18. stabilizatory napięcia i prądu stałego
DESCRIPTION
Prostownik sieciowy. 18. Stabilizatory napięcia i prądu stałego. U 0. Sieć energetyczna (np. 230V, 50 Hz. Filtr. Stabilizator. R 0. Prostownik sieciowy z filtrem. Układy zasilane. R P. I WE. I 0. E P. U WE. U 0. R 0. Stabilizator. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
18. Stabilizatory napięcia i prądu stałego
Prostowniksieciowy
Siećenergetyczna(np. 230V, 50 Hz
Filtr
R0
Stabilizator
U0
R0Stabilizator U0
RP
UWE
IWE
Stabilizator w warunkach roboczych
I0
Układy zasilane
EP
Prostownik sieciowy z filtrem
U0 = f(UWE, I0, T) - dla stabilizatora napięcia
I0 = f(UWE, U0, T) - dla stabilizatora prądu
gdzie : Uwe - napięcie na wejściu stabilizatora,
U0 - napięcie na wyjściu stabilizatora,I0 - prąd na wyjściu stabilizatora,T - temperatura otoczenia.
dTdURdUS
dTT
UdI
I
UdU
U
UdU UWYWE
UWE
WE
00
00
000
1
Stabilizator napięcia
Stabilizator prądu
dTdUGdIS
dTT
IdU
U
IdI
I
IdI IWYWE
IWE
WE
00
00
000
1
gdzie : SU - współczynnik stabilizacji zmian napięcia wejściowego, SI - współczynnik stabilizacji zmian prądu wejściowego,
U - temperaturowy współczynnik stabilizacji napięcia ,I - temperaturowy współczynnik stabilizacji prądu.
T
U
I
UR
U
US UWY
WEU
0
0
0
0
;;
Parametry przyrostowe stabilizatora napięcia
Parametry przyrostowe stabilizatora prądu
T
I
U
IG
I
IS IWY
WEI
0
0
0
0
;;
UWEUWEZnUWEMin UWEMax
Zakres stabilizacji napięcia wejściowego
U0Zn
U0Min
U0
U0Max
IWEIWEZn
IWEMin IWEMax
Zakres stabilizacji prądu wejściowego
I0Zn
I0Min
I0
I0Max
T
U0
TZn
U0Zn
TMinTMax
U0Min
U0Min
Zakres zmian temperatury otoczenia
Pozostałe parametry stabilizatorów
1. Znamionowe (nominalne) napięcie wyjściowe U0Zn,2. Znamionowy (nominalny) prąd wyjściowy I0Zn,3. Zakres dopuszczalnych zmian napięcia wejściowego UWEMin, UWEMax (stabilizator napięciowy),4. Zakres dopuszczalnych zmian prądu wejściowego IWEMin, IWEMax (stabilizator prądowy),5. Prąd zwarcia I0Zw,6. Maksymalny prąd wyjściowy I0Max,7. Zakres temperatury pracy ΔT = Tmax - Tmin,
8. Sprawność energetyczna η = U0 I0/UWE IWE
Klasyfikacja układów stabilizatorów ze względu na zasadędziałania :- stabilizatory parametryczne,- stabilizatory kompensacyjne.
W stabilizatorach parametrycznych wykorzystuje się nieliniowecharakterystyki prądowo-napięciowe elementów elektronicznychalbo dwójników,wykazujących w pewnych zakresach zbliżonedo zera wartości różniczkowych rezystancji lub kondunktancji.Stabilizatory kompensacyjne są układami automatycznej regulacji,w których wykorzystuje się właściwości ujemnego sprzężeniazwrotnego.
Klasyfikacja układów stabilizatorów ze względu na sposóbumieszczenia układu realizującego stabilizację :- stabilizatory szeregowe,- stabilizatory równoległe.
Stabilizatory parametryczne
EP
RP
R0 U0
DZ
RS
I0
IZ
Prostownik z filtrem
UWE
EP
RP
R0 U0
DZ
RS
I0
IZ
Prostownik z filtrem
-
+
rZ
UZ
UWE
WEZS
ZWE
Z
ZS
Z
Z
UrR
rU
rRrR
R
rRrR
U
0
0
0
0
0
Z
S
Z
SWEU r
R
r
R
U
US
10
R0 = const >> rZ
SZ
SZ
PSZ
PSZWY Rr
Rr
RRr
RRr
I
UR
0
0
T
U
T
U
Rr
R
T
U ZZ
SZ
SU
0
Stabilizatory parametryczne stosowane są zazwyczaj tylko przy małych mocach wyjściowych i niezbyt wygórowanych wymaganiachjakościowych. Charakteryzują się one małą sprawnością , a ichwspółczynniki stabilizacji mają umiarkowaną wartość przy zmianachobciążenia i napięcia wejściowego. Wartość napięcia stabilizowanego jak i prądu wyjściowego zależągłównie od parametrów elementu nieliniowego. Jest to istotna wadatego typu układów ponieważ w przypadku konieczności zmianytych wielkości, konieczna jest wymiana elementu nieliniowego (diodyZenera).Minimalne rezystancje rZ występują dla diod Zenera o napięciu UZ
około 7 V, a minimalne współczynniki temperaturowe dla diod onapięciu Zenera z przedziału UZ = (5-6)V.
Szeregowy stabilizator kompensacyjny o działaniu ciągłym
UEB
+EP
RP
Prostownik z filtrem
R0
I0
U0
UWE
IE
R1
R2
R3
UB
Id
+
-
KU
(ΔUEB= -(1 + βUKU)ΔU0)
(ΔU0)(βUΔU0)(-βUKUΔU0)
βU= R3/(R3 + R2)
-(ΔUWE)
ΔU0 ΔUWE/(1+βUKU)
UCE
UCEQ1=UCEZn
UWE
UEB1
R01
IE
U0Q1=U0Zn
UEB2= UEB1
UEB3= UEB1
ICI0 Q1
Q2
Q3
Q4
R02>R01
UCEQ2 U0Q2
- ΔUEB2
- ΔUEB3
ΔU04
Ilustracja działania szeregowego stabilizatora kompensacyjnego przy zmianie rezystancji obciążenia
)( 1UK
)( 12 UU KK
UCE
UCEQ1=UCEZn
UWE1
UEB1
R01
IE
U0Q1=U0Zn
UEB2= UEB1
UEB3= UEB1
ICI0 Q1
Q2
Q3
Q4
R01
UCEQ2U0Q2
- ΔUEB2 (KU1)
- ΔUEB3 (KU2>KU1)
ΔU04
Ilustracja działania szeregowego stabilizatora kompensacyjnego przy zmianie napięcia wejściowego
UWE2
ΔUWE
Układy zabezpieczeń stabilizatorów
Układ z ograniczeniem prądu obciążenia
DZ2
UWE
D
DZ1
R5
R3
R4
R2
R1
T3
T1
T2
UO
RZ
UZ2
UR5
UEB3
RO
IO
Układ ogranicznika prądu obciążenia tworzą rezystory R3-R5,tranzystor T3 oraz diody D i DZ2.Elementem próbkującym prądwyjściowy jest rezystor R5. Tak długo jak spadek napięcia na nimjest mniejszy od spadku napięcia IE3R4 dioda D nie przewodzi.Gdy prąd wyjściowy przekroczy wartość dopuszczalną dioda Dzaczyna przewodzić i na rezystorze R5 ustali się napięcie równe
UR5 = UZ2 + UD – UEB3 ≈ UZ2
Napięcie UZ2 jako napięcie Zenera ma stałą wartość, a zatem prądwyjściowy dalej już nie wzrasta i wynosi
5
2
5
5max R
U
R
UI ZRO
IO
UO
IOmaxIOzw
Charakterystyka prądowo-napięciowa układu z ograniczeniem prądu obciążenia
Mimo, ze w układzie jest zastosowany ogranicznik prądu, należynadal przestrzegać, aby nie przekroczyć dopuszczalnej mocy strat PCmax tranzystora regulacyjnego T1,, określonej zależnością
Pcmax < IO max UCE1 max
przy czym napięcie UCE1 max występuje w stanie zwarcia wyjściastabilizatora.
Układ z redukcją prądu zwarcia
DZ2
UWE
DZ1
R5
R3
R4
R2
R1
T3
T1
T2
UO
RZ UR6
UR5
UEB4
RO
IOR6
R7
R8
T4
Układ zabezpieczenia tworzą rezystory R5-R7 oraz tranzystor T4.Przy normalnym obciążeniu jest on zatkany, a stan ten jest wymuszony przez dzielnik R6-R7. Elementem próbkującymprąd wyjściowy jest rezystor R5. Gdy spadek napięcia na nimwzrośnie powyżej wartości UR5 UR6 – UEB4 tranzystor T4 zaczynaprzewodzić, co w konsekwencji przeciwdziała dalszemu wzrostowiprądu wyjściowego.
Na podstawie powyższych rozważań można wyznaczyć maksymalnyprąd zwarcia z układu równań
UR5 = IO R5
UR6 = (UO + UR5) R6/(R6 + R7)UR5 – UR6 = UEB4
StądIO max R5 – (UO + IO max R5) R6/(R6 + R7) = UEB4
IO
UO
IOmaxIOzw
Charakterystyka prądowo-napięciowa układu z redukcją prądu zwarcia
Na podstawie ostatniego z równań otrzymujemy
IO max = UEB4 (R6 + R7)/ (R6 R7) + UO R6/(R6 + R7)
Jeśli UO = 0 ( zwarcie na wyjściu)
IO zw = UEB4 (R6 + R7)/ (R6 R7)