6.5 Источники вторичного электропитания

Электрическая энергия от производителя к потребителю передается (из экономических соображений) по высоковольтной линии электропередач (10кВ-1000кВ). Высоковольтное напряжение непригодно для непосредственного использования в промышленности по причине электробезопасности. Для получения безопасного напряжения используют понижающие трансформаторы. Для преобразование переменного тока в постоянный используют выпрямители. Их называют источниками вторичного электропитания.

Структура источника переменного тока без изменения формы сигнала (рис. 6.19)

1 – высоковольтное напряжение; 2 – понижающий трансформатор (определенной мощности); 3 – средства коммутации, контроля и защиты; 4 – выходное напряжение

Рис. 6.19 – Структура источника переменного тока без изменения формы сигнала

Структура источника с преобразованием переменного напряжения в постоянный

Структурная схема выпрямителя представлена на рис. 6.20.

1 – высоковольтное переменное напряжение; 2 – понижающий трансформатор; 3 – выпрямитель; 4 – фильтр; 5 – средства коммутации, контроля и защиты; 6 – постоянное выходное напряжение

Рис. 6.20 – Структура источника с преобразованием переменного напряжения в постоянный

Важнейшей характеристикой источников питания является его выходная (рабочая) характеристика: зависимость выходного напряжения (напряжения на нагрузке) от тока нагрузки (рис. 6.21).

Рис. 6.21 – Выходная характеристика

В рабочем режиме выходное напряжение и ток нагрузки равны номинальным значениям. Они приводятся в техническом паспорте источника.

Вероятные вопросы интернет тестирования по теме 6.5(источники вторичного электропитания):

1.Выходная характеристика источника питания это:

(а)

(б)

(в)

(г)

Ответ(г)

6.6 Выпрямитель

Выпрямитель – устройство, которое преобразует знакопеременное напряжение в постоянное (напряжение одного знака).

Существуют различные выпрямители: однополупериодные, двух полупериодные, однофазные, трех фазные, управляемые, неуправляемые.

Качество выпрямленного напряжения определяется качеством выпрямителя. Лучшее качество достигается при использовании трех фазного двух полупериодного выпрямителя. Величину выходного напряжения можно изменять при использовании управляемого выпрямителя. В качестве элементов управления используют тиристор. Регулируя степень открытия (часть периода в работе тиристора в проводящем состоянии) можно изменять величину (среднее значение) выпрямленного напряжения.

Электрическая схема неуправляемого однофазного одно- и двух полупериодного выпрямителя представлена на рис. 6.22 а, б соответственно.

Рис. 6.22 – Электрическая схема неуправляемого однофазного одно- (а) и двух полупериодного (б) выпрямителя

Схема на рис. 6.22 б называется мостовой.

Графики мгновенных значений входных и выходных напряжений однофазного, одно- и двух полупериодного выпрямителя представлены на рис. 6.23 а, б и в соответственно.

Рис. 6.23 – Графики мгновенных значений входных (а) и выходных напряжений однофазного, одно(б) и двух полупериодного (в) выпрямителя

Выпрямленное напряжение является пульсирующим. Среднее значение выпрямленного напряжения при однополупериодном выпрямлении рассчитывается по формуле.

;

.

При двухполупериодном выпрямлении выходное напряжение удваивается: . Коэффициент пульсаций q это отношение амплитуды первой гармоники выходного напряжения к среднему напряжению : .

Трехфазные выпрямители дают большее значение среднего выпрямленного напряжения, меньше пульсаций, но стоят дороже и имеют большие габариты.

Для уменьшения пульсаций и увеличения используют различные сглаживающие фильтры. (RC, LR, RLC) (рис. 6.24 а, б, в). В них используются свойство реактивных элементов накапливать электромагнитную (индуктивность) или электрическую (емкость) энергию в периоды заряда и отдавать ее в нагрузку в периоды разряда, тем самым сглаживая пульсации напряжения на нагрузке. Отношение коэффициентов пульсаций напряжений до и после использования фильтров называют коэффициентом сглаживания .

Рис. 6.24 – Электрические схемы сглаживающих фильтров- RC(а), LR(б), RLC(в) типа

Графики мгновенных значений выходного напряжения однофазного, двухполупериодного выпрямителя до и после использования фильтра представлены на рис. 6.25 а, б соответственно.

Рис. 6.25 – Графики мгновенных значений выходного напряжения однофазного двухполупериодного выпрямителя до-(а) и после использования фильтра (б)

Значительно уменьшить коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения можно с помощью стабилизаторов напряжения. Коэффициент пульсации в них может достигать .

Структурная схема стабилизатора постоянного напряжения представлена на рис. 6.26, на котором приняты обозначения: 1 – регулируемое сопротивление (транзистор); 2 – делитель напряжения; 3 – Источник опорного напряжения; 4 – усилитель обратной связи.

Рис. 6.26 – Структурная схема стабилизатора постоянного напряжения

Выходное напряжение равно:

,

где – падение напряжения на транзисторе.

По закону Ома

,

где – сопротивление транзистора. Таким образом, если регулировать сопротивление транзистора , то можно изменять и выходное напряжение .

Усилитель обратной связи является сумматором. Если напряжение на входе или выходе стабилизатора измениться, то и измениться ток через делитель и соответственно измениться падение напряжения на . Напряжения на входах 1 и 2 ОУ усилителя станут не одинаковыми и на выходе усилителя появится напряжение соответствующего знака, которое изменяет сопротивление транзистора . В результате выходное напряжение изменится, так, что падение напряжение на станет равным величине опорного напряжения Е, а выходное напряжение вернется к первоначальному значению. Время реакции схемы на изменения напряжения составляет доли миллисекунд.