Значение емкости Сг обычно находится в пределах (10...300) пФ. При частоте преобразования 20 кГц и напряжении 10 кВ на вторичной обмотке трансформатора реактивная мощность составит S = (80...2400) В-Ар.

Вторым недостатком данного способа преобразования является необходимость применения высоковольтных высокочастотных диодов [34], которые уступают по основным характеристикам низковольтным. Третий недостаток заключается в повышенных требованиях к качеству электрической изоляции, которая должна быть рассчитана на высокое напряжение повышенной частоты. У большинства применяемых изолирующих материалов электрическая прочность с ростом частоты падает [35].

Применение пьезоэлектрических трансформаторов ограничено маломощными источниками с рабочим напряжением не выше (4...5) кВ.

Преобразование напряжения при помощи трансформатора, работающего на каскадный умножитель с емкостной связью, широко применяется в высоковольтных источниках электропитания. Трансформатор в данном случае выполняется на относительно низкое напряжение, что упрощает его конструкцию и снижает паразитные параметры.

При повышенной частоте преобразования умножители напряжения имеют сравнительно высокие удельные характеристики благодаря использованию конденсаторов малой емкости (порядка сотен или тысяч пикофарад). Однако при больших кратностях умножения применение подобных схем оправдано лишь при малых токах нагрузки (менее 1 мА), когда конденсатор схемы работает в режиме частичного разряда.

Использование третьего способа преобразования напряжения позволяет заменить высоковольтный трансформатор одним или несколькими многообмоточными трансформаторами, из которых только часть выполняется высокопотенциальными. В этом случае паразитная емкость нескольких обмоток меньше по сравнению с паразитной емкостью обмотки при первом или втором способе преобразования. Реактивная мощность S, достаточная для перезаряда емкости Сг вторичных обмоток, определяется из соотношения:

S = 4 02 п f (U2 / nf.

Ее значение примерно в п раз меньше мощности, определяемой по уравнению (4.1).

На повышенных частотах напряжения вторичных обмоток выбираются не только из условия обеспечения оптимального коэффициента трансформации, но и исходя из характеристик выпрямительных диодов, допустимое напряжение которых при частоте 20 кГц не превышает 1000 В. Применение сравнительно низковольтных выпрямителей, имеющих значительно лучшие характеристики, чем высоковольтные, позволяет уменьшить динамические потери в них и расширить диапазон частот преобразования.

Высоковольтный трансформаторно-выпрямительный модуль, содержащий несколько вторичных обмоток и соответствующее количество выпрямителей, показан на рис. 4.4. Недостатком данного исполнения является большое количество выводов, которые необходимо соединять с выпрямителями, что создает технологические трудности.

Рис. 4.4. Высоковольтный трансформаторно-выпрямительный

модуль

Количество выпрямителей, размещаемых рядом с катушкой в общей заливке компаундом, обычно не превышает 8... 10. С учетом этого максимальное напряжение, которое можно ползить от одного модуля, определяется размерами магнитопровода. Так, модуль на сердечнике ПК40х18 может иметь выходное напряжение (2...4) кВ. При этом выходной ток, определяемый параметрами выпрямительных диодов, может достигать 1 А. Построение трансформаторно-вы-прямительного модуля по схеме на рис. 4.4 целесообразно при выходной мощности не менее нескольких сотен ватт.

Поскольку трансформаторно-выпрямительный модуль является высокопотенциальным, то индуктивность Ls рассеивания трансформатора определяется расстоянием между обмотками, которое увеличивается с повышением рабочего напряжения. С точки зрения потерь в транзисторах и диодах инвертора суш;ествует оптимальное значение Ls. Малые значения Ls приводят к снижению токов заряда паразитных емкостей. При больших значениях Ls возрастают токи, протекаюш,ие через обратные диоды инвертора, увеличиваются статические и динамические потери в транзисторах.

4.2. Способы регулирования высокого напряжения на выходе преобразователя

Работа транзисторного преобразователя на нагрузку в виде высоковольтного выпрямителя с регулированием выходного напряжения имеет рад особенностей независимо от способа повышения напряжения. Повышенный ток потребления от преобразователя, необходимый для перезаряда паразитных емкостей, и индуктивность рассеивания трансформатора способствуют возникновению колебательного процесса, который искажает форму напряжения и вызывает дополнительный нагрев переключающих транзисторов. Это приводит к снижению КПД источника электропитания.

Способ широтно-импульсной модуляции выходного напряжения преобразователя, обеспечивающий регулирование выпрямленного напряжения в низковольтных источниках, не позволяет получить приемлемые регулировочные характеристики в высоковольтных источниках, особенно с емкостной реакцией выходного фильтра. При таком способе регулирования в выходном напряжении инвертора преобразователя в период паузы работы транзисторов появляются высокочастотные составляющие, вызванные реакцией нагрузки. Эти составляющие трансформируются во вторичную обмотку трансформатора и выпрямитель, вызывая потери в высоковольтных диодах.

Для анализа происходящих процессов трансформатор целесообразно представить эквивалентной схемой замещения для высоких частот. На рис. 4.5 представлена эквивалентная схема замещения, приведенная в работе [36] для низковольтного трансформатора. Эта схема может быть использована также для анализа высоковольтного трансформатора.

На схеме замещения обозначены: