Общая квалификация и основные параметры стабилизаторов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Кафедра «Радиоэлектроника»

Руденко Н.В.

ЛЕКЦИЯ № 4

Тема лекции: «ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ И КОМПЕНСАЦИОННЫЕ

СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА»

по дисциплине «электропитание и элементы

электромеханики»

Ростов-на-Дону

Лекция 4

Тема лекции: «Параметрические и компенсационные

Стабилизаторы напряжения и тока

Учебные вопросы

Общая квалификация и основные параметры стабилизаторов.

Параметрические стабилизаторы напряжения и тока.

Компенсационные стабилизаторы постоянного тока

C непрерывным регулированием.

Литература

1. Бушуев В. М., Деминский В. А. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: учеб. пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2011. - с. 194 – 143.

Общая квалификация и основные параметры стабилизаторов

Дестабилизирующие факторы. Напряжение питающей сети практически никогда не остается постоянным и может меняться в широких пределах. Многие электротехнические и радиоэлектронные устройства РЭС питаются от источников, выходное напряжение или ток которых должны оставаться почти неизменными при изменении дестабилизирующих факторов в широком пределах.

Основными дестабилизирующими факторами, вызывающими изменение напряжения (тока) электроприемников ИВЭ являются: колебания питающих напряжений сети; изменения потребляемой приемником мощности; колебания частоты тока сети; изменения температуры окружающей среды, изменения давления, ионизирующие излучения и другие.

Изменения питающих напряжений возникают из-за нестабильности напряжения питающей сети. Большая часть приемников питается от промышленной сети переменного напряжения с частотой 50 Гц. Колебания напряжения сети могут достигать 10...15% от номинального значения. При питании устройств РЭСБН от маломощных энергетических сетей или от автономных источников колебания напряжения могут достигать 15...20%, а иногда и более.

Изменение тока приводит к изменению падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника и сопротивлениях соединительных проводов. Чем больше внутреннее сопротивление источника и сопротивления соединительных проводов, тем большими будут изменения напряжения.

Различные электротехнические устройства допускают различную нестабильность напряжения питания dU = (D U _вых/ U _{вых.ном}). Так, например, для приборов автоматики и телемеханики она не должна превышать 5...10%, для выходных каскадов радиоприемных устройств - 3...5%, для электронного микроскопа - она не должна превышать 0.005%.

Поскольку колебания вышеуказанных дестабилизирующих факторов могут носить плавный, медленно изменяющийся характер или происходить скачком очень быстро, а во времени эти изменения носят случайный характер, то устройство, поддерживающее значение напряжения в заданных пределах, должно работать непрерывно и автоматически.

Стабилизатором напряжения (тока или мощности) называется устройство, которое автоматически обеспечивает поддержание с требуемой точностью значения напряжения (тока или мощности) у электроприемников в требуемых пределах при влиянии дестабилизирующих факторов.

Способы стабилизации. Различают индивидуальный и централизованный способы обеспечения приемников РЭСБН стабильным напряжением. При индивидуальном способе каждый из них имеет свой отдельный стабилизатор, а при централизованном - все приемники питаются от общего стабилизатора.

Выбор способа стабилизации напряжения определяется режимами работы приемников РЭСБН, соотношением их потребляемых мощностей, конструктивными и эксплуатационными, а также экономическими особенностями. Как правило, для стабилизации переменного напряжения мощных приемников или их групп применяется централизованный способ стабилизации.

Классификация стабилизаторов. Стабилизаторы можно классифицировать по роду напряжения (тока), по мощности, точности поддержания выходного напряжения, областям применения, принципам действия.

По роду напряжения (тока) различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.

По мощности стабилизаторы подразделяются на маломощные (до 50 Вт), средней мощности (до 2 кВт) и большой мощности (свыше 2 кВт).

В зависимости от точности поддержания стабилизируемой величины в соответствии с ГОСТ 19157-73 - различают стабилизаторы низкой стабильности, если нестабильность выходного напряжения превышает 5%; средней стабильности - (1...5%); высокой стабильности - (0.1...1.0%); и очень высокой стабильности (прецизионные) - 0, 1%.

По принципу действия стабилизаторы переменного и постоянного напряжения подразделяются на параметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы и стабилизация напряжения (тока) осуществляется в результате нелинейности их вольт-амперных характеристик (ВАХ).

Компенсационные стабилизаторы строятся по принципу системы автоматического регулирования, содержащей регулирующий элемент и цепь отрицательной обратной связи. Эффект стабилизации в этих устройствах достигается посредством компенсации действия дестабилизирующего фактора и восстановления требуемого значения регулируемой величины за счет изменения параметров регулирующего элемента под действием сигнала обратной связи. В компенсационных стабилизаторах напряжения сигнал обратной связи является функцией выходного напряжения, а в стабилизаторах тока - функцией выходного тока. В качестве регулирующего элемента в компенсационных стабилизаторах используются управляемые нелинейные элементы (транзисторы, тиристоры и др.). В зависимости от режима работы регулирующего элемента компенсационные стабилизаторы делятся на непрерывные (или линейные) и импульсные (или дискретные).

Коэффициент стабилизации. Одним из основных параметров стабилизатора напряжения является стабильность выходного напряжения. Она зависит от степени влияния дестабилизирующих факторов на характеристики элементов схемы стабилизатора. Величина колебаний напряжения потребителей оценивается коэффициентом стабилизации, который определяется для стабилизатора напряжения таким образом:

(4.1)

при I _вых = const,

где U _вх.н и U _вых.н- номинальные значения входного и выходного напряжений;

D U _вх и D U _вых – соответствующие изменения входного и выходного напряжений;

l _н – коэффициент передачи напряжения со входа на выход стабилизатора, равный l _н= U _вых/ U _вх.н.

Иными словами, коэффициент стабилизации по напряжению является безразмерной величиной и определяет, во сколько раз относительное изменение выходного напряжения меньше относительного изменения входного напряжения.

Численное значение коэффициента стабилизации для различных типов стабилизаторов имеет величину от единиц до нескольких тысяч.

Характеристики стабилизаторов. Важной характеристикой стабилизатора является внешняя характеристика, которая показывает характер зависимости входного напряжения стабилизатора от величины его тока нагрузки при неизменном входном напряжении (рис. 4.1):

U _вых = f (I _вых), при U _вх = const. (4.2)

По внешней характеристике стабилизатора определяется его выходное (внутреннее) сопротивление, которое рассчитывается как приращение выходного напряжения D U _вых к приращению выходного тока D I _вых при неизменном входном напряжении U _вх = const.

(4.3)

Знак " минус" показывает, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение уменьшается.

Рисунок 4.1 - Внешняя характеристика стабилизатора

Другой важной характеристикой стабилизатора является его эксплуатационная характеристика, определяющая пределы изменения входного напряжения, в которых выходное напряжение остается в заданных пределах. Она характеризуется зависимостью выходного напряжения U _вых от входного U _вх при неизменной величине тока нагрузки I _вых

U _вых = f (U _вх), при I _вых = const. (4.4)

Характер этой зависимости представлен на рис. 4.2.

Другие параметры и показатели стабилизаторов. Для стабилизаторов постоянного (выпрямленного) напряжения характерен следующий параметр.

Температурный коэффициент стабилизатора g равен отношению приращения выходного напряжения D U _вых к приращению температуры окружающей среды D Т _окр при неизменных входном напряжении и токе нагрузки (U _вх = const; I _вых = const)

g = D U _вых/D T _окр. (4.5)

Рисунок 4.2 - Эксплуатационная характеристика стабилизатора

Температурный коэффициент стабилизатора g равен отношению приращения выходного напряжения D U _вых к приращению температуры окружающей среды D Т _окр при неизменных входном напряжении и токе нагрузки (U _вх = const; I _вых = const)

g = D U _вых/D T _окр. (4.5)

Основным энергетическим показателем стабилизаторов напряжения является коэффициент полезного действия h, равный отношению активной мощности, отдаваемой стабилизатором приемнику, к активной мощности, потребляемой стабилизатором от сети

h = Р _вых/ Р _вх. (4.6)