Разработка структуры, анализ и экспериментальное исследование тиристорно-транзисторных преобразователей переменного напряжения в стабилизированное постоянное тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.12, кандидат технических наук Иванов, Александр Михайлович

• Иванов, Александр Михайлович
• кандидат технических наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванов, Александр Михайлович

ВВЕДЕНИЕ

1. ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ СТРУКТУР ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

1.1. Структурные схемы вторичных источников питания средней и большой мощности,питающихся от сетей с повышенным напряжением

1.2. Требования к силовым ключам ВИП с промежуточным преобразованием частоты и импульсным регулированием.

1.3. Структурные схемы комбинированных тиристорно-тран-зисторных ВИП. Целесообразные сочетания тиристорных и транзисторных ключей.^.

1.4. Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения для тиристорно-транзисторных ВИП.

1.5. Автономные тиристорные инверторы для источников питания с преобразованием частоты

1.6. Преобразователи постоянного напряжения в постоянное с тиристорным резонансным инвертором.

1.7. Многофазные преобразователи постоянного напряжения с тиристорным резонансным инвертором

1.8. Выводы

2. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ТИРИСТОРНЫМ РЕЗОНАНСНЫМ ИНВЕРТОРОМ

2.1. Методика расчета электромагнитных процес

2.2. Анализ установившегося режима работы преобразователя.

2.3. Анализ режимов пуска преобразователя.

2.4. Анализ процессов сброса и наброса нагрузки преобразователя.

2.5. Выгоды.

3. ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С РЕЗОНАНС -НШ ИНВЕРТОРОМ И ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, ОХВАЧЕННОГО ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ.

3.1. Влияние имцульсного стабилизатора на работу тиристорного резонансного инвертора.

3.2. Влияние преобразователя с резонансным инвертором на работу импульсного регулятора, охваченного обратной связью. III

3.3. Выводы.

4. ПОВЫШЕНИЕ КОММУТАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ТИРИС -ТОРНОГО РЕЗОНАНСНОГО ИНВЕРТОРА В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

4.1. Анализ схем преобразователей с неуправляемым обратным выпрямителем.

4.2. Анализ преобразователей с управляемым обратным выпрямителем.

4.3. Повышение коммутационной устойчивости с по -мощью коммутатора.

4.4. Экспериментальное исследование тиристорного преобразователя постоянного напряжения на базе резонансного инвертора с повышенной коммутационной устойчивостью в динамических режимах.

4.5. Выводы.

-45. ПРШЖРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ВЬШРАННШ

СТРУКТУРЫ.

5.1. Выбор параметров преобразователя.

5.2. Тиристорно-гранзисторный преобразователь переменного напряжения в стабилизированное постоянное

ЗАКЛШЕНЙЕ.

СПЖОК ЛИТЕРАТУРЫ.

ПРИЛШЕНШ .;.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка структуры, анализ и экспериментальное исследование тиристорно-транзисторных преобразователей переменного напряжения в стабилизированное постоянное»

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года, принятых ХХУ1 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 КГЩ 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 КЕЩ 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,прецезион-ные 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 ] .

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 тиристорных 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 ] . 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 цре-образователей 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

-9в открытой печати и апробированы на научных конференциях.

I. ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ СТРУКТУР ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Заключение диссертации по теме «Силовая электроника», Иванов, Александр Михайлович

4.5. Выводы

1. На основе исследований, проведенных в предыдущих главах диссертации, обоснована необходимость улучшения коммутационной устойчивости простейших схем преобразователей с тиристорным резонансным инвертором. Выбран основной способ достижения поставленной цели - применение обратного выпрямителя.

2. Показано, что известный преобразователь с нерегулируемым обратным выпрямителем, подключенным к дополнительной обмотке трансформатора, не отвечает требованиям, предъявляемым к подобным устройствам. Применение такого обратного выпрмителя снижает КПД и увеличивает габариты преобразователя, кроме того, режим его работы чувствителен к изменению параметров преобразователя и внешних факторов.

3. Предложен ряд способов регулирования тока обратного выпрямителя с целью повышения КПД преобразователя. Первый способ основан на введении в выходную цепь вспомогательных регулируемых или нерегулируемых ЭДС. Показано, что мощность источников ЭДС составляет доли процента от мощности преобразователя в номинальном режиме. По второму способу, регулятором тока обратного выпрямителя служит низковольтный силовой транзистор, зашунтиро-ванныи RC - цепочкой. Мощность, рассеиваемая при регулировании тока этим регулятором, пренебрежимо мала по сравнению с выходной мощностью преобразователя. Разработана схема управления транзистором регулятора тока, реализующая оптимальный закон регулирования. Преобразователь со, схемой регулирования защищены авторским свидетельством Р 928561.

4. На основе анализа схем преобразователей с регулируемым током обратного выпрямителя выведены соотношения, позволяющие вести расчет основных характеристик этих схем и обоснованно выбирать их параметры, даны рекомендации о целесообразности применения регуляторов того или иного типа.

5. Предложен преобразователь, в котором повышение коммутационной устойчивости достигается за счет коммутатора, подключенного к отпайкам вторичной обмотки трансформатора инвертора /A.c. № 762105/. Очерчены возможные области его применения.

6. Проведены эксперименты, подтвердившие высокую эффективность выбранного способа повышения коммутационной устойчивости в статическом и динамическом режимах. Кроме того, применение обратного выпрямителя улучшает качество выходного напряжения преобразователя в режимах пуска и сброса нагрузки.

-1745. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫБРАННОЙ СТРУКТУРЫ

5.1. Выбор параметров преобразователя

При выборе параметров преобразователя постоянного напряжения в постоянное с тиристорным резонансным инвертором учтем результаты анализа, проведенного во второй, третьей и четвертой главах. Прежде всего следует остановиться на выборе параметра ~ГП , зависящего от частоты работы инвертора и собственной частоты резонансного контура. Как было показано во второй главе, с ростом Тп КПД преобразователя падает, поэтому целесообразно стремиться к уменьшению этого параметра. Предельное значение Тп близко к Я". Основным фактором, препятствующим уменьшению Тп, является время выключения применяемых тиристоров, так как другие динамические параметры современных быстродействующих тиристоров отвечают требованиям, предъявляемым к ним в схеме резонансного инвертора. Наиболее высокочастотными тиристорами в настоящее время являются тиристоры серии ТЧ. Время выключения tg этих тиристоров находится в пределах 12-30 мкс. Тиристоры с меньшим временем выключения имеют меньший класс и относятся к худшей группе по (cLu/dt ) max. > что снижает надежность преобразователя и вынуждает применять более мощные RC- цепочки, шунтирующие тиристоры. Тиристоры типа ТЧ позволяют работать на частоте до 25 кГц, однако по некоторым соображениям, изложенным в первой главе, частоту инвертирования целесообразно выбирать в пределах 5-10 кГц. При t& = 20 мкс, = 5 кГц, длительности паузы, выбранной с 50% запасом, рассчет-ное значение In равняется 4,5. Это значение !л близко к оптимальному и для двухфазного преобразователя, рассмотренного в первой главе J In ~ У £ /. Исходя из этого можно рекомендовать выбор /л в пределах 4,3-4,7.

Параметр исходя из энергетических соображений следует выбирать по возможности больше. В системе из преобразователя и импульсного стабилизатора при частоте питающей сети 50 гц и мостовой схеме выпрямления оптимальное соотношение емкостей коммутирующего и фильтрующего конденсаторов находится вблизи 0,1. При большем длительность имцульса начинает сильно зависеть от емкости конденсатора фильтра преобразователя. Таким образом, при выборе Ж^ можно рекомендовать значение 0,1.

Наиболее сложно выбрать значение параметра Я£, /или имеющего сходный смысл параметра ЬА/ье/. Из энергетических соображений следует стремиться максимально уменьшить значения этих параметров. При выбранной частоте / преобразования и заданной мощности преобразователя это можно сделать только за счет увеличения емкости коммутирующего конденсатора. Однако, емкость этого конденсатора ограничена сверху двумя факторами. Во-первых, с увеличением емкости конденсатора Ск уменьшается добротность колебательного контура . Во-вторых, при увеличении емкости коммутирующего конденсатора необходимо одновременно уменьшать общую индуктивность колебательного контура, которая не может быть меньше индуктивности рассеяния трансформатора инвертора. Для уменьшения зависимости длительности импульса тока от неконтролируемых факторов /температура окружающей среды и т.д./ желательно иметь добротность не менее 4-5. При этом желательно, чтобы индуктивность рассеяния составляла не более 30-40% общей индуктивности колебательного контура. Таким образом, параметр Ж, определяется в основном параметрами силового трансформатора и не может быть выбран произвольно, исходя только из энергетических соображений.

Параметрами трансформатора диктуется также и схема включения обратного выпрямителя преобразователя. Если доля индуктивности рассеяния в суммарной индуктивности колебательного контура мала менее 10%/, можно рекомендовать схему с симметрично-разделенными коммутирующими элементами. Если это условие не выполняется, то следует применять схему с тремя коммутирующими конденсаторами или схемы с регулированием тока рекуперации. В нерегулируемых схемах автотрансформаторное включение обратного выпрямителя можно рекомендовать только в том случае, если витковое напряжение первичной обмотки сравнительно мало /до 4-5 вольт/виток/. В противном случае целесообразно применение вспомогательных источников напряжения.

Важным моментом при расчете преобразователя является выбор коэффициента трансформации силового трансформатора. Ранее было обосновано применение на выходе преобразователя импульсного стабилизатора первого типа, что определяет минимальное напряжение на выходе преобразователя. Как известно оно не должно быть меньше требуемого стабилизированного напряжения. Наихудшими в этом смысле режимами будут: наброс нагрузки в момент, когда напряжение на входе преобразователя мини^мально или режим полной нагрузки преобразователя при минимальном линейном напряжении сети. В первом случае требуемый коэффициент трансформации можно определить с помощью графика, изображенного на рис.2.15, а во втором по графикам, изображенным на рис.2.2,б и 3.4,а. Для дальнейших расчетов выбирается наибольший из полученных коэффициентов трансформации.

При выборе класса тиристоров следует учитывать повторяющееся напряжение, прикладываемое к нему в установившемся режиме и неповторяющееся, прикладываемое в режиме пуска. Для этого можно воспользоваться графиками, представленными на рис.2.2,а и рис. 2.7.

Предельный ток тиристора выбирают с учетом того, что с увеличением частоты его допустимое среднее значение падает. На частоте 5 кГц допустимое среднее значение тока тиристоров типа ТЧ составляет 70% от паспортного. Амплитуда импульса тока на этой частоте должна составлять не более 30% от паспортного допустимого среднего значения для тиристоров ТЧ-25 и не более 90% для тиристоров ТЧ-50.

Выбор типа и номинального напряжения коммутирующего конденсатора производится по общепринятой методике, с учетом повышенной частоты работы инвертора. Коммутирующие дроссели следует проектировать таким образом, чтобы их индуктивность мало зависила от температуры окружающей среды. Наилучшие параметры имеют дроссели воздушного типа.

Таким образом, расчет преобразователя целесообразно вести в следующей последовательности:

1. Предварительная оценка амплитуды тока в резонансном контуре в режиме максимальной нагрузки.

2. Предварительный выбор тиристоров инвертора, определение времени выключения.

3. Выбор частоты инвертирования.

4. Предварительный выбор коэффициента трансформации трансформатора инвертора.

5. Выбор параметров Тп , Ж.г .

6. Расчет трансформатора, определение индуктивности рассеяния и активного сопротивления обмоток.

7. Определение индуктивности коммутирующего дросселя.

8. Определение емкостей коммутирующего конденсатора и конденсатора фильтра.

9. Уточнение коэффициента транформации силового трансформатора.

10. Окончательный выбор тиристоров и диодов.

Определение типа коммутирующего конденсатора и его поминального напряжения.

Расчет системы управления преобразователем и расчет импульсного стабилизатора не представляют труда,так как они подробно описаны в существующей литературе.

-1785.2. Тиристорно-транзисторный преобразователь переменного напряжения в стабилизированное постоянное

На рис.5.1 представлена схема реализованного практически [13 ] тиристорно-транзисторного преобразователя выпрямленного переменного напряжения 380 В в постоянное стабилизированное напряжение 27 В. Максимальный выходной ток преобразователя равнялся ЗОА. Основными узлами здесь являются нерегулируемый преобразователь постоянного напряжения с тиристорным резонансным инвертором и импульсный стабилизатор напряжения первого типа.

В преобразователе используется инвертор, выполненный по мостовой схеме с регулируемым обратным выпрямителем. Выходной выпрямитель преобразователя собран по схеме с нулевой точкой. Коммутатор, не показаннный на схеме чтобы не загромождать чертеж, совмещен с выходным выпрямителем, его транзисторы управляются от силового трансформатора с помощью вспомогательных обмоток.

Система управления преобразователем показана в значительной степени условно, так как содержит общеизвестные узлы /ИММ, второго рода, задающий генератор /ЗГ/ опорной частоты, формирователи управляющих импульсов ;/Ф/ и т.д./. Для ее построения были использованы логические элементы из состава 155 серии и операционные усилители серии 153. Питание системы управления осуществляется от вспомогательного маломощного сетевого трансформатора. Блок питания /БП/ системы управления вырабатывает напряжения +5В и ± 15 В.

Для управления транзистором обратного выпрямителя используется принцип токового управления, разработанный в [49] . Управляющая часть обратного выпрямителя построена на базе частотно-фазового дискриминатора, разработанного на кафедре электроники ЧГУ Кузьминым С.А. и Сеньковым В.И. Управление транзистором импульсного регулятора осуществляется непосредственно от компаратора, осуществляющего в ПММ сравнение опорного напряжения с напряжением обратной связи, так как в качестве регулирующих транзисторов используются транзисторы Дарлингтона с высоким коэффициентом усиления.

Защита преобразователя от перегрузок и коротких замыканий в выходной цепи осуществляется по принципу токовой отсечки. В качестве чувствительного элемента используется магнитодиод М25 типа КД301, расположенный в зазоре магнитопровода дросселя фильтра ИРН.

Напряжение на прямосмещенном магнитодиоде пропорционально индукции в сердечнике дросселя, которая,в свою очередь, примерно пропорциональна намагничивающей силе, то есть ампер-виткам дросселя. Таким образом,на выходе эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе У2Ъ , напряжение примерно пропорционально току дросселя. Когда это напряжение превысит напряжение обратной связи, поступающее с делителя, открывается диод 1/2 У и стабилизатор переходит в режим стабилизации тока дросселя, среднее значение которого равно среднему значению тока нагрузки. Применение магнитодиода связано с трудностями выполнения безинерционного измерительного сопротивления на большие токи. Токовая отсечка одновременно служит для обеспечения плавного выхода ИРН на режим стабилизации, ограничивая в процессе пуска ток дросселя фильтра ИРН.

Частота работы инвертора равнялась 5 кГц, частота переключения транзисторов импульсного стабилизатора - 20 кГц. Более низкая частота получается делением частоты задающего генератора, равный 20 кГц.

Для уменьшения помех, создаваемых преобразователем,и обеспечения самовосстановления после срыва инвертирования в цепь питания включен /£- фильтр, дроссель которого зашунтирован демпфирующей цепочкой из последовательно включенных диода и резистора. Это необходимо для уменьшения напряжения,до которого заряжается конденсатор фильтра. I. С-фильтр способствует также уменьшению пусковых перенапряжений на элементах преобразователя, так как в процессе пуска напряжение на входе преобразователя уменьшается.

Пуск преобразователя осуществляется в следующей последовательности. После включения в сеть начинает работать система управления преобразователя, однако управляющие импульсы еще не поступают на тиристоры инвертора и транзисторы стабилизатора, так как они блокируются сигналом реле времени. Выдержка времени составляет около одной секунды. За это время завершаются все переходные процессы во входном /Г-фильтре, в источнике питания схемы управления, устанавливается частота опорного генератора. После окончания выдержки времени импульсы управления начинают поступать на управляющие электроды тиристоров инвертора и на базу транзисторов ИРН. Возможен также пуск по команде с помощью логического сигнала, объединенного с выходным сигналом реле времени по схеме ИЛИ.

Силовая часть преобразователя выполнена на тиристорах ТЧ-25. В качестве диодов основного и обратного выпрямителей были использованы диоды типа 2Д206В. Трансформатор Т2 был выполнен на сердечнике из пермаллоя 34НКМП К 50x70x40, толщина ленты 0,05 мм. Индуктивность дросселей равнялась 210 мкГн, емкость конденсатора сг- 2 мкФ. Тип конденсатора - К 75-24. Конденсатор фильтра С5 типа К 50-15 емкостью 300 мкФ.

В импульсном стабилизаторе использовались транзисторы КТ827 и диоды 2Д213А.

Описываемый ВИП был расчитан на работу в условиях естественного охлаждения.

Основные технические данные преобразователя приведены в таблице 5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследованы вопросы преобразования высокого переменного напряжения в низкое стабилизированное постоянное. В результате исследований были получены следующие научные результаты:

1. Показано, что преобразователи постоянного напряжения в постоянное средней и большой мощности целесообразно строить на базе тиристорных инверторов. Выбрана базовая схема-последовательный резонансный инвертор, показаны ее основные положительные свойства, выявлены недостатки. Предложена схема совмещенного транзисторного коммутатора, позволяющего уменьшить габариты преобразователя и повысить его КПД.

2. Показаны преимущества двухфазных преобразователей постоянного напряжения по сравнению с однофазными. Определены условия при которых двухфазный преобразователь оказывает минимальное воздействие на питающую сеть и имеет минимум пульсаций напряжения на выходе. Полученные соотношения проверены экспериментально.

3. Проанализированы некоторые режимы работы преобразователя, наиболее часто встречающиеся на практике: установившийся режим, режимы пуска, режим коммутации нагрузки. Для всех режимов получены зависимости основных величин преобразователя от его параметров. Показано, что в режиме "жесткого" пуска на элементах преобразователя появляются значительные перенапряжения. Предложен режим "мягкого" пуска преобразователя и способ его реализации.

4. Проанализирована работа преобразователя на импульсный стабилизатор напряжения. Выявлено влияние пульсаций входного напряжения на такую систему, заключающееся в амплитудной, модуляции тока и напряжения колебательного контура. Получены расчетные формулы для определения коэффициента модуляции. Исследована устойчивость в малом системы: тиристорный преобразователь - транзисторный стабилизированный регулятор. Получены соотношения,определяющие устойчивость,построены области устойчивой работы в координатах параметров системы.

5. Показано,что во всех основных режимах преобразователь с резонансным инвертором склонен к коммутационной неустойчивости. Определены границы безаварийной работы преобразователя в координатах его параметров. Сформулирована задача повышения коммутационной устойчивости.

6. Выбран метод повышения коммутационной устойчивости преобразователя - рекуперация энергии с помощью обратного выпрямителя. Показано,что известные преобразователи с обратным выпрямителем имеют пониженный КПД. Предложено для повышения КПД преобразователя регулировать ток обратного выпрямителя.

7. Разработаны способы регулирования тока обратного выпрямителя и устройства для их реализации. Проанализированы схемы преобразователей с обратными выпрямителями,- получены соотношения необходимые для оценки их основных показателей. Даны рекомендации по выбору той или иной схемы включения обратного выпрямителя в зависимости от параметров преобразователя.

8. Разработана методика расчета преобразователей постоянного напряжения наименьшей массы.

Полученные результаты были использованы при разработке вторичных источников электропитания средней и большой мощности. Работы проводились на кафедре электроники и полупроводников Чувашского государственного университета им.И.Н.Ульянова.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иванов, Александр Михайлович, 1983 год

1. Александров Ф.И., Сиваков А.Р. Импульсные преобразователи и стабилизаторы,- Л,'.Энергия, Ленинградское отделение, 1970188 с.

2. A.c. 229663 /СССР/. Преобразователь постоянного тока/А.А.Са-кович, Б.М.Антонов, В.А.Лабунцов, Г.В.Андржеюк.- Опубл. в1. Б.И.,1968, Jfc 33.

3. A.c. 547941/СССР/. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное /Г.А.Белов.- Опубл.в Б.И., 1977, № 7.

4. А,с. 635576 /СССР/. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное /Г.А.Белов, А.М.Иванов.-Опубл.в Б.И. ,1978, М4.

5. A.c. 762105 /СССР/. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное /Г.А.Белов, А.М.Иванов.- Опубл. в Б.И.,1980,№ 33,

6. A.c. 8I36I6 /СССР/. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное /В.Ф.Ильин.-Опубл. в Б.И., 1981, $ 10.

7. A.c. 875361 /СССР/. Импульсный стабилизатор /Г.А.Белов, А.М.Иванов.- Опубл.в Б.И., 1981, JG 39.

8. A.c. 928561 /СССР/. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное /Г.А.Белов, A.M.Иванов,-Опубл.в Б.И.Д982, Л 18.

9. Белов Г.А. Анализ преобразователя постоянного напряжения с последовательным инвертором.-Электричество, 1979,№ I,с.39-45.

10. Белов Г.А. Анализ преобразователя постоянного напряжения с тиристорным резонансным инвертором.- В кн.-.Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике.Чебоксары, 1976, вып.1, с.11-22.

11. Белов Г.А., Иванов A.M. Тиристорно-транзисторный преобразователь переменного напряжения в стабилизированное постоянное.-В кн.: Электронная техника в автоматике /Под ред.Ю.И.Конева.-М.: Сов.радио, 1978, вып.10, с.133-139.

12. Богданов Н.Н., Кузнецов В.Н. Высоковольтный преобразователь постяоного напряжения на базе двухмостового резонансного инвертора.» В кн.: Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. Чебоксары, 1977, вып.2, с.47-50.

13. Булатов О.Г., Лабунцов В.А., Одынь C.B. Перспективы применения новых силовых полупроводниковых приборов.- В кн.: Проблемы преобразовательной техники: Тез.доклад. Всесоюзн.конф. Киев, 1979, ч.4, с.205-208.

14. Глибицкий М.М. Критерий оптимизации и оптимальная частота преобразователя транзисторных инверторов и конверторов,- В кн.: Проблемы преобразовательной техники: Тез.докл.Всесоюзн. конф. Часть 3. Киев, 1979, с.42-46.

15. ГОСТ 13109-67. Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения.-йереиздат. Август, 1979.

16. Гришанин Ю.С., Юрченко А.И. Некоторые вопросы динамики систем электропитания со статическими стабилизаторами напряжения.- В кн.: Электронная техника в автоматике /Под ред.Ю.И.Конева,- М,: Сов.радио, 1981, вып.12, с.167-172.

17. Дерменжи П.Г. Силовые транзисторы новый элемент преобразовательной техники. - Электротехника, 1982, № 3, с.2-5.

18. Донской A.B., Кулик В.Д. Теория и схемы тиристорных инверторов повышенной частоты с широтным регулированием напряжения: Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1980.-158с.

19. Зеленов В.Е. Анализ аварийного режима и метод быстродействующей защиты при срыве инвертирования в преобразователях частоты со звеном постоянного тока.-Электричество, 1977, №2,с.60-63.

20. Иванов A.M. Экспериментальное исследование преобразователя постяянного напряжения с тиристорным резонансным инвертором и обратным выпрямителем.- В кн.: Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. Чебоксары, 1980,ccll-14.

21. Кацнельсон С.М., Однобкин Ю.В. Мощные тиристорные преобразователи ультразвуковой частоты с отсекающими диодами. Электричество, 1980, № 12, с.31-35.

22. Ковалев Ф.И., Мустафа Г.М. Использование метода основной гармоники при проектировании стабилизированных преобразователей.-Электротехника, 1982, № 3, с.31-34.

23. Ковалев Ф.И., Мустафа Г.М., Хурхуров Р.Г. Развитие метода первой гармоники для анализа низкочастотной модуляции в системах с преобразователями.- Электротехническая промышленность: Сер.Преобразовательная техника, 1981, вып.8 /136/, с.11-14.

24. Кован Ю.И., Ко<|ман Д.Б. Исследование работы нерегулируемого тиристорного зарядного инвертора с помощью разностных уравнений.- В кн.: Проблемы технической электродинамики, 1973, Н°- 41, с. 14-20.

25. Колосов В.А. Выбор схемы транзисторного преобразователя для питания ЦВМ.- В кн.: Вопросы радиоэлектроники: Сер.ЭВТ,1977, вып.6, с.31-34.

26. Конев Ю.И. Микроэлектронные электротехнические системы.-В кн.: Электронная техника в автоматике /Под ред.Ю.И.Конева.-М.: Сов.радио, 1978, вып.10, с.6-18.

27. Конев Ю.И. Технико-экономическая эффективность микроэлектронных систем.- В кн.: Электронная техника в автоматике /Под ред.Ю.И.Конева.-М.:Сов.радио, 1980, вып.II, с.3-7.

28. Коссов O.A. Усилители мощности на. транзисторах в режиме пере— ключений.- М.: Энергия, I97I.-43I с.

29. Крюкова H.H., Лебедева М.Ю., Чикилевская H.A. Современное полупроводниковое приборостроение за рубежом.- Электротехническая промышленность: Сер.Преобразовательная техника, 1981, вып.7 /135/, с.20-25.

30. Кузьмин С.А. Динамические характеристики импульсного стабилизатора с частотно-фазовым модулятором.- В кн.: Применение полупроводниковых приборов в преобразовательной технике. Чебоксары, 1977, вып.2, с.107-115.

31. Кулик В.Д. Способы и устройства широтного регулирования напряжения резонансных тиристорных инверторов.-Электричество, 1975, № 9, с.57-60.

32. Лабунцов В.А., Ривкин Г.А., Шевченко Г.И. Автономные тирис-торные инверторы.- Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1967.-160 с.

33. Масюлис Р.Ф. Резонансные инверторы для централизованного питания осветительных установок повышенной частоты.: Автореф. Дис. канд.техн.наук.-Ленинград, 1980.-19 с.

34. Машуков Е.В. Ключевые схемы на высоковольтных транзисторах.-В кн.: Электронная техника в автоматике /Под ред.Ю.И.Конева.- М.: Сов.радио, 1975, вып.7,'с.13-21.

35. Микроэлектроника-средство оптимизации систем вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры /А.П.Грибачев, М.Я.Бо-чарников, К.П.Полянин и др.- В кн.: Электронная техника в автоматике /Под ред.Ю.И.Конева.-М.: Сов.радио, 1978, вып.10, с.19-25.

36. Мкртчан Ж.А. Электропитание электронно-вычислительных машин.-M.s Энергия, 1980.- 208 с.

37. Моин B.C., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные пре-образовватели.- М.: Энергия, 1972.- 512 с.

38. Мосткова Г.П., Ковалев Ф.И., Чванов В.А. Условия пуска автономных инверторов.- Электричество, 1967, № 10, с.66-72.

39. Никитенко Ю.В., Наталкин А.В. Инвертор тока с управляемым обратным выпрямителем.- В кн.: Тиристорные преобразователи /Под ред. Ю.Г.Толстова.-М.: Наука, 1970, с.19-24.

40. Опадчий Ю.Ф. Стабилизированные маломощные ВИЛ на основе одно-тактных преобразователей.- В кн.: Электронная техника в автомати ке /Под ред.Ю.И.Конева.-М.: Сов.радио,1980, вып.II, с.30-43.

41. Основы промышленной электроники /Ю.А.Исаков, А.П.Платонов, В.И.Сенько и др.- Киев.: Техника, 1976.- 380 с.

42. Перспективы создания тиристоров на частоту 100 кГц.-Электротехническая промышленность: Сер. Преобразовательная техника, 1975, вып.10 /69/, с.28-29.

43. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.1.-М.: Энергия, 1974.-240с.

44. Правильный выбор источника питания. Специальный рекламный раздел. -Электроника, 1981, т.54, № 12, с.103-120.

45. Рафалович Я.Б. Комбинированный стабилизатор постоянного напряжения.- В кн.: Электронная техника в автоматике /Под ред.

46. Ю.И.Конева.-М.: Сов.радио, 1974, вып.6, с.71-76.

47. Рафалович Я.Б. Разработка и исследование тиристорно-транзистор-ных стабилизаторов постоянного напряжения с повышенным КПД.: Автореф. Дис. .канд.техн.наук.-Харьков, 1975.-23 с.

48. Ромаш Э.М. Тиристорные преобразователи постоянного тока,-М.: Энергия, 1973.- 113с.

49. Ромаш Э.М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Энергия, 1975.-176 с.

50. Самоделкина Т.Ф. Ионный преобразователь повышенной частоты.-Известия высших учебных заведений.Электромеханика,1958, №6, с.58-62.

51. Силовое полупроводниковое приборостроение /Г.П.Тучкевич, И.А.Тепман, Ф.И.Ковалев, Н.И.Якивчик.- Электротехника, 1980, № I, с.42-47.

52. Солдаткина Л.А., Голубев A.M. 0 международной стандартизации номинальных напряжений электрических сетей.-Электричество, 1977, № б, с.1-5.

53. Стабилизатор напряжения 20 -f 40 В, 0 + I00A. /О.А.Абоян, И.И.Жамков, Л.Н.Кузьмина и др.- Приборы и техника эксперимента, 1980, № б, с.201-203.

54. Твердов В.И., Лабин H.H. Улучшение характеристик выпрямителей с бестрансформаторным входом.- В кн.: Проблемы преобразовательной техники: Тез.докл.Всесоюзной конференции. Киев, 1979, ч.5, с.31-34.

55. Тиристорные преобразователи высокой частоты. /Е.И.Беркович и др.т Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1973.-200 с.

56. Тобиас А.Г., Мануковский A.B. Исследование пусковых режимов тиристорного инвертора повышенной частоты.- В кн.: Электрофизика, электромеханика и прикладная электротехника. Алма-Ата, 1980, с.58-63.

57. Толстов Ю.Г. Выбор схем мощных тиристорных преобразователей.-В кн.: Тиристорные преобразователи /Под ред.Ю.Г.Толстова.-М.: Наука, 1970, с.3-8.

58. Трахтенберг P.M. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением.-^.: Энергоиздат, 1982.-168с.

59. Хусаинов Ч.И. Высокочастотные импульсные стабилизаторы напряжения.- М.:Энергия, 1980.- 88 с.

60. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник.- М.:Энергия, 1975.- 512 с.

61. С. Se/buftvcte, W-cuuiau ^ бе/г. SS р&ъся*г£ efficzst-t 1 kW DC coruSe^ta^ art inUnsLai ^XUfoceruy of 50 kHz PES С 77 RECORD, />. fzs-m.

62. ЗЫиг C.DbiAco6£. Detifyn an.cL реъ$огтвги& compajiaonl amartQ uu^tnieJL о1е£Сщ.-PEgC 78 RECORD, p.226-236.

63. McMuJuig W. Tkz tkyteUtoz eiztfjvanlc Ьглш^огроьЬеП, conSezten, ьШлд cl high fUe^-uczni£rlEEE Ttcuti. IrwL. artd Qren.App£.,i9??Jj/4Jp. 45/-45?.

64. PeteJi CVUMlouzxI V. T^ctfuMtpz oot th^iato^ роил, fa apnS&z^iorL ct! ene^U ?- bZexfoTjonijfriu^

65. Takedxu McucuLCULCL . Tenge+utcs^ ра^осТ^а c^^o1360, -¿.35, h/12, p. №35-f036.

66. Yuuxsl YLL Jahjb 6ie44 . Some cU&ign. сЫ-ресисопА&ггьЬгд Irbpout fi&tebA fen. dc dc соп£еп£ещ>Г PESC 71 RECORD, PS6-?S.