ления, а также осуществляет стабилизацию напряжения на нагрузке Ua путем изменения длительности (коэффициента заполнения у) импульсов управления, т. е. за счет применения широтно-импульсного метода регулирования напряжения.

Во втором случае (рис. 1.2, б) структурная схема представляет собой последовательное соединение СВ, импульсного регулятора напряжения ИРН и конвертора К, выполненного на основенерегу-лируемого инвертора И. Устройство управления УУ обеспечивает подачу импульсов управления с коэффициентом заполнения у на мощный транзистор ЯРЯ и импульсов управления типа меандр на мощные транзисторы инвертора. Функциональный узел-конвертор для обеих структур ИВЭП может быть построен на основе однотактного инвертора с трансформаторным выходом. Такой конвертор в дальнейшем называется трансформаторным однотактным конвертором (ТОК). Конвертор может быть построен также на основе двухтактных схем инверторов с трансформаторным выходом; такой конвертор в дальнейшем обозначается ТДК. Устройство управления УУ, как уже отмечалось, формирует импульсы управления инвертором и или ИРН и Я, а также включает в себя устройства защиты, плавного включения и внутренний источник электропитания схемы управления.

Характерным для первой структуры ИВЭП является то, что инвертор подключен непосредственно на напряжение Е и должен быть рассчитан исходя из максимального уровня напряжения тах = 340 в для однофазной сети и £,пах = 590 В для трехфазной с учетом коэффициента запаса по напряжению для транзисторов. Это усложняет схему инвертора, поскольку необходимо применять последовательное соединение по входным цепям нескольких однотипных инверторов. Кроме того, наличие паузы в выходном напряжении инвертора из-за широтно-импульсного метода регулирования резко увеличивает массогабаритный показатель сглаживающего выходного LC-фильтра, так как его параметры должны рассчитываться исходя из минимального коэффициента заполнения импульсов Ymin ПрИ условии непрсрывности тока дросселя фильтра.

Положительным качеством первой структуры является совмещение функции преобразования напряжения Е и стабилизации напряжения и„. Это позволяет несколько упростить УУ, поскольку по сравнению со второй структурой уменьшается число управляемых транзисторных ключей. Кроме того, из-за паузы в выходном напряжении инвертора «автоматически» устраняются сквозные токи, опасность возникновения которых в установившемся режиме велика у двухтактных схем конверторов, и улучшается режим переключения мощных транзисторов и диодов высокочастотного выпрямителя.

Одним из достоинств второй структуры ИВЭП является простота построения источника с несколькими стабилизированными выходными напряжениями, работающими при фиксированных токах нагрузки, так как цепью обратной связи по отклонению выходного напряжения 10

достаточно охватить лишь один канал ИРН. Инвертор в данной структуре подключают к стабилизированному напряжению Upr ИРН, уровень которого t/pep - 200-250 В, т. е. существенно ниже, чем в первой структуре, что дает возможность применять в инверторе мощные транзисторы, рассчитанные на более низкое напряжение, с улучшенными частотными свойствами. Параметры выходного С-фильтра определяются длительностью фронта импульсов напряжения инвертора и возможной несимметрией выпрямленного напряжения, и следовательно, для данной структуры этот фильтр обладает незначительными объемом и массой. Наличие конденсатора на выходе выпрямителя позволяет устранить потери на переключение в транзисторах инвертора при условии пренебрежимо малой индуктивности рассеяния высокочастотного трансформатора, выполненного, например, на кольцевом магни-топроводе с хорошей индуктивной связью первичной и вторичной обмоток.

Ввиду того что LCD-фильтр ИРН работает при повышенном напряжении, его масса и объем значительно меньше, чем у фильтра, включенного на выходе регулируемого инвертора, при одних и трх же уровнях выходного напряжения и тока. Сравнительная оценка по КПД, массе и объему ИВЭП с бестрансформаторным входом, построенных на основе нерегулируемого инвертора и ИРН и на основе регулируемого инвертора при одних и тех же условиях, показала, что энергетические возможности этих структур практически равноценны, а их массы и объемы отличаются незначительно [81.

1.3. АДАПТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВХОДОМ

Для создания ИВЭП с широким диапазоном регулирования напряжения или тока, а также повышения их надежности целесообразно использовать адаптивные источники с бестрансформаторным входом. Применение традиционных методов регулирования и стабилизации, основанных, например, на широтно-импульсном методе управления, не позволяет получить требуемые характеристики по диапазону регулирования, быстродействию и надежности при условии удовлетворения требований по энергетическим и удельным показателям.

Под адаптивными ИВЭП с бестрансформаторным входом будем понимать устройства стабилизации, регулирования и преобразования напряжения (тока), имеющие дискретный исполнительный орган (ДИО) со структурой, изменяющейся в зависимости от отклонений выходного напряжения MJ или диапазона регулирования напряжения t/per, тока Д/j, или надежности р.

На рис. 1.3 приведена обобщенная схема адаптивного ИВЭП с бестрансформаторным входом, которая включает СВ, ДИО, датчик тока ДТ и УУ. Дискретный исполнительный орган может быть выполнен для получения требуемой надежности на основных и F резервных однотип-

ных преобразовательных модулях ПМ с трансформаторным выходом на раздельных магнитопроводах. Таким образом, переменным параметром, характеризующим выполнение функций стабилизации и регулирования напряжения или тока в ДИО, является коэффициент его трансформации /гдио- В этом случае связь между напряжением на нагрузке и напряжением Е СВ имеет вид == /дио (Afn

t/per, А/„, р).

Дискретное изменение коэффициента трансформации в ДИО для адаптивных ИВЭП с бестрансформаторным входом достигается изменением числа включенных конверторов, инверторов с трансформаторными выходами на общий магнитопровод, или числа трансформаторов с выходом на общий выпрямитель, или числа трансформаторно-выпрямительных узлов (ТВУ), которые в дальнейшем будем называть преобразовательными модулями (ПМ). Следовательно, в Д 0 осуществляется амплитудно-импульсное регулирование, что позволяет эффективно регулировать напряжение (ток) в широком диапазоне, исключить громоздкий LC-фильтр и улучшить тем самым массогабаритный показатель ИВЭП, а также увеличить его быстродействие. Адаптивным ИВЭП свойственна высокая степень унификации, так как их выполняют в большинстве случаев на однотипных преобразовательных модулях.

Число сочетаний ПМ зависит от задач, которые ставятся перед источником электропитания (стабилизация, регулирование, повышение надежности) и обеспечиваются УУ. Устройство управления может включать в себя следующие каналы адаптации ДИО: по стабилизации напряжения на нагрузке / (MJ); по диапазону регулирования

напряжения на нагрузке V f (f/per); по кратности изменения тока нагрузки t/g / (А/„); по отказам модулей ДИО f (р). В зависимости от наличия в УУ того или иного канала в ДИО должны быть предусмотрены возможности различных видов соединений ПМ по входным и выходным цепям. Например, для стабилизации напряжения Оц

по его отклонению модули должны соединяться по входным цепям последовательно, а по выходным - параллельно (вид соединения ПС - ПР); для регулирования напряжения U„ в широком диапазоне в ДИО должно осуществляться соединение ПМ параллельно по входным и последовательно по выходным цепям (ПР-ПС); для регулирования тока нагрузки или повышения на-Рис. 1.3 дежности ПМ должны сое

I

"1 u?[U\

ли»

Рис. 1.4

диняться между собой по входным и выходным цепям параллельно (ПР-ПР).

Устройство управления (канал адаптации) ДИО по отклонению ALh напряжения обеспечивает амплитудно-импульсное регулирование за счет последовательного соединения по входу с помощью ключей определенного числа ПМ с трансформаторным выходом на общий магнитопровод, как показано на рис. 1.4 [9]. Здесь ДИО состоит из основного инвертора ЯМо, рассчитанного на нижний предел входного напряжения и регулируемой части, состоящей из N инверторов ПМ1 - HMn, напряжения на первичных обмотках которых составляют геометрическую прогрессию с основанием два {Ui, 2U,...,2 "Ш), что позволяет значительно уменьшить число инверторов. Сигнал управления типа меандр поступает на все инверторы от генератора импульсов управления ГИУ. Необходимая комбинация работающих инверторов" регулируемой части, соответствующая уровню отклонения АУн, осуществляется с помощью коммутатора К, состоящего из ключей VTl - VTIn, шунтирующих вход 1-го инвертора, и ключей УГ2о - исключающих прохождение тока первичной цепи

по шунтирующим ключам отключенных инверторов. Состояние шунтирующих ключей определяется сигналом U\, а исключающих - сигналом и2, которые поступают с выходного устройства ВУ. Устройство управления коммутатором состоит из измерительного органа ИО, на вход которого подается напряжение и опорное Uon, аналого-цифрового преобразователя Л ЦП, преобразующего сигнал рассогла-

сования AU в последовательный код, и выходного устройства, преобразующего последовательный код в параллельный и формирующий сигналы U[, 1/2-

Введение в устройство коммутатора дает возможность получить любое сочетание последовательно соединенных по входу инверторов, т. е. необходимый коэффициент трансформации, который для нерегулируемого инвертора ЯМ,, будет равен -min- и для i-ro инвертора регулируемой части значения /г,- (С/нном) 2-, где бц = Дt/„/f/„ -огносительный интервал квантования, соответствующий напряжению младшего модуля и определяющий заданную точность АУ„ стабилизации напряжения У„.

Общее число модулей регулируемой части, обеспечивающих изменение напряжения в диапазоне 6р Af/pЛУ,, с относительной точностью стабилизации бц AUUh при относительном отклонении напряжения сети б(. AUf.U(., определяется формулой

2(6с + бр 1

(1 - 6с-6р) 6к

Hog,

Максимальный ток /пм протекает через /-й инвертор только в том случае, когда этот инвертор соединен последовательно с основным инвертором;

где Ui - иапряжение i-ro инвертора; )]тву - КПД трансформатор-но-выпрямительного узла.

Данное устройство может быть также применено для создания напряжения регулируемого в широком диапазоне. В этом случае не-

Рис. 1.5

ДИО I

•rrnri

Рис. 1.6

обходимо исключить из схемы нерегулируемый инвертор ЯМо-Дискретность изменения напряжения Uti будет определяться напряжением Uy младшего инвертора ПМ1.

На рис. 1.5 показано У У ДИО, которое обеспечивает регулирование напряжения U в широком диапазоне со стабилизацией его установленного уровня. Весь диапазон регулирования напряжения f/„ делится на поддиапазоны, в каждом из которых работает свой модуль. Регулирование и стабилизация внутри каждого поддиапазона осуществляются за счет применения щиротно-импульсного регулирования. Это обеспечивает изменение коэффициента заполнения 7 импульсов управления транзисторами инвертора в узком диапазоне (у > 0,5), что позволяет получить напряжение Un высокого качества как по уровню пульсаций, так и по точности стабилизации At/„. В приведенной схеме ДИО состоит из Л однотипных инверторов, работа которых обусловлена поступлением на их мощные транзисторы импульсов управления с коэффициентом заполнения у через коммутатор К от широтно-импульсного модулятора ШИМ. Число работающих инверторов зависит от уровня напряжения U„ определяемого источником эталонного напряжения ИЭН в зависимости от сигнала регулирования t/p,r-

На рис. 1.6 показано устройство управления адаптивным ИВЭП, который состоит из нерегулируемого инвертора Я, управляемого сигналами с ГИУ, и ДИО, выполненного на модулях типа ТВУ, имеющих одинаковое выходное напряжение U„. Возможно также применение трансформаторов в качестве модулей, но в этом случае на выходе ДИО необходимо включить общий выпрямитель. В зависимости от уровня отклонения напряжения Д ЛЦП и определяют необходимое число / работающих модулей. Работа модуля обеспечивается высокочастотными ключами, сигнал на которые поступает от ГИУ через коммутатор К-

Канал адаптации ДИО по кратности изменения тока нагрузки может быть построен на основании измерения отклонения напряжения на нагрузке или измерения тока нагрузки с помощью датчика тока Л/ или на основании того и другого вместе. На рис. 1.7 приведено УУ ДИО с двумя каналами его адаптации. Канал адаптации по отклонению напряжения Д состоящий из ЯО и ШИМ, вырабатывает сигнал управления транзисторами модулей с коэффициентом заполнения у, соответствующим At/„. Канал адаптации по кратности изменения тока на-