Formation of the Spectral Composition of the Output Voltage of Converters for Nuclear Magnetic Resonance

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorZahranychnyi, A. V.
dc.date.accessioned2024-11-28T10:00:52Z
dc.date.available2024-11-28T10:00:52Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractIn this paper, we consider the construction of an asynchronous control system for semiconductor converters for nuclear magnetic resonance. The relevance of research in this direction, main problems that arise during the construction of these systems are shown. Derived the mathematical model of the inverter, on the basis of which a control system with asynchronous pulse-width modulation is constructed. Proposed an equivalent converter circuit with a constant structure, constant parameters, and an equivalent EMF generator. Established correspondence between the equivalent circuit of the converter and its mathematical model in the form of differential equations. On the basis of mathematical equations, a structural diagram of the converter with a control system was developed and the principle of operation of the device was described according to it. To develop an algorithm for the control system, the dependence of the frequency change relative to the resonant frequency on the phase shift between the current through the filter and the voltage on the antenna circuit is determined. For which the model was built in Simulink and the corresponding simulation was carried out. Numerical dependences of reference signal frequency change and phase shift were obtained. The increase in efficiency of device for nuclear magnetic resonance is considered due to the use of multilevel inverters with tuning the frequency of operation to the frequency of the resonant circuit. Simulation of a three-level diode-clamped inverter showed that when the capacitance of the resonant circuit changes and, therefore, the resonant frequency of the circuit, the input current increases. The work obtained specific numerical dependencies. Time diagrams of voltages and currents on the main elements of the converter are given, which illustrate the implementation asynchronous pulse-width modulation in the control system. After working out the automatic frequency control algorithm, the increase in current consumption can be leveled off. The simulation results also show that it is possible to reduce the amplitude of the third harmonic. The disadvantages of the proposed system include the fact that the frequency of the converter is adjusted at each subsequent period of its operation. At the same time, the parameters of the filter can change again, which leads us to believe that adjusting the frequency will never give a 100% result, but will only allow to get as close as possible to the set parameters of the sounding signal. The work also indicates that it is possible to improve the spectral composition of the probing voltage generated by the converter by using more levels of a diode-clamped multi-level inverter. However, increasing the number of levels reduces the action speed of the system and complicates the control system itself. Therefore, the need to maintain a balance between the number of levels of the inverter and the complexity of the system is indicated.
dc.description.abstractotherУ даній роботі розглянуто побудову асинхронної системи керування напівпровідникових перетворювачів ядерного магнітного резонансу. Обґрунтовано актуальність досліджень, вказано основні проблеми та складнощі, які виникають при побудові таких систем. Виведено математичну модель інвертора, на основі якої побудовано систему керування з асинхронною широтно-імпульсною модуляцією. Запропоновано еквівалентну схему перетворювача з постійною структурою, постійними параметрами та еквівалентним генератором ЕРС. В роботі встановлено відповідність між еквівалентною схемою перетворювача та його математичною моделлю у вигляді диференціальних рівнянь. Для розробки алгоритму системи керування визначено залежність зміни частоти відносно резонансної частоти від зсуву фаз між струмом через фільтр і напругою на антенному контурі. Для чого була побудована модель у Simulink та проведено відповідне моделювання. Отримано чисельні залежності зміни частоти опорного сигналу та фазового зсуву. В статті розглянуто підвищення ефективності пристрою для ядерного магнітного резонансу за рахунок використання багаторівневих інверторів з налаштуванням частоти роботи. Моделювання трирівневого інвертора показало, що коли ємність резонансного контуру змінюється, а отже, і резонансна частота контуру, вхідний струм збільшується. Після відпрацювання алгоритму автоматичного підлаштування частоти збільшення споживаного струму можна нівелювати. Наведено часові діаграми напруг і струмів на основних елементах перетворювача, які ілюструють реалізацію асинхронної широтно-імпульсної модуляції в системі керування. Отримані результати моделювання також показують, що можна зменшити амплітуду третьої гармоніки. До недоліків запропонованої системи можна віднести те, що частота перетворювача регулюється на кожному наступному періоді його роботи. Робота також показує, що можна покращити спектральний склад зондувальної напруги, що генерується перетворювачем, використовуючи більше рівнів багаторівневого інвертора. Однак збільшення кількості рівнів знижує швидкість дії системи та ускладнює саму систему управління. Тому вказано на необхідність дотримання балансу між кількістю рівнів інвертора та складністю системи.
dc.format.pagerangeС. 291566.1-7
dc.identifier.citationZahranychnyi, A. V. Formation of the Spectral Composition of the Output Voltage of Converters for Nuclear Magnetic Resonance / A. V. Zahranychnyi // Мікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал. – 2024. – Т. 29, № 1(126). – С. 291566.1-7. – Бібліогр.: 30 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.291566
dc.identifier.orcid0000-0003-2373-1896
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/70869
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceМікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал, 2024, Т. 29, № 1(126)
dc.subjectnuclear magnetic resonance
dc.subjectmultilevel inverter
dc.subjectasynchronous pulse width modulation
dc.subjectmathematical model
dc.subjectcontrol system
dc.subjectTHD
dc.subjectядерно-магнітний резонанс
dc.subjectбагаторівневий інвертор
dc.subjectасинхронна широтно-імпульсна модуляція
dc.subjectматематична модель
dc.subjectсистема управління
dc.subject.udc621.316.72
dc.titleFormation of the Spectral Composition of the Output Voltage of Converters for Nuclear Magnetic Resonance
dc.title.alternativeФормування спектрального складу вихідної напруги перетворювачів ядерного магнітного резонансу
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
291566.1-7.pdf
Розмір:
726.52 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 29, № 1(126)