена по токам дросселей. Алгоритм определения сигналов задания реализован на раздельном вычислении токов прямой, обратной и нулевой последовательностей с помощью уравнений, основанных на преобразовании Парка-Горева. Для модуляции вычисленных сигналов используется широтно-импульсная модуляция напряжений преобразователя. Для исследования работы компенсатора мощности несимметрии и алгоритмов управления разработана компьютерная модель в программе MatLab/Simulink с использованием библиотеки SimPowerSystems. Представлены результаты экспериментов на физическом макете регулятора мощностью 3 кВА, осуществляющего компенсацию токов несимметрии. Приведены диаграммы для случая симметрирования токов в трехфазной сети с нейтральным проводом и без него при обрыве одной фазы. Также приведены диаграммы при совмещении функции симметрирования и компенсации реактивной мощности.

Аннотация: Рассмотрены нетрадиционные схемотехнические решения для построения обратимых многофункциональных импульсных преобразователей (МИП) переменных (в том числе - трехфазных) и постоянных напряжений с регулируемыми параметрами, коррекцией коэффициента мощности, заданной формой внешних вольтамперных характеристик и мягкой коммутацией. Такие МИП предусматривают гибкую модульно-масштабируемую архитектуру с последовательным и параллельным наращиванием количества модулей. Предложенные решения позволяют синтезировать транспортные и стационарные электроэнергетические комплексы с высокотехнологичной гибкой модульно-масштабируемой архитектурой на базе отечественных силовых полупроводниковых ключей. Статья представляется полезной для широкого круга исследователей и разработчиков вторичных источников электропитания стационарных и транспортных систем электроснабжения, в частности - перспективных полностью электрифицированных самолетов, систем транспортно-тяговой электротрансмиссии с контактно-сетевым и автономным питанием (с возвратом энергии в источник при рекуперативном торможении), ветро- и дизель-электростанций, "высоковольтных электронных трансформаторов" и др.

Аннотация: Рассмотрен новый способ управления выпрямителем, построенным на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВМП), конструктивно выполненным с четным числом секций круговой обмотки (КО), который позволяет удвоить число пульсаций выпрямленного напряжения на периоде питающего напряжения, что приводит к уменьшению размаха пульсаций и улучшает качество выпрямленного напряжения. Анализируется геометрическое подобие КО ТВМП, позволяющее реализовать новый способ управления. Представлены алгоритмы коммутации силовых ключей для классического и нового способов управления для любого четного числа секций КО. В качестве примера рассмотрена очередность коммутации силовых ключей для КО с десятью секциями. Показаны формы выходного напряжения для различной глубины его регулирования. Представлена методика расчета регулировочной характеристики для классического и нового способов управления, а также соответствующие графики. Для приведенного примера, когда КО имеет десять секций, дана оценка эффективности нового способа управления, приведены зависимости коэффициента пульсаций по напряжению от среднеквадратичного значения выпрямленного напряжения. Дан сравнительный анализ количества пульсаций при различном числе секций круговой обмотки и определен гармонический состав спектра выходного напряжения для рассматриваемого примера. Сделан вывод о том, что в случае применения нового способа управления для достижения требуемого качества выпрямленного напряжения число секций круговой обмотки может быть уменьшено в два раза по сравнению с классическим способом управления, что упростит изготовление магнитопровода трансформатора, в два раза уменьшит число пар силовых ключей, коммутирующих отводы круговой обмотки, уменьшит массогабаритные и стоимостные показатели полупроводникового коммутатора и самого ТВМП. Применение нового способа управления позволяет приблизить эффективность применения управляемого выпрямителя с четным числом секций круговой обмотки трансформатора к эффективности применения трансформатора с нечетным числом секций КО и классическим способом управления. Новый способ управления обеспечивает выполнение требований к допустимому значению коэффициента пульсаций выходного напряжения управляемого выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем, установленному ЮСТ13109-97, при меньшем среднеквадратичном значении выпрямленного напряжения.

Аннотация: Представлены результаты продолжающихся исследований статики и динамики резонансного преобразователя постоянного напряжения (ППН) с фазовым регулированием. Для точного расчета переходных процессов был реализован метод припасовывания в векторно-матричной форме, который, однако, сложен для практического использования и затрудняет получение обобщенных характеристик динамических свойств ППН, необходимых для разработки замкнутых систем управления ППН. Предлагается методика анализа динамики резонансного ППН в режиме прерывистого тока (РПТ), основанная на разделении процессов на быстрые (в резонансном контуре) и медленные (в цепи выходного фильтра с нагрузкой) в сочетании с методом усреднения. Предложена упрощенная методика расчета процессов в ППН, по которой определяется среднее значение тока в LC-контуре за полпериода переключений и затем используется для расчета напряжения на конденсаторе LC-контура в конце полупериода при известном значении этого напряжения в начале полупериода, а также для расчета процесса в выходной цепи ППН. Проведена линеаризация динамической модели ППН, в результате которой получены дискретные структурные модели, пригодные для синтеза системы управления ППН, а также простая непрерывная модель. Достоверность результатов проверяется определением по предложенной методике параметров установившегося режима и их сравнением с ранее полученными результатами.