в заключение отметим, что преобразователи с независимым возбуждением нашли широкое распространение при разработке высоковольтных ИЭП с ППЧ при выходной мощности от единиц ватт до десятков киловатт, так как независимый каскад управления позволяет решить различные функциональные задачи и сравнительно легко поддается миниатюризации и унификации.

1.4.6. СПОСОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО тока

В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИЭП для получения высоких уровней выходного напряжения используются схемы преобразования низкого напряжения переменного тока в высокий уровень напряжения ПОСТОЯННОГО тока. Эти функции выполняет высоковольтный транс-форматорно-выпрямительный модуль (ВТВМ), включающий в себя высоковольтный трансформатор, высоковольтный выпрямитель, фильтр и делитель напряжения обратной связи в стабилизирующих высоковольтных ИЭП.

Высоковольтные ТВМ различаются между собой по принципу действия, уровню напряжения и мощности, рабочей частоте и используемой изоляции.

По способу получения высокого напряжения ВТВМ можно классифицировать следующим образом:

с трансформацией напряжения до уровня выходного напряжения с последующим выпрямлением, причем транаформация может быть осуществлена с помощью электромагнитного (в том числе резонансного) либо пьезоэлектрического трансформатора;

с умножением напряжения с помощью каскадных умножителей с емкостной связью;

с суммированием выходных напряжений, полученных на выходе гальванически развязанных выпрямительных узлов.

Массогабаритные характеристики ВТВМ оказывают существенное влияние на характеристики высоковольтных ИЭП, так Как кроме преобразования напряжения ВТВМ должен обеспечить электрическую изоляцию высоковольтных и низковольтных цепей. В зависимости от значения выходного напряжения и выходной мощности ВТВМ занимают от 30 до 60% массы и объема высоковольтных ИЭП. Кроме того, выбор схемы ВТВМ в значительной степени определяет такие выходные параметры высоковольтных ИЭП, как КПД, выходное сопротивление, пульсации выходного напряжения.

Высоковольтные трансформаторно-вьшрямительные модули с трансформацией напряжения до уровня выходного напряжения с последующим выпрямлением. Высоковольтные ТВМ с трансформацией напряжения до уровня выходного напряжения с последующим выпрямлением (рис. 1.33) получили наибольшее распространение при разработке высоковольтных ИЭП средней и высокой выходных мощностей.

В случае низкой частоты входного напряжения такое построение ВТВМ целесообразно, так как объем и масса изоляции ока-

зываются меньше объема и массы стали и меди и мало влияют на оптимизацию параметров трансформатора.

При переходе на повышенные частоты преобразования необходимый объем магнитопровода и меди трансформатора резко сокращаются, однако объем и масса изоляции остаются прежними, часто не позволяют уменьшить размеры магнитопровода. Таким

образом, повышение частоты преобразова- ния при больших коэффициентах трансфор-iUtjix мации высоковольтного трансформатора не - приводит к желаемому уменьшению его габаритных размеров. В то же время потери Рис 1 33 Схема высоко- в меди и стали с повышением частоты воз-вольтного трансформа- растают

тооно-выпрямнтельного Кроме того, собственная емкость выход-

пшГ .W~7o «ой обмотки Со в высоковольтном транс-уровня выходного форматоре составляет 18...250 пФ и зави-

сит от числа витков, диаметра провода и размеров катушки. Среднее значение тока, необходимого для заряда собственной емкости вторичной обмотки до требуемого напряжения за определенное время, равно [30]:

где 61 - напряжение на первичной обмотке; ls/i - коэффициент трансформации; / - частота входного тока.

В табл. 1.1 приведены средние значения тока заряда емкости Со при различных значениях частоты и коэффициента трансформации при Со=100 пФ и t/i = 100 В. Из таблицы видно, что при больших коэффициентах трансформации и повышенных частотах этот ток заряда достигает недопустимо больших значений.

Таблица 11

Частота входно-

Среднее зраченне тока заряда /„р, А, для различных значений коэффициента трансформации

Как показано в [31], применение трансформаторов с повышенным рассеянием, искусственным увеличением намагничивающего тока путем насыщения сердечника или введения немагнитного зазора, применение сложных намоток, секционирование катушек, экранирование их отдельных частей не дает ощутимых результатов по уменьшению тока заряда емкости.

Высоковольтные траноформаторно-выпрямительные модули рассматриваемого типа можно рекомендовать для применения в высоковольтных ИЭП различной мощности и при различных выходных напряжениях при частоте входного тока до 400 Гц. При частотах до 5 кГц они могут найти применение в высоковольтных ИЭП средней и большой мощности, а при малых выходных мощностях - в высоковольтных ИЭП с коэффициентом трансформации не более 40. При частотах от 5 до 20 кГц данные ВТВМ можно рекомендовать к применению при коэффициенте трансформации не более 20, а при больших частотах - при коэффициенте трансформации не более 10.

Высоковольтные трансформаторно-выпрямительные модули с умножением напряжения. В высоковольтных ТВМ с умножением напряжения трансформатор используется как промежуточное звено и выполняет функцию предварительного повышения напряжения. Это напряжение выбирается с учетом рекомендаций, изложенных выше, в зависимости от частоты входного тока и коэффициента трансформации. При этом добиваются того, чтобы ток, обусловленный зарядом собственной емкости, не оказывал существенного влияния на КПД высоковольтного ТВМ. Дальнейшее преобразование уровня напряжения производят диодно-кон-денсаторными умножителями напряжения.

Различными авторами предложено несколько классификаций схем умножения напряжения. Наиболее полная приведена в работе [32]. В соответствии с этой классификацией различают следующие схемы: асимметричные и симметричные, однополупери-одные и двухполупериодные, однофазные и трехфазные.

На рис. 1.34 и 1.35 приведены варианты однофазных асимметричных однополупериодных схем умножения напряжения, со-

Рис. 134. Схема однофазная однополупериодная

Рис 1 35 Схема однофазная однополупериодная с зависимостью напряжения на конденсаторе от его порядкового номера