Конструкция преобразователя напряжения

Тиристорный преобразователь.

Упрощенная схема преобразователя имеет вид.

Рис.

- трехфазный выпрямитель,

- диоды,

- тиристоры,

и - тиристорные ключи,

- реактор,

и - емкостный фильтр,

БУ- блок управления,

При работе преобразователя, тиристорные ключи и , управляемые БУ, периодически и поочередно замыкаются и размыкаются. Направление токов, протекающих в схеме при замыкании каждого ключа показано на схеме. При этом ток в реакторе имеет неизменное направление , но изменяется во времени по величине, те является пульсирующим. Ток на выходных зажимах преобразователя при переключении ключей изменяется по направлению, т.е. является переменным с частотой до f=8 – 10 кГц. Этот ток определяется как i= i'' + i'. Графики изменения токов имеют вид.

Существует оптимальное значение частоты выходного напряжения и тока, которому соответствует минимальные потери энергии в преобразователе.

Исполнение блока согласующих трансформаторов зависит от конструкции излучателя. Например, для 2-х электродного излучателя блок согласующих трансформаторов выполняется по схеме

T₁ – T₃ – повышающие трансформаторы;

V₁ – V₃ – высоковольтные выпрямители. Рис.

Преимущества тиристорного преобразователя: мощность единичного преобразователя достигает больших значений (до нескольких десятков кВт), в конструкции преобразователя используются простые , мощные и надежные ключевые элементы-тиристоры.

Недостатки: невысокая предельная частота переключения тиристоров(≤7-10кГц).

Транзисторные преобразователи.

Рис.

V₁ – V₆ – 3-х фазный упр. выпрямитель.

V₇ – V₁₀ – мощные высоковольтные транзисторы.

U_y` и U_y`` - управляющие напряжения транзисторов (в противофазе); в положительный полупериод транзисторы полностью открыты при отрицательном – закрыты.

При U_y` “ + ” , U_y`` - “ – ”, транзисторы V₇ и V₁₀ – открыты, протекает ток i' ; V₈ и V₉ – закрыты, ток i''=0 (рис. ).

При U_y` “ – ” , U_y`` - “ + ”, транзисторы V₇ и V₁₀ – закрыты, ток i'=0 ; V₈ и V₉ – открыты, протекает ток i''.

Ток на выходных зажимах преобразователя равен i= i'' + i', он изменяется по направлению, т.е. является переменным с частотой до сотен тысяч Герц.

Рис.

Преимущества: высокая частота преобразования до 1 МГц и более.

Недостатки: меньшая надежность и мощность единичного преобразователя.

Исполнение блока согласующих трансформаторов зависит от конструкции излучателя. Например, для 2-х электродного излучателя блок согласующих трансформаторов выполняется по схеме

Рис.

T₁ – T₃ – повышающие трансформаторы;

V₁ – V₃ – высоковольтные выпрямители.

Для многоэлектродных излучателей с продольной и поперечной прокачкой может применяется следующая схема

Рис.

T₁ – T₃ – повышающие трансформаторы;

T₄ – T_n – дополнительные повышающие трансформаторы служат для выравнивания тока по электродам.

V₁ – V_n - высоковольтные выпрямители.

В качестве магнитопроводов повышающих трансформаторов используется ферритовые сердечники. Максимальная индукция B_m ≤ 0.2 Тл.

Площадь поперечного сечения магнитопровода

см², (2.36)

где P - мощность трансформатора в Вт, f – частота напряжения.

Число витков обмоток:

первичной (2.37)

вторичной

k_тр – коэффициент трансформации

Из приведенных формул следует, что габариты трансформаторов уменьшаются ≡ . Например при увеличении f от 50 до 50000 Гц, габариты уменьшаются ~ раз.

На рис. в качестве примера приведена электрическая схема (силовой части) высоковольтного источника питания на основе транзисторного преобразователя частоты для газового лазера с диффузионным охлаждением (твёрдотельного лазера) с одним газоразрядным промежутком (трубка, лампа) и однофазным подключением к питающей сети (при потребляемой мощности до 5 кВт).

Рис.