Регулирование и стабилизация напряжения и тока источников внешнего электропитания

“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.

Кст u – коэффициент стабилизации по напряжению.

(4)

Эквивалентная схема стабилизатора:

Рисунок 3

2. - внутреннее сопротивление (характеризует стабильность работы нагрузки по выходу при действии дестабилизирующих факторов).

(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:

в каскад соединяются несколько пар стабилитронов;

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

Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. - Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200

Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.

Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.

Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.