Цель работы
Изучение принципиальной схемы и ознакомление с конструкцией стабилизатора напряжения постоянного тока СПН 48 – 24/10 – 3. Экспериментальное определение основных электрических характеристик при изменении сопротивления нагрузки и напряжения питающей сети.
Литература
3 Стабилизатор постоянного напряжения СПН 48 – 24/10 – 3. Техническая документация. ОАО “ Юрьев – Польский завод “Промсвязь”.
4 Воробьев А.Ю. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. – М.: Эко –Трендз, 2003. – 280 с.: ил.
Пояснения к работе
Стабилизаторы серии СПН (преобразователи напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока другого уровня с гальванической развязкой входа и выхода) предназначены для электропитания телекоммуникационной аппаратуры стабилизированным напряжением 60, 48 или 24 В постоянного тока и могут использоваться для самостоятельной работы в составе электропитающих установок или устанавливаться в стойках стабилизаторов постоянного напряжения (ССПН). Входные цепи стабилизаторов электрически изолированы от выходных, что обеспечивает возможность их использования в электроустановках с любым заземленным полюсом. Высокая частота преобразования позволяет гарантировать устойчивую работу стабилизаторов на любую электронную нагрузку.
Условное обозначение стабилизаторов:
Стабилизаторы обеспечивают:
- регулирование и стабилизацию выходного напряжения;
- местную сигнализацию о нормальной работе стабилизатора;
- ограничение тока нагрузки и местную сигнализацию при перегрузке и коротком замыкании нагрузки;
- защиту при повышении выходного напряжения и при понижении входного напряжения;
- дистанционную сигнализацию при неисправности стабилизатора;
- возможность параллельной работы стабилизаторов на общую нагрузку.
Типы стабилизаторов и основные электрические параметры приведены в таблице 2.1. КПД стабилизаторов не менее 0,8.
| Тип стабилизаторов | Диапазон изменения входного напряжения, В | Диапазон регулировки выходного напряжения, В | Диапазон изменения тока нагрузки, А | Макс. выходная мощность, Вт | |
| СПН 60–60/5–3 | 45 …75 | 54…62 | 0…5 | ||
| СПН 60–48/5–3 | 45…75 | 43…50 | 0…50 | ||
| СПН 60–24/10–3 | 45…75 | 21…26 | 0…10 | ||
| СПН 48–60/5–3 | 40…75 | 54…62 | 0…5 | ||
| СПН 48–48/5–3 | 40…75 | 43…50 | 0…5 | ||
| СПН 48–24/10–3 | 40…75 | 21…26 | 0…10 | ||
| СПН 24–60/3–3 | 19…30 | 54…62 | 0…3 | ||
| СПН 24–48/3–3 | 19…30 | 43…50 | 0…3 | ||
| СПН 24–24/10–3 | 19…30 | 21…26 | 0…10 |
Основные электрические параметры стабилизатора СПН 48 – 24/10 – 3:
- Номинальное входное напряжение 48 В
- Диапазон изменения входного напряжения (40…75) В
- Номинальное выходное напряжение 48 В
- Диапазон регулирования выходного напряжения (43…50) В
- Максимальный выходной ток (ток нагрузки) 10 А
- Установившееся отклонение выходного напряжения от установленного значения, при изменении входного напряжения и тока нагрузки от 0 до 100% максимального значения,
не более ± 2 %
- Максимальная выходная мощность 240 Вт
- Напряжения пульсации на входе и выходе СПН (при работе на активную нагрузку от аккумуляторной батареи):
- псофометрическое значение 2 мВ
- в диапазоне частот от 25 Гц до 150 кГц по действующему значению суммы гармонических составляющих, не более 50 мВ
- в диапазоне частот 300 Гц по действующему значению n –ой гармонической составляющей,
не более 50 мВ
- в диапазоне частот от 300 Гц до 150 кГц по действующему значению n–ой гармонической составляющей, не более 7 мВ
- Ограничение выходного тока от установленного значения, выбираемого в пределах от 50 до 100%
максимального тока до 110±5 %
- Переходное отклонение выходного напряжения от установленного значения за время не более 100 мс при скачкообразном изменении тока нагрузки на 50% от любого установленного значения тока нагрузки и выходного напряжения, не более ±10 %
- Отклонение тока нагрузки параллельно работающих стабилизаторов от максимального тока стабилизатора, при изменении тока нагрузки всех СПН от 50 до 100% максимального значения, не более ±20 %
- Индустриальные радиопомехи: уровень несимметричных напряжений радиопомех и уровень квазипикового значения напряженности радиопомех, не более ГОСТ30428, класс А.
Функциональная схема стабилизатора СПН 48 – 24/10 – 3. Стабилизатор постоянного напряжения выполнен по импульсным технологиям с регулированием напряжения методом ШИМ. Силовая цепь (рисунок 2.1) состоит из: однотактного инвертора напряжения с силовым ключом V20 и выходного выпрямителя со сглаживающим фильтром. Для исключения воздействия входной импульсной помехи на источник и самого источника на потребителя на входе и выходе установлены фильтры помех.
В систему управления входят: эталонный источник постоянного напряжения (UЭТ2); усилитель сигнала рассогласования; диодный оптрон V21 для передачи постоянной составляющей напряжения обратной связи и гальванической развязки входного и выходного напряжения; задающий генератор (ЗГ); ШИМ – компаратор (UШИМ); логический блок, вырабатывающий импульсы запрета сигнала управления транзистором V20 при срабатывании различных защит. Драйвер формирует сигнал управления затвором транзистора V20 и выполняет ограничительные функции, что повышает надежность схемы.
Схема автоматики, защиты и сигнализации обеспечивает блокирование подачи управляющих импульсов при превышении допустимого тока стока
ключа V20, повышении или понижении входного напряжения (UВХ) и повышении выходного напряжения выпрямительного устройства, где передача сигнала защиты осуществляется посредством оптрона V22. Для построения цепей дистанционной сигнализации предусмотрен контакт Х 6.2 системного разъема.
Рисунок 2.1 – Функциональная схема стабилизатора СПН 48 – 24/10 – 3
Принципиальная схема стабилизатора СПН48–24/10–3. Схема стабилизатора СПН48–24/10–3 приведена на рисунке 2.2, а перечень элементов – в приложении Ж. Предохранитель F1 обеспечивает защиту внешнего источника питания при коротком замыкании внутри стабилизатора.
Входной фильтр, состоящий из дросселя L1 и конденсаторов С1, С2, С5, С6 предназначен для сглаживания пульсаций входного напряжения до заданных в основных параметрах норм и подавления высокочастотных помех, создаваемых при работе ключевых схем до заданного уровня.
Преобразователь, состоящий из трансформатора Т3 и силового ключа V20, служит для преобразования входного постоянного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы с широтно – импульсной модуляцией. Преобразователь выполнен по однотактной схеме. Силовой ключ V20 - полевой транзистор, силовой трансформатор Т3 собран на ферритовом сердечнике, частота преобразования – 40 кГц. Для уменьшения выбросов напряжения на транзисторе V20 параллельно ему подключена RC – цепь (R32, С15). Импульсы для управления силовым транзистором поступают от предварительного усилителя, выполненного на транзисторах V18, V19, и схемы управления. Резистор R1 обеспечивает плавный заряд конденсаторов С5, С6 в момент подачи питания на СПН48–24/10– 3. Реле К1 срабатывает с задержкой, получая питание через трансформатор V2 схемы управления. После срабатывания реле К1, его н.о. контактами резистор R1 шунтируются. Трансформаторы тока Т1, Т2 являются датчиками тока устройств, предназначенных для защиты силовых транзисторов преобразователя от перегрузок, токов короткого замыкания и для равномерного распределения токов при параллельной работе нескольких стабилизаторов.
Выпрямитель, выполненный на диодах V23 предназначен для преобразования широтно–модулированных импульсов напряжения переменного тока прямоугольной формы, поступающих со вторичной обмотки силового трансформатора Т1, в последовательность широтно-модулированных однополярных импульсов.
Выходной фильтр, собранный по Г–образной схеме из дросселя L2 и конденсаторов С23, предназначен для преобразования последовательности широтно – модулированных однополярных импульсов в напряжение постоянного тока с заданным в основных параметрах уровнем пульсаций напряжения.
Высокочастотный фильтр радиопомех, состоящий из дросселя L3 и конденсаторов С24, С31, С32, предназначен для подавления высокочастотных помех (радиопомех) до заданного уровня.
Схема управления выполняет следующие основные функции:
– стабилизацию и регулирование выходного напряжения СПН48–24/10– 3 методом широтно – импульсной модуляции;
– ограничения тока нагрузки;
– защиту силовых транзисторов преобразователя от перегрузок по току;
– задержку включения и плавный запуск СПН48–24/10– 3;
– защиту от повышения напряжения на выходе и от понижения на входе СПН48–24/10– 3;
– световую и дистанционную сигнализацию;
– деление токов нагрузки между СПН48–24/10– 3, включенными параллельно.
Схема управления содержит:
– устройство для управления силовыми транзисторами преобразователя, для регулирования и стабилизации выходного напряжения СПН48–24/10– 3: микросхема D4 – задающий генератор (микросхема КР1441ВИ1, приложение Е), D 2.4– компаратор (микросхема К1401СА1, приложение Б), D6 – усилитель сигнала рассогласования, V21– оптопара – для гальванической развязки выходного и входного напряжений, выходной каскад схемы управления на микросхеме D3 (микросхема К561ЛН2, приложение Г);
– устройство для равномерного деления токов между параллельно работающими СПН48–24/10– 3: микросхема D5 (микросхема КР140УД17А, приложение З), выпрямительные диоды V27, V28 в цепи вторичной обмотки трансформатора тока Т2 с нагрузочным резистором R25;
Рисунок 2.2 – Принципиальная схема стабилизатораСПН48–24/10– 3
– устройство для ограничения тока и защиты от перегрузки и короткого замыкания: выпрямительный диод V13 в цепи вторичной обмотки трансформатора тока Т2 с нагрузочным резистором R24, D2.2, D2.3 – компараторы, переменный резистор R19;
– устройство защиты от понижения входного напряжения: D2.1 – компараторы, переменный резистор R13;
– устройство защиты от повышения выходного напряжения: микросхема D7, переменный резистор R61, оптопара V22;
– устройство задержки включения и для плавного запуска СПН48–24/10– 3: транзистор V2, конденсаторы C3, C4, элементы D1.1, D1.2, микросхемы D1 (микросхема К561ТЛ1, приложение В);
– светодиодный индикатор Н1 о перегорании предохранителя, светодиодный индикатор Н2 о работе в режиме ограничения, светодиодный индикатор Н3(ВЫХОД) для сигнализации о появлении на выходе СПН48–48/5– 3 выходного напряжения.