Расчет регуляторов напряжения

Расчет полупроводниковых регуляторов напряжения заклю­чается в выборе элементов и определении их параметров, расчете характеристик полупроводникового реле и термокомпенсации, расчете качества регулирования.

Исходными данными для расчета полупроводникового регуля­тора напряжения являются данные о генераторе, условия эксплуа­тации и требования к качеству регулируемого напряжения.

Выбор принципиальной схемы производят на основе анализа исходных данных, существующих схем и учета принципиальных возможностей построения регуляторов напряжения, достижений в области полупроводниковой техники. В ходе выполнения расче­тов возможно уточнение принципиальной схемы регулятора напряжения. Выбор основных элементов регулятора напряже­ния осуществляют следующим образом (на примере регулятора напряжения, представленного на рис. 100).

Рис. 100. Принципиальная схема транзисторного регулятора напряжения с кол­лекторной обратной связью

Определяют максимальный ток возбуждения генератора

Подбирают силовой транзистор V₂ с параметрами

Записав данные о выбранном транзисторе, производят аппро­ксимацию входной характеристики, определив U_оэ и r_э.

Затем определяют максимальный ток базы силового транзистора

где H₂— степень насыщения транзистора V₂, равная 1,5—2.

Если I_б2 > 0,2 А, целесообразно применить составной транзистор, выбор которого осуществляется по такой же методике. Подбирают диод, шунтирующий обмотку возбуждения с параметрами

Определяют величину сопротивления и мощность рассеяния

по которым выбирают тип сопротивления. Подбирают транзистор V₁с параметрами

I_{k max} > (1,5 – 2) I_b2,

U_{кэ max} > (2 – 3)U_н.

Записав данные о транзисторе, производят аппроксимацию входной характеристики, определив U_0э и r_э. Затем подбирают диод в цепи смещения силового транзистора c параметрами

Производят аппроксимацию вольт-амперной характеристики диода, определив U_ОД и R_д.

Определяют величину сопротивления, создающего смещение на силовом транзисторе R₄ <U_оэ2/I_k02 и ток базы первого транзистора V₁

где Н₁ — степень насыщения транзистора V₁, равная 2—3. Подбирают стабилитрон с параметрами

.

Записав данные о стабилитроне, производят аппроксимацию вольт-амперной характеристики, определив U_ост и r_ст.

Затем определяют величину сопротивления R, R <U_оэ1/ I_ко1и сопротивлений R₁ и R₂ решением системы уравнений

Сопротивление обратной связи

Производят расчет фильтра (дросселя). Для транзисторных регуляторов напряжения расчет фильтра можно производить по первой гармонике выпрямленного напряжения при минималь­ной частоте вращения ротора генератора

Фильтр должен иметь коэффициент сглаживания

где U_1m — амплитуда напряжения первой гармоники на входе фильтра;

ΔU_Г — пульсация регулируемого напряжения относительно среднего значения.

Затем определяют параметры транзисторного реле U_ср и U_в по методике, изложенной ранее.

Если параметры транзисторного реле не соответствуют тре­бованиям качества регулируемого напряжения, уточняют сопро­тивления делителя напряжения и обратной связи (R₁, R₂, R_ос).

Определяют температурную стабильность параметров тран­зисторного реле, производят ее коррекцию, окончательный выбор элементов с учетом мощности, рассеиваемой каждым элементом, и частоты переключений транзисторов.

Для транзисторных регуляторов напряжения I группы ча­стоту переключений можно определять графоаналитическим способом, суть которого состоит в сле­дующем (рис. 113).

Рис. 113. Определение частоты пере­ключения реле

Строят характеристику ге­нератора U = f (I_в) при n = const и I = const;

Из начала координат про­водят прямую ОА под углом β= arctg R_в;

Проводят прямые U = U_ср и U = U_в;

Из точки пересечения ОА и U = U_в проводят два луча в точки пересечения характери­стики холостого хода U = f (I_в) с прямыми U_ср и U_в и измеряют угол между проведенными лучами α;

Определяют время импульса

Построив характеристики генератора для ряда значений n и I_г, можно построить графики t₁ =f (n) при I_г = const.

Используя уравнение (49), определяют зависимость γ= / (n);

Определяют частоту переключений

Минимальная частота переключений имеет место при I_г =I_н и n = n_а, а максимальная при I_г = 0 и n = n_mах.

Оптимальной считают частоту переключений 50—300 Гц.