МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ПОСТОЯННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ЦЕПЯХ ИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается проблема определения постоянной составляющей тока в трансформаторных цепях силовой электроники. Постоянная составляющая тока является важным показателем работы силовых электронных устройств, поскольку ее значение влияет на эффективность и энергопотребление системы. В статье представлен обзор существующих методов определения постоянной составляющей тока, включая датчики тока, алгоритмы обработки данных и математические модели. Описывается их принцип работы, преимущества и недостатки. Также в статье представлен сравнительный анализ различных методов и предложены рекомендации по выбору оптимального метода для конкретных задач.

ABSTRACT

This article discusses the problem of determining the constant component of current in transformer circuits of power electronics. The constant component of the current is an important indicator of the operation of power electronic devices, since its value affects the efficiency and energy consumption of the system. The article provides an overview of existing methods for determining the constant component of the current, including current sensors, data processing algorithms and mathematical models. Their principle of operation, advantages and disadvantages are described. The article also presents a comparative analysis of various methods and offers recommendations on choosing the optimal method for specific tasks.

Ключевые слова: постоянная составляющая, Шоттки, трансформатор, силовая электроника, Холловские датчики .

Keywords: Constant component, Schottky, transformer, power electronics, Hall sensors..

Введение

С развитием современных технологий силовая электроника играет все более важную роль в различных отраслях промышленности. Трансформаторные цепи, используемые в силовой электронике, широко применяются для преобразования энергии и снижения тока. Однако, постоянная составляющая тока, которая возникает в этих цепях, оказывает значительное влияние на работу системы. Поэтому точное измерение постоянной составляющей тока является очень важным для обеспечения эффективности и надежности силовой электроники. Постоянная составляющая тока в трансформаторных цепях силовой электроники может зависеть от нескольких факторов:

Напряжение источника: Постоянная составляющая тока может быть прямо пропорциональна напряжению источника переменного тока или постоянного тока, который используется для питания трансформаторной цепи. Изменение величины входного напряжения может привести к изменению постоянной составляющей тока.

Магнитная индукция в обмотке трансформатора: Постоянная составляющая тока также зависит от магнитной индукции в обмотке трансформатора. Изменение магнитной индукции может изменить постоянную составляющую тока. Управление магнитной индукцией может осуществляться с помощью различных методов, таких как изменение ширины импульсов управляющего сигнала или использование специальных управляющих устройств.

Частота переменного тока: Частота переменного тока также может влиять на постоянную составляющую тока. Изменение частоты может изменить амплитуду и фазу переменной составляющей тока, что в свою очередь может повлиять на постоянную составляющую.

Сопротивление цепи: Постоянная составляющая тока может быть влиянием сопротивления цепи. Увеличение сопротивления может привести к уменьшению постоянной составляющей тока, а уменьшение - к увеличению.

Одним из ключевых моментов является то, что постоянная составляющая тока в трансформаторной цепи появляется в результате процессов, происходящих в трансформаторе, процессах коммутации и возможных нелинейностях в цепи. Поэтому для эффективного управления постоянной составляющей важно учитывать все перечисленные факторы.

Текущие методы измерения постоянной составляющей тока:
В данной статье представлен обзор различных методов измерения постоянной составляющей тока в трансформаторных цепях. Один из методов основан на использовании датчиков тока, таких как Холловские датчики или датчики на основе эффекта Шоттки. Эти датчики обладают высокой точностью и быстрым временем реакции, но могут быть дорогостоящими и требовать сложной калибровки. Эффект Шоттки основан на явлении формирования потенциального барьера на границе контакта между полупроводником и металлом. При таком контакте возникает определенная величина потенциального барьера, называемая барьерной высотой. Когда через этот контакт протекает ток, металлическая сторона будет иметь постоянное напряжение, в то время как полупроводниковая сторона будет иметь переменное напряжение с переменной составляющей.

Для определения постоянной составляющей тока с использованием эффекта Шоттки применяются специальные диоды, называемые Шоттки-диодами. Характерные черты Шоттки-диодов - это низкое падение напряжения на переходе (обычно менее 0,5 В) и высокая скорость переключения. Они имеют высокую чувствительность к постоянной составляющей тока, позволяющую надежно обнаружить и измерить ее.

В трансформаторных цепях силовой электроники Шоттки-диод устанавливается в параллель с обмоткой трансформатора, через которую протекает ток. Переменная составляющая тока будет протекать через обмотку и Шоттки-диод, в то время как постоянная составляющая тока будет протекать только через Шоттки-диод.

Для измерения постоянной составляющей тока используется специальный аналоговый или цифровой схемный блок, который осуществляет обработку сигнала с Шоттки-диода. Полученное значение сигнала будет соответствовать постоянной составляющей тока в цепи.

Преимуществами метода на основе эффекта Шоттки являются:

Высокая чувствительность к постоянной составляющей тока.

Низкое падение напряжения на Шоттки-диоде, что позволяет получить более точные измерения.

Быстрая реакция на изменения составляющей тока.

Основным недостатком этого метода является необходимость использования специальных Шоттки-диодов, которые могут быть дороже и менее доступны, чем обычные диоды.

В целом, метод на основе эффекта Шоттки является эффективным способом измерения постоянной составляющей тока в трансформаторных цепях силовой электроники, обеспечивая высокую чувствительность и точность измерений.

Другим методом является алгоритмический подход, который основан на обработке данных с использованием соответствующих математических моделей. Такой подход может обеспечить достаточную точность, но требует вычислительных ресурсов и достаточно сложен для реализации. Основной принцип алгоритмического подхода заключается в том, что сначала измеряется переменная составляющая тока в цепи, а затем с помощью алгоритмов и математических моделей проводится обработка этих данных для определения постоянной составляющей тока.

Для начала измерения переменной составляющей тока используются датчики тока, такие как токовые трансформаторы или Холловские датчики. Они предоставляют данные об амплитуде и фазе переменной составляющей тока.

После получения данных переменной составляющей тока, применяются алгоритмы обработки данных и математические модели для определения постоянной составляющей тока.

Применяемые алгоритмы могут включать, например, фильтрацию сигнала, вычитание среднего значения переменной составляющей тока или применение метода среднего значения для определения постоянной составляющей.

Математические модели могут варьироваться в зависимости от конкретной ситуации и требований системы. Некоторые из них могут основываться на предположении линейности или стационарности системы, другие могут использовать регрессионный анализ или нейронные сети для предсказания постоянной составляющей тока.

Преимуществами алгоритмического подхода являются:

Возможность использования обычных датчиков тока без необходимости специальных элементов.

Гибкость и адаптивность к различным условиям работы системы.

Возможность учета сложных факторов и изменений в трансформаторной цепи. Недостатком алгоритмического подхода может быть сложность реализации и требования к вычислительным ресурсам, особенно для более сложных алгоритмов и моделей. Целесообразность использования алгоритмического подхода для определения постоянной составляющей тока зависит от требований системы, доступных ресурсов и точности, которая требуется.

Сравнительный анализ методов: В статье проведен сравнительный анализ преимуществ и недостатков различных методов определения постоянной составляющей тока. В результате анализа выяснено, что использование датчиков тока обеспечивает высокую точность измерения, но может быть дорогостоящим и требовать сложной калибровки. Алгоритмический подход, с другой стороны, может быть более доступным, но требует вычислительных ресурсов и сложен для реализации. Проведенный анализ позволяет сделать вывод о том, что оптимальный метод определения постоянной составляющей тока зависит от конкретных требований системы и ее бюджетных ограничений.

Заключение

В данной статье были представлены различные методы определения постоянной составляющей тока в трансформаторных цепях силовой электроники. Был проведен сравнительный анализ преимуществ и недостатков различных методов, что позволило сделать вывод о том, что оптимальный метод выбирается на основе конкретных требований системы. Дальнейшие исследования могут быть направлены на разработку более точных и удобных методов определения постоянной составляющей тока в трансформаторных цепях силовой электроники.

Список литературы:

1. Ровдо, А. А. Полупроводниковые диоды и схемы с диодами. Книга / А. А. Ровдо. – М.: ДМК пресс, 2019. - 289 с.
2. Богомолов, В.Н. Устройства с датчиками Холла и датчиками магнитосопротивления. Книга / В. Н. Богомолов. – М.: ГОСЭНЕРГОИЗДАТ, 1961. - 170 с.