Регулювання і стабілізація напруги і струму джерел зовнішнього електроживлення

"Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки"
Кафедра захисту інформації
РЕФЕРАТ
на тему:
«РЕГУЛЮВАННЯ І СТАБІЛІЗАЦІЯ напруги і струму джерел зовнішнього електроживлення»
МІНСЬК, 2009

Найпростіші регулятори U і I - потенціометри й реостати! Але регулювання з їх допомогою неекономічно й істотно знижує ККД джерела. Тому в техніці електроживлення застосовуються спеціальні регулятори з підвищеним ККД. В якості регулятора зі східчастою зміною напруги на стороні змінного струму можуть служити трансформатори з багатьма відводами у вторинній обмотці або кількома вторинними обмотками.

Малюнок 1
Існують регулятори на основі так званих поворотних трансформаторів.
Використовуються вугільні регулятори. Вельми перспективними є використання схем керованих випрямних пристроїв, дія яких заснована на використанні в вентильному ланці керованих вентилів: тиратронів, ртутні колби (ігнітрони), тиристори.
Гідність: високе значення ККД.
Завдання стабілізації U і I вирішується за допомогою спеціальних пристроїв стабілізації, які за принципом дії поділяються на:
- Параметричні;
- Компенсаційні.
Параметричні - засновані на принципі дії елементів з нелінійної ВАХ (газотрони, напівпровідникові стабілітрони, барретори).
Газотрони - дроселі з насиченням муздрамтеатру.
Компенсаційні - являють собою пристрої авторегулювання зі зворотним зв'язком (ОС) і можуть працювати в лінійному режимі:
- Стабілізація з безперервним регулюванням, лінійні і в імпульсному режимі;
- Імпульсна стабілізація.
Досить ефективними для регулювання U ІВЕП, як зазначалося, є керовані випрямлячі.
Керовані випрямлячі (УВ)
Найпростішим УВ є схема двухполупериодного керованого випрямляча.

Малюнок 2
Середнє значення U на виході визначається площею під пульсаціями U на вході і зі зміною кута регулювання може змінюватися.
Кут регулювання визначається затримкою імпульсів щодо моменту, відповідного нульових значень (моменту перетину з нульовим значенням). Ця затримка може регулюватися в схемі управління.
; (1)
. (2)
Переваги:
- Простота регулювання напруги;
- Мала потужність управління (тому що необхідний малий )
- Можливість відділення та дистанційного встановлення УУ від силової частини, що покращує безпеку роботи і зручність експлуатації.
Недоліки:
- Ускладнення форми пульсації (розширення її спектру);
- Підвищений коефіцієнт пульсації;
- Значне споживання реактивної потужності від ПІП, що знижує коефіцієнт потужності ( ).
Випрямний пристрій на тиристорах, незважаючи на недоліки, широко застосовується.
Загальні відомості про стабілізацію I і U
пропорційно , Який змінюється під дією багатьох дестабілізуючих факторів:
- Зміна U ПІП (дестабілізуючий фактор по входу);
- Зміна навантаження, як наслідок, зміна падіння напруги на внутрішньому опорі ІВЕП (дестабілізуючий фактор щодо виходу)
- Зміна навколишнього середовища (температура) і зміна номіналів у різних елементів (старіння ел-тів)
Тобто , А набуває ще й
- Відносна нестабільність по напрузі;
(3)
Різні ІВЕП класифікуються за відносної нестабільності на:
1. - Низька стабільність;
2. - Середня стабільність;
3. - Висока стабільність;
4. - Прецизійний джерело.
Розглянемо стабілізатор як проміжна ланка між випрямлячем і навантаженням. Можна визначити його характеристики за наступною схемою:
Стабілізатор повинен придушити швидкі флуктуації, і повільні відходи.
1. Кст u - коефіцієнт стабілізації за напругою.
(4)

Еквівалентна схема стабілізатора:

Малюнок 3
2. - Внутрішній опір (характеризує стабільність роботи навантаження по виходу при дії дестабілізуючих чинників).
(5)

3. - Коефіцієнт згладжування пульсацій
(6)
4. - Температурна нестабільність напруги на виході
(7)

або
5. - Значення ККД.
(8)
Стабілізація може бути (за видом роботи):
- Постійний струм;
- Змінний струм.
Параметричні стабілізатори постійного і змінного струму
У параметричних стабілізаторах підвищення стабільності живлячої U (I) досягається застосуванням спеціально призначених для роботи в таких умовах елементів з нелінійної ВАХ (газотрони, стабілітрони, дросель, барретори).
(Одиниці Ом) (9)
Для стабілітрона: схеми заміщення виглядає наступним чином (малюнок 4)

Малюнок 4
Напівпровідникові параметричні стабілізатори.

Малюнок 5
- Гасящее R
(Пренебрежимо)
Еквівалентна схема:
Аналізуючи раніше розглянуті характеристики можна визначити внутрішній опір стабілізатора за наведеною еквівалентної схеми.
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
Далі можна отримати:
(16)
(17)
З формули випливає, що для підвищення , Необхідно вибирати стабілітрон з якомога меншим або збільшувати . Але зі збільшенням зростає і падіння напруги на ньому, що вимагає більшого E.
Можливості отримання великих в даній схемі обмежені.
Стабілітрони володіють достатнім швидкодією і при НЧ пульсаціях вхідної напруги працюють з такою ж ефективністю, як і при повільному зміні вхідної напруги в розглянутій схемі.
(18)
Переваги:
- Гранична простота;
- Мінімум елементів;
- Низька вартість.
Недоліки:
- Малі ;
- Неможливість зменшити проти значення ;
- Порівняно невисока температурна нестабільність;
- Мала досяжна потужність.
Але можна збільшити і змінити температурну залежність шляхом:
1) у каскад з'єднуються декілька пар стабілітронів;
2) встановлюються термокомпенсірующіе елементи.

Малюнок 6

Малюнок 7
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
На практиці для стабілізації напруги застосовують компенсаційні стабілізатори.
У випадку, якщо треба стабілізувати струм, а не напруга, може бути використаний барретор.

Малюнок 8
Зі зростанням температури зростає Rt і падає струм Iн (повертається до свого значенням).
Технологія спрямована на підвищення надійності. Оскільки дія барретора засноване на тепловому ефекті, то вони можуть застосуються як на постійному так і на змінному струмі. Барретор знаходить застосування для стабілізації напруження в лампових приладах.
У принципі для стабілізації U ~ можуть бути використані напівпровідникові прилади за наступною схемою.

Малюнок 9
Цей пристрій (рисунок 9) не може бути потужним.
Порівняно потужні пристрої стабілізації сроятся з використанням електромагнітних нелінійних елементів у вигляді дроселів з насичуючої індуктивності L.
Простий електромагнітний стабілізатор змінної напруги.

Малюнок 10
- Нелінійна індуктивність;
- Лінійна індуктивність.
(24)
Недоліки:
- Велике споживання реактивного струму I;
- Малі значення коефіцієнта стабілізації;
- Наявність початкового струму I у схемі, що виводить її на робочий ділянку
Цих недоліків позбавлені параметричні ферорезонансні стабілізатори змінної напруги.

ЛІТЕРАТУРА
1. Іванов-Циганов А.І. Електротехнічні пристрої радіосистем: Підручник. - Вид. 3-є, перероб. і доп.-Мн: Вища школа, 200
2. Алексєєв О.В., Китаєв В.Є., Шіхін А.Я. Електричні пристрої / Под ред. А. Я. Шіхіна: Підручник. - М.: Енергоіздат, 200 - 336 с.
3. Березін О.К., Костіков В.Г., Шахно В.А. Джерела електроживлення радіоелектронної апаратури. - М.: Три Л, 2000. - 400 с.
4. Шустов М.А. Практична схемотехніка. Джерела живлення і стабілізатори. Кн. 2. - М.: Альтекс а, 2002. -191 С.