Параметричний стабілізатор з коливальним контуром

 

Недоліки стабілізатора, які перелічені у пункті 6.9.1, частково усунуті у параметричному стабілізаторі, схема якого наведена на рисунку 6.11, а. У ньому паралельно дроселю  увімкнений конденсатор С, який утворює з ним коливальний контур. Такий стабілізатор називають ферорезонансним [4]. На рисунку 6.11, б зображені графіки залежності напруги від струму для дроселя з насиченням , ємності С та результуюча характеристика навантаження. При підвищенні напруги на дроселі  струм у його обмотці  збільшується спочатку пропорційно напрузі, а при насиченні осердя починає зростати швидше. Струм конденсатора пропорційний напрузі:

                                          .

Якщо втрат у дроселі і конденсаторі немає, то струми  і  знаходяться у протифазі і результуючий струм дорівнює арифметичній різниці цих струмів.

                                        .

 

Рисунок 6.11 – Схема параметричного стабілізатора напруги

з коливальним контуром (а) та залежності між напругою і струмом (б)

 

При малих напругах індуктивність дроселя велика, струм у дроселі малий і результуючий струм має ємнісний характер. У точці А, що відповідає резонансу струмів, сумарний струм близький до нуля, а при подальшому підвищені напруги струм має індуктивний характер.

Порівняння робочих (положистих) ділянок кривих  і  показує, що при однакових змінах струму напруга на резонансному контурі (крива ) змінюється менше, ніж на дроселі (крива ), тобто резонансний контур підвищує ефективність стабілізації.

Стійка робота стабілізатора можлива лише за точкою резонансу (від точки А вправо), тому що на цій ділянці підвищення напруги викликає збільшення струму як у резонансному контурі, так і в індуктивності .

Зі збільшенням вхідної напруги падіння напруги на дроселі  збільшується, а вихідна напруга залишається незмінною.

Зліва від точки А (ділянка А–В) робота стабілізатора неможлива, тому що позитивним збільшенням напруги відповідають негативні збільшення струму резонансного контуру і дроселя . Внаслідок цього падіння напруги на  зменшується, а вихідна напруга підвищується.

Недоліком уведення коливального контуру стала чутливість стабілізатора до змін частоти мережі. Коливання частоти в межах 1...2 % викликає зміну вихідної напруги на 2…3 %. При збільшені частоти струму (пунктирні криві на рисунку 6.11, б) індуктивний опір збільшується, а ємнісний зменшується. Тому залежність  підіймається, a  – опускається. Вихідна напруга  у результаті збільшується.

Покращання характеристик стабілізатора досягається виконанням на осерді дроселя з насиченням автотрансформатора з підвищенням напруги, що забезпечує незмінність вихідної напруги при зниженні напруги мережі [4].

Позитивні характеристики ферорезонансних стабілізаторів напруги полягають у їх простоті, надійності. Серед недоліків потрібно відмітити: 1) чутливість до змін частоти; 2) залежність вихідної напруги від характеру навантаження (активне, ємнісне, індуктивне); 3) спотворення форми кривої вихідної напруги; 3) значні масогабаритні показники, низький ККД, малий коефіцієнт потужності (cosφ).

Поліпшити характеристики стабілізаторів змінної напруги можна, як і стабілізаторів постійної напруги, при використанні компенсаційних методів, розглянутих у розділі 3. У компенсаційному стабілізаторі вихідна змінна напруга порівнюється з опорною, сигнал неузгодження посилюється і є керуючим для силового магнітного підсилювача. Амплітуда вихідної напруги є більш стабільною, вона не залежить від частоти. Але ККД, коефіцієнт потужності, спотворення форми напруги у компенсаційних стабілізаторах приблизно такі, як і у параметричних.

 

 

7 ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ПРИСТРОЇ  
ТА ДЖЕРЕЛА ПЕРВИННОЇ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Електромеханічні  пристрої

 

Електромеханічні пристрої – це такі електротехнічні пристрої, які у значній більшості мають рухомі механічні частини. Наведемо визначення таких пристроїв і вкажемо на їх особливості та особливості використання [1].

Машини електричні – це електричні пристрої обертової дії. Електричні генератори перетворюють механічну енергію на електричну, а двигуни – електричну на механічну. Принципи дії базуються на явищах, які описуються законами Фарадея і Ампера. Простіший генератор складається з рамки, яка обертається між полюсами магніту. У залежності від того, як знімати струм з виводів рамки, можна отримати генератор змінного (виводи приєднані до кілець, з яких знімають струм) або постійного струму (виводи приєднані до півкілець). Магнітне поле може створюватися постійними магнітами або обмотками збудження, тобто електромагнітами.

Частину машини, яка створює магнітне поле називають індуктором, частину, де індукується електрорушійна сила – якорем. Рухома частина машини – це ротор, нерухома – статор. У радіотехнічних пристроях та системах знаходять в основному використання малопотужні електричні машини. Вони мають таку класифікацію [1]:

– силові машини (генератори електричні, синхронні двигуни, індикаторні сельсіни, виконавчі двигуни неперервного обертання та крокові);

– перетворювачі напруги, підсилювачі потужності;

– інформаційні машини (тахогенератори, вимірювачі кутів – обертові трансформатори, трансформаторні сельсини);

– гіроскопічні прилади (двигуни, давачі моментів і кутів).

Давачі – це конструктивно закінчені пристрої, призначені для перетворення різного роду фізичних величин на електричні сигнали. Давачі поділяють:

за видом вихідних параметрів на генераторні (вихідними величинами є струм, напруга при постійному вихідному опорі) та параметричні – вихідними змінними величинами можуть бути опір, ємність, індуктивність і ін.;

за видом вимірюваних величин – кут повороту, швидкість, температура, тиск, освітленість, вага і ін.;

за принципом дії на резистивні, ємнісні, гальваномагнітні, п'єзоелектричні, теплові, оптичні.

Виконавчі пристрої – це конструктивно закінчені електротехнічні пристрої, призначені для виконання певних функції під дією електричних сигналів керування: електродвигуни, електромагніти, реле, електромагнітні муфти і ін.

Електричні апарати (комутаційні пристрої) – це пристрої, призначенням яких є комутація електричних, механічних та інших ланцюгів замиканням або розмиканням відповідних зв'язків; група електричних апаратів частково охоплює виконавчі пристрої. Основне  призначення в радіотехнічних системах та пристроях – комутація електричних ланцюгів. До електричних апаратів відносять такі елементи:

реле – це електромагнітні пристрої для комутації слабких електричних струмів (зазвичай не більших 5 А). Знаходять використання у пристроях керування, захисту, сигналізації. За характером керуючого впливу, який призводить до замикання або розмикання контактів, реле класифікують на: електричні (реагують на величину струму чи напруги); теплові; механічні (реагують на тиск, переміщення); оптичні і ін. Виконують функції замикання, розмикання та перемикання електричних ланцюгів. Можуть мати декілька пар або трійок контактів. За часом спрацювання та відпускання підрозділяють на надшвидкодійні (менше 5 мс), швидкодійні (5...50 мс), нормальні (100...150 мс), сповільнені (0,2...1 с). За потужністю, яку вони можуть комутувати, реле розділяють на: малопотужні (Р < 1 Вт); середньої потужності (Р 1...10 Вт); потужні (Р > 10 Вт). Кількість спрацьовувань реле  разів.

контактори – це електричні апарати, призначенням яких є часта комутація потужних ланцюгів (джерела живлення, двигуни, нагрівачі). Увімкнення виконується електромагнітом, а вимкнення – пружиною зворотного руху;

автоматичні вимикачі – це пристрої, призначенням яких є вимикання електричних ланцюгів в аварійних або критичних ситуаціях (коротке замикання, перенавантаження, заниження або перевищення напруги);

пускачі – це комутаційні пристрої, призначені для увімкнення, вимкнення та захисту електричних установок;

командоапарати – це кнопки керування, кінцеві вимикачі;

перемикачі механічні – це кнопки та клавішні перемикачі, тумблери, барабанні та галетні перемикачі;

з'єднання електричні рознімні (рознімачі) – це електромеханічні пристрої, призначені для електричного з'єднання складових частин у єдиний пристрій встановленням між ними механічних з'єднань у вигляді рознімних контактних пар (штирова частина називається вилкою, гніздова - розеткою).

Магнітокеровані контакти (геркони) – це комутаційні пристрої з ізольованими від зовнішнього середовища (герметизованими) контактами. Геркон являє собою герметичну колбу, в яку впаяні контакти, які виконують одночасно роль магнітопровода і пружин. На колбі розміщується обмотка керування. Функції, які виконують геркони, співпадають з функціями реле. Відрізняються швидкодією та гарантовано великою кількістю перемикань. Різновидом магнітокерованих кон­так­тів є феріди – комутаційні пристрої з явно вираженим магнітопроводом з прямокутною петлею гістерезису. Завдяки цьому контакти ферідів перемикаються під дією імпульсів, тобто вони є комутаційними елементами з пам'ятю.

Безконтактні реле – це особлива група безконтактних комутаційних пристроїв. Принцип дії базується на тому, що опір керованого елемента під дією сигналу керування змінюється у великому діапазоні.

Приклади таких пристроїв: електронна лампа, транзистор, тиристор, магнітне реле. Принцип роботи останнього базується на зменшенні індуктивного опору обмотки, яка знаходиться на феромагнітному осерді, при магнітному насиченні осердя (див. підрозділи 6.5, 6.8). Відрізняються досить малою швидкістю, надійністю, практично необмеженою кількістю перемикань.