СБОРНИК
НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ

ISSN: 2307-6879
English | Русский

Последний выпуск
№2(92) Апрель - Июнь 2018

СТЕНД ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ КУКА

Выпуск № 4 (86) Октябрь - Декабрь 2016
Авторы:

Р.И. ЯКИМОВ,
Е.А. АКСЕНОВ
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/2307-6879-2016-4-131-143
Аннотация
Импульсные преобразователи постоянного напряжения (ИППН) широко применяются в сетях электропитания. Среди множества схем ИППН можно выделить преобразователь Кука. Данный преобразователь отличается от других схем непрерывностью входного и выходного токов, что значительно снижает уровень помех, генерируемых при работе преобразователя. К выходному напряжению преобразователя предъявляются требования на показатели качества переходных процессов, возможность обеспечения которых в значительной степени зависит от эффективности применяемых алгоритмов управления. Построение систем управления преобразователями исследуется во многих работах, где обычно рассматриваются лишь результаты численного моделирования. Поэтому было решено собрать стенд для проведения экспериментов, результаты которых можно сравнить с результатами численного моделирования. В основу стенда положена схема преобразователя Кука, в которой номиналы основных элементов схемы имеют следующие значения: силовые дроссели L1= 456 мкГн и L2 = 317 мкГн, конденсаторы  С1 = С1 =

= 470 мкФ. Силовой ключ – полевой транзистор IRF3808PBF, а силовой диод – STTH2003CG. В качестве системы управления (СУ) используется цифровая СУ, реализованная на микроконтроллере (МК) STM32F107. В рассматриваемом стенде частота дискретизации равна 30 кГц, задействовано 3 канала АЦП (первый канал – считывание значения датчика тока, второй канал – считывание значения датчика напряжения буферного конденсатора, третий канал – считывание значения датчика выходного напряжения). Датчик тока реализован на специальной микросхеме ASC712 и используется для получения значения тока входной индуктивности (L1). Датчики напряжения спроектированы с использованием различных включений операционных усилителей (в макете используются ОУ LM358). Они предназначены для измерения напряжения на выходе преобразователя, а также напряжения на буферном конденсаторе (С1). Для согласования сигналов между МК и силовым ключом используется специализированный драйвер. На этапе настройки системы управления необходимо обеспечить связь МК и ПК. В качестве интерфейса связи был выбран USART. Безопасность работы стенда обеспечивается гальванической развязкой на отдельной плате (плата состоит из двух микросхем и их обвязки.Микросхема ADUM предназначена для обеспечения гальванической развязки, микросхема FTDI – переходник USB-UART). В работе приведена функциональная схема, показывающая взаимосвязи между основными элементами стенда; дано описание принципиальных схем, раскрывающих схемные реализации всех частей стенда, а также приведены их подробные описания. В целях отладки микропроцессорной части стенда, алгоритмов управления и отслеживания текущего состояния системы используется специальная программа.
Ключевые слова: преобразователи постоянного напряжения, импульсные преобразователи, преобразователь Кука, силовая электроника, широтно-импульсная модуляция, микроконтроллер

Список литературы
1. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. – 671 с.

2. Erickson R.W. Fundamentals of power electronics. – [S. l.]: Springer Science & Business Media, 2013. – 773 p.

3. Ишматов З.Ш. Микропроцессорное управление электроприводами и технологическими объектами. Полиноминальные методы: монография. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. – 278 с.

4. Лихошерст В.И. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии с импульсным регулированием. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. – 116 с.

5. Сапсалев А.В., Харитонов С.А., Алгазин Е.И. Система электроснабжения автономных транспортных объектов // Омский научный вестник. – 2013. – № 2 (120). – С. 249–253.

6. Yurkevich V.D. Design of controller for buck-boost converter // Proceedings of 9th Russian-Korean International Symposium on Science and Technology, KORUS-2005, Novosibirsk, Russia, 26 June – 2 July 2005. – Novosibirsk, 2005. – P. 741–745.

7. Yurkevich V.D. PWM controller design based on singular perturbation technique: a case study of buck-boost DC-DC converter // Proceedings of the 18th IFAC World Congress, Milan, Italy, 28 August – 2 September 2011. – Milan, 2011. – P. 9739–9744. – doi: 10.3182/20110828-6-IT-1002.00963.

8. Yurkevich V D., Zinoviev G.S., Gordeev A.A. PWM current controller design for multi-level DC-DC converter via singular perturbation technique // The 12th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2011), Erlagol, Altai, Russia, 30 June – 4 July 2011. – Novosibirsk, 2011. – P. 390–398.

9. Ryvkin S., Himmelstoss F.A. Control problem of a novel low-voltage DC converter // COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering. – 2012. – Vol. 32, iss. 1. – P. 220–232.

10. Романов А.В. Экспериментальное исследование устойчивости импульсного преобразователя постоянного напряжения // Электротехнические комплексы и системы управления. – 2008. – № 1. – С. 52–53.

11. Numerical and experimental study of the region of period-one operation of a PWM boost converter / E. Toribio, A. El Aroudi, G. Olivar, L. Benadero // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2000. – N 15 (6). – P. 1163–1171.

12. Experimental results of laboratory tests of electrical starting system powered by a DC source / M.A. Zharkov, P.A. Bachurin, S.A. Kharitonov, D.V. Korobkov, R.Yu. Sarakhanova, V.S. Simin // Proceedings of 17th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2016), Erlagol, Altai, 30 June – 4 July 2016. – Novosibirsk, 2016. – P. 623–627.

13. Cuk S., Middlebrook R.D. A new optimum topology switching DC-to-DC converter // Proceedings of IEEE Power Electronics Specialists Conference PESC’77, 14–16 June 1977, Palo Alto, California. – New York: IEEE, 1977. – P. 160–179.

14. Cuk S. A new zero-ripple switching DC-to-DC converter and integrated magnetics // Proceedings of IEEE Power Electronics Specialists Conference PESC’80, Atlanta, Georgia, 16–20 June 1980. – New York: IEEE, 1980. – P. 12–32.

15. Chen Z. PI and sliding mode control of a Cuk converter // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2012. – Vol. 27, iss. 8. – P. 3695–3703.

16. Aksenov E.A., Yurkevich V.D. Control system design based on sliding mode control and singular perturbation technique for a Cuk converter // Proceedings of the 13th International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE-2016), Novosibirsk, Russia, 3–6 October 2016. – Novosibirsk, 2016. – Vol. 1, pt. 3. – P. 77–82.

17. Aksenov E.A., Yurkevich V.D. Sliding mode and time-scales in control system design for a Cuk converter // Proceedings of 17th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2016), Erlagol, Altai, 30 June – 4 July 2016. – Novosibirsk, 2016. – P. 401–406.

18. Аксенов Е.А., Юркевич В.Д. Синтез каскадной системы управления для преобразователя Кука // Сборник научных трудов НГТУ. – 2015. – Вып. 3 (81). – С. 7–20.

19. Aksenov E.A., Yurkevich V.D. Cascaded control system design for a Cuk converter via singular perturbation approach // Proceedings of 16th Annual International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2015), Altai, Erlagol, 29 June – 3 July, 2015. – Novosibirsk, 2015. – P. 534–541.
Просмотров: 221