Источники питания реферат электротехника

Обновлено: 02.07.2024

Введение 2
1. Обзор и анализ источников питания 3
2. Выбор и анализ структурной схемы 4
3. Разработка принципиальной электрической схемы 6
4. Расчет схемы электрической принципиальной 7
4.1 Исходные данные для расчета 7
4.2 Расчет схемы компенсационного стабилизатора 7
4.3 Расчет схемы защиты КСН от перегрузок 15
4.4 Разработка схемы КСН на базе ИМС 17
5. Анализ и оценка ошибок 20
6. Вывод 22
7. Список литературы 23
Приложение 1. Схема электрическая принципиальная
на базе дискретных элементов 24
Приложение 2. Схема электрическая принципиальная
на базе ИМС 26
Приложение 3. ВАХ транзистора КТ827 28
Приложение 4. ВАХ транзистора КТ603 29
Приложение 5. ВАХ транзистора КТ312 30
Приложение 6. Влияние разброса параметров
электронных компонентов 31

На сегодняшний день появляются все более сложные электронные системы, использующие в качестве элементной базы новейшие полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы с высокой степенью интеграции.
Успешное развитие науки и техники в рамках жестокой конкуренции во многом обусловлено успехами электроники. Трудно себе представить какую-либо отрасль производства, в которой бы в той или иной степени не использовались электронные приборы или электронные устройства автоматики.
Неотъемлемой частью многих радиоэлектронных и электронных устройств являются стабилизаторы постоянного напряжения. В одних устройствах они используются как высокостабильные источники питания, обеспечивающие необходимую надежность работы, в других - не только как источники питания, но и как источники эталонного (образцового) напряжения. Образцовое напряжение необходимо во многих системах авторегулирования и телеметрии, измерительных схемах, схемах преобразования непрерывных величин в дискретную форму, в схемах электрического моделирования.
Развитие полупроводниковой техники дало возможность получить простые высокостабильные источники образцового напряжения практически любой мощности.
Полупроводниковые стабилизаторы могут также использоваться в замен аккумуляторных и сухих батарей в измерительных и поверочных лабораториях.
Наиболее характерной чертой дальнейшего научно-технического прогресса в нашей стране является переход к полностью автоматизированному производству на базе использования электронной техники.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Основным источником питания электронных устройств в настоящее время являются выпрямительные устройства, преобразующие переменный ток в ток одного направления, называемый выпрямленным. Постоянное напряжение или ток, получаемые от выпрямителей, по различным причинам могут изменяться, что может нарушить нормальную работу различных устройств, питание которых осуществляется от выпрямительных устройств. Основным причинами нестабильности является изменение напряжения сети и изменение тока нагрузки. Для обеспечения постоянного напряжения на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы напряжения.
Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающие автоматически и с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в обусловленных пределах.
Не смотря на применение сглаживающих фильтров, напряжение на сопротивлении (сглаживающих фильтров) нагрузки выпрямителя может изменяться. Это объясняется тем, что сглаживание пульсаций фильтром уменьшается только переменная составляющая выпрямленного напряжения, а величина постоянной составляющей может изменяться и при колебаниях напряжения сети, и при изменении тока нагрузки.
Существует два принципиально разных метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный.
Сущность компенсационного метода стабилизации сводится к автоматическому регулированию выходного напряжения.
В компенсационных стабилизаторах производится сравнение фактической величины входного напряжения с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака рассогласования между ними автоматически осуществляется корректирующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этого рассогласования.

2. ВЫБОР И АНАЛИЗ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Схемы компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения бывают последовательного и параллельного типов [1].

Источник питания как устройство, предназначенное для снабжения аппаратуры электрической энергией. Преобразование переменного напряжения промышленной частоты в пульсирующее постоянное напряжение с помощью выпрямителей. Стабилизаторы постоянного напряжения.

Подобные документы

Виды стабилизаторов: постоянного тока (линейный и импульсный) и переменного напряжения (феррорезонансный и современный). Основные типы современных стабилизаторов: электродинамические, сервоприводные (механические), электронные, статические, релейные.

реферат, добавлен 30.12.2014

Понятие, назначение и классификация вторичных источников питания. Структурная и принципиальная схемы вторичного источника питания, работающего от сети постоянного тока и выдающего переменное напряжение на выходе. Расчет параметров источника питания.

курсовая работа, добавлен 28.01.2014

Рассмотрение создания коммутатора переменного напряжения, функциональным назначением которого является преобразование переменного напряжения с постоянной частотой и амплитудой в регулируемое по амплитуде переменное напряжение с неизменяемой частотой.

курсовая работа, добавлен 01.06.2012

Повышение устойчивости питающего напряжения посредством применения специальных стабилизаторов напряжения. Изучение принципа действия параметрических и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения, определение и расчет их основных параметров.

лабораторная работа, добавлен 12.05.2016

Разработка схемы усилителя постоянного тока и расчет источников питания: стабилизатора напряжения и выпрямителя. Определение фильтра низких частот. Вычисление температурной погрешности и неточностей измерения от нестабильности питающего напряжения.

курсовая работа, добавлен 28.03.2012

Этапы проведения работ по определению электромагнитной обстановки. Воздействие на кабели систем релейной защиты и технологического управления токов и напряжения промышленной частоты. Помехи, связанные с возмущениями в цепях питания низкого напряжения.

контрольная работа, добавлен 18.11.2013

Стабилизация среднего значения выходного напряжения вторичного источника питания. Минимальный коэффициент стабилизации напряжения. Компенсационный стабилизатор напряжения. Максимальный ток коллектора транзистора. Коэффициент сглаживающего фильтра.

контрольная работа, добавлен 19.12.2010

Анализ принципа функционирования импульсных источников питания (ИИП), их основные параметры, характеристики и способы построения. Разновидности схемотехнических решений ИИП. Структурная и принципиальная схема. Виды входного и выходного напряжения ИИП.

научная работа, добавлен 01.03.2013

Совмещение функций выпрямления с регулированием или со стабилизацией выходного напряжения. Разработка схемы электрической структурной источника питания. Понижающий трансформатор и выбор элементной базы блока питания. Расчет маломощного трансформатора.

курсовая работа, добавлен 16.07.2012

Электронные устройства для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Классификация выпрямителей, их основные параметры. Работа однофазной мостовой схемы выпрямления. Диаграммы токов и напряжений двухполупериодного выпрямителя.

Применение различного рода электронных устройств для управления производственными процессами подразумевает использование электрической энергии определенного вида для их питания (постоянный, переменный ток).

Практически все источники питания выполняют три основные функции: преобразование электрической энергии, стабилизацию и регулирование.

В связи с этим источники питания электронных устройств классифицируются по виду преобразования энергии первичного тока -источники постоянного тока (инверторы) и источники переменного тока (выпрямители). Источники питания, преобразующие энергию переменного тока в энергию постоянного тока, в свою очередь делятся на выпрямители однофазного и трехфазного тока, регулируемые и нерегулируемые.

Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе. Для преобразования переменного тока в постоянный в настоящее время почти исключительно применяются полупроводниковые преобразователи электрической энергии – выпрямители.

Значительный прогресс в преобразовательной технике связан с созданием силовых полупроводниковых вентилей. Высокие электрические параметры, малые габариты и масса, простота конструкции и обслуживания, высокая эксплуатационная надежность полупроводниковых вентилей позволяет широко использовать их в схемах преобразования переменного тока в постоянный.

Полупроводниковые элементы, особенно интегральные микросхемы, используемые в современных электронных устройствах, предъявляют жесткие требования к качеству потребляемой энергии. Так выходное напряжение (ток) должно быть стабильным, иметь требуемую форму (например, строго синусоидальную для инверторов), минимальный уровень пульсации постоянного тока (выпрямители).

ЧАСТЬ 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

1.1 Однофазные выпрямители и их основные параметры

Выпрямителем называется устройство, преобразующее переменное напряжение в несинусоидальное постоянное (выпрямленное), а среднее значение (постоянная составляющая) этого напряжения пользуется потребителем постоянного тока. Наличие переменных составляющих (пульсаций) в результате преобразования неизбежно. Различными мерами пульсации могут быть уменьшены до сколь угодно малых значений.

Одним из способов уменьшения пульсаций является применение фильтров выпрямленного напряжения. Дальнейшее улучшение качества преобразования может осуществляться в схеме стабилизатора напряжения. Рассматриваемые в работе схемы служат основой построения большинства источников питания, используемых в самых различных областях техники. Они обеспечивают постоянным напряжением питания электромашинные приводы механизмов, технологические процессы, электронные устройства. Знание свойств источников питания необходимо инженеру для грамотной их эксплуатации.

В зависимости от числа фаз переменного напряжения различают однофазные и многофазные (обычно трехфазные) выпрямители. Структурная схема выпрямителя приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Структурная схема выпрямителя

Выпрямитель содержит трансформатор Т, необходимый для преобразования напряжения сети Uc до величины U2, определяемой требованиями нагрузки; вентильную группу В, которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение U2 преобразуется в пульсирующее; фильтр Ф, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения.

Выпрямитель может быть дополнен схемой стабилизации, подключаемой к выходу фильтра и предназначенной для поддержания напряжения на нагрузке неизменным при изменении напряжения U2 на трансформаторе.

Для маломощных выпрямителей, питающихся от однофазной сети переменного тока, наиболее характерны режимы работы на емкостную и индуктивную нагрузки. Емкостная нагрузка типична для выпрямителей на малые токи. При этом фильтр начинается с емкости или емкость устанавливается на выходе выпрямителя параллельно нагрузке для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения. Реакция нагрузки | на выпрямитель будет определяться емкостью, сопротивление которой для переменной составляющей много меньше сопротивления нагрузки. Если фильтр выпрямителя начинается с достаточно большой индуктивности, то принято считать, что нагрузка выпрямителя индуктивная.

Независимо от режима работы выпрямитель характеризуется выходными параметрами, параметрами, характеризующими режим вентиля, и параметрами трансформатора.

К выходным параметрам выпрямителя относятся: номинальное выпрямленное напряжение; номинальный выпрямленный ток ; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения частота основной гармоники пульсации выпрямленного напряжения; внутреннее сопротивление выпрямителя . Коэффициент пульсации— отношение амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения Uom1 к среднему выпрямленному напряжению Uo .

Вентили в выпрямителях характеризуются следующими параметрами: средним выпрямленным током; действующим значением тока; амплитудой тока; амплитудой обратного напряжения средней мощностью рассеиваемой за период.

Для трансформаторов, работающих в выпрямителях, определяются следующие параметры: действующие значения напряжения, и тока первичной обмотки; действующие значения напряжения и тока вторичной обмотки; полная мощность вторичной обмотки; полная мощность первичной обмотки ; полная или габаритная мощность трансформатора . Параметры вентилей и трансформатора зависят как от схемы выпрямления, так и от режима работы выпрямителя.

При питании аппаратуры от однофазной сети переменного тока находят применение выпрямители однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки, мостовые, с удвоением напряжения и с умножением напряжения.

Однополупериодный выпрямитель (рис. 2,а) применяется в основном с емкостным, Г- и П-образными фильтрами RC. Кенотронные вентили применяют на мощности до 10—15 Вт, а с полупроводниковыми — до 2—3 Вт. Преимущества однополупериодного выпрямителя — минимальное число элементов, невысокая стоимость, в выполнении с полупроводниковыми вентилями — возможность работы без трансформатора. Недостатки — низкая частота пульсаций, относительно высокие обратное напряжение на вентиле, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током.

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки (рис. .2, б) работает в основном с емкостным и Г- и П-образными фильтрами LC. С кенотронными вентилями применяется на выпрямленные напряжения 200—600В и токи нагрузки 50—500 мА, с полупроводниковыми вентилями — на выпрямленные напряжения до 100 В и токи нагрузки до 500 мА. Основные преимущества — повышенная частота пульсации, минимальное число вентилей, возможность использования вентилей с общим катодом или общим анодом (для полупроводниковых — возможность применения общего радиатора без изоляции вентилей). Недостатки — усложненная конструкция трансформатора, худшее использование трансформатора по сравнению с выпрямителями по мостовой схеме и с удвоением напряжения, повышенное обратное напряжение на вентиле.

Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 2,в) обладает лучшими техник0- экономическими показателями. Применяется в, основном с емкостным Г- и П образными фильтрами LC. Выполняется с полупроводниковыми вентилями на напряжения до 400 В и ток нагрузки до 1 А. Достоинства вентиля — повышенная частота пульсации, низкое обратное напряжение, хорошее использование трансформатора, возможность работы без трансформатора.

Недостатки — повышенное падение напряжения в вентильном комплекте, невозможность установки однотипных полупроводниковых вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

Выпрямители с удвоением напряжения (схема Латура) (рис. 3, а) применяются в высоковольтных выпрямителях. Могут использоваться как полупроводниковые, так и кенотронные вентили. С полупроводниковыми вентилями выпрямители используются на напряжения 300—1000 В и ток нагрузки до 200 мА, с кенотронными вентилями — на напряжения более 1000 В и ток нагрузки до 100 мА. Выпрямители с удвоением напряжения обладают следующими преимуществами: повышенная частота пульсации, пониженное обратное напряжение, хорошее использование трансформатора, возможность работы без трансформатора. Недостатки — невозможность установки однотипных полупроводниковых вентилей на одном радиаторе без изоляции, возможность появления пульсации с частотой сети.

Выпрямители с умножением напряжения (рис. 3, 6) применяются в высоковольтных выпрямителях при напряжениях свыше 1000 В и выходных мощностях до 5—10 Вт, например, для питания электронно-лучевых трубок.

1.2 Сглаживающие фильтры и их параметры

Для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, т.е. для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой включается сглаживающий фильтр.

Основной параметр сглаживающих фильтров— коэффициент сглаживания q, определяемый как отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе, т. е. на нагрузке . Коэффициент пульсации на входе фильтра , где и — амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

Коэффициент пульсаций на выходе фильтра, где и — амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая напряжения на нагрузке. Он задается требованиями радиоаппаратуры к питающему напряжению. Коэффициент пульсации на выходе выпрямителя известен после выбора схемы выпрямителя и определения его параметров. Отношение этих коэффициентов дает необходимый коэффициент сглаживания фильтра.

ЧАСТЬ 2. РАСЧЕТ ОДНОФАЗНЫХ МОСТОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Исходные данные для выполнения расчетной части курсовой работы для варианта №72:

Однофазный мостовой выпрямитель (рис.2в),

Номинальное напряжение сети ,

Максимальное напряжение сети ,

Минимальное напряжение сети ,

Частота тока сети ,

Коэффициент пульсации ,

Номинальное выпрямленное напряжение ,

Ток нагрузки выпрямителя .

2.1 Расчет выпрямителей, работающих на емкостных и Г-образных фильтрах RC

1.Нашему заданию соответствует схема выпрямителя (рис.2в). Тогда по подразделу в методических указаниях 2.1 найдем следующие параметры:

2.Определяем сопротивление трансформатора , прямое сопротивление вентиля и по их значениям находим сопротивление фазы выпрямителя (табл. 1). Принимаем: В = 1,2 Т, j = 2А/мм. Тогда в соответствии с таблицей 1 для рис.2в получим:

= 7 Ом.

Для определения сопротивления вентиля в прямом направлении гп„ необходимо ориентировочно выбрать тип вентиля (из приложения 1 в м.у.) определить прямое падение напряжения .

Вентиль выбирается по расчетному среднему выпрямленному току и амплитуде обратного напряжения (табл. 2 м.у.). Он должен быть выбран так, чтобы его максимально допустимое обратное напряжение было больше, чем имеющее место в выпрямителе. Ток должен быть меньше максимально допустимого среднего тока вентиля, указанного в справочнике. В соответствии с таблицей 2:

Из приложения (таблица П2) (с запасом) выбираем диод КД208А

Выбрав тип вентиля, находим значение и определяем сопротивление вентиля

Выпрямитель работает на Г-образный фильтр, тогда в сопротивление фазы необходимо включить сопротивление фильтра , принимаемое равным .

Тогда получим:

Определяем основной расчетный параметр А для рис. 2, б, в:

Определив А, из графиков на рис. 4 определяем параметры В, D, F.

В = 1,24; D = 1,95; F = 5.

В соответствии с формулами таблицы 3 определяем.

Расчеты показали, что параметры выбранного диода (вентиля) подходят для расчетных значений выпрямителя.

6.Из графиков на рис. 5 определяем параметр Н. Для рис. 2в Н определяем по кривой 2.

Поскольку А = 0,48 принимаем граничное значение Н =680 .

7.По заданным коэффициенту пульсации и Н определяем емкость конденсатора С0 (в мкФ) для рис. 2в:

8.Расчетные параметры трансформатора:

2.2 Расчет резистивно-емкостного фильтра

Расчет фильтра проведем для схемы Г-образной схемы (рис.7). В соответствии с методикой, изложенной в п.3.3 методических указаний Выбор параметров Г-образного фильтра RC для можно сделать на основании формулы

где и , Ом; ,мкФ.

Сопротивление резистора определяется с учетом КПД. Обычно КПД = 0,6 - 0,8.

При КПД = 0,8,

Емкость конденсатора

где — ток нагрузки, мА.

При , напряжение на входе фильтра .

Тогда сопротивление резистора фильтра равно:

Для расчета емкости конденсатора необходимо определить основной параметр сглаживающих фильтров — коэффициент сглаживания определяемый как отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе, т. е. на нагрузке

В нашем случае. Для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, т, е. для ослабления пульсации полагаем. Значение коэффициента для мостовой схемы . Тогда:

Данная курсовая работа состоит из двух частей: в первой части курсовой работы рассмотрены основные параметры однофазных выпрямителей и сглаживающих фильтров; во второй части произведен расчет однофазных мостовых выпрямителей, работающих на емкостной и Г- образный фильтры RC, а также расчет резистивно-емкостных фильтров.

Список литературы

1. Касаткин Электротехника: учебник / А.С. Касаткин, М.В. Немцов.-Изд. 9-е, стереотип.- М.: Академия, 2005. — 544с.

2. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. - В 3-х книгах / В,И. Киселёв, А.И. Копылов, Э.В. Кузнецов и др. // Под ред. проф. ВТ, Герасимова. - М.: Энергоатомиздат, 1997.

3. Рекус Г.Г. Лабораторный практикум по электротехнике с основами электроники. - М.: Высшая школа, 2001

4. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1998.

5. Электротехника. Компьютерные технологии практических занятий. //Под ред. А.В. Кравцова. - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000.

6. Электротехника и основы электроники. //Под ред. Глудкина 0.IL Учебник для вузов. - М,: Высшая школа, 1993, электронная версия 1998.

7. Марченко А.Л., Марченко Е.А. Основы теории цепей и сигналов. // Тексты лекций. - М.: МАТИ—ЛАТМЭС, 1998.

8. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. - М.: Высшая школа, 1993.

9. Марченко А.Л. Методические указания к проведению лабораторного практикума. Выпуск 1, выпуск 2, выпуск 3. -.М.: МАТИ—ЛАТМЭС, 2000.

10. Электротехника /Под ред. Горбунова. -М., 2003

И. Глазенко Т.А. Электротехника и основы электроники.-М., 1996 12. А.С. Касаткин, М.В. Немцов Электротехника. Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1999.

13.Справочник радиолюбителя конструктора. М.: Радио и связь, 1984.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.

Первичные сами вырабатывают электрическую энергию путем преобразования в нее других видов энергии, полученной в результате химических и прочих реакций.

К ним относятся различные электростанции (тепловые, атомные, гидравлические), химические преобразователи (аккумуляторы, гальванические и топливные элементы), термоэлектрические и фотоэлектрические генераторы (солнечные батареи) и др.

Вторичные предназначены для преобразования получаемой от первичного источника электроэнергии в напряжение с требуемыми параметрами. Для питания и нормального функционирования большинства электронных приборов требуется стабильное напряжение с различными значениями.

Вторичные источники имеют вид отдельных блоков или входят в состав различных электронных узлов. Кроме самого источника питания узлы могут включать дополнительные устройства, поддерживающие его нормальную работу при воздействии разных внешних факторов. К вторичным относятся трансформаторные и инверторные преобразователи, выпрямители и т. п.

Понятие первичных и вторичных источников относительно. Например, бытовая электросеть является первичным источником для домашних электроприборов, так как большинство устройств имеет свой внешний или встроенный блок питания, преобразующий входное напряжение до необходимых значений.

В свою очередь, трансформаторная подстанция, от которой питается бытовая электросеть, сама является вторичным источником по отношению к электростанции.

ИСТОЧНИКИ ПЕРВИЧНОГО ПИТАНИЯ

Как было сказано, к первичным источникам относятся устройства, преобразующие различные виды энергии в электроэнергию. Это может быть химическая, механическая энергия, световая, тепловая и энергия атомного распада.

гидроэлектростанции – преобразуют в электроэнергию гравитационную энергию воды;
химические источники (аккумуляторы, топливные и гальванические элементы) – переводят химическую энергию в электрическую;
дизель-генераторы – химическая энергия преобразуется сначала в механическую, потом в электрическую;
солнечные батареи – преобразуют энергию солнечного света в электрическую на основе физического закона фотоэффекта;
ветряные генераторы – преобразуют кинетическую энергию воздушных частиц;
термоэлектрические преобразователи – преобразуют тепловую энергию в электрическую.

Химические источники обычно используются в маломощных устройствах и как резервные источники. Работа топливных элементов основана на электрическом окислении топлива. В термоэлектрических устройствах электрический потенциал создает разница температур.

ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ПИТАНИЯ

Вторичные источники подключаются к первичным и преобразуют получаемую электроэнергию в выходное напряжение с требуемыми параметрами частоты, пульсации и т. д.

обеспечение передачи требуемой мощности с наименьшими потерями;
преобразование формы напряжения (переменного напряжения в постоянное, изменение частоты, формирование импульсов;
преобразование значение напряжения (повышение или понижение его величины, формирование нескольких величин для разных цепей);
стабилизация напряжения (его показатели на выходе должны находиться в заданном диапазоне);
защита (чтобы напряжение, превысившее допустимые значения вследствие неисправности, не вывело из строя аппаратуру или сам ИП);
гальваническое разделение цепей.

Существует два основных типа источников вторичного питания (ИВП) – трансформаторный и импульсный.

Трансформаторный блок питания.

Трансформаторный, или линейный ИВП – классический блок питания. Регулировка выходного напряжения происходит в нем непрерывно, то есть линейно.

трансформатор (корректирует напряжение в ту или иную сторону до нужной величины);
выпрямитель (преобразует переменное напряжение в постоянное);
фильтр (сглаживает пульсацию (колебания) в выпрямленном напряжении).

Также схема может включать защиту от короткого замыкания, фильтр высокочастотных помех, стабилизатор и др.

простота конструкции;
гальваническая развязка от сети;
надежность в эксплуатации.

большие габариты и вес, которые прямо пропорциональны его мощности;
относительно низкий КПД.

В бытовой технике линейные ИП малой мощности используются для питания плат управления стиральных машин, микроволновок, отопительных котлов.

Импульсный ИВП.

Импульсный блок питания устроен принципиально иначе и имеет более сложную конструкцию.

выпрямитель (входное напряжение сначала выпрямляется – преобразуется из переменного в постоянное);
блок широтно-импульсной модуляции – ШИМ (преобразует постоянное напряжение в импульсы определенной частоты и скважности);
частотный фильтр (в блоках без гальванической развязки);
трансформатор (в блоках с гальванической развязкой от сети).

В импульсных источниках вторичного напряжения стабилизация реализуется посредством обратной связи, что позволяет поддерживать выходное напряжение на заданном уровне независимо от скачков входных параметров.

Например, в блоках с гальванической развязкой в зависимости от величины выходного сигнала изменяется скважность (отношение частоты следования импульсов к их длительности) на выходе ШИМ-контроллера.

малый вес и небольшие размеры;
высокий КПД (до 98%);
широкий диапазон допустимого входного напряжения;
встроенная защита от короткого замыкания и других форс-мажоров;
невысокая цена;
по надежности сравнимы с трансформаторными ИП.

являются источниками высокочастотных помех, которые нельзя полностью устранить;
имеют ограничение по минимальной мощности нагрузки: не включаются, если она ниже требуемой.

Импульсные источники – это зарядки мобильных телефонов, блоки питания компьютеров, оргтехники, бытовой электроники.

БЕСПЕРЕБОЙНЫЕ И РЕЗЕРВНЫЕ ИСТОЧНИКИ

Источники бесперебойного и резервного энергоснабжения необходимы при краткосрочных и длительных отключениях электроэнергии. При отсутствии таких устройств частный дом может остаться без света, отопления и всей электротехники на неопределенный срок.

Бесперебойные.

Эти устройства обеспечивают работоспособность подключенных электроприборов и техники при кратковременных перебоях в поставках электроэнергии. Также они выполняют функцию защиты от скачков напряжения и помех.

Бесперебойники делятся на три категории:

Имеют самую простую конструкцию, высокий КПД и низкую стоимость. При отключении электроэнергии или выходе параметров напряжения за допустимые пределы источник автоматически включает встроенный аккумулятор.

Line-interactive.

У таких источников самое высокое качество и стоимость. Они работают по принципу двойного преобразования: входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем с помощью инвертора обратно в переменное. Здесь не требуется время на переключение на питание от внешнего аккумулятора, он подключен в цепь и при стабильном энергоснабжении находится в буферном режиме.

для безопасного отключения устройств при перебоях в сети;
в охранно пожарной сигнализации, видеонаблюдении, контроле доступа;
для оборудования системы умный дом.

Резервные источники питания.

Эти устройства необходимы для питания электроприборов при длительных отключениях электроэнергии или когда объект находится далеко от линии электропередач.

Автономные электростанции бывают следующих видов:

Эффективны, но потребляют много топлива. Работают бесшумно, хорошо запускаются в зимний период.

Работают практически в любых условиях, но также требуют значительных финансовых вложений. Целесообразно их использование при суммарной потребляемой мощности свыше 6 кВт.

Используют природный источник энергии – солнечный свет. Их применение выгодно в условиях климата с большим количеством солнечных дней. Станции не имеют подвижных частей и отличаются высокой надежностью.

Они должны размещаться на возвышенности и в местности с регулярным движением воздуха, желательно в одном направлении. Конструкция имеет большой вес, осложняет ситуацию наличие подвижных частей.

Использование солнечных и ветряных генераторов целесообразно при их постоянной эксплуатации как альтернативных систем электроснабжения, так как они требуют значительных затрат на приобретение и установку и окупаются не сразу.

Типы источников питания

В электротехнике источник питания - это устройство, которое преобразует электрическую энергию в выходное электрическое напряжение, ток и частоту, необходимые для подключенного электрического прибора. Он преобразует переменный ток в постоянный ток и питает различные электронные устройства (компьютер, телевизор, принтер, роутер и т. д.). Есть два различных вида источника питания: источник напряжения (обеспечивает постоянное напряжение) и источник тока (обеспечивает постоянный ток).

Источники питания для электронных устройств в основном можно разделить на линейные и импульсные:

линейные источники питания, в которых согласующим элементом является трансформатор (сущетсуют и бестрансформаторные линейные истчники питания);
импульсные источники питания с использованием различных типов электронных систем (преобразователей напряжения);

Линейные имеют относительно простую конструкцию, которая может усложняться с увеличением тока, который они должны подавать, однако их регулировка напряжения у них не очень эффективна.

Источник питания - неотъемлемая часть многих устройств. Вот некоторые из основных типов:

Импульсный блок питания. В настоящее время большинство блоков питания производится в виде импульсных блоков питания. Их преимущество - в основном меньший вес. Когда полупроводниковые компоненты управления и питания еще не были доступны, чтобы позволить недорогую конструкцию импульсных блоков питания, использовались более тяжелые и долговечные блоки питания с трансформатором.
Компьютерный блок питания. Компьютеры содержат импульсный источник питания, который преобразует низкое напряжение переменного тока из распределительной сети (230 В, 50 Гц) в низкое напряжение, используемое в электрических цепях компьютера (напряжение постоянного тока 3,3 В, 5 В и 12 В).
Сетевой адаптер. Это небольшой импульсный блок питания, имеющий форму и размер стандартной электрической вилки (например, зарядного устройства для сотового телефона), используемый в сети 230 В, обеспечивающей небольшое напряжение, необходимое для конкретного электрического или электронного устройства. Сетевые адаптеры, как правило, используются с устройствами и приборами, которые не имеют свой собственный внутренний источник питания.
Сварочный источник питания. Сварочные источники обеспечивают высокий ток (обычно сотни ампер), который позволяет расплавлять металл локально и, таким образом, обеспечивать его соединение. Раньше применялись так называемые сварочные трансформаторы (со специальными электромагнитными трансформаторами, рассчитанными на большие сварочные токи), более современными являются сварочные инверторы с электронным управлением.

Внутренне сопротивление источника питания

Идеальный источник питания, как источник напряжения, всегда обеспечивает одно и то же напряжение независимо от подключенной нагрузки (т. е. напряжение источника питания постоянно при разном потребляемом токе).

Однако идеального источника не существует, потому что внутреннее сопротивление реального источника ограничивает максимальный ток, который может протекать через электрическую цепь.

Настоящий источник питания может использовать стабилизатор напряжения для обеспечения стабильного выходного напряжения, которое обеспечивается за счет падения напряжения (разницы между входным и выходным напряжением стабилизатора). Пример - Импульсный стабилизатор напряжения

Итак, по качеству выходного напряжения источники питания различают:

стабилизированные источники, напряжение которых поддерживается на постоянном уровне независимо от колебаний тока,
нестабилизированные источники, в которых выходное напряжение может изменяться в зависимости от колебаний тока .

Трансформаторные линейные источники питания

Классические линейные источники состоят из следующих элементов: трансформатор, выпрямитель, фильтр и устройство регулирования напряжения.

Принципиальная схема линейного источника питания

Сначала трансформатор преобразует сетевое напряжение в пониженное и обеспечивает гальваническую развязку. Схема, которая преобразует переменный ток в импульсный постоянный ток, называется выпрямителем (для выпрямления используются мостовые схемы на диодах), далее фильтр с конденсаторами и индуктивностями уменьшает пульсации. Подробно про фильтры - Фильтры источников питания.

Регулирование или стабилизация напряжения до заданного значения достигается с помощью так называемого регулятора напряжения, в конструкции которого используются транзисторы.

Транзистор в схеме действует как регулируемое сопротивление. На выходе из этого каскада для достижения большей стабильности в пульсации есть второй каскад фильтрации (хотя и не обязательно, все зависит от проектных требований), это может быть обычный конденсатор.

Среди источников питания есть такие, в которых мощность, подаваемая на нагрузку, регулируется тиристорами, чтобы подавать требуемое напряжение и мощность на нагрузку.

Немецкий лабораторный источник питания

Современные линейные источники питания

Стабилизация напряжения в базовом типе линейных источников достигается путем включения специального элемента параллельно цепи, питаемой от нестабилизированного источника более высокого напряжения, через подходящий резистор, вольт-амперная характеристика которого показывает резкое увеличение тока при требуемом напряжении. Такой элементом является стабилитрон (диод Зинера), который работает в широком диапазоне пороговых напряжений.

Недостатками источника питания с диодом Зенера являются относительно низкая стабильность выходного напряжения, относительно небольшой диапазон тока и особенно низкий КПД, поскольку электрическая энергия преобразуется в тепло в последовательном резисторе и в самом стабилитроне.

Современные линейные источники (обычно в виде интегральной схемы) используют элемент с переменным импедансом (транзистор в линейном режиме), который регулируется обратной связью, основанной на разнице между выходным напряжением и постоянным напряжением от внутреннего опорного напряжения (на основе диодной схемы, но с небольшим постоянным потреблением).

Типичными представителями линейных источников являются интегральные схемы типа 78xx (например, 7805 - источник напряжения 5 В) и их производные.

Недостатком таких линейных источников питания является их низкая эффективность (и поскольку рассеиваемая мощность в интегральной схеме изменяется в зависимости от нагрева, а также необходимость охлаждения), особенно когда существует большая разница между входным и выходным напряжением и большими токами. Недостатком иногда является также то, что выходное напряжение всегда ниже входного.

Преимущество заключается в их низкой цене, небольшом размере, простоте использования и отсутствии помех извне и в цепи питания.

Встроенный источник питания в лабораторном стенде по изучению электротехники

Импульсные источники питания

В импульсных источниках питания используется полевой транзистор, который периодически замыкаются с относительно высокой частотой (десятки кГц и более) и увеличивают входное напряжение схемы, состоящей из комбинации катушки, конденсатора и диода. С помощью подходящей комбинации этих элементов можно добиться снижения и увеличения напряжения.

Другой тип импульсного источника питания - это источник питания с трансформатором и последующим диодным выпрямителем, в котором используются выгодные свойства (меньшие размеры трансформатора при больших токах, меньшие магнитные потери) современных магнитных материалов (ферритов) на высоких частотах. Изменяя частоту можно добиться изменения выходного напряжения.

Таким образом, такой источник питания включает в себя схему (обычно в виде интегральной схемы), которая обеспечивает изменение частоты на основе обратной связи от выходного напряжения, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение при различных нагрузках.

Поскольку импульсные источники питания работают с прямоугольными напряжениями токов и токов, они, как правило, излучают электромагнитные волны в широком диапазоне частот. Поэтому при их создании и использовании необходимо соблюдать принципы электромагнитной совместимости (ЭМС).

Лабораторное оборудование

В мастерской или лаборатории прецизионный источник питания используется для проведения измерений, испытаний, поиска и устранения неисправностей. Эти лабораторные источники питания преобразуют, выпрямляют и регулируют напряжения, а также выходные токи, так что измерения можно проводить без повреждения тестируемых элементов.

Читайте также: