1.8.2 Стабилизация напряжения в электрических цепях

Для устойчивой работы отдельных блоков и узлов РЛС и АСУ требуются высокостабильные напряжения. Это можно обеспечить применением раз­личного рода стабилизаторов напря­жения. Принцип работы их сводится к автоматическому изменению сопро­тивления, включенного последова­тельно с нагрузкой.

Стабилизация напряжения может осуществляться как по по­стоянному току, так и по переменному.

Стабилизация по постоянному току

Для стабилизации по постоянному току используются элек­тронные и ионные приборы. Простейший стабилизатор выполнен на стабилитроне с регулировочным сопротивлением Rб (рис. 1.40).

Стабилитрон представляет собой двухэлектродный ионный Прибор с холодным катодом, наполненный инертным газом (аргон, неон или смесь газов). При подключении стабилитрона к источни­ку постоянного тока в нем начинается ионизация. При изменении тока в стабилизаторе в некотором пределе напряжение практи­чески остается постоянным (изменяется на 1—3 В).

Работа схемы сводится к следующему. При увеличении напря­жения U_вх интенсивность ионизации газа в стабилитроне растет. Ток его увеличивается. С ростом тока стабилитрона увеличивается падение напряжения на регулировочном сопротивлении Rб, напряжение не изменяется. При уменьшении U_BX интенсивность иониза­ции газа в стабилитроне уменьшается. Уменьшается ток I_ст. Уменьшается паде­ние напряжения на регули­ровочном сопротивлении Rб. Напряжение на нагрузке остается неизменным.

При изменении напряже­ния на входе схемы стаби­лизации на ±10% напряже­ние на нагрузке остается

почти постоянным (изменяется на ±0,1%). В зависимости от типа стабилитронов стабилизированное напряжение можно полу­чать равным 75 В, 105 В, 150 В.

Значительно лучшим качеством стабилизации обладают элек­тронные стабилизаторы напряжения (рис. 1.41).

Схема состоит из следующих элементов: Л1 — регулирующая лампа, Л2 — управляющая лампа, ЛЗ — стабилитрон, создающий эталонное напряжение; сопротивления R₁, R₂ — делитель напря­жения; сопротивление R4 — анодное сопротивление управляю­щей лампы.

При подключении напряжения U_BX к входу стабилизатора по лампам Л1 и Л2 начинает протекать ток. Стабилитрон зажига­ется, и на нем. устанавливается эталонное напряжение. В проме­жуток сетка — катод лампы Л2 подается напряжение U_c2, равное разности напряжения эталонного и напряжения, определяемого движком делителя U_2вых. Ток, протекающий по лампе Л2, создает на сопротивлении R₄ падение напряжения, которое действует в промежутке сетка — катод U_c2 регулирующей лампы Л1.

Предположим, что напряжение U_BX возросло. При этом увели­чивается напряжение на делителе R₁, R₂, соответственно увели­чивается потенциал сетки лампы Л2, ток лампы возрастает. С рос­том тока лампы Л2 увеличивается падение напряжения на сопро­тивлении R₄. Потенциал сетки, лампы Л1 уменьшается, сопротив­ление ее возрастает. При этом увеличивается падение напряжения U_а1, а напряжение U_вых остается почти неизменным.

Если напряжение U_BX уменьшается, то уменьшается падение напряжения U_a1 на регулирующей лампе, а напряжение на на­грузке остается неизменным.

Электронные стабилизаторы позволяют получать очень высо­кое качество стабилизации. Они практически безынерционны и поэтому могут сглаживать пульсации стабилизируемого напряже­ния. Для ускорения процесса реагирования схемы иногда ставят конденсатор С1.

В последние годы широко применяются стабилизаторы напряжения на транзисторах (рис. 1.41,6). Их работа аналогична стабилизатору на лампах.

Стабилизация по переменному току

Стабилизация по переменному току обычно осуществляется феррорезонансными стабилизаторами. В основу работы феррорезонансных стабилизаторов положены явления резонанса напряже­ний или токов. Лучшие результаты дают стабилизаторы с резо­нансом токов.

На рис. 1.42 изображена схема стабилизатора с резонансом тока. Стабилизатор состоит из насыщенного дросселя 1 (нелиней­ный элемент) и ненасыщенного дросселя 2 (линейный элемент),

имеющего две обмотки.

В области насыщения сердечника дросселя ве­личина его индуктивно­сти зависит от тока. При­чем с увеличением тока, протекающего через дрос­сель, индуктивность уменьшается. С уменьше­нием индуктивности со­противление насыщенного дросселя уменьшается, а напряжение на нем почти не изменяется. Если уве­личить амплитуду намаг­ничивающего тока на 100%, то амплитуда на­пряжения возрастет не более чем на 7—10% .

Обмотка насыщенного дросселя с помощью емкости С настра­ивается на частоту, близкую к частоте напряжения сети. Настрой­ка осуществляется таким образом, что при увеличении питающего напряжения частота свободных колебаний резонансной цепи уда­ляется от частоты сети, так как уменьшается индуктивность, а при понижении напряжения резонансная частота приближается к час­тоте сети (индуктивность обмотки насыщенного дросселя растет). С приближением частоты цепи к резонансу токов сопротивление контура резко возрастает.

Предположим, что напряжение U₁ на входе стабилизатора возросло. Сопротивление контура уменьшилось из-за ухода резо­нансной частоты. Ток I₁ протекающий через ненасыщенный дрос­сель 2 (левая обмотка), возрос, и напряжение на нем увеличилось. Напряжение на нагрузке почти не изменилось.

При уменьшении напряжения на входе стабилизатора резонан­сная частота колебательного контура подходит ближе к частоте сети. Сопротивление контура растет. Ток, протекающий через дроссель 2, уменьшается, напряжение на нем также уменьшается, а напряжение на нагрузке остается почти неизменным.

Для лучшей стабилизации на ненасыщенном дросселе имеется еще одна обмотка (правая), в которой индуктируется напряже­ние U’’₂ направленное навстречу напряжению U'₁ действующему на контуре. Небольшие изменения напряжения на контуре можно полностью скомпенсировать правильным подбором числа витков правой обмотки ненасыщенного дросселя. Коэффициент полезного действия стабилизатора 70—80%.

Стабилизаторы позволяют получать выходное напряжение с точностью 0,5—1%. Серьезными недостатками стабилизатора яв­ляется их зависимость от частоты сети входного напряжения, ис­кажение формы стабилизированного напряжения, а также малый cos φ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объяснить принцип работы электронного стабилизатора.

2. В чем состоит принцип работы феррорезонансного стабили­затора?

3. Как работает схема однополупериодного выпрямителя?

4. Как работает мостовая схема трехфазного тока (схема Ла­рионова)?