|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 32 поэтому коэффициент стабилизации при использовании лампы накаливания невелик. Поэтому чаще используются мостовые схемы   Рис 7-4, Вольт-амперная характеристика, схема включения и графики для расчета стабилизатора с лампой накаливания. стабилизаторов, подобные показанной на рис. 7-4, б. Анализ работы этого стабилизатора целесообразно вести графически (рис. 7-4, в). В. Стабилизаторы напряжения с полупроводниковыми стабилитронами Кремниевые стабилитроны (опорные диоды) обладают вольт-амперной характеристикой, показанной на рис. 7-5, а. Для стабилизации напряжения используется участок характери-   ] Unp и обр 1.0  в
-4<7 О W SO т°с  обр 60 7
? 8 3 10 н 1г fSe Рис. 7-5. Схема стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном и его характеристики. стики, расположенный за точкой пробоя (точка Л). Допустимая величина тока через стабилитрон ограничивается допустимой мощ- ностью рассеяния Р обр^макс- Значение предельно допусти- мого тока через стабилитрон отмечено на характеристике точкой В, Превышение предельно допустимого В^ ... , Ч -. сабилитрон при водит к его чрезмерному разогреву, возникновению теплового пробоя и порче диода. Для кремниевого стабилитрона, как и для всякого полупроводникового прибора, характерна зависимость параметров от температуры окружающей среды. При изменении температуры окружающей среды вольт-амперная характеристика сдвигается, что приводит к изменению величины падения напряжения на диоде. Эти изменения напряжения оцениваются температурным коэффициентом напряжения (ТКИ) ТКН где и и при (2 ср (2 - i) (7-12) падения напряжения на дноде при температурах t,  Л   Рис. 7-6. Схемы стабилизаторов напряжения с кремниевыми диодами. Между падением напряжения на кремниевых стабилитронах и температурой окружающей среды имеется линейная зависимость (рис. 7-5, б, линия /); при включении стабилитрона в проводящем направлении прямое падение напряжения уменьшается с повышением температуры (рис. 7-5, б, линия 2). Таким образом, ТКН стабилитронов положителен, причем его величина возрастает с увеличением t/cT (рис. 7-5, б). Простейшая схема стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном приведена на рис. 7-6, а. Здесь - термистор с отрицательным температурным коэффициентом, благодаря чему можно компенсировать температурные изменения выходного напряжения, обусловленные положительным ТКН стабилитрона. Сопротивление 0 - ограничительное: благодаря его действию ток через стабилитрон не может стать больше допустимого. Положительный температурный коэффициент напряжения стабилитронов может быть скомпенсирован не только термистором R. Для этого используют те же стабилитроны, включаемые в проводящем направлении и обладающие отрицательным ТКН. Можно также применять и другие полупроводниковые диоды, обладающие отрицательным ТКН при их включении в проводящем направлении. Практически для компенсации положительного ТКН одного стабилитрона необходимо включать в проводящем направлении не- сколько стабилитронов того же типа, как показано на рис. 7-6, б. этой схеме выходное напряжение стабилизатора /р,ых равно сумме падений напряжений на стабилитроне и последовательно включенных с ним в проводящем направлении диодов. При изменении температуры окружающей среды одна из составляющих напряжений уменьшается, а вторая - увеличивается. В результате Происходит компенсация температурных изменений выходного напряжения. Для определения числа последовательно включенных диодов надо вычислить: и вых и с и и ст.н + ТКНА/; и где ТКНд суммарный температурный коэффициент напряжения отклонение температуры среды от номинальной {на- дйодов; пример, в сторону повышения). Отсюда число последовательно включенных диодов ткн (7-13) где TKHi - температурный коэффициент напряжения одного диода. Наряду с простейшими однокаскадными схемами стабилизаторов с кремниевыми стабилитронами применяются и более сложные, в том числе двухкаскадные и мостовые схемы стабилизаторов. Из них практически чаще встречаются мостовые схемы стабилизаторов, одна из которых показана на рис. 7-6, е. Ее действие, очевидно, может быть сравнимо с действием других мостовых схем стабилизаторов, в том числе и описанных выше. Расчет схем стабилизаторов с кремниевыми стабилитронами может быть выполнен графически или аналитически. Обычно графический расчет неудобен из-за трудностей необходимых точных построений. Аналитический расчет также имеет свои специфические трудности, главным образом, из-за сложности аппроксимации характеристик стабилитронов. § 7-3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ Электромагнитные стабилизаторы напряжения простейшего вида откосятся к параметрическим стабилизаторам, поскольку параметры основного элемента схемы меняются в процессе действия устройства. Электромагнитные стабилизаторы могут быть подразделены на стабилизаторы следующих основных типов: с насыщенным дросселем или трансформатором; феррорезонансные стабилизаторы с резонансом тока или напряжения; с автоматическими регуляторами напряжения, в комплекс устройств которых входят дроссели и трансформаторы насыщения. Все электромагнитные стабилизаторы напряжения пригодны для стабилизации напряжения переменного тока. А. Стабилизаторы с насым<...... дрисселем Простейшая схема стабилизатора напряжения с насыш.енным дросселем приведена на рис, 7-7, а. Здесь магнитопровод / не насы-ш.ен и его вольт-амперная характеристика линейная, как это показано кривой / на рис, 7-7, б. Если входное напряжение нится так, что ток в обмотке дросселя Др/ возрастает от / до / то напряжение на зажимах обмотки этого дросселя увеличится на  Рис. 7-7. Схемы простейших электромагнитных стабилизаторов напряжения и их вольт-амперные характеристики.   Магнитопровод дросселя Др2 магнитно насыщен и его вольт-амперная характеристика нелинейная, как это показано кривой 2 на рис. 7-7, б, В результате при изменении тока в обмотке этого дросселя на ту же величину, что и в обмотке Др/, напряжение на зажимах дросселя Др2 изменится лишь на Aug, Вольт-амперная характеристика всей цепи, содержащей оба дросселя, включенных последовательно, также нелинейная, как показано кривой 3 на рис. 7-7, б. По вольт-амперным характеристикам рис. 7-7, 6 можно определить, что при изменении входного напряжения на величину Aubx изменение напряжения на нагрузке А^н будет намного меньше, т. е. схема стабилизатора обеспечивает заметную стабилизацию выходного напряжения. Функции обоих дросселей совмещаются в трансформаторе специальной конструкции, показанном на рис. 7-7, е. На среднем стержне / с большим сечением расположена первичная обмотка трансформатора. Эта часть трансформатора выполняет функции ненасыщенного дросселя Jlpt в схеме рис. 7-7, а. Сечение стержней 2 и 5 намного меньше сечения стержня / магнитопровода. На стержне 2 располагается вторичная обмотка трансформатора, вюпо-ченная последовательно с сопротивлением нагрузки в сеть. Магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, разветвляется и замыкается через стержни 2 и 5. Пока магнитный поток невелик, большая его часть замыкается через стержень 5, поскольку в этой части магнитопровода нет воздушного зазора и сопротивление магнитному потоку невелико. При уве.т1ичении магнитного потока стержень 5 насыщается и часть потока замыкается через стер-Жень 2, магнитное сопротивление которого зависит от длины воздушного зазора. При постоянной длине воздушного зазора сопротивление магнитной цепи стержня 2 остается почти постоянным. При изменении питающего напряжения происходит перераспределение магнитных потоков по стержням трансформатора. Как только в стержне 3 наступит насыщение, так изменение магнитного потока в нем станет небольшим, а относительное изменение магнитного потока в стержне 2 - большим. Соответственно с изменениями магнитных потоков в стержнях магнитопровода будут меняться напряжения на обмотках трансформатора. Характер изменений напряжений можно определить по вольт-амперным характеристикам рис. 7-7, г. Здесь кривая напряжения построена как разность мгновенных значений напряжений и V. Участок характеристик а-б является областью стабилизации. При практическом использовании стабилизаторов с насыщенными магнитопроводами встречаются различные конструкции магнитопроводов, а также разные схемы включения обмоток, в том числе и компенсационной обмотки. Стабилизаторам с насыщенными магнитопроводами свойственны следующие недостатки: напряжение на нагрузке сильно зависит от характера нагрузки; если стабилизатор отрегулирован при активной нагрузке R, то при комплексном характере нагрузки напряжение с/ изменится и степень стабилизации напряжения снизится из-за перераспределения магнитных потоков по отдельным стержням магнитопровода ; форма кривой стабилизированного напряжения отличается от синусоидальной и содерзкит явно выраженную третью гармонику; величина стабилизированного напряжения сильно зависит от изменения частоты питающего тока; к. п. д. стабилизатора невысок (40-60%), а коэффициент мощности низок (cos ф = 0,55-0,65). Перечисленные недостатки привели к тому, что, несмотря на простоту, стабилизаторы с насыщенными магнитопроводами применяются весьма ограниченно. Б. Стабилизаторы с pesohaiRvtu ока Основной недостаток стабилизаторов с насыщенным магнито-проводом может быть устранен при использовании резонанса тока. Простейшая схема феррорезонансного стабилизатора напряжения с резонансом тока показана на рис. 7-8, а. Здесь магнитопровод I иё насыщен; обмотка дросселя на насыщенном магннтопроводе 2 и конденсатор С образуют контур, настроенный в резонанс с частотой питающего тока. В результате намагничивающий ток в обмотке дросселя 2 велик, а общий ток, забираемый от сети, мал. Кроме    Рис. 7-8. Схемы феррорезонапсных стабилизаторов напряжения с резонансом тока и их вольт-амперные характеристики.  того, поскольку резонансный контур обладает активным сопротивлением, то улучшается cos ф всего стабилизатора. Практическая схема стабилизатора напряжения с резонансом тока показана на рис. 7-8, б. Анализ процессов в стабилизаторе целесообразно начать с рассмотрения вольт-амперных характеристик LC - контура без потерь (рис. 7-8, б). Ток /с в цепи контура следует показать пунктирной линией влево от начала координат, но для удобства построения характеристик ток Iq обозначен сплошной линией, как зеркальное отображение, вправо от начала координат. Ток в цепи индуктивности L показан линией II. Так как магнитная цепь дросселя насыщена, то вольт- индуктивности нелинейная. т. е. когда Iq = 1. Точка А амперная характеристика характеризует резонанс тока При отсутствии потерь в контуре точке А соответствовал бы нулевой ток общей цепи. На самом деле за счет имеющихся потерь получается результирующая характеристика Я, показанная пунктиром. На этом же рисунке точками показана линия /с + Для стабилизатора напряжения по схеме рис. 7-8, б действительны вольт-амперные характеристики рис. 7-8, г. Здесь сплошной линией t/jj показана зависимость напряжения на нагрузке от тока, забираемого из сети, при отсутствии компенсационной обмотки с напряжением Наклон прямой, характеризующий напряжение
и     Ъ  С  Рис. 7-9. Практические схемы феррорсзонансных аабилизаторов напряжения. на компенсационной обмотке зависит от соотношения числа витков этой обмотки и первичной обмотки на стержне /. При включении компенсационной обмотки навстречу основной обмотке на стержне / напряжение на нагрузке опреда1Ится пунктирной линией U[ Характеристика напряжения проводится с наклоном, соответствующим зависимости напряжения оттока намагничивания; определяется числом витков основной обмотки на ненасыщенном стержне I при заданных параметрах этого стержня. Как видно из рис. 7-8, г, при изменении питающего напряжения на At/gx изменение напряжения на нагрузке будет At/, причем оно во много раз меньше изменения входного напряжения. Практически чаще используются стабилизаторы напряжения с резонансом тока по схемам, показанным на рис. 7-9, а и б. В боль-шинстве этих схем используется автотрансформаторное включение обмотки насыщенного дросселя. Это позволяет уменьшить необходимую емкость С при настройке контура в резонанс. Такое включе- ние обмоток особенно важно при больь. .....чли стабилизатора, ибо трудно осуществить дроссель с заданной индуктивностью. Преимущества автотрансформаторного включения обмотки насыщенного дросселя или трансформатора сказывается и при сложной конструкции магнитопровода стабилизаторов (рис. 7-9, е-г). Действие этих стабилизаторов существенным образом не отличается от описанного. Исключение составляет схема рис. 7-9, д, в которой ток нагрузки сравнительно медленно нарастает с момента включения питающего напряжения. Такой стабилизатор применяется, в частности, в цепях накала мощных ламп для постепенного разогревания катодов. Существенными недостатками феррорезонапсных стабилизаторов напряжения являются зависимость выходного напряжения от частоты питающего напряжения и сложная форма кривой выходного напряжения, характеризующегося значительным содержанием гармонических составляющих. Чтобы ослабить эти недостатки, а также компенсировать частотную зависимость выходного напряжения, часто применяют стабилизаторы со сложными резонансными цепями, часть из которых настроена на подавление определенных гармоник выходного напряжения. Стабилизаторы напряжения с резонансом тока применяются как самостоятельные устройства мощностью от 100 до 10 ООО еа с различными пределами стабилизации. Расчет феррорезонапсных стабилизаторов производится по приближенным эмпирическим формулам. Поэтому расчетные и экспериментальные данные совпадают только при условии изготовления стабилизаторов из определенных материалов. Во всех остальных случаях приходится изготовленные стабилизаторы настраивать, меняя число витков обмоток в пределах ± 10%. В. Стабилизаторы с резонансом напряжения Простейший феррорезонансный стабилизатор с резонансом напряжения схематически показан на рис. 7-10, а. Он содержит конденсатор С и последовательно с ним соединенный насыщенный дроссель Lдp. Такой стабилизатор относится к параметрическим, поскольку его действие основано на изменении параметров дросселя. При настройке контура С/.др без потерь в резонанс с частотой питающего напряжения, казалось бы, можно получить большие токи при малых входных напряжениях. Практически это неосуществимо. В реальных контурах из-за потерь в них в момент резонанса ток в контуре будет ограниченной величины. В феррорезонапсных стабилизаторах контур CL настраивается не точно в резонанс с частотой питающего напряжения, а на достаточно близкую частоту. Например, при = 50 гц контур настраивается в резонанс с частотой 48 гц. Это делается для того, чтобы можно было использовать стабилизирующие свойства контура при положительных и отрицательных отклонениях напряжения от номинального. При увеличении входного напряжения U ток в цепи возрастает, вызывая увеличение падения напряжения на конденсаторе (Ус = / пропорционально току, а на дросселе падение напряжения увеличивается ненамного из-за нелинейности ее характеристики. Как показано на рис. 7-10, б, при изменении тока в последовательном контуре в пределах от / до происходящего под воздействием увеличения входного напряжения, изменившегося на величину Д^/вх> напряжение на нагрузке, включенной параллельно дросселю, изменится на At/,   Ч    Рис 7-10. Схемы стабилизатора с резонансом напряжения и его вольт-амперная характеристика. В практике применяют феррорезонансные стабилизаторы напряжения, в которых насыщенный дроссель заменен трансформатором специальной конструкции, схематически показанном.на рис. 7-10, е. Этот трансформатор отличается несимметричностью стержней магнитопровода. Их сечения выбираются такими, чтобы при минимальном входном напряжении U стержень 2 был бы магнитно насыщен, а стержень / - не насыщен. При максимальном входном напряжении tBx. макс стержень / становится насыщенным, а при дальнейшем повышении входного напряжения индукция в стержне / не будет повышаться и индуктивность обмотки на этом стержне останется неизменной. В результате этого падение напряжения на этой обмотке не повысится. Вольт-амперная характеристика трансформатора уподобится характеристике насыщенного дросселя. Действие всего стабилизатора можно ь^. . .....А>льт-амперным11 характеристиками рис. 7-10, б. Преимущество трансформаторного стабилизатора перед дроссельным заключается в том, что практически можно подключать ко вторичной цепи стабилизатора нагрузку любой величины, выбрав соответствующий коэффициент трансформации. Наиболее часто употребляемая схема включения трансформаторного стабилизатора показана на рис. 7-10, г. Здесь напряжения на всех вторичных обмотках трансформато!!Е1 стабилизировано. Сопротивление служит для разрядки конденсатора при выключении питающего напряжения, устраняя искрообразование на выключателе. Практи- чески выбирают г2 / ом, чтобы разряд конденсатора был апериодическим, а не колебательным. Г. Стабилизаторы и автоматические регуляторы напряжения Для стабилизации и автоматического регулирования тока и напряжения широко используются дроссели насыщения, управляемые регуляторами, действующими в зависимости от изменения   Рис. 7-II. Стабилизаторы напряжения переменного тока с дросселями насыщения ДН. выходного напряжения стабилизатора. Примером простейшего стабилизатора подобного типа служит схема рис. 7-11, а. Здесь под-магничивание дросселя ДН осуществляется при помощи вспомога-тет[ьного выпрямителя, включенного по переменному току парал-летьно сопротивлению нагрузки Zj,. С изменением выходного напряжения, подводимого к нагрузке, меняется постоянный ток в обмотках дросселя ДН и сопротивление цепи нагрузки, компенсируя тем самым происшедшее изменение напряжения. Значительно большую стабильность выходного напряжения можно обеспечить с помощью схемы рис. 7-11, б. Здесь напряжение на первичной обмотке трансформатора Тр регулируется дросселем ДЯ, управляемым двумя цепями: обмоткой постоянного намагничивания Wq и управляющей обмоткой Wy. Ток в обмотке Wq можно установить с помощью переменного сопротивления ток в об- 1 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 32 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||