Диссертация (Исследование и разработка обратимых вторичных источников электропитания с трансформаторным звеном высокой частоты для космических электроэнергетических комплексов), страница 9

Как и в первой схеме, здесьиспользуется двустороннее шунтирование обмоток трансреактора (ключамиVTш1,2) в токозамыкающих паузах для повышения КПД трансформации тока иповышения устойчивости замкнутой системы регулирования (стабилизации).Следует также отметить еще одно общее достоинство обеихпредложенных схем: отсутствие реверса в полном потокосцеплениибалластных реакторов (LБ1,2) и трансреактора (Т―L) при переключенияхнаправлений преобразования электроэнергии (от АБ к ДЗППН и обратно), чтосущественно повышает быстродействие переключений, а следовательно―икачество переходных процессов в замкнутой системе регулирования истабилизации.Экспериментальныеисследованиялабораторныхмакетовикомпьютерно-имитационноемоделированиепредложенныхсхемотехнических решений для ОТИК подтвердили их работоспособность, атакже высокие (приблизительно соизмеримые) массо-энергетическиехарактеристики и низкие уровни помехоизлучений.Несомненным преимуществом схемы с трансформаторным звеномвысокой частоты (ТЗВЧ) является возможность его использования дляформирования выходного синусоидального напряжения с регулируемойчастотой с помощью дополнительной одной обмотки или трех обмоток свыходным циклоконвертором (циклически реверсируемым выпрямителем), втом числе―трехфазным.48Выбор варианта предполагает учет конкретных заданных техническихтребований.

Обе схемы пригодны для расщепленно-модульногоиспользования, обеспечивающего модульно-масштабируемую архитектурутранспортных резервно-аккумуляторных ИБП с высокими показателямипроизводственной,монтажнойиремонтно-эксплуатационнойтехнологичности и предусматривают использование отечественнойноменклатуры изделий силовой электроники в частности―космической.Рис. 2.8 Обратимые трансформаторные импульсные конверторы для ИБП49Рис. 2.9 Принципиальная силовая схема ОТИК по структуре рис. 2.8, аРис. 2.10 Принципиальная силовая схема ОТИК по структуре рис. 2.8, б502.6 Выводы по второй главеПо результатам разработки нетрадиционныхрешений, можно сделать следующие выводы:схемотехническихРезервно-аккумуляторный источник бесперебойного питания длякосмических транспортных электроэнергетических комплексов обладаетдостоинством:безынерционностьюпереключениянаправленийпреобразования благодаря отсутствию реверса полного потокосцепления,используемого трансреактора.

Это позволяет обеспечить высокое качестворегулирования, в переходных процессах и высокое качество преобразуемойэлектроэнергии на входах и выходах узлов.•• Трансформаторные многофункциональные импульсные преобразователидля бортовых космических источников питания удовлетворяют всем базовымтребованиям, предъявляемым к космическим источникам бесперебойногопитания (ИБП), входящим в состав бортовых электроэнергетическихкомплексов (ЭЭК) и систем электроснабжения (СЭС), в частности с модульномасштабируемой архитектурой.• Трансформаторный импульсный преобразователь для космического ЭЭКвходящий в состав электроэнергетических комплексов КЛА и бортовыхрезервно-аккумуляторных ИБП, обеспечивает высокую надежностную, массоэнергетическую и технологическую эффективность и высокое качествоэлектроэнергии (включая малые помехоизлучения) преобразователяблагодаря его многофункциональности (обратимой взаимосвязи трех внешнихэлектроэнергетических каналов), трансформаторной гальванической развязкеи согласованию по напряжениям каналов, высокому КПД за счеттрансформаторного и трансреакторного преобразования, исключению цепейдля «сквозных сверхтоков», защите от коммутационных перенапряжений и«мягкой» коммутации модуляторных ключей.

Схема представляетсяпригодной для использования в качестве унифицированного модулямногофункционального импульсного преобразователя при реализацииэлектроэнергетическихкомплексовсмодульномасштабируемойархитектурой (с гибким наращиванием мощности), обеспечивающей высокуюэффективность в производственной, монтажной и эксплуатационнойобластях.• Повышение удельной мощности и технологичности и расширение функцийбортовыхзарядно-аккумуляторныхустройств.Предложенныедванетрадиционных схемотехнических решения, защищенные приоритетом РФ исоответствующиеалгоритмыуправления,обеспечиваютполноеудовлетворение всем критериям по массо-энергитической эффективности испецифическимтребованиямдляунифицированныхмодулей51многофункциональных импульсных преобразователей, пригодныхсинтеза бортовых ЭЭК с модульно-масштабируемой архитектурой.для• Обратимые трансформаторные импульсные конверторы для резервноаккумуляторных источников бесперебойного питания позволяют существенноулучшить массо-энергетические характеристики (КПД и удельнуюмощность), а также повысить надежность и снизить помехоизлучения.

Обарешения защищены приоритетом РФ, пригодны для расщепленно-модульногоисполнения, обеспечивающего модульно-масштабируемую архитектурутранспортных и спутниковых резервно-аккумуляторных источниковбесперебойного питания с высокими показателями производственной,монтажнойиремонтно-эксплуатационнойтехнологичности,ипредусматриваютиспользованиеизделийотечественнойсиловойэлектроники, в частности―космической.52Глава 3.

Имитационно-компьютерное моделирование ОВИЭП.3.1 Моделирование ОВИЭП на базе модернизированной«трансформаторной схемы Кука»3.1.1 Упрощенная силовая схема однотактного обратимогоимпульсного преобразователя.Нарис.3.1.3.1приведенаупрощеннаясиловаясхематрансформаторного многофункционального импульсного преобразователя(ТМИП) для ИБП космического назначения. Схема содержит: два однотипныхобратимыхконверторно-инверторныхмодулятора(ОКИМ1,2)идвухсимисторныйциклоконвертор(VS3-4―VS5-6),разделенныетрехобмоточным трансформатором (T).

Каждый из ОКИМ составлен изпоследовательно между собой соединенных транзисторного ключа (VT1,2),балластного трансреактора с двумя дросселями (L1,2) и диодами (VD1,2).Дроссели L1 и L2 имеют общий магнитопровод (показан пунктиром) дляповышения передаваемой мощности и КПД или для снижения пульсациивнешних токов за счет взаимоиндуктивной связи (М), в зависимости отполярностей включения обмоток (на схеме использована первая полярность).Основной топологический скелет ОКИМ имеет прототипом топологиюоднонаправленной, так называемой, «трансформаторной схемы Кука».Помимо расширения функциональных возможностей за счет обеспечениядвунаправленности и функции низкочастотного регулируемого инвертора набазе циклоконвертора с высокочастотным питанием в приведенной схеме, какуже указывалось в разделе 1.3 , исправлена существенная ошибка, допущеннаяС.

Куком и С. Ненаховым и практически перечеркивающая работоспособностьсхемы: неучет неоходимости утилизации энергии индуктивностей рассеянияобмоток трансформатора (Т) [2, 3, 4]. Указанная утилизация в приведеннойсхеме обеспечивается введением силовых диодовVD1,2. Условиенепрерывности тока балластного дросселя (L1,2), как и в известных полярноинвертирующих повышающе-понижающих непосредственных конверторах,является соотношение: U3=U1γ/(1-γ), где γ=tи/Tшим ― относительнаядлительность (коэффициент заполнения) импульса при широтно-импульсноймодуляции с периодом Tшим.533.1.2 Работа упрощенной силовой схемы преобразователя.Для питания устройства при прямом преобразовании энергиииспользована аккумуляторная батарея (АБ) с напряжением U=27В. К выводамфильтра С2 подключают униполярное звено постоянного повышенногонапряжения (ЗППН), например, с напряжением U2=270В или 110В.Промежуточные балластные (накопительные) конденсаторы С1 и С3, в общемслучае, могут быть нагружены или нет.

К выводам фильтра С 4 подключаютоднофазную нагрузку низкочастотного переменного тока со стабильной илирегулируемой амплитудой и частотой (например, 0…115В, 0…400Гц).Режимы прямого и обратного преобразования описаны в разделе 2.2.В рассматриваемой схеме при разных полярностях обмотки L2 иопределенных величинах коэффициентов связи и трансформации балластныхреакторов (трансреактора L1―L2) могут быть существенно сниженыпульсации внешних токов, а следовательно - улучшено качество потребляемойи преобразованной электроэнергии.

Следует, однако отметить, что,пожертвовав снижением пульсаций и поменяв полярность включения L2(показано на схеме) мы получаем другие существенные достоинства схемы:повышение удельной мощности и КПД, а также улучшение быстродействияпроцессовпереключенийнаправленийпреобразованиязасчетоднополярности (отсутствия реверса) потокосцепления трансреактора, чтоповышает качество переходных процессов в замкнутой системерегулирования или стабилизации выходного напряжения.Для получения трехфазного переменного напряжения следует кциклоконвертору VS3-4―VS5-6 (для фазного напряжения UA-N) добавить двааналогичных (для фазных напряжений UB-N и UC-N) с их питанием либо от тойже третьей обмотки (N3), либо от двух дополнительных.543.1.3 Типовые осциллограммы однотактной схемы.· Осциллограмма 3.1.3.1 Сигнала управления транзистором VT1 припрямоходовой работеU(В)4020010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190t(μС)Амплитуда сигнала 21 Вольт.

Период сигнала 20 μС (50 кГц).· Осциллограмма 3.1.3.2 Ток в левой части схемы при выходе на «режим»I(A)1005005001000150020002500300035004000t(μС)Амплитуда тока 50 А на деление, длительность 500 μС на деление.· Осциллограмма 3.1.3.3 Ток и напряжение в правой части схемы при выходена«режим»5001000200015002500300035004000t(μС)I(A)U(B)Зеленым на осциллограмме показан ток, красным показано напряжение.55· Осциллограмма 3.1.3.4 Ток в левой части схемы при установившемсярежимеI(A)4020050100150200250350300400t(μС)Амплитуда тока 20 А на деление, длительность 50 μС на деление.· Осциллограмма 3.1.3.5 Ток в правой части схемы при установившемсярежимеI(A)050100150200250300350400t(μС)510Амплитуда тока 5 А на деление, длительность 50 μС на деление.Имитационно компьютерное моделирование произведено в среде«EasyEda».