гистерезисным циклам приводит к тому, что сердечники таких трансформаторо» изготовляют с немагнитным зазором, что ведет к существенному увеличению их массы. В двухтактных преобразователях изменение индукции теоретически может достигать значения 2Bs

Такие достоинства однотактных преобразователей, как малое число элементов силовой части схемы, отсутствие цепей симметрирования и цепей, устраняющих одновременную проводимость ключей, простота схемы управления позволяют использовать их в высоковольтных ИЭП наравне с двухтактными Сравнительный анализ однотактных и двухтактных преобразователей показывает [16, 17], что при оптимальной частоте преобразования, одинаковых значениях выходных мощностей и условий теплообмена масса двухтактного преобразователя меньше однотактного в среднем на 7%; при этом потери мощности в них примерно одинаковы.

По роду управления преобразователи разделяются на три класса: с самовозбуждением, в которых сигнал управления силовыми элементами создается непосредственно в выходном каскаде; с независимым возбуждением, в которых сигнал управления создается в отдельном независимом каскаде; с полузависимым возбуждением, в которых часть ключевых элементов управляется независимым сигналом, а часть - сигналом, снимаемым с выходного каскада.

В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ .ИЭП основное применение нашли преобразователи с независимым возбуждением. Преобразователи с самовозбуждением находят применение в высоковольтных ИЭП малой мощности.

При построении ВИЭП наибольшее распространение получили однофазные преобразователи - инверторы, в которых ключевые элементы переключаются с крутыми фронтами тока, обеспечивающими на выходе переменное напряжение, близкое к прямоугольной форме. Однако в мощных ВИЭП, особенно на высоких частотах преобразования, целесообразен переход на многофазные структуры преобразователей с режимом переключения, близким к синусоидальному, осуществляемому в ключевых схемах с последовательным резонансным контуром. Такие структуры позволяют получить малые пульсации тока в нагрузке [15].

1.4.2. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

с ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ

НА БАЗЕ ОДНОТАКТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ-ИНВЕРТОРОВ

Высоковольтные ИЭП с ППЧ на базе однотактных инверторов строятся по схеме с прямым (рис. 1.13) и обратным (рис. 1.14) включением диода высоковольтного однаполупериодного выпрямителя и с двухполупериодным выпрямителем [18] (рис. 1.15).

В схеме на рис. 1.13 передача энергии от источника электропитания в нагрузку осуществляется в интервале открытого состояния транзистора VTi, управляемого схемой УУ. Трансформатор выполняет функцию развязки входных и выходных цепей, а накопление энергии в течение интервала открытого состояния ключа происходит в дросселе Li. Несмотря на то, что рассматриваемая схема в режиме непрерывного тока дросселя обеспечивает

Рис. 1 13 Схема однотактного преобразователя напряжения с прямым включением диода выпрямителя

Рис 1 14 Схема однотактного преобразователя напряжения с обратным включением диода выпрямителя

получение «жесткой» нагрузочной характеристики, она не нашла применения в ВИЭП, так как регулировка выходного напряжения может быть осуществлена только при наличии DLS-филътра.

В преобразователях с двухполупериодным выпрямителем (рис. 1.15) передача энергии в нагрузку осуществляется в интервале как открытого, так и закрытого состояния транзистора. При закрытом состоянии транзистора на выход трансформируется энергия, запасенная в индуктивности трансформатора L, которая может быть определена из выражения

2ср «т

(1.1)

где t/вых, /вых - выходные напряжение и ток; - период следования импульсов коммутаций силовых элементов преобразователя; т - длительность импульсов управления; /гор - среднее значение тока вторичной обмотки трансформатора; йт - коэффициент трансформации трансформатора. В то же время

- max - М-э max Я>

(1.2)

где Wi - число витков первичной обмотки трансформатора; Пэтах - эквивалентная магнитная проницаемость магнитопрово-да; S, I-сечение и средняя длина магнитопровода; q - конструктивный параметр трансформатора.

Из выражений (1.1) и (1.2) следует, что конструктивный (параметр трансформатора связан со значением индуктивности Lt, следовательно, массогабаритные характеристики трансформатора зависят не только от выходной мощности и напряжения обмоток, но и от необходимого значения Lt. В данном преоб-

Рис. 1.15. Схема однотактного преобразователя напряжения с двухполупериодным выпрямителем

разователе только половина энергии, необходимой для обеспечения мощности нагрузки, запасается в индуктивности трансформатора Lt, поэтому преобразователь «ашел применение в ВИЭП малой мощности (от единиц до десятков ватт).

В преобразователе с обратным включением диода (см. рис. 1.14) при включенном транзисторе энергия накапливается в трансформаторе и передается в нагрузку после выключения транзистора через встречно включенный диод VDi. При выключении транзистора напряжение на его коллекторе возрастает при наличии тока коллектора. Значение мощности, выделяющейся в переходе транзистора в этот момент, может превысить допустимое, определяемое областью безопасной работы.

Введение цепи с диодом VD2, конденсатором и резистором позволяет сдвигать во времени фронт напряжения на коллекторе относительно момента спада коллекторного тока.

При выключении транзистора на коллекторе возникают перенапряжения, значительно превышающие уровень 2Ubx. Это происходит в результате возрастания напряжения при рассеивании энергии, накопленной в паразитной индуктивности между первичной и вторичной обмотками трансформатора.

На рис. 1I.I6 показана схема, уменьшающая эти перенапряжения. Она представляет собой комбинацию прямого (см. рис. 1.13) и обратного (см. рис. 1.14) преобразователей. Энергия, накопленная в паразитной индуктивности, через демпфирующую обмотку и диод VDi частично возвращается в источник электропитания, уменьшая всплески напряжения на транзисторах. Регулирование выходного напряжения осуществляется изменением энергии, запасенной в трансформаторе за счет изменения времени открытого состояния транзистора.

Рис. 1 16. Схема однотактного преобразователя напряжения с демпфирующей обмоткой

Рис. 1.17. Схема двухтранзисторного однотактного преобразователя напряжения

Необходимая индуктивность трансформатора Lt определяется по формуле

(1.3)

вых вых