Главная  Электроустройства и узлы радиосистем на постоянном токе 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [ 41 ] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

значительно реже. Поэтому в данном учебнике рассматриваются они более кратко.

Для стабилизации небольших по величине переменных токов применяют барретеры. Их действие основано на тепловом эффекте и поэтому они стабилизируют действующее значение тока.

§ 12.2. Простейшие стабилизаторы

В простейших стабилизаторах переменного напряжения стабилизация достигается включением в схему нелинейного элемента. В качестве такого нелинейного элемента для переменного тока часто применяют катушку индуктивности с насыщающимся ферромагнитным сердечником. Для уменьшения реактивных токов, потребляемых из сети таким стабилизатором, в его схему включают конденсатор, что приводит к возникновению феррорезо-нанса.

Феррорезонансный стабилизатор (рис. 12.2, а) содержит насыщающуюся катушку индуктивности линейную катушку индуктивности Lr и конденсатор С. Ток II, протекающий через контурную катушку L, нелинейно зависит от напряжения на контуре и. С ростом напряжения и средняя магнитная проницаемость насыщающегося сердечника будет падать и ток будет расти быстрее, чем напряжение и (рис. 12.2, б). Ток конденсатора 7, опережающий по фазе ток на 180°, линейно зависит от напряжения U. Ток контура 7, равный алгебраической сумме токов и /с, возрастает более круто, чем ток насыщающейся катушки (см. рис. 12.2,6). Падение напряжения на гасящем дросселе прямо пропорционально току 1, равному геометрической сумме реактивного тока и активного тока / . .

Поскольку напряжение на входе стабилизатора £ равно сумме выходного напряжения U и падения напряжения на дросселе


Рис. 12.2

(12.1)

то оно при изменениях тока меняется сильнее, чем напряжение U (рис. 12.2, в). Это и приводит к эффекту стабилизации.

В реальных схемах феррорезонансных стабилизаторов (рис. 12.2, г) дроссель включают автотрансформатором, чтобы номинал выходного стабилизированного напряжения U равнялся номиналу входного напряжения Е^,. Помимо этого, для улучшения стабилизирующих свойств в схему вводят компенсацию. -Дополнительная обмотка гасящего дросселя Lr включается последовательно и встречно в выходную цепь стабилизатора. Небольшое, но резко меняющееся при колебаниях cerii £с компенсирующее напряжение t/,., при вычете из большого, но медленно меняющегося напрял<ения на контуре, делает выходное напряжение практически постоянным.

Преимущества феррорезонансного стабилизатора - большой срок службы, высокая надежность, достаточно хорошая стабильность выходного напряжения. Однако ему свойственны и недостатки. К ним следует отнести его большой вес, искажение формы кривой напряжения, чувст-. вительность к изменению частоты тока сети, трудность регулировки выходного напряжения. Искажения формы напряжения феррорезо-нансным стабилизатором таковы, что наилучшую- стабильность на выходе имеет действующее, а не среднее или амплитудное значение напряжения. При изменении частоты тока сети феррорезонансный стабилизатор изменяет величину выходного напряжения, т. е. стабилизирует иное его значение. По этим причинам феррорезонансные стабилизаторы применяют редко.

Значительно чаще для стабилизации переменных напряжений на нагрузках, потребляющих малую мощность, применяют стабилитроны, включенные либо в диагональ моста, либо встречно (рис. 12.3, а, б). В этих схемах, представляющих собой ограничители напряжения, части каждой из полуволн, соответствующие напряжению, большему, чем напряжение стабилизации стабилитрона, отсекаются. При идеальном стабилитроне, имеющем характеристику в виде функции скачка, напряжение на первичной обмотке трансформатора Ui имее.т трапециевидную форму. Трансформатор позволяет повысить или понизить это напряжение до необходимой величины.

Стабильность среднего и действующего значений выходного напряжения такой' схемы даже при идеальном стабилитроне получаются не очень хорошими. Связано это с тем, что при изменении амплитуды входного напряжения меняется угол отсечки 8 и, следовательно, форма выходного напряжения (рис. 12.3, в).

Косинус угла отсечки О определяется как отношение напряжения стабилизации стабилитрона £ к амплитуде входного напряжения £, :

cos б = Е„/Ег,

(12.2)

Среднее значение напряжения на нагрузке найдем по определению:

о о 71/2

-пп -ее

-я/2

1 - sin

cos е

= сЛ(0).



Для действующего значения напряжения получаем

Em cos oitdcot

-я/2

Я -20

fcT <iw Ч--

Зависимость коэффициентов и 2 от 6 (рис. 12.4) позволяет найти изменения среднего и действующего значений выходного напряжения.

Так, если амплитуда входного напряжения меняется в два раза и при минимальной амплитуде косинус угла отсечки равен 0,6, то изменение коэффициента 1 = 0,9ч-0,8, а 2 = = 0,94-0,85, что определяет изменения О и Ur

El, cos со d(ut -



Рис. 12.3


/ Cos в

Из приведенного примера ясно, что хорошо стабилизируется в таком стабилизаторе лишь амплитудное значение выходного напряжения, и только потому, что стабилитрон принят идеальным.

§ 12.3. Стабилизаторы с обратной связью

Примерами стабилизаторов с обратной связью могут служить две схемы: схема с тиристорами и схема с нагруженным мостом. Чтобы пропускать обе полуволны переменного тока, тиристоры в силовой цепи стабилизатора должны быть включены попарно, навстречу друг другу. Применяют как параллельное включение тиристоров, подобное тому, которое было в тиристорном выпрямителе с регулированием на стороне переменного тока (см. рис. 7.10, б), так и последовательное. В последнем случае каждый из тиристоров шунтируется обратным диодом (см. рис. 12.1, а).

При значительной индуктивности в цепи нагрузки силовая цепь стабилизатора с тиристорами может потерять управляемость, ибо

тиристоры могут запираться только после того, как их ток станет равным нулю. Запаздывание тока в цепп LR приводит к тому, что схема управляется лишь при углах отпирания тиристоров а, больших, чем угол запаздывания тока ф.

Схема стабилизатора с последовательным включением тиристоров силовой цепи {Ту и Т^) и обратными диодами {Ду, Д^), работающая на


1Л и

К к

Рис. 12.5

омическую нагрузку (рис. 12.5, а), имеет цепь сравнения выходного напряжения с опорным (выпрямитель Тру, Д^, Д^ и стабилитрон^д9) фазоимпульсное управляющее устройство (транзистор Т^, конденсатор Су, зарядный резистор R, выпрямитель Ду, Д^, Дз, Дд и разрядную цепь (стабилитрон Де, тиристор Гд).

Выпрямитель цепи сравнения работает на нагрузку, начинающуюся с индуктивности, его выпрямленное напряжение пропорционально среднему значению переменного напряжения на нагрузке. Напряжение, снимаемое с этого выпрямителя, сравнивается с опорным, создаваемым стабилитроном Дд. В системе с отрицательной обратной связью регулирование происходит таким образом, что сигнал ошибки, в данном



случае разность части выпрямленного напряжения, получающейся па резисторе Rg, и напряжения на стабилитроне Дд стремится к нулю. Поэтому стабилизатор с такой цепью сравнения будет поддерживать постоянным среднее значение напряжения на выходе.

Фазоимпульсное устройство содержит стабилитрон Ду и время-задающую цень (резистор R конденсатор Q), которая преобразует кусочно-гармоническое напряжение на выходе вспомогательного выпрямителя, (диоды д1, До. Лз. д4) в линейно нарастающее. Когда оба тиристора закрыты, все напряжение сети оказывается приложенным к точкам а, б силовой цепи (штриховые линии на рис. 12.5, б). .Передаваясь через диод Д^ или Д^ на выход вспомогательного выпрямителя, оно приводит к появлению на стабилитроне Д^ почти прямоугольного напряжения Ц^т; (рис. 12.5, в). Заряд конденсатора Q от напряжения t/t через резистор R, приводит к возникновению на его обкладках линейно нарастающего напряжения Ucv Напряжение на конденсаторе возрастает до Up для разрядной цепи.

Разрядная- цепь, включающая в себя маломощный тиристор Гд и стабилитрон Дв, открывается лишь при напряжении анод-катод тиристора, большем напряжения стабилизации стабилитрона Д^, когда ток стабилитрона становится достаточным для открывания тиристора Гд. Это напряжение анод-катод и есть пробивное. После открывания тиристора конденсатор Q быстро разряжается, его ток разрядки создает в цепи управляющих электродов силовых тиристоров Ту и 7\ управляющие импульсы iy (рис. 12.5, г). Откроется тот из тиристоров, который находится в данный момент под положительным напряжением. Диоды Д^ и Д, снимают с силовых тиристоров Ту и Т, напряжение обратной полярности, что уменьшает опасность обратного пробоя при подаче на управляющий электрод запертого по аноду тиристора открывающего импульса iy. В схемах с параллельным включением тиристоров приходится ставить отдельные разрядные цепи.

Открывание тиристора приводит к* появлению на нагрузке напряжения, равного напряжению сети, и обесточиванию стабилитрона Д^. С началом нового полупериода все процессы повторяются.

Время зарядки конденсатора Су до пробивного напряжения зависит от тока, потребляемого транзистором 74. Чем больше ток, тем медленнее заряжается конденсатор Су и с большим углом запаздывания а открываются силовые тиристоры. Ток транзистора Г4 пропорционален отклонению среднего значения выходного напряжения от номинальной величины.

Таким образом и происходит процесс стабилизации в этой схеме. Все соотношения, характеризующие работу силовой цепн тиристорного стабилизатора, приведены в разделе, посвященном регулируемому выпрямителю. Вместо тиристоров в силовую цепь стабилизатора можно включить выпрямительные диоды и магнитный усилитель.

В стабилизаторе с нагруженным мостом (рис. 12.6, а) диоды силовой цепи подзапираются выходным напряжением стабилизатора постоянного напряжения Uq (рис. 12.6, б). На нагрузку проходят усеченные

коспнусоидальные импульсы (рис. 12.6, в), которые соответствуют части входного напряжения е, большей по абсолютной величине подпирающего напряжения Uq.

Поскольку ток нагрузки протекает не только через диоды моста (Ду - Д1), но и через транзистор Ту и вспомогательный источник постоянного напряжения Е„е„, то все эти элементы следует включить в силовую цепь стабилизатора. В цепь обратной связи стабилизатора надо включить выпрямитель цени сравнения, выполненный на трансформаторе Тр и диодах Д^ - Дв, источник опорного напряжения (Дц), усилитель сигнала ошибки (транзистор Го).

При возрастании амплитуды входного напряжения Ет несколько повышается выходное напряжение, что приводит к росту постоянного напряжения на выходе выпрямителя в цепи обратной связи, подзапиранию усилительного транзистора Т,. Подзапирание транзистора Т, вызывает отпирание силового транзистора цепи постоянного тока Ту и увеличение напряжения Uq-

Возрастание напряжения Uq увеличивает отсечку импульсов напряжения в силовой цепи переменного тока, что и не дает полностью проходить приросту

входного напряжения иа нагрузку. Среднее значение напряжения на нагрузке (см. рис. 12.6, в)


е

/ \

(jjt

Рис. 12.6

Vep = \Em COS at - и q)dc6t о

2£.

(sin 6-е COS б), (12.5)

где cos б = Uo/En-

По этому соотношению, * положив Up постоянным, определяют необходимый диапазон изменения угла отсечки для стабилизации изменений амплитуды, происходящих в пределах от Ещтах ДО Етт\п-

Изменяя угол отсечки б, легко получить требуемый для идеальной стабилизации диапазон измене}шй напряжений Uq.

Uomax - Е

га max COS Qm\n, omin Emmin COS б max-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [ 41 ] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов