Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ СТРУКТУР ПРЕОБРА
ЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ 10
1.1. Структурные схемы вторичных источников питания средней и большой мощности, питающихся от сетей с повышенным напряжением 10
1.2. Требования к силовым ключам ВИЛ с промежуточным преобразованием частоты и импульсным регулированием. 17
1.3. Структурные схемы комбинированных тиристорно-транзисторных ВИП. Целесообразные сочетания тиристорных и транзисторных ключей. 20
1.4. Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения для тиристорно-транзисторных ВИП 25
1.5. Автономные тиристорные инверторы для источников питания с преобразованием частоты 30
1.6. Преобразователи постоянного напряжения в постоянное с тиристорным резонансным инвертором 33
1.7. Многофазные преобразователи постоянного напряжения с тиристорным резонансным инвертором 46
1.8. Выводы .57
2. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРЕОБРА ЗОВАТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ТИРИСТОРНЫМ РЕЗОНАНСНЫМ ИНВЕРТОРОМ 58
2.1. Методика расчета электромагнитных процессов 58
2.2. Анализ установившегося режима работы преобразователя. 63
2.3. Анализ режимов пуска преобразователя... 69
2.4. Анализ процессов сброса и заброса нагрузки преобразователя.. • 78
2.5. Выводы 38
3. ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С РЕЗОНАНС НИЛ ИНВЕРТОРОМ И ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, ОХВАЧЕННОГО ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 90
3.1. Влияние импульсного стабилизатора на работу тиристорного резонансного инвертора 90
3.2. Влияние преобразователя с резонансным инвертором на работу импульсного регулятора, охваченного обратной связью... III
3.3. Выводы 115
4. ПОВЫШЕНИЕ КОММУТАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ТИРИС ТОРНОГО ІЕ30НАНСН0Г0 ИНВЕРТОРА В ПРЕОБРАЗОВА ТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ... II?
4.1. Анализ схем преобразователей с неуправляемым обратным выпрямителем 117
4.2. Анализ преобразователей с управляемым обратным выпрямителем 142
4.3. Повышение коммутационной устойчивости с по -мощью коммутатора 155
4.4. Экспериментальное исследование тиристорного преобразователя постоянного напряжения на базе резонансного инвертора с повышенной коммутационной устойчивостью в динамических режимах 159
4.5. Выводы 172
5. ПРШЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫЕРАННШ СТРУКТУРЫ 174
5.1. Выбор параметров преобразователя 174
5.2. Тиристорно-транзиеторный преобразователь переменного напряжения в стабилизированное постоянное 178
ЗАКЕКНЕНЙЕ 183
СШЮОК ЛИТЕРАТУРЫ 185
Введение к работе
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятых ХХУІ съездом КПСС, в числе центральных задач повышения эффективности производства указывается на необходимость всемерного ускорения научно-технического прогресса и перевод экономики на интенсивный путь развития. Со всей определенностью можно заявить,что поставленные съездом задачи невозможно решить без широкого применения радиоэлектроники в промышленности, на транспорте , электроэнергетике, в связи и т.д. Расширение сферы использования современных достижений электроники -главная особенность научно-технического прогресса на данном этапе.
Основные эксплуатационные параметры радиоэлектронных устройств и систем - масса, габариты, надежность - во многом определяются устройствами их электропитания. Для современной радиоэлектронной аппаратуры характерна тенденция к микроминиатюризации функциональной части аппаратуры. В тоже время, удельные показатели питающих устройств за последнее время практически не изменились. В результате относительная доля устройств электропитания, выполненных по традиционным схемам, в общем объеме и весе аппаратуры стала расти и в ряде случаев достигла 30-40$. Отсутствие прогресса в развитии устройств электропитания объясняется тем, что возможности традиционных принципов построения этих устройств в основном уже исчерпаны. Ряд параметров, определяющих их вес и габариты ( например, индукция насыщения современных магнитных материалов широкого применения), почти достигли своего физического предела и практически не могут быть улучшены. Снижению объемов питающих устройств препятствует также большое тепловыделение, вызванное низким КОД традиционных способов регулирования потока электроэнергии.
Сложившаяся ситуация является все более нетерпимой, поскольку повышенная материалоемкость электронного и электротехнического оборудования, изготовление которого в настоящее время приняло характер массового производства, ведет к значительному перерасходу дефицитных электротехнических материалов: меди, трансформаторной стали и т.д. Низкий КЦЦ устройств питания ведет к перерасходу электроэнергии и дополнительному расходу материальных ресурсов на охлаждение. Все это идет вразрез с основными направлениями развития народного хозяйства СССР.
Исследование традиционных устройств электропитания позволяет сделать вывод,что основную долю в их массе и габаритах занимают силовые трансформаторы, реактивные элементы фильтров и регулирующие элементы. Поэтому целесообразно направить усилия в первую очередь именно на совершенствование этих элементов. Известно,что масса и габариты всех реактивных элементов уменьшаются с повышением рабочей частоты, поэтому основным направлением миниатюризации этих элементов является существенное, на два-три порядка, повышение частоты,на которой они работают. Потери мощности в регулирующем элементе можно уменьшить, перейдя от непрерывного к импульсному регулированию. Советские ученые внесли большой вклад в это направление развития систем электропитания. Основные его принципы изложены в трудах Ю.И.Конева, Т.А.Глазенко, Э.М.Ромаша, В.С.Моина, Н.Н.Лаптева, О.А.Кос-сова и др. Разработана и выпускается, хотя и в недостаточном ассортименте и количестве, элементная база новых устройств: мощные высокочастотные тиристоры, диффузионные транзисторы и диоды,прецезнойные магнитные сплавы и т.д.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения новых принципов построения устройств электропитания достаточно велик. Например,модернизация такого широкораспространенного бытового прибора как телевизор с учетом последних достижений преобразовательной техники позволит "уменьшить потребляемую мощность на 4 6 млн.кВт, а годовая экономия электроэнергии составит 4 6 млрд.кВт-ч"[Зб J .
Однако применение известных схемных решений в источниках питания средней и большой мощности (более I кВт), питающихся от сетей с повышенным напряжением связано с большими трудностями. Главным препятствием является отсутствие мощных высоковольтных полностью управляемых приборов, например транзисторов. С ростом допустимого напряжения транзистора существенно ухудшаются его динамические свойства, растёт падение напряжения в открытом состоянии, снижается надежность. По этой причине установки средней и большой мощности приходится проектировать на базе последовательно-параллельного соединения относительно низковольтных транзисторов, что сильно усложняем производство и увеличиваем стоимость изготовления.
Применение в источниках питания тиристоров хотя и устраняет последовательно-параллельное соединение полупроводниковых приборов, но не дает существенного выигрыша в габаритах по сравнению с традиционными источниками. Это объясняется плохими удельными показателями известных схем тиристорных преобразователей, особенно импульсных регуляторов. Автономные инверторы имеют резервы улучшения характеристик и при рациональном выборе схемы могут конкурировать с транзисторными по габаритам и массе.
Из сказанного вытекает,что построение источников питания,работающих от сетей с повышенным напряжением только на транзисторах или только на тиристорах не дает ожидаемого эффекта.
Целью данной работы является исследование и разработка комбинированных тиристорно-транзисторных структур преобразования высокого напряжения в низкое стабилизированное постоянное, и улучшение характеристик тиристорных инверторов с помощью относительно маломощных транзисторов. Это позволит максимально использовать положительные свойства как тиристоров так и транзисторов, что всегда является актуальной научной задачей как в теоретическом, так и в практическом плане. Её научная новизна обусловлена недостаточностью сведений о комбинированных преобразователях энергии в известной литературе. Практически отсутствуют работы в которых бы проводилось сравнение резонансных тиристорних инверторов, работающих в составе преобразователя постоянного напряжения в постоянное, недостаточно исследованы схемы преобразователей постоянного напряжения на базе последовательных резонансных инверторов, в частности режимы работы преобразователя на базе последовательного резонансного инвертора без обратных диодов.
Схема преобразователя с резонансным инвертором без обратных диодов автору представляется перспективной, и ее исследованию и усовершенствованию уделено основное внимание в данной работе. Эта схема может быть использована как в составе системы вторичного электропитания, так и самостоятельно, например для создания промежуточных сетей постоянного тока [35 j . При работе в составе системы электропитания большой интерес представляет совместная работа тиристорного резонансного инвертора и транзисторного импульсного регулятора. В данной работе исследован случай включения импульсного стабилизатора на выход преобразователя постоянного напряжения на базе резонансного инвертора без обратных диодов. Много внимания уделено повышению коммутационной устойчивости резонансного инвертора в статическом и динамическом режимах работы. В качестве основного средства повышения коммутационной устойчивости в работе рассматривается обратный выпрямитель. Проанализированы схемы преобразователей на базе последовательного резонансного инвертора с нерегулируемым и регулируемым обратным выпрямителем, описаны некоторые способы регулирования тока обратного выпрямителя.
Большинство рассматриваемых схем защищены авторскими свидетельствами на изобретения, отдельные части работы были опубликованы
