Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I __________________________________________________________________

Кафедра «Электрическая связь»

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №86

«Исследование компенсационного стабилизатора напряжения»

Выполнили студенты группы АС-907:

Проверил преподаватель: Тихомиров С.А.

Санкт-Петербург 2021

Цель работы

Изучение процессов в схеме компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока и оценка влияния параметров цепи обратной связи на характеристики стабилизатора в целом.

Программа работы

1) В соответствии со своим вариантом №1 (номером бригады) были выбраны исходные данные: U1=1B, Ky1=50, Ky2=200; и установлены соответствующие параметры компенсационного стабилизатора.

2) Снятие зависимостей Um2 и U02

3) Снятие зависимостей U02 и Um2

4) Обработка результатов измерений

Назначение оборудования

В компенсационном стабилизаторе за счет воздействия изменения выходного напряжения на его регулирующее устройство через цепь обратной связи осуществляется стабилизация напряжения, т.е. преобразуется электрическая энергия.

Классификация оборудования

Компенсационный стабилизатор напряжения: здесь используется обратная связь для автоматического регулирования. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Параметрический стабилизатор напряжения: в таком стабилизаторе используется участок вольт-амперной характеристики прибора, имеющей большую крутизну.

По принципу действия, стабилизаторы напряжения разделяют на типы:

Феррорезонансные стабилизаторы - работа этого типа стабилизаторов напряжения, основана на эффекте феррорезонанса напряжения в контуре трансформатор-конденсатор. В настоящее время стабилизаторы этого типа вышли из употребления, т.к. их характеризует ряд конструктивных недостатков: низкое КПД, высокий уровень шума, невозможность работы на холостом ходу и при перегрузках, и т.д.

Стабилизаторы на принципе магнитного усилителя - в основе принципа действия этих стабилизаторов лежит эффект нелинейной характеристики намагничивания сердечника трансформатора. Это единственные стабилизаторы напряжения, которые работают в широкой амплитуде атмосферных температур: от минус 45 до плюс 45 °C. Однако высокой уровень шума, узкий рабочий диапазон входных напряжений, сильное искажение формы синусоиды электротока и большая масса, не позволили стабилизаторам этого типа получить широкого распространения.

Стабилизаторы напряжения со ступенчатом регулированием - это стабилизаторы переменного напряжения, работа которых, основана на коммутировании между секциями вторичной обмотки трансформатора с отличающимся числом витков. Коммутация происходит автоматически, при помощи таких силовых ключей, как реле, тиристоры, симисторы и пр. Недостатком этого типа стабилизаторов является то, что в силу принципа работы, они не могут обеспечить высокую точность выходного напряжения. К тому же, во время переключения секций возникают кратковременные провалы напряжения и помехи, что ограничивает область их применения.

Электромеханические стабилизаторы напряжения - эти стабилизаторы, при помощи управляемого электроникой сервопривода, стабилизируют напряжение посредством изменения положения щетки автотрансформатора. Электромеханические стабилизаторы напряжения позволяют обеспечить высокую точность выходного напряжения и работу при перегрузках, при этом не создавая помех и работая в широком диапазоне напряжений. Стабилизаторы этого типа нашли применение в больших масштабах в быту и промышленности.

Стабилизаторы с двойным преобразованием энергии - обеспечивают стабильное синусоидальное напряжение за счет того, что в их конструкции применен транзисторный инвертор с контроллером широтно-импульсной модуляции и выпрямитель. Однако на данный момент стабилизаторы этого типа находятся в стадии промышленного освоения.

Стабилизаторы с высокочастотным транзисторным регулированием - их работа основана на использовании быстродействующих силовых транзисторов, которые коммутируются на высокой частоте при каждом периоде сетевого напряжения. Этот тип самый перспективный в производстве стабилизаторов. Но в настоящее время находится лишь в стадии разработки.

Историческая справка

Компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием.

Изобретение позволяет расширить область применения компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием. Стабилизатор содержит регулирующий элемент I, выполненный из N параллельно соединенных транзисторов, датчик 2 напряжения или тока, блок 3 обратной связи, N-канальный распределитель импульсов 7, N-канальный аналоговый коммутатор 8, задающий генератор импульсов 9, нагрузку 10. В данном стабилизаторе возможно поочередное отпирание транзисторов с полным током нагрузки независимо от пульсации напряжения источника питания и практически при любом количестве параллельно включенных транзисторов 

Изобретение относится к электро-радиотехнике, а именно к стабилизированным источникам питания, и может быть использовано в системах питания устройств автоматики, вычислительной техники и другой радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретения является расширение области применения стабилизатора за счет возможности его использования при любом количестве параллельных транзисторов и независимо от типа источника питания.

Стабилизатор содержит регулирующий элемент 1 выполненный параллельно соединенных транзисторов датчик 2 напряжения или тока, блок 3 обратной связи, состоящий из усилителя 4 постоянного тока, схемы 5 сравнения и источника 6 опорного напряжения, N-канальный распределитель 7 импульсов, N-канальный аналоговый коммутатор 8, задающий генератор 9 импульсов и нагрузку 10.

Стабилизатор работает следующим образом.

Задающий генератор 9 синхронизирует работу N-канального распределителя 7 импульсов, который последовательно один за другим открывает ключи N-канального аналогового коммутатора 8 на время, равное периоду следования импульсов с задающего генератора 9 с минимальным временным перекрытием соседних ключей коммутатора 8. При открытии одного из ключей коммутатора 8 сигнал с выхода блока 3 обратной связи, пропорциональный разности напряжений датчика 2 и источника 6, поступает на вход соответствующего регулирующего транзистора, поддерживая в нагрузке 10 заданный ток. Сравнение напряжений производится схемой 5 сравнения. Наличие временного перекрытия двух соседних каналов исключает прерывание тока через нагрузку 10.

В данном стабилизаторе возможно поочередное отпирание транзисторов с полным током нагрузки независимо от пульсации напряжения источника питания и практически при любом количестве параллельно включенных транзисторов.

Формула изобретения

Компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием, содержащий регулирующий элемент, выполненный по меньшей мере двух параллельно соединенных транзисторов, и блок обратной связи, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения в него введены И-канальный аналоговый коммутатор, N-канальный распределитель импульсов и задающий генератор, выход которого подключен к входу N-канального распределителя импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входам N-канального аналогового коммутатора, выходами подключенного к соответствующим управляющим входам транзисторов регулирующего элемента, а выход блока обратной связи подключен к управляющему входу N-канального аналогового коммутатора.

Достоинства и недостатки.

Достоинства:

• возможность получения переменного напряжения высокой стабильности при значительных колебаниях напряжения;

• безинерционность действия;

• устойчивость электрических данных, почти неизменяющихся в течение всего срока службы;

• отсутствие быстродействующих частей, что обеспечивает большой срок службы; 

• простота конструкции, небольшая стоимость. Недостатки:

• относительно невысокий КПД;

• ступенчатое изменение выходного напряжения у стабилизаторов с невысокой

• точностью стабилизации, хотя, у некоторых серий электронных стабилизаторов (например, LIDER SQ-D) данный недостаток устранен на 100%;

• зависимость выходного напряжения от характера нагрузки; 

• наличие значительных полей магнитного рассеяния.