Стабилизатор переменного напряжения

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ТЕМА  РАБОТЫ:

«Стабилизатор переменного напряжения»

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

По  дисциплине: «Электрические аппараты систем автоматики» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент гр. 0А00       И.И. Иванов

          (подпись) 
 

Руководитель, доцент к.т.н.                 Е.П. Богданов

          (подпись) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Томск-20** 
 
 
 
 
 

 

СОДЕРЖАНИЕ

с. 

Введение                                                                                                          4 

Выбор и описание принципиальной схемы  стабилизатора                                6 

Описание  конструкции и принципа действия стабилизатора напряжения       11 

Расчет  выходных электрических параметров                                                 13 

Заключение                                                                                                     21 

Список использованных источников                                                               22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

      Стабилизаторы напряжения — это устройства, предназначенные для поддержания постоянного значения напряжения. Идеальный стабилизатор при любом значении напряжения на входе, будет выдавать постоянное значение на выходе. Кроме того, при искажении синусоиды, возникновении всплесков и провалов на входе, на выходе должен выдавать правильную синусоиду без помех. Идеальный стабилизатор способен пропускать через себя любую мощность, при этом качество стабилизации не должно снижаться. Погрешность выходного напряжения должна быть 0 %.В реальности стабилизатор напряжения это законченный блок, состоящий из совокупности технических элементов, выполняющих определенные функции. Однако определить содержание устройства по названию «стабилизатор напряжения» однозначно нельзя. В настоящее время существует большое количество разнообразных приборов для выполнения функции стабилизации напряжения.

      По физике процесса стабилизаторы можно разделить на два больших вида.

1. стабилизаторы, накапливающие энергию и далее заново генерирующие ее в виде стабильного напряжения.

Стабилизатор напряжения системы «мотор — генератор»

Данное устройство работает по принципу преобразования электроэнергии в кинетическую и  далее генерированию ее обратно в электрическую. Накопление кинетической энергии происходит при разгоне тяжелого диска (шатуна), находящегося между мотором и генератором. Такие системы применяются при трехфазном напряжении.Даже при сильных скачках и провалах напряжения, скорость вращения шатуна остается неизменной. Импульсные скачки гасятся за счет большой инерции шатуна. Скорость же вращения шатуна зависит не от величины входного напряжения, а от периодичности фаз.Данные системы широко использовались для питания БЭВМ. В настоящее время используются редко. В основном на объектах стратегического значения.

Феррорезонансные стабилизаторы

Физические процессы в таких стабилизаторах можно  сравнить с качелями. Раскачанные  до определенной силы качели сложно остановить или резко заставить качаться быстрее. Катаясь на качелях не обязательно отталкиваться каждый раз — энергия колебания делает процесс инерционным. Увеличить или уменьшить частоту колебаний тоже сложно — качели имеют свой резонанс.

В феррорезонансных стабилизаторах происходят электромагнитные колебания в колебательном контуре емкости и индуктивности.

Стабилизаторы инверторного типа

Стабилизаторы напряжения инверторного типа преобразуют переменное напряжение в постоянное и накапливают энергию, заряжая промежуточные емкости. Далее с помощью электронного генератора преобразуют постоянное напряжение опять в переменное, но уже с устойчивыми характеристиками.

Данные устройства успешно применяют для обеспечения  работы медицинского и спортивного  оборудования.

2. стабилизаторы, корректирующие напряжение, добавляя дополнительный потенциал, приводящий величину напряжения к номинальному значению.

Ферромагнитные стабилизаторы

Ферромагнитные  стабилизаторы используют свойство магнитного сердечника (магнитопровода трансформатора) насыщаться. Увеличивая напряжение на входе трансформатора, мы получаем увеличение напряжения на выходе, но до определенного уровня. При определенном напряжении сердечник насыщается, и дальнейшее повышение напряжения на входе уже не влияет на выходное напряжение, точнее говоря, влияет очень слабо. Трансформатор как бы тормозит рост напряжения. Именно в таком режиме работы трансформатор используют как стабилизатор. Из-за своей простоты устройства популярны в быту для стабилизации напряжения отдельных устройств: холодильников, телевизоров и т. д.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

Электромеханические стабилизаторы регулируют напряжение передвижением токосъемника по специальному трансформатору, подключая тем самым  определенную обмотку. Работой механического  устройства управляет процессор, замеряя  напряжение и давая команды на смену позиции токосъемника.Стабилизаторы успешно используются в жилых домах и на производствах, где приветствуется плавная регулировка и устойчивость к помехам.

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные стабилизаторы  регулируют напряжение, переключая обмотки специального трансформатора посредством электронных ключей. Ключи управляются процессором по специальной программе.

В настоящее  время существует два типа электронных  стабилизаторов напряжения: с полупроводниковыми и релейными ключами.

Стабилизаторы имеют большое быстродействие, поэтому  применяются в комплексе с  дорогостоящим оборудованием, требующем  защиты от всех аномалий сети. Их также  используют в жилых домах и  на производствах. 

Целью данного курсового проекта является: выбор схемы стабилизатора напряжения, проектирование стабилизатора напряжения по заданным параметрам, а также научится решать инженерные задачи в области бесконтактных электрических аппаратов, закрепление теоретических 

 

ВЫБОР И  ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

СТАБИЛИЗАТОРА 

     В настоящее время в качестве регулирующих органов стабилизаторов с разделением  регулируемой и нерегулируемой мощностей  широкое распространение получили транзисторные ключи. Схемные решения  стабилизаторов, предлагаемые в [1] , реализующие  однополярную реверсивную модуляцию с преобразованием энергии на повышенной частоте, по своим техническим параметрам, таким как быстродействие, влияние на питающую сеть, искажения выходного напряжения и потребляемого тока - представляются оптимальными. Кроме того, преобразование осуществляется на повышенной частоте, что позволяет значительно уменьшить массогабаритные показатели преобразовательного трансформатора и выходного фильтра. Однако регулирующий орган выполнен на восьми униполярных ключах, из которых четыре ключа рассчитаны на номинальный ток нагрузки стабилизатора. Представленным в [I] схемам присуща сложность алгоритма и системы управления

 

Рисунок 1. Схема стабилизатора с однополярной нереверсивной модуляцией и преобразованием энергии на сетевой частоте. TV1 

     В ряде случаев, когда стабилизатор является стационарным устройством, задача снижения массогабаритных показателей не является первостепенной. Важной задачей  в этом случае является получение  низкой стоимости, высоких КПД и  надежности. Это может быть получено путем отказа от преобразования энергии на повышенной частоте в пользу преобразования на частоте сети.

     Предлагаемая  к рассмотрению схема с однополярной нереверсивной модуляцией и преобразованием  энергии на сетевой частоте представлена на рис.1. Данная схема обеспечивает регулирование напряжения только вверх. Диаграмма выходного напряжения дана на рис.2.

Рисунок 2. Диаграмма выходного напряжения 

      Для получения регулирования вниз необходимо изменить схему подключения одной  из обмоток трансформатора с расщепленной первичной обмоткой позволяет сделать переход к двухполярной реверсивной модуляции (Рис.3)

Рисунок 3. Схема стабилизатора с двухполярной реверсивной модуляцией 

      Схема транзисторного ключа, обеспечивающего  двухстороннее протекание тока рассматриваемого стабилизатора, представлена на рис. 4 

 

Рисунок 4.Схема транзисторного ключа

     Ключ  выполнен по диодно-транзисторной схеме  с включением биполярного транзистора  в диагональ выпрямительного  моста (VD1-VD4). Ключ характеризуется падением напряжения в открытом состоянии, равном сумме падений напряжения на двух диодах выпрямителя и переходе транзистора, [2]. Силовой ключ снабжен защитными RCD-цепями, которые ограничивают перенапряжения, возникающие при коммутации, а также обеспечивают снижение динамических потерь в транзисторе. При запирании транзистора происходит заряд конденсатора С1, резистор R1 -зашунтирован диодом VD5. На последующем цикле работы, при отпирании транзистора происходит разряд конденсатора по цепи: Cl, R1, VT1, R2, Резистор R2 обеспечивает ограничение броска тока заряда конденсатора, имеющим место при включении второго ключа, работающего в противофазе с первым.

     Для определения области практического  применения устройства представляет интерес  вопрос степени искажения выходного напряжения. Для этого необходимо провести расчет коэффициента гармоник выходного напряжения схемы с вольтодобавочным трансформатором с многотактной коммутацией, реализующей однополярную нереверсивную модуляцию (Рис. 4).

     При значительной мощности (выше двух - трех киловатт) нагрузки применяют стабилизаторы с тиристорными ключами.