5. Стабилизаторы

Стабилизатор — элемент автоматики, который обеспе­чивает поддержание какого-либо параметра энергетической Цепи на постоянном уровне. В гидравлических и пневматических цепях наиболее часто приходится поддерживать давление. В электриче­ских цепях стабилизируют напряжение, ток или частоту, причем На практике чаще всего стабилизируют напряжение.

Электрические стабилизаторы применяют в системах автома­тического регулирования в двух случаях: когда колебание напря­жения питания оказывает нежелательное воздействие на изме­нение параметров элементов автоматики и когда значение регу­лируемого параметра задается в Виде некоторого напряжения.

Качество стабилизации напряжения характеризуется коэффи­циентом стабилизации, показывающим отношение относительного изменения воздействующего фактора к относительному изменению выходного напряжения.

Различают два метода осуществления стабилизации: пара­метрический и компенсационный.

Параметрический метод основан на применении различных элементов с нелинейными статическими характеристиками, к числу которых относятся активные нелинейные сопротивления (к таким элементам относятся бареттеры, термисторы, стабиловольты, ста­билитроны) и реактивные нелинейные сопротивления (дроссели с насыщенными ферромагнитными магнитопроводами и конден­саторы с нелинейными диэлектриками).

Компенсационный метод основан на применении замкнутых систем регулирования.

Параметрические стабилизаторы с активными нелинейными сопротивлениями могут применяться как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

О —

г)

Рис-. 17. Схемы стабилизаторов напряжения:

п — на бареттере; б —• на стабилитроне; в — ферро­резон а ней ого; г — транзисторного

• Нелинейные сопротивления по характеру нелинейности раз­деляют на два типа: сопротивления, у которых вольт-амперная характеристика имеет участок, где сила тока / приблизительно постоянна для некоторых пределов изменения подводимого на­пряжения, и сопротивления, с вольт-амперной характеристикой, имеющей участок с постоянным падением напряжения для неко­торых пределов изменения тока.

К устройствам, имеющим сопротивления первого типа, отно­сятся обычно лампы накаливания и бареттеры. Последние пред­ставляют собой стеклянный заполненный водородом баллон, вну­три которого разметена провблока из чистого железа. Если ба­реттер Я включить последовательно с нагрузкой /?_н (рис. 17, о), то в определенных пределах входного напряжения ток в цепи будет изменяться очень мало. Баретгер является стабилизатором тока.

К устройствам, имеющим нелинейные сопротивления второго типа, относятся полупроводниковые термисторы, позисторы и стабилитроны.

Термисторы — полупроводниковые терморезисторы с большим отрицательным температурным коэффициентом.

і

Рис. 18. Стабилизатор да­вления

Позисторы обладают большим положительным температурным коэффициентом.

Стабилитрон (полупроводниковый диод — стабилизатор) — это германиевый или кремниевый диод.

Схема включения стабилитрона V показала на рис. 17, б. Стабилизация выходного напряжения и_вых обеспечивается при изменении входного напряжения и_вх и при изменении сопротив­ления нагрузки Я„. Уровень стабилизации не превышает 0,1 %.

Параметрические стабилизаторы с нелинейными реактивными сопротивлениями могут применяться в непях переменного тока. Они обеспечивают более высокий КПД по сравнению со стабили­заторами на активных сопротивлениях. В рараметрических ста­билизаторах чаще всего применяют дроссели в комбинации с линейными конденсаторами. Они носят на­звание феррорезонансных. Варианты этих стабилизаторов весьма разнообразны.

Одна из простейших схем приведена на рис. 17, в.

Дроссель Ы имеет постоянную ин­дуктивность и работает в ненасыщенном режиме. Дроссель Ь2 работает в нели­нейном режиме, поэтому повышение на­пряжения на нем приводит к резкому росту тока и, как следствие этого, к уве­личению падения напряжения на дроссе­ле Ы. Конденсатор С включается в схему для того, чтобы за счет феррорезонанса достичь насыщения при относительно ма­лых токах.

Компенсационные стабилизаторы могут быть выполнены на лампах и полупроводниках. Однако в последнее время в основном находят применение полупроводники.

Схема простейшего транзисторного стабилизатора (рис. 17, г) включает усилительный элемент (транзистор VI) и измеритель­ный элемент (диод У2). Через резистор 1^1 осуществляется отри­цательная обратная связь. При изменении входного напряже­ния 1/_вх транзистор VI препятствует отклонению напряже­ния £/_вых. При увеличении £/„* возрастает ток через диод У2, что приводит к росту напряжения на резисторе и к частичному закрытию транзистора VI, т. е. увеличению падения напряжения. Значение выходного напряжения практически равно обратному напряжению на стабилизаторе У2.

Гидравлические и пневматические стабилизаторы применяют для уменьшения отклонений параметров питаемых через них элементов, т. е. для стабилизации давления. Одна из простейших схем стабилизатора давления показана на рис. 18. Жидкость (или сжатый воздух) из магистрали поступает во входную полость 1. Оттуда через зазор между корпусом 2 и золотником 3 попадает во входную полость 4, из которой осуществляется непосредствен­ная подача к гидравлическому или пневматическому усилителю (исполнительному механизму). Если выходное давление Р_ВЫ1 уменьшается, то пружина 5 переместит поршень 7 вниз и увеличит зазор клапана; при повышении давления Р_вых зазор будет уменьшаться. С помощью винта 6 можно изменить сжатие пружины 5 и тем самым задавать значение давле­ния Р_ьых.

Кроме стабилизаторов давления, в гидравлических и пневма­тических системах могут применяться стабилизаторы расхода. Однако, как и стабилизаторы электрического тока, их используют значительно реже.

Контрольные вопросы а задания

1. Какой элемент автоматики называется усилителем и каково его на­значение?

2. Перечислите основные характеристики усилителей.

3. Перечислите основные типы усилителей.

4. Назовите преимущества и недостатки электромеханически* усилителей.

5. Объясните принцип действия магнитного усилителя.

6. Каково влияние частоты переменного тока и обратных связей на работу магнитных усилителей?

7. Кяк устроен и работает электронный ламповый усилитель?

8. Расскажите о работе полупроводниковых усилителей.

9. Расскажите о работе пневматических и гидравлических усилителей.

10. Какое назначение имеют стабилизаторы?

11. В чем основные отличия параметрических и компенсационных стабили­заторов?

12. Как устроен и работает феррорезонансный стабилизатор напряжения?

13. Расскажите о работе гидравлических и пневматических стабилизаторов давления.