Меню

Источник питания переменного тока схема

Источники питания переменного тока. Постоянный и переменный ток

Напряжение, этим термином обозначают разность электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи. Некоторые неправильно полагают, что напряжение — это что-то такое, что движется в цепи. Но это не так. Напряжение — это та сила, под действием которой в электрической цепи движутся электрические заряды, т.е. протекает электрический ток. Напряжение можно сравнить с ударом клюшки по шайбе. Полёт шайбы сравним с протеканием тока, но удар клюшки — это потенциальная сила, вызвавшая движение шайбы. Ток и напряжение взаимосвязаны, так как важна не только разность потенциалов сама по себе, а важен и электрический ток, обусловленный этой разностью потенциалов. Поэтому при описании работы электрических цепей ток и напряжение, как правило, фигурируют вместе.

Можно выделить две группы источников электрической энергии: источники напряжения и источники тока. Напряжение между выходными полюсами источника напряжения не зависит или слабо зависит от тока, отдаваемого источником во внешнюю цепь (нагрузку). В источниках тока, напротив, выходной ток почти не зависит от напряжения на его полюсах, которое определяется нагрузкой.

Основной единицей измерения разности потенциалов является вольт (В). На практике часто применяются производные от основной единицы измерения напряжения. Единица измерения милливольт (мВ) используется для обозначения разности потенциалов, эквивалентной 1/1000 В. Микровольт (мкВ) составляет 1/1000 мВ или 1/1000 000 В. Один киловольт (КВ) равен 1000 В, а один мегавольт (МВ) — 1 000 000 В.

Различают переменное напряжение и постоянное напряжение.

Источник постоянного напряжения

Аккумуляторная батарея — это типичный источник постоянного напряжения. Для питания электронных схем применяются преимущественно источники постоянного напряжения. Напряжение измеряется между положительным и отрицательным выводами (полюсами) источника. Для того, чтобы образовать замкнутую электрическую цепь, в которой протекает постоянный ток, полюсы источника питания должны быть соединены с выводами схемы (нагрузки), потребляющей энергию от источника, или с выводами измерительного прибора. Считается, что в нагрузке, подключённой к источнику питания, ток течёт в направлении от положительного потенциала к отрицательному.

Основные требования

На сегодняшний день все источники питания должны соответствовать следующим основным требованиям:

  • иметь в наличии плавную регулировку режимов сварки во всём диапазоне;
  • иметь в наличии приборы для контроля режимов сварки;
  • обеспечивать стабильное горение дуги;
  • иметь высокие динамические характеристики;
  • соответствовать основным требованиям по электробезопасности.

Наличие плавной регулировки и приборов контроля, обеспечивает точную настройку необходимых режимов сварки.

Динамические свойства сварочного аппарата определяются временем восстановления напряжения холостого хода после короткого замыкания в процессе сварки. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше его динамические характеристики. Восстановление не должно превышать 0,05с.

Для повышения стабильности горения дуги дополнительно могут применяться осцилляторы. Они преобразующие низкое напряжение промышленной частоты в импульсы высокого напряжения и высокой частоты. Наложение этих импульсов на дуговой промежуток повышает устойчивость горения дуги.

Источник переменного напряжения

Промышленная электросеть — типичный источник переменного напряжения. Если в цепях постоянного напряжения полярность полюсов фиксирована и один из полюсов всегда положителен, а другой отрицателен, то в источниках переменного напряжения полярность постоянно меняется. В первой половине периода один из полюсов имеет отрицательную полярность, а другой — положительную. Во второй половине полярности полюсов меняются. Быстрота смены полярности в цепях переменного тока измеряется в герцах (Гц). В нашей сети напряжение является переменным и в течение одной секунды происходит 50 циклов (периодов) смены полярности напряжения. Частота сети переменного тока (в РФ) равна 50 Гц. Для примера, в США она равна 60 Гц.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Основные источники питания для свар­ки на переменном токе — сварочные трансформаторы. Их подразделяют на две группы: трансформаторы с нормаль­ным магнитным рассеянием и дополни­тельной реактивной катушкой — дрос­селем (трансформаторы типа СТЭ сняты с производства) и трансформаторы с по­вышенным магнитным рассеянием (типа ТД). По способу регулирования индук­тивного сопротивления трансформаторы второй группы можно разделить на три основных типа; с магнитными шунтами, подвижными обмотками и витковым (сту­пенчатым) регулированием.

К трансформаторам с магнитными шунтами относятся трансформаторы ти­па СТШ, которые выполнены с развитым (повышенным) магнитным рассеянием, регулируемым подвижными шунтами с помощью ходового винта. Трансформато­ры этого типа (СТШ-250, 300, 500-80) сняты с производства, но они еще имеют­ся в эксплуатации на ряде предприя­тий.

Сварочные трансформаторы с подвиж­ными обмотками (типа ТД) предназначе­ны для питания электрической дуги при ручной дуговой сварке, резке н наплавке металлов однофазным переменным током частотой 50 Гц. Трансформаторы этого типа однопостовые. Магнитное рассеяние у них регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Вторичное напряжение трансформаторов несколько зависит от расстояния между обмотками: напряжение холостого хода при сдвинутых обмотках больше, при раз­двинутых — меньше. Магннтопровод трансформатора стержневого типа. Пер­вичная обмотка неподвижна и закрепле­на у нижнего ярма, вторичная обмотка подвижная, она перемещается вверх и вниз вручную с помощью винта, проходя­щего через верхнее ярмо. Значение сва­рочного тока увеличивается при сближе­нии обмоток и уменьшается при увеличе­нии расстояния между ними. У трансфор­маторов типа ТД уменьшены масса и раз­меры, повышены технологичность конст­рукции, удобство обслуживания и надеж­ность работы. Уменьшение массы и раз­меров достигнуто благодаря применению двухдиапазонного плавного регулирова­ния тока: в диапазоне больших токов первичная и вторичная обмотки вклю­чаются попарно параллельно, в диапазо­не малых токов — последовательно. При переключении на малые токи часть вит­ков первичной обмотки отключается и на­пряжение холостого хода повышается, что обеспечивает стабильность горения дуги на малых токах. Для включения и

Читайте также:  Высокочастотный ток в металлах

в первичной обмотке (при этом трансфор­матор потребует из сети большой ток и сильно нагревается).

В первом случае необходимо устранить имеющиеся перекосы в устройстве пере­мещения обмоток, а также подтянуть шпильки. Во втором случае следует разо­брать отключенный от сети трансформа­тор, устранить витковое замыкание и, если понадобится, отремонтировать или перемотать обмотку вновь. В последнем случае нужно строго следить за тем, что­бы было сохранено прежнее число витков в обмотках.

Признаком виткового замыкания во вторичной обмотке является нагрев и да­же расплавление части обмотки, замк­нувшейся накоротко. Устраняют эту не­исправность так же, как при замыкании в первичной обмотке трансформатора.

Нарушение контакта в соединениях ха­рактеризуется повышенным нагревом со­единений и поэтому требует немедленно­го устранения. Трансформатор следует отключить, разобрать поврежденное сое-

динение, зачистить контактные поверх­ности, плотно пригнать их и до отказа затянуть зажимы. Перегрев обмоток и контактов может быть вызван также не­допустимой перегрузкой трансформато­ра.

Чрезмерный нагрев магнитопровода и скрепляющих его шпилек происходит из — за нарушения изоляции его листов и изо­ляции шпилек. Необходимо восстановить изоляцию.

Повреждение изоляции между обмот­кой и корпусом (корпус оказывается под напряжением) происходит сравнительно редко. Такая неисправность особенно опасна для сварщика, если трансформа­тор не заземлен. Необходимо срочно от­ключить трансформатор от сети, снять кожух и с помощью мегаомметра отыс­кать место повреждения.

Источник

Источники тока на полевых и биполярных транзисторах.

Схемы генераторов тока, разновидности токовых зеркал, Онлайн калькулятор
расчёта элементов источников тока.

На сегодняшнем мероприятии, посвящённом открытию «Культурно-досугового центра Лоховского муниципального образования», поговорим о разновидностях источников постоянного и, желательно, стабильного выходного тока.
— Если напряжение можно понять умом, то ток только чувством! — начал свой доклад руководитель кружка по художественному рукоделию Семён Самсонович Елдыкин.
— Целью нашего сегодняшнего радиолюбительского заседания является освоение упорядоченного движения свободных электрически заряженных частиц — как суммы знаний, физических умений и врождённых навыков.
«Как заземлить незаземлённое заземление? Сколько нужно выпить водки в граммах для снижения сопротивление тела на 1 кОм? И как не вступить с электричеством в интимные отношения?» — станет темой нашего научного коллоквиума.

Спасибо Семёну Самсоновичу за вводные слова, а нам пора переместиться поближе к обозначенной в заголовке теме. Напустим энциклопедического глубокомыслия:

«Источник тока — элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока. » — учит нас Википедия.

Дополним редакцию. Источник тока должен иметь большое внутреннее дифференциальное сопротивление, такое чтобы при изменении сопротивления нагрузки сила тока в нагрузке практически не изменялась. Такую возможность нам предоставляет биполярный транзистор со стороны коллектора, полевик со стороны стока, либо операционник между инвертирующим входом и выходом.

Есть несколько основных характеристик, которые характеризуют источник тока.
Первой и основной из них является величина выходного тока.
Во-вторых, его выходное сопротивление, которое определяет, насколько ток источника меняется в зависимости от сопротивления нагрузки.
Третья спецификация — это минимальное и максимальное напряжения на выходе источника, при котором узел работает должным образом, т.е. выходной транзистор находится в активном режиме.
В-четвёртых, температурная стабильность и способность противостоять колебаниям напряжения источника питания.

Для разминки рассмотрим схемы простейших генераторов (источников) тока на транзисторах и операционных усилителях.

Схема источника тока на биполярном транзисторе — самая плохая. В ней присутствует полный букет недостатков — и температурная нестабильность, и зависимость тока от колебаний напряжения источника питания и наличие пресловутого эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора).
Здесь входной делитель на резисторах R1, R2 задаёт ток базы транзистора Iб, выходной ток в первом приближении можно считать равным Iн = Iк≈β×Iб.

Схема на полевом транзисторе не столь чувствительна к нестабильности источника питания, однако имеет другой существенный недостаток — практическую невозможность заранее рассчитать выходной ток генератора из-за значительности разброса параметров данных типов полупроводников.
Максимальный ток данного типа источника равен начальному току стока при R1=0 (паспортная характеристика), минимальный ограничен падением напряжения на токозадающем резисторе R1.

Читайте также:  В каких широтах преобладают восходящие токи воздуха

Генераторы тока на операционных усилителях (инвертирующий слева, неинвертирующий справа) — вполне себе работоспособные устройства, которые являются близкими аналогами идеальных источников тока, и практически лишены недостатков, присущих транзисторным схемам.
Единственное, но существенное в отдельных случаях «но» состоит в том, что нагрузка является «плавающей», т.е. не подключённой никаким боком к земле.
Ток через нагрузку практически с 100% точностью описывается формулой Iн= Uвх/R1.

Размялись? Пришло время избавляться от недостатков простейших источников тока, обкашлянных нами выше.

Рис.2

Схемы стабилизаторов тока, представленные на Рис.2, будут полезны в устройствах, работающих с конечными потребителями, которые чувствительны не столько к стабильности напряжения, сколько к постоянству протекающего через них тока.
За примерами далеко ходить не надо — источники питания светодиодов, газоразрядных ламп, зарядные устройства для аккумуляторов и т.д. Все они требуют наличия на выходе постоянного, либо изменяющегося по определённому алгоритму тока.
Принцип работы приведённых схем предельно прост. При увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается и падение напряжения на токозадающем резисторе R1. При достижении уровня падения этого напряжения ≈0,6В, начинает открываться транзистор T1, снижая величину Uбэ (или Uзи) второго транзистора T2. Он начинает закрываться, соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через нагрузку.
Для схемы на биполярном транзисторе номинал резистора Rб следует выбирать из соображений Rб .
Для полевика, в силу его высокого входного сопротивления, величина резистора Rз1 может выбрана достаточно высокой (десятки килоом). Единственное, за чем надо зорко послеживать — максимально допустимое значение напряжения затвор-исток транзистора. Если оно меньше Еп, следует добавить дополнительный резистор Rз2 такого номинала, чтобы образованный делитель вогнал напряжение на затворе в допустимые пределы.
Выходной ток рассчитывается по простой формуле Iн≈0,6/ R1 .
В этих схемах нет температурной компенсации, изменение выходного тока составляет величину ≈ 0,3% на один °С.

Про схему токового зеркала, изображённую на Рис.3, смело можно сказать, что это базовая схема источника тока.
Резисторы в эмиттерных цепях транзисторов создают отрицательную обратную связь по току, что с одной стороны, приводит к улучшению термостабилизирующих свойств узла, а с другой, позволяет в широких пределах регулировать соотношения токов транзисторов Т1 и Т2.

Для снижения зависимости выходного тока от колебаний напряжения питания широкое применение нашли источники тока (Рис.4), называемые двойным зеркалом тока.
Механизм работает следующим образом: Предположим, увеличилось напряжение питания. Тогда увеличивается и падение напряжения на резисторе R1. Это приводит к уменьшению потенциала базы транзистора VТ3, транзистор VТ3 призакроется, его ток Iэ3 уменьшится, соответственно уменьшится ток базы Iб2 и Iн тоже уменьшится и вернётся в исходное состояние.

Источник тока, представленный на Рис. 5, называется схемой токового зеркала Уилсона и обеспечивает высокую степень постоянства выходного тока за счёт подавления проявлений эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора).
Транзисторы T1 и T2 в этой схеме включены так же, как в обычном токовом зеркале, но благодаря транзистору T3 потенциал коллектора токозадающего Т2 фиксирован и не влияет на выходной ток.

Каскодный генератор тока, изображённый на Рис. 6, обладает достоинствами, связанными с очень высоким внутренним сопротивлением и значительным ослаблением эффекта Эрли. Динамическое внутреннее сопротивление такого отражателя тока превышает величину в несколько МОм.

И по традиции приведу таблицу, позволяющую не сильно утруждаться, при желании воплотить описанные узлы в реальную жизнь.

РАСЧЁТ ТОКОЗАДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.

Источники тока на полевых транзисторах, в связи со значительностью разброса параметров данного типа полупроводников, практическое применение получили в основном при производстве аналоговых интегральных микросхем. При этом при использовании МОП-структур полевых транзисторов, схемотехника токовых зеркал практически не отличается от приведённых выше источников тока на биполярных собратьях.

Рис.6

Источники тока на полевых и биполярных транзисторах

Проектировать источники тока на дискретных полевых транзисторах — занятие, на мой взгляд, довольно нецелесообразное.
Другое дело — специально разработанные полупроводники, называемые токостабилизирующими диодами (CRD), в основе которых лежит полевой транзистор с каналом n-типа.

Рис.7

Полевые диоды имеют только два вывода и оптимизированы с точки зрения вольт-амперных характеристик. При их изготовлении можно достичь нулевого температурного коэффициента, объединяя CRD с резистором, имеющим тот же самый, но противоположного знака температурный коэффициент.
Токостабилизирующие диоды не очень известны в широких массах радиолюбительского сообщества, но тем временем активно выпускаются буржуйскими промышленниками, имеют приличную номенклатуру токов и достаточно широкий диапазон рабочих напряжений.

А на следующей странице продолжим тему — посвятим её источникам тока на операционных усилителях, а также преобразователям напряжение-ток на ОУ и транзисторах.

Читайте также:  Шины переменного тока шкафа

Источник

Простейшие схемы источников питания для различной аппаратуры

Здесь много схем на недорогой элементной базе. Блоки питания, преобразователи и т.п.

1. Схема зарядного устройства от аккумуляторного фонаря (опасно для аккумуляторов)

2. Стабилизатор напряжения на ПТ

3. Источники стабильного тока

4. Источник тока

5. Стабилизатор напряжения

6. Источник тока

7. Двухполюсный источник тока

8. Источники стабильного тока

9. Зарядное устройство

10. Преобразователь напряжения

11. Очень хорошее зарядное устройство

12. Вариант замены высоковольтного стабилитрона

13. Простой индикатор радиационной опасности

14. Зарядное устройство

15. Преобразователь напряжения

16. Источник стабильного тока

17. Аналог стабилитрона

18. Стабилизатор напряжения с ограничением тока — источник тока

19. Стабилизатор напряжения для зарядного устройства на солнечной батарее

20. Компенсация пульсаций в блоке питания

21. Зарядное устройство с питанием от свободной энергии

22. Стабилизатор напряжения на логическом элементе

23. Простой источник стабильного тока

24. Импульсный стабилизатор конденсаторного БП

25. Бестрансформаторный источник питания часов на оптронах

26. Структурная схема конденсаторного преобразователя напряжения с умножением тока

27. Ёмкостный преобразователь напряжения

28. Источник тока на интегральном стабилитроне

Источник



Схема источника переменного тока

В идеальных условиях источник тока генерирует ток, не зависящий от напряжения. Однако, в реальности добиться этого очень сложно. При подключении большой нагрузки значения обоих показателей неизбежно проседают.

Поэтому, когда речь идет о реальных источниках тока, то имеются ввиду схемы, которые могут обеспечивать силу тока в заданном диапазоне для определенных нагрузок.
Наибольшее применение источники тока (не путать с источниками напряжения) нашли в схемах для питания аналоговых приборов, операционных и дифференциальных усилителей, измерительных мостов и т.п., ну и, конечно же, для зарядки аккумуляторов.
Источник переменного тока – это генераторные установки, в основе которых лежит двигатель. Вращение вала и перемещение катушек в постоянном магнитном поле создают эффект изменения не только силы тока, но и направления его действия.

Рис.1. Генератор переменного тока

График изменения тока в зависимости от времени.

Рис. 2. рафик изменения тока в зависимости от времени

Это классическая синусоида.

В составе радиосхем переменный ток чаще всего преобразуется в постоянный.
Однако, если мы говорим об источнике тока уже в составе радиосхем, то задача создания переменной ЭДС заметно усложняется без генераторных установок.

Типовой источник тока (постоянного) состоит из элементов, обозначенных на функциональной схеме ниже.

Рис. 3. Функциональная схема

  • Источник питания (в данном случае постоянного напряжения);
  • Датчик тока;
  • Регулирующий элемент (в простейшем варианте может быть реализован транзистором, к которому нагрузка подключается в эмиттерную цепь);
  • Цепь обратной связи.

В качестве простого примера.

Рис. 4. Схема источника тока

Стоит отметить, что переменный ток применяется в схемах крайне редко, в основном вся радиоаппаратура строится на источниках постоянного тока или напряжения.

Варианты схем источников переменного тока

Однако, в отдельных случаях может потребоваться источник именно переменного тока.
Наиболее часто используемая схема в цепях с малыми напряжениями выглядит следующим образом.

Рис. 5. Схема источника переменного тока с малыми напряжениями

В основе лежит все та же схема с регулятором напряжения и цепью обратной связи, управляющей операционными усилителями, обозначенная в начале.

Здесь ток в нагрузке может протекать как в одном, так и в противоположном направлении.

На выходе обеспечивается ток от -10 мА до +10 мА, при условии подачи напряжения +10 и -10 В.

Уменьшения погрешности на выходе можно добиться за счет подбора резисторов R1-R6, допуск номинала которых не превышает 1%.

Операционный усилитель можно использовать практически любой. Но наилучший вариант для слаботочных схем – ОУ с малыми напряжения смещения и входными токами.

К транзисторам VT1 и VT2 тоже особых требований нет. Подойдут даже маломощные, работающие с напряжением на коллекторе до 30 В и силой тока 20-150 мА.

Источники бесперебойного питания часто путают с источниками переменного тока, так как они предназначены для фактической замены основного источника питания. Однако, на практике эти устройства выдают не переменный ток, а переменное напряжение.

Принцип работы ИБП:

1. Преобразование сетевого тока из переменного в постоянный;

2. Зарядка аккумулятора постоянным током;

3. При отключении основного источника питания выходная цепь получает питание от аккумулятора (химический источник постоянного тока);

4. Постоянный ток аккумулятора преобразуется в переменное напряжение и отдается потребителям.

Типовая схема инвертора (преобразователя) напряжения из постоянных 12 В в переменные 230 В выглядит следующим образом.

Рис. 6. Типовая схема инвертора

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Источник