Лекции 14-16 - Конспекты (1095384), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В этом случае паразитная ёмкостьуменьшается, поскольку она шунтируется нагрузкой, сопротивление которой вданном случае равно нулю. В маломощной РЭА при последовательном8Электропитание РЭАГлава 8подключении индуктивности импедансцепи относительно высок,чтопозволяет ограничить текущее значение тока в ключевых каскадах инверторана уровне Ut/L.В мощных схемах при последовательном подключении катушкииндуктивности низкий импеданс в цепи не обеспечивает ограничение тока.
Поэтой причине в мощной РЭА используют последовательную топологию.Отметим, что вне области резонанса последовательная цепь функционирует какисточник тока, который имеет естественный предел по выходному току, что иобеспечивает токовую защиту ключевых цепей.Имеется ещё одна причина, по которой последовательная схемамалопригоднадлямаломощнойРЭА.Очевидно,чтонапряжениенапоследовательной ёмкости определяется добротностью Q РК и напряжением,которое приложено к полной, последовательной и паразитной ёмкости. Вмаломощных цепях отношение последовательной ёмкости к параллельнойвесьма велико, из-за чего образуется делитель, в котором основное падениенапряжения приходится на последовательную компоненту ёмкости.
Натрансформатор жепопадает лишьнебольшаячасть напряжения,чтосущественно снижает высокое напряжение на его вторичной обмотке. Попыткаисправить ситуацию добавлением витков в обмотку приводит к увеличениювносимой ёмкости, и в итоге напряжение вторичной обмотки остаётся напрежнем уровне.В мощных (более 500 Вт) ИЭП с резонансным преобразованиемнапряжения целесообразным с точки зрения достижения максимальнойэффективности представляется использование мостовой схемы инвертора споследовательным формирующим РК в диагонали. Схема соответствующегоПН приведена на рисунке 8.4.ПН состоит из инвертора на ключевых транзисторах VT1-VT4 ипоследовательного РК, включенного в диагональ моста. Нагрузка подключена9Электропитание РЭАГлава 8параллельно ёмкости формирующего контура С, и, как правило, представляетсобой высокочастотный трансформатор со схемой двухполупериодноговыпрямленияифильтромпульсацийвыпрямленногонапряжения.РКвыполняет функцию трансформатора сопротивления нагрузки и фильтрапервой гармоники прямоугольного напряжения.
СУ формирует управляющиенапряжения для каждого транзистора таким образом, что на выходе РК имеетсяпоследовательность симметричных прямоугольных импульсов с амплитудой,равной входному напряжению Uвх.Рисунок 8.4 – Резонансный мостовой преобразователь напряженияРегулировка и стабилизация выходного напряжения резонансноговысоковольтного ИЭП при изменении величины нагрузки и напряженияэлектропитания может осуществляться одним из следующих способов:- регулировка напряжения электропитания на резонансной частоте,например, при наличии на входе корректора коэффициента мощности;-регулировкойчастотыкоммутацииключевыхотносительно резонансной частоты РК;- за счёт частотно-импульсной модуляции (ЧИМ).10транзисторовЭлектропитание РЭАВместесГлава 8темпостроениевысоковольтныхрезонансныхИЭПцелесообразно до мощностей около 10 кВт при работе от сети 380 В 50 Гц и4 кВт – при работе от сети 220 В 50/400 Гц при выходных напряжениях до15 кВ.
Ограничение по мощности обусловлено следующими трудностями. Вопервых, существующие сегодня транзисторы не позволяют получить большиемощности на частотах до 100 кГц без заметного снижения КПД. Использованиеже модулей на их основе заставляет значительно снижать частоту, чтоприводит к увеличению габаритов дросселя РК, выходного трансформатора ифильтра. Во-вторых, существующая номенклатура ферритовых сердечниковкак отечественного, так и импортного производства не позволяет создаватьвысокоэффективные катушки индуктивности для РК, работающих при большихпеременных контурных токах (до 30-40 А на частоте до 200 кГц).Ограничение по максимальному выходному напряжению обусловленотрудностями, связанными с необходимостью снижения плотности тока вобмоточных проводах высоковольтной обмотки на высоких частотах, чтовлечёт за собой необходимость увеличения площади поперечного сеченияпроводов.
При ограниченных габаритах высоковольтных катушек, связанных сгабаритами применяемых сердечников, возникает конструктивное ограничениена максимальное выходное напряжение высоковольтного высокочастотноготрансформатора.Привыполненииэтогоограниченияобеспечиваетсяоптимальный тепловой и электрический режим работы трансформатора.В.
ТрансформаторКак правило, высокочастотное напряжение с инвертора поступает наповышающийвысоковольтныйтрансформатор.Высокаячастотапреобразования в инверторе позволяет добиться высоких техническиххарактеристик при одновременном снижении размеров магнитопроводов инакопительных конденсаторов. Однако при подключении трансформатора сбольшим коэффициентом трансформации n11к высокочастотному инверторуЭлектропитание РЭАГлава 8возникает проблема внесения паразитной ёмкости в первичную обмоткутрансформатора с коэффициентом, определяемым отношением числа витковвторичной и первичной обмоток. В результате паразитная межвитковая ёмкостьвторичной обмотки, которая сама по себе отнюдь не мала и составляет сотнипикофарад, пересчитывается к выходу инвертора пропорционально n2.
Поэтомусредний ток холостого хода инвертора может превышать даже полезнуюсоставляющую тока нагрузки в несколько раз, а импульсный ток – ещё на одинпорядок. Рост тока объясняется перезарядом паразитной ёмкости на каждомцикле переключения транзисторов. Он заставляет в корне пересматриватьобласть допустимой работы транзисторов по максимальным токам ирассеиваемой мощности, что приводит к необходимости использовать вкачестве ключей более мощные и соответственно более дорогие приборы.Таким образом, большую паразитную ёмкость необходимо изолировать отключевых устройств инвертора, в противном случае в инверторе будутприсутствовать аномально высокие импульсные токи.Как правило, трансформатор высоковольтного ИЭП имеет большое числовитков и большие значения пикового напряжения во вторичной обмотке. Этимидвумя факторами определяется геометрия сердечников и технология намотки,совершенноотличнаяоттой,котораяприменяетсявобычныхтрансформаторах.
Могут иметь значение и другие характеристики: отношениевольт/число витков вторичной обмотки, параметр межслойной изоляции итангенс угла потерь изоляции, геометрия намотки с точки зрения её влияния напаразитную ёмкость и утечку, послойная пропитка намотки изоляционнымлаком, уровень коронирования и другие, практически важные факторы,например, запас по перегреву или себестоимость.Г. Выходной каскадВысоковольтный выходной каскад выполняет функции выпрямления ифильтрации высокочастотного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки12Электропитание РЭАГлава 8трансформатора.
При этом традиционно используют высоковольтные диоды иконденсаторы. Однако способы их включения сильно различаются. Так, вмаломощныхвыходныхкаскадахиспользуютобычныеумножителинапряжения.Для мощных ИЭП более эффективны модифицированные схемыумножителей и трансформаторов. Высоковольтный каскад обеспечивает такжесигналы обратной связи (ОС) и контроля, поступающие на обработку в СУ. Всеэти элементы электрически изолированы от "земли" для предотвращениядугового разряда.
В качестве изоляции используют различные материалы:наиболеераспространённые–воздух,SF6(гексафторидсеры),трансформаторное масло, твёрдые герметики (клеи-герметики, эпоксиднаясмола и т. д.). Выбор материала изоляции и технологический контроль могутоказаться наиболее важными с точки зрения надёжности высоковольтногоИЭП.Отметим также, что выходной выпрямитель обычно работает в сложныхусловиях из-за "жёсткого" восстановления диодов резкими перепадами токов инапряжений.Одной из важных особенностей высоковольтных импульсных ИЭПявляется то, что их выходной высоковольтный выпрямитель имеет чистоемкостной фильтр Cф (рисунок 8.5) – без применения дросселей, как этообычно делается в низковольтных импульсных ИЭП.В низковольтных ИЭП дроссель выходного выпрямителя выполняетдвоякую функцию.
С одной стороны, он является элементом LфCф-фильтра, а сдругой – обеспечивает возможность регулирования выходного напряжения Uвыхс помощью ШИМ или ЧИМ. Иными словами, для регулирования выходногонапряжения в низковольтном импульсном ИЭП можно изменять любой изпараметров входного управляющего воздействия (длительность, частоту).Очевидно, в высоковольтных импульсных ИЭП в отсутствии дросселя на13Электропитание РЭАвыходеГлава 8единственнымспособомрегулированиявыходного напряженияявляется амплитудно-импульсная модуляция (АИМ).а)б)Рисунок 8.5 – Построение выходных выпрямителей в высоковольтных (а)и низковольтных (б) импульсных ИЭПОтсутствие дросселя на выходе высоковольтного импульсного ИЭПобъясняется главным образом тем, что в этом случае вторичная обмоткатрансформатора должна быть выполнена на удвоенное напряжение нагрузки,что резко усложняет реализуемость такого трансформатора на практике.Д.
Схема управленияСУ является связующей для всех каскадов ИЭП. Степень сложности СУможетбытьразличной–отединственнойаналоговойинтегральноймикросхемы (ИМС) до большого числа ИМС, программируемой логическойинтегральной схемы (ПЛИС) и даже микропроцессора, регулирующего иконтролирующего все параметры высоковольтного выхода.Однако основные требования, которым должна удовлетворять любая СУ,сводятся к точной стабилизации выходного напряжения и тока в соответствии сусловиями нагрузки, входной мощностью и заданными установками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
