Вторичные источники электропитания

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 32Следующая ⇒

Отдельные потребители (радиоэлектронные устройства, устройства управления и др.) получают электроэнергию не от основных (первичных), а от вторичных источников электропитания. Вторичные источники электропитания преобразовывают род тока и величину напряжения.

По назначению вторичные источники электропитания классифицируются следующим образом:

преобразователи переменного напряжения (трансформаторы);
преобразователи постоянного напряжения в переменное;
преобразователи постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины;
Преобразователи переменного напряжения в постоянное – трансформаторно-выпрямительные блоки и др.

По принципу действия вторичные источники бывают: электромеханические (динамические); и магнито-полупроводниковые (статические).

Типичный вторичный источник электропитания – это трансформаторно-выпрямительный блок. Он состоит из следующих частей:

· силовой трансформатор;

· выпрямитель;

· сглаживающий фильтр;

· стабилизатор напряжения.

Силовой трансформатор изменяет напряжение сети до нужного напряжения, а также создает электрическое разъединение цепи вторичного электропитания от сети. Выпрямительные устройства превращают синусоидальное напряжение в постоянное. Это напряжение имеет пульсации, которые сглаживаются фильтрами. Обычно применяют стабилизатор напряжения, обеспечивающий постоянное напряжение на нагрузке.

К источникам вторичного электропитания также относят инверторные устройства (инверторы) – устройства, преобразующие постоянный ток в переменный.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Выпрямительные устройства бывают неуправляемые (на диодах) и управляемые (на тиристорах).

В зависимости от числа фаз первичного источника напряжения (сети переменного тока) различают однофазные и трехфазные выпрямители. Обычно выпрямители малой и средней мощности однофазные, а большой мощности – трехфазные.

По форме выпрямленного напряжения выпрямители подразделяются на однополупериодные и двухполупериодные.

Однофазные неуправляемые выпрямители. Однополупериодный выпрямитель имеет один полупроводниковый диод (рис. 6.14). Если , то среднее значение напряжения (постоянная составляющая)

Действующее значение тока в два раза меньше, чем максимальное, т.е.

Активная мощность на нагрузке

Коэффициент пульсации выпрямителя

где - амплитуда первой гармоники переменного напряжения на нагрузке выпрямителя.

Рис. 6.14

Для однополупериодного выпрямителя , следовательно, . Коэффициент пульсации таких выпрямителей велик, что является главным недостатком этой схемы.

Более эффективна мостовая схема двухполупериодного мостового выпрямителя (рис. 6.15, а), состоящая из четырех диодов Д₁ …Д₄.

а б

Рис. 6.1

В положительный полупериод напряжения (рис. 6.15, б) открыты диоды Д₁и Д₃ и ток проходит по цепи: точка m , диод Д₁, сопротивление нагрузки, диод Д₃, точка n. В отрицательный полупериод напряжения открыты диоды Д₂и Д₄и ток проходит по цепи: точка n диод Д₂, , диод Д₄, точка m. Через сопротивление нагрузки ток проходит все время в неизменном направлении. Коэффициент пульсации намного ниже, чем в вышеприведенной схеме, что является преимуществом данной схемы.

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора имеет те же преимущества перед однополупериодным выпрямителем, что и мостовой, но габариты, масса и стоимость трансформатора значительно больше чем в мостовой схеме, хотя сам выпрямитель состоит из двух диодов.

Трехфазные неуправляемые выпрямители. Существует два основных типа выпрямителей: с нейтральным выводом и мостовой. Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом (рис. 6.16, а) состоит из трехфазного трансформатора, обмотки которого соединены звездой, трех диодов, включенных в каждую фазу трансформатора и нагрузочного резистора .

Ток через каждый диод может проходить только тогда, когда потенциал на его аноде выше потенциала на катоде. Это возможно в течение периода, когда напряжение в данной фазе выше напряжений в двух других фазах. Если считать диоды идеальными, то напряжение на нагрузке равно напряжению фазы с открытым диодом и, следовательно, ток в нагрузке изменяется по тому же закону, то есть ток, проходящий через нагрузку, не падает до нуля. Таким образом, пульсация тока в трехфазном выпрямителе относительно невелика и коэффициент пульсации .

аб

Рис. 6.16

Трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 6.16, б), несмотря на то, что в нем используется в два раза больше диодов, по всем показателям данный выпрямитель превосходит рассмотренный выше трехфазный выпрямитель. Схема такого выпрямителя была предложена в 1923 г. советским ученым А. И. Ларионовым. Коэффициент пульсации составляет 0, 057.

Управляемые выпрямители. В настоящее время широко распространены выпрямители с управляемыми полупроводниковыми диодами – тиристорами.

В управляемом однополупериодном выпрямителе (рис. 6.17, а) в каждый положительный полупериод на управляющий электрод подаются управляющие импульсы .

а б

Рис. 6.17

Эти импульсы строго синхронизированы с частотой напряжения источника питания, то есть . Изменяя , можно с большим КПД (0, 95…0, 99) осуществлять преобразование напряжения.

Таким образом, появляется возможность автоматически регулировать средние значения тока и напряжения на нагрузке, изменяя момент подачи управляющего импульса.

Сглаживающие фильтры

Выпрямленное напряжение еще нельзя использовать для питания приборов из-за наличия большого количества пульсаций (периодических колебаний напряжения около какого-то постоянного значения). Схему выпрямителя дополняют фильтром, который сглаживает пульсации. Сглаживающие фильтры подразделяются на емкостные, индуктивные, индуктивно-емкостные и резисторно-емкостные.

Емкостные фильтры (рис. 6.18, а), как правило, используют в выпрямителях малой мощности, они включаются параллельно нагрузке. Работа фильтра основана на способности конденсатора быстро запасать электрическую энергию, а затем относительно медленно отдавать ее в нагрузку.

В выпрямителях с большими токами применяют индуктивные фильтры (рис. 6.18, б), которые являются индуктивной катушкой (дросселем) с относительно большой индуктивностью. Индуктивные фильтры эффективно работают в двухполупериодных выпрямителях, так как за счет явления самоиндукции ток в нагрузке не падает до нуля при нулевом напряжении между точками m и n (рис. 6.15, а) цепи и коэффициент пульсации заметно уменьшается. На практике чаще всего применяют комбинированные фильтры: Г – образные и П – образные (рис. 6.18, в, г).

в г

Рис. 6.18

Эти фильтры обеспечивают хорошее сглаживание тока в нагрузке. Их работу удобнее объяснять, представляя напряжение на входе фильтра как сумму постоянной составляющей и целого ряда гармоник (переменных составляющих).

Тогда индуктивность и емкость фильтра представляют собой делитель. На индуктивном сопротивлении делителя выделяется большая часть переменной, а на емкостной – большая часть постоянной составляющей напряжения выпрямителя.

В последнее время все чаще начали применять электронные фильтры, в которых вместо индуктивных катушек включают транзисторы. Такая замена позволяет избавиться от переходных процессов, отрицательно влияющих как на работу нагрузочного устройства, так и на самого выпрямителя, при этом снижаются габариты, масса и стоимость выпрямителей. С появлением интегральных микросхем электронные фильтры стали более эффективными. Недостатком таких фильтров является изменение выходного напряжения пропорционально медленному изменению напряжения на входе.

Стабилизаторы

Устройство, поддерживающее автоматически постоянное напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в определенных пределах, называется стабилизатором напряжения. Такими дестабилизирующими факторами являются входное напряжение и сопротивление нагрузки, которые изменяются в процессе работы устройства.

Существует два метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный.

В параметрических стабилизаторах используются элементы с нелинейной воль-амперной характеристикой. Компенсационные стабилизаторы обладают более оптимальными параметрами. Работа таких стабилизаторов основана на сравнении входного напряжения с заданным стабильным. На рис. 6.19 приведена схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения на полупроводниковом стабилитроне. С помощью такого стабилизатора можно получать стабилизированное напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт при токах от единиц миллиампер до единиц ампер.

Рис. 6.19

Стабилитрон включают параллельно нагрузочному резистору . Последовательно со стабилитроном для создания требуемого режима работы включают балластный резистор . Коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения (при =1), такого стабилизатора может достигать 30-50. Основные достоинства параметрических стабилизаторов напряжения - простота конструкции и надежность работы. Недостатки: небольшой КПД, не превышающий 0, 3; большое внутреннее сопротивление стабилизатора (5-20 Ом); узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒