Резистор без потерь

Резистор без потерь (LFR) — это резистор , который не теряет энергию . Первая реализация произошла благодаря Зингеру. ^[1] и это было реализовано в различных условиях. ^[2]^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]

Обзор

Многие системы обработки энергии можно улучшить за счет применения резистивных элементов. Резисторы могут применяться для формирования сигналов , демпфирования колебательных сигналов , стабилизации нестабильных систем и балансировки потоков мощности . Потери, связанные с применением обычных резисторов, можно устранить путем синтеза искусственных резистивных элементов без потерь, заменяющих традиционные. Обычный резистор преобразует электрическую энергию, поглощенную на его выводах , в тепло ; однако было обнаружено, что создание резистивной характеристики не обязательно сопровождается таким преобразованием энергии. ^[1] Можно синтезировать резистор без потерь (LFR) с помощью комбинации переключаемого преобразователя и подходящей схемы управления. LFR представляет собой двухпортовый элемент, имеющий резистивную ВАХ на входных клеммах. Мощность, поглощаемая на входе, передается источнику, питающему всю систему, поэтому потерь в принципе не происходит.

Базовая реализация LFR

Реализация ЛФР основана на управлении двухполюсным элементом, имеющим регулируемый во времени преобразователь (ТВТ) или гираторную матрицу . Реализация управляемого, изменяемого во времени трансформатора может быть достигнута с помощью переключаемых схем. ^[8]^[9] Реализация управляемого гиратора может быть получена теми же типами схем, работающих при токовом режиме управления. ^[10] Входные/выходные параметры ТВТ задаются следующим образом:

$\mathbf {x} ^{(0)}={\begin{bmatrix}v_{i}(t)\\i_{i}(t)\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}k(t)&0\\0&k^{-1}(t)\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}v_{0}(t)\\-i_{0}(t)\\\end{bmatrix}}$

где k – коэффициент передачи напряжения ТВТ. В этом случае необходимая резистивная характеристика создается на входном выводе (аб) ТВТ. Выход ТВТ подключен к источнику U, питающему всю схему . Напряжение на входе определяется выражением $v_{i}=k(r)U=v_{ab}(t)$

Обычный линейный резистор R, подключенный к клеммам (ab), предполагает следующее напряжения/ тока соотношение :

$v_{ab}(t)=i_{ab}(t)R$

Таким образом, управляя коэффициентом передачи напряжения переключающего преобразователя (который реализует TVT) таким образом, чтобы выполнялось приведенное выше уравнение, на клеммах (ab) определяется резистивная характеристика. В этом случае коэффициент передачи напряжения k(r) определяется выражением

$k(t)={\frac {i_{ab}(t)R}{U}}$

где R – величина сопротивления синтезированного ЛФС. В случае реализации управляемым гиратором входные/выходные параметры имеют вид

$\mathbf {x} ^{(0)}={\begin{bmatrix}V_{i}\\i_{i}\\\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}0&g^{-1}(t)\\g(t)&0\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{0}(t)\\-i_{0}(t)\\\end{bmatrix}}$

где g — гирационная проводимость. Резистивную характеристику получают путем управления проводимостью вращения таким образом, чтобы выполнялось следующее уравнение:

$g(t)={\frac {v_{ab}(t)}{UR}}$

При применении импульсного преобразователя, состоящего из элементов без потерь (только в принципе), мощность, поглощаемая на клеммах (ab), передается источнику U, поэтому потери в принципе устраняются. ^[1]

LFR реализуется за счет комбинации управляемого TVT или TVG и схемы обработки сигналов (SPC), которая управляет цепью связи, так что выполняются приведенные выше уравнения. Методы уменьшения потерь за счет передачи энергии источнику, питающему цепь, хорошо известны; однако эти методы обычно применяются для восстановления энергии, захваченной в накопительных элементах. В этих цепях нет постоянного контроля за сетями связи, которые передают рекуперированную энергию источнику. В нашем методе требуемая резистивная характеристика достигается путем непрерывного управления двумя портами без потерь и без хранения.

Свойства ЛФР

LFR представляет собой двухполюсный элемент, имеющий следующие характеристики:

эквивалентную резистивную характеристику R на входных клеммах, и
источник питания P на выходных клеммах.

Значение P определяется мощностью, потребляемой эквивалентным резистором R. Эта мощность подается (от источника питания P) на шину U, которая питает всю систему. TVT (и TVG) может быть реализован с помощью семейства переключаемых схем. Потери, практически возникающие в этих цепях, можно моделировать последовательными и параллельными резисторами (r и rp соответственно). Таким образом, вся схема может быть смоделирована каскадной комбинацией этих резисторов и TVT (или TVG).

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Сингер, С., «Реализация резистивных элементов без потерь», Транзакции IEEE в схемах и системах , Vol. CAS-37, № 1, стр. 54-60, январь 1990 г.
^ Роберт В. Эриксон, Драган Максимович, Основы силовой электроники , Springer, 2-е изд. 2001.
^ Эриксон Р., Мэдиган М., Сингер С., «Проектирование простого выпрямителя с высоким коэффициентом мощности на основе обратноходового преобразователя», Конференция и выставка прикладной силовой электроники, 1990. АТЭС '90.
^ Сингер, С., «Применение резисторов без потерь в схемах обработки энергии», IEEE Transactions on Power Electronics , (Том: 6, Выпуск: 4), октябрь 1991 г., стр. 595-600.
^ Л. Мартинес-Саламеро, Н. Пароди, Абделали Эль Аруди, «Анализ и проектирование резистора без потерь на основе повышающего преобразователя в режиме ШИМ», ISCAS 2010: 2742-2745.
^ А. Сид-Пастор, Л. Мартинес-Саламеро, А. Эль Аруди, Р. Хираль, Дж. Кальвенте, Р. Лейва, «Синтез резисторов без потерь на основе управления скользящим режимом и его применение в обработке энергии» , Практика проектирования систем управления , том 21, выпуск 5, май 2013 г., стр. 689–699.
^ А. Маркос-Пастор, Э. Видаль-Идиарте, А. Сид-Пастор, Л. Мартинес-Саламеро, «Цифровой резистор без потерь для приложений коррекции коэффициента мощности», Общество промышленной электроники, IECON 2013 - 39-я ежегодная конференция IEEE.
^ Д. Миддлбрук. «Моделирование малых сигналов импульсных преобразователей мощности с широтно-импульсной модуляцией», Труды IEEE , том 76. № 4, стр. 343-354, апрель 1988 г.
^ К.Д.Т. Нго, «Низкочастотные характеристики преобразователей ШИМ», IEEE Transactions on Power Electronics , vol. PE-I, стр. 223–230, октябрь 1986 г.
^ Сингер, С., «Реализация гиратора без потерь», IEEE Transactions on Circuits and Systems , Vol. CAS-35, № 1, стр. 26–34, январь 1988 г.

[singer1990-1] Jump up to: ^а ^б ^с Сингер, С., «Реализация резистивных элементов без потерь», Транзакции IEEE в схемах и системах , Vol. CAS-37, № 1, стр. 54-60, январь 1990 г.

[2] Роберт В. Эриксон, Драган Максимович, Основы силовой электроники , Springer, 2-е изд. 2001.

[3] Эриксон Р., Мэдиган М., Сингер С., «Проектирование простого выпрямителя с высоким коэффициентом мощности на основе обратноходового преобразователя», Конференция и выставка прикладной силовой электроники, 1990. АТЭС '90.

[4] Сингер, С., «Применение резисторов без потерь в схемах обработки энергии», IEEE Transactions on Power Electronics , (Том: 6, Выпуск: 4), октябрь 1991 г., стр. 595-600.

[5] Л. Мартинес-Саламеро, Н. Пароди, Абделали Эль Аруди, «Анализ и проектирование резистора без потерь на основе повышающего преобразователя в режиме ШИМ», ISCAS 2010: 2742-2745.

[6] А. Сид-Пастор, Л. Мартинес-Саламеро, А. Эль Аруди, Р. Хираль, Дж. Кальвенте, Р. Лейва, «Синтез резисторов без потерь на основе управления скользящим режимом и его применение в обработке энергии» , Практика проектирования систем управления , том 21, выпуск 5, май 2013 г., стр. 689–699.

[7] А. Маркос-Пастор, Э. Видаль-Идиарте, А. Сид-Пастор, Л. Мартинес-Саламеро, «Цифровой резистор без потерь для приложений коррекции коэффициента мощности», Общество промышленной электроники, IECON 2013 - 39-я ежегодная конференция IEEE.

[8] Д. Миддлбрук. «Моделирование малых сигналов импульсных преобразователей мощности с широтно-импульсной модуляцией», Труды IEEE , том 76. № 4, стр. 343-354, апрель 1988 г.

[9] К.Д.Т. Нго, «Низкочастотные характеристики преобразователей ШИМ», IEEE Transactions on Power Electronics , vol. PE-I, стр. 223–230, октябрь 1986 г.

[10] Сингер, С., «Реализация гиратора без потерь», IEEE Transactions on Circuits and Systems , Vol. CAS-35, № 1, стр. 26–34, январь 1988 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]