20 Реализация схем компенсационных стабилизаторов напряжения. Элементы схем. Последовательное и параллельное включение регулирующего элемента.

КСН относятся к стабилизаторам непрерывного действия и представляют собой устройства автоматического регулирования, которые с заданной точностью поддерживают напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки.

а – последовательного типа, б – параллельного типа.

РЭ – регулирующий элемент непрерывного действия, УПТ – усилитель постоянного тока, СС – схема сравнения, Rг – гасящее сопротивление, Rн – нагрузка.

Входное напряжение через РЭ поступает на выход стабилизатора. Стабилизация выходного напряжения происходит за счёт изменения падения напряжения на РЭ. Падение напряжения на РЭ уменьшается при снижении выходного напряжения и возрастает при его увеличении. В устройстве сравнения происходит суммирование выходного напряжения и стабильного опорного напряжения, после чего сигнал ошибки поступает в усилитель, который этот сигнал усиливает и подаёт на РЭ.

Приведем два примера реализации схем: параллельного и последовательного типа:

1. последовательного типа:

В состав Схемы Сравнения входит выходной делитель, выполненный на резисторах R1, Rп, R2, и источник опорного напряжения, который представляет собой параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD1 и резисторе Rг1. Он же питается от выходного напряжения стабилизатора. Усилитель в схеме состоит из транзистора VTу и резистора Rу.

Принцип действия: При изменении входного напряжения Uвх, например при увеличении, возрастает выходное напряжение Uвых, что приводит к росту напряжения UrII на нижнем плече делителя. Напряжение UrII сравнивается с опорным Uоп напряжением стабилитрона VD1. Увеличение приводит к росту положительного потенциала на базе транзистора VTу по отношению к его эмиттеру. При этом увеличиваются токи базы и коллектора транзистора VTу и уменьшается положительный потенциал на базе регулирующего транзистора VT1 относительно его эмиттера. Ток базы транзистора VT1 уменьшается, что приводит к увеличению его напряжения коллектор-эмиттер Uкэ. А поскольку Uвх=Uкэ+Uвых, то увеличение Uкэ препятствует дальнейшему увеличению выходного напряжения, т.е. обеспечивает стабилизацию выходного напряжения с определённой степенью точности.

2. Параллельного типа:

Любые изменения выходного напряжения Uвых приводят к изменению потенциала базы усилительного транзистора VTу и тока Iу. Так, увеличение (уменьшение) тока Iу ведёт к увеличению (уменьшению) напряжения на резисторе Rу. При этом открывается (или запирается) регулирующий транзистор VT1 и его коллекторный ток увеличивается (или уменьшается). Увеличение (или уменьшение) Iрэ приводит к увеличению (уменьшению) падения напряжения Uг на гасящем резисторе Rг, а выходное напряжение Uвых сохраняется постоянным с определённой степенью точности.

3 Трансформатор

Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, преобразующий электрическую энергию переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию переменного тока с иными параметрами (током, числом фаз, формой кривой напряжения).

Однофазный трансформатор:

КПД ≈ 98-99%

Принцип действия трансформатора основан на электромагнитном взаимодействии двух (или более) электрически несвязанных м/ду собой контуров (обмоток). Обмотка подключённая к источнику переменного тока – первичная (I), а обмотка, к которой подключается нагрузка – вторичная (II). Для улучшения магнитной связи между I и II обмотками и для придания определённой конфигурации магнитному потоку, обмотки размещают на сердечнике (магнитопроводе), изготовленном из ферромагнитного материала.

Если к зажимам первичной обмотки трансформатора W₁ подвести переменное напряжение U₁, то протекающий по ней ток I₁ создаёт магнитный поток поток Q. Этот поток вызывает ЭДС самоиндукции в первичной обмотке и ЭДС во вторичной. При замыкании вторичной обмотки на сопротивление Z_н по ней течёт ток I₂. Магнитный поток Q состоит из основного магнитного потока Ф₀, который замыкается в сердечнике трансформатора и потоков рассеяния первичной Фs₁ и вторичной Фs₂ обмоток трансформатора. Основной магнитный поток индуктирует в первичной и вторичной обмотках ЭДС Е₁ и Е₂, которые уменьшают напряжение указанных обмоток.

Коэффициент трансформации: отношение эдс, наводимых основным магнитным потоком в первичной и вторичной обмотках электрического трансформатора.

Классификация: в зависимости от числа фаз (однофазные и многофазные); в завис. от схемы (однообмоточные, двухобмоточные и многообмоточные); по наивысшему напряжению одной из обмоток (низковольтные и высоковольтные); по типу констр. сердечников (броневые, стержневые и тороидальные) и т.д.

Режим ХХ:

U_1хх=U_1ном; I_xx I_1ном; Е₂=Е_2ном

При проведении опыта ХХ к первичной обмотке подводится номинальное напряжение, измеряемое вольтметром. Амперметр в первичной цепи даёт определить ток ХХ I₀. При ХХ потери во вторичной обмотке отсутствуют, а в первичной относительно малы вследствие небольшого значения тока ХХ, тогда как потери в стали при ХХ остаются практически равными потерям в стали при номинальной нагрузке. Следовательно, потери в обмотках при ХХ меньше потерь в стали.

Режим КЗ: - испытание трансформатора при замкнутой вторичной обмотке.

I_1к=I_1ном; P_1к=P_m.

При опыте КЗ вторичная обмотка замкнута накоротко, а к первичной подводится пониженное напряжение, при котором по обмоткам протекают номинальные токи. Это напряжение КЗ. При малом напряжении магнитный поток будет незначителен, значит будет мал и намагничивающий ток.