Диссертация (Исследование и разработка аппаратов регулирования защиты и коммутации для систем электроснабжения полностью электрифицированных самолетов), страница 8

К входным выводам 22,23 и 25подключают источник постоянного повышенного напряжения со среднимвыводомилидвааналогичныхисточника,соединенныхмеждусобойпоследовательно-согласно. К выходному выводу 24 и общему выводу заземления25 подключают источник постоянного тока низкого напряжения. Источникиимеют возможность принимать обратно рекуперируемую энергию (например,аккумуляторные батареи или электромашинные стартер-генераторы).Сначала рассмотрим прямое преобразование повышенных напряжений наконденсаторах 1 и 2 входной фильтровой конденсаторной стойки в низкоенапряжениенавыходномфильтровомконденсаторе3.Дляэтогонадополнительные выходные выводы 18 и 20 схемы управления 13 подаютсяотпирающиесигналы,включающиеоднонаправленныйключ17идвунаправленный ключ 16 (нижний тиристор).

На модулирующие выходныевыводы14и15схемыуправленияподаютсяширотно-регулируемыепрямоугольные высокочастотные импульсы с синхронными фронтами ипериодом модуляции Т, включающие модулирующие ключи 6 и 7 с интерваламиимпульсовисоответственно. При включении ключей 6 и 7 токи вобмотках 5 и 21 дросселя 4 нарастают по цепям: 1-6-5-16-3-1 и 2-21-7-17-2 иблагодарясогласномувключениюобмотокувеличиваютихсуммарноепотокосцепление и электромагнитную энергию дросселя. Для упрощениярассмотренияпримемусловие tИ 6  tИ 7  t6,7 .Тогдапослеодновременноговыключения ключей 6 и 7 токи обмоток 5 и 21 дросселя будут частично спадатьпо цепям: 5-3-8-5 и 21-3-16-21, заряжая конденсатор 3.

Далее указанные процессыциклически повторяются с периодом модуляции Т.Таким образом, при прямом преобразовании обмотка 5 входит в составклассического понижающего конвертора, а обмотка 21 - в состав классическогополярно-инвертирующего (понижающе-повышающего) конвертора.67Далее рассмотрим обратное преобразование низкого напряжения наконденсаторе 3 в повышенные напряжения и на конденсаторах 1 и 2. Для этого надополнительный выходной вывод 19 схемы управления 13 подается отпирающийсигнал, включающий двунаправленный ключ 16 (верхний тиристор), а намодулирующийвыходнойвывод15подаютсяширотно-регулируемыепрямоугольные высокочастотные импульсы с периодом Т и интервалами tИ 7 .

Привключении ключа 7 ток в обмотке 21 дросселя 4 нарастает по цепи: 3-16-7-10-213, увеличивая суммарное потокосцепление и электромагнитную энергиюдросселя. После выключения ключа 7 в соответствии с электротехническимзаконом о непрерывности суммарного потокосцепления взаимоиндуктивносвязанных обмоток произойдет скачкообразное перераспределение указанноготока (потокосцепления) на две токовые цепи: 21-2-11-10-21 и 5-12-1-3-16-21,заряжающие конденсаторы 2 и 1, соответственно. Далее указанные процессыциклически повторяются с периодом модуляции Т.Таким образом, при обратном преобразовании двухобмоточный дроссель 4(трансреактор) образует цепи двух классических повышающих конверторов:полярно – инвертирующего и обратноходового. При обоих преобразованиях(прямомиобратном)наилучшиеэнергетическиехарактеристикибудутсоответствовать условию непрерывности суммарного потокосцепления дросселя4.Из всего вышесказанного можно заключить следующее.

Устройство имеетвысокую надежность и электромагнитную совместимость благодаря совместномузаземлению среднего вывода входного 1,2 и вывода выходного 3 фильтровыхконденсаторов, позволяющему при заземлении корпуса устройства, а возможно инулевого вывода питающей сети, подключенной через выпрямитель к входнойстойке 1-2, исключить паразитные емкостные связи между узлами схемы и путираспространенияэлектромагнитныхпомех,электробезопасность при эксплуатации устройства.атакжеповысить68Крометого,функциональныхвпредложенномвозможностей,аустройствеименно–достигаетсяобеспечениерасширениеобратногопреобразования низкого выходного напряжения на конденсаторе 3 в дваповышенных входных напряжения на конденсаторах 1,2, что является важнымсвойством при необходимости рекуперации энергии, например, при торможенииэлектропривода или при взаимном резервировании сетей постоянного токаповышенного и низкого напряжений.

Стоит отметить, что альтернативойобратимомого импульсного конвертора является ДАРЗК рассмотренный ранее.б) Импульсный преобразователь напряженийСледуя вышеуказанному принципу модульно-масштабируемой архитектурыи многофункциональности модулей был разработан импульсный преобразовательнапряжений [20], который может быть использован в бортовых сетях спредусмотренной возможностью рекуперации электроэнергии, в том числе и дляпитания коммутационной шины.

Рис.2.2.569Рис.2.2.5Дроссельные обмотки 14,15 трансреактора 13 имеют общий магнитопровод,причем их выводы, соединенные с входными выводами 1 устройства, являютсяразноименными, («начало» и «конец», обозначенные на Фиг. с помощью жирнойточки и без нее).В качестве ключей электронно-ключевой стойки 4-5 вместе с обратнымидиодами 6,7 можно использовать МДП-транзисторы, например – SPB07N60C3, ав качестве блока управления 2 – микросхемный драйвер полумоста IR2113S,широко представленный на рынке.Рассмотрим принцип работы импульсного преобразователя напряжений.70Выходные выводы 1 устройства подключают к источнику постоянного иливыпрямлено-пульсирующегознакопостоянногонапряжения,аосновныевыходные выводы 12 – к нагрузке переменного прямоугольного напряжения,например – к трансформаторно-выпрямительному устройству или электронномубалласту для газоразрядных ламп. При этом конденсаторы 10,11 емкостнойстойки заряжаются каждый до половины напряжения питания.На двух основных выходных выводах блока управления 2 после еговключения появляются прямоугольные управляющие импульсы, сдвинутые повремени на 180 электрических градусов (противофазные), которые поочередновключают силовые ключи электронно-ключевой стойки 4-5.После первого (а затем и каждого очередного) включения ключа 4 привыключенном ключе 5 происходит частичная разрядка конденсатора 10 иподзарядка конденсатора 11 через нагрузку по цепям 10-14-4-12-нагрузка-12-10 и1-14-4-12-нагрузка-12-11-1, соответственно.

При этом ток в обмотке 14трансреактора 13 и его суммарное потокосцепление нарастают до определенныхвеличин. После выключения ключа 4 и включения ключа 20 указанный токзамыкается на цепь 14-20 на время паузы необходимой для обеспечениястатической устойчивости процесса преобразования.После выключения ключа 20 указанный ток обмотки 14, поддерживаемыйза счет ЭДС самоиндукции индуктивности рассеяния, сначала частично спадаетпо цепи 14-8-17-12-нагрузка-12-10-14, дозаряжая демпфирующий конденсатор 8,защищающий ключ 4 от перенапряжения, а затем перебрасывается вовзаимноиндуктивносвязанныеснейобмотки15и23(согласноэлектротехническому закону непрерывности суммарного потокосцепления) испадает уже в них по цепи 15-16-17-18-9-15, дозаряжая второй демпфирующийконденсатор 9 за счет ЭДС взаимоиндукции обмоток 14,15, и по цепи 23-24-25нагрузка-25-23.71После первого (а затем и каждого очередного) включения ключа 5 привыключенном ключе 4 сначала происходит частичная разрядка демпфирующегоконденсатора 9 по цепи 9-19-10-12-нагрузка-12-5-9, а затем частичная разрядкаконденсатора 11 и подзарядка конденсатора 10 через нагрузку по цепям 11-12нагрузка-12-5-15-11 и 1-10-12-нагрузка-12-5-1, соответственно.

При этом ток вобмотке 15 трансреактора 13 и его суммарное потокосцепление нарастают доопределенных величин. Выключения ключа 5 и включения ключа 21 ток обмотки15 замыкается на цепь 15-21, на время паузы.После выключения ключа 21 указанный ток сначала спадает по цепи 15-1112-нагрузка-12-18-9-15, дозаряжая демпфирующий конденсатор 9, защищающийключ 6 от перенапряжения, а затем, перебрасывается во взаимоиндуктивносвязанные с ней обмотки 14 и 23 и спадает уже в них по цепи 14-8-17-18-19-14,дозаряжая демпфирующий конденсатор 8 за счет ЭДС взаимоиндукции обмоток14,15, и по цепи 23-24-25-нагрузка-25-23.Далее вышеуказанные процессы периодически повторяются, вызывая навыходных выводах 12 прямоугольную переменную ЭДС, питающую нагрузку.Для повышения КПД передачи энергии в цепь дополнительных выходныхвыводов 25 устройства, рекомендуется синхронно с ключами 20 и 21 включатьключ 26, а выключать его с небольшим запаздыванием.В случае несанкционированного одновременного включения обоих ключей4 и 5 (например, от коммутационной помехи, проникшей в управляющиеключами драйверы) сквозной ток разрядки конденсаторной стойки 10-11 будетограничен обмотками 14,15 трансреактора 13 за счет их существенной суммарнойиндуктивности,вчетверо(пропорциональновключенных витков).превышающейквадратуудвоенногоиндуктивностьчислакаждойизнихпоследовательно-согласно72В случае необходимости питания только нагрузки постоянного тока,подключенной к дополнительным выходным выводам 25 устройства, основныеего выходные выводы 12 шунтируют с помощью проводящей перемычки 28.

Приэтом на интервалах включенных ключей 4 и 5 производится только запасаниедозы электромагнитной энергии в трансреакторе 13, на интервалах – сохранениеэтой энергии в нем, а на интервалах выключенных всех ключей – передачауказанной дозы энергии в нагрузку.Извышесказанногоследует,чтоспомощьютрансреактораидемпфирующих конденсаторов осуществляются ограничения величин и крутизныфронтов нарастания рабочих и аварийно-сквозных токов цепях устройства, атакже коммутационных напряжений на электронных ключах, что повышаетнадежность, снижает уровень излучаемых им помех.в).

Обратимый преобразователь напряженийКак было сказано ранее, для рекуперации энергии, возвращаемой приторможении электропривода преобразователь (например, регулятор напряжения)должен обладать свойством обратимости. В ходе исследовательской работы былразработанобратимыйпреобразовательнапряженийcинверторно-трансформаторным звеном высокой частоты [22], особенностью которогоявляетсяотсутствиенетермостойкихиненадежныхэлектролитическихконденсаторов.Далее рассматривается принцип работы обратимого преобразователянапряжений, представленный на Рис.2.2.6.73Рис.2.2.6К выходным выводам 1-2 устройства подключают первичный источникпостоянного тока, например, выход выпрямителя сетевого напряжения.

Впоследнем случае на входе обратимого инвертора-выпрямителя 9 будетнизкочастотно пульсирующее знакопостоянное напряжение, частично сглаженноемалоэнергоемким конденсаторным фильтром 16. При подаче от внутреннегогенераторасхемыуправления20науправляющиевыводыинвертора-выпрямителя 9 высокочастотных импульсов на каждой паре выводов всехвторичных обмоток 12, 13 трансформатора 10 появляется высокочастотноенесущеенапряжение,промодулированноепоамплитудепульсирующей74низкочастотной огибающей в соответствии с формой выпрямленного сетевогонапряжения.Указанныевысокочастотныевыпрямителях-коммутаторах14,напряжения15поступаютпослеввидевыпрямлениявзнакопостоянныхпульсирующих напряжений на входы импульсных модуляторов 21, 22, 23.Дроссель27каждогомодуляторавыполняетфункциюсглаживающегоиндуктивного накопителя, способного накапливать электромагнитную энергиютока, нарастающего по цепи 14-27-25, сохранять эту энергию, определяемуютоком в замкнутой цепи 27-26-24-27 или 27-25-14-27, и дозировано передавать еев нагрузку и в выходной фильтр по цепи тока 27-26-4-3(17)-14-27.