Лекция 3 - Конспекты (1095370), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В СССР они имели широкоераспространение: обычно через них подключали телевизоры. В телевизорахпервых поколений применялись сетевые ИЭП с линейными стабилизатораминапряжения (а некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированнымнапряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети,особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизациинапряжения.Споявлениемтелевизоров,имевших импульсныеИЭП,необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.ФРС представляет собой устройство, принцип работы которого основанна использовании резонансных явлений и нелинейных свойств насыщенныхстальных магнитопроводов. ФРС состоит из двух дросселей: с ненасыщаемымсердечником(имеющиммагнитныйзазор)инасыщенным,атакжеконденсатора.
Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение35Электропитание РЭАГлава 3на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметровдросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения приизменении входного напряжения в достаточно широких пределах, нонезначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияет нахарактеристики стабилизатора.Рассмотрим устройство и работу наиболее часто применявшегося ФРС смагнитным шунтом (рисунок 3.19).
Магнитопровод этого стабилизаторапредставляет собой трёхстержневой сердечник с различными сечениями. Насреднем стержне с большим сечением расположена первичная обмотка w1 икомпенсационная wк, на крайнем стержне с меньшим сечением – вторичнаяобмотка w2 и резонансная wр обмотки.
Третий стержень, отделённый отсреднего стержня воздушным зазором, является магнитным шунтом. Наобмотку w1 подаётся напряжение сети переменного тока.Рисунок 3.19 – Конструкция ФРС с магнитным шунтомМШ – магнитный шунтТок, проходящий по обмотке w1, создаёт в среднем стержне основноймагнитный поток, который замыкается через крайние стержни. Так как среднийстержень имеет большое сечение, то магнитодвижущая сила (МДС) обмотки w1не насыщает его. Стержень с обмотками w2 и wp оказывается насыщенным, таккак он имеет меньшее по сравнению со средним стержнем сечение.36Электропитание РЭАГлава 3Изменением величины воздушного зазора между шунтом и средним стержнемсоздается необходимое распределение магнитного потока между шунтом истержнем с меньшим сечением, что является дополнительным средством дляболее точной настройки ФРС.КонденсаторомСр,включеннымпараллельноспоследовательносоединенными вторичной и резонансной обмотками, создан резонансныйконтур (резонанс токов), в ветвях которого протекают очень значительныетоки, которые ещё больше насыщают стержень с меньшим сечением.ФРСработаетследующимобразом.Приповышениивходногонапряжения возрастает и магнитный поток в среднем стержне.
В связи с тем,что сталь крайнего стержня с меньшим сечением уже насыщена, магнитныйпоток в нём возрастает незначительно и выходное напряжение ФРС малоизменяется. При этом избыток потока замыкается через магнитный шунт ичастично рассеивается через воздух.Стабильность выходного напряжения повышается ещё больше благодарякомпенсационной обмотке wк, так включенной последовательно с обмоткой w2,что её напряжение вычитается из напряжения вторичной обмотки.
Напряжениекомпенсационной обмотки пропорционально напряжению сети, но онозначительно меньше напряжения обмотки w2 Напряжение на нагрузке ФРСравно разности напряжений вторичной и компенсационной обмоток, поэтомуто небольшое приращение напряжения, которое всё же получается навторичной обмотке w2, будет скомпенсировано увеличившимся напряжениемобмотки wк.Из-за явления резонанса ФРС чувствителен к колебаниям частотыпитающей сети.
Изменение частоты сети на 1% вызывает изменениестабилизированногонапряженияна1,5-2%,чтоявляетсяосновнымнедостатком ФРС. К другим недостаткам относятся искажение формы кривойвыходного напряжения и зависимость выходного напряжения от характеранагрузки. Достоинствами ФРС являются небольшая стоимость, большой срок37Электропитание РЭАГлава 3службы и надёжность в работе, простота конструкции и простота вобслуживании, высокая стабильность напряжения.Внутреннее устройство и внешний вид ФРС изображены на рисунке 3.20.Рисунок 3.20 – Устройство и внешний вид феррорезонансных стабилизаторовДругой пример параметрического стабилизатора переменного тока,практически не используемого в настоящее время, – дроссельный.Дроссель, работающий в режиме насыщения магнитопровода, обладаетнелинейной ВАХ для переменного тока (рисунок 3.21а).
Типовая схемадроссельного стабилизатора приведена на рисунке 3.21б.В схеме стабилизатора насыщенный дроссель L2 включается параллельнонагрузке ZН. В качестве балластного сопротивления применяется дроссель L1,работающий в режиме насыщения магнитопровода и имеющий линейную ВАХ.Принцип действия схемы состоит в следующем.
При увеличениипеременного напряжения на входе стабилизатора Uвх.пер увеличится напряжение38Электропитание РЭАГлава 3на выходе Uвых.пер и балластном линейном дросселе L1. Ток через насыщенныйдроссель резко возрастёт. Но при этом падение напряжения на дросселе L1тоже возрастёт, а на дросселе L2 и нагрузке ZН увеличится незначительно. Приуменьшениивходногонапряженияпроцессыстабилизациипроисходятаналогично.а)б)Рисунок 3.21 – ВАХ дросселя переменного тока (а) и схема простейшегодроссельного стабилизатора (б)Достоинства такого стабилизатора:- простота устройства;- большой диапазон рабочих напряжений.Недостатки:- низкий КПД (0,4-0,6), так как стабилизаторы работают при большихтоках;- малый коэффициент мощности – 0,6;- малый коэффициент стабилизации из-за большого динамическогосопротивления: Кст < 10;- искажения формы кривой переменного напряжения на нагрузке;- большие масса и габариты.39Электропитание РЭАГлава 33.5.3 Компенсационные стабилизаторы напряжения (тока)3.5.3.1 Непрерывного действияВ компенсационных стабилизаторах ИЭП осуществляется непрерывноеили импульсное регулирование: последовательно или параллельно с нагрузкойвключается РЭ (обычно транзистор), управляемый сигналом ОС, за счёт чеговыходное напряжение ИЭП поддерживается на постоянном уровне.На рисунке 3.22 приведена функциональная схема типового линейногоИЭП со стабилизатором, у которого РЭ (транзистор) включен последовательнос нагрузкой.
В частности, на схеме показано, что эквивалентом транзистора всхеместабилизатораявляетсярезисторспеременнымуправляемымсопротивлением. Там же на рисунке приведены формы напряжений на входе ивыходе стабилизатора.а)б)Рисунок 3.22 – Функциональная схема (а) типового линейного сетевого ИЭП иформы его напряжений (б)В – выпрямитель; СФ – сглаживающий фильтр; СУ – схема управления40Электропитание РЭАГлава 3Отличительная особенность линейных ИЭП заключается в том, что ихвыходноенапряжениевсегданиженестабилизированноговходногонапряжения. Кроме этого, выходное напряжение U0 всегда имеет одинаковуюполярность с входным напряжением Uсф, а сам стабилизатор непрерывнорассеивает мощность Pрас I Н (U сф U 0 ) .Ряд линейных ИЭП, помимо своей основной функции, способны:- следить за значением входного напряжения и формировать контрольныйсигнал, предназначенный для предупреждения об аварийной просадкенапряжения на входе;- изменять выходное напряжение и выходной ток под действиемуправляющего сигнала;- совместно с резервным источником первичной электроэнергии(аккумулятором или гальванической батареей) обеспечивать бесперебойноеэлектропитание РЭА.Современная тенденция развития линейных ИЭП такова, что онистроятся в основном с применением интегральных стабилизаторов, а долядискретных активных элементов в них постоянно уменьшается.
Первыйинтегральный стабилизатор увидел свет в 1966 г. (микросхема LM100разработки Р. Видлара из "National Semiconductor"). LM100 позволяластабилизировать напряжения от 2 до 30 В c совокупной ошибкой в военномдиапазоне температур (от -55 до 125°C) не более 1 %. Источником опорногонапряжения выступал стабилитрон на 6,3 В, регулирующим элементом –относительно маломощный составной транзистор, поэтому на практикемикросхема LM100 использовалась не как законченный стабилизатор, а каксхема управления внешним силовым транзистором.Вскоре, в 1967 г., была разработана микросхема μА723 ("Fairchild").
Онасодержала температурно-компенсированный источник опорного напряжения,дифференциальныйусилитель,последовательновключенныйпроходнойтранзистор и схему защиты, обеспечивающую ограничение выходного тока.41Электропитание РЭАГлава 3Первый в мире интегральный трёхвыводной стабилизатор на напряжение+5 В – LM109 – появился в первой половине 1970 г. Новая микросхемаотличалась от LM100 не только предельными значениями тока и мощности иудобством применения, но и тем, что источником опорного напряжения в нёмслужил не стабилитрон, а так называемый бандгап Видлара – транзисторныйисточник опорного напряжения, примерно равного ширине запрещённойзоны кремния (около 1,2 В). Принцип действия бандгапа сформулировал ещё в1964 году Д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
