Главная » Книги и журналы

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 22

А О-Б О-

Тр1 \

л

15 /?7

Рис. 5-20. Схема трехфазного стабилизирующего выпрямителя -с магнитным усилителем в цепи управления.

жения, наоборот, магнитный усилитель насыщается раньше угол открывания тиристоров уменьшается и напряжение на выходе увеличивается.

Схема усовершенствованного стабилизирующего выпрямителя со ступенчатым регулированием приведена на рис. 5-19 [11]. Управление тиристорами и Де выпрямителя, как и в ранее рассмотренных схемах, осуществляется магнитным усилителем МУ.

Питание магнитного усилителя осуществляется от сети переменного тока через понижающий трансформатор Грг- Для получения прямоугольной формы питающего напряжения магнитного усилителя Тр.2 подключен к сети через ограничитель уровня на стабилитроне Дц, диодах Дп, Д18-Д20 и резисторе Ri-

Сигнал рассогласования, который появляется при отклонении выходного напряжения от заданного значения, усиливается двух-каскадным транзисторным усилителем постоянного тока. Нагрузкой последнего служит обмотка управления МУ (aiy). Сигнал рассогласования выделяется при сравнении части выходного напряжения выпрямителя, снимаемой с резисторов Rn и R12, и опорного напряжения, которое подается со стабилитрона Д17. Корректирующая цепочка Ris-C вместе с короткозамкнутой обмоткой Шкз МУ служит для устранения самовозбуждения выпрямителя и обеспечения его устойчивой работы.

При изменении выходного напряжения выпрямителя под воздействием различного рода возмущающих воздействий на выходе усилителя постоянного тока появляется сигнал в виде изменения тока обмотки управления МУ, значение которого зависит от сигнала рассогласования. Этот сигнал вызывает такое изменение угла открывания тиристоров, что изменение выходного напряжения выпрямителя скомпенсирует влияние возмущающего воздействия. ,

На рис. 5-20 приведена схема стабилизирующего трехфазного выпрямителя. Выпрямитель выполнен по мостовой схеме на тиристорах Д1-Дз и диодах Д4-Дб. Обмотки силового трансформатора включены по схеме звезда-звезда. Для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения используются филыр Др, Сф и блокирующий диод Д13. Управление моментами открывания силовых тиристоров Д)-Дз осуществляется магнитным усилителем. Принцип действия схемы управления рассмотрен выше, при описании

Рис. 5-21. Схема однофазного стабилизирующего выпрямителя с диннстором в цепи управления.

однофазного стабилизирующего выпрямителя, схема которого изображена на рис. 5-19. В [10, 12] приведено большое количество разнообразных схем стабилизирующих выпрямителей как однофазных, так и трехфазных, схемы управления которых не содержат магнитных усилителей.

На рис. 5-21 в качестве примера изображена схема однофазного стабилизирующего выпрямителя, выполненного -по мостовой схеме на тиристорах Д1 и Дг и выпрямительных диодах Дз ИД4. В качестве релейного элемента схемы управления здесь использован диодный тиристор (динистор) Дю- В рассматриваемом выпрямителе напряжение трапецеидальной формы с выхода выпрямителя на днодах Дз-Де через резистор Ri выделяется на стабилитроне Д7. Через зарядный резистор R3 это напряжение подается на конденсатор Су, который заряжается до напряжения переключения Д,о.

После открывания последнего конденсатор С, разряжается через цепи управляющих электродов тиристоров Ду и Дг. При этом открывается тот тиристор, на аноде которого в момент прохождения импульса управляющего тока имеет место положительный потенциал.

После открывания очередного тиристора все напряжение питания в оставшуюся часть рабочего полупериода прикладывается к нагрузке, а напряжение на стабилитроне Д? уменьшается практически до нулевого значения. Таким образом, схема управления подготавливается к началу очередного полупериода, когда на Д? , появится трапецеидальное напряжение и вновь начнется заряд конденсатора Су. Постоянная времени CyRs должна быть выбрана так, чтобы при закрытом транзисторе Ту заряд С, до напряжения переключения Дю происходил за время, в 5-10 раз меньшее полупериода работы выпрямителя.

Изменение момента переключения Дю осуществляется посредством шунтирования конденсатора Су транзистором Ту. При напряжении на конденсаторе С^ и резисторе Rs, меньшем опорного

г Ре I

- т

I Ms

rvyy-

Л/ -оы<ь

/7=Г -ОПТ

Рис. 5-22. Схема однофазного регулируемого выпрямителя с одно-переходным транзистором в цепи управления.

напряжения на Де, транзистор Ti закрыт и заряд С, происходит с наибольшей скоростью. Когда напряжение на Q превысит опорное напряжение, коллекторный ток Г] возрастает, а заряд Ci продолжается более длительное время, что приводит к изменению момента открывания тиристоров и компенсации возмущающего воздействия.

В качестве релейного элемента в стабилизирующих выпрямителях по данным [12] широкое практическое применение получили однопереходные транзисторы (иначе двухбазовые диоды). На рис. 5-22 приведена одна из подобных схем однофазных регулируемых выпрямителей. Здесь выпрямленное диодами Д1 и Дг напряжение трапецеидальной формы со стабилитрона Де подается к однопереходному транзистору (ОПТ). Амплитуда сигнала составляет 20 В.

В процессе заряда конденсатора Ci через резисторы Re и Rj напряжение на нем увеличивается вплоть до открывания ОПТ. При этом в управляющие электроды тиристоров Дз и Д4 подается

Рис. 5-23. Схема трехфазного регулируемого выпрямителя с двумя однопереходными транзисторами в цепи управления.

отпирающий импульс тока через открывшийся ОПТ. Изменяя с помощью резистора Rj постоянную времени заряда Сц, можно получить регулирование выходного напряжения выпрямителя от некоторого максимального значения (ав 10°) практически до нуля (а в 180°).

При малом напряжении на вторичной обмотке силового трансформатора для питания релейного элемента на ОПТ целесообразно использовать отдельный источник. На рис. 5-22 для этой цели служит дополнительный выпрямитель на диодах Дт-Дю, подключенный к вспомогательной обмотке трансформатора.

Пример реализации подобной схемы для управления мостовым трехфазным регулируемым выпрямителем показан на рис. 5-23.

Работа схемы на ОПТу описана выше. С помощью резистора R,b происходит изменение момента открывания тиристоров Л4-Де вследствие изменения скорости заряда конденсатора Су. При открывании ОПТу импульсы управляющих токов подаются ко входам всех трех тиристоров, однако открывается только тот тири--стор, на аноде которого в этот момент будет наиболее положительный потенциал.

Схема, состоящая из ОПТ2 и транзистора Т, не допускает открывания ОПТу при угле открывания тиристоров свыше 120°. На ОПТ2 выполнен самостоятельный релаксационный генератор, в котором цикл заряда конденсатора начинается одновременно с циклом заряда Су. Сопротивление резистора Ryy выбирается таким, чтобы ОЛТ2 открывался при угле открывания тиристоров, несколько меньшем 120°. Если угол открывания тиристоров достигает значения, примерно равного 120°, ОПТ2 открывается. Сг при этом разряжается через входную цепь транзистора Т, что приводит к

Рис. 5-24. Схема однофазного стабилизирующего выпрямителя с однопереходным транзистором в цепи управления.

его насыщению и разряду С, через транзистор Т. При таком периодическом разряде Ci импулы;ы токов управления тиристоров Д4-Дб отсутствуют, а выходное напряжение выпрямителя становится равным нулевому значению.

На рис. 5-24 приведена схема однофазного- стабилизирующего выпрямителя с однопереходным транзистором {ОПТ) в схеме управления [12]. Выходное напряжение выпрямителя 60 В, мощность нагрузки 1,2 кВт.

В рассматриваемом выпрямителе часть выходного напряжения (с резистора Кп) сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне Дц. Оба эти сигнала прикладываются к разным входам дифференциального усилителя постоянного тока на транзисторах Ti и Ts. Усиленный сигнал, пропорциональный разности указанных напряжении, снимается с выхода усилителя (коллектор Ti) и подается на вход релейного элемента на однопереходном транзисторе ОПТ, изменяя скорость заряда конденсатора С^. При этом изменяется угол включения тиристоров Дз и Д4, управляющий сигнал на вход которых подается с обмоток импульсного трансформатора Трз, включенного в цепь ОПТ.

Резистор Rii предназначен либо для получения наибольшей стабильности, либо для обеспечения минимального перерегулирования при переходных процессах. Изменением сопротивления R15 осуществляется изменение коэффициента усиления системы автоматического регулирования, реализованной в данном выпрямителе. Резистор и конденсатор Сг служат для плавного установления режима номинальной нагрузки выпрямителя.

Г.7АВ.А ШЕСТ.АЯ.

НЕПРЕРЫВНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

6-1. Основные типы стабилизаторов и их параметры

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее неизменным напряжение иа нагрузке при изменении значении питающего напряжения и нагрузки, температуры окружающей среды и при воздействии других дестабилизирующих факторов, которые могут привести к изменению напряжения иа на-. грузке.

По принципу деиетвия стабилизаторы напряжения подразделяют на параметрические и компенсационные. При этом под параметрическими стабилизаторами понимаются устройства, в которых стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется в результате перераспределения иапряжений между линейным и нелинейным элементами. В качестве нелинейного элемента в параметрических стабилизаторах используют различные приборы, обладающие резко выраженной нелинейностью вольт-амперных характеристик.

Кремниевые стабилитроны используют при напряжениях иа нагрузке в диапазоне от единиц до сотен вольт и токах нагрузки от единиц до десятков и сотен миллиампер. Газоразрядные стабилитроны, как правило, применяют для стабилизации высоких иа-

пряжений (киловольты) при малых токах нагрузки (микроамперы-доли миллиампера).

Компенсационные стабилизаторы напряжения постоянного тока представляют собой системы автоматического регулирования, содержащие цепь отрицательной обратной связи, по которой сигнйл с выхода стабилизатора воздействует на его вход. Стабилизация напряжения на нагрузке в таких стабилизаторах осуществляется за счет соответствующего регулирования тока, протекающего через силовой регулирующий элемент, в качестве которого широко используют силовые транзисторы.

По способу регулирования стабилизаторы делятся на два вида - непрерывные и импульсные стабилизаторы. В первых через силовой регулирующий элемент непрерывно протекает постоянный ток, который в процессе регулирования определяется мгновенным значением управляющего сигнала. В импульсных стабилизаторах силовой регулирующий элемент поочередно переключается из открытого С0СТ0Я1ШЯ в закрытое и обратно, а ток и напряжение на нагрузке изменяются под действием управляющего сигнала за счет регулирования соотношения между длительностями открытого и закрытого состояний этого элемента. Импульсные стабилизаторы напряжения постоянного тока будут рассмотрены в гл. 7 настоящей книги.

По способу взаимного включения регулирующего элемента РЭ и нагрузки i?h различают последовательные и параллельные стабилизаторы напряжения (рис. 6-1). В первом случае нагрузка и регулирующий элемент стабилизатора включены последовательно

Рис. 6-1. Функциональные схемы стабилизаторов последовательного (о) и параллельного (б) типов.

(рис. 6-1,0), а изменение напряжения на нагрузке приводит к соответствующему изменению тока через регулирующий элемент и перераспределению напряжений на этом элементе и' нагрузке.

В параллельных стабилизаторах напряжения (рис. 6-1,6) регулирующий элемент стабилизатора включен параллельно нагрузке и напряжение на нем практически неизменно. В этом случае небольшие изменения напряжения на нагрузке приводят к соответствующим изменениям тока, протекающего через регулирующий элемент, и изменениям падения напряжения на дополнительном резисторе /?д, включенном в цепь нагрузки. Последние компенсируют изменения выходного напряжения стабилизатора. Отметим, что параметрические стабилизаторы напряжения, как правило, относятся к параллельным стабилизаторам.

Качество работы стабилизатора оценивается следующими основными параметрами; коэффициентом стабилизации напряжения,

внутренним сопротивлением, коэффициентом сглаживания пульсаций напряжения, температурным коэффициентом стабилизатора. Коэффициент стабилизации напряжения равен отношению относительных значений приращений входного и выходного напряжений:

k=(hU /Un)/{&UJUa), (6-1)

где Д t/n и AL/ - соответственно приращения напряжения на входе и выходе стабилизаторе; Un и U - номинальные значения входного и выходного напряжений.

Часто вместо значения к^т качество работы стабилизатора оценивается значением статической ошибки регулирования или частной нестабильностью его выходного напряжения при неизменном токе нагрузки и изменяющемся напряжении на входе стабилизатора бс== Д^/н н.

Коэффициент стабилизации показывает, во сколько раз стабилизатор уменьшает изменение питающего напряжения. Так, например, если напряжение питающей сети изменяется в пределах ±20% от своего номинального значения, а на выходе стабилизатора напряжение поддерживается с точностью ±17о, то коэффициент стабилизации такого стабилизатора равен =20.

Внутреннее сопротивление стабилизатора г^ц характеризует влияние изменений тока нагрузки стабилизатора иа его выходное напряжение и определяется как отношение приращения выходного напряжения А U к вызвавшему его приращению тока нагрузки Д/н при неизменном напряжении на входе стабилизатора reB=AUE.IA /н-Так, например, если при увеличении или уменьшении тока нагрузки стабилизатора на 0,1 А напряжение на его выходе соответственно уменьшается или увеличивается на 10 мВ, то внутреннее сопро-гивление такого стабилизатора равно 0,01/0,1=0,1 Ом.

Очевидно, что при уменьшении внутреннего сопротивления стабилизатора ослабляется влияние изменений тока нагрузки на стабилизированное напряжение.

Коэффициент сглаживания пульсаций характеризует фильтрую-дие свойства стабилизатора. Он показывает, во сколько раз от-.носительное значение пульсаций на входе стабилизатора превышает относительное значение пульсаций стабилизированного напряжения

k y bc=(U JU )/{U JUa),

где t/jj и-f/д. - соответственно амплитудные значения пульсации напряжений-на входе и выходе стабилизатора.

Температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизатора характеризует степень стабильности его выходного напряжения в условиях изменения температуры окружающей среды при неизменных напряжении на входе стабилизатора и токе его нагрузки. Температурный коэффициент напряжения стабилизатора определяется как отношение изменения стабилизированного напряжения к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды

д4ре = д^/ /д4р.

Помимо перечисленных выше основных параметров стабилизаторов, характеризующих качество стабилизации напряжения, такие устройства оцениваются, кроме того, по энергетическим показате-

лям. Важнейшим энергетическим показателем стабилизаторов является коэффициент полезного действия т)с, равный отношению мощности, потребляемой нагрузкой с выхода стабилизатора, к мощности, потребляемой стабилизатором от источника питания.

6-2. Параметрические стабилизаторы

Схема простейшего параметрического стабилизатора постоянного напряжения приведена на рис. 6-2. Здесь параллельно нагрузке Rn включен кремниевый стабилизатор Д, а между источником питания и стабилитроном включен дополнительный резистор Лд. Ток через Rp, равен сумме тока нагрузки и тока, протекающего через стабилитрон.

Рис. 6-2. Простейший параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока.

Рис. 6-3. Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона.

При увеличении напряжения на входе стабилизатора ток через стабилитрон в соответствии с его вольт-амперной характеристикой (рис. 6-3) резко увеличивается, что приводит к увеличению тока через резис'ор R и соответствующему увеличению напряжения на этом резисторе. Напряжение на стабилитроне, а следовательно, и на нагрузке при этом практически не изменяется. При уменьшении входного напряжения, наоборот, падение напряжения на /?д уменьшается таким образом, что напряжение на стабилитроне и нагрузке остается неизменным.

Коэффициент стабилизации напряжения для простейшего пара-, метрического стабил(1затора (рис.. 6-2) равен:

диф Сп

(6-2)

где диф-дифференциальное сопротивление стабилитрона, равное диф = А Ссх/А/ст-

Очевидно, что с .увеличением значения /?д увеличивается коэффициент Сглаживания рассматриваемого стабилизатора, однако при этом вследствие увеличения падения напряжения на резисторе /?д уменьшается его к.п.д. Как правило, отношение (J /U рекомендуется выбирать примерно равным 1,5-3,0; при этом коэффициент сглаживания равен 10-30.

Так как параметрические стабилизаторы на кремниевых стабилитронах являются практически безынерционными устройствами, коэффициенты сглаживания пульсаций напряжения по значению примерно равны значениям коэффициентов стабилизации.

Стабилитроны, предназначенные для использования в параметрических стабилизаторах постоянного напряжения, как правило, должны характер1юоваться высокой стабильностью их параметров в диапазоне рабочих температур. Как показали результаты измерений [18], у больш.инства стабилитронов с напряжением стабилизации Осч больше 6 В ТКН имеет положительное значение. При напряжении стабилизации около 6 В ТКН стабилитронов имеет переменный знак, т. е. при увеличении рабочей температуры напря-йсение стабилизации может либо увеличиваться, либо уменьшаться. У стабилитронов с напряжением стабилизации меньше 5 В ТКН отрицателен: для таких приборов увеличение рабочей температуры всегда приводит к уменьшению напряжения стабилизации, а уменьшение рабочей температуры к его увеличению.

Жесткие требования, в ряде случаев предъявляемые к температурной стабильности напряжения на выходе параметрического стабилизатора, приводят к необходимости введения в схему стабилизатора дополнительных термокомпенсирующих элементов. Наиболее часто для этой цели на практике используются обычные кремниевые диоды, включаемые последовательно со стабилитроном (рис. 6-4). Путем подбора соответствующих типов и количе-

Рис. 6-4. Термокомпенсация выходного напряжения параметрического стабилизатора с помощью обычных диодов.

ства дополнительных термокомпенсирующих диодов (Дг, Дз и т. д.) удается получить высокую температурную стабильность напряжения на нагрузке даже при использовании стабилитронов с большим ТКН.

Отмеченный способ повышения температурной стабильности выходного напряжения основан на том обстоятельстве, что диоды, включенные в прямом направлении, всегда имеют отрицательный, а большинство стабилитронов с f/ст >6 В - положительный ТКН. CyjMMapHbifi ТКН цепочки из последовательно соединенных диодов и стабилитрона всегда меньше, чем ТКН отдельно взятого диода и стабилитрона, и при правильном выборе компенсирующих диодов сколь угодно близко может приближаться к нулевому значению. Такой же способ уменьшения ТКН реализован в специальных термокомпенсированных стабилитронах типов Д818А-Д818Е; КС196А-КС196Г, выпускаемых - отечественной промышленностью.

Использование в параметрических стабилизаторах напряжения

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 22