01 июля 2017г.
Аннотация. Рассматривается физическая модель резонатора инвертора напряжения. Резонатор
представляется в виде последовательного контура, содержащего резистор, индуктивную катушку и
конденсатор. Процессы в резонаторе инвертора эквивалентно представляются как действие источника напряжения в виде разнополярных импульсов – меандра. Качественное исследование физической модели в режиме резонанса проводится методом фазовой плоскости. Построение предельных циклов, соответствующих особым точкам типа центр, выполняется с помощью осциллографа типа GW Instek модели GOS-620. Особое внимание уделяется анализу скачкообразных процессов напряжения на индуктивной катушке.
Ключевыеслова: инвертор, резонатор, модель, меандр, метод фазовой плоскости, предельный цикл, резонанс напряжений, скачки напряжения.
Цель: Упрощение анализа электромагнитных процессов в физической модели инвертора на основе действия источника напряжения в виде разнополярных импульсов – меандра. Построение схемотехнических решений реализации метода фазовой плоскости. Исследование взаимного соответствия переменных процесса в отсутствии явной зависимости от времени с учётом реальных параметров элементов резонатора. Анализ предельных циклов и режима напряжений на индуктивной катушке, позволяющий устанавливать адекватность создаваемых математических моделей.
Инверторы находят широкое применение в преобразовательной технике и силовой электронике. В связи с интенсивным развитием элементной базы и необходимостью анализа особых режимов в этих устройствах, актуальной задачей является качественный анализ электромагнитных процессов. Одним из эффективных подходов к решению данной задачи является применение метода фазовой плоскости. Инверторы резонансного типа имеют преимущества в режиме коммутации ключей [1,5].
В работе [1] приведены результаты исследования свободных процессов в резонаторе при действии на контур напряжения в форме меандра. Построены фазовые траектории с особыми точками типа фокус [2]. Основой построения фазовых траекторий являются найденные аналитические решения.
Для исследования электромагнитных процессов в цепи инвертора (Рис.1, а) используется источник напряжения (Рис.1, б) в виде разнополярных импульсов – меандра [3,4]
Исследования проведены на стенде с заданными значениями параметров элементов цепи: R = 10
Ом; L = 80 мГн; С = 1,65 мкФ.
Полагается в схеме Рис.1(а) емкость конденсатора фильтра СФ>>C.
Амплитуда входного напряжения устанавливается равной 
Фазовый портрет, определяемый предельным циклом зависимости 
Для получения фазовой траектории [3], определяемой зависимостью тока 
подключен осциллограф по схеме Рис. 2.
Ось Х как аргумент соответствует току 
Ось Y как функция соответствует производной 
Полуплоскость справа, то есть при X>0, соответствует зависимости напряжения на катушке 𝑢𝐿 (𝑡) от тока 𝑖(𝑡) при положительном значении импульса меандра. Слева, при Х<0 - при отрицательном значении импульса. Характерно, что в момент изменения полярности меандра, как видно из Рис. 5, напряжение на катушке изменяется скачкообразно.
Осциллограммы мгновенных значений на Рис. 6 свидетельствуют о скачкообразном изменении напряжения 𝑢𝐿 (𝑡). Изменение знаков импульсов меандра, соответствующее переключению ключей в инверторе, происходит при токе равном нулю.
Выводы:
1. Представление электромагнитных процессов инвертора резонансного типа мостовой или полумостовой схемы, в виде воздействий на контур разнополярными импульсами меандра, существенно упрощает экспериментальное исследование и расчет режимов.
2. Предложены схемотехнические решения получения фазовых траекторий резонатора инвертора с учетом реальных параметров его элементов.
3. Использование метода фазовой плоскости позволяет упростить анализ взаимосвязи переменных в отсутствии явной зависимости их от времени. Проведен анализ особенностей режима индуктивной катушки в инверторе.
Список литературы
1. Башкиров Д.А., Гусев Г.Г., Иванов И.О., Разницын П.А. Исследование электромагнитных процессов на фазовой плоскости в резонаторе при импульсном воздействии. III Международная научно-практическая конференция
«Вопросы
технических наук: новые подходы в решении актуальных проблем». Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции , № 3, с. 130 – 133, г. Казань, 2016.
2.
Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники электрические цепи. Изд-во Юрайт,2013.
3.
Сборник задач
по теоретическим основам электротехники, Т.1. Под редакцией чл.-корр. РАН П.А. Бутырина. с.430-439. Москва. Издательский дом МЭИ,2012.
4.
Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушил А. В., Страхов С. В. Основы теории цепей, М.: Энергоатомиздат, 1989.
5.
Розанов Ю.К, Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника. Учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2009
