CC BY
86
УДК 621.314.27,621.315.6
Л. Э. РОГИНСКАЯ, Ю. В. РАХМАНОВА
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
С ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ выходом
Исследуются электромагнитные процессы в резонансных инверторах с повышенным выходным напряжением. На основе исследований определяются параметры полупроводниковых и коммутирующих элементов преобразователей. Резонансный пнеертор; ЮБТ-транзистор; повышенное напряжение; тиристор; коммутирующий дроссель и конденсатор
Рост промышленности, появление новых элек-тротехнологических процессов требует совершенст-
.
место занимают устройства для заряда емкостных накопителей энергии (ЕНЭ) и комплексы для индук-.
являются: повышенная частота и в ряде случаев напряжение, нелинейный характер нагрузки, изме-
.
-
:
,-
,
.-
циент трансформации при этом составляет не более 102. Если же питание ЕНЭ происходит от низко,-
,
трансформатор и высоковольтный выпрямитель [1] В этом случае коэффициент трансформации доходит до 104.
Поэтому удельные показатели высоковольтного ( ) ,
-
.
,-
-
.-
,
.
-
-
ра с ЮБТ транзисторами. В качестве средства ис-
-
на компьютерная система OrCad. Структурная схема модели преобразователя приведена на рис. 1 [2].
20 , -
зисторы ЮБТ выбраны из библиотеки системы, па.
Частота следования импульсов управления - 20кГц,
-
.
Рис. 1. Структурная схема модели резонансного инвертора с высоким выходным напряжением
Ргь£1_1с: ГТЗШЕМПЕ1-Ш" [ С : 'ііідгтгагсігз аеій Зеггі г«д з \ ~і, ^Атитг. Га.и=/Т1де ддц ОЗЛЗЛІ* 33;дт=3д
ІАІ ашії-діВЕНіТІСІ-ІІІ Іштітеї
Тщдсиг-исс; Д~3 ■ □
тгтл-ь
-аПЯі
Л7Т-
□V
-4Л7
-ЗіІйжА
ЗИР
ГЛГ
-£□□7
заат
глг
-ЗПП7
З ПЕТ 1ПЕТ
пт
^ШІ]?
от
-4ППТ
ш ни НІ! ии і=г :^.Ї5*£5:=: МП и и 1 щ І і НІМІЛІЇ: ми ІІ5 і
:::е:х :: мі і ГіГГ Нм ш ТГГІ ии III1 :: =■=; а== с: :с: : :::е:х :э: : ІІІІІ пл 1 ии| :=э::с==с=:с:: = ==!=: ч = = Е= :р: і
п 1 |Х_01. ДИ:|І
™' ЯЯ-ЧДе™1 ЩШ ГЧС0-V ГТТ ЯЧіТР (Г И ИВД ТДР
г^Еі Їь-З ЧЧ ^Мн -^иЭ
Е: с : ас = □: :□: :а : = с :зс ::с:ї:=3:=]::е = : е=:с:з:: ас= а== е: ісііЕііс : л :з : = с:зс ::с:а:=з::з:
__і___і__і___і__л___і___і___і___і__]___і___і___і__і__-1___і___і__і___і___І___і__і___і___і__]___і___і___і___і__-1__і_
п ■7|Ц-І!.1іГТГ.І_:3|
:еі:е=:с:з::х: а = :с=:с: :І _і__і__і__1__і__і_і__і__І
ІІСЗІ
ІІЕЕЕЇІЗЕЕЗІІ^ЕЕ
ЕЕЗІ
ЕЕ Еі
’КЗЕа^ІЕЕБ
Т|ЬІІ1т11іЗ|
.і.____і__i-.j__i.-_1_'__'._j._j._l_. тез -і.._і_.і__ст:
іЦ±=4й?1; :]=1 ^ 1=:№= 3=№=:
±Ґ’
Т|Щ;Л.и-С1і2| і. _'_і__і..
_______'_______'._
іь:т;;г :г;
тттзггттті
!?!!-!! ееее
ЕЕЕЗЕЕЗЕЕЗЕ
..І.
= Е :=с ::Е :3::
-_J._L_.L_.'______I_.J_-L.-1___
= 3::ЕЕЕ ЕЕЇЕ:
і їс:ЗЕЇ Е::Е:
-т (СЗ:1ГСТ:2|
■*-1 - Ш ==1=^=^ I III К ЦЕЕуіГЦЕЕ^
... ґі -т- - -і ^т- - ' :: :і: эс :: е^<5ее??^ е^еее^е: е^зееЬ^е Ще^Ї/е: ЩІе^: е^е^ІРе
□ а
1 а і]'.о
V |Ш: 2„.С2:1|
ЗООвя
ЗООил
ТІ1Г
■5аі]'.с
■5 «Ніл
ЇСОш
Г4Ікі Оэт l■]j Зпр4
тіне і прі ті аа
Рис. 2. Основные зависимости мгновенных значений напряжений и токов от времени
Ввиду отсутствия в библиотеке пакета OrCad высоковольтных диодов, они выполнены в виде ключей, управляемых напряжением (напряжение замыкания - 1В, размыкания - ОВ). Коэффициент связи индуктивностей Ь1, Ь2 и обмоток Ьъ, Ь4 равен О,8. Следует отметить, что изменение коэффициента связи в пределах О,8...1,О практически не меняет характера электромагнитных процессов, лишь несколько увеличивая величину выходного напряже.
напряжений и токов от времени представлены на рис. 2.
,
напряжение на транзисторах не превышает 4ОВ, в то
,
-
форматора равна 3ООВ - в 15 раз превышает напряжение питания. Это объясняется тем, что напряжение транзисторов близко к арифметической разности напряжений ыЬ1, ыЬ2н щ:1, щ:2, а напряжение диагонали - к арифметической сумме. При этом форма на-
-
. ( 3) ,
,
3,
состояния открытого положения (51, £2 и 53, 54) и
-
.
,
сложного колебательного контура при закрытых
,
-.
- 11( Р)
V рС1
-р1ъ
+ РІ 2( Р )(2 Ь1 + Ь3) = 0
1
.(1)
I (Р)-------+ 2 Ь1 р12( р) = и1( р)
рС1
Характеристическое уравнение системы уравнений (1) имеет вид (ксв =1)
2р ^1^зС^ + 4+ ^з = О,
т. е.
р2 = -(41х + Ь3)1(21]Ь3С1).
Из (2) следует, что для выбранных параметров 2 4Ь\ +13
(2)
^1 =
2 Ь1Ь3С1
Характеристическое уравнение для выключенного ЕНЭ запишется как
2р Ь1Ь3 (2С3 + С1) + (4Ь1 + Ь3) = 0;
2
р =-
4 Ь1 + Ь3
2 ^1^3(2С3 + С1)
4Ь1 + Ь3
2 ^1^3(2С3 + С1)'
2
Частота возбуждения юв=2л/=1256ООс"1. Как Инверторный мост с обратным диодом УБ1,
видно из кривых (рис. 2), общий коэффициент уси- подключен через входные дроссели М=Ы2=3,8цГн
ления по напряжению равен 750. к источнику постоянного напряжения 500 В.
Рис. 3. Модель тиристорного мостового преобразователя с обратным диодом
,
-
-
-
.
Основной частью комплекса для индукционного
,
.ка на индукторе может существенно отличаться от
,-
.
способов такого согласования является применение резонансных инверторов с бестрансформаторным повышением напряжения [3].
Для исследования переходных процессов была
-
вателя напряжения с обратным диодом (рис. 3). Ис-
-
рования ЫайаЪ, при помощи специального раздела БтыИпк. Плечи инверторного моста образованы тиристорами УБ\...УБ4, параллельно которым подключены защитные ЛС-цепочки (на рис. 3 ЛС-цепочки
).
,-
.
диод УБ1 включен параллельно мосту. Управление
-
ров импульсов РО и РО1.
Коммутирующая диагональ инверторного моста ,-тирующей емкости Ск=137мкФ, коммутирующей индуктивности £к=6О,3мкГн и нагрузки, представленной резистором Лп=О,320м, дросселем
1п=О,38цГн и параллельным конденсатором Сп=65мкФ.
,
от 8кГц до 22кГц и составляет О,94-О,98 резонансной
.-/, Р -
пряжением и и рассчитываются согласно методике [3].
-
та
• ехр(-Окэ • м>к
скм
і)
Р
1387 • ехр(-1,28 • 11000І)
БІп( w • і) =
• БІп 11000і =
0,47
= 2951 • ехр(-14080і)біп 11000Ґ А,
где иски - напряжение на коммутирующем конденсаторе; - эквивалентное затухание коммутирующего контура; ^ - частота коммутирующего
контура; р - волновое сопротивление коммутирующего контура.
Максимальный ток в коммутирующем контуре
и
1 км
скм
ехр(-Б • п/4)
1387 • ехр(-1,28 • 3,14 + 4)
= 1087 А
0, 47
Время восстановления тиристоров
восс
восс
[п- 2 агсБІп( и/ )]
/ ^ КМ гр
~~--------------------------тк
2п
[3,14 - 2агк БІп(60/ )]
/1087
2 • 3,14
-6
х571•10 =178мкс,
Основным достоинством данной схемы мостового инвертора является увеличенное в 2-3 раза выход-
-
ционная устойчивость тиристоров.
,-
-
-
,
-
более рациональные параметры.
где ^ - ток источника питания; Тк - период коммутирующего контура.
По полученным зависимостям было определено, что напряжение на диагонали моста имеет близкую к синусоиде форму и достигает значения 8ООВ. Максимальное значение тока в коммутирующем контуре 95А. Напряжение и ток нагрузки имеют синусоидальную форму, амплитудные значения 8ООВ и 35ОА соответственно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кныш, В. А. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов / В. А. Кныш. Л. : Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1981. 16Ос.
2. Милях, А. Н. Системы стабилизации на ИЕП /
. . , . . . : , 1974.
216 .
3. Белкин, А. К. Тиристорные преобразователи частоты / А. К. Белкин, Т. П. Костюкова, Л. Э. Рогинская,
. . . .: , 2ООО. 263 .
