Практическая работа №5: Вторичные источники питания. Методические указания к выполнению практической работы

1.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный университет
аэрокосмического приборостроения»
(ГУАП)
______________________________________________________________
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5
Вторичные источники питания
Методические указания к выполнению
практической работы
Санкт-Петербург
2025
1

2.

Функциональная схема источника питания
Трансформатор Т - для преобразования переменного напряжения U1
сети в необходимое напряжение U2 ; для гальванической развязки
источника питания от сети.
Выпрямитель В (выпрямительные диоды) – для преобразования
переменного напряжение U2 в постоянное пульсирующее напряжение
U3;
Сглаживающий фильтр СФ – преобразование в постоянное напряжение
U4 с небольшими пульсациями.
Стабилизатор напряжения СН - окончательное сглаживание пульсаций;
обеспечение независимости URн от напряжения U1 сети и тока Iн
нагрузки.
2

3.

1. Выпрямители
Выпрямителем называется электронное устройство,
предназначенное для преобразования электрической
энергии переменного тока в постоянный. Необходимость в
таком
преобразовании
возникает,
когда
питание
потребителя осуществляется постоянным током, а
источником электрической энергии является источник
переменного тока, например промышленная сеть частотой
50 Гц.
Выпрямители классифицируются:
- по числу фаз первичной обмотки трансформатора однофазные и трехфазные;
- по числу выпрямленных полупериодов однополупериодные и двухполупериодные;
- по принципу регулирования выпрямленного напряжения –
управляемые и неуправляемые;
3

4.

1.1 Однофазная однополупериодная схема выпрямления
4

5.

1.2 Основные зависимости
5

6.

1.2 Основные зависимости
Итак,
Vm – амплитудное значение;
Vrms – среднеквадратическое значение напряжения;
V= - среднее или постоянное напряжение
6

7.

1.2 Основные зависимости
Коэффициент пульсаций
Идеальным выходным напряжением выпрямителя является абсолютно
выровненное напряжение постоянного тока. Если составляющая
переменного тока на выходе велика, выходное напряжение содержит
большое количество пульсации (на первом графике отчетливо видны).
Коэффициент пульсаций - (R.F.) выражает уровень переменной
составляющей в выходном напряжении выпрямителя и определяется
отношением среднеквадратического значения переменной составляющей
выходного сигнала к его постоянному, или среднему значению.
7

8.

1.3 Пример 1
Напряжение сети подается непосредственно на
вход однополупериодного выпрямителя.
Определить:
1) Среднее значение выходного напряжения;
2) Максимальное обратное напряжение диода
Предположить, что напряжение сети равно
220В.
Решение:
Напряжение 220В, поставляемое сбытовой
компанией представляет собой
среднеквадратическое значение Vrms.
Поэтому амплитудное значение
Vm = Vrms √ 2 = 220 * √ 2 = 308.
Среднее или постоянное напряжение
V= = 0.318 * Vm = 97,9 В
Максимальное обратное напряжение на диоде
будет таким же, как Vm, т.е. 308 В.
8

9.

1.4 Пример 2 - коэффициент пульсаций
9

10.

2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления
со средней точкой
Двухполупериодный
выпрямитель значительно лучше
однополупериодного, т.к. выдает
импульсы тока и при
положительном и при
отрицательном полупериодах
переменного входного
напряжения.
Используется трансформатор
со средней точкой.
В течение обоих
полупериодов через нагрузку
протекают импульсы токов.
Коэффициент пульсаций
двухполупериодного
выпрямителя равен 0.48, что
значительно меньше, чем в
однополупериодной схеме.
10

11.

3. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления
мостовая
Среднее за период значение выпрямленного напряжения при
идеальных вентилях и трансформаторе
Ud = 0,9 U2
Ud = 0,45 U2
Максимальное значение обратного напряжения на вентиле
Uобр.max = √2U2 = 1,57Ud
Uобр.max = √2U2 = 3,14Ud
Коэффициент пульсации
0,48
1,21
11

12.

Характеристики выпрямителей
12

13.

Пример 3. Расчет для мостовой схемы
13

14.

4. Стабилизаторы напряжения
Стабилизатор постоянного напряжения – устройство
(схема), предназначенное для стабилизации постоянного
напряжения на нагрузке при колебаниях сетевого
напряжения и изменении потребляемого нагрузкой тока.
Устанавливают между выпрямителем с фильтром и
нагрузкой (потребителем).
Стабильность
выходного
напряжения
коэффициентом стабилизации Кст.
оценивают
Стабилизаторы
подразделяются
на
стабилизаторы
напряжения и тока, а также на параметрические и
компенсационные.
14

15.

4.1 Параметрический стабилизатор напряжения
Основан на использовании элемента
с нелинейной характеристикой,
например полупроводникового
стабилитрона. Напряжение на
стабилитроне на участке обратимого
электрического пробоя почти
постоянно при значительном
изменении обратного тока через
прибор.
Напряжение стабилизации Uст - напряжение на стабилитроне при
протекании тока стабилизации Iст.
Максимально допустимый постоянный ток стабилизации Iст.max ограничен значением максимально допустимой рассеиваемой
мощности Pmax.
Минимальный ток стабилизации Iст.min минимальный ток, при котором
15
ещё полностью сохраняется работоспособность прибора.

16.

4.2 Параметрический стабилизатор напряжения
R1 - балластный резистор; VD – стабилитрон;
Увеличении напряжения на входе стабилизатора приводит к увеличению
тока который проходит через резистор R1 и стабилитрон VD. За счёт своей
вольт-амперной характеристики напряжение на стабилитроне VD
практически не изменится, а соответственно напряжение на
сопротивлении нагрузки Rн тоже. Таким образом практически всё
изменение напряжение будет приложено к резистору R1.
16

17.

4.3. Пример 4. Расчёт параметрического
стабилизатора
Исходными данными для расчёта для расчёта простейшего параметрического
стабилизатора напряжения являются:
входное напряжение U0;
выходное напряжение U1 = Ust – напряжение стабилизации;
выходной ток IH = IST;
Для примера возьмём следующие данные: U0 = 12 В, U1 = 5 В, IH = 10 мА =
0,01 А.
1. По напряжению стабилизации выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL
(Ust = 5,1 В, дифференциальное сопротивление rst = 10 Ом).
2. Определяем необходимое балластное сопротивление R1:
17

18.

4.3. Расчёт параметрического стабилизатора
3. Определяем коэффициент стабилизации:
4. Определяем коэффициент полезного действия
18

19.

19