Лекции 14-16 - Конспекты (1095384), страница 4
Текст из файла (страница 4)
д. Наука итехника в этом направлении интенсивно развивалась около 50 лет, и сейчастакие работы продолжаются во многих лабораториях мира.К примеру, комплекс ёмкостных НЭ установки "Искра-5" предназначендля импульсного электропитания системы накачки мощного йодного лазера.Общая энергоёмкость НЭ комплекса составляет 67,3 МДж при рабочемнапряжении 50 кВ, суммарный ток разряда 150 МА. Комплекс содержит 665ячеек. Каждая ячейка разряжается на свою нагрузку – импульсный источниксвета – через свой управляемый искровой разрядник. Основные элементыемкостных НЭ комплекса: конденсаторы ИК-50-3 (18000 шт), управляемыеискровые разрядники (665 шт), энергопроводы – отрезки кабеля КВИМ длиной3 м (18300 шт) и 30 м (12480 шт).
Емкостные НЭ связаны с информационновычислительным комплексом, контролирующим их состояние как на стадиизаряда, так и на стадии разряда.В Истринском филиале Всесоюзного электротехнического институтаразработан и введён в эксплуатацию многоканальный емкостной НЭ ссуммарной энергоёмкостью конденсаторной батареи 2,5 МДж при выходномнапряжении до 10 кВ.
НЭ собран из 20 одинаковых блоков-модулей, каждыйблок содержит 5 накопительных модулей и один модуль управления.Накопительный модуль состоит из 50 конденсаторов К75-40 (40 мкФ, 5 кВ),присоединённых отрезками кабеля РК-50-7-22 длиной 0,8 м22к узлуЭлектропитание РЭАГлава 8игнитронных разрядников. НЭ может быть разбит на отдельные каналы,работающие на одну или несколько нагрузок.
При работе всего НЭ на нагрузкус индуктивностью 0,75 мкГн максимальная амплитуда тока составляет 1,65 МА,период колебаний 2,5 мс.В АО "Концерн "Вега" была разработана импульсная РЛС с активнойфазированной антенной решёткой (АФАР), основу которой составляютполностью твердотельные приёмо-передающие модули.
Передающий каналкаждого модуля запитывается от своего собственного НЭ. При выходноймощности каждого модуля в 8 кВт требуется ёмкость НЭ, составляющая около16000 мкФ.8.2.2 Структура устройств импульсного электропитанияСтруктура и схемные решения ИЭП, обеспечивающего импульсноеэлектропитание, для той или иной области применения (радиолокация,лазерныеустановки,установкифизическогоэкспериментаит.д.)определяются обычно средним значением мощности в цикле заряда НЭ,характером и видом нагрузки (активные, ёмкостные, индуктивно-ёмкостные,линейные,нелинейные,низковольтные,высоковольтные),диапазономрегулирования параметров выходных видеоимпульсов, требованиями ЭМС,массой и габаритами, используемой элементной базой и т.
д. Однако в самомобщем виде любое устройство импульсного электропитания может бытьпредставлена в виде, изображённом на рисунке 8.11.Для согласования источника электроэнергии и импульсной нагрузки вИЭП устанавливают НЭ. В современных ИЭП импульсной нагрузки чаще всегонаходят применение емкостные НЭ. Для варианта ИЭП с емкостным НЭмощности импульса Pи и средняя потребляемая из сети Pпотр находятся всоотношенииСU12 СU 22Pиtи PпотрTЗ ,2223(8.4)Электропитание РЭАГлава 8где tи и TЗ T tи – длительность видеоимпульса и период зарядки НЭсоответственно; U1 и U2 – начальное и конечное значения напряжения наконденсаторе НЭ; С – ёмкость конденсатора НЭ.Назначением зарядного устройства (ЗУ) является высокоэффективное (сэнергетическойточкизрения)преобразованиеэлектрическойэнергииисточника и заряд НЭ в паузах между формируемыми видеоимпульсаминапряжения.
Также ЗУ должно обеспечивать равномерное потреблениеэлектрической энергии от источника, ЭМС, а также обладать другимиспецифическимисервиснымифункциями(регулированиевыходногонапряжения, дистанционное включение и т. д.).Рисунок 8.11 – Структура устройства импульсного электропитанияИЭП – источник электропитания; ЗУ – зарядное устройство; НЭ – накопительэлектроэнергии; РУ – разрядное устройствоРазрядное устройство (РУ) в общем случае преобразует электроэнергию свыхода НЭ в электроэнергию с параметрами, требуемыми нагрузкой, ивыполняет функцию вывода этой электроэнергии.
В простейшем случае РУпредставляет собой ключевой элемент.СУ обрабатывает сигналы ОС и формирует управляющие сигналы навходах ЗУ и РУ. Сигналы Uос1-Uос4 дают следующую информацию для СУ:Uос1 – о напряжении источника электроэнергии, Uос2 – о состоянии ЗУ, Uос3 –24Электропитание РЭАГлава 8содержит информацию о запасённой электроэнергии в НЭ и используется длякорректировки зарядного процесса, Uос4 – информирует СУ о состояниинагрузки.На основании этой информации СУ формирует сигналы управления ЗУ(Uупр1) и РУ (Uупр2), которые определяют закон изменения зарядного тока,алгоритм работы ЗУ, частоту разрядных импульсов и т.
д.Совокупность НЭ и РУ представляет собой, как было отмечено ранее,ИМ. Отметим, однако, что РУ может и отсутствовать в устройстве импульсногоэлектропитания.Например,внекоторыхсовременныхтвердотельныхпередающих трактах РЛС электропитание выходных усилительных каскадовосуществляют непосредственно от НЭ, при этом нагрузка попеременновключается/выключается, а напряжение электропитания с неё не снимается.8.2.3 Импульсные модуляторы: классификация, требования иизвестные структурыВ настоящее время все ИМ принято разделять по следующимклассификационным признакам:1. Величине выходного напряжения:- низковольтные (импульс напряжения до 1000 В);- высоковольтные (импульс напряжения свыше 1000 В).Низковольтные ИМ используют преимущественно в АФАР импульсныхРЛСдляэлектропитаниявыходныхусилительныхкаскадовприёмо-передающих модулей.
Высоковольтные ИМ находят применение в РЛС ссосредоточенным передающим трактом для электропитания электровакуумныхприборов, а также в лазерных установках, установках термоядерного синтезаи т. д.2. Степени разряда НЭ:- с полным разрядом НЭ;- с частичным разрядом НЭ.25Электропитание РЭАГлава 8В ИМ с частичным разрядом НЭ имеет место неполное расходованиеэнергии, запасённой в НЭ.
В этом случае время разряда определяется временемфиксации ключа. Напротив, в ИМ с полным разрядом НЭ запасённая энергиярасходуется полностью и ключ переключается только после полного разряда.Как правило, в ИМ с частичным разрядом НЭ габариты НЭ завышены.3. По типу НЭ:- с ёмкостным НЭ;- с индуктивным НЭ;- с индуктивно-ёмкостным НЭ.4. По возможности регулирования параметров выходных импульсов:- регулируемые;- нерегулируемые.5. По типу элементной базы:- электровакуумные (ламповые);- твердотельные (полупроводниковые).В свою очередь электровакуумные ИМ по виду нагрузки и режимамработы делят на анодные и сеточные.
Анодные модуляторы осуществляюткоммутацию полного напряжения электропитания электровакуумного прибора,они могут быть однотактными (для магнетронов) или двухтактными (дляклистронов и ламп бегущей волны). Сеточные модуляторы осуществляюткоммутацию сравнительно небольшого напряжения, действующего междууправляющим электродом генераторной лампы и её катодом. Они находятсяпри этом под высоким потенциалом катода.
Такие модуляторы должны бытьдвухтактными.Помимо перечисленных классификационных признаков ИМ различаютещё по следующим признакам:- по мощности импульсов;- по длительности и форме импульсов;26Электропитание РЭАГлава 8- по частоте повторения импульсов;- по характеру нагрузки;- по наличию импульсного трансформатора.НаИМ,какраспространяютсяустройство силовойтакиеобщиеэлектроники,требования,какв полной мереобеспечениевысокихэнергетических показателей (КПД, коэффициента мощности), малых массы,габаритов, стоимости, высокой надёжности.В настоящее время на практике применение нашли две сильноразличающиесяструктурыИМ:суправляемымкоммутаторомидополнительным регулятором напряжения.А.
Модуляторы с управляемым коммутаторомУпрощённая схема ИЭП, в котором применён ИМ с управляемымкоммутатором, показана на рисунке 8.12. Такой ИМ является традиционным ииспользуется в современной импульсной технике практически повсеместно.В РУ в качестве управляемых ключей ранее широко применялималоинерционные высоковольтные электровакуумные или газоразрядныеключи.
В настоящее время их заменили транзисторы (МОП и IGBT) итиристоры, в том числе высоковольтные.В зависимости от элементов, составляющих НЭ, выделяют индуктивныеИМ, емкостные и комбинированные. Отметим, что последние содержат какиндуктивность, так и ёмкость. Примером такого НЭ является так называемаяискусственная формирующая линия, которая при заряде ведёт себя как ёмкость.Формирующая линия определяет форму и длительность видеоимпульсанапряжения электропитания.
Между тем такая линия не предусматриваетвозможности скоростного регулирования формы и длительности формируемоговидеоимпульса,атакжеобладаетмассогабаритными характеристиками.27зачастуюпосредственнымиЭлектропитание РЭАГлава 8Рисунок 8.12 – Схема ИМ с управляемым коммутаторомUвх – напряжение на выходе источника электроэнергии; ЗУ – зарядное устройство;НЭ – накопитель электроэнергии; РУ – разрядное сопротивление; RН – сопротивлениенагрузки; К – ключ (коммутатор); СУ – система управления.Две схемы индуктивного ИМ (с последовательным и параллельнымвключениемНЭ)показанынарисунке8.13.ИндуктивностьLврассматриваемых схемах играет роль НЭ. Сопротивление модулируемогоустройства (нагрузки) обозначено как RН.а)б)Рисунок 8.13 – Схемы модуляторов с накопительной индуктивностью:последовательная (а) и параллельная (б)В течение бо́ льшей части периода в индуктивности L накапливаетсяэнергия и затем вся эта энергия в течение очень короткого промежутка временипередаётся в нагрузку RН.В последовательной и параллельной схемах ток через нагрузку RН приразмыкании ключа К проходит в разных направлениях, и поэтому в28Электропитание РЭАГлава 8последовательной схеме положительное напряжение возникает на верхнем(незаземлённом конце) сопротивления нагрузки RН, в параллельной же схемеположительное напряжение возникает на нижнем (заземлённом) конценагрузки RН.Осциллограммы токов, представленные на рисунке 8.14, в первомприближении имеют один и тот же характер в обеих схемах.Ток, проходящий через индуктивность L, после замыкания ключа К будетувеличиваться, пока не достигнет своего установившегося максимальногозначения.
В установившемся режиме можно считать сопротивление катушкииндуктивности L равным нулю, и в этом случае максимальное значение тока,проходящего через ключ, будет равноiL _ макс U вх,Rк(8.5)где Rк – сопротивление ключа в замкнутом состоянии.Обычно RН Rк и при замкнутом ключе К ток, проходящий черезнагрузку RН, практически равен нулю.Рисунок 8.14 – Осциллограммы токов в схеме модулятора с накопительнойиндуктивностью29Электропитание РЭАГлава 8Рост тока через катушку индуктивности L будет сопровождатьсянакапливанием энергии в магнитном поле этой катушки. Максимальнаяэнергия, накопленная в магнитном поле катушки, выражается какEL _ макс iL2 _ макс L2.(8.6)Дальнейшая задача сводится к выделению этой энергии за короткийпромежуток времени в сопротивлении нагрузки RН.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
