Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Параметры стабилизаторов постоянного тока

Работа стабилизатора на стабилитроне — основные параметры

Для многих электрических схем и цепей достаточно простого блока питания, который не имеет стабилизированной выдачи напряжения. Такие источники чаще всего включают в себя низковольтный трансформатор, диодный выпрямительный мост, и конденсатор, выступающий в виде фильтра.

Напряжение на выходе блока питания имеет зависимость от числа витков вторичной катушки трансформатора. Обычно напряжение бытовой сети имеет посредственную стабильность, и сеть не выдает нужные 220 вольт. Величина напряжения может плавать в интервале от 200 до 235 В. Значит, и напряжение на выходе трансформатора также не будет стабильным, а вместо стандартных 12 В получиться от 10 до 14 вольт.

Работа схемы стабилизатора

Электрические устройства, которые не чувствительны небольшим перепадам напряжения питания могут обойтись обычным блоком питания. А более капризные приборы уже не смогут работать без стабильного питания, и могут попросту сгореть. Поэтому есть необходимость во вспомогательной схеме выравнивания напряжения на выходе.

Рассмотрим схему работы простого стабилизатора, выравнивающего постоянное напряжение, на транзисторе и стабилитроне, который играет роль основного элемента, определяет, выравнивает напряжение на выходе блока питания.

Перейдем к конкретному рассмотрению электрической схемы обычного стабилизатора для выравнивания постоянного напряжения.

  • Имеется трансформатор для понижения напряжения с переменным напряжением на выходе 12 В.
  • Такое напряжение поступает на вход схемы, а конкретнее, на диодный выпрямительный мост, а также фильтр, выполненный на конденсаторе.
  • Выпрямитель, выполненный на основе диодного моста, преобразует переменный ток в постоянный, однако получается скачкообразная величина напряжения.
  • Полупроводниковые диоды должны работать на наибольшей силе тока с резервом 25%. Такой ток может создавать блок питания.
  • Обратное напряжение не должно снижаться меньше, чем выходное напряжение.
  • Конденсатор, играющий роль своеобразного фильтра, выравнивает эти перепады питания, преобразуя форму напряжения в практически идеальную форму графика. Емкость конденсатора должна находиться в пределах 1-10 тысяч мкФ. Напряжение должно быть тоже выше входной величины.

Нельзя забывать о следующем эффекте, что после электролитического конденсатора (фильтра) и диодного выпрямительного моста переменное напряжение повышается на величину около 18%. А значит, что в результате получается не 12 В на выходе, а около 14,5 В.

Действие стабилитрона

Следующим этапом работы является работа стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения в конструкции стабилизатора. Он является главным функциональным звеном. Нельзя забывать, что стабилитроны могут в определенных пределах выдерживать стабильность на некотором постоянном напряжении при обратном подключении. Если подать напряжение на стабилитрон от нуля до стабильного значения, то оно будет повышаться.

Когда оно дойдет до стабильного уровня, то останется постоянным, с небольшим возрастанием. При этом будет увеличиваться сила тока, проходящего по нему.

В рассматриваемой схеме обычного стабилизатора, у которого выходное напряжение должно быть 12 В, стабилитрон определен для величины напряжения 12,6 В, так как 0,6 В будет являться потерей напряжения на переходе транзистора эмиттер – база. Выходное напряжение на приборе будет именно 12 В. А так как мы устанавливаем стабилитрон на величину 13 В, на выходе блока получится примерно 12,4 вольта.

Стабилитрон требует ограничения тока, предохраняющего его от излишнего нагревания. Судя по схеме, эту функцию осуществляет сопротивление R1. Оно включено по последовательной схеме со стабилитроном VD2. Другой конденсатор, выполняющий функцию фильтра, подключен параллельно стабилитрону. Он должен выравнивать возникающие импульсы напряжения. Хотя можно вполне обойтись и без него.

Читайте так же:
Расчет стабилизаторов напряжения постоянного тока

На схеме изображен транзистор VТ1, подключенный с общим коллектором. Такие схемы характеризуются значительным усилением тока, однако при этом по напряжению усиления нет. Отсюда следует, что на выходе транзистора образуется постоянное напряжение, имеющееся на входе. Так как эмиттерный переход забирает на себя 0,6 В, то на выходе транзистора получается всего 12,4 В.

Для того, чтобы транзистор стал открываться, необходим резистор для образования смещения. Такую функцию выполняет сопротивление R1. Если изменять его величину, то можно изменять выходной ток транзистора, а, следовательно, и выходной ток стабилизатора. В качестве эксперимента можно вместо резистора R1 подключить переменный резистор на 47 кОм. Регулируя его можно изменять выходную силу тока блока питания.

В конце схемы стабилизатора напряжения подключен еще один маленький конденсатор электролитического типа С3, который выравнивает импульсы напряжения на выходе стабилизированного устройства. К нему припаян по параллельной схеме резистор R2, который замыкает эмиттер VТ1 на отрицательный полюс схемы.

Заключение

Эта схема наиболее простая, включает в себя наименьшее количество элементов, создает стабильное напряжение на выходе. Для работы множества электрических устройств этого стабилизатора вполне достаточно. Такой транзистор и стабилитрон рассчитаны на наибольшую силу тока 8 А. Значит, что для подобного тока необходим охлаждающий радиатор, отводящий тепло от полупроводников.

Для разработки таких стабилизаторов чаще всего применяются стабилитроны, транзисторы и стабисторы. Они имеют пониженный КПД, поэтому используются только в маломощных схемах. Чаще всего они применяются в качестве источников основного напряжения в схемах компенсации стабилизаторов напряжения. Такие параметрические стабилизаторы бывают мостовыми, многокаскадными и однокаскадными. Это наиболее простые схемы стабилизаторов, построенных на основе стабилитрона и других полупроводниковых элементов.

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Классификация и параметры стабилизаторов напряжения тока. Характеристики стабилитрона и нагрузочного сопротивления. Компенсационный транзистор постоянного напряжения с непрерывным регулированием. Различные параметры мощности импульсного стабилитрона.

  • посмотреть текст работы «Стабилизаторы постоянного напряжения и тока»
  • скачать работу «Стабилизаторы постоянного напряжения и тока» (реферат)

Подобные документы

Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона. Параметрические стабилизаторы напряжения. Соотношения токов и напряжений. Относительное приращение напряжения на выходе стабилизатора. Температурный коэффициент напряжения стабилизации.

лабораторная работа, добавлен 03.03.2009

Изучение работы усилителей постоянного тока на транзисторах и интегральных микросхемах. Определение коэффициента усиления по напряжению. Амплитудная характеристика усилителя. Зависимость выходного напряжения от напряжения питания сети для усилителя тока.

лабораторная работа, добавлен 31.08.2013

Закономерности протекания тока в p–n переходе полупроводников. Построение вольтамперных характеристик стабилитрона, определение тока насыщения диода и напряжения пробоя (напряжения стабилизации). Расчет концентрации основных носителей в базе диода.

лабораторная работа, добавлен 27.07.2013

Понятие стабильного переменного напряжения, его характеристика и свойства особенностей. Параметрические феррозонансные стабилизаторы напряжения. Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока, их описание и особенности каждого из разновидностей.

реферат, добавлен 10.02.2009

Потенциометры и реостаты — простейшие регуляторы напряжения и тока. Виды и принцип работы. Высокая эффективность управляемых выпрямителей для регулирования U и I. Параметрические стабилизаторы постоянного и переменного тока, недостатки и применение.

реферат, добавлен 10.02.2009

Принципы действия приборов для измерения электрического тока, напряжения и сопротивления; расчет параметров многопредельного амперметра магнитоэлектрической системы и четырехплечего уравновешенного моста постоянного тока; метрологические характеристики.

курсовая работа, добавлен 18.06.2012

Принципиальная электрическая схема четырёхплечего неравновесного измерительного моста постоянного тока. Исследование чувствительности по напряжению мостовых измерительных схем постоянного напряжения, параметры при исследовании чувствительности схемы.

Читайте так же:
Микросхемы стабилизаторы с током 2 а

лабораторная работа, добавлен 03.12.2009

Выбор и обоснование структурной и принципиальной схемы стабилизатора постоянного напряжения. Защита полупроводниковых стабилизаторов напряжения на основе операционного усилителя от перегрузок по току и короткому замыканию. Расчет регулирующего элемента.

курсовая работа, добавлен 09.07.2014

Анализ исходных данных и выбор схемы импульсного управления исполнительным двигателем постоянного тока. Принцип работы устройства. Расчёт генератора линейно изменяющегося напряжения. Построение механической и регулировочной характеристик электродвигателя.

курсовая работа, добавлен 14.10.2009

Анализ измерительных устройств для измерения электрического тока, напряжения и сопротивления. Расчёт параметров четырехплечего уравновешенного моста постоянного тока. Оценивание характеристик погрешности и вычисление неопределенности измерений.

курсовая работа, добавлен 19.06.2012

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • »

Стабилизаторы напряжения. Параметрические стабилизаторы напряжения. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения

Страницы работы

Содержание работы

ЛЕКЦИЯ 31

Стабилизаторы напряжения

Выпрямленное напряжение зависит от изменения нагрузки потребителя и нестабильности напряжений U1 и U2 питающей сети. Это отрицательно сказывается на работе электронных устройств. Для стабилизации выпрямленного напряжения между выпрямителем и нагрузкой включают стабилизатор напряжения Ст (рис. 2.1).

Существует два типа стабилизаторов напряжения: параметрические и компенсационные.

В параметрическом стабилизаторе стабилизирующим элементом является стабилитрон.

В компенсаторном стабилизаторе автоматическое регулирование напряжения на нагрузке осуществляется по компенсационному принципу с целью отрицательной обратной связи.

Для оценки работы стабилизаторов используют следующие параметры:

,

где DUн, DIн — абсолютные приращения напряжения и тока в нагрузке;

коэффициент полезного действия

допустимый дрейф выходного напряжения:

где Uн1 и Uн2 — напряжения на нагрузке через определенный промежуток времени или в определенном интервале температур.

Параметрические стабилизаторы напряжения

Схема параметрического стабилизатора напряжения (рис. 2.21) состоит из двух элементов: баластного резистора Rб и стабилитрона VD. Вход стабилизатора подключается к выходу выпрямителя с фильтром, выход — к нагрузке.

Как уже говорилось, основным стабилизирующим элементом в схеме параметрического стабилизатора является стабилитрон.

Принцип действия и основные расчетные соотношения для параметрического стабилизатора рассмотрим с учетом рабочей вольт-амперной характеристики стабилитрона (рис. 2.22).

Рис. 2.21. Параметрический стабилизатор напряжения.

Рис. 2.22. Вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Для обеспечения стабильности напряжения на нгрузке Uн необходимо, чтобы ток стабилитрона Ic, не выходил за пределы рабочего участка: Icr min 2 / Rб ,

где Рст mах — максимальная мощность, рассеиваемая на стабилитроне; РRб mах — максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе Rб.

Напряжение на нагрузке стабилизатора определяется напряжением на стабилитроне в соответствии с вольт-амперной характеристикой прибора. Когда меняется ток стабилизации Iст будет изменяться и напряжение на стабилитроне и нагрузке.

Качество стабилизации оценивают коэффициентом стабилизации Кст, показывающим, во сколько раз относительное приращение напряжения на выходе стабилизатора меньше вызывающего его тоносительного приращения напряжения на входе:

где rд — дифференциальное сопротивление стабилитрона.

а коэффициент стабилизации:

Обычно величина Кст не превышает 20-50.

Выходное сопротивление параметрического стабилизатора:

Rвых = rд || Rб » rд.

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения

Преимуществом компенсационных стабилизаторов перед параметрическими является более высокий коэффициент стабилизации Кст и меньшее выходное сопротивление Rвых. Принцип действия этих стабилизаторов основан на использовании в схеме регулирующего элемента (РЭ), препятствующего изменению напряжения Uн при изменении напряжения на выходе стабилизатора U или изменении нагрузки Rн. В зависимости от способа подключения РЭ к нагрузке (параллельно или последовательно) различают две схемы компенсационных стабилизаторов напряжения: параллельный (рис. 2.23) и последовательный (рис. 2.24).

Читайте так же:
Схемы высоковольтных стабилизаторов тока

Рис. 2.23. Структурная схема компенсационного

стабилизатора параллельного типа.

Рис. 2.24. Структурная схема компенсационного

Основные характеристики стабилизаторов напряжения

Первое, в чём следует разобраться перед покупкой стабилизатора – это его основные технические характеристики. Понимание их практического смысла поможет не ошибиться с выбором и не приобрести устройство, которое не соответствует требованиям подключаемой нагрузки.

В нашей статье рассмотрены девять основных параметров, которыми следует руководствоваться при выборе стабилизатора.

Содержание

  • Фазность
  • Мощность
  • Диапазон входного напряжения
  • Точность стабилизации
  • Быстродействие
  • Принцип регулирования напряжения
  • Способ установки
  • Габаритные размеры и вес
  • Средства индикации и мониторинга

Фазность

Количество фаз указывает на тип сети, в которую может включаться стабилизатор, и на категорию нагрузки, которая может от него запитываться. С этого параметра следует начинать выбор стабилизатора.

Однофазные стабилизаторы предназначены для работы с однофазным входным напряжением и предусматривают подключение только однофазных потребителей. Трехфазные стабилизаторы работают, соответственно, с трехфазным входным напряжением, подключать к таким устройствам можно как трёхфазную, так и однофазную нагрузку.

В городских квартирах трехфазная сеть, как правило, не используется либо используется только для электроплиты, в большинстве случаев не требующей стабильного электропитания. Следовательно, для обычной квартиры в черте города выбор чаще всего очевиден – однофазный стабилизатор.

В частных домах и загородных коттеджах трехфазный ввод от питающей сети более распространён. В случае его наличия можно использовать как один трехфазный стабилизатор, так и три однофазных (отдельное устройство на каждую питающую фазу). Вариант с тремя независимыми стабилизаторами позволит индивидуально подобрать и настроить прибор для каждой фазы, учитывая потребляемую от неё мощность и особенности подключенной к ней нагрузки. Кроме того, система из трех стабилизаторов более устойчива к неполадкам, так как возникновение сбоя на одной из фаз не скажется на функционировании двух других. Стоит отметить, что и суммарная цена трёх однофазных стабилизаторов обычно меньше, чем одного – трехфазного.

Главным минусом вышерассмотренного варианта является невозможность подключения мощных трехфазных потребителей. Поэтому трехфазный стабилизатор необходим при наличии даже одного работающего от трех фаз устройства.

При подключении однофазных нагрузок к трехфазной сети (через отдельные однофазные стабилизаторы или через единый – трехфазный) все электроприёмники следует равномерно распределять между питающими фазами, иначе возможно возникновение в сети несимметрии токов и напряжений, негативно влияющей на электрооборудование. Исключить подобное явление помогут стабилизаторы топологии «3 в 1», имеющие трехфазный вход и однофазный выход, что гарантирует идентичную нагрузку на все фазы трехфазной сети при подключении однофазной нагрузки.

Мощность

Мощность стабилизатора зависит от его конструкции и определяет допустимую к подключению нагрузку. Чтобы определить необходимое значение данного параметра, необходимо посчитать суммарное энергопотребление всех устройств, которые планируется одновременно питать от стабилизатора. Для этого достаточно сложить указанные в их технических паспортах показатели потребляемой мощности и добавить к полученному значению запас в 30%.

Следует обратить внимание на приборы, в составе которых присутствует электродвигатель. В быту это, как правило, холодильник, стиральная машина, кондиционер, различный электроинструмент и насосы. Включение такого оборудования сопровождается возникновением высоких пусковых токов, обуславливающих кратковременный скачок потребляемой из сети мощности, показатели которой могут превышать номинальную в несколько раз. Поэтому при вычислении суммарного энергопотребления нагрузки, для каждого устройства с электродвигателем необходимо использовать не номинальное значение мощности, а предельное – пусковое (при отсутствии данных о пусковом значении – величину номинальной мощности, умноженную на три).

Читайте так же:
Что такое параметрический стабилизатор тока

Распространённая ошибка связана с обозначением электрической мощности, которая для стабилизаторов обычно указывается в Вольт-Амперах (ВА), а для прочих электроприборов – в Ваттах (Вт). Покупатели часто не обращают внимания на единицы измерения, полагаясь только на численный показатель. При этом стабилизатор, имеющий выходную мощность в 500 ВА, не будет соответствовать нагрузке в 500 Вт.

Для подбора актуальной модели стабилизатора необходимо мощность предполагаемой нагрузки перевести из Ватт в Вольт-Амперы, поделив значение в Вт на коэффициент мощности – cos(φ). Величину cos(φ), соответствующую определённому устройству, можно найти в его технических характеристиках или в интернете. При отсутствии данных допустимо принять значение из типового интервала, составляющего для привычных нам бытовых электроприборов – 0,7-0,8 (для осветительной и нагревательной техники – 0,9-1).

Диапазон входного напряжения

Этот параметр измеряется в вольтах и определяет верхний и нижний порог сетевого напряжения, в пределах которого стабилизатор функционирует и питает нагрузку электроэнергией заявленного качества.

В многоквартирных домах перепады напряжения в сети редко превышают 20% от номинала – большинство современных стабилизаторов соответствуют данным требованиям и легко справляются с подобными колебаниями.

В случае выбора устройства для дома, расположенного за городской чертой, следует учитывать, что чем удалённее находится строение от крупных населенных пунктов, тем шире амплитуда встречающихся в нём скачков напряжения. Для большинства коттеджей требуются модели с границами входного напряжения не менее 130-270 В, а в ряде случае могут понадобиться стабилизаторы и с более широким диапазоном.

Для приобретения стабилизатора с диапазоном входного напряжения, максимально соответствующим колебаниям в электросети, необходимо измерить фактическое напряжение на месте будущей установки прибора. Замеры следует делать в разное время суток и в разные дни недели (желательно в выходные и в будни) – только так вы получите наиболее полную картину сетевых отклонений. При отсутствии навыков, позволяющих провести необходимые измерения самостоятельно, рекомендуем обратиться за помощью к профессиональному электрику.

Важно помнить, что диапазон входного напряжения у стабилизатора должен быть шире, чем амплитуда реальных колебаний в электросети. Также стоит отметить, что внутри допустимого диапазона входного напряжения присутствуют определённые границы, называемые рабочим диапазоном. Выход сетевых параметров за пределы рабочего диапазона сопровождается снижением выходной мощности стабилизатора, что может вызвать перегрузку устройства даже при номинальной нагрузке.

Точность стабилизации

Точность стабилизации или «погрешность» стабилизатора в процентном отношении указывает на величину возможного отклонения выходного напряжения устройства от номинального значения.

Современные стабилизаторы обеспечивают точность в пределах 10%. Зависит этот параметр, в первую очередь, от конструкции. Самой высокой точностью обладают инверторные модели, у которых данный показатель составляет 2%, что практически недоступно для полупроводниковых, релейных и электромеханических стабилизаторов. Столь высокая точность необходима для медицинского, измерительного или промышленного оборудования.

У большинства применяемых в быту электроприборов требования к качеству электропитания чуть ниже: они стабильно функционируют при отклонениях входного напряжения и в 7%. Однако отдельным устройствам всё-таки нужен более высокий показатель точности – это техника, работой которой управляет электроника (автоматические стиральные машины, кондиционеры), а также аудио- и видеоаппаратура, где от качества входного электропитания зависит чистота изображения и звука.

При покупке стабилизатора следует убедиться в том, что его точность соответствует величине допустимых для нагрузки отклонений питающего напряжения. Если потребителей несколько и они обладают различными требованиями к точности входного напряжения, то точность стабилизатора следует выбирать исходя из самого узкого диапазона допустимых колебаний.

Читайте так же:
Стабилизатор как усилитель постоянного тока

Быстродействие

Эта характеристика измеряется в миллисекундах и определяет время, которое понадобится устройству, для того чтобы нейтрализовать скачок напряжения и подать на вход нагрузки электроэнергию с номинальными или наиболее близкими к номинальным параметрами.

Быстродействие – важный показатель уровня предоставляемой стабилизатором защиты. Чем выше быстродействие, тем ниже риск повреждения подключенного к прибору оборудования при перепадах сетевого напряжения.

Максимальным быстродействием обладают инверторные стабилизаторы, мгновенно (за 0 мс) отрабатывающие любые сетевые возмущения, что позволяет использовать данные аппараты для защиты абсолютно любого электрооборудования!

Принцип регулирования напряжения

Принцип регулирования сетевого напряжения определяет у стабилизатора форму выходного сигнала.

Приборы с дискретным (ступенчатым) регулированием не могут генерировать идеальную синусоиду, а именно такая форма переменного напряжения необходима для корректного функционирования чувствительной электроники, например – системы управления газового котла. Кроме того, ступенчатое регулирование обуславливает разрывы в электропитании, неминуемо возникающие при переключении порогов стабилизации.

Электромеханические стабилизаторы отличаются плавным регулированием – форма их выходного напряжения ближе к идеальной синусоиде, чем у электронных устройств. Однако электромеханические модели проигрывают приборам с дискретным регулированием в скорости срабатывания, которой иногда может не хватить для обеспечения качественной защиты современного оборудования.

Наиболее плавное регулирование присуще инверторным стабилизатором, только такие приборы гарантируют выходное напряжение в форме идеальной синусоиды и безразрывное электропитание нагрузки во всем допустимом диапазоне входного напряжения.

Ознакомиться подробнее с модельным рядом инверторных стабилизаторов «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Стабилизаторы напряжения «Штиль» инверторного типа.

Способ установки

Существует три способа установки стабилизатора – настенный (навесной), напольный и стоечный. Первый подразумевает размещение на вертикальной плоскости (стене), второй – на горизонтальной поверхности (стол или пол), третий – в телекоммуникационном шкафу или стойке. Исполнение одних стабилизаторов допускает только какое-то определённое размещение, другие более универсальны – их можно устанавливать различными способами.

Выбирая стабилизатор, следует проанализировать помещение, в котором он будет эксплуатироваться, и подобрать модель, способ установки которой позволит поместить изделие с максимальным удобством как для подключения нагрузки, так и для обслуживания.

Важно помнить, что все стабилизаторы имеют предназначенные для вентиляции отверстия в боковых или нижних стенках. Следовательно, при установке стабилизатора нужно обеспечить зазор между указанными отверстиями и ближайшей поверхностью (не менее 20 см). Кроме того, не рекомендуется устанавливать стабилизатор на улице или в холодных, неотапливаемых помещениях, а также вблизи обогревательных приборов и в местах прямого падения солнечных лучей.

Габаритные размеры и вес

Габаритные размеры стабилизатора выбираются исходя из наличия свободного пространства на месте предполагаемой установки прибора. При размещении на поддерживающей конструкции (навесной полке) необходимо удостовериться, что вес стабилизатора не превышает значение нагрузки, допустимой для этой конструкции.

Следует понимать, что с увеличением мощности стабилизатора возрастают как его габаритные размеры, так и масса.

Средства индикации и мониторинга

Небольшим бытовым стабилизаторам достаточно иметь световую индикацию для сигнализации о различных режимах работы и дисплей для отображения информации об основных характеристиках прибора.

Для более мощных стабилизаторов, которые обычно применяются в промышленности и обслуживаются профессиональными специалистами, кроме вышеназванного необходимо также наличие поддерживающих различные каналы связи средств удаленного мониторинга.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию