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.

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 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:

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.

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.