Лекции 14-16 - Конспекты (1095384), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Наиболееэффективно это решается с помощью контура ОС.Традиционный способ стабилизации заключается в отслеживаниивыходного напряжения и тока и сравнении измеренных значений с опорнымсигналом. Полученная разность (сигнал ошибки) между двумя сигналами (ОС и14Электропитание РЭАГлава 8опорным) подаётся в управляющую цепь инвертора, что, в конечном итоге,приводит к изменению выходной мощности. Кроме тока и напряжения могутбыть стабилизированы и другие параметры.Обычно стабилизация выходного напряжения ИЭП осуществляется спомощьюрелейногорегулятора(компаратора),управляющегоработойгенератора качающейся частоты.
При увеличении выходного напряжениярелейный регулятор устанавливает генератор в режим плавного увеличениячастоты импульсов. Диапазон изменения частоты импульсов выбираетсятаковым, что рабочая точка на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ)резонансного LC-контура скользит вдоль спадающего участка АЧХ, за счётчегоприувеличениикоэффициентапередачичастотыРК.Какимпульсовпроисходитследствие,уменьшаетсяуменьшениеамплитуданапряжений на обмотках высоковольтного трансформатора и, вслед за этим,уменьшается выходное напряжение ИЭП, то есть происходит стабилизация.Регулированиевыходногонапряжениязасчётизмененияамплитудысинусоидального напряжения на вторичной обмотке позволяет в выходномвысоковольтном выпрямителе обойтись чисто ёмкостным фильтром. Заметим,что для получения амплитудной модуляции в данной схеме используется ЧИМв отношении меандра с выхода мостового регулируемого ПН.Вместе с тем такая схема стабилизации имеет ряд недостатков, средикоторых:- невозможность внешней синхронизации по частоте преобразования засчёт использования ЧИМ в мостовом регулируемом ПН;- возможность выхода ИЭП из строя при случайном переходе рабочейточки со спадающего участка АЧХ, которому соответствует отрицательная ОС,на восходящий её участок, где имеет место положительная ОС;- наличие релейного регулятора, частота переключения которого должнабыть существенно ниже частоты генератора качающейся частоты, что требует15Электропитание РЭАГлава 8принятия дополнительных мер по фильтрации напряжения на нагрузке.От указанных недостатков свободна схема, в которой транзисторымостового ПН управляются за счёт ШИМ.
Подавая широтномодулированноенапряжение на вход LC-фильтра, выделяющего 1-ю гармонику, можно за счётизменения длительности импульса изменять амплитуду напряжения на выходефильтра, то есть осуществлять преобразование ШИМ в амплитуднуюмодуляцию.Данный принцип позволяет строить высоковольтные импульсные ИЭП ссинусоидальной формой напряжений на обмотках трансформатора, чтоспособствует снижению уровня ЭМП.8.1.3 Основы модульного построенияС целью унификации мощных высоковольтных ИЭП, а также решенияпроблемы повышения мощности и выходного напряжения используютмодульный принцип их построения с последующим включением их по одной изсхем суммирования.Пример структуры модульного высоковольтного ИЭП приведён нарисунке 8.6.
В блок коммутации и управления подаются требуемые входныенапряжения (например, 220 В трёхфазного тока частоты 400 Гц и 27 Впостоянного тока). Силовая трёхфазная сеть поступает в 12 каналов, каждый изкоторых содержит ПН, высоковольтный трансформаторно-выпрямительныймодуль (ВТВМ) и сглаживающий фильтр (СФ). Выходные выводы СФсоединяют последовательно, в результате чего выходное напряжение схемыравно сумме напряжений двенадцати каналов.Формирователь синхроимпульсов подаёт в схемы ПН управляющиесигналы, сдвинутые на 60°.
Благодаря этому повышается частота пульсациивыходного напряжения, которое дополнительно сглаживается выходнымфильтром (ВФ).Накопительная ёмкость СН служит для обеспечениянапряжения на заданном уровне в конце высоковольтного импульса.16Электропитание РЭАГлава 8Сигналы ОС от датчиков тока (ДТ) и датчиков напряжения (ДН)поступаютнаусилители,гдесравниваютсясопорнымиуровнями.Результирующие сигналы подаются в устройства управления ПН длястабилизации выходного напряжения и ограничения выходного тока.Рисунок 8.6 – Структура модульного высоковольтного ИЭППН – преобразователь напряжения; ВТВМ – высоковольтный трансформаторновыпрямительный блок; СФ – сглаживающий фильтр; ВФ – выходной фильтр; ДТ – датчиктока; ДН – датчик напряженияИспользованиеразработкирезонансныхунифицированныхПНсоздаётхорошуюпреобразовательныхперспективумодулей,которыепредельно упростят и ускорят процессы проектирования и изготовления ИЭП,приведут к значительному снижению их себестоимости при серийномпроизводстве.
Такая унификация возможна, в том числе, за счёт применениягибкой СУ модулями и ИЭП в целом на основе современных ПЛИС имикроконтроллеров. Это позволит гибко изменять характеристики и алгоритмыработыунифицированныхмодулейперепрограммирования СУ.17натребуемыйпутёмпростогоЭлектропитание РЭАГлава 88.2 Устройства и системы импульсного электропитания8.2.1 Общие сведения об импульсном электропитанииИмпульсное электропитание широко используют в различных областяхсовременной науки и техники благодаря преимуществам импульсного способаподачи электроэнергии в нагрузку перед непрерывным.
Это современныетехнологии обработки материалов, установки экспериментальной физики,промышленные озонаторы, лазеры, РЛС и т. д.Простейшая схема ИЭП, обеспечивающего импульсное электропитание,показана на рисунке 8.7, где Uвх – источник входного постоянного напряжения;K – быстродействующий коммутатор (ключ), замыкающий цепь на интервалывремени,соответствующиедлительностивидеоимпульсанапряженияэлектропитания tи; RН – эквивалентное сопротивление нагрузки.Рисунок 8.7 – Схема ИЭП, обеспечивающего импульсное электропитаниеUвх – источник постоянного напряжения; К – коммутатор (ключ); RН – эквивалентноесопротивление нагрузкиВ течение длительности видеоимпульса напряжения электропитаниянагрузка RН потребляет мощностьPи U вх I Н ,(8.1)где IН – постоянная составляющая тока нагрузки.Мощность Pи обычно называют импульсной мощностью.
Мощность,отдаваемую источником Uвх в среднем за период следования видеоимпульсов T,называют средней:18Электропитание РЭАГлава 8Pср Pигде q tи Pи ,T q(8.2)T– скважность импульсов в нагрузке.tиТаким образом, в отличие от нагрузки, непрерывно потребляющей одну иту же величину электрической энергии, нагрузка импульсного характерапотребляет электрическую энергию лишь в небольшие отрезки времени,равные tи.Например,вимпульсныхРЛСмгновенноезначениемощности,потребляемой передающим устройством (ПУ) от ИЭП в течение длительностиизлучаемого зондирующего сигнала, превосходит (приблизительно на величинускважностизондирующегосигнала)максимальнуюмощностьсистемыэлектроснабжения РЛС.
Типовые формы тока, потребляемого нагрузкой (вданном случае выходным усилительным каскадом ПУ) для разных значенийскважности зондирующего сигнала представлены на рисунке 8.8.Рисунок 8.8 – Ток, потребляемый передающим устройством импульсной РЛСпри излучении зондирующего сигнала при разных значениях скважности19Электропитание РЭАГлава 8При работе по схеме на рисунке 8.7 источник напряжения Uвх,развивающий мощность Pи (обычно довольно значительную), используетсятолько в течение относительно малых промежутков времени tи.
Очевидно,такой способ осуществления импульсного электропитания нерациональноиспользует источник напряжения Uвх.На практике применяют свободный от этого недостатка способимпульсного электропитания, использующий накопление электроэнергии. Приэтом энергияPиtи , потребляемая нагрузкой, накапливается в течениесравнительно длительного промежутка времени между импульсами T tи внакопителе электроэнергии (НЭ).Вэтомслучаенеобходимаямощностьисточникапостоянногонапряжения Uвх составитPпотр T tи Pи tи ,Pпотр PиТакимобразом,источник(8.3)tиP и Pср .T tи qпостоянногонапряженияUвхдолженобеспечивать мощность, примерно равную средней мощности, потребляемойнагрузкой.Простейший вариант функциональной схемы ИЭП, использующегонакопление электроэнергии, представлен на рисунке 8.9.
В разомкнутомположении ключа K происходит накопление электроэнергии, то есть заряд НЭот источника напряжения Uвх в течение времени T tи . В замкнутом положенииключа K накопленная электроэнергия расходуется в течение длительностивидеоимпульса напряжения электропитания tи. НЭ и коммутатор (ключ) обычнорассматривают как один функциональный каскад, называемый импульсныммодулятором (ИМ). НЭ в рассматриваемом случае включен параллельнонагрузке – это ИМ с параллельным включением НЭ.20Электропитание РЭАГлава 8Рисунок 8.9 – Схема ИЭП с накоплением электроэнергииИМ – импульсный модулятор; НЭ – накопитель электроэнергии; Uвх – источник постоянногонапряжения; К – коммутатор (ключ); RН – эквивалентное сопротивление нагрузкиТакимобразом,электропитаниязадачейявляетсяустройствапреобразование(системы)потокаимпульсногоэлектроэнергиивэлектрические видеоимпульсы с заданными параметрами, мощность которыхобычнозначительнопревышаетмощностьисточникаэлектроэнергии(рисунок 8.10).
В связи с этим обязательным элементом такого ИЭП являетсяНЭ. Ввод электроэнергии в НЭ осуществляется на интервале паузы междуформируемыми видеоимпульсами напряжения.В общем случае в качестве источника электроэнергии могут выступатьсети как переменного, так и постоянного тока с тем или иным номиналомнапряженияичастоты.Вчастности,вбортовыхРЛСиспользуютпреимущественно сети переменного тока 200 В 400 Гц.Рисунок 8.10 – Обобщённая структура устройства (системы) импульсногоэлектропитания21Электропитание РЭАНеобходимостьГлава 8разработкиустройствисистемимпульсногоэлектропитания стала особенно актуальной в 1950-х гг. в связи с началомисследований по управляемому термоядерному синтезу как в СССР, так и вряде зарубежных стран. НЭ с запасаемой энергией в десятки, сотникилоджоулей, а затем и в мегаджоульном диапазоне понадобились длягенерации мощных импульсов тока в плазменных камерах крупных установок,для электропитания магнитных систем, создающих сильные и сверхсильныемагнитные поля, в мощных импульсных лазерных установках и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
