Электроника Ч2

151

Коэффициент сглаживания определим, учитывая, что Кп.вх = π / 2. То-

гда

Легко видеть, что подбором Сф и Rн можно обеспечить требуемое зна- чение коэффициента пульсаций, а значит, и необходимое качество выпрям- ленного напряжения.

В силу простоты схемы и достаточно высокой эффективности емкост- ные сглаживающие фильтры нашли широкое применение в маломощных выпрямителях. В мощных выпрямителях сопротивление Rн мало, поэтому максимальная величина τф ограничена предельным значением емкости вы- пускаемых конденсаторов.

При малом значении Rн более эффективны L или LC фильтры. Коэф- фициент сглаживания L – фильтра определяется выражением

SL ≈ ωп L ,

Rн

а LC – фильтра

SLC ≈ ωп2 LC .

3.СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Сглаживающие фильтры позволяют существенно уменьшить уровень пульсаций, но не исключают их полностью. Исключить пульсации позволя- ют стабилизаторы напряжения. Различают параметрические и компенсаци- онные стабилизаторы. В составе преобразователей малой мощности, как правило, применяются параметрические стабилизаторы.

152

Полупроводниковый параметрический стабилизатор – это диод, р-n переход которого, при определенных условиях, допускает электрический пробой. Такой диод называют стабилитроном. Пробоем р-n перехода назы- вают явление резкого уменьшения дифференциального сопротивления пе- рехода при достижении обратным напряжением заданного значения. Это значение называют напряжением стабилизации Ucт. Если протекающий че- рез пробитый р-n переход ток ограничивать допустимым значением, то со- стояние пробоя в стабилитроне можно поддерживать и воспроизводить в те- чение десятков тысяч часов. Вольт - амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 27.10, а, а схемное обозначение - на рис. 27.10, б.

Рассмотренные свойства и вольт - амперная характеристика стабили- трона показывают, что при прямом включении он будет выполнять роль обычного диода. При обратном включении он также выполняет роль обыч- ного диода, если обратное напряжение |Uобр| меньше напряжения стабилиза- ции |Uст|.

Когда U обр ≥ U ст наступает пробой р-n перехода, его дифференци-

альное сопротивление резко уменьшается, настолько, что падение напряже- ния на переходе лишь незначительно изменяется относительно Uст. В силу этого нормальным включением стабилитрона является обратное. Рабочее напряжение не менее чем 1,5 раза должно превышать напряжение стабили- зации Uст. Рабочим участком вольт- амперной характеристики является уча- сток пробоя р-n перехода.

Основными параметрами стабилитронов являются следующие: -напряжение стабилизации Uст;

-минимально допустимый ток стабилизации Iст мин.;

-максимально допустимый ток стабилизации Iст макс.; -дифференциальное сопротивление стабилитрона Rст=!Uст / !Iст;

153

-максимально допустимая мощность рассеивания Рмакс.

Схема стабилизатора напряжения приведена на рис. 27.10. в. Схема включает источник питающего напряжения – Uвх (например, напряжение с выхода сглаживающего фильтра), ограничительный резистор Rогр, стабили- трон D, сопротивление нагрузки RH. Под воздействием входного напряже- ния через резистор Rогр протекает ток стабилитрона Iст и ток нагрузки IH. По- этому

а) б) в)

Рис. 27.10. Вольт - амперная характеристика а), условное обзначение стабилитрона б) и схема стабилизатора напряжения в)

Напряжение стабилизации Uст приложено к узлам 1 - 1' схемы. Под этим напряжением находится и сопротивление нагрузки. Значит,

I H = UC / RH .

Выражение (27.20) можно применять для расчета параметров схемы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

27.1.Чем вызвана необходимость создания вторичных источников питания?

27.2.Приведите основные признаки классификации ВИП.

27.3.Назовите основные выходные характеристики ВИП.

154

27.4.Составьте структурную схему выпрямителя источника питания и определите назначение его функциональных узлов.

27.5.Сравните основные параметры неуправляемых одно и двухполупериодных однофазных выпрямителей. Используя графики выходных напряжений, объясните разницу в значениях параметров.

27.6.Определите коэффициент трансформации n21 трансформатора в схеме рис. 27.3, если известно, что Rн = 600 Ом, действующее значение тока нагрузки Iн = 200 мА, а напряжение на входе первичной обмотки U1 = 220 В.

27.7.Чему равно среднее значение выпрямленного тока в сопротивлении нагрузки Rн = 400 Ом однополупериодного выпрямителя, если напряжение первичной обмотки трансформатора U1 = 220 В, а коэффициент трансформации n21 = 0,045?

27.8.Проведите связь между кратностью и коэффициентом пульсаций с физической точки зрения.

27.9.За счет чего в схеме составного выпрямителя кратность пульсаций m = 12?

27.10.В каких пределах можно изменять среднее значение выпрямленного напряжения на выходе управляемых выпрямителей?

27.11.Какие физические процессы положены в основу построения сглаживающих

фильтров?

27.12.В схеме однополупериодного однофазного выпрямителя Rн = 500 Ом. Определите коэффициент сглаживания SC и параметры емкостного сглаживающего фильтра, обеспечивающего Кп = 0,1, если выпрямитель питается от сети.

27.13.В каких целях в состав ВИП включают стабилизаторы напряжения?

27.14.Какое свойство полупроводникового материала положено в основу работы стабилитрона?

27.15.Для стабилизации напряжения в выпрямителе применен стабилитрон с параметрами Iст = 17 мА, Uст = 10 В. Рассчитайте необходимое сопротивление ограничительного резистора Rогр, если сопротивление нагрузки Rн = 500 Ом, а напряжение на вхо-

де стабилитрона Uвх = 16 В.

27.16. Для стабилизации напряжения в выпрямителе применен стабилитрон с параметрами Iст.макс = 30 мА, Iст.мин = 3 мА, Uст = 10 В. Определите допустимые пределы изменения питающего напряжения, если Rн = 1 кОм, а Rогр = 500 Ом.

155

ЛЕКЦИЯ 28. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ В ТЕХНИКЕ ПТМ

Снижение удельного расхода топлива и выброса в атмосферу вредных продуктов сгорания, увеличение ресурса работы и снижение трудоемкости технического обслуживания в современных подъемно – транспортных ма- шинах и механизмах во многом стало возможным благодаря внедрению электронных систем автоматического управления двигателем и трансмисси- ей, средств технического диагностирования. Электрооборудование совре- менного автомобиля представляет собой сложную систему, включающую более сотни изделий, а его стоимость может достигать 30% стоимости авто- мобиля. В лекции рассмотрим отдельные примеры применения электронных устройств в технике ПТМ.

1.ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Особенности регулирования напряжения в бортовой сети ПТМ и М, а также схема и принцип работы реле – регуляторов были рассмотрены в лек- ции 17. Основным недостатком реле – регуляторов является низкий срок их службы. Для устранения этого недостатка разработаны и внедрены регуля- торы электронного и смешанного типов.

Схема регулятора смешанного типа приведена на рис. 28.1. Схема включает трехфазный синхронный генератор, трехфазный мостовой выпря- митель, транзистор Т1, резисторы Rд, R1 и электромагнитное реле. Управ- ляющим органом являются контакты реле, включенные в цепь базы транзи- стора, а чувствительным элементом – обмотка реле, включенная на напря- жение генератора. Транзистор Т1 работает в ключевом режиме.

156

Если напряжение генератора меньше регулируемого, контакты реле разомкнуты, а в цепи базы протекает ток, поддерживающий транзистор в открытом и насыщенном состоянии. Ток транзистора является и током об- мотки возбуждения. Напряжение на зажимах 1 – 1′ является выходным на- пряжением генератора и определяется частотой вращения ротора.

При увеличении частоты вращения ротора напряжение генератора увеличивается. Когда напряжение становится выше регулируемого, контак- ты реле замыкаются. Участок цепи база – эмиттер шунтируется, и транзи- стор закрывается. Теперь ток обмотки возбуждения протекает по добавоч- ному резистору Rд и уменьшается. Уменьшение тока возбуждения приводит к уменьшению напряжения генератора и, как следствие, к размыканию кон- тактов реле. Далее процесс повторяется, а напряжение генератора колеблет- ся около регулируемого значения.

Достоинство схемы – контакты реле нагружены малым током, а по- этому не подгорают и не изнашиваются. Недостаток – нестабильность регу- лируемого напряжения. Недостаток обусловлен изменением характеристики возвратной пружины при ее старении.

Свободны от этого недостатка электронные регуляторы напряжения. Одна из возможных схем такого регулятора приведена на рис. 28.2. В этой

157

схеме электромагнитное реле заменено транзистором Т2, стабилитроном D1 и делителем напряжения R2, R3. Транзисторы Т1 и Т2 работают в ключевом режиме. Напряжение стабилизации равно напряжению регулирования.

При напряжении генератора ниже регулируемого стабилитрон закрыт. Цепь делителя R2, R3 разорвана большим сопротивлением закрытого стаби- литрона. К базе транзистора Т2 через резистор R2 приложен положительный потенциал выпрямителя, которым транзистор надежно закрыт. Такое со- стояние эквивалентно разомкнутым контактам реле в схеме рис. 28.1. К базе транзистора Т1 через резистор R1 приложен отрицательный потенциал вы- прямителя. Под действием этого потенциала транзистор Т1 открыт и насы- щен, его сопротивление пренебрежимо мало. В этом состоянии цепь обмот- ки возбуждения замыкается через транзистор Т1 и имеет минимальное со- противление.

С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора уве- личивается. Когда напряжение становится выше регулируемого, стабили- трон пробивается. Через делитель R2, R3 начинает протекать ток, создавая падение напряжения на резисторах. Отрицательный потенциал падения на- пряжения на R2 приложен к базе транзистора Т2 и открывает его, при этом база транзистора Т1 подключается к положительному потенциалу источника.

158

Транзистор Т1 закрывается, в цепь обмотки возбуждения включается доба- вочный резистор Rд, и напряжение генератора падает.

Падение напряжения на зажимах 1 – 1′ вызывает запирание стабили- трона. При этом транзистор Т2 закрывается, а транзистор Т1 открывается и шунтирует Rд. Напряжение генератора начинает увеличиваться. Далее про- цесс периодически повторяется, а напряжение генератора колеблется около регулируемого значения.

2.ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАРТЕРОМ

Электромагнитные схемы управления стартером были рассмотрены в лекции 16. В процессе управления большое значение имеет возможность своевременно отключить и блокировать стартер. Наиболее успешно эти за- дачи решаются электронными устройствами.

Упрощенный вариант электронной схемы пуска двигателя приведен на рис 28.3. В состав схемы входят формирователь сигнала датчика (D1, R1, R2, R3, T1 и D2), преобразователь (D3, D4, C1, C2, R4, R5), триггер (Т2, Т3, D5, R6, R7, R8), реле стартера К1 с нормально разомкнутыми контактами К1.1, стар- тер, выключатель стартера S и аккумуляторная батарея Е. В качестве датчи- ка сигнала о выходе ДВС на рабочий режим может быть использован гене- ратор переменного тока.

Когда выключатель S переводится в положение КВ (включено), на схему подается напряжение питания от аккумуляторной батареи Е. При этом триггер устанавливается в исходное состояние, при котором транзи- стор Т3 открыт и насыщен, а транзистор Т2 закрыт. После перевода выклю- чателя S в положение СТ (пуск) обмотка реле К1 через диод D6 и открытый транзистор Т3 подключается к аккумуляторной батарее. Реле срабатывает, и контакты К1.1 включают стартер.

При вращении коленчатого вала на вход схемы поступает сигнал от датчика частоты вращения. Диодом D1 сигнал датчика преобразуется в од- нополярные импульсы, следующие с частотой вращения коленчатого вала. На транзисторе Т1 выполнен резистивный усилитель по схеме с общим эмиттером. Усиленные импульсы ограничиваются по амплитуде стабили- троном D2 и принимают прямоугольную форму.

Диод D3, конденсатор С1 и резистор R4 образуют однополупериодный выпрямитель с емкостным сглаживающим фильтром. На выходе выпрями- теля формируется пульсирующее напряжение, среднее значение которого определяется частотой следования импульсов.

После пуска двигателя и увеличения частоты вращения коленчатого вала среднее значение выпрямленного напряжения достигает напряжения пробоя D4. Стабилитрон D4 пробивается, его ток создает на резисторе R5 па- дение напряжения, которое через резистор R7 воздействует на базу транзи- стора Т2 и открывает его. Триггер опрокидывается. Теперь транзистор Т2 от- крыт и насыщен, а транзистор Т3 закрыт. Цепь питания обмотки реле К1 разрывается, его контакты К1.1 размыкаются и выключают стартер.

160

Очередное включение стартера возможно только после возвращения выключателя S в исходное состояние (выключено) и повторения операций пуска.

3.ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

3.1.Основные этапы развития электронных систем зажигания

Принцип работы систем зажигания ДВС батарейного типа был рас-

смотрен в лекции 10. Такие системы имеют достаточно простую конструк- цию, невысокую стоимость и позволяют регулировать угол опережения за- жигания в широких пределах, но имеют ряд недостатков. К числу основных недостатков относят следующие:

–относительно малую величину вторичного напряжения на низких и высоких частотах вращения коленчатого вала двигателя,

–чрезмерный нагрев катушки зажигания в зоне низких частот враще- ния вала двигателя и особенно при остановившемся двигателе и включен- ном замке зажигания,

–нарушение зазоров в контактах, необходимость их периодической зачистки,

–низкий срок службы и др.

Так как недостатки обусловлены работой механического прерывателя и механических автоматов опережения зажигания, то для их устранения стремятся заменить эти элементы электронными устройствами. Полученную в результате такой замены систему зажигания называют электронной.

Первыми электронными устройствами, примененными в системах за- жигания, стали электронные ключи. Результатом их внедрения стала кон- тактно – транзисторная система зажигания (рис.28.4.).