УДК 621.314

М.М. Юрченко, докт. техн. наук, Ю.О. Твердохліб, мл. научн. сотр.

ВИСОКОЧАСТОТНІ ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНІ ПРИСТРОЇ З ПІДВИЩЕНОЮ ВИХІДНОЮ НАПРУГОЮ БОРТОВОГО ТЕХНОЛОГІЧНОГО УСТАТКУВАННЯ

        Системи електроживлення бортового технологічного устаткування мають комбіновану структуру, яка складається із високочастотних інверторних та високовольтних перетворювальних пристроїв (ВПП). Для живлення електронно-променевих технологічних установок необхідна висока напруга. Виникає необхідність перетворити бортову напругу (23…34 В) постійного струму у високовольтну постійну напругу (10 кВ) при потужності декілька кіловат. Вирішення цієї задачі є складною науково-технічною проблемою, пов’язаною з тим, що ВПП мають задовольняти як електричні вимоги, забезпечуючи технологічний процес, так і загальні вимоги до бортової апаратури. Серед них вимоги високої надійності, мінімальних втрат потужності у всіх робочих режимах від холостого ходу до максимального навантаження та інші.
        Відомо, що висока частота перетворення електроенергії значно поліпшує масогабаритні показники таких пристроїв і дає змогу вирішити задачу швидкодіючого управління технологічним процесом [2]. Але при побудові силової частини інвертора виникає проблема – перенапруга на силових елементах через паразитні індуктивності в силовому контурі [6]. Перспективним вирішенням цієї проблеми є побудова потужних високочастотних інверторів на основі секціонування структури його силової частини. Доцільним є використання паралельного з’єднання комірок, які складаються з транзистора, діода та конденсатора [7]. Крім цього, секціоновані структури інвертора на основі паралельного з’єднання елементів дають змогу здійснити один з найбільш ефективних методів підвищення надійності – метод глибокого секціонування з введенням резервної надлишковості [1]. Надійність ВПП також залежить від надійності елементів, що його складають, від схемних рішень, що полегшують електричні й теплові режими роботи елементів, від рівня резервування елементів та вузлів [4].
        Особливе місце при побудові ВПП – забезпечення жорсткості вихідної характеристики в широкому діапазоні зміни навантаження. Головною причиною її погіршення є високочастотні затухаючі коливання напруги на вторинній обмотці трансформатора. Ці коливання напруги додаються до напруги основної гармоніки, випрямляються, фільтруються і надходять на вихід ВПП, підвищуючи вихідну напругу на холостому ході більш ніж удвічі. Енергія, амплітуда і коефіцієнт згасання цих коливань залежать від реактивних і активних параметрів трансформатора.
        Розроблено метод секціонування вторинної обмотки, який полягає в тому, що вторинна обмотка трансформатора розділяється на n гальванічно розв’язаних секцій, до яких підключаються окремі випрямлячі та фільтр, виходи яких з’єднуються послідовно [3]. Загальна енергія, яка запасається у коливальних контурах усіх секцій вторинної обмотки, зменшується пропорційно квадрату кількості секцій [5].
        Незважаючи на це, жорсткість вихідної характеристики ВПП у широкому діапазоні зміни навантаження не завжди задовольняє технологічним вимогам експлуатації ВПП. Особливо це стосується регулювання вихідної напруги при малих струмах навантаження.
        Розроблено спосіб швидкодіючого обмеження перенапруги на виході секції ВПП. Він базується на підключенні баластних резисторів до секції в діапазоні малих струмів навантаження за допомогою ключових елементів (транзисторів) [3].
        Для подальшого підвищення ефективності ВПП необхідно застосовувати більш сучасні комплектуючі елементи, що мають кращі масогабаритні, частотні та інші експлуатаційні параметри. Це дасть змогу збільшити глибину секціонування та резервування й полегшити електричні та теплові режими роботи елементів. Завдяки цьому загальна безвідмовність ВПП може бути значно підвищена.

        1.  Юрченко М.М. Надійність високовольтних трансформаторно-випрямляючих вузлів систем електроживлення бортового технологічного устаткування // Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. наук. пр. – К.: ІЕД НАНУ, 2007. – №2(17). – С.60–62.
        2.  Юрченко Н.Н., Юрченко О.Н. Системы электропитания бортовых технологических установок, работающих в космосе. – К.: Евроиндекс, 2001. – 144 с.
        3.  Юрченко Н.Н., Пазеев Г.Ф. Анализ режимов работы высоковольтного блока систем электропитания бортовых электронно-лучевых технологических установок. // Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. наук. пр. – К.: ІЕД НАНУ, 2004. – №1(7). – С.19–26.
        4.  Юрченко М.М., Шевченко П.М., Гуцалюк В.Я., Пазєєв Г.Ф., Твердохліб Ю.О., Пазенко В.П. Високовольтні перетворювальні пристрої для джерел живлення бортових технологічних установок. // Техн. електродинаміка: Темат. вип. «Проблеми сучасної електротехніки». – 2003. – Ч.3. – С.92–95.
        5.  Юрченко Н.Н., Шевченко П.Н., Гуцалюк В.Я. и др. Система электропитания на транзисторных модулях для электронно-лучевой установки технологии безтигельного зонного переплава в условиях микрогравитации // Техн. електродинаміка: Темат. вип. – 2004. – Ч.5. – С.72–76.
        6.  Юрченко М.М., Шевченко П.М., Гуцалюк В.Я., Твердохліб Ю.О. Комутаційні процеси у силових модулях транзисторних перетворювачів систем електроживлення бортового технологічного устаткування // Техн. електродинаміка. – 2005. – №2. – С.21–25.