Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 23 из 32)

Падение напряжения на обмотках трансформаторов управления обычно не превышает 5%. Что касается падения напряжения на выпрямителях, то оно определяется принятой схемой и типом вентиля. Так, в обычных кремниевых и германиевых диодах падение напряжения 0,5—1,5 В на один элемент, в то время как для селеновых выпрямителей эта величина (в зависимости от типоразмера элемента) достигает нескольких вольт.

Для питания разветвленных схем с большим числом аппаратов постоянного тока используют комплектные выпрямительные устройства, состоящие из трансформатора, набора вентилей и других элементов, обеспечивающих нормальную работу этих устройств.

Рис.6-1 - Выпрямительные блоки и схемы их включения: а - серии БПВТ-24 с трансформатором; б – серии КЦ402 для непосредственного включения

Такие комплектные блоки питания выпускают в различных исполнениях от простейших мостовых выпрямителей с трансформатором до сложных устройств с регулируемым и стабилизированным напряжением. На рис.6-1, а показан блок питания серии БПВТ-24 с выходным напряжением 24 В (номинальный ток нагрузки 2,5; 4, 6,3; 10; 16; 25 и 40 А), предназначенный для питания обмоток электромагнитных муфт, бесконтактных выключателей и других элементов, не требующих жесткой стабилизации напряжения.

Для питания отдельных элементов постоянного тока, включенных в общую схему переменного тока, следует применять выпрямительные безтрансформаторные блоки, представляющие собой диоды, собранные по мостовой схеме в едином корпусе. На рис. 120, б приведены схема и внешний вид выпрямительного блока серии КЦ402 на базе диффузионных кремниевых диодов. Эти блоки рассчитаны на ток 0,6 и 1 А при обратном напряжении 600 В.

Стабилизаторы напряжения и тока

Стабилизаторы - устройство, с помощью которого автоматически поддерживается заданное соотношение между фактическим стабилизируемым напряжением или током и опорным. Стабилизаторы устанавливаются на выходе выпрямителя (после фильтра), если электронное устройство, питающееся от выпрямителя, нуждается в стабилизированном напряжении или токе, т.

е. таком напряжении, которое не изменяется в определенных пределах при изменении нагрузки или колебаниях напряжения сети.

Стабилизаторы напряжения характеризуются следующими основными параметрами:

-номинальным напряжением Uвх источника питания, поступающим на вход;

- номинальным выходным напряжением, равным напряжению на нагрузке, Uвых = Uн;

- номинальным выходным током Iн, поступающим на нагрузку; - коэффициентом стабилизации Kст = (ΔUвх/Uвх)/

характеризующим стабильность выходного напряжения (где ΔUн- абсолютное отклонение стабилизированного напряжения от номинального, Uвх - абсолютное изменение питающего напряжения);

- Выходным сопротивлением Rвых = ΔUн/ΔIн (где ΔIн - это изменение тока нагрузки);

- Температурным коэффициентом напряжения θ, характеризирующим степень стабильности выходного напряжения при изменении температуры (θ = ΔUн/ΔTc, где ΔTc изменение температуры);

- Коэффициентом полезного действия η - отношение мощности Pн, поступающей на нагрузку, к мощности Pвх, поступающей на вход стабилизатора (η = Pн/ Pвх=(Uн/Iн)/(Uвх/Iвх))

В параметрических стабилизаторах стабилизация основана на свойствах стабилизаторов сохранять постоянство напряжения при изменении проходящего через них тока.

Рис.6-2 - Параметрический стабилизатор

Входное напряжение поступает на нагрузку через регулирующий элемент (рис.6-2) – резистор Rp и напряжение на ней равно Uн = UвхRн/(Rр+Rн). Чтобы обеспечить постоянство напряжения постоянство напряжения Uн при возрастании Uвх, сопротивление резистора Rp должна возрастать, а при уменьшении Uвх – уменьшается. При этом ток нагрузки Iн равен току Iр проходящему через Rp.

Таким образом для поддержания Uн и Iн постоянными сопротивление резистора Rp должно меняться в зависимости от изменения входного напряжения Uвх. Такими свойствами обладают приборы нелинейной вольтамперной характеристикой (газовые стабилитроны тлеющего разряда, кремневые стабилитроны, а также транзисторы). Параметрические стабилизаторы позволяют стабилизировать напряжение от единицы до десятков и даже сотен вольт, но ток нагрузки обязательно должен быть меньше тока, проходящего через стабилитрон, иначе при изменении Rн ухудшается стабилизация Uвых.

Компенсационные стабилизаторы, в которых с помощью обратной связью образуется управляющее воздействия на регулирующий элемент сравнением выходного стабилизированного напряжения заданным опорным напряжением, используются в устройствах и схемах с большими токами и напряжениями и обеспечивают большой коэффициент стабилизации. В качестве компенсационных стабилизаторов используют полупроводниковые или ламповые схемы, представляющие схему регулирования.

Существуют три основных типа регулирующих элементов: последовательный, последовательный с шунтом и параллельный.

Для автоматического поддержания напряжения промышленных сетей освещения с лампами накаливания, дуговыми, ртутными и люминесцентными лампами при повышении питающего напряжения до 286В выпускаются трёхфазные полупроводниковые стабилизаторы – ограничители. Стабилизаторы могут также быть использованы как бесконтактные выключатели осветительной нагрузки.

Стабилизатор тока представляет собой усилитель с отрицательной обратной связью по току

Рис.6-3 - Функциональная схема стабилизатора тока

Стабилизируемый ток Iн проходит через резистор Ro(рис.6-3), на котором падение напряжения сравнивается с опорным напряжением Uon, поступающим от внешнего источника. Сигнал в виде разности напряжений поступает на вход усилительной схеме с токовым выходом, состоящей из усилителя напряжения с коэффициентом усилителя К и усилителя тока с крутизной S, которая характеризуется крутизной стабилизации Sст=KS.

Полупроводниковые стабилизаторы напряжения и тока

Стабилизаторы напряжения и тока находят широкое применение в различных устройствах автоматики. В одних случаях их применяют как высокостабильные источники питания, обеспечивающие необходимую надежность работы, в других - как источники эталонного напряжения. Последние необходимы во многих системах автоматического регулирования, измерительных устройствах, преобразователях аналоговых величин в цифровую форму, в схемах электрического моделирования и т.д.

Рис. 6-4 - Структурная схема стабилизатора напряжения.

Принцип работы стабилизатора напряжения можно проследить по типовой структурной схеме, представленной на рис. 6-4.

Напряжение стабилизируется следующим образом. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение от сети переменного тока подается через регулирующий элемент на нагрузку. Часть этого напряжения с нагрузки, сравнивается с постоянным стабилизированным напряжением, разность напряжений подается на усилитель, с выхода которого усиленный сигнал подается на регулирующий элемент, воздействуя на последний таким образом, что стабилизированное напряжение U_ст поддерживается с определенной точностью постоянным.

Схема стабилизатора на один номинал стабилизированного напряжения приведена на рис. 6-5.

Стабилизатор включается в сеть переменного тока через трансформатор. Диоды Д₁, Д₂ и обмотки ω₂ трансформатора представляют собой выпрямитель. Фильтром служат конденсаторы С₁, С₂, С₃; регулирующим элементом – транзистор Т₁ совместно с резистором R₁; источником стабилизированного (опорного) напряжения – батарея Е; усилителем – транзистор Т₂ с резисторами R₂, R₃. Нагрузкой является резистор R_н.

Схема стабилизатора напряжения работает следующим образом. Предположим, что стабилизированное напряжение U_ст на нагрузке R_н по каким либо причинам возросло относительно своего установившегося значения. Это приведет к увеличению тока I₂ в резисторе R₂ и, следовательно, к увеличению тока базы I_б2 транзистора Т₂, и снизит ток базы I_б1 регулирующего транзистора Т₁ (так как I_к2+I_б1=const). Уменьшение тока базы I_б1 вызовет снижение эмиттерного и коллекторного токов I_э1 и I_к1 транзистора Т₁ и тем самым восстановит примерно прежнее значение напряжение на выходе стабилизатора. Аналогично работает стабилизатор и при уменьшении его выходного напряжения.

Рис. 6-5 - Схема стабилизатора напряжения

Стабилизированное (выходное) напряжение U_ст стабилизатора равно опорному напряжению Е.

В качестве источника опорного напряжения используются полупроводниковые стабилитроны или опорные диоды типа Д814В-Д814Д. Обратное напряжение таких диодов равно 10 - 13 В, максимальный ток при этом напряжении равен 25 мА.

При изменении обратного тока от 0 до 25 мА напряжение стабилитрона изменяется не более чем на 0,1 - 0.15 В. Поэтому стабилитроны с успехом используются в схемах стабилизаторов источников стабилизированного (опорного) напряжения.