Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»
(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии
Кафедра «Электрическая связь»
Специальность 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов»
Специализация «Радиотехнические системы на железнодорожном транспорте»
Лабораторная работа №86
по дисциплине
««Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей»
на тему: «Компенсационный стабилизатор напряжения»
Выполнили обучающийся
Курс 3
Группа АР-709 А.Д. Андронников К.Р Кильмухаметова
Бригада №1
Руководитель С.А Тихомиров
подпись, дата
Санкт-Петербург
2019
1.Общая теория
Значение оборудования
Стабилизатор напряжения – это преобразователь электрической энергии, автоматически поддерживающий на входе напряжение в заданных пределах при значительных колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.
Рис. 2. – принципиальная схема полупроводникового стабилизатора
Схема состоит из следующих функциональных узлов: VT1-регулирующий транзистор, VT2-усилительный транзистор и схема сравнения: делитель напряжения R3, R4 (следящий делитель) и источник опорного напряжения, который состоит из стабилитрона VD и резистора R2. Напряжение на базе усилительного транзистора VT2 представляет собой разность между напряжением на нижней части делителя UR4 и опорным напряжением UVD.
Допустим, что вследствие изменения нагрузки увеличилось выходное напряжение Uн. При этом увеличится положительный потенциал на базе VT2, что приведёт к увеличению тока коллектора Iк2 транзистора VT2. Возросший ток Iк2 создаёт на резисторе R1 соответственно увеличенное падение напряжения, в результате чего понизится положительный потенциал базы транзистора VT1 и уменьшится ток его базы IБ1, а вместе с ним и ток коллектора Iк1. Уменьшенный ток коллектора Iк1 позволит восстановить напряжение Uвых практически до прежнего значения.
Классификация оборудования
В зависимости от включения элемента с изменяемым сопротивлением:
- последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
- параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.
В зависимости от способа стабилизации
Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, где дифференциальное сопротивление прибора мало в широко диапазоне изменения токов, протекающих через прибор.
Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.
по типу выходного напряжения
-постоянного напряжения
--линейный стабилизатор
--импульсный
-переменного напряжения
Однофазные стабилизаторы
Трехфазные стабилизаторы
--релейные
--электронные
--электромеханические
--феррорезонансные
--инверторные
Достоинства и недостатки оборудования
Параметрический стабилизатор
Достоинства:
Простота схемы
Низкая стоимость
Коэффициент стабилизации напряжения
Недостатки:
Отсутствие плавного регулирования и установки заданного значения напряжения
Низкий КПД
Относительно высокое Rвых
Компенсационный стабилизатор напряжения
Достоинства:
Плавная установка выходного напряжения
Возможность реализации нагрузки для больших токов
Возможность получения больших значений коэффициента стабилизации
Малые значения выходного сопротивления
Высокий КПД
Недостатки
Относительная сложность схем
Краткая историческая справка
В 1873г французский инженер С.Фарко опубликовал идею отрицательной обратной свзяи. С того времени началась эра работоспособных регуляторов непрямого действия.
Развитие электротехники сдерживалось потерями энергии. Первый кто смог решить эту проблему, русский электротехник Д.А. Лачинов в 1880г.
Электрическая схема
Рис. 3. – модель компенсационного стабилизатора с последовательным регулирующим элементом
Перечень элементов из схемы
VT1 – транзистор; VD1 – стабилитрон; DA1 – усилитель цепи обратной связи, R1 – потенциометр, R2- нагрузка; R3 – источник эталонного напряжения, R4, R5 – следящие делители; V01, V02 – вольтметры; I02 – амперметр; EDS(ЭДС) – источник напряжения; U1 – генератор;
Принцип действия
Допустим, что вследствие изменения нагрузки увеличилось выходное напряжение Uн. При этом увеличится положительный потенциал на базе VT2, что приведёт к увеличению тока коллектора Iк2 транзистора VT2. Возросший ток Iк2 создаёт на резисторе R1 соответственно увеличенное падение напряжения, в результате чего понизится положительный потенциал базы транзистора VT1 и уменьшится ток его базы IБ1, а вместе с ним и ток коллектора Iк1. Уменьшенный ток коллектора Iк1 позволит восстановить напряжение Uвых практически до прежнего значения.
Исходные данные
U1=1 (В) – величина напряжения пульсации
K
Коэффициент передачи усилителя
y1=50Ky2=200
5.1 Таблицы измерений для Ky1=50 Таблица 1
R1,% |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
U01, В |
2,398 |
4,798 |
7,199 |
9,598 |
12 |
14,4 |
19,2 |
23,76 |
U02, В |
0,371 |
1,434 |
2,265 |
2,381 |
2,385 |
2,389 |
2,398 |
2,412 |
I02, А |
0,445 |
1,721 |
2,718 |
2,858 |
2,862 |
2,866 |
2,878 |
2,895 |
Um2, мВ |
366,4 |
490,5 |
171 |
6,035*10-3 |
10,65*10-3 |
3,533*10-3 |
7,552*10-3 |
9,861*10-3 |
U02 ном =2,385 U01 ном = 11,99
В
начале:
В
середине:
В
конце:
66392,46
Таблица 2
Rн,% |
100 |
60 |
40 |
20 |
10 |
5 |
U02, В |
2,395 |
2,391 |
2,386 |
2,373 |
2,355 |
2,331 |
I02, А |
2,637 |
2,789 |
2,982 |
3,56 |
4,71 |
6,994 |
Um2, мВ |
0,003645 |
0,004964 |
0,003055 |
0,01142 |
0,002916 |
0,01335 |
5.2 Таблицы измерений для Ky2=200 Таблица 3
R1,% |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
U01, В |
2,398 |
4,798 |
7,2 |
9,598 |
12 |
14,4 |
19,2 |
23,76 |
U02, В |
0,371 |
1,434 |
2,435 |
2,608 |
2,794 |
2,979 |
3,350 |
3,703 |
I02, А |
0,446 |
1,721 |
2,922 |
3,130 |
3,352 |
3,575 |
4,02 |
4,443 |
Um2, мВ |
366,4 |
490,5 |
1,152 |
239,7*10-3 |
238,5*10-3 |
297,2*10-3 |
234,6*10-3 |
230*10-3 |
U02ном = 2,794В
U01 ном = 11,99В
В
начале:
В
середине:
В
конце:
Таблица 4
Rн,% |
100 |
60 |
40 |
20 |
10 |
5 |
U02, В |
3,223 |
3,057 |
2,869 |
2,432 |
2,317 |
2,277 |
I02, А |
3,549 |
3,567 |
3,587 |
3,648 |
4,634 |
6,83 |
Um2, мВ |
0,0002341 |
0,0002367 |
0,000237 |
0,0002563 |
0,0002103 |
0,0001643 |
Вывод.
В ходе выполнения лабораторной работы согласно номеру бригады были выбраны исходные данные: U1=1B, Ky1=50, Ky2=200; и установлены соответствующие параметры компенсационного стабилизатора.
Далее были сняты зависимости Um2 и Uо2 от Uo1, приведённые в таблице 1 и 3. По результатам измерений были построены графики вышеупомянутых зависимостей.(рис.1 и 2)
Так же был рассчитан КПД и коэффициент сглаживания пульсации в начале, середине и конце рабочей области.
Рассчитаны коэффициенты: передачи усилителя(Ку), стабилизации(Кст), сглаживания пульсаций(S), передачи следящего делителя(Кд)
График зависимости U02 от U01 для Ку1=50
График зависимости U02 от I02 для Ку=50
График зависимости U02 от U01 для Ку1=200
График зависимости U02 от I02 для Ку=200
График зависимости Um2 от U01 для Ку=50
График зависимости Um2 от I02 для Ку=50
График зависимости Um2 от U01 для Ку=200
График зависимости Um2 от I02 для Ку=200