На рис. 10 изображена структурная схема источника вторичного питания. В соответствии с табл. 17 нарисовать принципиальную электрическую схему вторичного источника питания и показать его работу с помощью эпюров напряжения относительно общего провода. Проанализируйте работу всей схемы при выходе из строя элемента указанного в табл. 17.
Таблица 17
Типы элементов структурной схемы вторичного источника питания
№ варианта Схема Элемент
ВГ СФ Ст
7 однополупериод-
ный Г – образный
LC параметри-ческий L1
Рис. 10. Структурная схема вторичного источника питания, Тр –
трансформатор; ВГ – выпрямительная группа; СФ – сглаживающий
фильтр; Ст – стабилизатор; Н – нагрузка
Решение
На рисунке 1 представлена принципиальная электрическая схема источника вторичного электропитания (по варианту), а на рисунке 2 – эпюры напряжений, поясняющие его работу.
Рис.1 Принципиальная электрическая схема источника вторичного электропитания
Силовой трансформатор (Тр) выполняет следующие функции: преобразует напряжение электрической сети и обеспечивает гальваническую изоляцию нагрузки от силовой сети. Эпюра переменного напряжения на выходе силового трансформатора u2(t) представлена на Рис. 2а.
Вентильный блок, или выпрямительная группа (ВГ), является основным звеном выпрямителя, обеспечивая однонаправленное протекание тока в нагрузке. В качестве вентилей могут использоваться полупроводниковые приборы, обладающие односторонней проводимостью, например, диоды, тиристоры и так далее. Однополупериодный выпрямитель является простейшим. Такой выпрямитель пропускает на выход только одну полуволну питающего напряжения. Во время положительной полуволны переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, вентиль (выпрямительный диод) VD1 открыт, и через него протекает прямой ток в цепь нагрузки выпрямителя. Поскольку прямое падение напряжения на открытом диоде VD1 мало (типично, менее 1В), то на выходе выпрямителя формируется практически напряжение положительной полуволны переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Во время отрицательной полуволны переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, вентиль VD1 закрыт (смещен в обратном направлении), и ток через него практически не протекает, и напряжение на выходе выпрямителя равно нулю (Рис
. 2 б). Таким образом, на выходе выпрямителя формируется напряжение одной полярности, то есть выпрямленное напряжение. Эпюра напряжения на выходе выпрямительного блока uвыпр(t) представлена на Рис. 2б.
Постоянная составляющая напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя:
U0 = U2m / π,
где U2m – амплитуда переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора.
Коэффициент пульсаций напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя:
Kп = π /2,
с основной гармоникой равной частоте питающей сети переменного напряжения.
Недостатками выпрямителей такого типа являются: амплитудное значение отрицательной полуволны является обратным для вентиля, и оно должно быть меньше пробивного напряжения диода; плохое использование трансформатора и сглаживающего фильтра; высокий коэффициент пульсаций.
К достоинствам рассматриваемой схемы однополупериодного выпрямителя можно отнести простоту исполнения и высокую надежность.
Исходя из отмеченных недостатков, выпрямители такого типа находят ограниченное применение в маломощных устройствах.
Фильтрующее устройство, или сглаживающий фильтр (СФ), используется для ослабления пульсаций выходного напряжения. В качестве фильтрующего устройства обычно используются фильтры нижний частот (ФНЧ), выполненные на пассивных элементах R, L и C.
Параметром фильтра является коэффициент сглаживания пульсаций напряжения:
q = Kп0 / Kп1,
где Kп0 и Kп1 – коэффициенты пульсации напряжения на входе и выходе сглаживающего фильтра, соответственно.
Для LC-фильтра, коэффициент сглаживания пульсаций связан с параметрами фильтра соотношением:
LC = 2,5·104·( q + 1)/m2f2,
где L – индуктивность, Г; С –емкость, мкФ; m – число фаз выпрямителя (m=1 для однополуперидного выпрямителя); f – частота питающей сети, Гц.
К достоинствам рассматриваемой схемы сглаживающего LC-фильтра можно отнести возможность работы при повышенных токах нагрузки, поскольку падение напряжения постоянного тока на них можно сделать относительно малым, и эффективная фильтрация пульсаций (пропорциональна квадрату частоты переменного напряжения)