6. Контрольные вопросы
Начертите функциональную схему импульсного стабилизатора напряжения и поясните принцип его работы.
По принципиальной электрической схеме поясните принцип работы исследуемого в работе релейного стабилизатора напряжения.
Чем отличается импульсный стабилизатор релейного типа от стабилизатора с широтно-импульсной модуляцией?
Назовите основные электрические параметры стабилизатора напряжения и напишите формулы, по которым они определяются.
Назовите преимущества и недостатки импульсных стабилизаторов по сравнению со стабилизаторами с непрерывным регулированием.
Какова зависимость между выходным напряжением стабилизатора и частотой переключения регулирующего транзистора при сохранении постоянного соотношения между длительностью рабочего импульса и паузы?
Каким образом определяется мощность
,
рассеиваемая на регулирующем элементе
в импульсных стабилизаторах?Какова связь между величиной коэффициента полезного действия стабилизатора и частотой переключения регулирующего элемента?
Изобразите диаграммы напряжений между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора при двух уровнях входного напряжения.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе
"ИССЛЕДОВАНИЕ УНИФИЦИРОВАННОГО ВТОРИЧНОГО
ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (УВИЛ)"
для студентов специальностей 070Т, 0702, 0706
Минск 1983
УДК 62173(075)
Лабораторная работа №9 ИССЛЕДОВАНИЕ УНИФИЦИРОВАННОГО ВТОРИЧНОГОИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
1. Цель работы
1.1. Изучение универсального вторичного источника электропитания (УВИП), выполненного на основе высоковольтного, высокочастотного регулируемого преобразователя, с устройством защиты от повышения и понижения выходного напряжения, от перегрузок по току и коротких замыканий.
1.2. Исследование параметров УВИИ от изменения параметров сети и нагрузки.
1.3. Приобретение практических навыков в настройке и регулировке вторичных источников электропитания.
2. Краткие сведения из теории
2.1. Основные параметры УВИП.
В зависимости от типа и характера нагрузки универсальные вторичные источники электропитания могут отличаться по принципу их построения, но как правило, все они не имеют силовых трансформаторов и громоздких сглаживающих дросселей.
Лабораторная установка - УВИП запитывается от однофазной сети переменного тока с номинальным напряжением 220В, допустимом отклонением от плюс 10 до минус 15%, при частоте 50±1 Гц и от источника постоянного тока 20В ±5%. Выходное напряжение УВИП 5±1В, ток нагрузки 5,6±3А, при нестабильности выходного напряжения менее 0,3% и пульсациях не более 1%.
Структурная схема УВИП приведена на рио.1, а электрическая на рис.2. Эпюры напряжений, поясняющие физику работы схемы УВИП, представлены на рис.3 и 4. На рис.5 представлена схема включения и коммутации УВИП, а на рис.6 структурная схема лабораторной установки.
2.2. Физика работы УВИП.
Однофазное переменное напряжение сети 220В подается на высоковольтный выпрямитель, выполненный по мастиковой схеме на вентилях Д7-Д10. Выпрямленное напряжение через RC фильтр (R9, R41, С5) подводится к регулирующему однотактному преобразователю с двухтактным выходом. Резистор R26 служит для саморазряда конденсатором С5 в момент отключения УВИН от сети.
Регулирующий преобразователь выполнен на транзисторах Т1, Т2. Входной трансформатор Тр2 преобразователя состоит из двух вторичных обмоток 4-5 и 6-7 и двухсекционной первичной обмотки 1-2-3, через которую подается питание на коллекторы усилителей У4-4, У4-2 и У4 3.
Выходной трансформатор ТрЗ состоит из первичной обмотки 1-2, включенной последовательно с Т1 и Т2 и двух вторичных обмоток 3-4-5 и 6-7. Обмотка 3-4-5 с вентилями Д 29 и Д 30 образуют двухтактный выпрямитель со средней точкой.
Вторичная обмотка 6-7 с вентилем Д 26 образуют однотактный выпрямитель, входящий в состав формирователя пилообразного напряжения.
Вентили Д 16 и Л 17 обеспечивают разряд индуктивности обмоток трансформатора 4-5 и 6-7 после окончания управляющих импульсов. За счет разряда индуктивности обмоток трансформатора на резисторах Р39 и R40 создается падение напряжения, минус которого прикладывается к базам T1 и Т2, что приводит к запиранию последних. Для ускорения запирания транзисторов в момент окончания управляющего импульса через половину обмотки 1-2 Тр2, протекает отрицательный импульс тока усилителя У4-3.
Через вентили Д 12, Д 13, Д 21, Д. 22 осуществляется рекуперация энергии с обмотки трансформатора 1-2 в момент окончания управляющих импульсов в конденсатор С5.
Временные диаграммы работы силового преобразователя приведены на рис.3. Силовые транзисторы TI и Т2 одновременно открыты в течение длительности импульсов управления, подаваемые в их базовые цепи (диаграмма UэбT1 ). При этом напряжение конденсатора С5 прикладывается к выводам 1-2 трансформатора ТрЗ. Ток коллектора Iк Ti равен сумме удвоенного тока нагрузки и тока намагничивания обмотки 1-2 трансформатора ТрЗ и протекает по цепи: верхняя обкладка С5, коллектор-эмиттер Т2, обмотка 1-2 трансформатора ТрЗ, коллектор-эмиттер TI, резистор R25, нижняя обкладка С5. За время действия управляющего импульса конденсаторы С32 и СЗЗ заряжаются до величины выпрямленного напряжения, равного Uc.5 . Следовательно, в момент времени ( t1 ) запирания транзисторов TI и Т2 напряжения на их коллекторах устанавливается равным напряжению питания Цсд. .
В течение времени ti~t4 ток нагрузки поддерживается обмоткой 4-5 трансформатора ТрЗ через Д 30 (диаграмма Uвх.др.1 ), избыточный ток намагничивания трансформатора ТрЗ (за счет наводимой ЭДС в обмотке 1-2) возвращается в конденсатор С5 через диоды Д 12, Л 13, Д 21, Д 22 (диаграмма Iд12).
В это же время несколько разряжаются и конденсаторы С32, СЗЗ.
За счёт рекуперации энергии напряжение на конденсаторе С5 имеет форму двухполярного прямоугольного напряжения (диаграмма Uc 5).
Преимущество однотактного преобразователя с двухтактным выходом заключается в уменьшении объема силового трансформатора ТрЗ и выпрямителя за счет повышения коэффициента заполнения импульсов напряжения на входе.
2.3. Устройство формирования импульсов управления.
Устройство формирования импульсов управления состоит из задающего генератора (У 1-2), усилителя формирователя импульсов (У4 I, У4-4, У4-2, У4-3), формирователя пилообразного напряжения (F-30; С 9; Д. 20;Д23; R3I) и измерительного устройства У-2, У-3.
В момент подачи рабочего напряжения +20 В запускается задающий генератор, выполняемый по схеме блокинг-генератора. Обмотка 3-4 трансформатора Tp1 выполняет роль обмотки положительной обратной связи.
С обмотки 6-8 Tp1 снимаются импульсы длительностью Тụ =10+0,5 мс с паузой tn = Tn - tu. =15+0,7 мс (рис.4), которые поступают на схему формирования импульсов.
Положительный импульс тока Ic13, соответствующий окончанию управляющего импульса, открывает транзисторы У4-2 и У4-3, что обеспечивает протекание импульса тока через обмотки Т-2 и 2/3 трансформатора Тр2. Эти импульсы тока формируют во вторичных обмотках трансформатора импульсы управления обратной полярности, улучшающие процесс запирания транзисторов TI и Т2 (диаграмма Uтр.2).
Пилообразное напряжение формируется на конденсаторе С9 путем заряда его через R30. Амплитуда пилообразного напряжения на конденсаторе С9 порядка 1,5 - 2 В, а длительность переднего фронта пилообразного напряжения примерно равна длительности управляющих импульсов, снимаемых с обмотки 6-8 трансформатора Tp1.
2.4. Устройство и работа схем защиты УВИЛ.
а. Схема защиты от повышения напряжения состоит из делителя напряжения R36, RI4 и туннельного диода Д 14, транзисторов У4-5, ТЗ и резисторов R48, R47. При повышении выходного напряжения до установленного предела (регулируется резистором RI4) включается туннельный диод Д 14 и отпираются транзисторы У5-4, ТЗ, У4-1, в результате чего шунтируется вход транзистора У4-4. Формирование импульсов прекращается, выходное напряжение падает и срабатывает защита от понижения напряжения.
б. Схема защиты от понижения напряжения состоит из транзистора У4-4, делителя напряжения R36, R37, тиристорного оптрона Д 18 и реле Р2.
При понижении выходного напряжения до заданного предела понижается потенциал эмиттера У4-1. Транзистор У1-4 отпирается, срабатывает тиристорный оптрон Д. 18 и включается индикация "АВАРИЯ" и реле Р2-сигнализации на отключение УВИП.
в. Схема защиты от повышенного тока нагрузки состоит из параметрического диода Д 19, регулируемого резистора RI8, тириоторного оптрона Д 24.
При возрастании выходного тока УВИП сверх установленного предела в результате увеличения нагрузки или короткого замыкания, срабатывают оптрон А'24 и транзистор У4-1. В результате напряжение падает и орабатывает защита от понижения напряжения.
г. Узел контроля за работой генератора состоит из диода 15, транзистора У1-3 и делителя напряжения RI3, RI5.
При нарушении работы задающего генератора потенциал базы транзистора У4-1 уменьшается, транзистор У1-3 закрывается, через диод Д 15 ток не проходит и свечение его прекращается.
2.5. Устройство и работа схемы включения и коммутации (рис.5).
Устройство включения и коммутации обеспечивает определенную последовательность включения УВИП и тем самым исключает выход из строя в процессе эксплуатации.
УВИП включается с помощью тумблера ВТ и кнопки Нн1. При включении BI замыкается цепь подачи +20 В (через Ш-1 03-3) на панели УВИЛ загораются светодиоды Д 15, Д Т8.
С нажатием кнопки Кн1 срабатывает реле Р2 (контакты 7-9 размыкаются, а 1-2 и 7-8 замыкаются), транзисторы TI, Т2 открываются, срабатывает реле РЗ и через его замкнувшиеся контакты 4-5 и контакты 03-4 Ш1 в УВИЛ поступает рабочее напряжение +20 В.
Переменное напряжение 220 В поступает в УВИП с разъема Ш1 (04-4) через контакты 5-6 PI, которое срабатывает с замыканием контактов 1-2 реле Р2 и РЗ.
При срабатывании схемы защиты необходимо снять световую сигнализацию "АВАРИЯ", поставив тумблер BI в положение «Выкл» и произвести повторные включения УВИП тумблером BI и нажатием кнопки Кн1.