RU123606U1

RU123606U1 - HIGH VOLTAGE POWER SUPPLY

Info

Publication number: RU123606U1
Application number: RU2012124920/07U
Authority: RU
Inventors: Алексей Анатольевич Дозоров; Сергей Анатольевич Дозоров; Виктор Михайлович Опре; Александр Иосифович Сомов; Алексей Алексеевич Тимахович
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Санкт-Петербург"
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2012-12-27

Abstract

Высоковольтный источник питания, содержащий n нерегулируемых трансформаторно-выпрямительных блоков (1), первичные обмотки трансформаторов которых подключены к питающей сети параллельно, а выходы блоков (1) соединены последовательно, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности, снижения электромагнитных помех и повышения надежности источника, к выходу дополнительного нерегулируемого трансформаторно-выпрямительного блока (2), находящегося на потенциале земли, подключен понижающий широтно-импульсный регулятор (3), состоящий из полностью управляемого ключа (К1), входной зажим которого (7) подключен к зажиму (6) фильтровой емкости (С1) трансформаторно-выпрямительного блока (2), выходной зажим ключа подключен к аноду диода (VD1), катод которого подключен к общей шине, а к точке соединения ключа и анода диода (VD1) подключен один зажим индуктивности (L1), второй зажим которой подключен к зажиму (8) выходной фильтровой емкости (С1) широтно-импульсного регулятора (3), которая включена последовательно с выходами остальных трансформаторно-выпрямительных блоков (1), нагруженных на общий индуктивно-емкостный фильтр (4).A high-voltage power supply containing n unregulated transformer-rectifier units (1), the primary windings of the transformers of which are connected to the mains in parallel, and the outputs of the units (1) are connected in series, characterized in that, in order to increase the power factor, reduce electromagnetic interference and increase reliability of the source, to the output of the additional unregulated transformer-rectifier unit (2), located at ground potential, a downward pulse-width regulator (3) is connected, consisting of a fully controllable key (K1), the input terminal of which (7) is connected to the terminal (6 ) of the filter capacitance (C1) of the transformer-rectifier unit (2), the output terminal of the key is connected to the anode of the diode (VD1), the cathode of which is connected to the common bus, and one inductance terminal (L1) is connected to the junction point of the key and the anode of the diode (VD1) , the second terminal of which is connected to the terminal (8) of the output filter capacitance (C1) of the pulse-width controller (3), which connected in series with the outputs of the remaining transformer-rectifier units (1), loaded onto a common inductive-capacitive filter (4).

Description

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.The claimed utility model relates to high-voltage power converting equipment and can be used in power systems of radio transmitting and radar equipment (in particular, power systems for high-power klystrons, magnetrons, etc.), as power sources for X-ray and laser systems, in the technique of physical experiments.

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.High-voltage power sources are known, containing high-voltage three-phase network transformers, rectifiers and filters. Typically, the stabilization and regulation of the output voltage of these sources is carried out on the side of the supply network using three-phase thyristor regulators (Lantsov V., Vladimirov E. Powerful high-voltage power sources. Part 1 // Power Electronics. 2010, No. 5. Page 67, Fig. 1 ) The disadvantage of such devices is the relatively low speed, determined by the frequency of the supply network, low power factor and the generation of significant electromagnetic interference.

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.In addition, power supplies with regulation on the high voltage side are sometimes used. Vacuum devices (for example, pulsed modulator tetrodes) that provide linear stabilization of the output voltage (V. Lantsov, E. Vladimirov, Powerful high-voltage power sources. Part 1 // Power electronics. 2010, No. 5. P. 68, pic. .2), (Berezin OK, Kostikov VG, Shakhnov VA Sources of power supply of electronic equipment. M.: Three L. 2000.). A significant drawback of such power sources is the extremely low value of the efficiency and limited service life of vacuum appliances.

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.Recently, technical solutions have appeared that use transistor frequency converters, powered directly from the mains rectifier and loaded on a high-frequency high-voltage power transformer (Lantsov V., Vladimirov E. Powerful high-voltage power sources. Part 1 // Power Electronics. 2010, No. 5 P. 68, fig. 3). The voltage of the secondary winding of the transformer is rectified and filtered, and then supplied to the load. The disadvantage of this solution is the relatively low reliability of bridge transistor converters, the complexity of the galvanic isolation of the converter control systems, as well as the high cost and complexity of manufacturing a high-frequency high-voltage transformer and a high-frequency high-voltage rectifier.

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).The closest technical solution, selected as a prototype, is a high-power span klystron power supply containing n transformer-rectifier modules connected in series with capacitive filters and having a common mains supply and a three-phase mains regulator (RLCassel and MNNguyen. A Unique Power Supply for the PEP II Klystron at SLAC. Presented at the IEEE Partiele Accelerator Conference: Accelerator Science, Technology and Applications, Vancouver, BC, 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.The disadvantage of this scheme is also low speed, low power factor, the presence of significant electromagnetic interference and large weight and size indicators.

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.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in an unregulated high-voltage power supply containing n transformer-rectifier blocks, the outputs of which are connected in series, an additional transformer-rectifier block located on the ground potential is introduced. At the output of the additional transformer-rectifier unit, a step-down pulse-width regulator (WID) is included, the capacitive output of which is connected in series with the outputs of the remaining n transformer-rectifier units.

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.Figure 1 presents a diagram of the inventive high-voltage power source. The source contains n transformer-rectifier units with capacitive filters 1, an additional transformer-rectifier unit 2, WID 3 and an output inductive-capacitive filter 4. The source is supplied from a three-phase network, and all the primary windings of the transformers are connected in parallel.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При нестабильности питающей сети U_сети=(1±Δ)U_{номсети}, где Δ=±0.05 или Δ=±0.1, источник должен обеспечивать номинальное высокое напряжение U_ном во всем диапазоне сетевой нестабильности. При напряжении сети (1-Δ)U_{номсети} n трансформаторно-выпрямительных блоков 1 с суммарным напряжением и дополнительного блока 2 с напряжением U_доп, соединенных последовательно, должны обеспечить выходное напряжение . Напряжение U_к каждого из n блоков определяется исходя из конструктивных и изоляционных особенностей силовых трехфазных высоковольтных трансформаторов и выпрямителей. Напряжение дополнительного блока 2 равно U_доп=2ΔU_ном при использовании понижающей схемы ШИР.If the supply network is unstable, the U _network = (1 ± Δ) U of the _network , where Δ = ± 0.05 or Δ = ± 0.1, the source must provide a nominal high voltage U _nom in the entire range of network instability. When the mains voltage (1-Δ) U _nomnets n transformer-rectifier blocks 1 with a total voltage and additional unit 2 with voltage U _add connected in series should provide output voltage . The voltage U _to each of the n blocks is determined based on the structural and insulating features of the power three-phase high-voltage transformers and rectifiers. The voltage of the additional unit 2 is equal to U _extra = 2ΔU _nom when using the step-down scheme of the wide.

В качестве ключевых элементов ШИР могут использоваться высоковольтные транзисторы, тиристорные или тиратронные полностью управляемые ключи, вакуумные лампы и.т.п.High-voltage transistors, thyristor or thyratron fully controllable keys, vacuum tubes, etc.

Список использованной литературы.List of used literature.

1. Ланцов В., Владимиров Е. Мощные высоковольтные источники питания. Часть 1 // Силовая электроника. 2010, №5.1. Lantsov V., Vladimirov E. Powerful high-voltage power supplies. Part 1 // Power Electronics. 2010, No. 5.

2. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Три Л. 2000.2. Berezin O.K., Kostikov V.G., Shakhnov V.A. Power sources of electronic equipment. M .: Three L. 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, 5/12/97-5/16/97.3. 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.

Claims

A high-voltage power supply containing n unregulated transformer-rectifier blocks (1), the primary windings of the transformers of which are connected to the mains in parallel, and the outputs of the blocks (1) are connected in series, characterized in that, in order to increase the power factor, reduce electromagnetic interference and increase reliability of the source, to the output of the additional unregulated transformer-rectifier unit (2) located on the ground potential, a step-down pulse-width regulator (3) is connected, consisting Box from a fully controlled key (K1), the input terminal of which (7) is connected to the terminal (6) of the filter capacity (C1) of the transformer-rectifier unit (2), the output terminal of the key is connected to the anode of the diode (VD1), the cathode of which is connected to the common bus, and to the junction point of the key and the anode of the diode (VD1), one inductance clamp (L1) is connected, the second clamp of which is connected to the clamp (8) of the output filter capacitance (C1) of the pulse-width regulator (3), which is connected in series with the outputs of the others transformer-rectifier blocks (1), loaded and the total inductance-capacitance filter (4).