Убых

"Г

Рис. .4S. Схема высоковольтного трансформа-торно-выпрямительного модуля с одним трансформатором и с п выпрямителями

Рис. 1.49. Унифицированная схема высоковольтного трансформаторно-выпрямительного модуля

при различных уровнях напряжения и мощности с использованием различных сердечников и выпрямительных устройств.

К высоковольтным трансформаторно-выпрямительным модулям, работающим в составе транзисторного преобразователя, помимо требований по удельным массогабаритным характеристикам, КПД и надежности предъявляются также следующие требования:

отсутствие перегрузок в других узлах, вызванных процессами в высоковольтных ТВМ;

высокое качество выходного напряжения;

соответствие между первичным и вторичным напряжением при изменении тока нагрузки и частоты в требуемом диапазоне;

обеспечение безопасного и экономичного режима работы выпрямителей.

Высоковольтные ТВМ [31] построены по унифицированной схеме, которая показана на рис. 1.49. Единичные модули на выходные напряжения 1, 2 и 4 кВ с выходными токами 1,05 и 0,25 А соответственно дают возможность при их последовательно-параллельном соединении разрабатывать высоковольтные ИЭП в широком диапазоне выходных мощностей от 0,5 до 200 кВт и широком диапазоне выходных напряжений от 1 до 40 кВ. Высоковольтные ТВМ данного типа могут найти применение и в высоковольтных ИЭП сравнительно небольшой мощности (от 50 до 500 Вт).

1.4.7. ВЫБОР ЧАСТОТЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Основным способом улучшения массогабаритных характеристик ВИЭП является повышение частоты преобразования. При этом уменьшаются масса и объем реактивных элементов схемы:

выходного высоковольтного трансформатора, дросселей, конденсаторов фильтра. Однако частота преобразования не может расти беспредельно. Ее рост ограничивается допустимыми значениями параметров узлов и комплектующих изделий.

Современные транзисторы обладают частотными характеристиками, позволяющими работать на частотах свыше 100 кГц. Частоты, на когорых могут работать высоковольтные диоды, находятся в диапазоне 20... 50 кГц. С ростом частоты уменьшается необходимая емкость конденсаторов делителя напряжения в полумостовых инверторах и емкость конденсаторов высоковольтного фильтра. Однако с ростом частоты снижается емкость конденсатора и допустимое значение переменной составляющей напряжения на нем. Это приводит к тому, что уменьшение объема конденсаторов с ростом частоты оказывается меньше ожидаемого.

Если Б низковольтных трансформаторах их габариты определяют частота и выходная мощность, то в высоковольтных трансформаторах с выходным напряжением свыше 2 кВ на габариты трансформатора значительное влияние оказывают требования к изоляции вторичной Обмотки трансформатора. Конструктивные расчеты трансформаторов показывают, что при увеличении частоты преобразования свыше 25 кГц габариты высоковольтных трансформаторов, выполненных на стандартных сердечниках, не уменьшаются. В то же время с ростом частоты увеличивались потери в трансформаторе.

Учитывая ограничения частоты преобразования, вызванные особенностями высоковольтной элементной базы, частоту преобразования в ВИЭП целесообразно выбирать от 16 до 25 кГц.

1.5. Стабилизирующие высоковольтные источники электропитания с промежуточным преобразованием частоты

1.5.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

Выходное напряжение ВИЭП с ППЧ изменяется в процессе работы под воздействием влияющих величин, в том числе и из-за изменения частоты преобразования. Стабилизация выходного напряжения может быть осуществлена известными способами: параметрическим и компенсационным.

В ВИЭП с ППЧ параметрический способ стабилизации по нагрузке не находит широкого применения из-за сложности его организации со стороны высокого напряжения. Чаще применяются схемы с параметрической стабилизацией со стороны первичной обмотки высоковольтного трансформатора, работа которых основана на постоянстве вольт-секундного интеграла напряжения, приложенного к обмотке насыщающегося трансформатора или дросселя [20, с. 290]. Примером ВИЭП с параметрической стабилизацией мощности в нагрузке является схема с источником постоянного тока на входе с выходным высоковольтным трансформатором с немагнитным зазором в сердечнике, ко-52

торый при постоянной нагрузке может использоваться в качестве простого стабилизатора напряжения.

Однако схемы параметрической стабилизации, несмотря на их простоту, не позволяют получить высокую точность стабилизации выходного напряжения ВИЭП при одновременном воздействии нескольких влияющих величин, поэтому в ВИЭП применяется, в основном, замкнутая компенсационная система стабилизации выходного напряжения.

Компенсационные системы стабилизации делятся на три основных класса [20]: статические, астатические и релейные. Наибольшее распространение получили ВИЭП со статическими системами стабилизации. Регулирование выходного напряжения а таких системах осуществляется:

а) методом амплитудной модуляции (AM), когда регулирование выходного напряжения осуществляется изменением амплитуды напряжения на первичной обмотке выходного трансформатора в зависимости от заданного значения выходного напряжения;

б) методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при котором регулирование выходного напряжения осуществляется изменением скважности импульсов, подводимых к первичной обмотке трансформатора при постоянной частоте их следования;

в) методом частотной модуляции (ЧМ), при котором регулирование выходного напряжения осуществляется изменением частоты следования импульсов напряжения, подводимых к первичной обмотке выходного трансформатора;

г) методом частотно-широтно-импульсной модуляции (ЧШИМ), при котором в некотором диапазоне регулирования система работает в режиме ШИМ с переходом на ЧМ;

д) методом фазоимпульсной модуляции (ФИМ), когда в процессе регулирования изменяется фаза напряжения на первичной обмотке высоковольтного трансформатора при изменении выходного напряжения.

При регулировании методом амплитудной модуляции стабилизация выходного напряжения осуществляется без изменения формы выходного напряжения инвертора путем установки на входе нерегулируемого преобразователя, выполняемого по любой известной схеме, непрерывного нли импульсного последовательного стабилизатора постоянного напряжения. Основными достоинствами стабилизатора непрерывного действия является отсутствие радиопомех и сглаживающих 1С-фильтров на входе и выходе, а высокие динамические свойства обеспечивают хорошее качество переходного процесса при резких изменениях входного напряжения и тока нагрузки Его основной недостаток - значительные потери мощности в регулирующем элементе

Значительно меньшими потерями мощности и более высоким КПД характеризуется импульсный стабилизатор постоянного напряжения, преимущества Которого резко возрастают при широких пределах изменения входного напряжения и мощности свыше 50 Вт. Однако на входе и выходе импульсного стабилизатора необходимо включать сглаживающие LC-фильтры. Входной фильтр,,