автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Однотактный комбинированный преобразователь в системах заряда аккумуляторных и конденсаторных батарей

На правах рукописи

Матвеев Константин Федорович

ОДНОТАКТНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ В СИСТЕМАХ ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНЫХ И КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Специальность 05.09.12 - Силовая электроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Томск 2005

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент, Семенов Валерий Дмитриевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Семиглазов Анатолий Михайлович кандидат технических наук, доцент, Ярославцев Евгений Витальевич

Ведущая организация федеральное ФГУП НПЦ «Полюс», г. Томск

Защита состоится 15 декабря 2005 в 9°° на заседании диссертационного совета Д 212.268.03 в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, ауд. 230

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники

Автореферат разослан У { ноября 2005

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент, Мещеряков Роман Валерьевич

л

'клочь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Аккумуляторные батареи (АБ) являются автономными источниками электрической энергии. Они широко применяются в авто- и электротранспортной технике, в системах гарантированного электропитания и пр. В последнее время существует тенденция к увеличению необходимого напряжения батарей вплоть до 100-300 вольт. Это приводит к использованию большого числа последовательно включенных аккумуляторов (моноблоков, состоящих из нескольких элементов). Известно, что при заряде последовательно включенных аккумуляторов возникают проблемы с их симметрированием, так как характеристики отдельных аккумуляторов-моноблоков неодинаковы. Эффективно заряжать аккумуляторы возможно лишь индивидуально. В ряде случаев (батарея электромобиля, системы гарантированного электропитания и др.) невозможно осуществить перекоммутацию батареи для ее заряда и заряд необходимо производить в том включении, в котором батарея постоянно эксплуатируется.

Аналогичные проблемы возникают при эксплуатации батарей на основе конденсаторов с двойным электрическим слоем, так называемых «ио-нисторов» - импульсных энергоемких конденсаторов (ИКЭ). Используются они в некоторых случаях для замены аккумуляторов, а в основном для построения генераторов импульсных напряжений (ГИН). Номинальное напряжение конденсаторного элемента не превышает трех вольт, поэтому они, также как аккумуляторные элементы, соединяются последовательно и объединяются в моноблоки. Напряжение моноблоков ограничено (обычно не более 100 вольт), поэтому конденсаторы-моноблоки также собираются в батареи. Из-за существенного разброса параметров также необходимо их симметрирование. То есть, как объекты для зарядного устройства (ЗУ) эти конденсаторы схожи с аккумуляторами.

Для заряда нескольких аккумуляторов или конденсаторов возможно использовать

• многоканальные системы заряда, содержащие несколько независимых ЗУ - стабилизаторов зарядного тока;

• многовыходовые системы заряда, имеющие один преобразователь с несколькими выходами с характеристикой источника тока;

• общий стабилизатор, предназначенный для заряда последовательно или параллельно включенных аккумуляторов.

Из них наиболее универсальной структурой является структура многоканальной системы заряда, так как позволяет реализовывать системы заряда практически любой мощности только за счет добавления автономных каналов. Так как диапазон емкостей аккумуляторов и конденсаторов ограничен, то, разработав ЗУ, покрывающее соответствующий диапазон мощностей, МОЖНО получить универсальную систему 1япяпя ппигплную для заряда любых батарей на основе этих акку оров.

В связи с тем, что многоканальные ЗУ имеют многократно продублированные схемы зарядных преобразователей, стоимость последних составляет основную долю в стоимости всего ЗУ. Поэтому зарядный преобразователь должен быть достаточно простым. Известные схемы преобразователей напряжения, с одной или двумя обратными связями (ОС) с высоким напряжением изоляции оказываются слишком сложными для данных применений. Поэтому разработка ЗУ отличающихся простотой и малой стоимостью является актуальной задачей.

Цель работы: сформулировать общие требования к структурам и элементам систем заряда батарей на основе аккумуляторов и ИКЭ. Разработать и исследовать универсальное ЗУ для применения в многоканальных системах заряда аккумуляторных и конденсаторных батарей.

Основные задачи, которые необходимо решить для выполнения поставленной цели:

- провести анализ основных структур, применимых для заряда батарей аккумуляторов и ИКЭ;

- сформулировать основные требования к зарядному преобразователю для ЗУ и систем заряда;

- провести анализ существующих схем преобразователей отличающихся простотой силовой части и алгоритма управления;

- разработать зарядный преобразователь, удовлетворяющий поставленным требованиям;

- исследовать электромагнитные процессы в преобразователях этого класса;

- разработать инженерную методику проектирования преобразователя;

- разрешить вопросы формирования потребляемого из сети тока.

Методы исследований. Основными методами исследования были

приняты элементы теории электрических и магнитных цепей, элементы математического анализа. Численные эксперименты и моделирование базировались на использовании современных инструментальных систем. При расчетах и моделировании широко применялись программные пакеты Ог-САО, МайСАО и пакет конечно-элементного анализа А^УБ. Результаты расчетов и моделирования подтверждены экспериментально.

Научная новизна.

Предложена структура системы многоканального заряда батарей на основе аккумуляторов или ИКЭ.

Предложен универсальный однотактный комбинированный преобразователь, являющийся стабилизатором тока выходного тока, отличающийся отсутствием обратной связи по выходному току и защищенный патентом РФ.

Исследован однотактный комбинированный преобразователь и предложена методика его проектирования.

Предложена методика анализа многообмоточного трансформатора с обмотками расположенными на разных стержнях магнитопровода и учитывающая намагничивание стержней магнитопровода. Исследованы электромагнитные процессы в трансформаторе в различных режимах работы одно-тактного комбинированного преобразователя.

Предложена инженерная методика проектирования трансформатора с обмотками, расположенными на разных стержнях магнитопровода, на заданные параметры.

Основные положения, выносимые на защиту:

Заряд батарей на основе аккумуляторов и ИКЭ следует проводить системами многоканального заряда, которые могут реализовываться на универсальном ЗУ и могут выполняться на любые токи и напряжения.

Однотактный комбинированный преобразователь и алгоритм управления этим преобразователем, обеспечивающие стабилизацию выходного тока без общей обратной связи, могут быть использованы для построения универсального ЗУ для многоканальных систем заряда батарей аккумуляторов и ИКЭ.

Методика анализа электромагнитных процессов в преобразователе с трансформатором специальной конструкции, позволяющая учесть неравномерное намагничивание участков магнитопровода трансформатора специальной конструкции.

Методика проектирования комбинированного однотактного преобразователя, достоверность которой подтверждена на серийно- выпускаемом ЗУ.

Практическая ценность.

Разработан однотактный комбинированный преобразователь, являющийся стабилизатором тока и отличающийся отсутствием обратной связи по выходному току.

Предложена инженерная методика проектирования трансформатора с обмотками, расположенными на разных стержнях магнитопровода, на заданную индуктивность рассеяния для стандартного ряда сердечников типа ПК и различной геометрии этих обмоток.

Предложена инженерная методика расчета однотактного комбинированного преобразователя с учетом паразитных параметров трансформатора.

Представлены практические рекомендации по разработке и проектированию систем заряда для АБ и батарей на основе ИКЭ.

Решены вопросы формирования синусоидального входного тока за счет собственных свойств однотактного комбинированного преобразователя.

Внедрения и промышленная реализация. Результаты, полученные в процессе диссертационной работы, использованы при проектировании преобразователя для ЗУ «Исток-М», выпускаемого серийно, при создании системы питания экспериментального генератора импульсных напряжений

и зарядно-подзарядного устройства с корректором коэффициента мощности для электромобиля.

Достоверность полученных результатов подтверждается строгими математическими выводами, экспериментальными данными, и результатами, полученными при внедрении разработанных приборов.

Апробация работы. Основные результаты доложены на региональной научно-технической конференции студентов и молодых специалистов «Радиотехнические и информационные системы и устройства» (Томск, 2000г.); региональной научно-технической конференции «Радиотехнические устройства, информационные технологии и системы управления» (Томск, 2001г.); межрегиональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР» (Томск, 2002г.); всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию ТУСУР «Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления» (Томск, 2002г.); региональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР - 2003» (Томск, 2003г.); региональной научно-методической конференции «Современное образование: интеграция учебы, науки и производства» (Томск, 2003г.); Всероссийской научно-методической Совершенствование систем управления качеством подготовки специалистов» (Красноярск, 2003г.); Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики (Томск, 2003г.); всероссийской научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР - 2004» (Томск, 2004г.).

Структура работы и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 143 страницы машинописного текста, 15 страниц приложений, список литературы из 136 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулирована цель диссертационной работы, основные задачи, научная новизна и практическая ценность исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту, описана структура и объем работы.

Первая глава посвящена анализу методов и систем заряда АБ и батарей на основе ИКЭ, анализу преобразователей способных корректно работать на ЭДС с малым внутренним сопротивлением. Рассмотрены типовые структуры системы с последовательным (рис. 1 а) и параллельным (рис. 1 б) включением накопителей. Выделены достоинства и недостатки этих структур. В батарее с последовательным включением накопителей происходит разбаланс ировка напряжений во время заряда / разряда из-за разброса параметров накопителей (аккумуляторов или конденсаторов). Это приводит к перегрузке отдельных накопителей и, в конечном счете, к выходу их из строя.

вх

ВП и„ ЗУ

вкл/выкл I

готов

и„

ВП

и„

ЗУ

СУ

В батарее с параллельным зарядом накопителей разбалан- и, сировка напряжений не происходит, однако в процессе СУ работы необходимо переключать батарею с параллельного включения (заряд) на последовательное включение (разряд). После

разряда нако- -вкл/выкл

пители будут иметь различные напряжения (из-за не- рис | идентичности параметров),

поэтому при последующем включением батареи на заряд необходимо ограничивать токи, протекающие между накопителями. Необходимость переключения батареи создает определенные трудности, а в ряде случаях делает невозможным применение этого метода.

С целью устранения отмеченных предложена многоканальная структура системы заряда батарей на основе аккумуляторов и ИКЭ (рис. 2). Для каждого накопителя в батареи предусмотрен один канал со своим ЗУ, являющимся источником тока. Общей частью системы заряда является схема управления (СУ) и входной преобразователь (ВП).

т

и,

ЗУ

П5

№

да

а)

О" О

дн

б)

Последовательная (а) и параллельная (б) структуры систем заряда

Рис. 2 - Многоканальная структура системы заряда

Максимальная долговременная мощность каждого канала ЗУ для аккумуляторов определяется как Р^ шх = где U^^ - максимальное напряжение на аккумуляторе во время заряда, 1} - номинальный зарядный ток. Анализ характеристик существующих моноблочных аккумуляторов показал, что необходимая мощность каждого канала системы заряда не превышает 350Вт (для свинцово-кислотного аккумулятора 6СТ190ПМ). Мощность необходимая для заряда ИКЭ (рассматривались конденсаторы с двойным электрическим слоем производства EPCOS и ЗАО «Элит») находится в пределах 500 Вт (для конденсатора емкостью 150Ф и напряжением 28В). Мощность, необходимая для заряда ИКЭ, определялась исходя из минимального времени цикла заряд/разряд. Для большинства ИКЭ суммарное время заряда может бьггь представлено как =t3ap+l3ap „ + tPa,_n, где t^ - время импульсного заряда, 1Ър П - время паузы после заряда, ttm п - время паузы после разряда. Несмотря на то,

что ИКЭ допускает значительные импульсные токи, средняя мощность ЗУ не превышает указанные 500Вт.

Из сравнения данных по аккумуляторам и ИКЭ следует, что для заряда ИКЭ необходима мощность соизмеримая с мощностью заряда аккумуляторов. Диапазоны необходимых мощностей ЗУ для аккумуляторов и ИКЭ в значительной степени перекрываются и составляют диапазон 80^500 ватт. Это обстоятельство наряду с выявленными сходными свойствами аккумуляторов и ИКЭ позволяет говорить о возможности создания универсального ЗУ отвечающего за один канал многоканальной системы заряда батарей. К ЗУ каждого канала выдвинуты следующие требования:

• выходная мощность канала должна быть достаточна для заряда одного аккумулятора или ИКЭ (диапазон мощностей 80+500 ватт);

• ЗУ должны иметь характеристику источника тока;

• ЗУ должны обладать достаточным напряжением изоляции между первичной и вторичной стороной, для того чтобы обеспечивать гальваническую развязку между ЗУ находящимися под различными потенциалами и удовлетворять условиям электробезопасности. Многоканальные системы заряда позволяют произвольное включение

накопителей. При необходимости изменения параметров батареи накопители могут быть пересоединены в соответствующую схему. Мощность системы заряда при этом будет использоваться полностью, чего не могло быть в системах с единым ЗУ. Специальной возможностью многоканальных систем заряда является возможность построения батарей с изменяющейся во времени емкостью.

На рис. 3 показан пример применения батарей с изменяемой емкостью. Установка предназначена для распыления металлических мембран-перемычек. Технология такова, что на момент пережигания перемычки напряжение и ток должны находиться в оптимальном диапазоне. Активное

сопротивление в холодном состоянии и индуктивность перемычек малы по сравнению с индуктивностью Ьпг и активным сопротивлением Кпр соединительной линии. Поэтому основное влияние на начальном этапе оказывают параметры соеди-

V

1 2 3

I - система питания; 2 - соединительная линия; 3 - экспериментальная установка Рис. 3 - Применение батареи с нелинейной емкостью

нительной линии. При разогреве перемычки ее сопротивление значительно возрастает, и основная мощность импульса прикладывается уже к самой мембране-перемычке. Для получения минимального времени цикла расплавления и оптимальных величин тока и напряжения использована батарея с изменяющейся во времени емкостью. При этом в начальный момент времени напряжение батареи велико, и ток быстро достигает необходимого значения. Группа конденсаторов СагСац к этому моменту полностью разряжается и шунтируется диодами. Емкость батареи многократно возрастает. Процесс расплавления и распыления перемычки протекает в оптимальном диапазоне тока и напряжения. При изменении параметров нагрузки, соответствующим образом может быть изменена конфигурация батареи.

С целью выбора схем удовлетворяющих поставленным требованиям была проведена классификация существующих схем преобразователей. По классифицирующим признакам выбраны схемы преобразователей, имеющие гальваническую развязку между первичной и вторичной стороной, с время-имульсным регулированием, с обратной связью только по первичному току и с естественным ограничением тока и напряжения. Наибольший интерес представляли две схемы. Двухтактный преобразователь с дросселем в цепи переменного тока и однотактный обратноходовый преобразователь с двумя ключами. Выделены их достоинства и недостатки. Двухтактная схема оказалась излишне сложной для диапазона мощностей до 500 ватт, однотактная схема не устроила тем, что имеет импульсный выходной ток с большой амплитудой.

С целью устранения отмеченных недостатков предложена схема од-нотактного комбинированного преобразователя, обладающего характеристиками источника тока и отличающегося отсутствием обратной связи по выходному току (рис. 4).

Рис. 4 - Идеализированная схема комбинированного преобразователя

к ,,к}

Рис. 5 - Диаграммы работы комбинированного преобразователя

нием только одного трансформатора, совмещающего вого и обратноходового трансформаторов (рис. 6). В

Величина выходного тока в этом преобразователе задается исключительно амплитудой первичного тока (см. диаграммы на рис. 5). Во время включенного состояния ключей К1, К2 энергия в нагрузку передается через прямоходовый трансформатор ТУ"Х, скорость нарастания тока ограничена индуктивностью обратноходового трансформатора ТУ°Х. При выключении ключей энергия, накопленная в сбрасывается в нагрузку. Выходной ток имеет треугольную форму без пауз, что существенно уменьшает габаритную мощность выходного фильтра, а в некоторых случаях позволяет обойтись совсем без него. С целью упрощения конструкции преобразователя предложен вариант исполнения с использова-функции прямоходо-качестве индуктивно-

ста накапливающей энергию использована индуктивность рассеяния этого совмещенного трансформатора. -

Для искусственного увеличения индуктивности рассеяния использован стандартный П-образный магнито-провод с разнесенными на разные стержни вторичными обмотками.

Вторая глава посвящена исследованию однотактного комбинированного преобразователя. Для аналитического исследования построена идеализированная схема преобразователя (рис 4). Описан алгоритм работы и представлены аналитические зависимости, описывающие работу преобразователя в каждый момент времени. Период работы однотактного комбинированного преобразователя включает в себя следующие этапы (рис. 5):

• включение ключей К, и К2 происходит при нулевых начальных условиях (токи в обмотках равны нулю) - момент времени

• первичный ток нарастает за счет напряжения Е приложенного к первичным обмоткам (промежуток времени 10 - Ч);

• выключение ключей происходит по достижении током /; строго заданной величины /ущх-момент времени 1)\

• накопленная в индуктивности намагничивания прямоходового трансформатора ТУПХ энергия возвращается в источник питания - промежуток времени ^ - Ьпх,

• накопленная в обратноходовом трансформаторе ТУ°Х энергия передается в нагрузку - промежуток времени г, - ггоу,

• по окончании обоих промежутков времени г, - - ¡юх начинается новый период работы преобразователя.

По данному алгоритму комбинированный преобразователь всегда функционирует в режиме на границе прерывистого и непрерывного токов (паузы в выходном токе отсутствуют). Что позволяет обеспечивать стабилизацию среднего значения выходного тока ¡2ср=0- ¡¡:шх исключительно за счет задания максимальной величины первичного тока ¡¡шх- При этом нет необходимости в реализации ОС по выходному току, поэтому схема управления комбинированным преобразователем в граничном режиме отличается простотой реализации и лишь обеспечивает а) отключение ключей К1 и К2 по достижении первичным током заданного значения, б) включение ключей через промежуток времени обеспечивающий размагничивание магнитопро-

щенным трансформатором

водов обоих трансформаторов (спад тока в обмотках до нуля). Ввиду отмеченных положительных свойств, граничный режим работы выбран как основной режим работы однотактного комбинированного преобразователя. В этом режиме преобразователь функционирует как автогенераторная система.

В зависимости от соотношений входного напряжения Е и выходного напряжения UH возможны три режима работы:

Режим работы 1 - номинальный режим работы. В этом режиме работы преобразователя при E>2-UH ■ К„ длительность интервала сброса энергии из трансформатора TV°X больше длительности интервала размагничивания трансформатора TVnx:

Е — U „ • К-п, if и • КТР / =_" ¡г. t t / • t =_а_1Г -t t <■/

'СВР J, v 1И'1С6Р^'И> 1Р/Ш c rr V И'1РЛЗМ^И-UH'KTP H ' TP

Данный режим является основным. Среднее значение выходного тока всегда равно половине его амплитуды.

Режим работы 2 - режим неполной мощности. В случае уменьшения напряжения питания Е или увеличения напряжения нагрузки UH, когда выполняется условие Е<2-UH К^, сброс энергии из TV°X происходит быстрее, чем размагничивается ТУ"Х - ¡сбрХразм- Длительность интервала размагничивания ТУПХ при этом равна triM = tH

В выходном токе ¡2 присутствует пауза t2nx - hox, приводящая к неполному использованию элементов схемы во времени.

Режим работы 3 ■ холостой ход. Режим холостого хода для рассматриваемого преобразователя является рабочим, поэтому нет необходимости в специальной защите элементов схемы в этом режиме. Ограничение выходного напряжения достигается за счет последовательного включения первичных обмоток прямоходового (JV"X) и обратноходового (ТУ°Х) трансформаторов. При увеличении напряжения U» выше величины Е/КТР диоды выпрямителя VD3, VD4 (рис. 4) остаются всегда запертыми, и, поскольку Lin*=L/ï»L/as, ток // в первичной и ток 12 во вторичной цепи нарастает медленно, трансформатор TV" перестает накапливать энергию, а преобразователь переходит в режим холостого хода. Напряжение холостого хода преобразователя равно UH хх~ Е/КТр

Так как вариант однотактного комбинированного преобразователя с одним совмещенным трансформатором имеет принципиально более простую конструкцию, то особое внимание было уделено именно этому варианту. Для построения схемы замещения совмещенного трансформатора, пригодной для инженерного использования, была построена упрощенная картина магнитных потоков (рис. 7) и предложена упрощенная схема замещения трансформатора (рис. 8). Для расчета параметров схемы замещения использовался метод конечных элементов. Были проанализированы возможности известных программных пакетов конечно-элементного моделирования: ELCUT (аналог программы QuickField), ANSYS, COSMOS/M,

OPERA - 3D (разработчик - компания Vector Fields), MAXWELL (разработчик - компания Ansoft), FEMM (свободно распространяемая программа с исходными текстами), JUMP (открытая программная среда моделирова ния и визуализации трехмерных полей, разработчик - лаборатория электромагнитных полей и систем при МЭИ). По совокупности свойств был вы бран пакет ANSYS.

По результатам сравнения параметров полной схемы замещения, упрощенной схемы замещения и экспериментальных данных сделан вывод о том, что предложенная модель совмещенного трансформатора позволяет получить адекватные результаты, пригодные для использования в инженерной методике проектирования комбинированного преобразователя. Полная схема замещения, используемая для контроля результатов, получаемых при использовании упрощенной схемы, содержала пять узлов (три узла - по числу обмоток, два уз- Рис- 8 ~ Упрощенная схема замещения совме-ла для измерения на- щенного трансформатора

магниченности стержней магнитопровода) и девять ветвей, являющиеся параметрами. Упрошенная схема замещения содержит только пять индуктив-

Рис. 7 - Упрощенная схема магнитных потоков совмещенного трансформатора

Ая ¿Г5 ¿54 4э

ностей рассеяния Ls

из которых только l имеет существенное

значение.

Для сокращения машинного времени расчет магнитных потоков в совмещенном трансформаторе производился для квазистационарного магнитного поля. При этом задавались параметры трансформатора: вектор чисел витков обмоток IV, кривая намагничивания В(Н), а также вектор переменных состояния / - токов в обмотках. Трехмерная МКЭ модель трансформатора являлась функцией Г(1,Ц?,ВН), обеспечивающей вычисление выходных параметров: матрицы индуктивностей \Ц и переменных состояния индукции В, и напряженности поля Я, для каждого конечного элемента модели.

МКЭ модель трансформатора содержала пять обмоток. Три из них соответствовали реальным обмоткам трансформатора, две обмотки с бесконечно малой толщиной, расположенные на поверхности магнитопровода, использовались для имитации токов намагничивания стержней магнитопровода.

Расчет схемы преобразователя производился в пакете ОгСАЭ (Р8р1се). На этапе формирования моделей элементов в пакете АКБУБ рассчитывались параметры трансформатора - матрица \Ц. По завершении расчета токов и напряжений в схеме преобразователя, токи в обмотках трансформатора (в том числе двух дополнительных) использовались для расчета магнитного поля в любой интересующий момент времени. После чего рассчитывались потери в мощности в материале магнитопровода.

Для разработки инженерной методики проектирования комбинированного преобразователя рассчитаны зависимости индуктивносгей рассеяния между двумя обмотками, расположенными на разных стержнях магнитопровода, от их геометрических размеров. Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными и приближенными аналитическими соотношениями показало, что разница между численным расчетом и экспериментом не превышает 5^-6%, тогда как приближенный аналитический расчет в данном случае позволяет определить лишь порядок величин.

В третьей главе представлена инженерная методика расчета однотактного комбинированного преобразователя, разработанная на основе исследований проведенных во второй главе диссертации. Приведена базовая схема комбинированного преобразователя (рис. 9).

Функциональная схема системы управления построена с учетом алгоритма управления, приведенного во второй главе, а также с учетом выводов, полученных при практической реализации схем комбинированного преобразователя. Приведены соотношения для расчета всех основных элементов силовой части преобразователя, в том числе для расчета мощности статических и динамических потерь. Показано, что в номинальном режиме работы преобразователя (при максимальной выходной мощности) динамические потери малы благодаря квазирезонансному переключению.

Сф

У02 ДТ2(1 - 0) ]

т

ЛЭСГуп)

ДТ1(! = 1шю)

^ I ,1-

1 ТУ1

1

I—

-ен-

е-

Рис. 9 - Базовая схема однотактного комбинированного преобразователя

Предложена инженерная методика проектирования совмещенного трансформатора, позволяющая избежать промежуточной проверки результата путем численного или физического моделирования. Приведены основные соотношения для расчета параметров трансформатора. Приведены сравнительные зависимости выходной мощности от частоты для различных магнитопроводов стандартного ряда ПК.

Представлены зависимости амплитуды и максимального значения индукции в стержнях магнитопровода в различных режимах работы комбинированного преобразователя. Даны рекомендации по проектированию совмещенного трансформатора с максимальным использованием материала магнитопровода по индукции.

Четвертая глава посвящена практическим аспектам построения систем и устройств заряда батарей аккумуляторов и ИКЭ. Дано описание реализованных на практике схем. Показано использование предложенной методики на примере проектирования преобразователя серийно выпускаемого зарядного устройства «Исток-М». Схема силовой части ЗУ приведена на рис. 10. Технические характеристики ЗУ:

• входное напряжение ЗУ - 220В ± 15% 50Гц;

• номинальный выходной ток - 7.5 А и 3.5 А;

• выходное напряжение - 0—16В;

• нестабильность выходного тока при выходном напряжении 8-14В - не более ±5%.

а - сигнал для определения мо- в - сигнал для определения момента окон-

мента окончания сброса энер- чания размагничивания магнитопровода;

гии; г - сигнал управления нижним силовым

б - питание устройства управ- транзистором;

ления преобразователем; д - сигнал с датчика тока.

Рис. 10 - Схема силовой части ЗУ

Семейство внешних характеристик ЗУ приведено на рис. 11. Отличительной особенностью ЗУ является отсутствие выходного фильтрующего конденсатора.

Дано описание системы питания ГИН с многоканальной системой заряда батареи ИКЭ

10 12 14 Выходное напряжение, В

Рис. 11 - Семейство внешних характеристик ЗУ

(рис. 3), построенной с использованием однотактного комбинированного преобразователя в качестве зарядного преобразователя. В батарее ГИН использованы конденсаторы с двойным электрическим слоем типа 100ПП-14/0.11 производства ЗАО «Элит» с номинальной емкостью 3 Фи максимальным рабочим напряжением 100В.

• Количество конденсаторов в батарее - 24;

• Максимальная энергия батареи - 360 кДж;

• Время заряда конденсаторов до напряжения 80В -1 мин;

• Период работы ГИН - 5 мин;

• Питание системы заряда от сети 220/380В 50Гц;

Для однотактного комбинированного преобразователя предложена схема формирования близкого к синусоидальному входному току. Схема формирования задающего напряжения представлена на рис. 12. Задающее напряжение формируется согласно выражению (1). Стабилизирующие свойства преобразователя сохраняются с увеличением

угм

А/В с3

Рис. 12 - Схема формирования задающего напряжения

ЛЛ1

и,-.

На2(№ + ЯЬ2) КЫ{Яа\ + Ка2)

■и,

он

■БШ СО г

(1)

нестабильности выходного тока с ±5% до ±7.5%.

Показано, что для построения систем заряда с большим числом каналов с точки зрения сокращения габаритной мощности системы эффективно использовать общий входной преобразователь, выполняющий при необходимости функцию коррекции коэффициента мощности.

В заключении приведены основные результаты работы. В приложении приведены результаты расчета взаимных индуктивно-стей и иидуктивностей рассеяния между обмотками для ряда стандартных магнитопроводов типа ПК, представленные в виде таблиц и графиков.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Доказано, что при последовательном включении накопителей (аккумуляторов или ИКЭ) их заряд необходимо производить многоканальными системами заряда с расчетом один канал на один накопитель. При этом для конденсаторов достигается лучшее использование по напряжению, а для аккумуляторов более полное использование их емкости.

2. Доказано, что при использовании многоканальных систем заряда батарей достигается максимальная гибкость в построении батареи при минимальной необходимой установленной мощности оборудования.

3. Диапазоны мощностей ЗУ для широко распространенных аккумуляторов и ИКЭ существенно перекрываются. Практически диапазон мощностей составляет 80+300 ватт для аккумуляторов и 100+500 ватт для конденсаторов. Это позволяет использовать универсальные ЗУ для заряда, как аккумуляторов, так и ИКЭ.

4. Для построения ЗУ аккумуляторов и ИКЭ предложен универсальный од-нотактный комбинированный преобразователь, позволяющий работать на встречную ЭДС в режиме стабилизатора тока. Преобразователь может быть выполнен как в двухтрансформаторном варианте, так и с одним совмещенным трансформатором.

5. Параметры полной и упрощенной схемы замещения комбинированного преобразователя, определяемые численными методами, являются более точными, чем рассчитанные по приближенным аналитическим соотношениям. Это позволяет проектировать и изготавливать трансформаторы подобного типа, не прибегая к промежуточной экспериментальной проверке результата.

6. Получены основные расчетные соотношения для проектирования совмещенного трансформатора на заданную мощность и заданную рабочую частоту. Эти соотношения положены в основу методики проектирования совмещенных трансформаторов.

7. Получены количественные зависимости индуктивности рассеяния для двух обмоток, расположенных на разных стержнях магнитопроводов стандартного ряда типа ПК, от геометрических размеров.

8. Предложена функциональная схема управления комбинированным преобразователем, реализующая алгоритм управления однотактным комбинированным преобразователем в автогенераторном режиме. Стабилизация выходного тока достигается без ОС на вторичной стороне.

9. Предложена инженерная методика расчета однотактного комбинированного преобразователя для построения стабилизатора тока.

10. Предложена методика расчета совмещенного трансформатора однотактного комбинированного преобразователя для автогенераторного режима.

11. Для сокращения стоимости ЗУ малой мощности для АБ входной и выходной сглаживающие фильтры могут быть исключены из схемы ЗУ без существенных ухудшений условий работы комбинированного преобразователя. Входной ток может формироваться в этом случае за счет собственных свойств однотактного комбинированного преобразователя.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Матвеев К. Ф. Силовая ячейка комбинированного преобразователя для стабилизатора тока // Радиотехнические и информационные системы и устройства: Тез. докл. региональной науч.-техн. конф., 17 мая 2000 г., В 2 ч,-Томск, 2000.-Ч. 1.-е. 155-157.

2. Матвеев К. Ф. Методы снижения стоимости преобразователей для зарядных устройств // Радиотехнические устройства, информационные технологии и системы управления. Тез. докл. региональной науч.-техн. конф., 15-18 мая 2001 г., В 2 ч.-Томск, 2001.-Ч. 1.-е. 188-190.

3. Матвеев К. Ф., Захаров А. А. Модуляционные транзисторные преобразователи как устройства формирования потребляемого из питающей сети тока // Научная сессия ТУСУР, посвященная 40-летию ТУСУР: Мат. докл. межрегиональной науч.-техн. конф., 14-16 мая 2002 г., В 3 ч-Томск, 2002. - Ч. 3. - с. 245-248.

4. Матвеев К. Ф., Мурашкин Ф. Н. Лабораторный макет универсального трехфазного инвертора // Научная сессия ТУСУР, посвященная 40-летию ТУСУР: Мат. докл. межрегиональной науч.-техн. конф., 14-16 мая 2002 г., В 3 ч.- Томск, 2002. - Ч. 3. - с. 248-251.

5. Скворцов В. А., Матвеев К. Ф. Стабилизатор тока с высоким напряжением изоляции и уменьшенной габаритной мощностью // Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления: Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию ТУСУР., 2-4 октября 2002 г, В 2 т. - Томск, 2002. - Т. 2. - с. 24-25.

6. Семенов В. Д., Матвеев К. Ф., Захаров А. А.. Лабораторный макет универсального одно/трехфазного инвертора. // Современное образование: интеграция учебы, науки и производства: Мат. региональной науч.-метод. конф., 28-29 января 2003 года. - Томск, 2003. - с. 39-40.

7. Семенов В. Д., Матвеев К. Ф., Захаров А. А.. Лабораторный макет универсального одно/трехфазного инвертора для проведения лабораторных работ по курсу преобразовательная техника. // Совершенствование систем управления качеством подготовки специалистов: Мат. Всероссийской науч.-метод. конф., 20-21 марта 2003 года., В 2 ч. - Красноярск, 2003.-Ч. 2.-с. 23-24.

8. Матвеев К. Ф., Скворцов В. А.. Система питания генератора импульсных напряжений // Научная сессия ТУ СУР - 2003: Мат. докл. межрегиональной науч.-техн. конф., 13-15 мая 2003 г., В 3 ч.- Томск, 2003. - Ч. 1. - с. 217-219.

9. Семенов В. Д., Русанов В. В., Матвеев К. Ф. Зарядное устройство с корректором коэффициента мощности // Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конф. по проблемам создания перспективной авионики. - Томск: Изд-во ТУСУР, 2003. - с. 24.

Ю.Матвеев К. Ф., Скворцов В. А.. Однотактный комбинированный преобразователь - стабилизатор тока для зарядного устройства // Достижения науки - производству. Сб. статей / ТУСУР, МАНОТОМЬ. - Томск, 2003. -с. 140-144.

11.Скворцов В. А., Русанов В. В., Матвеев К. Ф. Устройства заряда на базе однотактных комбинированных преобразователей // Силовая электроника: Компоненты и технологии. 2004, №1 - с.74-75.

12.Матвеев К. Ф., Скворцов В. А.. Комбинированный преобразователь с уменьшенным числом трансформаторов // Научная сессия ТУСУР -2004: Сб. науч. трудов Всероссийской науч.-техн. конф., 18-20 мая 2004 г., В 3 ч,-Томск, 2004. - Часть 3. - с. 133-135.

13. Матвеев К. Ф. Использование пакета ANS YS для моделирования электромагнитных элементов импульсных преобразователей // Силовая электроника: Компоненты и технологии. 2004, №2. - с. 92-94.

14.Пат. 2242073 РФ. Зарядное устройство для аккумуляторной батареи / Скворцов В. А. Матвеев К. Ф. // Открытия. Изобретения. 10.12.2004. Бюл. №34.

15.Матвеев К. Ф., Скворцов В. А. Однотактный комбинированный преобразователь // Силовая электроника: Компоненты и технологии. 2005, №3 -с.56-59.

»21417

РНБ Русский фонд

2006-4 20043

Тираж 100. Заказ 1088. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.

Автор выражает глубокую благодарность к. т. н., доценту кафедры «Промышленная электроника» ТУСУР Виталию Александровичу Скворцову за оказанную помощь при оформлении результатов в виде диссертационной работы, за ценные советы, замечания и неоценимую поддержку.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.

Глава 1 Обзор способов заряда й разработка структуры ЗУ для АБ и КБ.

1.1 Особенности заряда АБ.

1.2 Особенности заряда батарей ИКЭ.

1.3 Структуры систем заряда батарей.

1.4 Универсальная система питания ГИН.

1.5 Выбор схемы преобразователя для построения ЗУ.

1.6 Однотактный комбинированный преобразователь.

Выводы к первой главе:.

Глава 2 Исследование комбинированного преобразователя.

2.1 Математическая модель комбинированного преобразователя.

2.1.1 Алгоритм работы комбинированного преобразователя.

2.1.2 Построение математической модели силовой части комбинированного преобразователя с двумя трансформаторами.

2.1.3 Построение схемы замещения совмещенного трансформатора.

2.2 Методика моделирования преобразователя с совмещенным трансформатором.

2.3 Моделирование и анализ электромагнитных процессов в комбинированном преобразователе.

2.4 Вывод основных расчетных соотношений для методики проектирования однотактного комбинированного преобразователя.

Выводы ко второй главе.

Глава 3 Разработка инженерной методики расчета комбинированного преобразователя.

3.1 Формирование исходных данных для расчета комбинированного преобразователя.

3.2 Базовая схема однотактного комбинированного преобразователя.

3.3 Инженерная методика расчета силовой части комбинированного преобразователя.

3.4 Инженерная методика проектирования совмещенного трансформатора

Ф Выводы к третьей главе.

Глава 4 Практическая реализация ЗУ.

4.1 Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторных батарей

4.2 Система заряда батареи ГИН на основе ИКЭ.133.

4.3 Формирование потребляемого тока.1.

4.3.1 Формирование потребляемого тока за счет свойств комбинированного преобразователя.

4.3.2 Формирование потребляемого тока с помощью ККМ.

Выводы к четвертой главе.

В настоящее время существует большое количество различных применений накопителей электрической энергии, таких как аккумуляторы и конденсаторы. Аккумуляторы используются как автономные источники электрической энергии в системах гарантированного электропитания, при электростартерном пуске автотранспорта на двигателях внутреннего сгорания, в автономных приборах, а также во многих других областях, где нет возможности использовать электрическую энергию промышленной или автономной электросети. Конденсаторы электрически сходны с аккумуляторами, но имеют другой принцип накопления заряда и технически обладают меньшей энергоемкостью, однако их несомненное преимущество -существенно меньшее внутренне сопротивление. Это обуславливает их применение в качестве промежуточных накопителей электрической энергии для потребителей импульсной мощности, таких как импульсные источники света, оптических квантовые генераторы, схемы формирования импульсных магнитных полей, генераторы импульсных напряжений и токов для различных технологических процессов и пр.

Заряд аккумуляторов можно проводить от любого источника постоянного тока, при условии, что его напряжение больше, чем конечное напряжение заряжаемого аккумулятора. В большинстве случаев зарядные устройства снабжены системами, позволяющими регулировать и поддерживать постоянным один из электрических параметров - напряжение или ток заряда. В зависимости от того, какой электрический параметр регулируется, различают способы заряда: при постоянном напряжении, постоянном токе и комбинированные.

При использовании метода заряда при постоянном напряжении в первый момент времени зарядный ток достигает больших значений. В процессе заряда, когда ЭДС аккумулятора постепенно возрастает, величина тока понижается и концу заряда становится заметно меньше. Как правило, подобный метод заряда применяется в бортовых системах электропитания, где зарядная генераторная установка ограничивает ток за счет своих внутренних свойств [99]. Преимуществом заряда при постоянном токе является минимальная габаритная мощность зарядного оборудования. Величина зарядного тока для % аккумуляторов разных типов и разной емкости различна. Обычно его величина выбирается такой, чтобы продолжительность заряда не была слишком большой, и не происходил перегрев аккумулятора. Поэтому кроме простых методов заряда используются комбинированные методы [99], на разных этапах которых на аккумуляторе поддерживаются либо определенный постоянный ток, либо определенное постоянное напряжение.

Общей чертой всех методов заряда является построение зарядной части, ^ обладающей, в той или иной степени, характеристикой источника тока. Так как ф заряд происходит током, а подавляющее большинство источников электроэнергии является источниками напряжения, то устройство заряда выполняет функции преобразователя напряжения в ток.

В отличие от аккумулятора у конденсатора внутренние потери меньше и коэффициент использования зарядного тока значительно выше. Это значит, что их можно заряжать током практически любой величины. Методов заряда конденсаторов достаточно много [14, 18, 30, 31, 39 - 41]. Как правило, это заряд от источника постоянного тока, заряд от источника постоянного напряжения через последовательное сопротивление, заряд от источника постоянной мощности, заряд с импульсным дозированием энергии и другие. В отличие от аккумуляторов напряжение на конденсаторе линейно зависит от сообщенного ему заряда, и существенно изменятся в процессе заряда за короткое время. Поэтому наиболее близким к оптимальному режиму заряда конденсаторов являются заряд при постоянной мощности либо заряд при постоянном токе. В первом режиме наиболее эффективно используется первичный источник Щ энергии, а во втором режиме зарядный тракт может иметь меньшую габаритную мощность, так как амплитуда тока через ключевые элементы не Щ изменяется. Однако в любом из этих режимов устройство заряда должно контролировать и поддерживать в каждый момент времени на определенном значении зарядный ток, напряжение же будет определяться величиной полученного конденсатором заряда.

Величины емкостей конденсаторов различны, и зависят от используемых технологий изготовления. Наибольшей удельной емкостью обладают конденсаторы с двойным электрическим слоем, так называемые «ионисторы» [62, 98, 105, 106 и др.]. Данный тип конденсаторов применяется для построения генераторов импульсных напряжений (ГИН) и, в некоторых случаях, в качестве буферных накопителей энергии. Благодаря высокой энергоемкости и возможности работы в импульсном режиме за этим типом конденсаторов закрепилось название импульсный конденсатор энергоемкий (ИКЭ). Их удельная энергоемкость за счет большой емкости приближается к энергоемкости аккумуляторов [134], что позволяет применять один подход к заряду аккумуляторов и ИКЭ.

Типичное напряжение одного аккумуляторного элемента составляет от 1.2 до 3 вольт. Этого напряжения в большинстве случаев недостаточно, и тогда элементы собирают последовательно в батарею. (АБ). Если батарея выполнена в виде моноблока с недоступными выводами входящих в ее состав элементов, то с точки зрения конечного пользователя она рассматривается не как батарея, а как аккумулятор. Так как все элементы батареи не могут быть совершенно идентичными [29], то при многократных циклах заряд-разряд происходит неизбежный разбаланс напряжений из-за неидентичных параметров аккумуляторов, что приводит к выходу из строя отдельных элементов из-за переполюсовки или перезаряда. Как следствие выходит из строя вся батарея. Для устранения неравенства характеристик может применяться отбор элементов в батарею. Однако даже в этом случае практически невозможно скомплектовать батарею из элементов, обладающих одинаковой емкостью, коэффициентом использования зарядного тока, внутренним сопротивлением, током саморазряда и пр. Даже если удастся укомплектовать батарею идентичными элементами, их параметры будут значительно изменяться с течением времени и с температурой. Так или иначе, в результате сокращается срок службы батареи.

Напряжение на аккумуляторе незначительно зависит от полученного аккумулятором заряда, поэтому достаточно сложно определить текущее состояние каждого элемента в батарее. Для поддержания аккумуляторной батареи в работоспособном состоянии длительное время необходимо периодическое симметрирование элементов в батарее. Для разных типов аккумуляторов применяют различные способы симметрирования.

Заряд аккумуляторов, входящих в состав батареи, может производиться при последовательном включении (при условии симметрирования напряжения), при параллельном включении (при условии симметрирования тока), а также в том включении, в котором они эксплуатируются от одного зарядного устройства. Однако самым эффективным методом заряда АБ является индивидуальный заряд каждого элемента [89]. Это положительно отражается на сроке службы батарей. Особенно это ярко выражено при их большом количестве, что связано с увеличением статистического отклонения величины емкости и других параметров от среднего значения [89].

Построение батарей из ИКЭ (КБ) имеет много общего с построением батарей из аккумуляторов. Во-первых, допустимое напряжение конденсаторного элемента также не превышает нескольких вольт (обычно равно 2.3-г2.5 В) и промышленностью выпускаются батареи на определенные напряжения, оформленные в виде моноблока. Во-вторых, ИКЭ имеют электрохимический принцип накопления энергии и вследствие этого разброс их параметров велик. Также как у аккумуляторов их параметры могут существенно изменяться с температурой и с течением времени.

В промышленном производстве элементы в моноблоке имеют более или менее одинаковые параметры, что достигается либо за счет отбора элементов либо за счет производства всех элементов в одном технологическом цикле. Так как все выпускаемые элементы не могут быть произведены в одном технологическом цикле, то конденсаторы-моноблоки, сформированные из них, имеют существенно больший разброс параметров, чем разброс параметров составляющих ее элементов. Разброс емкостей от номинального значения может достигать -20%/+40% и далее -40%/+80%. Соответственно если конденсаторы заряжаются последовательно, то конденсатор с меньшей емкостью зарядится до большего напряжения, чем все остальные. При превышении допустимого напряжения срок службы резко сокращается вплоть до немедленного выхода конденсатора из строя. Если напрялсения стандартных моноблоков недостаточно, то они собираются последовательно, при этом обеспечение их работоспособности ложится на потребителя. А так как потребитель при использовании конденсаторов имеет дело со значительно меньшим их количеством, чем при производстве, то отбор конденсаторов с одинаковыми параметрами в батарею молсет быть существенно затруднен. Одним из способов обеспечения гарантированной работоспособности батареи из конденсаторов с неидентичными параметрами при последовательном включении является их эксплуатация при заниженном напряжении [62]. При эксплуатации ИКЭ в ГИН для более эффективного использования их заряжают при параллельном включении с последующим переключением в необходимую схему. При этом методе не происходит превышения напряжения на конденсаторах, так как напряжение контролируется на всех конденсаторах одновременно. Однако существенная трудность заключается в построении системы переключения батареи с параллельного включения на последовательное или смешанное при периодическом режиме работы.

Максимально эффективной эксплуатации можно достичь за счет поэлементного заряда батарей. Для аккумуляторных батарей данный вопрос в значительной степени проработан и существуют методы поэлементного выравнивания напряжений и емкостей аккумуляторов в батарее [4, 3], а также методы поэлементного заряда и доразряда [2]. Для конденсаторов метод поэлементного заряда используется в значительно меньшей степени. Однако из рассмотрения проблем заряда аккумуляторов и ИКЭ следует, что при заряде батарей на их основе наблюдаются одни и те же проблемы.

При построении ЗУ, питающихся от электросети переменного тока, возникают проблемы связанные с формированием потребляемого тока, так как заряжаемые конденсаторы и аккумуляторы представляют собой постоянную ЭДС, что приводит к потреблению из сети несинусоидального тока. Для технических средств нормируются абсолютные значения гармонических составляющих потребляемого из сети тока [20]. Практически реализуются схемы преобразователями с пассивными фильтрами для мощностей в десятки ватт [44], при более высоких мощностях без специальных средств, обеспечивающих синусоидальный входной (или близкий к нему) ток, обойтись уже нельзя. Фактически это означает, что зарядные устройства, потребляющие от сети большую мощность, должны оснащаться либо дополнительными схемами формирования входного тока, либо обеспечивать его формирование за счет собственных свойств. Кроме того, ко всем к ЗУ, как и к другим устройствам, устанавливаются ограничения на уровень эмитируемых помех [21,22,23].

Актуальность проблемы. В связи с широким распространением автотранспортных средств, где одновременно эксплуатируются два или более аккумулятора, увеличилась потребность в профилактическом заряде аккумуляторов с целью продления их срока службы. В настоящее время ими являются в основном грузовые автомобили с бортовой сетью 24 вольт. Однако в последние годы наметилась тенденция к увеличению мощности потребителей на борту автомобиля [92] с соответствующим увеличением напряжения в бортовой сети до 24-48 вольт за счет использования нескольких последовательно включенных аккумуляторов.

Аналогично для объединенных в батареи ИКЭ для питания ГИН или для замены аккумуляторов [62] необходимы эффективные системы заряда. Методы заряда, применяемые для традиционных КБ, в этом случае оказываются малоэффективными из-за большой емкости ИКЭ и их электрохимических особенностей. В виду сходства ИКЭ и аккумуляторов выгодно использовать для заряда ИКЭ структуры ЗУ, применяемые для аккумуляторов.

Для заряда нескольких аккумуляторов или конденсаторов возможно использовать:

• многоканальные ЗУ, содержащие несколько независимых стабилизаторов зарядного тока;

• многовыходовые ЗУ, имеющие один преобразователь с несколькими выходами с характеристикой источника тока;

• общий стабилизатор, предназначенный для заряда последовательно или параллельно включенных аккумуляторов.

Из них наиболее универсальной структурой является структура многоканального ЗУ, так как позволяет реализовывать ЗУ практически любой мощности только за счет добавления автономных каналов. Так как диапазон емкостей аккумуляторов и конденсаторов ограничен, то, разработав преобразователь, покрывающий соответствующий диапазон мощностей можно получить универсальную систему заряда, пригодную для заряда любых батарей на основе этих аккумуляторов или конденсаторов.

В связи с тем, что многоканальные ЗУ имеют многократно продублированные схемы зарядных преобразователей, стоимость последних составляет основную долю в стоимости всего ЗУ. Поэтому зарядный преобразователь должен быть достаточно простым, чтобы иметь низкую стоимость. Известные схемы преобразователей напряжения [19, 34, 35, 43, 61, 75, 81, 82, 83, 87, 95, 96, 97 и др.], с одной или двумя обратными связями (ОС) с высоким, напряжением изоляции оказываются не достаточно простыми для данных применений. Наличие обратных связей существенно усложняет конструкцию, соответственно приводит к снижению надежности и удорожанию всей системы в целом. Поэтому разработка ЗУ, отличающихся простотой и малой стоимостью, является актуальной задачей.

Цель работы: сформулировать общие требования к структурам и элементам систем заряда батарей на основе аккумуляторов и ИКЭ. Разработать и исследовать универсальное ЗУ для применения в многоканальных системах заряда аккумуляторных и конденсаторных батарей.

Основные задачи, которые необходимо решить для выполнения поставленной цели:

- провести анализ основных структур систем заряда для батарей аккумуляторов и ИКЭ;

- сформулировать основные требования к зарядному преобразователю для систем заряда и ЗУ;

- провести анализ существующих схем преобразователей отличающихся простотой силовой части и алгоритма управления;

- разработать зарядный преобразователь, удовлетворяющий поставленным требованиям;

- исследовать электромагнитные процессы в преобразователях этого класса;

- разработать инженерную методику проектирования преобразователя;

- разрешить вопросы формирования потребляемого из сети тока.

Методы исследований. Основными методами исследования были приняты элементы теории электрических и магнитных цепей, элементы математического анализа. Численные эксперименты, и моделирование базировались на использовании современных инструментальных систем. При расчетах и моделировании широко применялись программные пакеты OrCAD, MathCAD и пакет конечно-элементного анализа ANSYS. Достоверность результатов расчетов и моделирования подтверждалась экспериментами.

Научная новизна.

Предложена структура системы многоканального заряда батарей на основе аккумуляторов или ИКЭ.

Предложен универсальный однотактный комбинированный преобразователь, являющийся стабилизатором тока выходного тока, отличающийся отсутствием обратной связи по выходному току и защищенный патентом РФ.

Исследован однотактный комбинированный преобразователь и предложена методика его проектирования.

Предложена методика анализа многообмоточного трансформатора с обмотками расположенными на разных стержнях магнитопровода и учитывающая намагничивание стержней магнитопровода. Исследованы электромагнитные процессы в трансформаторе в различных режимах работы однотактного комбинированного преобразователя.

Предложена инженерная методика проектирования трансформатора с обмотками, расположенными на разных стержнях магнитопровода, на заданные параметры.

Практическая ценность.

Получены зависимости индуктивностей рассеяния обмоток расположенных на разных стержнях магнитопровода для стандартного ряда сердечников типа ПК и различной геометрии этих обмоток для проектирования комбинированного преобразователя

Предложена инженерная методика расчета однотактного комбинированного преобразователя.

Предложена методика проектирования трансформатора с заданной индуктивностью рассеяния между обмотками.

Представлены практические рекомендации по разработке и проектированию устройств заряда малой мощности для АБ и конденсаторов сверхбольшой емкости.

Внедрения и промышленная реализация. Результаты, полученные в диссертационной работе, использованы при создании преобразователя для ЗУ «Исток-М», выпускаемого серийно, системы питания экспериментального генератора импульсных напряжений, зарядно-подзарядного устройства с корректором коэффициента мощности для электромобиля.

Достоверность полученных результатов подтверждается строгими математическими выводами, экспериментальными данными и результатами, полученными при внедрении разработанных приборов.

Структура работы. Диссертация состоит из четырех глав.

Первая глава посвящена анализу методов и систем заряда аккумуляторных и конденсаторных батарей сверхбольшой емкости, анализу преобразователей способных корректно работать на ЭДС с малым внутреннем сопротивлением. Предложена многоканальная структура системы заряда батарей ИКЭ. Разработана схема однотактного комбинированного преобразователя обладающего характеристиками источника тока по мгновенным значениям и отличающегося отсутствием обратной связи по выходному току.

Во второй главе исследован однотактный комбинированный преобразователь. Разработаны математическая модель преобразователя и схемы замещения многообмоточного трансформатора, учитывающие токи намагничивания в стержнях магнитопровода. Разработана методика анализа электромагнитных процессов в комбинированном преобразователе. Получены основные теоретические и численные соотношения для проектирования комбинированного преобразователя

В третьей главе предложена инженерная методика проектирования однотактного комбинированного преобразователя. Рассмотрены вопросы построения системы управления преобразователем и ЗУ.

Четвертая глава посвящена аспектам построения систем и устройств заряда батарей аккумуляторов и ИКЭ. Дано описание практических схем. Решены вопросы формирования синусоидального потребляемого тока в преобразователях данного класса.

Основные результаты доложены на региональной научно-технической конференции студентов и молодых специалистов «Радиотехнические и информационные системы и устройства» (Томск, 2000г.); региональной научно-технической конференции «Радиотехнические устройства, информационные технологии и системы управления» (Томск, 2001г.); межрегиональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР» (Томск, 2002г.); всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию ТУСУР «Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления» (Томск, 2002г.); региональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУ СУР - 2003» (Томск, 2003г.); региональной научно-методической конференции «Современное образование: интеграция учебы, науки и производства» (Томск, 2003г.); Всероссийской научно-методической Совершенствование систем управления качеством подготовки специалистов» (Красноярск, 2003г.); Всероссийской научно-технической конференции по проблемам создания перспективной авионики (Томск, 2003г.); всероссийской научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР -2004» (Томск, 2004г.).

Основные положения представляемые к защите:

Заряд батарей на основе последовательно включенных накопителей (аккумуляторов или ИКЭ) следует проводить системами многоканального заряда, из расчета один канал на один накопитель.

Однотактный комбинированный преобразователь и алгоритм управления этим преобразователем, обеспечивающий стабилизацию выходного тока без общей обратной связи, могут быть использованы для построения универсального ЗУ для многоканальных систем заряда батарей аккумуляторов и ИКЭ.

Для анализа электромагнитных процессов в преобразователе с трансформатором специальной конструкции, совмещающем функции дросселя и трансформатора, необходимо учитывать неравномерное намагничивание участков магнитопровода.

Для проектирования однотактного комбинированного преобразователя может быть использована предложенная инженерная методика проектирования, достоверность которой подтверждена на серийно выпускаемом ЗУ.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Заряд ШСЭ и аккумуляторов в батарее следует производить многоканальными системами заряда - стабилизаторами тока с расчетом один канал на один накопитель. При этом для конденсаторов достигается лучшее использование по напряжению, а для аккумуляторов более полное использование их емкости.

2. При использовании многоканальных систем заряда батарей достигается максимальная гибкость в построении батареи при минимальной необходимой установленной мощности ЗУ.

3. Диапазоны мощностей ЗУ для широко распространенных аккумуляторов и ШСЭ существенно перекрываются. Практически диапазон мощностей составляет 8(Ь-300 ватт для аккумуляторов и 100-^500 ватт для конденсаторов. Это позволяет использовать универсальные ЗУ для заряда, как аккумуляторов, так и ИКЭ.

4. Для построения ЗУ аккумуляторов и ИКЭ предложен универсальный однотактный комбинированный преобразователь, позволяющий работать на встречную ЭДС в режиме стабилизатора тока. Однотактный комбинированный преобразователь может быть выполнен как в двухтрансформаторном, так и однотрансформаторном вариантах.

5. Параметры полной и упрощенной схемы замещения комбинированного преобразователя, определяемые численными методами, являются более точными, чем рассчитанные по приближенным аналитическим соотношениям. Это позволяет проектировать и изготавливать трансформаторы подобного типа, не прибегая к промежуточной экспериментальной проверке результата.

6. Получены основные расчетные соотношения для проектирования комбинированного трансформатора на заданную мощность и заданную рабочую частоту. Эти соотношения положены в основу методики проектирования совмещенных трансформаторов.

7. Получены количественные зависимости индуктивности рассеяния для двух обмоток, расположенных на разных стержнях стандартного ряда магнитопроводов типа ПК, от геометрических размеров.

8. Предложена схема управления комбинированным преобразователем, реализующая алгоритм управления однотактным комбинированным преобразователем в автогенераторном режиме. Стабилизация выходного тока достигается без ОС по выходному току.

9. Предложена методика расчета однотактного комбинированного преобразователя для построения стабилизатора тока.

10. Предложена методика расчета совмещенного трансформатора однотактного комбинированного преобразователя для автогенераторного режима.

11. Для сокращения стоимости ЗУ малой мощности для АБ входной и выходной сглаживающие фильтры могут быть исключены из схемы ЗУ без существенных ухудшений условий работы комбинированного преобразователя. Входной ток может формироваться в этом случае за счет собственных свойств однотактного комбинированного преобразователя.

Заключение

1. А. с. 537407 СССР. Устройство для заряда и разряда аккумуляторных батарей / Земан С. К., А. В. Кобзев, В. А. Скворцов (СССР). Опубл. Бюл. №44-1976.

2. А. с. 491174 СССР. Устройство для заряда аккумуляторных батарей / П. Е. Конченков, Б. М. Батько, Ю. К. Розанов и др. (СССР). Опубл. Бюл. №41 -1975.

3. А. с. 773799 СССР. Устройство для поэлементного выравнивания емкостей аккумуляторов, соединенных в батарею последовательно / М. В. Лукьяненко, А. Б. Базилевский, А. Н. Морозов, А. Г. Козлов, Г, Д. Эвенов (СССР). Опубл. Бюл. №39 - 1980.

4. А. с. 748587 СССР. Устройство для поэлементного выравнивания напряжений на аккумуляторной батарее / М. В. Лукьяненко, В. В. Слюсарь, А. Б. Базилевский, А. Г. Козлов, Г. Д. Эвенов, В. С. Кудряшов (СССР). -Опубл. Бюл. №39 1980.

5. Аккумулятор, батарея: SLA, NiCd, NiMH, Li-Ion, Li-Pol Электронный ресурс. Электрон, дан., - [Б. м.], 2001. - Режим доступа: http://battery.newlist.ru/. - Загл. с экрана.

6. Багоцкий В. С., Скудин А. М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с.

7. Багуц В. П., Ковалев Н. П., Костраминов А. М. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. -М.: Транспорт, 1991. 226 с.

8. Бальян P. X. Трансформаторы для радиоэлектроники. М.: Советское радио, 1971.-720 с.

9. Бальян P. X., Обрусник В. П. Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1987.- 168 с.

10. Ю.Барнс Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 238 с.

11. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи: Учебник для электротехн., энерг., приборостроит. спец. вузов. 8-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1984. -559 с.

12. Булатов О. Г. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей / О. Г. Блатов, В. С. Иванов, Д. И. Панфилов. М.: Радио и связь, 1986.- 160 с.

13. Васильев А., Худяков В., Хабузов В. Анализ современных методов и технических средств коррекции коэффициента мощности у импульсных устройств // Силовая электроника: Компоненты и технологии. СПб.: Файнстрит, 2004, №2, с.72-77.

14. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. М.: Радио и связь, 1988. - 560 с.

15. Волин М. Л. Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1981. - 296 с.

16. Волков М. П., Полубятко В. А., Эмикан Ю. В. Исследование процессов заряда емкостного накопителя с учетом тока утечки // Системы электропитания потребителей импульсной мощности: Сб. статей / под общей ред. Голубева П. В. М.: Энергия, 1976. - с. 35-39.

17. Глебов Б. А. Магнитно-транзисторные преобразователи напряжения для питания РЭА. -М.: Радио и связь, 1981. 96 с.

18. ГОСТ Р 51317.3.2-99 (МЭК 61000-3-2-95) Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний.

19. ГОСТ Р 51317.6.3-99 (МЭК 61000-6-4-97) Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоэмиссия от технических средств, применяемых в жилых, коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением. Нормы и методы испытаний.

20. ГОСТ Р 51317.6.4-99 (МЭК 61000-6-4-97) Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоэмиссия от технических средств, применяемых в промышленных зонах. Нормы и методы испытаний.

21. ГОСТ Р 51318.11-99 (СИСПР 11-97) Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных, медицинских и бытовых (ПНМБ) высокочастотных устройств. Нормы и методы испытаний.

22. ГОСТ Р МЭК 335-1-94 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний.

23. ГОСТ Р МЭК 60335-2-29-98 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Дополнительные требования к зарядным устройствам батарей и методы испытаний.

24. Графов В. М., Укше Е. А: Электрохимические цепи переменного тока. М.: Наука, 1973.- 128 с.

25. Дьяконов В. П. Энциклопедия Mathcad 200li и Mathcad 11. М.: COJIOH-Пресс, 2004. - 832 с.

26. Ермолин Н. П. Расчет трансформаторов малой мощности. JL: Энергия, 1969.- 192 с.

27. Жирнова Н. Б., Леонова М. В., Золотов А. И. Анализ разбега емкостных характеристик последовательно соединенных в батарею аккумуляторов на автономных объектах. // Сб. науч. трудов №143. М.: Моск. энерг. ин-т., 1987.с. 40-45.

28. Зиновьев Г. С. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники (электроэнергетический аспект): Учеб. пособие, -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. 91 с.

29. Источники вторичного электропитания / С. О. Букреев, В. А. Головацкий,Г. Н. Гулякович и др.; Под ред. Ю. И. Конева. М.: Радио и связь, 1983. - 280 с.

30. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Найвельт Г. С., Мазель К. Б., Хусаинов Ч. И. и др.; Под ред. Г. С. Найвелъта. М.: Радио и связь, 1986. - 576 с.

31. Калантаров П. Л., Цейьлин Л. А. Расчет индуктивностей. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 488 с.

32. Каплун А. Б., Морозов Е. М., Олферова М. A. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272 с.

33. Каретникова Е. И. и др. Трансформаторы питания и дроссели фильтров для радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1973. 180с.

34. Катасонов Н. М. Исследование системы зарядки емкостных накопителей ступенчатым током // Системы электропитания потребителей импульсной мощности: Сб. статей / под общей ред. Голубева П. В., М.: Энергия. 1976. -с. 30-35.

35. Кирилов Д. А. Источники тока с инвариантной стабилизацией // Радиотехнические и информационные системы и устройства: Тез. докл. региональной науч.-техн. конф., 17 мая 2000 г., В 2 ч. Томск, 2000. - Ч. 1. -с. 127-130.

36. Китаев В. Е. и др. Расчет источников электропитания устройств связи: Учеб. пособие для вузов / В. Е. Китаев, А. А. Бокуняев, М. Ф. Колканов; Под ред. А. А. Бокуняева. М.: Радио и связь 1993. - 232 с.

37. Климов В. П., Смирнов В. Н. Коэффициент мощности однофазного бестрансформаторного импульсного источника питания // Практическая силовая электроника. М.: ММП-Ирбис, 2002, № 5. с. 21-23.

38. Иванов И., Панфилов Д. Типовые схемы корректоров мощности // Chip News (новости о микросхемах). М.: 1997, №9-10. с. 38 - 45.

39. Кобзев А. В., Михальченко Г. Я., Музыченко Н. М. Модуляционные источники питания РЭА / А. В. Кобзев, Г. Я. Михальченко, Н. М. Музыченко. Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. -336 с.

40. Курбатов П. А., Аринчин С. А., Численный расчет электромагнитных полей. -М.: Энергоатомиздат, 1984. 167с.

41. Левинзон С. В. Защита в источниках электропитания РЭА. М.: Радио и связь, 1990. - 144 с.

42. Лейтес Л. В., Пинцов А. М. Схемы замещения многообмоточных трансформаторов. -М.: Энергия, 1974. 192 с.

43. Матвеев К. Ф., Мурашкин Ф. Н. Лабораторный макет универсального трехфазного инвертора // Научная сессия ТУСУР, посвященная 40-летию ТУСУР: Мат. докл. межрегиональной науч.-техн. конф.,14-16 мая 2002 г., В 3 ч.-Томск, 2002. -Ч. 3. с. 248-251.

44. Матвеев К. Ф., Скворцов В. А. Система питания генератора импульсных напряжений // Научная сессия ТУСУР 2003: Мат. докл. межрегиональной науч.-техн. конф., 13-15 мая 2003 г., В 3 ч.- Томск, 2003. -Ч. 1. - с. 217-219.

45. Матвеев К. Ф., Скворцов В. А. Однотактный комбинированный преобразователь стабилизатор тока для зарядного устройства // Достижения науки - производству: Сб. статей / ТУСУР, МАНОТОМЬ. -Томск, 2003.-с. 140-144.

46. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Издание 2-е.-М.: ДО ДЕКА, 2000. 608 с.

47. Михайлова М. М., Филипов В. В., Мусланов В. П., Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. А. Е. Оборонко. -М.: Радио и связь, 1983. 200 с.

48. Моин В. С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 376 с.

49. Овчинников Д. А. Разработка и исследование однофазных корректоров коэффициента мощности. Автореферат на соискание уч. ст. к. т. н. Москва 2004.-20 с.

50. Пат. 2238609 РФ. Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения / Гончаров А. Ю. // Открытия. Изобретения. 20.10.2004.

51. Пат. 2242073 РФ. Зарядное устройство для аккумуляторной батареи / Скворцов В. А. Матвеев К. Ф. // Открытия. Изобретения. 10.12.2004. Бюл. №34

52. Пат. 5,479,083 США. Non-Dissipative Battery Charge Equalizer / G. Brainard. -опубл. 1995.

53. Пат. 5,177,425 США. Method of Charging and Discharging Battery and Power Source Apparatus Adopting the Same / K. Goto. опубл. 1993.

54. Пат. 4,079,303 США. Charging System and Method for Multicell Storage Batteries / J. Cox. опубл. 1978.

55. Пат. 4,331,911 США. Method of Equalizing the Voltages of the Individual Cells of storage Batteries / R. Park. опубл. 1982.

56. Пат. 02-261024 Япония. Charge and Discharge Equalizing Controller for Storage Battery / M. Takenaka. опубл. 1991.

57. Пат. 4,479,083 США. DC Power Source Having Battery Voltage Equalizer Circuit / Sullivan. опубл. 1984.

58. Пат. 4,829,225 США. Rapid Battery Charger, Discharger and Conditioner / Y. Podrazhansky, P.W. Popp. опубл. 1989.

59. Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф. П. Основы системного анализа: Учеб. 2-е изд., доп. Томск: Изд-во НТЛ, 1997. - 396 с.

60. Подавление электромагнитных помех в цепях электропитания / Г. С. Векслер, В. С. Недочетов, В. В. Пилинский и др. К.: Тэхника, 1990. - 167 с.

61. Поликарпов А. Г., Сергиенко Е. Ф. Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА. М.: Радио и связь, 1989. -160 с.

62. Попов Е. В. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учеб. Пособие для втузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 304 с.

63. Попов Е. В. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979. - 256 с.

64. Разевиг В. Д. Система проектирования OrCAD 9.2. М.: СОЛОН-Р, 2001. -528 с.

65. Расчет магнитного поля в устройствах электромеханики и интерпретация результатов средствами компьютерной техники. Забудский Е. И., Павлов М. В. // Электротехника 1995, №3. с. 44-45.

66. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания / Горский А. Н., Русин Ю. С., Иванов Н. Р., Сергеева Л. А. М.: Радио и связь, 1988.- 176 с.

67. Розанов Ю. К. Полупроводниковые преобразователи со звеном повышенной частоты. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 184 с.

68. Ромаш Э. М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. -М.: Радио и связь, 1981. 224 с.

69. Северне Р., Блум Г. Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения для систем вторичного электропитания: Пер. с англ. / Под ред. Смольникова Л. Е. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 294 с.

70. Семенов В. Д., Русанов В. В., Матвеев К. Ф. Зарядное устройство с корректором коэффициента мощности // Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конф. по проблемам создания перспективной авионики. Томск: Изд-во ТУ СУР, 2003. - с. 24.

71. Сергеев Б. С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания: Справочник. -М.: Радио и связь, 1992. -224 с.

72. Сидоров И. Н. и др. Индуктивные элементы радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / И. Н. Сидоров, М. Ф. Биннатов, Л. Г. Шведова. Радио и связь, 1992.-288 с.

73. Скворцов В. А. Многовыходовые источники тока на базе дросселей насыщения в звене повышенной частоты для устройств повышения ресурса и энергоотдачи аккумуляторных батарей. Дис. канн. техн. наук.: 05.09.12 -Томск, 1988.- 132с.

74. Скворцов В. А., Русанов В. В., Матвеев К. Ф. Устройства заряда на базе однотактных комбинированных преобразователей // Силовая электроника: Компоненты и технологии. СПб.: Файнстрит, 2004, №1 с.74-75

75. Скворцов В. А., Берестов А. А. Тенденции в развитии транспортных средств с использованием электрического привода // Силовая электроника: Тематическое приложение к журналу компоненты и технологии. СПб.: Файнстрит, 2004, №1. с.85-87

76. Сабоннадьер Ж.-К., Кулон. Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР. М.: Мир, 1989.

77. Сухоруков В. В. Математическое моделирование электромагнитных полей в проводящих средах. -М.: Энергия. 1975. 150с.

78. Транзисторные источники электропитания с бестрансформаторным входом / Драбович Ю. И., Комаров Н. С., Марченко Н. Б. Киев: Наук, думка, 1984. -160 с.

79. Функциональные устройства систем электропитания наземной РЭА / В. В. Авдеев, В. Г. Костиков, А. М. Новожилов, В. И. Чистяков; Под ред. В. Г. Костикова. М.: Радио и связь, 1990. - 192 с.

80. Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей: Учебник для автодор. вузов. -М.: Транспорт, 1989. 287 с.

81. Ansoft Corparation Electronic resource. / Ansoft Corparation. Electronic data. - Pittsburg, [2001 ?]. - Mode of access : http://www.ansoft.com/. - Title from screen.

82. ANSYS Electronic resource. / ANSYS Inc. Electronic data. - Canonsburg, cop. 2005. - Mode of access : http://www.ansvs.com/. - Title from screen.

83. ANSYS Documentation Electronic resource. / ANSYS Inc. Release 5.7.1. -Electronic data (1 file: 40 Mbytes). - Canonsburg, 2001. - 1 electronic disk (CD-ROM)

84. ANSYS Theory Electronic resource. / ANSYS Inc.- Release 5.7. Electronic data (1 file: 86 Mbytes). - Canonsburg, 2001.- 1 electronic disk (CD-ROM)

85. Batteries: OEM & Industrial Electronic resource. / Panasonic Corporation of North America. Electronic data. - Secaucus, 1997. - Mode of access: http://wvvw.panasonic.com/industrial/battery/. - Title from screen.

86. Beliakov A.I. Asymmetric Type Electrochemical Capacitors // Electrochemical Capacitor and Hybrid Power Sources / Ed. RJ. Brodd. V. 2002-7 of ECS. -USA, 2002.-p. 121.

87. Beliakov A. I. Asymmetric Type Electrochemical Capacitors // The 2002 ECS Meeting, May 12-17, 2002. Philadelphia, 2002. - V. 2002-1, No. 217.

88. Bergvik S. Prolonged Useful Life and Reduced Maintenance of Lead-Acid Batteries by Means of Individual Cell Voltage Regulation // INTELEC Conf. Proceedings, S. 1., 1984. p. 63-66.

89. Buchmann. I. Batteries in a portable world Electronic resource. — Electronic data. Vancouver, 2001. - Mode of access : http://www.buchmann.ca/. - Title from screen.

90. CADFEM. Представительство в СНГ Электронный ресурс. / CAD-FEM GmbH. Электрон, дан. - М., [1985 ?]. - Режим доступа: http://www.cadfem.ru/. - Загл. с экрана.

91. Cherry Е. С. The duality between interlinked electric and magnetic circuits and the formation of transformer equivalent circuits // The Proceedings of the Physical Society. S. 1., 1949. - V. 62, pt 2, № 350B.

92. COSMOS. Design Analysis Made Simple Electronic resource. / Structurual Research & Analysis Corp. Electronic data. - Santa Monica, cop. 2005. — Mode of access : http://www.cosmosm.com/. - Title from screen.

93. CSB Battery Technologies Electronic resource. Electronic data. - Taipai, cop. 2005. - Mode of access : http://www.csb-batteiT.com/. - Title from screen.

94. Cuk S. Switching DC to - DC Converter With Zero Input or Output Current Ripple // IEEE Industry Applications Society Annual Meeting Record October, 1978.-S. 1., 1978.

95. Dauhajre. Modelling and Estimation of Leakage Phenomena in Magnetic Circuits // Ph.D. Thesis / California Institute of Technology, April 1986. -Pasadena, 1986.

96. ELCUT. Новый подход к моделированию полей Электронный ресурс. / ПК «ТОР». Электрон, дан. - СПб., [2000 ?] - Режим доступа: http://www.tor.ru/elcut/. - Загл. с экрана.

97. Erickson R. W., Maksimovi'e D. A multiple-winding magnetics model having directly measurable parameters // IEEE Power Electronics Specialists Conference. S. 1., 1998.

98. Exide Technologies. Global Leader in Stored Electrical Energy Electronic resource. Electronic data. - USA, 2002. - Mode of access : http://www.exideworld.com/. - Title from screen.

99. Finite Element Method Magnetics and related programs. Meeker D. Electronic resource. Electronic data. - Germany, [1993]. - Mode of access : http://femm.berlios.de/. - Title from screen.

100. Ismail E., Erickson R. W. A New Class of Low Cost Three-Phase High Quality Rectifiers with Zero Voltage Switching // IEEE Transactions . of Power Electronics. S. 1., 1997. - vol. 12, no. 4, p. 734-742.

101. Kutkut N.H., Divan D.M., Novotny D.W. Charge Equalization for series Connected Battery Strings // IEEE IAS Annual Meeting, October 1994. S. 1.,1994.-p. 1008-1015.

102. Kutkut N.H., Wiegman H.L.N., Divan D.M., Novotny D.W. Design Considerations for Charge Equalization of an Electric vehicle Battery System // IEEE APEC Conf. Rec. S. 1., 1995. - p. 96-103.

103. Kutkut N.H., Divan D.M., Novotny D.W., Wiegman H.L.N. Charge Equalization for series Connected Battery Strings // U.S. Patent Application, Oct.1995.-USA, 1995.

104. Lindemark B. Individual Cell Voltage Equalizers (ICE) for Reliable Battery Performance // INTELEC Conf. Rec. Kyoto, 1991. - p. 196-201.

105. Neimela V. A. "Analysis and Modeling of Leakage Inductance and AC winding Resistance in High-Frequency Multiple-Winding Transformers," Ph.D. Thesis, Duke Univ., 1992.

106. Prasad A. R., Ziogas P. D., Manias S. An active power factor correction technique for three-phase diode rectifiers // IEEE Power Electronics Specialists Conference. S. 1., 1989. - p. 58-66.

107. Schmidt H., Siedle C. The Charge equalizer A New System to Extend Battery Lifetime in Photovoltaic Systems, U.P.S. and Electric Vehicles // INTELEC Conf. Proceedings. - S. 1., 1993.-p. 146-151.

108. Shi-Ping Hsu, A. Brown, L. Rensink, R. Middlebrook "Modelling and Analysis of Switching DC-to-DC Converters in Constant-Frequency Current-Programmed Mode," PESC '79 Record (IEEE Publication 79CH1461-3 AES), pp. 284-301.

109. Smith K. L., D. C. Supplies from a. c. sources 5 // Electronics & Wireless World. - June. - 1985. - p. 49-54.

110. Stars F. M. "Equivalent Circuits -I," AIEE Transactions, June 1932, pp. 287297.

111. Quick Field. A new approach to field modeling Electronic resource. / Tera Analysis Ltd. Electronic data. - Svendborg, [1996 ?]. - Mode of access: http://www.quickfield.com/. - Title from screen.

112. Tung S.T., Hopkins D.C., Mosling C.R. Extension of Battery Life via Charge Equalization // IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 40. S. 1., 1993. -p. 96-104.

113. UltraCap Double Layer Capacitors Electronic resource. / EPCOS AG. -edition 08.04. Electronic data (1 file: 49 pages). - Munich, 2004. - Mode of access : http://www.epcos.com/web/publikationen/pdi7EPC69003760Q.pdf. - Title from screen.

114. Unitrode applications handbook / Unitrode corparation. Merrimack. 1997. -862 c.

115. Vecror fields. Software for. electromegnetic design Electronic resource. / Vector fields Inc. Electronic data. - USA, 1984. - Mode of access: http://www.vectorfields.com/. - Title from screen.для различных магнитопроводов1. Толщина слоя 1 мм.

116. Нумерация слоев начинается изнутри катушки.