“Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”
Кафедра защиты информации
РЕФЕРАТ
на тему:
«РЕГУЛИРОВАНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ напряжения и тока источников внешнего электропитания
»
МИНСК, 2009
Простейшие регуляторы U и I – потенциометры и реостаты! Но регулирование с их помощью неэкономично и существенно снижает КПД источника. Поэтому в технике электропитания применяются специальные регуляторы с повышенным КПД. В качестве регулятора со ступенчатым изменением напряжения на стороне переменного тока могут служить трансформаторы со многими отводами во вторичной обмотке или несколькими вторичными обмотками.
Рисунок 1
Существуют регуляторы на основе так называемых поворотных трансформаторов.
Используются угольные регуляторы. Весьма перспективными является использование схем управляемых выпрямительных устройств, действие которых основано на использовании в вентильном звене управляемых вентилей: тиратронов, ртутные колбы (игнитроны), тиристоры.
Достоинство: высокое значение КПД.
Задача стабилизации U и I решается с помощью специальных устройств стабилизации, которые по принципу действия делятся на:
- параметрические;
- компенсационные.
Параметрические – основаны на принципе действия элементов с нелинейной ВАХ (газотроны, полупроводниковые стабилитроны, барреторы).
Газотроны – дроссели с насыщением магнитопровода.
Компенсационные – представляют собой устройства авторегулирования с обратной связью (ОС) и могут работать в линейном режиме:
- стабилизация с непрерывным регулированием, линейные и в импульсном режиме;
- импульсная стабилизация.
Весьма эффективными для регулирования U ИВЭП, как отмечалось, являются управляемые выпрямители.
Управляемые выпрямители (УВ)
Простейшим УВ является схема двухполупериодного управляемого выпрямителя.
Рисунок 2
Среднее значение U на выходе определяется площадью под пульсациями U на входе и с изменением угла регулирования может меняться.
Угол регулирования определяется задержкой импульсов относительно момента, соответствующего нулевым значениям (моменту пересечения с нулевым значением). Эта задержка может регулироваться в схеме управления.
; (1)
. (2)
Достоинства:
- простота регулирования напряжения;
- малая мощность управления (т.к. необходим малый )
- возможность отделения и дистанционной установки УУ от силовой части, что улучшает безопасность работы и удобство эксплуатации.
Недостатки:
- усложнение формы пульсации (расширение её спектра);
- повышенный коэффициент пульсации;
- значительное потребление реактивной мощности от ПИП, что снижает коэффициент мощности ().
Выпрямительное устройство на тиристорах, несмотря на недостатки, широко применяется.
Общие сведения о стабилизации
I
и
U
пропорционально , который изменяется под действием многих дестабилизирующих факторов:
- изменение U ПИП (дестабилизирующий фактор по входу);
- изменение нагрузки, как следствие, изменение падения напряжения на внутреннем сопротивлении ИВЭП (дестабилизирующий фактор по выходу)
- изменение окружающей среды (температура) и изменение номиналов у различных элементов (старение эл-тов)
Т.е. , а приобретает еще и
- относительная нестабильность по напряжению;
(3)
Различные ИВЭП классифицируются по относительной нестабильности на:
1. - низкая стабильность;
2. - средняя стабильность;
3. - высокая стабильность;
4. - прецизионный источник.
Рассмотрим стабилизатор как промежуточное звено между выпрямителем и нагрузкой. Можно определить его характеристики по следующей схеме:
Стабилизатор должен подавить быстрые флуктуации и медленные уходы.
1. Кст u – коэффициент стабилизации по напряжению.
(4)
Эквивалентная схема стабилизатора:
Рисунок 3
2. - внутреннее сопротивление (характеризует стабильность работы нагрузки по выходу при действии дестабилизирующих факторо
(5)
3. - коэффициент сглаживания пульсаций
(6)
4. - температурная нестабильность напряжения на выходе
(7)
или
5. - значение КПД.
(8)
Стабилизация может быть (по виду работы):
- постоянный ток;
- переменный ток.
Параметрические стабилизаторы постоянного и переменного тока
В параметрических стабилизаторах повышение стабильности питающего U(I) достигается применением специально предназначенных для работы в таких условиях элементов с нелинейной ВАХ (газотроны, стабилитроны, дроссель, барреторы).
(единицы Ом) (9)
Для стабилитрона: схемы замещения выглядит следующим образом (рисунок 4)
Рисунок 4
Полупроводниковые параметрические стабилизаторы.
Рисунок 5
- гасящее R
(пренебрежимо)
Эквивалентная схема:
Анализируя ранее рассмотренные характеристики можно определить внутреннее сопротивление стабилизатора по приведенной эквивалентной схеме.
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
Далее можно получить:
(16)
(17)
Из формулы следует, что для повышения , необходимо выбирать стабилитрон с как можно меньшим или увеличивать . Но с увеличением растет и падение напряжения на нём, что требует большего E.
Возможности получения больших в данной схеме ограничены.
Стабилитроны обладают достаточным быстродействием и при НЧ пульсациях входного напряжения работают с такой же эффективностью, как и при медленном изменении входного напряжения в рассмотренной схеме.
(18)
Достоинства:
- предельная простота;
- минимум элементов;
- низкая стоимость.
Недостатки:
- малые ;
- невозможность уменьшить против значения ;
- сравнительно невысокая температурная нестабильность;
- малая достижимая мощность.
Но можно увеличить и изменить температурную зависимость путём:
1) в каскад соединяются несколько пар стабилитронов;
2) устанавливаются термокомпенсирующие элементы.
Рисунок 6
Рисунок 7
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
На практике для стабилизации напряжения применяют компенсационные стабилизаторы.
В случае, если надо стабилизировать ток, а не напряжение, может быть использован барретор.
Рисунок 8
С ростом температуры растёт Rt и падает ток Iн (возвращается к своему значению).
Технология направлена на повышение надёжности. Поскольку действие барретора основано на тепловом эффекте, то они могут применятся как на постоянном так и на переменном токе. Барретор находит применение для стабилизации накала в ламповых приборах.
В принципе для стабилизации U~ могут быть использованы полупроводниковые приборы по следующей схеме.
Рисунок 9
Данное устройство (рисунок 9) не может быть мощным.
Сравнительно мощные устройства стабилизации сроятся с использованием электромагнитных нелинейных элементов в виде дросселей с насыщающей индуктивности L.
Простой электромагнитный стабилизатор переменного напряжения.
Рисунок 10
- нелинейная индуктивность;
- линейная индуктивность.
(24)
Недостатки:
- большое потребление реактивного тока I;
- малые значения коэффициента стабилизации;
- наличие начального тока I в схеме, выводящего её на рабочий участок
Этих недостатков лишены параметрические феррорезонансные стабилизаторы переменного напряжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. - Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200
2. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.
3. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.
4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.