Конспект лекций по дисциплине «Источники питания радиоэлектронных устройств». Контрольный источник питания

2. Источники питания

ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ И БАТАРЕЙ

В специализированной литературе обоснована целесообразность зарядки аккумуляторов от источника фиксированного напряжения с ограничением тока. Такой режим удобен тем, что подзарядка в течение, например, ночи гарантирует к утру их полную зарядку независимо от их исходного состояния без опасности перезарядки. В данном разделе описаны несколько вариантов подобных устройств для зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов и батарей.

Схема первого из предлагаемых зарядных устройств приведена на рис. 113. Стабилитрон VD6, операционный усилитель DA1.1, транзистор VT1 и связанные непосредственно с ними элементы образуют высокостабильный источник напряжения. Его особенность - питание параметрического стабилизатора R2VD6 выходным напряжением источника, что и обеспечивает ему высокие параметры.

Делитель R 17 - R28 формирует 12 ступеней напряжения, соответствующих предельным при зарядке одиночных аккумуляторов и батарей, составленных из 2 - 12 никель-кадмиевых аккумуляторов. Необходимое зарядное напряжение выбирают переключателем SA2. Операционный усилитель (ОУ) DA1.2 совместно с транзистором VT2 образуют точный повторитель этого напряжения с большой нагрузочной способностью. Его выходное сопротивление весьма мало -изменение напряжения при увеличении выходного тока от 0 до 350 мА нельзя обнаружить по четырехзначному цифровому вольтметру, т. е. оно меньше 1 мВ, а выходное сопротивление соответственно менее 0,003 Ом.

Для ограничения тока в начале зарядки используется сравнение падения напряжения на резисторе R32 (и подключаемых к нему параллельно резисторах R6 - R 16) и образцового напряжения, снимаемого с делителя R35 - R39. Ток коллектора транзистора VT2 с достаточной точностью равен току зарядки. Образцовое напряжение, снимаемое с резисторов R35 и R36, равно 1,2 В. Сравнение напряжений осуществляет компаратор, его функцию выполняет ОУ DA2.2. Когда ток зарядки создает на резисторе R32 падение напряжения более 1,2 В, ОУ DA2.2 открывает транзистор VT3, который своим коллекторным током увеличивает напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1.2, что приводит к уменьшению выходного напряжения ОУ и переходу всего источника в режим стабилизации тока. Установку значения тока ограничения в пределах от 2,5 до 350 мА производят переключателем SA3.

Выходное сопротивление устройства в режиме стабилизации тока равно сопротивлению резистора R30:

Микроамперметр РА1 с добавочным резистором R31 образует вольтметр на напряжение 1,2 В, поэтому при работе источника в режиме стабилизации тока его стрелка указывает на последнее деление шкалы. Для вольтметра использован микроамперметр на ток 100 мкА, поэтому такое его показание соответствует зарядному току, равному 100% от установленного переключателем SA3 значения.

Если к гнездам XI и Х2 зарядного устройства подключить разряженную батарею аккумуляторов, установив переключатель SA2 в положение, соответствующее их числу в ней, вначале ток зарядки будет определяться положением переключателя SA3. Через несколько часов напряжение на батарее достигнет значения, установленного переключателем SA2, и устройство перейдет в режим стабилизации напряжения. Ток зарядки начнет уменьшаться, что можно отслеживать по показанию прибора РА1.

Когда ток уменьшится до значения, составляющего примерно 5% от установленного переключателем SA3, компаратор на ОУ DA2.1 переключится и загорится светодиод HL2, сигнализируя об окончании зарядки.

Если батарею (или одиночный аккумулятор) продолжать заряжать даже в течение суток, с ней ничего не произойдет, поскольку ток в конце зарядки весьма мал.

Светодиод HL1 - индикатор подключения устройства к сети. Подбором конденсатора С7 устраняют высокочастотную генерацию ОУ DA1.2.

Какова роль диодов VD2 - VD5? При зарядке одиночного аккумулятора напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA1.2 составляет 1,4 В, а в режиме замыкания выхода зарядного устройства его выходное напряжение, обеспечивающее перевод устройства в режим стабилизации тока, должно быть около 0,6 В относительно общего провода. Чтобы ОУ DA1.2 нормально работал в таких режимах, напряжение его минусового источника питания должно быть по абсолютному значению не менее 2 В, что и обеспечивается падением напряжения на диодах VD3 - VD5.

Аналогично для нормальной работы ОУ DA2.1 при напряжении на входах, близком к напряжению плюсового источника питания, разность между ними должна быть не менее 0,6 В - обеспечивается падением напряжения на диоде VD2.

Чертеж печатной платы из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, на которой размещена большая часть деталей устройства, приведен на рис. 114. Транзистор VT2 снабжен игольчатым теплоотводом размерами 60 х 45 мм, высота игл - 20 мм. Переключатели SA2 и SA3 вместе с распаянными на них

резисторами, микроамперметр РА1, светодиоды HL1 и HL2, выходные гнезда XI и Х2 установлены на передней панели прибора, изготовленной из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, а трансформатор Т1, выключатель SA1, предохранитель FU1, диодный мост VD1 и конденсаторы С1 - на задней дюралюминиевой панели такой же толщины. Панели скреплены между собой дюралюминиевыми стяжками длиной 135 мм, к этим же стяжкам привинчена печатная плата. Законченная конструкция установлена в алюминиевый корпус в виде отрезка прямоугольной трубы.

Сетевой трансформатор Т1 - унифицированный ТН-30 [17]. Но применим любой другой аналогичный трансформатор, вторичная обмотка которого обеспечивает напряжение 19...20 В при токе не менее 400 мА. Выпрямительный мост VD1, рассчитанный на такой же выходной ток, можно собрать из четырех диодов с рабочим током 300 мА, например, серии Д226. Такими могут быть и диоды VD2 -VD5. Конденсатор С1 составлен из трех соединенных параллельно оксидных конденсаторов К50-29 емкостью по 1000 мкФ на номинальное напряжение 25 В. Конденсатор С2 - К53-1, остальные - КМ-5 и КМ-6.

Термокомпенсированный стабилитрон КС191Ф (VD6) можно заменить на Д818 с буквенными индексами В - Е или на КС 191 с любым буквенным индексом. Резисторы R3, R5 и R17 - R28 желательно использовать стабильные, например, С2-29. Сопротивления резисторов R17 - R28 могут быть в пределах 160 Ом...10 кОм, но обязательно одинакового значения с точностью не хуже 0,3%.

Сопротивления резисторов R6 - R 16 не обязательно должны быть точными. Их желательно подобрать в соответствии с указанными на схеме значениями из резисторов близких номиналов, что упростит настройку прибора. Каждый из резисторов R 15, R 16 состоит из нескольких резисторов большего номинала и меньшей мощности рассеяния, которые соединены параллельно. Подстроечные резисторы R4 и R38 - СПЗ-19а.

Светодиоды HL1 и HL2 - любые, но желательно разного цвета свечения. Стабилитроны VD7 и VD8 на напряжение стабилизации 5,6...7,5 В. Переключатели SA2 и SA3 - ПГ2-5-12П1Н или аналогичные другие малогабаритные.

Микроамперметр РА1 типа М4247 на ток 100 мкА. Используя прибор на иной ток полного отклонения стрелки, придется подбирать не только ограничительный резистор R31, но и R32 - для обеспечения зарядного тока 2,5 мА при крайнем левом (по схеме) положении переключателя SA3.

Транзисторы VT1, VT2 могут быть любыми кремниевыми структуры n-р-n средней мощности, a VT3 - любым кремниевым

маломощным структуры р-n-р на допустимое напряжение не менее ЗОВ.

Операционные усилители К140УД20 (DA1, DA2) заменимы двойным числом ОУ К140УД7. Применение ОУ других типов определяется возможностью их работы в упомянутых выше режимах, но автором это не проверялось.

Коротко о настройке зарядного устройства. Вначале подстроечным резистором R4 установите на эмиттере транзистора VT1 напряжение, равное 16,8 В. Нагрузив устройство резистором сопротивлением 51...68 Ом (на мощность рассеяния 7,5 Вт) и временно отпаяв резистор R43, убедитесь в том, что при переводе переключателя SA2 в каждое следующее положение (вверх по схеме) выходное напряжение увеличивается на 1,4 В. Проверьте отсутствие высокочастотной генерации на выходе и при необходимости подберите конденсатор С7.

Далее восстановите соединение резистора R43, а переключатель SA2 установите в положение "12". Изменяя положение переключателя SA3, убедитесь, что при этом выходной ток, измеряемый миллиамперметром, включенным последовательно с нагрузочным резистором, ограничивается значением, соответствующим положению этого переключателя (кроме 350 мА). Замените нагрузочный резистор цепочкой из двух - трех диодов (однотипных с VD2 - VD5) и, установив переключатель SA3 в положение "100 мА", выставьте подстроечным резистором R38 такой же выходной ток. Стрелка микроамперметра должна указывать на последнее деление шкалы, если это не так - подберите резистор R31.

Теперь переключатель SA2 установите в положение "1", а переключатель SA3 в положение "10 мА". К выходу устройства подключите переменный резистор на 3,3 кОм и миллиамперметр, после чего увеличивайте от нуля сопротивление этого резистора. При выходном токе, равном примерно 0,5 мА, должен включиться светодиод HL2.

Настраивая устройство, помните, что его выходное сопротивление резко несимметрично - оно мало для вытекающего тока и велико для втекающего. Поэтому устройство без нагрузки чувствительно к сетевым наводкам и измерение выходного напряжения высокоомным вольтметром может дать неожиданно завышенный результат.

Зарядка батареи аккумуляторов несложна. Надо лишь установить переключатели в положения, соответствующие числу аккумуляторов в ней и максимальному току зарядки, подключить к выходу батарею с соблюдением полярности и включить питание устройства. Признаком окончания зарядки служит загорание светодиода HL2. Максимальный ток зарядки долженбыть в 3...4 раза меньше емкости заряжаемой батареи аккумуляторов.

Какие дополнения или изменения можно внести в этот вариант зарядного устройства? Прежде всего надо дополнить его электро-

магнитным реле К1, как показано на рис. 115, которое бы отключало аккумулятор или батарею после окончания зарядки. При включении светодиода HL2 реле срабатывает и своими нормально замкнутыми контактами разрывает цепь зарядки. Резистор R44 необходим для четкого срабатывания реле и обеспечения небольшого гистерезиса компаратора на ОУ DA2.1. Реле К1 должно быть на напряжение 20...27 В, транзистор VT4 -любой средней или большой мощности структуры р-n-р, например, серий КТ502, КТ814, КТ816.

Но введя в устройство такое дополнение, следует учитывать, что после начала зарядки любые переключения его цепей приводят к срабатыванию реле, поэтому необходимые установки надо делать заранее.

Устройство можно применять для разрядки батарей из семи аккумуляторов, не опасаясь их переразрядки. Для этого переключатель SA2 надо установить в положение "5", переключатель SA3 - в ближайшее по току разрядки, но большее его, включить между выходными гнездами XI и Х2 резистор, обеспечивающий необходимый ток разрядки и подключить разряжаемую батарею. Поскольку напряжение батареи больше, чем подаваемое на неинвертирующий вход ОУ DA1.2, транзистор VT2 будет закрыт, а батарея разряжаться через резистор. Когда напряжение батареи снизится до 7 В, ОУ DA1.2 и транзистор VT1 перейдут в режим стабилизации напряжения, разрядка прекратится.

Индикатором завершения разрядки батареи служит светодиод HL2 - в процессе разрядки он светится, а по ее окончании - гаснет.

Если устройство часто предполагается использовать для разрядки батарей, к тому же с разным числом аккумуляторов, в него целесообразно ввести дополнительный резистор, сопротивление которого составляет 40% от суммарного сопротивления резисторов R17 - R28, и, конечно, выключатель. Резистор включают между выходом источника образцового напряжения (на схеме рис. 113 -точка соединения эмиттера транзистора VT1, резисторов R2, R3, конденсатора СЗ) и неподвижным контактом "12" переключателя

SA2, соединенным с резистором R17, а параллельно этому резистору - дополнительный выключатель. Батарею заряжают при замкнутых контактах выключателя, а при размыкании их, когда выходное напряжение уменьшается в 1,4 раза (до 1 В на аккумулятор),батарею можно разряжать.

Разрядка батареи через резистор происходит изменяющимся во времени током, который можно стабилизировать микросхемой

К142ЕН12А, включив ее по схеме, приведенной на рис. 116. Сопротивление резистора R46 (Ом) определяют по формуле: R46=1250/Ipaз, где Iраз - ток разрядки (мА).

Номиналы резисторов, от которых зависит ток разрядки, соответствуют сопротивлениям резисторов R6 - R 16 при тех же токах, что и ток зарядки.

Схема второго варианта зарядного устройства показана на рис. 117. Оно значительно проще, но в нем нет узла индикации момента окончания зарядки.

В устройстве применены две микросхемы КР142ЕН12А. Первая из них (DA1) работает в режиме ограничения тока, а вторая выполняет функцию стабилизатора напряжения зарядки.

Диоды VD2-VD4 являются элементами защиты. Подстроечными резисторами R25 и R28 точно устанавливают выходные напряжения при различных положениях переключателя SA3. Конденсаторы С2-С4 предотвращают возможную генерацию микросхем DA1,DA2.

Трансформатор питания Т1, диодный мост VD1, конденсатор С1, переключатели SA2 и SA3 могут быть такими же, как в первом варианте устройства. Диоды VD2-VD4 - любые маломощные кремниевые.

Резисторы R13-R24, R26 должны быть точными и стабильными, а их сопротивления - в пределах 120...180Ом.

Перед установкой микросхем на плате желательно проверить их напряжение стабилизации. Сделать это можно, подключив цепь, выполненную по схеме рис. 116, к источнику напряжения 5...15 В, измеряя напряжение на резисторе R46 (160 Ом). Ту из микросхем, напряжение стабилизации которой ближе к 1,2 В, используйте в узле ограничения тока зарядки (DA1). А если оно сильно отличается от 1,2 В, сопротивления резисторов R2-R12 придется подобрать при настройке устройства.

Настраивайте это зарядное устройство следующим образом. Вначале переключатели SA2 и SA3 установите в положения "350" и

"12" соответственно, движок подстроенного резистора R25 - в среднее положение, после чего резистором R27 выставите на выходе напряжение 16,8 В. Далее переключатель SA3 переведите в положение "1" и резистором R25 установите на выходе устройства напряжение 1,4 В. Эти операции взаимосвязаны, поэтому повторите их несколько раз.

Затем к выходу подключите три соединенных последовательно кремниевых диода на ток не менее 300 мА и миллиамперметр. Переключатели SA2 и SA3 установите в положения "2,5" и "2" и подбором резистора R1 добейтесь выходного тока, равного 2,5 мА. Если напряжение стабилизации микросхемы DA1 1,2 В и сопротивления резисторов R2-R12 соответствуют указанным на схеме, то и при других положениях переключателей токи зарядки должны соответствовать обозначенным на схеме. В противном случае придется дополнительно подбирать резисторы R2-R12.

Выходное сопротивление устройства в режиме стабилизации тока значительно меньше, чем у конструкции первого варианта, и равно

суммарному сопротивлению введенных резисторов R13-R24 и R25-R28.

Если зарядное устройство по схеме на рис. 117 предназначается лишь для батарей из аккумуляторов одного типа, переключатель SA2 и резисторы R2-R12 можно исключить, а индикатор окончания зарядки, собранный по схеме рис. 118, ввести. Пока суммарный ток зарядки и текущий через резисторы R13-R24 достаточно велик, он течет, в основном,

через эмиттерный переход транзистора VT1. Транзистор при этом открывается и загорается светодиод HL1, индицируя процесс зарядки. Когда ток уменьшится до значения, определяемого сопротивлением резистора R29 и напряжением открывания транзистора VT1, этот транзистор закроется и светодиод погаснет.

Было собрано (с исключением переключателя SA2 и с добавлением индикатора окончания зарядки по схеме рис. 118) зарядное устройство для батарей из аккумуляторов ЦНК-0,45 (до шести штук). Чтобы ограничить выходной ток на уровне 150 мА,потребо-вался резистор (R1 на рис. 117) сопротивлением 8,2 Ом. В индикаторе окончания зарядки при сопротивлении резистора R29 30 Ом уменьшение яркости свечения светодиода начиналось при токе зарядки 10 мА, полностью он погасал при токе 7 мА.

В устройстве использован трансформатор ТПП-220 [16], все шесть вторичных обмоток которого соединены последовательно. Перемычки удобно устанавливать так: 16-17, 18-11, 12-13, 14-19, 20-21, напряжение на диодный мост снимают с выводов 15 и 22. Напряжение сети подают на выводы 2 и 9 трансформатора, между выводами 3 и 7 необходимо также установить перемычку. Но, конечно, пригоден любой другой трансформатор, обеспечивающий на вторичной обмотке напряжение 11...12 В при токе не менее 400 мА.

Все элементы устройства, кроме сетевого трансформатора с выключателем питания, предохранителя, переключателя SA3 и выходных гнезд, смонтированы на печатной плате размерами 90 х 50 мм (рис. 119). Плата рассчитана на установку диодного моста КЦ407А (VD1), оксидного конденсатора К50-29 (С1) емкостью 2200 мкф на номинальное напряжение 16 В. Другие детали такие, как в конструкции первого варианта устройства. Микросхемы DA1 и DA2 установлены на игольчатые теплоотводы размерами 45 х 25 мм, высота игл - 20 мм.

Монтажная плата с помощью резьбовых втулок, вклепанных в ее углы, вместе с другими деталями установлена в пластмассовом корпусе размерами 133х100х56 мм. Светодиод на удлиненных выводах выведен на крышку корпуса.

Налаживают устройство в таком порядке. Подстроенными резисторами R25 и R27 устанавливают на выходе напряжения 8,4 и 1,4 В при положениях "6" и "1" переключателя SA3 соответственно, выходной ток, равный 150 мА, - подбором резистора R1 и порог погасания светодиода - подбором резистора R29. В случае возникновения генерации микросхемы DA1 между ее входным выводом 2 и минусовым проводом цепи питания включают конденсатор С* (несколько десятков или сотен нанофарад), обозначенный на рис. 119 штриховыми линиями. Печатная плата такого варианта зарядного устройства может стать основой и для устройства по схеме рис. 117-на ней предусмотрены контакты для подключения переключателя

SA2 с резисторами R2-R12. Каждая из микросхем должна быть установлена на свой радиатор таких же габаритов, что и в устройстве по схеме рис. 113.

Любителям слушать музыку, используя плейер, источником питания которого служит батарея из двух аккумуляторов ЦНК-0,45, предлагается зарядное устройство попроще (рис. 120, схема отличается от рис. 105 номиналами и отсутствием конденсатора, включенного параллельно вторичной обмотке трансформатора). Вторичная обмотка сетевого трансформатора Т1 должна быть рассчитана на напряжение 8...9 В и ток не менее 160 мА. Микросхему следует снабдить небольшим пластинчатым теплоотводом. Выходное напряжение, равное 2,8 В, устанавливают подстроечным резистором R2, а затем, нагрузив устройство на три последовательно включенных диода на ток 300 мА или два разряженных аккумулятора, подбором резистора R1 - выходной ток 150... 180 мА.

А если микросхемы КР142ЕН12А нет? В таком случае зарядное устройство аналогичного назначения рекомендуется собрать по

схеме рис. 121. Основой такого варианта зарядного устройства может быть блок питания ПМ-1, предназначаемый для питания электродвигателей игрушек, любой другой трансформатор, понижающий напряжение сети до 6...6,3 В, или сетевой адаптер.

Все детали устройства, кроме сетевого трансформатора, монтируют на печатной плате, чертеж которой приведен на рис. 122, рассчитанной на установку на ней оксидных конденсаторов К50-6 (С1-СЗ), подстроечного резистора СПЗ-

19б (R5), светодиодов АЛ341А или АЛ307Б. Светодиоды выведены наружу через вентиляционные щели кожуха. Транзистор VT1 снабжен небольшим пластинчатым теплоотводом из латуни (или алюминия) толщиной 0,5 мм. Монтажная плата закреплена в корпусе на двух вклепанных в нее резьбовых втулках.

При настройке этого устройства, как и предыдущего, сначала устанавливают выходное напряжение 2,8 В (резистором R5), после чего его нагружают тремя соединенными последовательно диодами на рабочий ток 300 мА и подбором резистора R7 добиваются выходного тока 150... 180 мА. Светодиод HL2 при этом гаснет.

Корпусы описанных зарядных устройств должны иметь вентиляционные отверстия для обеспечения охлаждения теплоотводов микросхем или транзисторов.

lib.qrz.ru

Контрольная работа : Источники питания электронных устройств

Содержание

Введение

ЧАСТЬ 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

1.1 Однофазные выпрямители и их основные параметры

1.2 Сглаживающие фильтры и их параметры

ЧАСТЬ 2. РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ МОСТОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

2.1 Расчет выпрямителей работающих на емкостных и Г-образных фильтрах RC

2.2 Расчет резистивно-емкостных фильтров

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Применение различного рода электронных устройств для управления производственными процессами подразумевает использование электрической энергии определенного вида для их питания (постоянный, переменный ток).

Практически все источники питания выполняют три основные функции: преобразование электрической энергии, стабилизацию и регулирование.

В связи с этим источники питания электронных устройств классифицируются по виду преобразования энергии первичного тока -источники постоянного тока (инверторы) и источники переменного тока (выпрямители). Источники питания, преобразующие энергию переменного тока в энергию постоянного тока, в свою очередь делятся на выпрямители однофазного и трехфазного тока, регулируемые и нерегулируемые.

Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе. Для преобразования переменного тока в постоянный в настоящее время почти исключительно применяются полупроводниковые преобразователи электрической энергии – выпрямители.

Значительный прогресс в преобразовательной технике связан с созданием силовых полупроводниковых вентилей. Высокие электрические параметры, малые габариты и масса, простота конструкции и обслуживания, высокая эксплуатационная надежность полупроводниковых вентилей позволяет широко использовать их в схемах преобразования переменного тока в постоянный.

Полупроводниковые элементы, особенно интегральные микросхемы, используемые в современных электронных устройствах, предъявляют жесткие требования к качеству потребляемой энергии. Так выходное напряжение (ток) должно быть стабильным, иметь требуемую форму (например, строго синусоидальную для инверторов), минимальный уровень пульсации постоянного тока (выпрямители).

ЧАСТЬ 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

1.1 Однофазные выпрямители и их основные параметры

Выпрямителем называется устройство, преобразующее переменное напряжение в несинусоидальное постоянное (выпрямленное), а среднее значение (постоянная составляющая) этого напряжения пользуется потребителем постоянного тока. Наличие переменных составляющих (пульсаций) в результате преобразования неизбежно. Различными мерами пульсации могут быть уменьшены до сколь угодно малых значений.

Одним из способов уменьшения пульсаций является применение фильтров выпрямленного напряжения. Дальнейшее улучшение качества преобразования может осуществляться в схеме стабилизатора напряжения. Рассматриваемые в работе схемы служат основой построения большинства источников питания, используемых в самых различных областях техники. Они обеспечивают постоянным напряжением питания электромашинные приводы механизмов, технологические процессы, электронные устройства. Знание свойств источников питания необходимо инженеру для грамотной их эксплуатации.

В зависимости от числа фаз переменного напряжения различают однофазные и многофазные (обычно трехфазные) выпрямители. Структурная схема выпрямителя приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Структурная схема выпрямителя

Выпрямитель содержит трансформатор Т, необходимый для преобразования напряжения сети Uc до величины U2, определяемой требованиями нагрузки; вентильную группу В, которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение U2 преобразуется в пульсирующее; фильтр Ф, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения.

Выпрямитель может быть дополнен схемой стабилизации, подключаемой к выходу фильтра и предназначенной для поддержания напряжения на нагрузке неизменным при изменении напряжения U2 на трансформаторе.

Для маломощных выпрямителей, питающихся от однофазной сети переменного тока, наиболее характерны режимы работы на емкостную и индуктивную нагрузки. Емкостная нагрузка типична для выпрямителей на малые токи. При этом фильтр начинается с емкости или емкость устанавливается на выходе выпрямителя параллельно нагрузке для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения. Реакция нагрузки | на выпрямитель будет определяться емкостью, сопротивление которой для переменной составляющей много меньше сопротивления нагрузки. Если фильтр выпрямителя начинается с достаточно большой индуктивности, то принято считать, что нагрузка выпрямителя индуктивная.

Независимо от режима работы выпрямитель характеризуется выходными параметрами, параметрами, характеризующими режим вентиля, и параметрами трансформатора.

К выходным параметрам выпрямителя относятся: номинальное выпрямленное напряжение; номинальный выпрямленный ток ; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения частота основной гармоники пульсации выпрямленного напряжения; внутреннее сопротивление выпрямителя . Коэффициент пульсации— отношение амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения Uom1 к среднему выпрямленному напряжению Uo .

Вентили в выпрямителях характеризуются следующими параметрами: средним выпрямленным током; действующим значением тока; амплитудой тока; амплитудой обратного напряжения средней мощностью рассеиваемой за период.

Для трансформаторов, работающих в выпрямителях, определяются следующие параметры: действующие значения напряжения, и тока первичной обмотки; действующие значения напряжения и тока вторичной обмотки; полная мощность вторичной обмотки; полная мощность первичной обмотки ; полная или габаритная мощность трансформатора . Параметры вентилей и трансформатора зависят как от схемы выпрямления, так и от режима работы выпрямителя.

При питании аппаратуры от однофазной сети переменного тока находят применение выпрямители однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки, мостовые, с удвоением напряжения и с умножением напряжения.

Однополупериодный выпрямитель (рис. 2,а) применяется в основном с емкостным, Г- и П-образными фильтрами RC. Кенотронные вентили применяют на мощности до 10—15 Вт, а с полупроводниковыми — до 2—3 Вт. Преимущества однополупериодного выпрямителя — минимальное число элементов, невысокая стоимость, в выполнении с полупроводниковыми вентилями — возможность работы без трансформатора. Недостатки — низкая частота пульсаций, относительно высокие обратное напряжение на вентиле, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током.

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки (рис. .2, б) работает в основном с емкостным и Г- и П-образными фильтрами LC. С кенотронными вентилями применяется на выпрямленные напряжения 200—600В и токи нагрузки 50—500 мА, с полупроводниковыми вентилями — на выпрямленные напряжения до 100 В и токи нагрузки до 500 мА. Основные преимущества — повышенная частота пульсации, минимальное число вентилей, возможность использования вентилей с общим катодом или общим анодом (для полупроводниковых — возможность применения общего радиатора без изоляции вентилей). Недостатки — усложненная конструкция трансформатора, худшее использование трансформатора по сравнению с выпрямителями по мостовой схеме и с удвоением напряжения, повышенное обратное напряжение на вентиле.

Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 2,в) обладает лучшими техник0- экономическими показателями. Применяется в, основном с емкостным Г- и П образными фильтрами LC. Выполняется с полупроводниковыми вентилями на напряжения до 400 В и ток нагрузки до 1 А. Достоинства вентиля — повышенная частота пульсации, низкое обратное напряжение, хорошее использование трансформатора, возможность работы без трансформатора.

Недостатки — повышенное падение напряжения в вентильном комплекте, невозможность установки однотипных полупроводниковых вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

Выпрямители с удвоением напряжения (схема Латура) (рис. 3, а) применяются в высоковольтных выпрямителях. Могут использоваться как полупроводниковые, так и кенотронные вентили. С полупроводниковыми вентилями выпрямители используются на напряжения 300—1000 В и ток нагрузки до 200 мА, с кенотронными вентилями — на напряжения более 1000 В и ток нагрузки до 100 мА. Выпрямители с удвоением напряжения обладают следующими преимуществами: повышенная частота пульсации, пониженное обратное напряжение, хорошее использование трансформатора, возможность работы без трансформатора. Недостатки — невозможность установки однотипных полупроводниковых вентилей на одном радиаторе без изоляции, возможность появления пульсации с частотой сети.

Выпрямители с умножением напряжения (рис. 3, 6) применяются в высоковольтных выпрямителях при напряжениях свыше 1000 В и выходных мощностях до 5—10 Вт, например, для питания электронно-лучевых трубок.

1.2 Сглаживающие фильтры и их параметры

Для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, т.е. для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой включается сглаживающий фильтр.

Основной параметр сглаживающих фильтров— коэффициент сглаживания q, определяемый как отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе, т. е. на нагрузке . Коэффициент пульсации на входе фильтра , где и — амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Коэффициент пульсаций на выходе фильтра, где и — амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая напряжения на нагрузке. Он задается требованиями радиоаппаратуры к питающему напряжению. Коэффициент пульсации на выходе выпрямителя известен после выбора схемы выпрямителя и определения его параметров. Отношение этих коэффициентов дает необходимый коэффициент сглаживания фильтра.

ЧАСТЬ 2. РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ МОСТОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Исходные данные для выполнения расчетной части курсовой работы для варианта №72:

Однофазный мостовой выпрямитель (рис.2в),
Номинальное напряжение сети ,
Максимальное напряжение сети ,
Минимальное напряжение сети ,
Частота тока сети ,
Коэффициент пульсации ,
Номинальное выпрямленное напряжение ,
Ток нагрузки выпрямителя .

2.1 Расчет выпрямителей, работающих на емкостных и Г-образных фильтрах RC

1.Нашему заданию соответствует схема выпрямителя (рис.2в). Тогда по подразделу в методических указаниях 2.1 найдем следующие параметры:

2.Определяем сопротивление трансформатора , прямое сопротивление вентиля и по их значениям находим сопротивление фазы выпрямителя (табл. 1). Принимаем: В = 1,2 Т, j = 2А/мм. Тогда в соответствии с таблицей 1 для рис.2в получим:

= 7 Ом.

Для определения сопротивления вентиля в прямом направлении гп„ необходимо ориентировочно выбрать тип вентиля (из приложения 1 в м.у.) определить прямое падение напряжения .

Вентиль выбирается по расчетному среднему выпрямленному току и амплитуде обратного напряжения (табл. 2 м.у.). Он должен быть выбран так, чтобы его максимально допустимое обратное напряжение было больше, чем имеющее место в выпрямителе. Ток должен быть меньше максимально допустимого среднего тока вентиля, указанного в справочнике. В соответствии с таблицей 2:

Из приложения (таблица П2) (с запасом) выбираем диод КД208А

Выбрав тип вентиля, находим значение и определяем сопротивление вентиля

Выпрямитель работает на Г-образный фильтр, тогда в сопротивление фазы необходимо включить сопротивление фильтра , принимаемое равным .

Тогда получим:

Определяем основной расчетный параметр А для рис. 2, б, в:

Определив А, из графиков на рис. 4 определяем параметры В, D, F.

В = 1,24; D = 1,95; F = 5.

В соответствии с формулами таблицы 3 определяем,,,,,,,:

Расчеты показали, что параметры выбранного диода (вентиля) подходят для расчетных значений выпрямителя.

6.Из графиков на рис. 5 определяем параметр Н. Для рис. 2в Н определяем по кривой 2.

Поскольку А = 0,48 принимаем граничное значение Н =680 .

7.По заданным коэффициенту пульсации и Н определяем емкость конденсатора С0 (в мкФ) для рис. 2в:

8.Расчетные параметры трансформатора:

2.2 Расчет резистивно-емкостного фильтра

Расчет фильтра проведем для схемы Г-образной схемы (рис.7). В соответствии с методикой, изложенной в п.3.3 методических указаний Выбор параметров Г-образного фильтра RC для можно сделать на основании формулы

гдеи , Ом; ,мкФ.

Сопротивление резистора определяется с учетом КПД. Обычно КПД = 0,6 - 0,8.

При КПД = 0,8,

Емкость конденсатора

где — ток нагрузки, мА.

При , напряжение на входе фильтра .

Тогда сопротивление резистора фильтра равно:

Для расчета емкости конденсатора необходимо определить основной параметр сглаживающих фильтров — коэффициент сглаживания определяемый как отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе, т. е. на нагрузке

В нашем случае. Для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, т, е. для ослабления пульсации полагаем. Значение коэффициента для мостовой схемы . Тогда:

, .

Заключение

Данная курсовая работа состоит из двух частей: в первой части курсовой работы рассмотрены основные параметры однофазных выпрямителей и сглаживающих фильтров; во второй части произведен расчет однофазных мостовых выпрямителей, работающих на емкостной и Г- образный фильтры RC, а также расчет резистивно-емкостных фильтров.

Список литературы

1. Касаткин Электротехника: учебник / А.С. Касаткин, М.В. Немцов.-Изд. 9-е, стереотип.- М.: Академия, 2005. — 544с.

2. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. - В 3-х книгах / В,И. Киселёв, А.И. Копылов, Э.В. Кузнецов и др. // Под ред. проф. ВТ, Герасимова. - М.: Энергоатомиздат, 1997.

3. Рекус Г.Г. Лабораторный практикум по электротехнике с основами электроники. - М.: Высшая школа, 2001

4. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1998.

5. Электротехника. Компьютерные технологии практических занятий. //Под ред. А.В. Кравцова. - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000.

6. Электротехника и основы электроники. //Под ред. Глудкина 0.IL Учебник для вузов. - М,: Высшая школа, 1993, электронная версия 1998.

7. Марченко А.Л., Марченко Е.А. Основы теории цепей и сигналов. // Тексты лекций. - М.: МАТИ—ЛАТМЭС, 1998.

8. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. - М.: Высшая школа, 1993.

9. Марченко А.Л. Методические указания к проведению лабораторного практикума. Выпуск 1, выпуск 2, выпуск 3. -.М.: МАТИ—ЛАТМЭС, 2000.

10. Электротехника /Под ред. Горбунова. -М., 2003

И. Глазенко Т.А. Электротехника и основы электроники.-М., 1996 12. А.С. Касаткин, М.В. Немцов Электротехника. Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1999.

13.Справочник радиолюбителя конструктора. М.: Радио и связь, 1984.

14. «Источники питания электронных устройств». Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Общая электротехника и электроника» для студентов специальности – 110302 - Электрификация и автоматизация сельского хозяйства./Вендин С.В./ БелГСХА, 2009.

topref.ru

Источники питания сварочной дуги

Для дуговой сварке применяют как постоянный, так и переменный ток. Источниками постоянного тока являются сварочные генераторы (сварочные преобразователи и агрегаты), и сварочные выпрямители (селеновые и кремниевые). Источником переменного тока – сварочные трансформаторы, их применяют значительно чаще. Они более просты в изготовлении в эксплуатации, имеют небольшую массу и стоимость, а также обладают более высоким КПД и более долговечны. Однако при питании переменным током дуга горит неустойчиво, так как 100 раз в секунду напряжение и ток дуги проходят через нулевое значение, что приводит к временной деионизации дугового промежутка.

Постоянный ток предпочтителен в технологическом отношении, при его применении повышается устойчивость горения дуги, улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях, появляется возможность вести сварку прямой и обратной полярности.

К источникам сварочного тока предъявляются следующие требования: они должны обеспечить легкое зажигание и устойчивое горение дуги, ограничивать величину тока короткого замыкания, должны быть безопасными в работе и обладать хорошими динамическими свойствами. Динамические свойства определяются временем восстановления напряжения от момента короткого замыкания, когда оно почти равно нулю, до значения 18−20В, когда происходит зажигание дуги. Это время не должно превышать 0,05 с, чем быстрее восстанавливается напряжение, тем динамичнее свойства источника питания.

а б

Рис. 3. Внешние характеристики источников питания и сварочной дуги

Важнейшим вопросом при конструировании источника питания является выбор его внешней характеристики – зависимости напряжения на его выходных клеммах от силы тока в цепи при нагрузке. Внешняя характеристика источников сварочного тока может быть круто падающей 1 (рис. 3, а) пологопадающей 2, жесткой 3, возрастающей 4. Источник сварочного тока выбирают в зависимости от вольтамперной характеристики дуги (см рис. 2), соответствующей применяемому способу сварки. Для ручной дуговой сварки требуются источники сварочного тока с крутопадающей внешней характеристикой.

Режим горения сварочной дуги определяется точкой пересечения характеристик дуги 1 и источника тока 2 (рис 3, б). Точка А называется точкой холостого хода – источник тока включен, развивая максимальное напряжение (60−80В), а сварочная цепь разомкнута. Точка В – точка неустойчивого горения дуги. При изменении соответствующей ей тока дуга либо гаснет, либо ток дуги возрастает до режима устойчивого горения. Точка С является точкой устойчивого горения дуги (Uр = 15−30В). Точка D соответствует режиму короткого замыкания, который имеет место при зажигании дуги и ее замыкании характеризуется малым напряжением, стремящимся к нулю, и повышенным, но ограниченным током (Iкз ≤ 1,5Iр), чтобы не допустить перегрева токопроводящих проводов и источников тока.

Сварочный трансформатор (рис. 4) снижает высокое напряжение сети (220 или 380В) до напряжения холостого хода (60−80В). Кроме того, трансформатор создает на дуге падающую внешнюю характеристику. Для этого последовательно с дугой и вторичной 2 обмоткой трансформатора включают реактивную (дроссельную) катушку 3. Во время прохождения сварочного тока в витках дроссельной обмотки 3 индуктируется ЭДС самоиндукции противоположно направленная основной ЭДС трансформатора. Поэтому напряжение, подведенное к дуге, снижается от значения холостого хода до 18−30В во время горения дуги и почти до нуля при коротком замыкании. Ток в трансформаторе регулируется изменением величины самоиндукции дросселя при увеличении или уменьшении воздушного зазора S между подвижной 1 (надо рисовать) и неподвижной 2 частями его сердечника. С увеличением зазора S самоиндукция дросселя, которая зависит от магнитного потока сердечника, уменьшается, а напряжение на дуге и, следовательно, сварочный ток увеличивается. При уменьшении зазора – на оборот. Благодаря наличию индуктивного сопротивления достигается падающая внешняя характеристика источника сварочного тока.

Рис. 4. Схема сварочного трансформатора

Величину тока короткого замыкания, а следовательно, и сварочного плавно регулируют изменением магнитного потока обмотки Н путем уменьшения или увеличения тока в этой обмотке реостатом РТ. Для ступенчатого регулирования тока размагничивающая обмотка секционирована. При подключении сварочного провода на левую клемму (рис 22 а) устанавливаются малые токи, на правую – большие.

Сварочные преобразователи. Для сварки источниками постоянного тока служат сварочные преобразователи и сварочные агрегаты. Сварочный преобразователь состоит из генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, сварочный агрегат – из генератора и двигателя внутреннего сгорания (д.в.с.). Сварочные агрегаты применяются для работы в полевых условиях и в тех случаях, когда в питающей электрической сети сильно колеблется напряжение. Генератор и д.в.с. (бензиновый или дизельный) монтируются на общей раме без колес, на катках, колесах, в кузове автомашины и на базе трактора.

Рис. 5. Схема сварочного генератора

Сварочный преобразователь состоит из сварочного генератора постоянного тока и приводного электродвигателя, размещенных обычно в общем корпусе и на общем валу. Приводной электродвигатель преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую, а сварочный генератор преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока, питающего сварочную дугу.

Рассмотрим схему генераторов с намагничивающей параллельной и разма-гничивающей последовательной обмотками возбуждения (рис. 5). Отличительной особенностью генераторов такой схемы является использование принципа само-возбуждения. Поэтому их полюса изготовляются из феромагнитной стали, имеющий остаточный магнетизм.

Как видно из схемы (рис. 5 ) генератор имеет на основных полюсах две обмотки: обмотку возбуждения Н и последовательно включенную размагничивающую обмотку С. Обмотка Н подключена к дополнительной с и основной а щеткам генератора, напряжение между которыми постоянно по величине и не меняется с изменением нагрузки. Магнитный поток Фн этой обмотки постоянен по величине, поэтому обмотку Н называют обмоткой независимого возбуждения.

При холостом ходе э.д.с. генератора индуктируется только магнитным потоком Фн. При зажигании дуги сварочный ток проходит через последовательную обмотку С, которая подключена к основным щеткам а и б так, что магнитный поток Фс направлен против магнитного потока Фн. Этим обуславливается размагничивающее действие последовательной обмотки. ЭДС, индуктируемая в якоре генератора, тем меньше, чем больше магнитный поток Фс, величина которого зависит от тока сварочной цепи. Чем меньше ток в сварочной цепи, тем меньше Фс и тем выше напряжение генератора. При коротком замыкании, т.е. при максимальном токе в сварочной цепи, магнитный поток Фс последовательной обмотки почти равен магнитному потоку Фн обмотки независимого возбуждения, и напряжение на зажимах генератора близко к нулю. Взаимодействием магнитных потоков двух обмоток обеспечивается падающая внешняя характеристика сварочного генератора..

Сварочные выпрямители. Сварочные выпрямители – это устройства, преобразующие с помощью полупроводниковых элементов (вентилей) переменный ток в постоянный и предназначенные для питания сварочной дуги. Их действие основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении.

Принципиальная электрическая схема сварочного выпрямителя представлена на рис. 6. Сварочный выпрямитель состоит из двух основных частей: понижающего трехфазного трансформатора I с регулирующим устройством и выпрямительного блока ВС, состоящего из селеновых (или кремниевых) вентилей. Конструкцию сварочного выпрямителя несколько усложняет входящий в него вентилятор ДВ для охлаждения выпрямительного блока. Включение выпрямителя в работу производится пакетным выключателем ПВ. Вентилятор сблокирован с выпрямителем воздушным реле РКВ. При нормальной работе вентилятора срабатывают реле контроля вентиляции РКВ, включаемое потоком воздуха от вентилятора, и магнитный пускатель ПМ, соединяющий обмотки сварочного трансформатора с сетью. Если вентилятор поврежден, то выпрямитель не включается, если повреждение произойдет во время работы, то выпрямитель выключится.

Рис. 6. Схема трехфазного выпрямителя

Сварочные выпрямители перед преобразователи имеют следующие преимущества: более высокий КПД и меньше потери на холостом ходу, лучшие динамические свойства, меньшую массу, большую надежность и простоту обслуживания при эксплуатации, бесшумность при работе, большую экономичность при изготовлении. Основной недостаток сварочных выпрямителей – их большая чувствительность к колебаниям напряжения сети, чем у сварочных преобразователей. Подобно сварочным генераторам они могут быть однопостовыми и многопостовыми и иметь падающую, пологую или жесткую внешнюю характеристики. Для создания падающей характеристики используются сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием или для этой цели служит дроссель. Для ручной сварки применяют выпрямители с падающей внешней характеристикой.

studfiles.net

Конспект лекций по дисциплине «Источники питания радиоэлектронных устройств»

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Для студентов направления подготовки 210100 и 11.03.04

«Электроника и наноэлектроника»

Составители Чепелев В. И.

Шевцов А. А.

Тольятти 2015 г.

Введение Источники питания радиоэлектронных устройств

Система электропитания (СЭ) является неотъемлемой частью промышленной, бытовой и прочей аппаратуры различного назначения, она представляет собой комплекс элементов и устройств, вырабатывающих электрическую энергию и преобразующих ее к виду, который необходим для нормальной работы радиоаппаратуры. Существующая классификация предусматривает деление СЭ на источники первичного и вторичного электропитания.

Источниками первичного питания называются устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. К ним относятся: электромашинные генераторы, гальванические элементы, термоэлектрические генераторы, солнечные и атомные (ядерные) батареи; в этих устройствах в качестве первичной энергии используется соответственно механическая, химическая, тепловая, световая и энергия внутриатомного распада.

Источниками вторичного электропитания (ИВЭП) называются устройства, которые используют электроэнергию, получаемую от первичного источника питания, и формируют вторичное электропитание аппаратуры.

Источники вторичного электропитания состоят из функциональных узлов, выполняющих одну или несколько функций, например выпрямление, стабилизацию, усиление, регулирование, инвертирование и т.п.

К простейшим ИВЭП относятся нерегулируемые выпрямители, выполненные по структурной схеме, представленной на рисунке 1,а. Силовой трансформатор преобразует напряжение сети переменного тока до требуемого значения; схемы выпрямления преобразуют переменное напряжение в пульсирующее, фильтр сглаживает пульсации напряжения до допустимого уровня.

Рисунок 1 – Структурные схемы выпрямителей

Нерегулируемые выпрямители являются нестабилизирующими функциональными узлами ИВЭП, поэтому напряжение на их выходе зависит от колебаний напряжения питающей сети и изменения тока нагрузки. Такие выпрямители широко используются в промышленной и бытовой радиоэлектронике и позволяют сравнительно просто путем изменения коэффициента трансформации силового трансформатора изменять выходное напряжение; кроме того, силовой трансформатор обеспечивает электрическую изоляцию цепи нагрузки выпрямителя от сети переменного тока, что в ряде случаев является обязательным для нормального функционирования радиоэлектронной аппаратуры.

В тех случаях, когда в целях нормальной работы радиоаппаратуры необходимо обеспечить более высокую стабильность питающих напряжений по сравнению со стабильностью сети переменного тока, схемы выпрямителей дополняются стабилизирующими устройствами. Они включаются на входе или на выходе выпрямителя; в последнем случае (рисунок 1, б) в качестве стабилизатора (СН) пользуются непрерывные (линейные) и импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (ИСН).

В регулируемых выпрямителях (рисунок 2) совмещаются функции выпрямления с регулированием или со стабилизацией выходного напряжения. Регулирование выходного напряжения (рисунок 2, а) осуществляется путем изменения угла открытия силовых тиристоров. В режиме стабилизации выходного напряжения выпрямителя (рисунок 2,б) управляющий сигнал формируется контуром автоматического регулирования.

Рисунок 2 - Регулируемые выпрямители

В настоящее время в связи с необходимостью резкого уменьшения массы и габаритов ИВЭП достаточно широко применяются устройства электропитания с бестрансформаторным входом (рисунок 3), причем, они, как правило, являются стабилизирующими ИВЭП.. Регулирование и трансформация напряжения осуществляются в них на повышенной частоте — частоте преобразования инвертора (10 - 20 кГц), при этом трансформатор инвертора обеспечивает изоляцию цепи нагрузки от сети. В схеме на рисунке 3, б в отличие от рисунка 3, а функции импульсного стабилизатора и инвертора совмещены в регулируемом инверторе.

Рисунок 3 Сетевые источники электропитания с бестрансформаторным входом

В практические схемы ИВЭП кроме основных функциональных узлов включаются также устройства контроля, защиты, блокировки и сигнализации неисправностей, а также коммутационные элементы: кнопки, выключатели, переключатели и т. п.

Суммарная мощность, потребляемая в настоящее время всеми ИВЭП научно-технической и бытовой радиоаппаратуры, очень велика, поэтому создание экономичных, дешевых и надежных ИВЭП является исключительно важной народнохозяйственной задачей.

studfiles.net

189. Контрольно-профилактические работы по обслуживанию источников питания сварочной дуги.

Для обеспечения бесперебойной и длительной работы источников питания сварочной дуги, а также для своевременного устранения мелких неисправностей при их эксплуатации надо проводить контрольно-профилактические работы.

При ежедневном обслуживании необходимо:

перед началом работы осмотреть источник питания для выявления случайных повреждений отдельных наружных частей;
проверить надежность подключения сварочных проводов к за-, жимам источника питания и свариваемому изделию;
проверить заземление источника питания;
после пуска проверить направление вращения вентилятора, т.е. правильность направления потока охлаждающего воздуха.

Один раз в месяц нужно:

очистить источник питания от пыли и грязи, продувая его сжатым воздухом, а в доступных местах протирая чистой ветошью;
проверить состояние электрических проводов, механических контактов и паек и в случае необходимости обеспечить надежный электрический контакт;
проверить надежность всех винтовых соединений;
проверить затяжку крепления силовых катушек;
очистить пускатель от пыли и загрязнений, проверить состояние контактов; если контакты обгорели или на их поверхности образовались капли металла, то поверхность контактов необходимо зачистить.

Один раз в три месяца следует:

проверить сопротивление изоляции токоведущих частей;
проверить состояние блока управления, фильтра защиты от радиопомех и защитных цепей наружным осмотром, установить отсутствие механических повреждений конденсаторов;
в сварочных преобразователях проверить состояние коллектора, в случае обнаружения на коллекторе следов нагара его следует прошлифовать мелкозернистой шлифовальной бумагой.

Один раз в течение полугода необходимо:

очистить контакты и изоляционные части переключателя диапазонов тока от пыли и налета металлических частиц;
смазать тугоплавкой смазкой все трущиеся части;
в сварочных преобразователях проверить состояние и наличие смазки в камерах подшипников и при необходимости заменить ее.

Один раз в год следует:

разобрать электродвигатель вентилятора и произвести его внутреннюю очистку, перед сменой смазки подшипники необходимо промыть бензином; произвести плановый текущий осмотр для выявления необходимости в плановом ремонте.

190. Меры безопасности при эксплуатации источников питания сварочной дуги.

Условия безопасной работы сварщика изложены в ГОСТ 12.3.003-75 «Работы электросварочные. Общие требования безопасности», а также в «Правилах устройства электроустановок». В них указываются требования к производственным помещениям, к организации рабочих мест, к размещению и подключению источников, а также к персоналу.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» сварщики относятся к группе II по электробезопасности персонала, обслуживающего электроустановки. Для лиц с группой II обязательны элементарное техническое знакомство с электроустановками, отчетливое представление об опасности электрического тока, знание основных мер предосторожности при работе, практические навыки оказания первой помощи пострадавшим. К работам по эксплуатации и обслуживанию источников сварщик допускается после инструктажа на конкретном оборудовании и проверки знаний. Работы, связанные с подключением и ремонтом источников, сварщику запрещены. Этим занимается электромонтер с более высокой III группой по электробезопасности. Для этой специальности, в дополнение к вышеперечисленным для группы II требованиям, обязательны знакомство с устройством и обслуживанием электроустановок, знание правил допуска к работе и специальных правил безопасности при подключении и ремонте электроустановок.

Одной из причин электротравматизма при сварке является поражение сварщика высоким входным напряжением сети. Внешний защитный провод соединяет кожух с землей, поэтому разность потенциалов между ними близка к нулю даже при описанной аварийной ситуации. Обязательно также заземление зажима сварочной цепи, соединенного со свариваемым изделием. Иногда вместо заземления используется защитное зануление, т.е. соединение кожуха с нулевым проводом питающей трехфазной сети. В этом случае при попадании высокого напряжения на кожух образуется цепь короткого замыкания «фаза-кожух-нулевой провод», что приводит к срабатыванию защиты и отключению источника от сети.

В процессе эксплуатации исправного источника возможно поражение сварщика низким (сварочным) напряжением, типично поражение напряжением холостого хода. Специальные меры принимаются при эксплуатации источника в средах с повышенной опасностью поражения электрическим током. У таких источников ограничивают напряжение холостого хода, или их комплектуют специальными устройствами снижения напряжения холостого хода. Сравнительно высокое напряжение холостого хода до 141 В источников для механизированной сварки по окончании сварки должно автоматически сниматься. При плазменной резке допускается еще более высокое напряжение: при ручной резке до 180 В, при полуавтоматической — до 300 В, при автоматической — до 500 В. Но это разрешение сопровождается дополнительными ограничениями — отключение источника при снятом плазмотроне, невозможность касания сопла в процессе резки, уменьшение напряжения ниже 68 В по окончании процесса и т. д.

studfiles.net

Электроника и микропроцессорная техника | Страница 11 из 12

Вторичные источники питания

Назначение вторичных источников питания (ВИП) – преобразование сетевого напряжения в постоянные напряжения заданных номиналов, необходимые для обеспечения работоспособности электронных схем.

Можно выделить две основные структурные схемы ВИП: классическую (сетевой трансформатор-выпрямитель-фильтр-стабилизатор постоянного напряжения) и импульсную (выпрямитель сетевого напряжения — высокочастотный преобразователь в импульсные напряжения необходимых номиналов – выпрямитель импульсного напряжения – сглаживающий фильтр – стабилизатор постоянного напряжения).

Классическая схема, обладая простотой реализации, имеет существенный недостаток – громоздкий сетевой трансформатор, поэтому в настоящее время широкое применение получили импульсные ВИП, которые несмотря на большее число структурных блоков, в целом имеют меньшие габариты и вес поскольку эти параметры у высокочастотных трансформаторов на ферритовых сердечниках несравнимо лучше чем у сетевых трансформаторов с сердечниками из электротехнической стали. Структурная схема классического ВИП представлена на рис.82. Классическая схема Рис.82. Структура классического ВИП

Трансформатор-преобразует сетевое напряжение в переменные напряжения, необходимые для формирования заданных уровней постоянных выходных напряжений. Выбор типа магнитопровода из стандартизированных значений производится по так называемой габаритной мощности, определяемой по заданной мощности во вторичных обмотках (суммарноймощности нагрузки). Например, для двухполупериодного выпрямления Ргаб.=1,2 Рнаг., сечения проводов первичной и вторичных обмоток также определяются габаритной мощностью,а также коэффициентом трансформации К= W1/W2 и допустимой плотностью тока для медных проводов, например : I 2 = 1,1 Ргаб./Uнагр. (действующее значение тока вторичной обмотки), I1 = I2/К (действующее значение тока в первичной обмотке).

Выпрямитель — преобразует переменное напряжение в пульсирующее, содержащее постоянную составляющую и переменное напряжение пульсаций.Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рис.83. Во вторичных источниках питания данная схема практически не применяется и имеет лишь теоретический интерес. Временные диаграммы приведены на рис.84.

Простейший выпрямитель Временная диаграмма

Рис.83. Простейший выпрямитель Рис.84. Временные диаграммы

Существенно улучшается форма кривой напряжения на нагрузке при шунтировании её конденсатором, при этом возрастает постоянная составляющая напряжения и уменьшается амплитуда переменного напряжения пульсаций, поскольку конденсатор поддерживает напряжение на нагрузке в паузе между полуволнами входного напряжения(рис.85,86). Рис.85. Схема резистивно-емкостной нагрузки

Рис.86. Влияние ёмкостной нагрузки однополупериодного выпрямителя

Наиболее распространенная схема двухполупериодного мостового выпрямителя, схема и временные диаграммы напряжений представлены на рис.87 и 88 соответственно .

Рис.87. Мостовой выпрямитель

Временные диаграммы

Рис.88. Временные диаграммы

Фильтр выполняет роль сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя, обычно этоГ — образный LC фильтр , в простейшем случае – однозвенный, реализованный на дросселе и конденсаторе (рис.89).Рис.89. Однозвенный сглаживающий LC фильтр

Стабилизатор предназначен для поддержания неизменным в заданных пределах выходного постоянного напряжения при колебаниях входного напряжения ( поступающего с фильтра). Используются три основные схемы стабилизаторов: параметрический, компенсационный ,импульсный. Основным параметром стабилизатора является коэффициент стабилизации, определяемый как:

Кст =( DUвх/Uвх )/( DUвых/Uвых ) Схема параметрического стабилизатора

Рис. 90 Схема параметрического стабилизатора

Здесь D — знакопеременные приращения входного и выходного напряжений соответственно. Принцип работы параметрического стабилизатора основан на свойстве полупроводникового элемента – стабилитрона сохранять неизменным напряжение обратимого пробоя (напряжение стабилизации) при колебаниях в известных пределах входного напряжения. Схема и вольт-амперная характеристика параметрического стабилизатора приведены на рис.90,91. Принцип работы параметрического стабилизатора

Рис.91 Принцип работы параметрического стабилизатора.Uпр,Uобр,Iпр,Iобр – параметры вольт-амперной характеристики стабилитрона,Uвх — напряжение на входе стабилизатора ( на выходе фильтра),Iст – ток через стабилитрон,Uст – напряжение на стабилитроне инагрузке

Рабочая точка находится на пересечении характеристики стабилитрона и нагрузочной прямой, угол наклона которой определяется величиной: Rэкв = (Rб*Rн)/(Rб+Rн). Колебания входного напряжения вызывают изменения тока через стабилитрон относительно номинального значения, при этом выходное напряжение стабилизатора остаётся почти неизменным. При этом нагрузочная прямая перемещается параллельно самой себе. Балластное сопротивление Rб служит для ограничения тока через стабилитрон,который должен находиться в допустимых пределах при максимальных отклонениях входного напряжения, напряжение на нём всегда равно разности между входным и выходным напряжениями.

Пользуясь законом Кирхгофа для контурных токов , можно показать, что коэффициент стабилизации будет равен: Кст =(Uвых / Uвх )*(Rб/Rст.дин.),гдеRст.дин.= DUст/DIст- выходное динамическое сопротивление стабилитрона, величина которого зависит от крутизны падающей ветви характеристики стабилитрона. Для маломощных стабилитронов Rст.дин находится в пределах 5…..50 Ом. Коэффициент стабилизации схем этого типа невысок и составляет 10….30 относительных единиц, применяются они в основном для ограничения уровней напряжений, например, для формирования опорных напряжений в компараторах. Более качественными характеристиками обладают компенсационные аналоговые и импульсные стабилизаторы, имеющие в своем составе регулируемый по цепи обратной связи элемент (обычно транзистор), который компенсирует отклонения входного напряжения, поддерживая тем самым неизменным напряжение на нагрузке.

Аналоговый компенсационный стабилизатор следит за изменениями входного напряжении непрерывно. Принцип его работы поясняется схемой, приведенной на рис.92.Рис.92 Компенсационный стабилизатор

VT1 – регулируемый транзистор (выполняет роль резистора, включенного последовательно с нагрузкой),VT2 — регулирующий транзистор (усилитель постоянного тока),VD1 — стабилитрон грубой установки Uвых

Для компенсации знакопеременных отклонений входного напряжения выходное напряжение устанавливается меньшим входного на 10 – 20% выбором стабилитрона VD1 и резистивным делителем R3,R4,R5, включенным параллельно нагрузке, при этом точная установка заданного номинала осуществляется переменным резистором R4.При колебаниях входного напряжения изменяется падение напряжения на регулируемом транзисторе VТ1, напряжение на нагрузке при этом практически неизменно. Благодаря усилительным свойствам транзистора VТ2 отслеживаются весьма малые колебания напряжения на нагрузке. Приведенный стабилизатор обладает высоким коэффициентом стабилизации -100 и более относительных единиц, при этом в практических схемах вместо VT2 применяется операционный усилитель, а также интегральное исполнение (ИС серии К142 ЕН). Недостатком схемы является непрерывный режим работы регулируемого транзистора, что увеличивает рассеиваемую на нём мощность, в связи с чем необходимо применять транзисторы повышенной мощности и теплоотводы.

Импульсный стабилизатор выходного напряжения в значительной степени свободен от указанного недостатка поскольку регулируемый транзистор работает в облегчённом режиме, однако он имеет несколько больший коэффициент пульсаций из-за необходимости фильтрации импульсной последовательности. В общем случае структурная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения приведена на рис.93.

Импульсный блок обеспечивает работу регулируемого элемента в ключевом режиме, характеристики которого определяются блоком сравнения. Используются в основном два способа управления: релейный и широтно-импульсный (ШИМ). В первом случае импульсы на выходе РЭ имеют амплитуду , равную в каждый данный момент входному напряжению и регулирование обеспечивается изменением их длительности. Во втором случае амплитуда импульсов постоянна и изменяется по сигналам ИБ их ширина. Структура импульсного стабилизатора

Рис.93 Структура импульсного стабилизатора.

РЭ – регулируемый элемент, Ф – сглаживающий фильтр, БС – блок сравнения выходного напряжения с эталонным (уставкой), Uо – источник эталонного напряжения, ИБ – импульсный блок.

Принцип работы релейного импульсного стабилизатора поясняется схемой , приведенной на рис.94.

Релейный импульсный стабилизатор

Рис.94 Релейный импульсный стабилизатор

РЭ на схеме представлен транзистором VТ1, включенным по схеме с общим эмиттером, функции БС выполняет переменный резистор R4 делителя выходного напряжения (R2, R4, R6).Источником эталонного напряжения служит стабилитрон VD2, ИЭ выполнен на транзисторе VT2. Резисторы R1 ,R3, R5 обеспечивают допустимые режимы работы транзисторов, диод VD1 необходим для защиты VT1 от перенапряжений из-за э.д.с. самоиндукции дросселя фильтра, возникающей при снижении тока через индуктивность (в паузе между импульсами на эмиттере VT1). Временная диаграмма, поясняющая процесс регулирования напряжения на нагрузке при отклонениях входного напряжения относительно номинального значения, приведена на рис.95.

Процесс релейного регулирования в импульсном стабилизаторе

Рис.95. Процесс релейного регулирования в импульсном стабилизаторе.

Нарастание Uн во время действия импульса Uэ.VT1 ограничено моментом равенства напряжения, снимаемого с движка R4 сумме напряжения пробоя стабилитрона и порогового напряжения открывания транзистора VT2. В паузе между импульсами конденсатор фильтра разряжается на сопротивление нагрузки до момента равенства Uн напряжению пробоя стабилитрона. Разность напряжений срабатывания блока сравнеия (гистерезис) определяет величину пульсаций относительно среднего значения напряжения на нагрузке. Достоинством приведенной схемы является относительная простота при приемлемом уровне коэффициента пульсаций, импульсный стабилизатор с ШИМ – регулированием схемотехнически сложнее, но имеет лучшие показатели качества выходного напряжения.Структурная схема импульсного ВИП приведена на рис.96.

Импульсный вторичный источник питания Рис.96. Импульсный вторичный источник питания

Новым элементом здесь является высокочастотный преобразователь постоянного напряжения в импульсную последовательность. В качестве такого преобразователя используются трансформаторные каскады, управляемые задающим импульсным генератором, или импульсные генераторы с самовозбуждением. Частота преобразования обычно находится в пределах 30 – 50 КГц. В качестве примера приведена на рис.97 упрощенная схема двухтактного блокинг- генератора (схема Роэра), представляющего собой мультивибратор с электромагнитной связью коллекторных обмоток высокочастотного трансформатора с обмотками положительной обратной связи, подключенным к базам транзисторов. Напряжения на базовых обмотках пропорциональны скорости изменения магнитного потока в сердечнике высокочастотного трансформатора Т (dФ/dt). Обмотки включены таким образом, что при положительной производной на одной из них возникает отпирающее один из транзисторов напряжение, а на другой напряжение противоположной полярности, запирающее транзистор другого ”плеча” схемы. Такое состояние сохраняется до тех пор пока магнитный поток не достигнет максимального значения, определяемого ампервитками соответствующей коллекторной обмотки и величиной коллекторного питания Ек, транзистор при этом полностью открыт и его сопротивление мало. Производная dФ/dt и отпирающее напряжение становятся равными нулю и транзистор начинает закрываться, что приводит к уменьшению магнитного потока, изменению знака производной и появлению запирающего напряжения на транзисторе работавшего “плеча” и соответственно отпирающего напряжения на базе другого транзистора. Далее происходит нарастание магнитного потока противоположного направления, инициируемое вторым “плечом” и процессы повторяются. Следует отметить, что длительность импульсов коллекторного тока и, следовательно, напряжения трансформируемого во вторичную обмотку (Uвых.) зависит не только от времени нарастания магнитного потока (индуктивности коллекторной обмотки), но и от инерционности транзистора, т.е. от времени его выключения. Временные диаграммы в основных точках схемы приведены на рис.98. Двухтактный генератор Роэра

Рис.97. Двухтактный генератор Роэра

Временные диаграммы

Рис.98. Временные диаграммы

Остальные блоки приведенной выше структурной схемы импульсного ВИП принципиально не отличаются от таковых для ВИП, выполненного по классической схеме.

kursach37.com

Контрольная работа Источники питания электронных устройств

СодержаниеВведение

ЧАСТЬ 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

1.1 Однофазные выпрямители и их основные параметры

1.2 Сглаживающие фильтры и их параметры

ЧАСТЬ 2. РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ МОСТОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

2.1 Расчет выпрямителей работающих на емкостных и Г-образных фильтрах RC

2.2 Расчет резистивно-емкостных фильтров

Заключение

Список литературы

Приложение

ВведениеПрименение различного рода электронных устройств для управления производственными процессами подразумевает использование электрической энергии определенного вида для их питания (постоянный, переменный ток).

1.1 Однофазные выпрямители и их основные параметрыВыпрямителем называется устройство, преобразующее переменное напряжение в несинусоидальное постоянное (выпрямленное), а среднее значение (постоянная составляющая) этого напряжения пользуется потребителем постоянного тока. Наличие переменных составляющих (пульсаций) в результате преобразования неизбежно. Различными мерами пульсации могут быть уменьшены до сколь угодно малых значений.

Рисунок 1 – Структурная схема выпрямителя Выпрямитель содержит трансформатор Т, необходимый для преобразования напряжения сети Uc до величины U2, определяемой требованиями нагрузки; вентильную группу В, которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение U2 преобразуется в пульсирующее; фильтр Ф, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения.

1.2 Сглаживающие фильтры и их параметрыДля уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, т.е. для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой включается сглаживающий фильтр.

ЧАСТЬ 2. РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ МОСТОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Исходные данные для выполнения расчетной части курсовой работы для варианта №72:

1) Однофазный мостовой выпрямитель (рис.2в),

2) Номинальное напряжение сети ,

3) Максимальное напряжение сети ,

4) Минимальное напряжение сети ,

5) Частота тока сети ,

6) Коэффициент пульсации ,

7) Номинальное выпрямленное напряжение ,

8) Ток нагрузки выпрямителя .

2.1 Расчет выпрямителей, работающих на емкостных и Г-образных фильтрах RC

1.Нашему заданию соответствует схема выпрямителя (рис.2в). Тогда по подразделу в методических указаниях 2.1 найдем следующие параметры:2.Определяем сопротивление трансформатора , прямое сопротивление вентиля и по их значениям находим сопротивление фазы выпрямителя (табл. 1). Принимаем: В = 1,2 Т, j = 2А/мм. Тогда в соответствии с таблицей 1 для рис.2в получим: = 7 Ом.Для определения сопротивления вентиля в прямом направлении гп„ необходимо ориентировочно выбрать тип вентиля (из приложения 1 в м.у.) определить прямое падение напряжения .

Выпрямитель работает на Г-образный фильтр, тогда в сопротивление фазы необходимо включить сопротивление фильтра , принимаемое равным .Тогда получим:3.Определяем основной расчетный параметр А для рис. 2, б, в:4.Определив А, из графиков на рис. 4 определяем параметры В, D, F. В = 1,24; D = 1,95; F = 5.5.В соответствии с формулами таблицы 3 определяем

Расчеты показали, что параметры выбранного диода (вентиля) подходят для расчетных значений выпрямителя.

6.Из графиков на рис. 5 определяем параметр Н. Для рис. 2в Н определяем по кривой 2.

Поскольку А = 0,48 принимаем граничное значение Н =680 .

7.По заданным коэффициенту пульсации и Н определяем емкость конденсатора С0 (в мкФ) для рис. 2в:8.Расчетные параметры трансформатора: 2.2 Расчет резистивно-емкостного фильтраРасчет фильтра проведем для схемы Г-образной схемы (рис.7). В соответствии с методикой, изложенной в п.3.3 методических указаний Выбор параметров Г-образного фильтра RC для можно сделать на основании формулы,гдеи , Ом; ,мкФ.Сопротивление резистора определяется с учетом КПД. Обычно КПД = 0,6 - 0,8.

При КПД = 0,8,

Емкость конденсатора

где — ток нагрузки, мА.

При , напряжение на входе фильтра .

Тогда сопротивление резистора фильтра равно:Для расчета емкости конденсатора необходимо определить основной параметр сглаживающих фильтров — коэффициент сглаживания определяемый как отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе, т. е. на нагрузке

Список литературы

1. Касаткин Электротехника: учебник / А.С. Касаткин, М.В. Немцов.-Изд. 9-е, стереотип.- М.: Академия, 2005. — 544с.

3. Рекус Г.Г. Лабораторный практикум по электротехнике с основами электроники. - М.: Высшая школа, 2001

7. Марченко А.Л., Марченко Е.А. Основы теории цепей и сигналов. // Тексты лекций. - М.: МАТИ—ЛАТМЭС, 1998.

8. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. - М.: Высшая школа, 1993.

10. Электротехника /Под ред. Горбунова. -М., 2003

13.Справочник радиолюбителя конструктора. М.: Радио и связь, 1984.

$C:\Users\Den777\Desktop\В ИНТЕРНЕТ\ОЭиЭ\ВАРИАНТ 72\Графическая часть КР.jpg$

bukvasha.ru

Конспект лекций по дисциплине «Источники питания радиоэлектронных устройств». Контрольный источник питания

2. Источники питания

Контрольная работа : Источники питания электронных устройств

Источники питания сварочной дуги

Конспект лекций по дисциплине «Источники питания радиоэлектронных устройств»

Оглавление

Введение Источники питания радиоэлектронных устройств

189. Контрольно-профилактические работы по обслуживанию источников питания сварочной дуги.

190. Меры безопасности при эксплуатации источников питания сварочной дуги.

Электроника и микропроцессорная техника | Страница 11 из 12

Вторичные источники питания

Контрольная работа Источники питания электронных устройств

Смотрите также