Источники питания электротехнологических установок

А.Х. Шогенов, доктор технических наук

Кабардино-Балкарский ГУ, г. Нальчик

Одна из особенностей источников питания (ИП) элек-тротехнологических установок (ЭТУ), использую­щих электрические поля для ионизации воздуха, раз­деления семян и другого, состоит в том, что их мощ­ность составляет сотни ватт, выходное напряжение — десятки киловольт, а токи — доли и единицы милли­ампер [1, 2].

Для ИП с такими параметрами пригодны выпрями­тели с умножением напряжения питания на основе ламповых диодов (кенотронов), отличающиеся громоз­дкостью, высокой стоимостью и малой надежностью [3]. Современная элементная база электронных уст­ройств, позволяет выполнять ИП, включающие (рис. 1) первичные источники питания: аккумуляторные бата­реи (АБ), выпрямители сетевые (ВС) с накопительны­ми конденсаторами-фильтрами (КН) и инверторы вы­сокой частоты (ИВЧ) с самовозбуждением или автоге­нераторы и выпрямители-умножители

ВУН

напряжений (ВУН) на высоковольтных полупроводниковых диодных сборках и конденсаторах.

Первичными ис­точниками питания служат АБ напряже­нием 6... 24 В или ВС

Рис. 1. Структурная схема ИСЭП

напряжением 30О...55О В (предпочтительно - однофаз­ные или трехфазные мостовые, выпускаемые промыш­ленностью в виде готовых модулей) с высокочастотны­ми КН. В схеме на основе автогенератора (рис. 2) при подключении ее к источнику питания с напряжением U_n по коллекторным цепям транзисторов VT1 и VT2, работающих в ключевом режиме, и первичным полуоб­моткам трансформатора W1 и W2 протекают токи кол­лекторов i_K1 и i_K2, которые на всех обмотках наводят ЭДС самоиндукции [4, 5].

При этом часть обмоток включается в базовые цепи транзисторов так, что они вызывают открывающие их токи i₆₁, i₆₂ и соответствующие коллекторные. Первона­чальные последние неодинаковы из-за неидентичности (разброса) параметров и характеристик транзисторов. Если i_Kl > i_K2, то i_б1 > i₆2> VT1 открывается, a VT2 закры­вается. Этот процесс протекает лавинообразно до тех пор, пока не наступит насыщение сердечника трансформато­ра. При этом резко увеличивается i_K1 до тока насыще­ния транзистора, но уменьшается падение напряжения на полуобмотке трансформатора, поскольку ее индук­тивность, а значит и индуктивное сопротивление, резко уменьшаются. Это вызывает изменение полярности ЭДС самоиндукции трансформатора, вследствие чего транзи­стор VT1 закрывается, VT2 открывается. На этом за­канчивается формирование первого полупериода выход­ного напряжения автогенератора и₂. Второй полупери­од формируется так же, как и первый, но открывается

транзистор VT2 и закрывается VT1. В результате  имеет форму меандра. Автогенератор выполняют также и без насыщающихся трансформаторов, но с использованием дополнительных переключающих.

В полумостовой схеме (рис. 26) в первых двух пле­чах стоят конденсаторы, во вторых — транзисторы; в мостовой схеме (рис. 2в), первичные полуобмотки транс­форматора включены последовательно с транзистора­ми VT1-VT2 и VT3-VT4. Поэтому в отличие от клас­сической схемы мостового инвертора здесь в один по­лупериод и₂ открыты VT1, VT2, другой - VT3, VT4.

Для получения крутых фронтов и₂, сердечники трансформаторов выбирают из стали с прямоугольной петлей гистерезиса, когда такого требования нет — из обычных электротехнической стали, пермаллоя и др. •Кроме этого, для уменьшения массы и габаритных раз­меров автогенераторов используют высокую частоту изменения и₂ — до 20 кГц и более. При этом сердечни­ки трансформаторов изготавливают из феррита различ­ной формы и конфигурации.

Для получения высоких выходных напряжений и₂ выходной высокочастотный трансформатор с облегчен­ной изоляцией, как показано на рис. 2а, каскадируют, то есть применяют дополнительный трансформатор, например, с обмотками W3 и W₄. Однако при этом уве­личивается его установленная мощность, возрастает общая индуктивность цепи, особенно при использова­нии высоких частот и др. Поэтому такое каскадирова­ние целесообразно ограничить двумя звеньями.

Габаритные размеры и масса автогенераторов на транзисторах существенно меньше, чем на кенотронах, то есть ИП на рис. 2 можно использовать в стационар­ных, мобильных и переносимых вручную установках.

Выпрямители-умножители напряжения (ВУН), ус­танавливаемые на выходах ИВЧ, собираются по схе­мам удвоителей, утроителей и т.д. (рис. 3).

При утроении напряжения (рис. За) в первый полу­период положительный импульс напряжения и₂, сни­маемый с верхнего входного зажима (клеммы) схемы, через диод VD1 заряжает конденсатор С1 до ампли­тудного значения и_2ю. Во второй полупериод U_2m скла­дывается с напряжением на С1 и через диод VD2 заря­жает С2 до 2U_2m. На третьем полупериоде U2_m склады­вается с напряжением на конденсаторе С2 и через диод VD3 заряжает конденсатор СЗ до напряжения 3U2_m, то есть каждый последующий заряжается до кратного его номеру входного амплитудного напряжения.

В удвоителях (рис. 36, ключ К разомкнут), учетверителях (рис. 36, ключ К замкнут) и так далее напря­жения конденсатор С1 заряжается до амплитудного U_2m, все остальные - до 2U_2m,

Емкость конденсаторов в схемах: рис. За -

С = I_B/f₂∆U, рис. 36  C=(n²+n)I_н/2f∆U