Общая информация

Любому оборудованию, которое работает в лабораториях или на экспериментальных производственных линиях, требуется электропитание. Во многих случаях его можно обеспечить с помощью доступных на рынке разнообразных блоков питания, подобрав их по требуемым параметрам. Это – самый простой и очевидный путь. Другой путь – заложить источники питания в конструкцию самόй экспериментальной установки ещё на этапе её разработки. Это позволяет сделать всю установку более компактной и простой в управлении. При этом можно ожидать и увеличения ресурса и надёжности работы экспериментального оборудования за счёт лучшего обеспечения всех существенных и особых требований к электропитанию.

Но нередко для высокотехнологичного или экспериментального оборудования набор требований к электропитанию бывает настолько непрост, что его обеспечение оказывается затруднительным для самостоятельной реализации экспериментаторами, приводя к затягиванию времени разработки и изготовления всего экспериментального комплекса. В таких случаях первый путь (применение стандартных блоков питания, имеющихся на рынке) тоже вряд ли будет возможен. Выходом из ситуации может стать обращение к сторонним разработчикам источников электропитания, которые спроектируют и изготовят нужные вам блоки с учётом всех ваших пожеланий. Причём эта работа будет идти параллельно с изготовлением основного оборудования экспериментального комплекса. И за такую работу охотно возьмутся специалисты Центра физического приборостроения. Наши инженеры и конструкторы имеют большой опыт работы в этом направлении. Мы проектируем будущее изделие с учётом всех требований заказчика к его параметрам, разрабатываем электросхему и конструкцию источника питания в соответствии с действующими ГОСТами, изготавливаем нужное количество экземпляров изделия и проводим приёмосдаточные испытания.

При заранее оговорённой необходимости обеспечиваем выполнение требований военной приёмки. У нас имеется опыт изготовления источников питания с выходной мощностью от долей Ватта до 100 кВт, с разными выходными напряжениями (от нескольких Вольт до 55 кВ), в т. ч. многоканальных (совмещающих несколько источников с разными параметрами в одном корпусе, с заданной логикой взаимодействия их друг с другом). По желанию заказчика, в источники питания закладываются функции отключения при разных аварийных ситуациях: короткое замыкание, перегрев, превышение напряжения на выходе, превышения порога тока, и др., дабы избежать повреждения уникального оборудования заказчика. При необходимости данные о состоянии источника питания могут выводиться на удалённый компьютер, в т. ч. по оптоволокну. Управление работой источника также может производиться удалённо.

Некоторые результаты нашей работы представляем ниже на трёх примерах

1. Специализированный 6-канальный источник питания усилителя на лампе бегущей волны

   состоит из двух отдельных блоков, размещаемых в закрытом шкафу с основной рабочей аппаратурой заказчика. Контроль работы и управление источником производится сигналами, приходящими через отдельный электрический разъём от аппаратуры заказчика.

   

   Основные характеристики источника питания

   Параметры Каналы	1	2	3	4	5	6
   Пределы перестройки выходного напряжения	22...24 кВ	10...14 кВ	5...100 В	5...10 кВ	3,8...4,2 кВ	0,4...5,5 В
   Ток нагрузки	0...10 мА	0...5 мА	0...2 мА	0...200 мА	0...1 мА	0,2...3,5 А
   Пульсации выходного напряжения / тока, не более	0,1 %	0,1 %	0,1 %	0,5 %	2 %	2 %

   Суммарная выходная мощность источника составляет 2350 Вт; охлаждение – жидкостное.
   Каналы 1…5 выдают в нагрузки стабилизированное постоянное напряжение, а канал 5 – стабилизированный постоянный ток. При аварии в одном из каналов он автоматически отключается и отключает ряд соседних каналов, чтобы обеспечить безопасность питаемому оборудованию. Сам источник питается от 3-фазной сети 220/380 Вольт.

2. Мощный высоковольтный источник питания 55 кВ

   вырабатывает постоянное стабилизированное напряжение на своём выходе, обеспечивая ток в нагрузке до 2,9 Ампер. Источник питания изображён здесь в усечённой конфигурации, состоящей из стойки с электронными блоками. В такой конфигурации максимальный ток нагрузки снижен до 1,45 Ампера. В полной конфигурации добавляется вторая стойка, несколько меньшей высоты. Питание источник берёт от электросети 220/380 В и требует жидкостного охлаждения.

   Максимальная выходная мощность	160 кВт
   Пределы перестройки выходного напряжения	14...55 кВ
   Ток нагрузки	0...2,9 A
   Точность настройки выходного напряжения	±550 В
   Дискретность настройки напряжения на выходе	100 В
   Размах пульсаций выходного напряжения, не более	50 В 1)
   Поток жидкости в системе охлаждения при максимальной выходной мощности источника	от 0,9 л/с при температуре жидкости на входе до 40°C от 0,4 л/с при температуре жидкости на входе до 25°C

   

   ↑ ¹⁾ С дополнительным конденсатором на выходе 4 мкФ.

   Источник питания отключает высокое напряжение при обнаружении аварийных ситуаций: пробой, короткое замыкание, превышение напряжения, превышение тока, перегрев, авария по внешнему сигналу со смежного участка, выход напряжения сети за допустимые границы.
   Управление работой источника возможно как с его передней панели, так и командами от удалённого компьютера по оптоволокну.

3. Изолированный 4-канальный источник питания

   разработан для работы в составе большого комплекса аппаратуры заказчика, где источнику, кроме прочих, выставляется одно необычное условие: на питаемой им группе электропотребителей при работе может появляться потенциал от 0 до 55 кВ относительно заземлённых частей комплекса. Собственно же источник должен обеспечивать на выходах каналов стабилизированные постоянные напряжения (токи) для этих электропотребителей со следующими параметрами:

   

   Параметры Каналы	Каналы
   	1	2	3	4
   Режим стабилизации	По току	По напряжению	По напряжению	По напряжению
   Пределы перестройки выходного напряжения	до 17 В	60...400 В	200...1000 В	300...2000 В
   Диапазон тока в нагрузке	15...55 A	0...2 A	0...2 A	0...2 A
   Отклонения выходных параметров от заданных значений, не более	±1,1 А	±4 В	±10 В	±20 В
   Размах пульсаций напряжения / тока, не более	0,5 %	0,5 %	0,5 %	0,5 %
   Аварийные ситуации, вызывающие отключение каналов	Высоковольтный пробой, короткое замыкание превышение напряжения на выходе, перегрев. 2)

   ↑ ²⁾ При обнаружении аварийной ситуации отключается канал, в котором она обнаружена, а также каналы, имеющие меньший приоритет при авариях.

   Изоляцию источника питания от высокого потенциала, поступающего со стороны нагрузок, выполнять не стали; вместо этого шасси всего источника подключили к этому самому потенциалу. Тем самым опасность пробоев внутри источника устраняется, но сам источник должен размещаться внутри бокса с диэлектрическими стенками, выдерживающими 55 кВ. Остаётся проблема подключения источника питания к электросети 220/380 Вольт, которое тоже требует защиты от высокого напряжения. Поэтому для снабжения нашего источника энергией из сети был разработан и изготовлен дополнительный блок питания, который обеспечивает поток энергии с мощностью до 8 кВт, необходимый для работы нашего 4-канального источника. А выход этого дополнительного блока питания как раз изолирован достаточно хорошо, чтобы выдерживать 55 киловольт. По технологическим соображениям дополнительный блок питания был разделён на две отдельные части, разнесённые для удобства их монтажа в комплексе аппаратуры. Строго говоря, получившийся комплект из трёх блоков и является источником питания, выполняющим все требования заказчика. Охлаждение всех блоков – воздушное.