ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Петербургский государственный университет путей сообщения
Императора Александра I»
(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии» Кафедра «Электрическая связь» Дисциплина «Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей»
Лабораторная работа №87
по теме:
«Исследование импульсных регуляторов напряжения»
Выполнил студент гр. АР-709
|
|
Баранов Д.А. |
|
|
|
Проверил |
__________________ подпись, дата |
Тихомиров С.А.
|
Санкт-Петербург
2020
Цель работы: Изучение принципа действия и исследование основных характеристик импульсных регуляторов напряжения (ИРН).
1. Общая теория
1.1. Значение оборудования
Импульсный регулятор напряжения – это преобразователь напряжения, преобразующий электрическую энергия постоянного тока в электрическую энергию постоянного тока другого уровня напряжения. ИРН могут применяться в виде отдельного законченного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания.
Для преобразования напряжения одного уровня в напряжение другого уровня часто применяют импульсные преобразователи напряжения с использованием индуктивных накопителей энергии. Такие преобразователи отличаются высоким КПД, иногда достигающим 95%, и обладают возможностью получения повышенного, пониженного или инвертированного выходного напряжения.
В соответствии с этим известно три типа схем преобразователей: понижающие, повышающие и инвертирующие.
Повышающий преобразователь напряжения применятся тех схемах, где необходимо получить напряжение, большее, чем напряжение питания схемы. При этом важны малые габариты и высокий КПД, но терпим некоторый уровень высокочастотных шумов.
1.2. Классификация оборудования По характеру преобразования:
Преобразователи напряжения и блоки питания:
Импульсные источники питания
Источники бесперебойного питания
Трансформаторы напряжения
По способу управления:
Импульсные (на постоянном токе)
Фазовые (на переменном токе)
По типу схем:
Нулевые, мостовые
Трансформаторные, бестрансформаторные
Однофазные, двухфазные, трёхфазные…
По способу управления:
Управляемые
Неуправляемые
1.3. Краткая историческая справка
При начале практического использования электрической энергии (1880-е) возникла проблема преобразования энергии.
Период использования |
Компонентная база |
Особенности |
1880-е - 1990-е |
Мотор-генератор (умформер) До сих пор находят применение (например, динамотор), хотя и ограниченное |
+ Низкий коэффициент нелинейных искажений + Высокий КПД + Большие мощности + Возможность преобразования постоянного тока + Стойкость к коротким замыканиям, перегрузкам, перенапряжениям — Материалоёмкость - Сложность ремонта и обслуживания - Наличие подвижных изнашивающихся частей - Шум и вибрации — Низкий коэффициент мощности |
1880-е - настоящее время |
Трансформаторы |
+ Большая надёжность + Высокий КПД + Большие мощности - Большие габариты при малых частотах - Невозможность преобразования постоянного тока |
1930—1970-е В настоящее время практически не используются |
Ионные приборы (игнитрон) |
+Большая преобразуемая мощность (по этому показателю устройства на ионных приборах до сих пор не превзойдены полупроводниковыми) +Стойкость к коротким замыканиям и перенапряжениям -Хрупкость корпусов (стекло, керамика) -Мощные ионные приборы наполнены парами ртути. В случае аварии высок риск загрязнения окружающей среды -Длительное время подготовки к работе |
1960-е - настоящее время |
Полупроводниковые диоды, тиристоры и транзисторы |
+ Компактность + Бесшумность + Лёгкость и гибкость управления - Потери мощности в ключах - Искажения и помехи в сетях |
Зачастую появление новых приборов не устраняет необходимости использовать ряд приборов, прежде существовавших. Например, многие полупроводниковые приборы используют трансформаторы, но в более выгодном высокочастотном диапазоне. В результате устройство приобретает преимущества и тех, и других. Использование п-п инверторов для управления умформерами позволяет устранить коллекторы и щётки. Это снижает потери омические и на трение. Сами инверторы тоже могут быть меньшей мощности, например, при использовании машин двойного питания, потери — меньше, а качество преобразования энергии — гораздо выше.