книги из ГПНТБ / Кирпатовский, С. И. Периодические процессы в нелинейных цепях учеб. пособие

где

yg^u.

неустойчи­

Падающий участок между точками "а " и "б" соответствует

в а !

состояниям. Характеристика

1(17)

явдяѳтоя неоднозначной

в том

ные эффекты,

но в параллельном - при медленном

изменении тока изменя­

ются скачком

напряжение, что показано на рис.

7 3 ,а .

Ранее

2 4 . СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯШИЯ И ТОКА

постоянно­

были рассмотрены стабилизаторы напряжения в цепях

го тока

[f 5]

и математическое описание

их действия

[і б].

в режиме наснцѳния), имеющий вольтампѳрную характеристику

Ul (I)

со­

гласно рис. 7 4 ,6 . На том же рисунке построена характеристика

Uci(I)

линейной

емкости

дп»

основной

-

I l l

-

и характеристика после­

гармоники

довательного феррорѳвонаноного

авѳна

О (I

)

При ивненѳннв питаощего

напряжения

U

большом диапавонѳ

от

Uмин

до

Uuanc

,

ток в цепи и з -

Iв

меняѳтся

от

мин

до

Імокс

А, чему соответствует налое иемѳнѳвяѳ на­

пряла ния

U,.

,

обоатченноѳ

UL

. Коэффициент отабиливацня в общем

случае определяется

как

с

а М . AM

М

N

'

М '

где

-

S

/V

входная величина;

В данном случае

-

выходная величина стабилизатора.

г*

АUl. . AU

и его

bv~

UL •

и

среднееßаначѳниѳUlмакс

Ul мин

. Uмакс~ U мин

Построение

_

U МОКС~

Uмакс* Umuh

l

+ Ulmuh

хода

на рис.

7 4 ,6

и формулы соответствуют режиму холостого

стабиливатораUL. В рабочем

режиме все

будет

аналогично,

если

вмѳо-

то характеристики

(I)

рассматривать характеристику

UZ(I)

,

соот­

ветствующую параллельному соединению дросселя

наоыцения о сопротивле­

нием нагрузки (обычно линейным). Вовможный вид характеристики

UZ(I)

показан на

рис.

7 4 ,6 . Чем больше нагрувка

( т . е . , чем меньше

ее сопро­

тивление^//

) ,

тем

круче

рабочая часть

ее

характеристики

Uz(I)

и тем

хуже стабилизация - меньше ковффициент стабилизации.

в не­

Главный недостаток

стабилизатора

по

схеме

рис. 7 4 ,а состоит

возможности

его

использования

при малых токах

(слишком велик

Іщик

.В т о ­

рой недостаток (устранимый и в последовательной схеме) состоит в не­

достаточном коэффициенте стабилизации (недостаточно пологий рабочий

участок

Uz (I)

) .

Оба недостатка устранены в стабилизаторе по

схеме

где

рис.

75, а ,

в

качестве

нелинейного

элемента применено параллельное

феррорѳзонансноѳ

звено

с

характеристикой

U</(I)

, показанной

на

Ulr(T)

рис.

7 5 ,6 .

Там же показана характеристика линейной индуктивности

и входная характеристика стабилизатора

Щ 1)

.

При изменении нходного

напряжения

от

U,

до

Uz

ток

I

изменяется от

I

мин

ДО

I. мокс

>

т .е . возможно применение

стабилизатора

и при сравнительно малом тока.

Зто значит, что расширен относительный диапазон нагрувки _Z)=

по сравнению

со

схемой

рис.

7 4 ,а .

Но крутивна рабочего

учаотка харак­

теристики

Uh(I)

больше,

чем

была у

Ul (Z)

и ,

следовательно,

напрякѳ-

ние

Us стабилизировано хуж е, чем напряжение UL

, в схеме

рис. 7 4 ,а .

Радикально

устраняет

етот недостаток дополнительная обмотка, в кото­

рой

индуктируется ЭДС

Eg

, пропорциональная току

I

или,

что то же -

напряжению

. График

Eg(l)

построен

в нижней части рисунка 7 5 ,6 .

Дополнительная обмотка включается встречно к напряжению

Ü

поэтому

Ед

вычитается:

11г = ин- Е ^ и г и ,-Е а .

быть сделана как

и ,к ак следстви е,Цг< 17ц ,

а кривая Ui (I)

может

пряжения сопровождается стабилизацией тока, поскольку

7,

=

. Одна­

значение тока

п р и

и з м е н е н и я х

сопротивления нагрузки.

Эту задачу выполняют

стабилизаторы тока. На рис. 7 6 ,а

изображена схе ­

ма простейшего феррорѳзонансного стабилизатора тока,

представляющего

собой параллельное фѳррорезонансноѳ звено с активным

сопротивлением,

обеспечивающим

критическую характеристику

звена

I(UH)

, показанную

на рис. 7 6 ,6 и напоминающую характеристику

бареттера.

При

изменении

напряжения

UH

в довольно широких пределах

Umuh~ Umokc

т о к изме­

няется весьма незначительно, если переменное сопротивление

нагрузки

зации,

определяемый как

діг

I

д <у м л г 2 | у і

Іг

’

а при

Т ' Г І ^ Г

І М

I

постоянстве входногоС —напряженияI I • I ÂкакkA

I'

^ " 1

Zz Г I

Іг

Фѳррорѳзонансным стабилизаторам присущ недостаток, который иног­

да исключает возможность их применения в измерительных цепях -

они иска­

жают форму кривой стабилизированного (выходного)

напряжения и тока.

Хотя в

серийных стабилизаторах

имеется фильтриругощий выходной

контур,

управляемые НЭ - триоды. И н в е р т и р о в а н и е

имеет

свои отли­

чия

от

г е н е р и р о в а н и я

переменного тока

за счет

постоянно­

го

в автоколебательных

системах

(см . [ 4 ] ) . 'Здесь ограничимся

рассмот­

рением некоторых вопросов выпрямления.

С о б с т в е н н о

выпрямление не приводит к получению постоян­

ного тока (напряжения),

но дает

пульсирующую (постоянного знака) вели­

чину,

которая содержит

п о с т

о я н н у ю составляющую и гармоники.

Поэтому выпрямитель должен состоять из собственно

выпрямителя и фильт­

ра для подавления гармоник. Схема

о д н о п о л у п е р и

о д н о г о

выпрямления показана на

рис. 77. а ,

а

на рис. 7 7 .6

показан

результат

ее действия, до фильтра

- пунктирной

линией и после фильтра - сплошной

а.

5

ка:

Известны две схемы двухполупериодного выпрямления однофазного то­

а) схема с средней точкой и б)

мостиковая (схема Грѳтца).

Схема

со

средней точкой показана на рис.

7 8 ,а , мостиковая

- на р и с.

7Ѳ ..6,

а

одинаковый результат их выпрямления на рис. 7 6 ,в . Из

рисунка

видно,

Рис. 78

значительно меньше,

что скважность кривой (пунктирной) и пульсации

чем в однополупериодной схеме. Поэтому для ее

сглаживания фильтр мо­

ся какІсрГ -film ,

соответственно

Ucp

2=

fi Um ■

ного направления

иг

,

при этом диод Д-^ -проводит,

а

Дг,

- не проводит.

От вторичной

обмотки

трансформатора ток

гіроходит

через

диод Д ^ , зДтѳм

через элементы сглаживающего фильтра СФ,

от

плюса к минусу нагрузки

RH

и далее

к средней

точке трансформатора.

В течение

отрицательного

полупѳриода напряжение

-1 1 6 -

U?_ действует против стрелки, ток проходит толь­

ко черев диод Д ^ , затеи

черев фильтр и нагрузку (снова

от плюса к ми­

нусу) к средней точке.

Действие мостовой схемы при положительном полупѳриодѳ, когда на­

пряжение действует по стрелке, состоит в протекании тока черев диод Д ^,

ватам черев фильтр, от

плюса к минусу нагрувки и , наконец, через диод

Дд к зажиму 2

источника. При отрицательном полупѳриодѳ

напряжение дей­

ствует против

стрелки и ток протекает черев диоды Д£ и

Д ^ ,

сохраняя

в нагрузке то же направление, что и в положительный полупериод.

Сравнивая рассмотренные схемы, замечаем, что они должны иметь раз­

личную стоимость. Действительно, в охѳмѳ однополупериодного

выпрямле­

ся более простой и потому более дешевый фильтр, но нужны два диода и

трансформатор, а в моотовой

схеме - четыре диода, но без трансформато­

ра. Экономическое (технико-экономическое) сравнение схем (как

и других

технических

решений) выполняется путем подсчета так называемых

г о ­

д о в ы х

р а с х о д о в

для каждого ив вариантов. Годовые

расходы

складываются иа определенного процента первоначальной стоимости (зто

4*6% годовых

отчислений от капиталовложений), эксплуатационных расхо­

дов за год и некоторых других статей. Предпочтительным является вариант

с минимумом годовых расходов.

Заметим, что принципиально для получения средней точки может быть

которые иногда могут быть экономически

выгодней трансформатора. Однако

у трансформатора есть немалое,иногда

желательное преимущество - о его

помощью можно получить такое

переменное н е с т а н д а р т н о е

напряжение

(например,

Um

245 в на полуобмотке), которое

после

выпрямления дает

с т а н д а р т н о е

постоянное напряжение

(напри­

мер,

П = ^ Ѵ

г* =

245 = 220 в ) .

Познакомимся еще со схемой Миткевича для выпрямления трѳхфааного

тока, в которой используется один полупериод в каждой из фаа. Схема

изображена на рис. 79, а .

Ее действие в

общих чертах подобно действию

схемы оо средней

точкой,

роль

которой

играет нейтраль вторичной обмот- '

-

117 -

а

В

бенность

- диод открыт не в

течение всего положительного полупѳриода,

а только

в ту

его ча ст ь , когда мгновенное напряжение на данной

фазе

выше, (.чем

на остальных,

, что

видно

ив графика р и с. 7 9 ,6 .

Электрический

угол

в

течение

которого

открыт каждый ив диодов, можно

назвать

у г л о м

д е й с т в и я .

Для схемы Миткѳвича теоретиче­

ское

значение

втого

у гл а , отсчитанного отзначения

U=üm

в о^ѳ

сторо­

ны,

равно

2fp

2x260°

= 120° и определяется соотношением

, где

П

- число диодов. В реальных схемах

коммутация диодов

происходит о

некоторым

запозданием

(затягиванием),

зависящем от характера нагрузки '

и вида диодов.

и некоторые другие

с х е м ы

выпрямления могут

ооут

Описанные

щѳствлятьоя с использованием диодов различного

вида:

полупроводниковых

(медно-закисных, селеновых,

германиевых, кремниевых),

ртутных колб

(в частности, игнитронов), гавотронов. Выбор вида диода зависит

от на­

значения выпрямителя и его

мощности.

2 6 .

- 118 -

О ФОРМИРОВАНИИ СИГНАЛА И ДВУХПОЛЮСНИКА

С ЗАДАННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ С ПОМОЩЬЮ ДИОДОВ

Покажем формирование с помощью активной ветви о диодом, схема ко­

торой показана на

рис. 80,

а , а результат действия (характеристика) -

на рис. 8 0 ,6 . Такая ветвь

применяется для ограничения напряжения. При­

а.

Ö.

мером формирования сигнала может слу­

жить получение почти прямоугольного

импульса из полупериода синусоидаль­

ного колебания, что находит широкое

применение

в задачах практики

(в ав­

томатике, измерительных схемах, им­

пульсной технике). Схемы простейших

формирователей

сигнала, в данном

слу­

чае

о г р

а н и ч и т е л е

Іі

напря­

жения, и результаты их действия показа­

ны на

рис.

81 а ,б и 82 а ,б . Первая

схема

осуществляет формирование

обоих

г о ,

полностью срезая второй.

полупѳриодов,

а вторая - только

одно­

В этих схемах

всегда напряжение

,

так

как при увеличении

иг

до

значения

Е

открывается диод,и ток

ig

вызывает дополнительное

падение напряжения

rig

т ак , что согласно

второму закону Кирхгофа

и,- г (іг + ig)=E = Uz .

Формирование двухполюсника

о заданной характеристикой возможно о

помощью тех

же

активных ветвей

с диодами.

Параллельное включение

ті

таких

ветвей,

но о

различными

параметрами

(

От, Ек)

, что показано на

рис.

8 3 ,а ,

позволяет

получить характеристику в

виде ломаной линии,со-

стоящѳй из

+1

участков,

представленной

на

рис. 8 3 ,6 .

77

Действие

схемы

по

рис.

8 3 ,а

состо­

ит в том,

что

по мере увеличения напря­

жения до

значений

Е{

,

Ег

,

. .

. ,

Ек

,

Р.і

открываются соответствующие диоды

Иг,

. . . ,

Дк,

. . . и параллельно

сопро­

Г0

тивлению

включаются сопротивления

Г, ,

Гг ,

. . . ,

Гк

,

.• ■

, а

сопротивле­

ние формируемого двухполюсника

у м е н ь ш а е т с я .

Поэтому характе­

ристика приближается к оси тока. В таких

схемах нельзя получить характеристику,

которая приближалась бы к оси напряже­

ния. Для получения такого вида характе­

ристики I

(ри с.

84)

или характеристики

2 , показанной

на рис.

8 4 , предложены