Раздел 2
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ
ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ МОДУЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЗОНАНСНЫХ КОНТУРОВ
В СИЛОВЫХ КАНАЛАХ
Повышение рабочей частоты преобразования в высокочастотных импульсных
преобразователях электрической энергии (ПЭЭ) позволяет уменшить объем и массу
функционально-необходимых реактивных элементов и расход ряда дефицитных
материалов, улучшить динамические характеристики транзисторных импульсных
преобразователей постоянного напряжения [45]. Однако с повышением частоты
преобразования начинают проявляться неидеальности их элементной базы.
Использование в ПЭЭ традиционных режимов работы с трапецеидальной (линейной)
формой токов в силовых коммутирующих элементах — посредством широтно-импульсной
модуляции (ШИМ) — приводит к значительным динамическим энергетическим потерям,
высокочастотным импульсным помехам, понижению надежности.
Переход к резонансным структурам построения преобразователей постоянного
напряжения (ППН) способствует устранению указанных недостатков. За счет
эффективного разнесения фронтов тока и напряжения значительно снижаются
коммутационные потери.
Для повышения эффективности процессов преобразования электрической энергии в
резонансных преобразователях используются модульные структуры их построения.
Использование многофазного режима работы силовых каналов (СК), резонансных
свойств их LC-контуров позволяет отказаться от специальных высокочастотных
фильтров и цепей формирования траектории переключения. В свою очередь
многофазность структуры построения преобразователя позволяет уменьшить
критичность резонансного метода преобразования к большим, по сравнению с
традиционным ШИМ-методом, энергетическим потерям на интервалах включенного
состояния силовых коммутирующих элементов. Уменьшается в данном случае и
критичность резонансного метода преобразования к выбору сглаживающих фильтров
(выбираемых из условия обеспечения требуемой фильтрации на самой низкой частоте
преобразования).
Таким образом, в многофазных импульсных преобразователях (МИП) с использованием
СК резонансного типа совмещаются положительные свойства обоих методов
преобразования и регулирования электрической энергии. Для начала рассмотрим
резонансные ППН с подключением нагрузки последовательно элементам резонансного
контура.
2.1. Электрические процессы в отдельно взятом резонансном силовом канале
преобразователя модульной структуры с последовательным подключением нагрузки и
элементов резонансного контура
Одной из разновидностей резонансных преобразователей постоянного напряжения
являются преобразователи с последовательным резонансным контуром, в которых
подключение нагрузки осуществляется через выпрямитель (как правило, через
силовой согласующий трансформатор) или последовательно с элементами контура
(рис 1.17,а), или параллельно одному из элементов контура, например, к
конденсатору (рис. 1.17,б).
Рассмотрим отдельно взятый (k-й) СК с последовательным резонансным контуром
резонансного ПЭЭ модульной структуры (на рис. 1.17,а приведена структурная
схема импульсного преобразователя с N параллельно включенными по входу и выходу
СК мостового типа). Подключение нагрузки Rн осуществляется последовательно с
элементами контура CkLk через выпрямитель Вk и согласующий трансформатор Трk.
Частота коммутации в k-ом СК не превышает резонансную. Схема управления (не
показана) формирует сигналы управления с равными периодами Tуk. При однофазном
принципе преобразования электрической энергии Uуk синфазны, при многофазном —
имеют временной сдвиг относительно друг друга [55].
В качестве СК могут использоваться и другие типы резонансных преобразователей,
представленные в табл.1.1 [73]. Соответственно схемы инверторов мостовая,
полумостовая, c выводом средней точки трансформатора по функциональному составу
однотипны. В каждой из них можно выделить (рассмотрим на примере мостовой схемы
силового канала — рис.1.17,а) однофазный инвертор Иk, в цепь нагрузки которого
с целью создания электромагнитных колебательных процессов при коммутации
силовых коммутирующих транзисторов (VT1,…,VT4) включены реактивные элементы Lk,
Ck резонансного контура PKk. Из-за необходимости получения на выходе
постоянного тока нагрузка, подключаемая через согласующий трансформатор Tpk к
резонансному контуру последовательно, включает в себя выпрямитель Вk, емкостной
фильтр Фk, с Снk= Сн/N и сопротивление нагрузки Rнk= NRн, где N — число СК.
При анализе электромагнитных процессов полагаем следующее — элементы схемы
идеальны; напряжения первичного источника питания Uп и на нагрузке Uн не
содержат переменных составляющих, что позволяет заменить цепь нагрузки отдельно
взятого k-го СК (Cнk и Rнk) идеальным источником напряжения Uнk; при периоде
Tуk сигналов управления Uуk (Uу1k,…, Uу4k – рис. 1.17,а) в k-ом СК происходят
электромагнитные процессы: в резонансном контуре с периодом Tкk= Tуk (ik , uCk
— соответственно ток и напряжение конденсатора Сk резонансного контура, рис.
1.18,а), в цепях питания и нагрузки — с периодом Tk=0.5Tуk (например, токи в
цепях питания іпk(t) и нагрузки івk(t) на выходе выпрямителя Вk k-го СК).
Электрические процессы в k-ом СК имеют временной сдвиг tck относительно первого
СК: tck=(k-1)Tп+Dtck, где Tп= Tyk/2N, в идеальном случае отклонение Dtck=0 и
tck=Tп(k-1) и имеет место равномерный временной сдвиг между электрическими
процессами СК, равный Tп; обеспечивается равномерное распределение между СК
тока нагрузки (т.е. ток нагрузки k-го СК Iнk= Iн/N при токе нагрузки, равном
Iн).
При наличии возвратных диодов (VD1…VD4 – рис. 1.17,а) в квазиустановившемся
состоянии возможны два режим
- Київ+380960830922