Prostowniki stabilizowane

Szczegóły: Autor: Grzegorz Makarewicz; Kategoria: Books; Opublikowano: 28 grudzień 2021; Odsłon: 2465

Bolesław Lenart
Prostowniki stabilizowane
Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, Warszawa 1972, Wydanie 1

PRZEDMOWA

Nowoczesna aparatura elektryczna, a więc taka, w której większość i to podstawowych elementów pracuje na zasadzie wykorzystywania zjawisk elektromagnetycznych, ma zazwyczaj w swym składzie źródła zasilania w postaci prostowników stabilizowanych. W niektórych przypadkach poszczególne bloki i podzespoły urządzeń lub aparatury zasilane są indywidualnie i niezależnie od siebie, w innych zaś, wszystkie bloki i podzespoły zasilane są z jednego wspólnego źródła.

Konieczność stabilizacji napięcia (rzadziej prądu) występuje w rozległych dziedzinach elektroniki stosowanej, elektroniki przemysłowej, urządzeniach łączności przewodowej i radiowej oraz różnorodnych urządzeniach automatyki procesów technologicznych. Stabilizowane prostowniki prądu stosowane są ostatnio w elektronice kwantowej (urządzenia laserowe o bardzo szerokiej skali zastosowania).

Mimo że zarówno generatory, jak i transformatory zasilające mają własne regulatory, względnie stabilizatory napięcia zaciskowego (wyjściowego), wahania napięcia są nieraz bardzo znaczne i osiągają w nie sprzyjających warunkach 20%, a nawet więcej, co jest nie do przyjęcia dla większości precyzyjnych odbiorników.

Stałość napięcia wyjściowego stabilizatora, zasilającego urządzenia o złożonym i dokładnym działaniu, winna być najczęściej zapewniona nie tylko ze względu na zmianę napięcia zasilającego, ale również wielkości obciążenia, a przy prądzie przemiennym także ze względu na zmianę częstotliwości.

Stabilizacja napięcia i prądu, jako jeden z działów regulacji automatycznej, nabrała szczególnego znaczenia ze względu na korzyści, jakie osiąga się przez zasilanie urządzeń wymagających zasilania prądem stałym z sieci prądu przemiennego.

Powszechna tendencja przechodzenia od zasilania maszynowego (prądnice prądu stałego - bezpośrednio lub z sieci) lub akumulatorowego na zasilanie przez prostowniki od sieci prądu przemiennego wynika z wielu przyczyn natury technicznej i ekonomicznej, takich jak: miniaturyzacja tych urządzeń, wygoda w eksploatacji lub łatwość automatyzacji procesu zasilania.

Tendencji tej sprzyja wielki postęp w rozwoju zaworów półprzewodnikowych, głównie krzemowych i to zarówno niesterowanych, jak i sterowanych. Te ostatnie, a zwłaszcza tyrystory, czyli zawory sterowane typu p-n-p-n, pozwalają na znaczny postęp w dziedzinie prostowników stabilizowanych.

Zakres zastosowania prostowników stabilizowanych jest bardzo rozległy, a moce tych urządzeń wahają się od części wata do wielu megawatów.

Przedmiotem niniejszej książki są prostowniki stabilizowane (a także regulowane) o mocach rzędu od części kilowata do kilku kilowatów. Wynika to stąd, że ogromna większość typowych urządzeń wymaga do zasilania mocy tego rzędu.

Ze względu na mnogość rozwiązań autor starał się jedynie podać główne zalecenia teoretyczne i praktyczne do obliczania i projektowania tego rodzaju urządzeń. Właściwie opracowanym projektem, zarówno pod względem technicznym, ekonomicznym, jak i eksploatacyjnym, jest projekt oparty nie tylko na przesłankach teoretycznych, ale także na badaniach laboratoryjnych wykonanego modelu. Poważne trudności analitycznego ujęcia zjawisk zachodzących w elementach nieliniowych (a prostownik stabilizowany jest nieliniowym wielobiegunnikiem) nie pozwalają na dużą dokładność obliczeń i dlatego najczęściej potrzebna jest korekta otrzymanych parametrów po zbudowaniu modelu.

Trzeba jednak zwrócić uwagę, że na ogół wymagania odnośnie dokładności stabilizacji napięcia lub prądu nie są znane, a co gorzej - często zbyt wygórowane i nie uzasadnione ekonomicznie. Nie można bowiem wychodzić z założenia, że "lepsza stabilizacja nie zaszkodzi". gdyż należy także pamiętać o tym, że trzeba za nią płacić. Dlatego w każdym przypadku dokładność stabilizacji winna być uzasadniona nie tylko z technicznego, ale i ekonomicznego punktu widzenia.

SPIS TREŚCI

Przedmowa (11)
Wykaz ważniejszych oznaczeń i symboli (13)

Zawory niesterowane i sterowane (15)
1. Uwagi ogólne (15)
2. Podstawowe parametry zaworu elektrycznego (15)
3. Klasyfikacja zaworów niesterowanych i sterowanych (16)
4. Podstawowe parametry zaworów niesterowanych (18)
5. Zawory elektronowe (18)
6. Zawory jonowe (22)
  1. Tyratrony (26)
  2. Ekzytrony (28)
  3. Ignitrony (32)
7. Zawory półprzewodnikowe (36)
  1. Podstawy teorii przewodnictwa (36)
  2. Złącza p-n, p-n-p oraz p-n-p-n (42)
  3. Parametry tyrystorów (51)
8. Praca szeregowa i równoległa zaworów elektrycznych (52)
Charakterystyki i układy sterowania zaworów (54)
1. Uwagi ogólne (54)
2. Teoria sterowania półprzewodnikowych zaworów sterowanych (54)
3. Podstawowe sposoby włączania tyrystorów (56)
4. Charakterystyki bramkowo-spustowe i ich zakresy (57)
5. Charakterystyki przewodzenia złącza emiterowego (58)
6. Prąd bramkowy włączający (59)
7. Wartości znamionowe obwodu bramkowego (60)
8. Ujemna polaryzacja bramki przy dodatnio spolaryzowanej anodzie (60)
9. Dodatnia polaryzacja bramki przy ujemnie spolaryzowanej anodzie (60)
10. Zapłon pod wpływem światła (60)
11. Projektowanie obwodów trygerowych (spustowych) dla konwencjonalnych pzs (61)
12. Obwody bramkowe ze stabilizowaną polaryzacją bramki (62)
13. Obwody spustowe (63)
14. Obwody i charakterystyki gaszenia tyrystorów (67)
  1. Kryteria gaszenia tyrystora (67)
  2. Metody gaszenia anodowego (70)
15. Włączanie tyrystora prądem bramki (73)
16. Wyłączanie tyrystora (74)
17. Tranzystorowe układy sterowania tyrystorów (76)
18. Układy zapłonowe na tranzystorze jednozłączowym (79)
19. Tyrystory szybko przełączające (82)
  1. Czas wyłączania (82)
  2. Szybkość przyrostu du/dt (83)
  3. Szybkość przyrostu prądu przewodzenia di/dt (83)
  4. Czas włączania i straty przy przełączaniu (84)
  5. Włączanie tyrystora szybko przełączającego (84)
  6. Straty komutacyjne (87)
20. Metody pomiaru parametrów elektrycznych i charakterystyk tyrystorów (88)
  1. Zdjęcie charakterystyki statycznej (89)
  2. Pomiar prądu wyłączania (90)
  3. Pomiar czasu wyłączania (90)
21. Perspektywy rozwoju elementów półprzewodnikowych (93)
Analiza pracy układów prostowniczych przy obciążeniu RLC (95)
1. Ogólna charakterystyka pracy prostownika (95)
2. Podstawowe parametry prostownika (95)
  1. Podstawowe parametry zaworów elektrycznych i transformatora prostowniczego (96)
  2. warunki pracy zaworów elektrycznych i transformatora prostowniczego (97)
3. Podstawowe układy prostownicze (97)
4. Analiza pracy układu prostowniczego jednofazowego jednopołówkowego przy obciążeniu rezystancyjnym (98)
5. Analiza pracy układu prostowniczego jednofazowego dwupołówkowego (z wyprowadzonym środkiem transformatora) przy różnych rodzajach obciążenia (108)
6. jednokierunkowe układy prostownicze zasilane z sieci trójfazowej (122)
  1. Układ prostowniczy trójfazowy gwiazda-gwiazda (122)
7. Dwukierunkowe układy prostownicze (132)
  1. Układ jednofazowy mostkowy przy różnych rodzajach obciążenia (132)
  2. Układy dwukierunkowe mostkowe zasilane napięciem trójfazowym (135)
8. Praca prostownika przy obciążeniu indukcyjnym z uwzględnieniem indukcyjności rozproszenia transformatora prostowniczego (137)
  1. Praca prostownika przy ładowaniu akumulatorów (144)
  2. Praca prostownika przy obciążeniu indukcyjnym z uwzględnieniem strat na rezystancji transformatora (145)
9. Układ mostkowy trójfazowy z półprzewodnikowymi zaworami sterowanymi (147)
  1. Założenia wstępne (1470
  2. Proces komutacji (149)
  3. Określenie napięcia wyprostowanego (151)
10. Podstawowe parametry transformatora prostowniczego (153)
11. Zjawisko wymuszonego namagnesowania transformatora w różnych układach prostowniczych (158)
12. Współczynnik mocy prostownika (162)
13. Sprawność zespołu prostowników (163)
14. Wyższe harmoniczne napięcia i prądu w układach prostowniczych (164)
15. Porównanie różnych układów prostowniczych (169)
Filtry prostownicze (170)
1. Podstawowe parametry filtrów elektrycznych (170)
2. Podstawowe wymagania wobec filtrów elektrycznych (171)
3. Klasyfikacja filtrów (172)
4. Filtr indukcyjny (173)
5. Filtr indukcyjno-pojemnościowy (L-C) (174)
6. Filtr wieloczłonowy (L-C) (176)
7. Filtr typu Π (C-L-C) (177)
8. Filtr jedno- i wieloczłonowy (R-C) (177)
9. Rezonansowe filtry wygładzające (179)
10. Elektronowe filtry wygładzające (180)
11. Stany nieustalone w filtrze typu L-C (183)
12. Filtry sieciowe (189)
Metody regulacji i stabilizacji napięcia wyjściowego prostowników (191)
1. Uwagi ogólne (191)
2. Klasyfikacja urządzeń i metod regulacji napięcia wyjściowego prostowników (191)
3. Prostowniki regulowane (192)
4. Podstawowe metody regulacji napięcia prostowników (194)
  1. Rezystory regulujące (195)
  2. Regulacja wyjściowego napięcia prostownika po stronie napięcia przemiennego (transformatory i autotransformatory) (197)
  3. Autotransformatory z ruchomym uzwojeniem zwartym (200)
  4. Transformatory z regulowanym bocznikiem magnetycznym (202)
  5. Indukcyjne regulatory napięcia (206)
  6. Potencjometryczna regulacja napięcia (207)
  7. Regulacja napięcia prostownika za pomocą zmiany parametrów zaworów (208)
  8. Układy regulacji napięcia prostowników za pomocą sterowania siatkowego (212)
  9. Regulacja napięcia prostownika tyrystorowego (218)
  10. regulowane prostowniki tyrystorowe o podwyższonej częstotliwości komutacji (219)
5. Metody i układy stabilizacji napięcia (224)
  1. Analiza układów stabilizacji napięcia metodą parametryczną (224)
  2. Niektóre przykłady prostowników stabilizowanych metodą parametryczną (226)
  3. Analiza układów stabilizacji napięcia metodą kompensacyjną (232)
  4. Analiza układów stabilizacji napięcia metodą parametryczno-kompensacyjną (237)
  5. Przykłady stabilizatorów typu parametryczno-kompensacyjnego (239)
6. Ogólne wymagania odnośnie układów sterowania i regulowania prostowników tyrystorowych (242)
7. Elementy układów sterowania (244)
  1. Urządzenia wejściowe (2440
  2. Urządzenia fazoprzesuwne (245)
  3. Urządzenia pośrednie (251)
  4. Urządzenie wyjściowe (253)
8. Elementy regulacji automatycznej prostowników tyrystorowych (263)
  1. Dajnik wielkości regulowanej (264)
  2. Źródło zadające wartość regulowaną (265)
  3. Element porównania (2660
  4. Element wzmacniający (267)
Prostowniki stabilizowane wysokonapięciowe (272)
1. Zakres zastosowania prostowników wysokonapięciowych (272)
2. Rola falownika w układzie prostownika stabilizowanego wysokonapięciowego (272)
3. Przekształcanie prądu stałego na prąd zmienny (273)
4. Najprostsze układy falownika (273)
  1. Oscylatory o ujemnej rezystancji (274)
  2. Falowniki mechaniczne (276)
  3. Falowniki tranzystorowe (277)
5. Falowniki o komutacji pojemnościowej (278)
  1. Zasada działania falowników o komutacji pojemnościowej w układzie szeregowym (278)
  2. Analiza pracy falownika o komutacji pojemnościowej w układzie szeregowym (279)
  3. Zasada pracy falowników o komutacji pojemnościowej w układzie równoległym (285)
  4. Analiza pracy falownika w układzie równoległym (287)
6. Regulacja napięcia falownika (292)
  1. Regulacja napięcia zasilającego falownik (293)
  2. Regulacja napięcia przez zmianę parametrów elementów falownika (293)
7. Polepszanie kształtu napięcia wyjściowego falownika (296)
8. Stabilizatory wysokonapięciowe o dużej dokładności (301)
9. Powielacze napięcia (303)
10. Prostowniki regulowane dławikami nasycanymi (transduktorami) (306)
  1. zasada działania dławika nasycanego (306)
  2. Analiza sterowania prostownikiem trójfazowym za pomocą dławików nasycanych (307)
  3. Stabilizacja napięcia prostownika trójfazowego za pomocą dławików nasycanych z podmagnesowaniem wymuszonym (309)
  4. Moc pozorna dławików nasycanych (312)
  5. Określenie parametrów dławików nasycanych (314)
  6. Porównanie różnych układów włączania dławików nasycanych (314)
11. Specjalne układy prostownicze (317)
12. Węglowe stabilizatory napięcia (320)
13. Tyrystorowe stabilizatory napięcia (324)
Stabilność pracy prostowników stabilizowanych (326)
1. Podstawy dynamiki układów prostowniczych (326)
2. Analiza przebiegów w stanie nieustalonym w układach stabilizacji napięcia (327)
3. Analiza stabilności liniowych układów stabilizacji napięcia (334)
4. Charakterystyki członów strukturalnych oraz sposoby zwiększenia stabilności (344)
5. Transmitancja układów stabilizacji napięcia - kryterium stabilności (348)
Wytyczne do projektowania prostowników stabilizowanych (350)
1. Podstawy projektowania prostowników (350)
2. Założenia do projektowania prostowników (356)
  1. Określenie danych wyjściowych do obliczeń (356)
  2. Wybór liczby faz i napięcia sieci prądu przemiennego (356)
  3. Wybór rodzaju zaworu i układu prostowania (357)
  4. Określenie warunków pracy i parametrów prostownika (359)
  5. Obliczanie filtru (365)
  6. Obliczanie sprawności prostownika (365)
  7. Określanie współczynnika mocy prostownika (368)
3. Obliczanie prostownika małej mocy (368)
  1. Wybór rodzaju zaworu i układu (368)
  2. Wybór i obliczanie wstępne filtru (368)
  3. Wybór typu zaworu (369)
  4. Obliczanie parametrów i warunków pracy prostownika (370)
  5. Obliczanie filtru (373)
4. Obliczanie prostownika półprzewodnikowego dużej mocy (374)
  1. Wybór rodzaju zaworu i układu prostowniczego (375)
  2. Wybór układu filtru (375)
  3. Obliczanie prostownika (376)
  4. Obliczanie filtru (379)
5. Obliczanie elektronowego stabilizatora wysokonapięciowego (381)
  1. Element regulacyjny (382)
  2. Element pomiarowy i wzmacniający (384)
6. Obliczanie prostownika regulowanego dławikami nasycanymi (390)
  1. Obliczanie parametrów zaworów (393)
7. Wytyczne do projektowania prostowników wysokonapięciowych (395)
  1. Wymagania techniczne (395)
  2. Podstawowe elementy prostowników wysokonapięciowych (396)
8. Projekt zasilacza impulsowego do lasera (200kV, 200mA) (399)
  1. Założenia wstępne (399)
  2. Podstawowe elementy zasilacza impulsowego (401)
  3. Sprawdzenie projektu na modelach (403)
9. Wytyczne do projektowania wysokoczęstotliwościowych kaskadowych układów prostowniczych wysokiego napięcia (404)
  1. Projektowanie transformatora podwyższającego (404)
  2. Wytyczne do projektowania kaskady transformatorów izolujących (408)

Zestawienie podstawowych parametrów układów prostowniczych (410)
Układy włączenia i charakterystyki dławików nasycanych (414)
Literatura (416

Materiał udostępnił Grzegorz Makarewicz 'gsmok'