Bolesław Lenart
Stabilizacja napięcia
Wydawnictwa Naukowo - Techniczne, wydanie 1, nakład 2710 egz. Warszawa 1966
- Przedmowa (7)
Konieczność regulacji i stabilizacji napięcia oraz prądu występuje w rozległych zastosowaniach elektrotechniki, elektroniki przemysłowej, łączności i w różnorodnych urządzeniach automatyki, począwszy od maszyn matematycznych, a skończywszy na wielkich procesach technologicznych hutnictwa i chemii.
W większości przypadków zachodzi potrzeba utrzymania stałego napięcia nie tylko na zaciskach generatorów czy w szynach zbiorczych elektrowni lub stacji transformatorowej, lecz przede wszystkim na zaciskach zasilających poszczególne odbiorniki lub urządzenia.
Chociaż zarówno generatory, jak i transformatory zasilające poszczególne odbiorniki mają najczęściej urządzenia do regulacji napięcia, to jednak w różnych punktach sieci rozdzielczej po stronie odbiorników energii występują często znaczne wahania napięcia.
W przypadku zasilania odbiorników ze źródeł o małej mocy, np. generatorów nie współpracujących z ogólną siecią energetyczną, należy liczyć się z jeszcze większymi wahaniami napięcia, dochodzącymi do 20% napięcia znamionowego, a nawet więcej.
Wahania napięcia są bardzo często niedopuszczalne, gdyż współczesne elektryczne i radiotechniczne urządzenia pomiarowe, nadawcze, odbiorcze i inne, obok niezawodności i ekonomiczności pracy powinny odznaczać się dużą dokładnością i precyzją działania, co w znacznym stopniu zależy między innymi od stałości napięcia źródeł zasilających.
Wobec powyższego stabilizacja napięcia jest jedną z ważniejszych funkcji urządzeń zasilających i dlatego powinna być doceniana zwłaszcza tam, gdzie zależy na dokładności działania skomplikowanych procesów technologicznych, sterowanych aparaturą kontrolno - pomiarową.
Już na prostszych zresztą przykładach można wykazać celowość utrzymywania napięcia zasilającego w wąskich granicach.
Oto np. przy wzroście napięcia żarzenia lamp radiowych dużej mocy o 1% czas ich pracy skraca się o ok. 20%, w odniesieniu zaś do lamp elektronowych małej i średniej mocy duży spadek napięcia zmniejsza także jakość ich pracy.
Wzrost napięcia niektórych żarówek o włóknie metalowym o 10% zmniejsza ich średni czas pracy z 1000 do 200h, przy obniżeniu zaś napięcia o tyleż procent światłość tych źródeł światła zmniejsza się o przeszło 50%.
Jak wynika z powyższych przykładów, dokładność stabilizacji może nie być większa od 1÷2%. Zdarza się jednak często, że taka dokładność stabilizacji napięcia jest zupełnie niewystarczająca i powinna być znacznie zwiększona. Tak np. do zasilania poszczególnych bloków nowoczesnej aparatury pomiarowej, zabezpieczającej dokładność pomiaru powyżej 0,01%, konieczna jest w wielu przypadkach stabilizacja napięcia z dokładnością do 0,001%. Dokładność rozwiązania uzyskiwanego na maszynie matematycznej zależy również w dużym stopniu od stopnia stabilności urządzenia zasilającego i dlatego w urządzeniach tego typu jest stabilizowane nie tylko napięcie zasilające w energię elektryczną całą maszynę matematyczną, lecz i napięcie zasilające poszczególne jej bloki (zwykle stabilizatory elektronowe lub tranzystorowe o dokładności do 0,001%).
Stałość napięcia wyjściowego stabilizatora powinna przy tym być zabezpieczona nie tylko przy zmianach amplitudy napięcia sieci zasilającej i obciążenia, ale także przy zmianach częstotliwości sieci występujących podczas nagłych zmian obciążenia (zwykle zmiany częstotliwości nie przekraczają ±0,2%).
Moce, z jakimi spotykamy się w procesie regulacji i stabilizacji napięcia, wahają się od ułamka wata do wielu megawatów.
Utrzymanie napięcia zasilającego na stałym poziomie można uzyskać ręcznie lub automatycznie.
Oczywiście, że urządzenia przystosowane do regulacji ręcznej są prostsze i tańsze od odpowiednich urządzeń automatycznych. Jednakże regulacja ręczna ma wiele wad, jak konieczność stałego dozoru, możliwość subiektywnych błędów przy manipulacjach oraz pogorszenie warunków pracy. Dlatego też współczesny rozwój techniki zakłada w większości przypadków regulację automatyczną napięcia zasilania, która zapewnia nie tylko dużą precyzję, ale ponadto znacznie upraszcza obsługę urządzenia.
Zagadnienie stabilizacji napięcia i prądu, jako jednego z działów regulacji automatycznej, nabrało szczególnego znaczenia w łączności przewodowej i radiowej ze względu na znaczne korzyści i wygodę, które osiąga się przez zasilanie aparatury ze źródeł napięcia przemiennego, chociaż w większości przypadków do zasilania tej aparatury jest wymagany prąd stały. Dość powszechna obecnie tendencja przechodzenia od zasilania akumulatorowego do zasilania sieciowego wynika z wielu przyczyn natury zarówno technicznej, jak i ekonomicznej, takich jak miniaturyzacja urządzeń zasilających, ekonomia i wygoda w eksploatacji oraz łatwość automatyzacji procesu zasilania. Rozwojowi prostowników zastępujących baterie akumulatorów lub ogniw, niezbędnych do realizacji zasilania sieciowego, sprzyja dobrze zapowiadający się postęp w rozwoju zaworów półprzewodnikowych, zwłaszcza germanowych i krzemowych. Zawory te, chociaż odznaczają się na ogół nieznaczną rezystancją wewnętrzną, mają opadającą charakterystykę obciążenia, nawet przy utrzymaniu stałego napięcia zasilającego prostownik. Przyjmując stałą rezystancję obciążenia należy liczyć się z wahaniami napięcia na zaciskach wyjściowych prostownika, a więc zaciskach zasilających odbiornik, ze względu na znaczny często spadek napięcia sieciowego dochodzący w godzinach szczytu obciążenia do -20%Un. Wzrost napięcia sieci występuje zwykle nie tak często i zawiera się na ogół w granicach do +10%Un.
Takie wahania napięcia uniemożliwiają zasilanie niektórych układów i dopiero prostownik o automatycznie regulowanym napięciu może zastąpić ciężkie i kłopotliwe w eksploatacji akumulatory. Oczywiście są także możliwości regulacji i stabilizacji napięcia i prądu przemiennego (zazwyczaj wartości skutecznej) w przypadku, gdy urządzenia są zasilane prądem przemiennym.
Projektując urządzenia zasilające określonej aparatury, urządzenia, układu lub obwodu trzeba brać zawsze pod uwagę fakt, że podobnie jak szkodliwe jest z technicznego punktu widzenia niedocenianie konieczności stabilizacji napięcia lub prądu, tak również niewłaściwa jest z ekonomicznego punktu widzenia przesada w jej stosowaniu, gdyż każde urządzenie stabilizujące zmniejsza i to często bardzo znacznie sprawność odbiornika, w skład którego wchodzi.
Dlatego w każdym konkretnym przypadku stopień stabilizacji, którego określeniem zajmiemy się w dalszym ciągu, powinien być uzasadniony nie tylko technicznie, ale i ekonomicznie.
Zagadnienie stabilizacji napięcia znalazło dotychczas słabe odbicie w polskiej literaturze technicznej, gdy tymczasem technika stabilizacji napięcia w krajach wysoko uprzemysłowionych osiąga bardzo znaczne postępy wraz z ogólnym szybkim rozwojem elektroniki oraz techniki regulacji automatycznej.
Zadanie, które postawił sobie autor, polegało przede wszystkim na zebraniu i usystematyzowaniu bardzo różnorodnego materiału z tej dziedziny wiedzy, będącego dorobkiem wielu osób wymienionych w spisie literatury uzupełniającej. Oryginalnym wkładem autora są niektóre zagadnienia dotyczące układów stabilizacji ferrorezonansowej i kompensacji częstotliwościowej.
Autor wyraża podziękowanie prof. T. Konopińskiemu za życzliwe i krytyczne ustosunkowanie się do konspektu książki, co przyczyniło się do usunięcia niektórych usterek.
- Metody regulacji i stabilizacji napięcia (11)
Wstęp. Automatyczne regulatory i stabilizatory napięcia. Metody stabilizacji napięcia. Ważniejsze pojęcia z dziedziny automatycznej regulacji i stabilizacji napięcia. Podział urządzeń regulacji napięcia. Uwagi ogólne. - Podstawowe elementy stabilizatorów napięcia (21)
Wstęp. Ogólna charakterystyka elementów nieliniowych. Analiza pracy elementów pomiarowych układów stabilizacji napięcia. Analiza pracy elementów wykonawczych w układach stabilizacji napięcia. Elementy wzmacniające stabilizatorów napięcia. - Regulacja napięcia (114)
Wstęp. Metody regulacji napięcia. Regulacja napięcia wyprostowanego przy pomocy zmiany parametrów zaworów. - Parametryczna metoda stabilizacji napięcia (159)
Wstęp. Parametryczne stabilizatory napięcia o rezystancjach nieliniowych. Parametryczne stabilizatory napięcia przemiennego z reaktancyjnymi elementami nieliniowymi. Parametryczne stabilizatory napięcia z kondensatorami nieliniowymi. Stabilizatory ze sterowaniem parametrycznym elementu wykonawczego. Stabilizator elektronowy o dwu stopniach swobody sterowany metodą parametryczną. Stabilizatory z parametrycznym sterowaniem dławikami nasyconymi. Prostownik samostabilny w układzie Scotta. Przykłady zastosowania prostowników stabilizowanych metodą parametryczną w urządzeniach zasilających łączności. - Kompensacja i parametryczno - kompensacyjna metoda stabilizacji napięcia (200)
Wstęp. Kompensacyjna metoda stabilizacji napięcia. Kompensacyjne stabilizatory ze sprzężeniem zwrotnym o dwu stopniach swobody. Półprzewodnikowe stabilizatory napięcia. Kompensacyjne stabilizatory magnetyczne. Parametryczno - kompensacyjna metoda stabilizacji napięcia. Stabilizatory parametryczno - kompensacyjne napięcia przemiennego. - Specjalne układy stabilizacji napięcia (245)
Wstęp. Stabilizatory wysokiego napięcia. Fotoelektryczne stabilizatory napięcia o dużej dokładności. Przykłady rozwiązań niektórych układów stabilizacji napięcia i prądu. Stabilizatory napięcia do celów specjalnych. Przykłady obliczania stabilizatorów napięcia. - Stany nieustalone i stabilność układów stabilizacji napięcia (308)
Wstęp. Analiza przebiegów w stanie nieustalonym w układach stabilizacji napięcia. Analiza stabilności liniowych układów stabilizacji napięcia. Charakterystyki członów strukturalnych oraz sposoby zwiększania stabilności.
- Literatura (331)
- Skorowidz rzeczowy (335)
Udostępnił Grzegorz Makarewicz, 'gsmok'
