Выпрямительные устройства: структурная схема и режимы работы

Выпрямительное устройство (ВУ) – это статический прибор, который преобразует поступающую на вход электроэнергию переменного тока в электроэнергию постоянного тока. ВУ входит с состав систем электроснабжения и аппаратуры связи. Условное обозначение, применяемое в функциональных и структурных схемах изображено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Условное обозначение ВУ

В зависимости от числа фаз устройства источником электроэнергии U₁(t) может служить однофазная или трёхфазная промышленная сеть. Знакопеременное напряжение U₁(t) проходя через ВУ преобразуется в напряжение постоянного тока U₀(t). Помимо постоянной составляющей U₀ в преобразованном напряжении содержится переменная составляющая, которая называется пульсацией — U_п(t)=u₀(t)-U₀. Необходимый уровень пульсаций определяется параметрами подключаемой аппаратуры.

Структурная схема выпрямительного устройства

Выпрямители собираются по традиционной схеме или по схеме с двойным преобразованием. Вторая схема в некоторых источниках называется схемой с бестрансформаторным входом. Рассмотрим традиционную схему, изображённую на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема традиционного ВУ

Выпрямитель состоит из трёх компонентов: трансформатора (Т), диодного блока (ДБ) с подключённым на выходе сглаживающим фильтром (СФ). На вход схемы подаётся знакопеременное напряжение. В трансформаторе обеспечивается преобразование поступившей электроэнергии U₁ в нужный уровень напряжения U₂, которое необходимо на выходе. Помимо этого, трансформатор обеспечивает гальваническую развязку для изоляции подключённого оборудования от источника энергии.

Вентильный блок необходим для преобразования переменного напряжения U

2 полученного с выхода трансформатора в постоянное напряжение u₀₁. Диодный блок — это набор диодов, собранный по одной из однофазных или трёхфазных схем выпрямления. В управляемых выпрямителях для этой цели служат тиристоры.

Для снижения уровня пульсаций, после диодного блока идёт сглаживающий фильтр. Он сглаживает пульсации до требуемого уровня, который удовлетворяет требованиям подключаемой аппаратуры.

Большое применение в электропитании аппаратуры связи нашёл выпрямитель с двойным преобразованием, структурная схема которого изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Структурная схема ВУ с двойным преобразованием

Отличительной чертой этого выпрямителя является отсутствие на входе устройства силового трансформатора. Электроэнергия подаётся напрямую на диодный блок (ДБ₁) к выходу которого подключен сглаживающий фильтр (СФ₁). В некоторых случаях возможна установка корректора коэффициента мощности.

Затем выпрямленное напряжение поступает на регулирующий инвертор (РИ), который преобразует в знакопеременное напряжение высокой частоты и подаётся на ДБ₂, где снова выпрямляется. Трансформатор высокой частоты, входящий в состав РИ обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от источника напряжения.

ВУ построенные по традиционной схеме просты в обслуживании и обладают высокой надёжностью, но имеют низкие массо-объёмные показатели и низкие энергетические показатели. ВУ с двойным преобразованием обладают высокими удельными массо-объёмными параметрами и высоким коэффициентом полезного действия.

Режимы работы

В любом выпрямителе после ДБ находится СФ. Он формирует форму токов протекающих по всем элементам ВУ, которые находятся после ДБ, а также определяет энергетические показатели ВУ в целом. Следовательно, существует три режима работы ВУ работающих на емкостную, индуктивную и смешанную нагрузку (Рисунок 4). Вкратце рассмотрим приведённые выше нагрузки.

Рисунок 4 – Режимы работы выпрямительных устройств

Работа выпрямителя на емкостную нагрузку означает, что конденсатор является первым элементом СФ. Сопротивление конденсатора в этом случае значительно меньше сопротивления стоящих следом за ним элементов, включая нагрузку, даже на частоте первой гармоники пульсации. Режим можно охарактеризовать низким коэффициентом полезного действия (КПД) и применяется в реальных устройствах, в которых потребляемая мощность не более двадцати ватт.

Работа выпрямителя на индуктивную нагрузку означает, что дроссель является первым элементом СФ. Индуктивное сопротивление дросселя даже на частоте первой гармоники пульсации значительно больше результирующего сопротивления всех последующих элементов схемы, включая нагрузку. В этом режиме работы предполагает безразрывность тока, протекающего по обмоткам дросселя, даже при небольшом потреблении тока аппаратурой. Характеризуется минимальной потерей во всех элементах устройства по сравнению с другими режимами работы.

Режим работы выпрямителя на смешанную нагрузку предполагает, что в СФ используются как индуктивные элементы, так и емкостные. Во время небольшого потребления электроэнергии аппаратурой, выпрямительное устройство работает на нагрузку емкостного характера, а при большом потреблении на нагрузку индуктивного характера.

Структурная схема выпрямителя

Содержание

 

Введение

1. Обзор литературы

.1 Типичные схемы выпрямителей, их характеристики и принцип работы

1.1.1 Однофазный однополупериодный выпрямитель

.1.2 Однофазный двухполупериодный выпрямитель

.1.3 Мостовая схема выпрямителя

.2 Основные параметры и характеристики выпрямительных устройств

1.3 Сглаживающие фильтры

.3.1 Выпрямительные устройства с простым емкостным фильтром на выходе

.3.2 Выпрямительные устройства, работающие на фильтры, содержащие индуктивность

.3.2.1 Простой сглаживающий L-фильтр

.3.2.2 Г- образный индуктивно-емкостный LC-фильтр

.3.2.3 П — образный индуктивно-емкостный LC-фильтр

.3.3 Теоретическое обобщение по выпрямителям, работающим на фильтры, содержащие индуктивность

.4 Стабилизаторы напряжения

. Расчёт однополупериодного выпрямителя с активной нагрузкой

Заключение

Список использованной литературы

выпрямитель напряжение фильтр мостовой

Введение

 

Для многих современных электронных устройств необходима энергия постоянного тока. Источниками постоянного тока могут служить гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока, термоэлектогенераторы и выпрямители. Наиболее распространенным источником постоянного тока является выпрямитель. Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. По сравнению с другими источниками постоянного тока выпрямители обладают существенными преимуществами: они просты в эксплуатации и надежны в работе, обладают высоким КПД, имеют длительный срок службы. Структурная схема выпрямителя приведена на рисунке:

 

 

Трансформатор 1 предназначен для изменения питающего напряжения сети с целью получения заданной величины выпрямленного напряжения на нагрузке 4. С помощью выпрямителя 2 осуществляют преобразование переменного напряжения в пульсирующее. Фильтр 3 предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения выпрямителя. В отдельных случаях могут отсутствовать некоторые звенья приведенной структурной схемы, за исключением основного элемента — выпрямителя. Например, выпрямитель может быть включен в сеть без трансформатора или работа выпрямителя на нагрузку осуществляется без фильтра. С другой стороны, очень часто в состав выпрямителя входит стабилизатор напряжения или тока (схема, которая отслеживает все изменения напряжения или тока со стороны входа и выхода и поддерживает постоянным напряжение или ток на нагрузке), который можно включать на выходе (по постоянному току) или на входе (по переменному току). Питание электронной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от однофазной сети переменного тока. Такие выпрямители называются однофазными, но существует соответственно и ещё один класс — многофазных выпрямителей (с нулевым выводом, мостовые — схема Ларионова). Однофазные же выпрямители делятся в свою очередь на:

а) однополупериодные, в которых ток через вентиль (прибор, имеющий несимметричную характеристику проводимости, малое сопротивление для прямого тока и большое сопротивление для обратного. С помощью которого переменное напряжение преобразуется в пульсирующее) проходит в течение одного полупериода переменного напряжения сети;

б) двухполупериодные, в которых ток проходит через вентиль в течение обоих полупериодов;

в) схемы с умножением напряжения.

Для питания мощных промышленных установок используют выпрямители средней и большой мощности, работающие от трехфазной сети. В современных выпрямителях в качестве вентилей чаще всего используются полупроводниковые диоды. В электронной аппаратуре широко применяются преобразователи постоянного напряжения, позволяющие преобразовать постоянный ток одного напряжения в постоянный или переменный ток другого напряжения.

 

1. Обзор литературы

 

.1 Типичные схемы выпрямителей, их характеристики и принцип работы

 

1.1.1 Однофазный однополупериодный выпрямитель

 

 

В данной схеме используется полупроводниковый диод VD, обладающий нелинейной вольтамперной характеристикой (чаще всего кремниевый). Под действием синусоидального напряжения генератора в цепи нелинейного элемента возникает ток, приобретающий форму последовательности импульсов, т.к. ток в цепи диода существует только в течение положительных полуволн входного напряжения (из-за односторонней проводимости диода).

Диаграмма работы однополупериодного выпрямителя показана ниже:

 

Полученную последовательность импульсов тока, как и любой периодический несинусоидальный сигнал можно представить в виде постоянно составляющей I0 и периодических (гармонических) составляющих с частотами, кратными частоте приложенного напряжения U. C помощью разложения периодической функции в ряд Фурье, получаем:

 

 

где I0 — постоянная составляющая тока, I1m-амплитуда 1-й гармоники тока, I2m,,Inm-амплитуды токов высших гармоник.

Разложение несинусоидального сигнала показано на рисунке, где

 

Разложение несинусоидального сигнала.

 

— постоянная составляющая; 1- 1-я гармоника тока; 2,3- высшие гармоники тока.

Амплитуды высших гармоник, как правило, уменьшаются с ростом их номера. Для представления периодической последовательности импульсов можно наряду с временной диаграммой использовать и спектральную, которая позволяет наглядно сравнивать значения постоянной составляющей и амплитуд с частотой первой и высших гармоник.

На рисунке, приведённом ниже, показаны спектры входного напряжения и тока, протекающего через диод. Среднее за период значение выпрямленного тока, т.е. постоянная составляющая I0 определяется соотношением:

 

 

где Ri-внутреннее сопротивление генератора; Rн — сопротивление нагрузки; Im-амплитуда импульса тока.

 

 

Поэтому постоянное напряжение U0 на нагрузке Rн определяется выражением:

 

 

Важным параметром выпрямителя является коэффициент пульсаций Кп; где U1m — амплитуда первой гармоники напряжений; U0 -постоянная составляющая напряжений. Т.к. для однополупериодной схемы амплитуда 1-й гармоники имеет значительную величину . Выпрямленное напряжение с такими значительными пульсациями, как правило, не пригодно для практических целей. Для уменьшения коэффициента пульсации используется двухполупериодные схемы выпрямителей.

 

1.1.2 Однофазный двухполупериодный выпрямитель

 

 

Подобный выпрямитель состоит из трансформатора, вторичная обмотка которого состоит из 2-х частей и 2-х полупроводниковых диодов.

 

 

Наличие средней точки трансформатора приводит к тому, что напряжение на каждой половине вторичной обмотки w1 и w2 будет приложено к каждому из диодов VD1 и VD2. В течение положительного, для половины обмотки w1, полупериода диод VD1 открывается и возникает ток в цепи этого диода, протекающий через нагрузку. В течение отрицательного полупериода диод VD1 закрыт, и открывается диод VD2. В этом случае также возникает импульс тока через нагрузку. Таким образом, в цепи нагрузки ток протекает в течение обоих половин полупериода. Вследствие этого частота пульсаций тока в цепи нагрузки становится вдвое больше, чем частота синусоидального напряжения, приложенного к выпрямителю. Полученную последовательность импульсов можно представить в виде суммы постоянной составляющей I0 и суммы переменных составляющих с частотами, кратными удвоенному значению частоты выпрямленного напряжения:

 

Постоянная составляющая тока нагрузки I0 вдвое больше, чем при однополупериодном выпрямлении:

 

 

а постоянная составляющая напряжения на нагрузке U0 равна:

 

 

Коэффициент пульсаций в двухполупериодной схеме значительно меньше, чем в однополупериодной (Кп=0,67).

Недостатком подобной схемы выпрямителя является увеличенное число витков вторичной обмотки.

 

1.1.3 Мостовая схема выпрямителя

 

В течение положительной полуволны входного напряжения открываются диоды VD1 и VD3, и в цепи нагрузки возникает импульс тока. Отрицательная волна напряжения открывает диоды VD2 и VD4, что также приводит к протеканию импульса тока через нагрузку. Мостовая схема имеет характеристики, аналогичные предыдущей схеме. Достоинством мостовой схемы является меньшее число витков вторичной обмотки, чем в предыдущей схеме. В настоящее время в схемах выпрямителя наиболее часто используют не отдельные диоды, а диодные сборки (КЦ 402, КД 405 и т.д.), состоящие из 4-х диодов, образующих мостовую схему.

 

1.2 Основные параметры и характеристики выпрямительных устройств

 

. Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2.

. Амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2мах.

. Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке U0.

. Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке I0.

. Действующее значение напряжения пульсаций на нагрузке Uп.

. Максимальные изменения напряжения на нагрузке DUвых.

. Коэффициент пульсаций Кп (характеризует степень приближения кривой выпрямленного напряжения к прямой линии).

. Коэффициент сглаживания Кс (это параметр фильтра).

. Коэффициент полезного действия выпрямителя h.

10. Амплитудное значение тока через диод.

11. Обратное напряжение на диоде — наибольшая разность потенциалов, приложенная

1.4 Структурные схемы выпрямительных устройств

Одним из основных узлов СЭП является выпрямительное устройство (ВУ), преобразующее род тока – из переменного в постоянный. Рассмотрим обобщённую схему ВУ (рисунок 1.16) и назначение её узлов.

Рисунок 1.16 – Обобщённая схема выпрямительного устройства

На этом рисунке обозначено: Тр – трансформатор преобразует уровень напряжения и обеспечивает гальваническую развязку сети и нагрузки; СВ – система вентилей преобразует род тока из переменного в постоянный по направлению; Ф – сглаживающий фильтр (ФНЧ) сглаживает пульсации выпрямленного напряжения; СВН – стабилизатор выходного напряжения (при необходимости). Эта традиционная, классическая схема выпрямления.

Используют также и выпрямители с бестрансформаторным входом (ВБВ). Структурная схема такого выпрямителя приведена на рисунке 1.17.

Рисунок 1.17 – Схема выпрямителя с бестрансформаторным входом

В этой схеме трансформатор Тр и сглаживающий фильтр СФ2 работают на частоте преобразования инвертора, которая составляет десятки килогерц и поэтому масса и объём ВБВ значительно меньше чем у классических выпрямителей. Обратная связь позволяет довольно просто стабилизировать выходное напряжение U_0.

Схема может быть дополнена: предварительным сетевым стабилизатором (то есть иметь два или три контура стабилизации), блоком контроля, блоком плавного включения, корректором коэффициента мощности, фильтрами помех и устройствами защиты.

Очевидно, что рассмотренная структурная схема ВУ вырабатывает один типономинал (градацию) напряжения, то есть это одноканальный источник питания.

Современные ВУ часто являются многоканальными, т.е. обеспечивают питание сразу несколько нагрузок. Здесь ряд функциональных звеньев могут быть общими, а разветвление по каналам производится в любом месте, но чаще это делается в трансформаторе. Отдельные каналы могут содержать разное число звеньев, в зависимости от требований к напряжению питания. Для повышения КПД вторичного источника стремятся использовать совмещённые функции звеньев, например регулируемый инвертор или конвертор. Можно также использовать регулируемый выпрямитель, который управляется выходным напряжением U₀. Такие источники называют стабилизирующими по переменному току.

Примером иной компоновки ВУ является вольтодобавочная схема, которая может быть выполнена на постоянном или переменном токе и иллюстрируется рисунком 1.18.

Рисунок 1.18 – Вольтодобавочная схема

Здесь Е₀ = Е₁ + Е₂ и ВИП преобразует только часть энергии, передаваемой в нагрузку ( формирует напряжение Е₁ – вольтодобавку). Регулируя вольтодобавку, можно получить Е₀ с требуемой стабильностью. Преобразуется только часть мощности нагрузки, поэтому результирующий КПД выше и конструкция проще, чем классических ВУ.

Аналогично можно выполнить и ампердобавочные схемы, как показано на рисунке 1.19.

Рисунок 1.19 – Схема ампердобавки

Здесь ВИП2 включается в работу только тогда, когда мощности ВИП1 уже недостаточно для питания нагрузки. Ампердобавку не следует путать с параллельной работой, когда источники равномерно принимают нагрузку.

Введение

Содержание

Введение……………………………………………………………………………3

1 Общие принципы построения выпрямительных устройств………………….3

1.2 Структурная схема и классификация выпрямителей………………….3

1.2 Классификация полупроводниковых выпрямителей………………….4

2 Основные схемы выпрямления…………………………………………………6

2.1 Однофазные выпрямители………………………………………………6

2.2 Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)…..7

2.3 Мостовая схема (схема Греца)…………………………………………10

3 Трехфазные выпрямители…………………………………………………….12

3.1 Трехфазная нулевая схема (звезда-звезда)……………………………12

3.2 Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)………………………13

Список использованной литературы……………………………………………16

 Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе, вследствие простоты трансформации напряжения. Однако значительная часть производимой электрической энергии (30-35%) используется на постоянном токе, в том числе и для передачи на расстояния.

 Выпрямитель – это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.  Основными элементами полупроводниковых выпрямителей являются трансформатор и вентили, с помощью которых обеспечивается одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходным зажимам выпрямителя подключают электрический сглаживающий фильтр. Для регулирования или стабилизации выпрямленного напряжения и тока потребителя к выходным зажимам фильтра подключают регулятор или стабилизатор (стабилизатор может быть включён и на стороне переменного тока выпрямителя).

Режимы работы и параметры отдельных элементов выпрямителя, фильтра, регулятора и стабилизатора согласуются с заданными условиями работы потребителя постоянного тока, поэтому основная задача теории выпрямительных устройств сводится к определению расчётных соотношений, позволяющих по заданному режиму работы потребителя определить электрические параметры элементов стабилизатора, регулятора, фильтра, а также вентилей и трансформатора выпрямителя и затем произвести выбор этих элементов по каталогу или, если это необходимо, рассчитать их.

1 Общие принципы построения выпрямительных устройств

1.2 Структурная схема и классификация выпрямителей

 Выпрямитель можно представить в виде обобщенной структурной схемы (рис. 1) и структурной схемы с протекающими в нем напряжениями и токами (рис. 1.1), в которую входят: 

• силовой трансформатор (СТ), 

• вентильный блок (ВБ), 

• фильтрующее устройство (ФУ), 

• цепь нагрузки (Н), в которую может входить стабилизатор напряжения (СН) .

Рис. 1. Обобщенная структурная схема выпрямителя.

 

Рис. 1.1. Структурная схема выпрямителя с протекающими в нем напряжениями и токами.

 

 Силовой трансформатор служит для согласования входного и выходного напряжений выпрямителя. Возможны различные соединения обмоток трансформатора соответственно с различными схемами выпрямления. Напряжение вторичной обмотки трансформатора U₂ определяет значение выпрямленного напряжения U_н (или U_d).

Трансформатор позволяет одновременно гальванически развязать питающую сеть U₁, I₁ с частотой f₁, и цепь нагрузки с U_н, I_н (или U_d, I_d). В последнее время в связи с появившейся возможностью разрабатывать и изготавливать высоковольтные инверторы, работающие на высокой частоте и при непосредственном выпрямлении напряжения сети, используются беcтрансформаторные схемы выпрямления, в которых вентильный блок присоединяется непосредственно к первичной питающей сети.

 Вентильный блок выпрямляет переменный ток, подключая вторичное напряжение соответствующей фазы трансформатора к цепи постоянного тока. В вентильном блоке используются, как правило, полупроводниковые диоды или сборки на их основе. На выходе вентильного блока получают знакопостоянное напряжение с высоким уровнем пульсаций, определяемым только числом фаз питающей сети и выбранной схемой выпрямления.

 Фильтрующее устройство обеспечивает требуемый уровень пульсаций выпрямленного тока в цепи нагрузки. В качестве ФУ используются последовательно включаемые резистор или сглаживающий дроссель и параллельно включаемые конденсаторы. Иногда ФУ строится по более сложным схемам. В выпрямителях малой мощности установка резистора или дросселя не обязательна.

 При использовании многофазных (чаще всего трехфазных) схем выпрямления уровень пульсаций естественно снижается, и облегчаются условия работы ФУ.

 Стабилизатор напряжения служит для уменьшения внешних воздействий, таких как: изменение напряжения питающей сети, изменение температуры, частоты и т.д.

Структурная схема стабилизированного выпрямителя — Мегаобучалка

МОНТАЖ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

 

Цель работы: приобретение технических навыков по разработке элементов технической документации; закрепление навыков по монтажу узлов электронной аппаратуры способом навесного монтажа; закрепление теоретических знаний о принципах работы стабилизационных выпрямителей.

 

Домашнее задание

1 Изучить по [1], [2], [3], [4] принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения.

2 Вычертить на формате А4 принципиальную схему стабилизированного выпрямителя [3, с. 190].

 

Вопросы для самопроверки

1 Дайте определение «стабилизатор напряжения».

2 Поясните назначение трансформатора.

3 Поясните принцип работы выпрямителя и фильтра.

4 Приведите и поясните частотный спектр выпрямленного напряжения.

5 В чем заключается сущность параметрического метода стабилизации.

6 Выполните сравнительную характеристику структурных схем последовательного и параллельного компенсационного стабилизатора напряжения.

7 Какими свойствами должны обладать изделия, используемые в качестве регулирующих элементов в стабилизаторе.

8 Разъясните понятия «коэффициент пульсации» и «коэффициент фильтрации»

9 Поясните назначение и принцип работы RC фильтра.

 

Приборы и оборудование

1 Монтажная плата с набором комплектующих.

2 Испытательный стенд.

3 Приборы: Ц4315, осциллограф, вольтметр В7-38, лабораторный автотрансформатор.

4 Инструмент: бокорезы, паяльник, пинцет, отвертка.

5 Материалы: припой, флюс, монтажные провода.

6 Личные чертежные принадлежности.

 

Порядок выполнения работы

1 Ответить на вопросы по домашнему заданию.

2 Получить инструктаж по технике безопасности.

3 Получить монтажную плату по номеру записи в классном журнале.

4 Произвести демонтаж, т.е. выпаять монтажные провода.

5 Начертить эскиз монтажной платы в масштабе 1:1.

6 Изучить расположение элементов стабилизированного выпрямителя на монтажной плате и обозначить номера контактных соединений (лепестков) на принципиальной схеме.

7 Проверить работоспособность элементов. Результаты измерений записать в рабочую тетрадь. Неисправные элементы предъявить преподавателю для замены.

8 Составить схему соединений и таблицу соединений.

9 Выполнить монтаж стабилизированного выпрямителя способом параллельно-перпендикулярного монтажа.

10 Снять и составить карту сопротивлений в виде таблицы и рисунка.

11 Подключить монтажную плату к испытательному стенду. Снять и составить карту напряжений в виде таблицы и рисунка (4, 7).

12 Выполнить измерение и рассчитать основные технические показатели стабилизатора: коэффициент стабилизации, коэффициент фильтрации, внутреннее сопротивление (4, 8).

14 Составить технический паспорт стабилизатора. Проанализировать соответствие рассчитанных параметров нормам по техническим условиям (4, 8).

15 Составить отчет по работе (4).

16 Представить отчет и монтажную плату преподавателю.

 

Содержание отчета

1 Структурная схема стабилизированного выпрямителя и эпюры напряжений в контрольных точках.

2 Принципиальная схема стабилизированного выпрямителя (формат А4).

3 Электромонтажная схема (схема соединений) (формат А4).

4 Таблица соединений (формат А4).

5 Результаты измерений комплектующих.

6 Данные измерений (таблица) и рисунок карты сопротивлений.

7 Данные измерений (таблица) и рисунок карты напряжений.

8 Расчеты основных технических показателей стабилизатора: коэффициент стабилизации, коэффициент фильтрации, внутрен­нее сопротивление.

9 Технический паспорт стабилизатора.

10 Ответы на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы

1 Что произойдет в стабилизаторе при перемещении движка резистора R5 вверх (вниз)? Поясните процессы, происходящие в стабилизаторе.

2 Укажите причины уменьшения коэффициента стабилизации и фильтрации.

3 Укажите элементы стабилизатора, определяющие внутренне сопротивление.

4 Как выполняется защита стабилизатора от коротких замыканий в нагрузке?

5 Как проверить работоспособность стабилизатора при наличии вольтметра и набора резисторов.

6 Нарисуйте структурную схему для определения внутреннего сопротивления стабилизатора.

7 Почему стабилизатор обладает фильтрующими свойствами?

 

Литература

1 Электропитание устройств связи / В.М. Бушуев – Москва.: Радио и связь, 1986.

2 Сизых Г.Н. Электропитание устройств связи / Г.Н. Сизых – Москва.: Радио и связь, 1982.

3 Бурда А.Г. Обучение в электромонтажных мастерских / А.Г. Бурда – Москва.: Радио и связь, 1988.

4 Методические указания.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

Структурная схема стабилизированного выпрямителя

 

Электронная аппаратура питается от сети переменного тока. Однако для работы электронной аппаратуры требуется постоянное напряжение нескольких номиналов. Структурная схема стабилизированного выпрямителя и временные диаграммы приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема и временные диаграммы стабилизированного выпрямителя

 

 

Для получения различных номиналов напряжения применяют повышающее или понижающее трансформаторы (2 рисунок 1б). Трансформатор преобразует напряжение сети переменного тока в такое, которое необходимо для получения заданного напряжения на выходе выпрямителя. Кроме того, трансформатор необходим для гальванической развязки нагрузки и питающей сети.

Для преобразования переменного напряжения в постоянное применяются выпрямители (3 рисунок 1б). Наибольшее распространение в маломощных устройствах электропитания электронной аппаратуры получила мостовая схема выпрямителя (рисунок 2), в которой вторичная обмотка трансформатора подключена к одной из диагоналей моста, собранного из четырех диодов, а выпрямленное напряжение снимается с другой диагонали моста.

В течение поло­жи­тель­ного полупериода напряжение сети U_вх1 и напряжение вторичной обмотки трансформатора U_вх2 (полярность обозначена знаками «+», «-») диоды VD1 и VD4 открыты, а диоды VD2 и VD3 закрыты.

Ток i_1-4 через нагрузку протекает в направлении, показанном сплошной стрелкой. В течение отрицательного полупериода напряжение (полярность обозначена знаками «+», «-») диоды VD2 и VD3 открыты, а диоды VD1 и VD4 закрыты. Через нагрузку протекает ток i_2-3, обозначенный штриховой линией, направление которого на нагрузке совпадает с направлением тока i_1-4. Напряжение на нагрузке U_н представляет собой пульсирующее напряжение, достигающее максимального значения два раза за период (3, рисунок 1,б).

 

Если график (3, рисунок 1,б) разложить в ряд Фурье, (рисунок 3), то выпрямленное пульсирующее напряжение со­держит постоянную состав­ляющую U₀ и гармоники U_12, U_22, U₃₂ и т.д.

 

 

Постоянная составляю­щая выпрямленного напряже­ния является полезной и должна поступить в нагрузку без потерь. Гармонические составляющие U_12, U_22, U_3~ ухудшают стабильность U₀, поэтому они не должны поступать в нагрузку. Соотношение между U₀ и гармониками оценивается коэффициентом пульсаций. Коэффициент пульсаций К_п в процентах определяется как соотношение амплитуды первой гармоники U_1~ к постоянной составляющей выпрямленного напряжения U₀.

 

(1)

 

Для ослабления пульсаций между выпрямителя и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр, обычно состоящий из реактивных сопротивлений (индуктивностей и емкостей). Резонансная частота такого фильтра f_р (рисунок 3) должна быть меньше 100 Гц. В выпрямителях малой мощности применяют фильтры состоящие из активного сопротивления и емкости (рисунок 4). В таком фильтре относительно велики падение напряжения и потери энергии на резисторе R_ф, но габариты и стоимость такого фильтра меньше, чем индуктивно-емкостного.

Работу резистивно-емко­стного фильтра необходимо рассматривать совместно с вы­прямителем. Его действие осно­вано на накоплении электриче­ской энергии, в электрическом поле конденсатора при напряже­нии U₀ Коэффициент пульсации на выходе фильтра уменьшается (3, рисунок 1,б, штриховая линия).

Рисунок 4 – Схема фильтраRC