Файл: Белопольский, И. И. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 65
Скачиваний: 0
тельных проводов, разъемов и пр.). Это особенно необ ходимо при расчете выпрямителей на напряжения поряд ка нескольких вольт и ниже или при значительных токах потребителя.
8. Суммируя найденные значения гПр, гтр, гс.п, нахо дят внутреннее сопротивление г (сопротивление фазы) и его приведенное значение n'=r/R.
9. Из графика |
пульсаций |
в) |
для данного т |
|
(например, |
для |
m = 12 — по |
графику на рис. 41) по |
|
найденному |
значению п = п' |
определяют |
номер режима. |
|
Рис. 49. К определению режимов работы 12-фазного выпрямителя.
При этом следует иметь в виду, что в диапазоне значе ний 0^ /іКр(і), где первое критическое значение якр(і) соответствует первому пику кривой ‘Ла=}(п, в), схема работает в первом коммутационном режиме. Значения «кр(і)</г<лІф(2), расположенные между первым и вто рым пиками данной кривой, соответствуют второму ре
жиму. Отсюда следует, что |
значения /гкр(/г_ )^ /г^ /гкррц |
|
соответствуют /г-му режиму. |
Для |
12-фазной схемы но |
мер режима можно определить |
также из рис. 49, по |
|
строенного по формуле (33). Области, ограниченные кривыми, определяют физические состояния схемы, работающей соответственно в 1, 2, 3, 4 и 5-м коммута ционном режимах. Область с цифрой 0 соответствует режиму прерывистого выходного тока выпрямителя (внекоммутационному режиму).
10. Из графика kn=f(n, в) по кривой для е=0 при п=п' находят величину пульсации kn0, где индекс 0 срртретствует случаю в= 0,
9д
Д а л е е в о з м о ж н ы д в а с л у ч а я : |
з а д а н н а я в е л и ч и н а |
|
П у л ь с а ц и и |
/^п.зад^&п0 ИЛИ /,2п.зад<С^п(Ь |
|
11. При |
£п.эад>/гпо по кривой |
U*o=f(n, е) при е = 0 |
для данного п' и т (например, при т —12 — по графику рис. 42) находят значение U*'0 и по нему — ориентиро вочное значение амплитуды э. д. с. по формуле
|
Д'макс=(Ио + £см)/Е/*'о. |
|
|
(72) |
||
12. Получая |
е' = Еш/Е\,:іКС, из графика |
ku — f{n, е) |
||||
по п' и в' находят к'„. |
U*0 = f(n, в) |
по и' |
||||
13. Если кп.зац>к'п, то из графика |
||||||
и s' находят U*" 0. |
£"макс = Uo/U*"o, |
уточняют |
s" = |
|||
14. Определяя |
||||||
— Есм/Е"ыакс, при необходимости повторив |
цикл расчета |
|||||
до приемлемой |
сходимости величин £ Мпкс, |
е, |
ІІ*0, |
когда |
||
их последующие значения отличаются от предыдущих достаточно мало. Как правило, достаточно двух таких циклов. При этом на графике kn=f(n, в) движение не обходимых значений (точек) пульсаций kno, k'n ... при меняющихся значениях в', s" ... происходит по верти
кальной линии, проходящей через значение n'. |
Е=0 |
||
11'. При /гп.зад<^по по кривой kn=f{n, |
0) при |
||
по ^п.зад находят п" и по нему — значение |
U*'о из графи |
||
ка U*o=f(n, в) при е= 0. |
находят s'= |
||
12'. Получая |
по (72) значение Е'макс, |
||
= £ С5і/£'макс, для |
которого из графика |
ku=f(n, |
е) по |
кп.зап находят n'". |
|
|
|
13'. Переходят к графику U*o=f(n, в), из которого по n'" и s' находят U*"0.
14'. Уточняют |
значение E"MaKC= U 0/U*"a и е= |
= £ 'с м /£ ,"м ак с, при |
необходимости повторив цикл уточне |
ния п, Емакс и в до приемлемой сходимости их значений. При этом на графике fen=f(n, е) движение точек п', п" ... происходит по горизонтальной линии, проходящей
через значение йп.зад- |
|
случаев. £п.зад>£по и |
Дальнейший расчет для |
||
6п.зад<-йпо осуществляется одинаково. |
||
15. Из графиков, |
относящихся к данному т (напри |
|
мер, при т= 12 — из |
графиков |
рис. 42—45), находят |
значения коэффициентов D, F, §0ф.
16.По формулам перехода, приведенным на этих графиках, находят значения Cfф ! ^в.макс-
17.Найдя по (43) приведенное сопротивление транс
форматора пТр и коэффициент внутренней ветви пѵ,
96
а также приведенный ток вентиля |
|
= Увг/Емякс, |
(73) |
по (42) определяют действующее значение фазного на пряжения. В частном случае, когда е= 0, можно пользо ваться также графиками Нд.ф=/(/г) или B = f(n) с ди скретным параметром пв, показанными, например, на рис. 33 и 39.
18.По (56) находят мощность потерь в вентиле и проверяют его по допустимым потерям (с учетом тепло отвода), амплитудам прямого тока и обратного напря жения.
19.Производят расчет трансформатора по сущест вующим методикам (например, по методике, приведен ной в (Л. 26]), в результате чего определяют сопротив
ление трансформатора гтр и потери в стали сердечни ка Рот. Если найденное по расчету сопротивление /'тр
значительно |
отличается |
от |
величины |
гтр, найденной |
||
в начале расчета, то расчет, начиная |
с п. 7, повто |
|||||
ряют вновь |
до |
получения |
удовлетворительного |
совпа |
||
дения. |
|
|
ku,3StR< krn, то |
|
|
|
Если в п. |
11 |
получают |
расчет |
ведется |
||
аналогично пп. 10'—137, когда движение искомых точек п', ѣ" ... происходит по горизонтальной линии.
20. Определяют к. п. д. выпрямителя по формуле (60). На этом расчет выпрямителя в k-м коммутационном
режиме можно считать законченным.
При работе схем в первом дограничном режиме,
когда выполняется условие /г^/гг(і), целесообразнее пользоваться методом, изложенным ниже, который в силу оперативности выполнения расчета может быть отнесен к числу экспресс-методов расчета. При этом идея метода распространяется на любые иные классы выпрямителей, отличающиеся от рассмотренного в дан ной главе класса, при проектировании которых в на стоящее время не используются в достаточной мере имеющиеся возможности по унификации инженерных методов расчета. Одной из таких возможностей являет ся прием, когда для нахождения определяющих пара метров, неизвестных до начала расчета, используются графики пульсаций. .
Если выпрямитель работает в первом дограничном режиме (т. е. k = \), номер режима находить не нужно, число определяющих параметров сокращается до двух и искомые режимные показатели зависят лишь от п и е.
7—360 |
- |
97 |
Когда величиной е можно ориентировочно задаться, в частности, когда U0^>ECMи е = 0, неизвестным остает ся лишь один определяющий параметр п. В этом случае порядок расчета прост.
Для выбранной схемы выпрямления (т. е. при дан ном т) из графика пульсаций kn=f(n, е) по значениям k„ и е находят параметр п. Далее, как и в предыдущем методе, по значениям п и е находят из других графиков величину U*о и коэффициенты D, F, §0ф определяют по формулам перехода амплитуды тока вентиля и фаз ной э. д. с., средний ток вентиля и действующие значе ния напряжения и тока фаз трансформатора, выбирают вентили, рассчитывают трансформатор, после чего уточ няют параметры и находят к. п. д.
Таким образом, особенностью и важным достоинст вом изложенного метода по сравнению со всеми извест ными в настоящее время методами расчета выпрями телей с потерями является однозначное решение задачи, возможность оперативного получения всей необходимой информации о расчетных величинах и поведении схемы при изменении схемнйіх параметров, а также отсутствие такого довольно сложного этапа расчета, как предвари тельное определение внутреннего сопротивления выпря мителя и в том числе сопротивления фазы трансфор матора.
Недостатком метода применительно к рассматривае мому классу схем является ограничение его использо вания для схем с числом фаз, больше трех, что опреде ляется условием п<Пф). Зависимости /гГ(і)=/(е) для разных схем даны на рис. 22, пользуясь которыми не трудно оценить вероятность работы выпрямителя в пер вом дограничном режиме. 'Первые граничные значения приведенного внутреннего сопротивления для различных схем выпрямления для случая U0^>ECM даны в табл. 2. Из этой таблицы и рис. 22 видно, что для одно-, двух- и трехфазных лучевых и однофазной мостовой схем ограничений в смысле /гГ(і) нет, и изложенный способ экспресс-расчета пригоден для таких схем при любых значениях « = 0ч-оо, т. е. при работе схем во всем диа пазоне нагрузок — от холостого хода до короткого за мыкания.
Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я
ПОСТРОЕНИЕ, АНАЛИЗ И РАСЧЕТ СТАБИЛИЗАТОРОВ МИЛЛИВОЛЬТОВЫХ И НИЗКИХ
НАПРЯЖЕНИИ С РЕЛАКСАЦИОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ В КАЧЕСТВЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО
ЭЛЕМЕНТА
12. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ С Х ЕМ Ы СТАБИЛИЗАТОРОВ
Особенность рассматриваемых в данной главе схем стабилизаторов напряжения заключается в том, что в этих схемах в качестве измерительного элемента ис пользуются генератор релаксационных колебаний, вы полненный на туннельном диоде и индуктивности, а ре гулирующий элемент работает в режиме высокочастот ного переключения [Л. 19].
Существующие стабилизаторы на выходные напря жения 0,2—6,3 в, построенные по схемам с непрерывным регулированием, крайне неэкономичны, так как потери в регулирующем транзисторе и в источниках эталонного напряжения могут быть во много раз больше отдавае мой стабилизатором мощности.
В транзисторных стабилизаторах непрерывного ти па, кроме отмеченных выше недостатков, касающихся регулирующих элементов, имеются и недостатки, отно сящиеся к усилительным и измерительным элементам.
Транзисторные усилители постоянного тока обладают значительным временным и температурным дрейфом, а температурная нестабильность источников эталонного напряжения (кремниевых стабилитронов) может суще ственно превосходить требуемую нестабильность выход ного напряжения. Все это приводит к необходимости принятия дополнительных мер, направленных на ком пенсацию температурного дрейфа усилителей постоян ного тока и источника эталонного напряжения, что в значительной степени усложняет схему стабилизатора напряжения.
Ключевым стабилизаторам низкого напряжения так же присущи некоторые серьезные недостатки. В этих схемах не снимается вопрос о мерах компенсации тем пературного дрейфа источника эталонного напряжения и эта задача существенно усложняется по мере умень шения выходного напряжения стабилизатора. Наличие
7* |
99 |
в цепях регулирования значительных по величине реак тивных элементов (индуктивностей и емкостей) не по зволяет формировать управляющие импульсы с высо кой частотой и большой крутизной фронтов и срезов.
Аэто приводит к следующим недостаткам:
1) ухудшаются динамические характеристики стаби лизаторов, поскольку частота переключений регулирую
|
|
щего элемента «в таких |
|||||
|
|
схемах, |
как тіраів'ило, |
we |
|||
|
|
может превысить 5 кгц\ |
|||||
|
|
2 ) |
увеличивается мощ |
||||
|
|
ность потерь на регули |
|||||
|
|
рующем элементе за счет |
|||||
|
|
затягивания времени фор |
|||||
|
|
мирования фронтов и сре |
|||||
|
|
зов |
управляющих |
|
им |
||
|
|
пульсов; |
|
|
|
|
|
|
|
3) |
ув е л и ч ив а ют с я |
||||
|
|
пульсации выходного на |
|||||
|
|
пряжения, для сглажива |
|||||
|
|
ния которых |
необходим |
||||
|
|
фильтр с высоким коэф- |
|||||
|
|
фициентом сглаживалия. |
|||||
Рис. 50. Принципиальная элек |
Описываемые |
ниже |
|||||
схемы |
|
стабилизаторов |
|||||
трическая схема |
низковольтного |
|
|||||
стабилизатора на |
токи нагрузки |
низкого |
напряжения |
с |
|||
для нескольких сотен миллиампер. |
использованием |
в |
каче |
||||
|
|
стве измерительного |
эле |
||||
мента релаксационного генератора на туннельном дио де и индуктивности, который является одновременно и звеном формирования управляющих импульсов, свободны от многих из указанных выше недостатков. Данный ме тод построения электрических схем позволяет проектиро вать стабилизаторы напряжения с высокими значениями выходных параметров, рассчитанных на напряжение от долей вольта до 5—6,3 в и токи нагрузки от единиц мил лиампер до десятков ампер.
На рис. 50 приведена простейшая схема стабилизато ра милливольтовых напряжений с токами нагрузки от единиц миллиампер до нескольких сотен миллиампер.
Стабилизатор работает следующим образом.
При подаче на стабилизатор питающего напряжения
через резистор Rt, переход |
эмиттер — база транзисто |
ра Г2 и резистор Къ начнет |
протекать ток, являющийся |
100
входным сигналом составного транзистора Т{, Т2. Этот то«, предварительно усиленный транзистором Т2, проте кая через переход эмиттер — база проходного транзисто ра Гі, выводит его в область, близкую к насыщению. В результате этого напряжение на выходе стабилизатора возрастает до значения, близкого к номинальному. Од нако, как только выходное напряжение достигает этого значения, начинает работать релаксационный генератор, состоящий из туннельного диода Д2, дросселя Др и ре зистора Rß. Прямоугольные импульсы высокой частоты, вырабатываемые генератором, через разделительный диод Ді подаются на вход интегрирующего усилителя, состоящего из транзистора Т3, резисторов R 3—Rs и кон денсатора С1. Амплитуда генерируемых импульсов зна чительно превышает то минимальное значение, при ко тором генератор запускается, и вполне достаточна для того, чтобы перевести транзистор Т3 в область насыще ния. В результате этого рабочая точка транзистора Т2 переместится из области насыщения в область отсечки, ток коллектора транзистора Г[ резко упадет до нуля и напряжение на выходе стабилизатора начнет умень шаться с постоянной времени, равной R HR ß C / ( R a + R ß ) - При снижении этого напряжения до некоторого мини мального значения произойдет срыв генерации релакса ционного генератора и рабочая точка транзистора Ті вновь возвратится в область, близкую к насыщению, что приведет к увеличению напряжения на выходе стабили затора. Таким образом, в процессе работы напряжение на выходе стабилизатора будет колебаться около неко торого, заранее выбранного значения, величину кото рого можно устанавливать потенциометром RB.
Пунктиром в данной схеме показаны резисторы Ri—Rq и транзистор Т&, назначение которых пояснено в § 15 и 18.
Стабилизатор, выполненный по схеме рис. 50, позво ляет получить напряжение от 0,2 до 12,6 в, при токах нагрузки до 0,5 а. Коэффициент стабилизации данной схемы при одновременном изменении напряжения сети, тока нагрузки и температуры окружающей среды в ши роких пределах достигает значений 80—100. Коэффи циент полезного действия стабилизатора, выполненного по данной схеме при выходном напряжении 0,25 в и то ке нагрузки 0,1 а, составляет около 5%, а при выходном напряжении 5 в и при токе нагрузки 0,1 а — приближа
101