Лабораторная работа №1 "Исследование трансформаторного блока питания электронных устройств"

Лабораторная работа №2
Введение
Программа работы
Пояснения и указания к работе
   1. Схема и конструкция стабилизатора напряжения лабораторной установки
   2. Процесс регулирования напряжения
   3. Качество выходного напряжения
   4. Влияние характера нагрузки на работу коммутаторов
   5. Принцип работы схемы в режиме стабилизации
   6. Порядок выполнения работы
Контрольные вопросы
Литература

Пояснения и указания к работе

2. Процесс регулирования напряжения

Переключение коммутаторов К1 и К2 в процессе регулирования может осуществляться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения напряжения. В первом случае для сглаживания ступен­чатого перехода в кривой выходного напряжения (рис. 2.2) применяются индуктивно-емкостные фильтры. Применение чисто емкостных фильтров в данном случае невозможно, так как из-за ступенчатого изменения напряжения ток в емкости теоретически окажется неограниченным в соответствии с выражением .

В случае переключения в сторону уменьшения напряжения появляется возможность применения промежуточного сглаживания с помощью конденсаторов. Представленная на рис. 2.1 схема основана на втором принципе, когда в текущем полупериоде включение коммутатора высшей ступени регулирования К1 обязательно предшествует включению коммутатора низшей ступени регулирования К2.

Для анализа принципа работы регулятора предполагаем, что первичное напряжение синусоидально, т.е. u₁(t) = U_1msin ωt и

u₂(t) = K_β u₁(t) - при включении К1;

u₂(t) = K_β u₁(t) - при включении К2.

Вначале рассмотрим работу данного стабилизатора без конденсатора С1.

При этом принимаются следующие допущения;

1.    Коммутаторы К1 и К2 считаются идеальными.

2.    При ωt = Θ отключается К1 при одновременном включении К2. Угол может принимать любое         значение на протяжении всего полупериода в зависимости от уровня первичного напряжения.

3.    В конце каждого полупериода коммутатор К2 отключается мгновенно путем естественной    коммутации, т.е. при прохождении тока нагрузки через нулевое значение.

4.    Силовой трансформатор Тр1 считается идеальным:

намагничивающий ток равен нулю I_μ = 0; не учитываются индуктивность рассеяния и активные сопротивления обмоток.

Работа регулятора (без емкости) иллюстрируется кривой рис.2.2.

Рис.2.2. Форма кривой выходного напряжения при отсутствии фильтрующего конденсатора.

В начале полупериода включен коммутатор К1 и трансформатор работает с большим коэффициентом трансформации K_β и выходное напряжение . В момент ωt = 0 коммутатор К1 отключается и включается коммутатор К2. При этом трансформатор начинает работать с меньшим коэффициентом трансформации K_α и выходное напряжение .

В конце полупериода происходит естественная коммутация коммутатора К2 и включение коммутатора К1. В следующем полупериоде процесс повторяется снова. Коэффициент трансформации для среднего значения определяется как k_СР=U_2СР/U_1СР или

.

Коэффициент трансформации по действующим значениям k_Д оп­ределяется как k_Д =U_2Д/ U_1Д.

Как видно, коэффициент трансформации является функцией двух постоянных величин kp и ka и переменного угла отключения комму­татора К1 - Θ , изменение которого приводит к изменению коэффи­циента трансформации и соответственно выходного напряжения трансформатора Тр.1.

Теперь рассмотрим работу регулятора при наличии конденсато­ра С1. При этом учитываются следующие обстоятельства.

1 .Условия включения и отключения коммутатора К1 остаются прежними.

2.Напряжение на конденсаторе определяется выражением

или

где Θ - угол отключения коммутатора Kl; C₂₁= K_β / K_α - крат­ность регулирования.

3.Коммутатор К2 может включаться только после отключения коммутатора К1 и когда напряжение на конденсаторе станет рав­ным нулю.

Процесс регулирования происходит следующим образом (рис. 2.3). В начале полупериода включен коммутатор К1 и имеет место больший коэффициент трансформации K_β. В момент ωt = 0 отклю­чается К1. Интервал 0 - Θ называется интервалом β. При ωt = Θ начальное напряжение на конденсаторе

Рис.2.3. Форма кривой выходного напряжения в регуляторе с фильтрующим конденсатором.

С момента ωt = Θ конденсатор начинает перезаряжаться через на­грузку, сглаживая ступенчатый переход в кривой выходного напря­жения, что уменьшает содержание высших гармоник. Как только напряжение на конденсаторе станет равным нулю, коммутатор К2 выключается, обеспечивая работу с меньшим коэффициентом трансформации K_α. Угол включения коммутатора К2 обозначим γ. Интервал Θ - γ называется интервалом γ. При ωt = π коммутатор К2 отключается и включается коммутатор К1. Процесс повторяется снова. Здесь также за счет изменения угла отключения коммутатора К1 и за счет продолжительности времени перезаряда конденсатора С1 меняется среднее и действующее значения выходного напряже­ния. Благодаря применению конденсатора достаточно большой емкости удается получить близкую к синусоидальной кривой вы­ходного напряжения.