B23 Прецизионные стабилизаторы напряжения

Краснопольский А.Е., Левин К.Ю., МИСиС, г. Москва

Скачать доклад в .pdf | Читать комментарии и вопросы

Стабилизаторы переменного напряжения   обычно применяются  при отклонении  напряжения  электрической  сети  более, чем  на  10%  от нормы.  Современная  электронная техника , как правило, имеет импульсные блоки питания, работающие в широком диапазоне питающих напряжений. Поэтому нет необходимости в устройствах  стабилизации напряжения. В то же время, существуют технические задачи, требующие высокой стабильности напряжения, например, ШИМ генераторы, измерительная аппаратура и т.д.

В статье [1] был подробно рассмотрен принцип работы стабилизатора, построенного по аналогичной схеме мощностью 5 кВт. Данная статья посвящена рассмотрению методов повышения точности стабилизации выходного напряжения с помощью применения в процессе настройки современных методов анализа и моделирования автоматических систем управления. Также будут рассмотрены вопросы уменьшения содержания высших гармоник в выходном напряжении и уменьшение выходного сопротивления.

Контроль сетевого напряжения проводился в измерительной лаборатории  Московского Института Стали и Сплавов (МИСиС). Данные, полученные в МИСиС, приведены на следующем графике рис. 1.


Рисунок 1.  Зависимость отклонения значения сетевого напряжения от времени в процентах (получена в МИСиС)

Несмотря на то, что измерения проводились в измерительной лаборатории значение отклонения сетевого напряжения от номинала достигло 3%.

Чтобы исключить такого рода погрешности, требования к выходному напряжению стабилизаторов должны согласовываться с соответствующими нормативными документами, такими как ГОСТ 16809-88 и другими. 

Выходное напряжение, согласно ГОСТ 16809-88, должно поддерживаться с погрешностью не менее ±0,5 % от требуемой величины.

Этим требованиям соответствуют стабилизаторы переменного напряжения для светотехнических измерений типа ИСН (измерительный стабилизатор напряжения), разработанные  в МИСиС в средине 90 годов, и выпускавшиеся только для измерений и контроля бытовых приборов. Они успешно применяются во ВНИСИ для метрологических целей.

На наш взгляд стабилизаторы ИСН могут заинтересовать контрольные  и  измерительные лаборатории светотехнических заводов, так как существенно ускоряют проведение измерений, повышают их точность.

Для точной настройки параметров и выявления наиболее эффективных методов повышения точности в системе математического моделирования SIMULINK (модуль MATLAB 7.0 - мощной и универсальной системы математических расчетов) была создана математическая модель этого стабилизатора.


Рисунок 2. Упрощенная модель стабилизатора ИСН 

Силовая часть модели, представленной на рис. 2, аналогична электрической схеме приведенной в [1]. Оранжевым цветом обозначены электротехнические элементы, зеленым - тиристоры, синим  - измерительные приборы, серым - система управления. Коммутируемая индуктивность обозначена L DRCOM. В нижней части модели также представлен блок фазового управления (UPR).

Незначительные искажения тока коммутируемого дросселя обеспечивают малые искажения выходного напряжения, что позволяет снизить коэффициент высших гармоник в выходном напряжении до 3 %.

Осциллограммы, снятые на модели,  хорошо согласуются с осциллограммами, снятыми на реальном устройстве. Вид осциллограмм приведен в [1].

В модель можно вводить элементы с различными отклонениями от идеальности, что позволяет наиболее точно  имитировать работу реального стабилизатора.

После задания параметров элементов в соответствии с моделью в реальном устройстве необходимо проводить контроль выходных параметров, таких как содержание высших гармоник и отклонение выходного напряжения от заданного.

Для этого использовались осциллограммы, снятые с помощью осциллографической приставки Velleman PC-500. Эта осциллографическая приставка подключается к компьютеру через LPT-порт (сейчас уже существуют приставки, подключаемые к портам USB типа PCSU-1000). В комплекте поставляется специальная программа для принятия и обработки данных, передаваемых приставкой. Данные могут быть получены не только в графическом виде, но и в виде текстовой базы. Одна из полученных с помощью такой приставки осциллограмм показана на рис. 3.


Рисунок 3. Осциллограмма выходного напряжения 

На осциллограмме рис. 3 видно, что форма выходного напряжения практически не искажена.

Также для более точной настройки схемы - выявления наличия гармоник 3,5,7,9 и оценки их содержания в процентах - в получаемом сигнале на MATLAB 2008b была написана специальная программа для обработки экспериментальных данных.

       Программа выполняет следующие действия:

  1. Инициализация
  2. Загрузка информации из тестового файла, полученного с помощью приставки Velleman PC-500
  3. Выделение из тестового файла экспериментальных данных
  4. Задание масштаба по напряжению и по времени с учетом делителя на шланге.
  5. Вычисление среднего действующего значения гармоники за период по формуле:
    , где n - номер гармоники
  6. Переход к обработке следующей кривой, снятой при другом значении емкости фильтра С

Испытания стабилизатора проводились в двух режимах - с нагрузкой и без нагрузки (см. рис. 4). Снимались осциллограммы выходного напряжения, которые обрабатывались  с помощью MATLAB. Таким образом подбирались оптимальные параметры фильтра.


Рисунок 4. Зависимость процентного содержания 3-й гармоники от емкости в цепи фильтра 

Таким образом, удается снизить общее содержание высших гармоник до 3 % , а погрешности стабилизации выходного напряжения до 0,2 %. Также в результате правильной настройки автоматически снижается выходное сопротивление.

Заключение

Стабилизаторы с такими параметрами выходного напряжения соответствуют требованиям соответствующих ГОСТ и пригодны для измерительных целей в светотехнике.

Дальнейшее повышение точности возможно при введении более точного измерения действующего значения выходного напряжения (не пересчетом через среднее значение)  путем создания дополнительного уточняющего контура на базе микропроцессора. Это позволит минимизировать погрешности, связанные с измерением действующего значения и изменением параметров элементов с изменением температуры окружающей среды.

Литература:

  1. Практическая силовая электроника, №28, 2007,с.26-29.
  2. ГОСТ 16809-88 (СТ СЭВ 6234-88) Аппараты пускорегулирующие для разрядных ламп. Общие технические требования
  3. ГОСТ 13109-94 Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения

Тематика:

Комментариев: 1


» Константин Левин (об авторе) { Июнь 12, 2009 - 03:06:18 }

Добавлю, что данный стабилизатор расчитан на применение в метрологических стендах. Один из таких стендов описан в докладе B12 Универсальный стенд исследования ЭПРА для люминесцентных ламп.

Возможность добавлять комментарии отключена в связи с окончанием конференции.

 

Российская светотехническая интернет-конференция, 2009 г.
© Межрегиональное светотехническое общество
© Коллектив авторов
24 queries. 0.094 seconds.