ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к силовой высоковольтной преобразовательной технике и может найти применение в системах электропитания радиопередающей и радиолокационной аппаратуры (в частности системах питания мощных клистронов, магнетронов и т.д.), в качестве источников питания рентгеновских и лазерных установок, в технике физических экспериментов.
Известны высоковольтные источники питания, содержащие высоковольтные трехфазные сетевые трансформаторы, выпрямители и фильтры. Обычно стабилизация и регулирование выходного напряжения этих источников осуществляется на стороне питающей сети с помощью трехфазных тиристорных регуляторов (Ланцов В., Владимиров Е. Мощные высоковольтные источники питания. Часть 1 // Силовая электроника. 2010, №5. Стр.67, рис.1). Недостатком таких устройств является сравнительно низкое быстродействие, определяемое частотой питающей сети, низкий коэффициент мощности и генерация существенных электромагнитных помех.
Кроме этого иногда используются источники питания с регулированием на стороне высокого напряжения. В качестве регулирующего элемента используются вакуумные приборы (например, импульсные модуляторные тетроды), обеспечивающие линейную стабилизацию выходного напряжения (Ланцов В., Владимиров Е. Мощные высоковольтные источники питания. Часть 1 // Силовая электроника. 2010, №5. Стр.68, рис.2), (Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Три Л. 2000.). Существенным недостатком таких источников питания является крайне низкое значение к.п.д. и ограниченный срок службы вакуумных приборов.
В последнее время появились технические решения, в которых используются транзисторные преобразователи частоты, питающиеся непосредственно от сетевого выпрямителя и нагруженные на высокочастотный высоковольтный силовой трансформатор (Ланцов В., Владимиров Е. Мощные высоковольтные источники питания. Часть 1 // Силовая электроника. 2010, №5. Стр.68, рис.3). Напряжение вторичной обмотки трансформатора выпрямляется и фильтруется, а затем подается на нагрузку. Недостатком этого решения следует считать сравнительно низкую надежность мостовых транзисторных преобразователей, сложность гальванической развязки систем управления преобразователей, а также высокую стоимость и сложность изготовления высокочастотного высоковольтного трансформатора и высокочастотного высоковольтного выпрямителя.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является источник питания мощного пролетного клистрона, содержащий n соединенных последовательно трансформаторно-выпрямительных модулей с емкостными фильтрами и имеющих общее сетевое питание и трехфазный сетевой регулятор (R.L.Cassel and M.N.Nguyen. A Unique Power Supply for the PEP II Klystron at SLAC. Presented at the IEEE Partiele Accelerator Conference: Accelerator Science, Technology and Applications, Vancouver, B.C., Canada, 5/12/97-5/16/97).
Недостатком данной схемы также является низкое быстродействие, низкий коэффициент мощности, наличие существенных электромагнитных помех и большие массогабаритные показатели.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в нерегулируемом высоковольтном источнике питания, содержащем n трансформаторно-выпрямительных блоков, выходы которых соединены последовательно, введен дополнительный трансформаторно-выпрямительный блок, находящийся на потенциале земли. На выходе дополнительного трансформаторно-выпрямительного блока включен понижающий широтно-импульсный регулятор (ШИР), емкостный выход которого подключен последовательно с выходами остальных n трансформаторно-выпрямительных блоков.
На Фиг.1 представлена схема заявляемого высоковольтного источника питания. Источник содержит n трансформаторно-выпрямительных блоков с емкостными фильтрами 1, дополнительный трансформаторно-выпрямительный блок 2, ШИР 3 и выходной индуктивно-емкостный фильтр 4. Питание источника осуществляется от трехфазной сети, причем все первичные обмотки трансформаторов включены параллельно.
Устройство работает следующим образом.
сети
номсети
ном
номсети
доп
к
доп
ном
При нестабильности питающей сети U=(1±Δ)U, где Δ=±0.05 или Δ=±0.1, источник должен обеспечивать номинальное высокое напряжение U во всем диапазоне сетевой нестабильности. При напряжении сети (1-Δ)U n трансформаторно-выпрямительных блоков 1 с суммарным напряжением  и дополнительного блока 2 с напряжением U, соединенных последовательно, должны обеспечить выходное напряжение . Напряжение U каждого из n блоков определяется исходя из конструктивных и изоляционных особенностей силовых трехфазных высоковольтных трансформаторов и выпрямителей. Напряжение дополнительного блока 2 равно U=2ΔU при использовании понижающей схемы ШИР.
В качестве ключевых элементов ШИР могут использоваться высоковольтные транзисторы, тиристорные или тиратронные полностью управляемые ключи, вакуумные лампы и.т.п.
Список использованной литературы.
1. Ланцов В., Владимиров Е. Мощные высоковольтные источники питания. Часть 1 // Силовая электроника. 2010, №5.
2. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Три Л. 2000.
3. R.L.Cassel and M.N.Nguyen. A Unique Power Supply for the PEP II Klystron at SLAC. Presented at the IEEE Partiele Accelerator Conference: Accelerator Science, Technology and Applications, Vancouver, B.C., Canada, 5/12/97-5/16/97.