城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气

1、第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 第6章 直流电源 6-1 串联型直流稳压电源 6-2 集成稳压电源 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气1. 工作原理 u1、u2分别表示变压器的原边和副边交流电压，为负载电阻。 6-1串联型直流稳压电源 整流滤波电路第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 设u2= U2 sintV，其中为变压器副边电压有效值在时间内，即在u2的正半周内，变压器副边电压是上端为正、下端为负，二极管VD承受正向电压而导通，此时有电流流过负载，并且和二极管上电流相等， 即iOI V。忽略二极管上压降，负载上输出电压uO=u2，输出波形与

2、u2相同。 在时间内，即在u2负半周内，变压器次级绕组的上端为负，下端为正，二极管V承受反向电压，此时二极管截止， 负载上无电流流过，输出电压uO=0，此时u2电压全部加在二极管V上。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气2. 单相半波整流电路的指标 单相半波整流不断重复上述过程，则整流输出电压有 uO= U2 sintV 0t 0 t2 从上式得知，此电路只有半个周期有波形， 另外半个周期无波形，因此称其为半波整流电路。 取uO的平均值 流经二极管的电流等于负载电流第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 单相半波整流

3、电路简单，使用元件少；不足方面是变压器利用率和整流效率低，输出电压脉动大，所以单相半波整流仅用在小电流且对电源要求不高的场合。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 单相半波整流电路有很明显的不足之处，针对这些不足， 在实践中又产生了桥式整流电路。1. 工作原理 单相桥式整流电路由变压器，四个整流二极管和负载组成它属全波整流电路。当u2是正半周时，二极管V和V3导通，而二极管V2和V4截止，负载上的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周相同的电压； 单相桥式整流电路第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 在u

4、2的负半周，u2的实际极性是下正上负，二极管V2和V4导通而V和V3截止，负载上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u2正半周相同的电压，其电路工作波形如图所示，从波形图上可以看出，单相桥式整流比单相半波整流电路波形增加了1倍。 2. 单相桥式整流电路的指标 ) 输出电压的平均值 O.9U2 IO=0.9 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 ） 整流二极管平均整流电流VD IVD= 这个数值与单相半波整流相同， 虽然是全波整流， 但二极管仍是半个周期导通，半个周期截止。 ） 整流二极管承受的最大反向电压整流管承受的最大反向

5、电压为 URM= 综上所述，单相桥式整流电路只是整流二极管的个数比单相半波整流增加了，结果使负载上的电压与电流都比单相半波整流提高1倍，其它参数没有变化。因此，桥式整流电路得到广泛应用。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 经过整流后，输出电压在方向上没有变化， 但输出电压波形仍然保持输入正弦波的波形。 输出电压起伏较大，为了得到平滑的直流电压波形，必须采用滤波电路，以改善输出电压的脉动性，常用的滤波电路有电容滤波、 电感滤波、 LC滤波和型滤波。 1. 电容滤波电路 最简单的电容滤波是在负载RL两端并联一只较大容量的电容器。 当负载开路（RL=）时，设电容无能量储存，输出电压

6、从0开始增大，电容器开始充电。一般充电速度很快，uO=uC可达到u2的最大值。 滤波电路第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 uO=uC= 当接入负载后，前半部分和负载开路时相同， 当u2从最大值下降时，电容通过负载RL放电，放电的时间常数为 =RLC 在RL较大时，的值比充电时的时间常数大。uO按指数规律下降。 当u2的值再增大后， 电容再继续充电， 同时也向负载提供电流。电容上的电压仍会很快地上升。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 在单相桥式整流， 电容滤波时的直流电压一般为UO2 电容滤波简单，缺点是负载

7、电流不能过大，否则会影响滤波效果，所以电容滤波适用于负载变动不大、电流较小的场合。 另外， 由于输出直流电压较高，整流二极管截止时间长， 导通角小，故整流二极管冲击电流较大， 所以在选择管子时要注意选整流电流IF较大的二极管。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气2. 电感滤波电路 利用电感的电抗性，同样可以达到滤波的目的。 在整流电路和负载RL之间，串联一个电感L就构成了一个简单的电感滤波电路。 根据电感的特点，在整流后电压的变化引起负载的电流改变时，电感L上将感应出一个与整流输出电压变化相反的反电动势，两者的叠加使得负载上的电压比较平缓，输出电流基本保持不变。 第一章城市轨道

8、交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 电感滤波电路中，RL愈小，则负载电流愈大，电感滤波效果越好。在电感滤波电路中，一般 UO2 二极管承受的反向峰值电压仍为 。 3. LC滤波电路 采用单一的电容或电感滤波时，电路虽然简单，但滤波效果欠佳，大多数场合要求滤波更好， 则把前两种滤波结合起来，即LC滤波电路。第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 与电容滤波电路比较，LC滤波电路的优点是：外特性比较好，输出电压对负载影响小， 电感元件限制了电流的脉动峰值，减小了对整流二极管的冲击。它主

9、要适用于电流较大， 要求电压脉动较小的场合。 LC滤波电路的直流输出电压和电感滤波电路一样，UO2。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 整流、滤波后得到的直流输出电压往往会随时间而有些变化， 造成这种直流输出电压不稳定的原因有二： 一是当负载改变时，负载电流将随着改变，即使交流电网电压不变，直流输出电压也会改变； 二是电网电压常有变化， 在正常情况下变化10%是常见的，当电网电压变化时，即使负载未变，直流输出电压也会改变。硅稳压管稳压电路第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气1.硅稳压管稳压电路的工作原理 稳压管VDZ与负载电阻RL并联，在并联后与整流滤波电路连接

10、时，要串联一个限流电阻R。由于VDZ与RL并联，所以也称并联稳压电路。 (1) 如果输入电压Ui不变而负载电阻RL减小，这时负载上电流IL要增加，电阻R上的电流IR=IL+IVDZ也有增大的趋势， 则UR=IRR也趋于增大，这将引起输出电压UO=UVDZ的下降。 稳压管的反向伏安特性已经表明，如果UVDZ略有减小，稳压管电流IVDZ将显著减小，IVDZ的减少量将补偿IL所需要的增加量，使得IR基本不变，这样输出电压UO=UiIRR也就基本稳定下来。 当负载电阻RL增大时，IL减小，IVDZ增加，保证了IR基本不变，同样稳定了输出电压UO。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一

11、章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 (2） 如果负载电阻RL保持不变，而电网电压的波动引起输入电压Ui升高时，电路的传输作用使输出电压也就是稳压管两端电压也趋于上升。由稳压管反向特性知，IVDZ将显著增加，于是电流IR=IVDZ+IL加大，所以电压UR升高，即输入电压的增加量基本降落在电阻R上，从而使输出电压UO基本上没有变化，达到了稳定输出电压的目的，同理，电压Ui降低时，也通过类似过程来稳定UO。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气2.硅稳压管稳压电路参数的选择 1） 硅稳压管的选择 可根据下列条件初选管子： UVDZ=UO IVDZmax(23)ILmax 当

12、Ui增加时，都会使硅稳压管的IVDZ增加，所以电流选择应适当大一些。 2）输入电压Ui的确定 Ui高，R大，稳定性能好，但损耗大。 一般 Ui=(23)UO 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 3） 限流电阻R的选择 选择R，主要确定阻值和功率。 (1) R的阻值。 在Ui最小和IL最大时，流过稳压管的电流最小，此时电流不能低于稳压管最小稳定电流。 ILmaxIVDZmin即 在Ui最高和IL最小时，流过稳压管的电流最大，这时应保证IVDZ不大于稳压管最大电流值。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 （2） R的功率PR。 PR= (23) PR适当选择大一些。

13、 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气1. 工作原理 稳压过程如下： (1）当负载不变，输入整流电压Ui增加时，输出电压UO有增高的趋势，由于三极管V基极电位被稳压管VDZ固定，故UO的增加将使V发射结上正向偏压降低，基极电流减小，从而使V的集射极间的电阻增大，UCE增加，于是抵消了Ui的增加，使UO基本保持不变。上述过程如下图所示：UiUOUBEIBICUCE UO 串联型三极管稳压电路第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 (2） 当输入电压Ui不变， 而负载电流变化时， 其稳压过程如下： IOUOU BE IBI

14、CUCE UO则输出电压UO基本保持不变。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气2. 带放大电路的串联型稳压电路 由R1、RP和R2构成的采样环节, RZ和稳压管VDZ构成的基准电压，三极管V2和R4构成的比较放大环节，以及三极管V1构成的调整环节等四部分组成。 因为三极管V1与RL串联， 所以称之为串联型稳压电路。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 当Ui或IO的变化引起UO变化时，采样环节把输出电压的一部分送到比较放大环节V2的基极，与基准电压UVDZ相比较，其差值信号经V2放大后，控制调整管V1的基极电位，

15、从而调整V1的管压降UCE1，补偿输出电压UO的变化，使之保持稳定，其调整过程如下： Ui(或IO)UOUfUBE2UC2UBE1IB1IC1UCE1UO 当输出电压下降时， 调整过程与上述相反， 过程中设输出电压的变化由Ui或IO的变化引起。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 集成电路稳压器基本上是将比较放大器、参考电压、调整管和保护电器集成在同一基片上的组合。 单片稳压器有三种外壳形式： 1.双列直插式 2.扁平式 3.圆型式。 6-1集 成 稳 压电源 单片式多端集成稳压器第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电

16、气 V1为调整管，它的集电极和发射极连在标记UC和UO的两只引出端供外部连接用。UO端可用来驱动外接功率管的基极，于是外接功率管就变成调整管，负载电流因而可提高到几安培。 电阻是限流电阻；电容是用来减小纹波和消振的； R1、R2电阻的改变可直接影响输出电压。当R1=0，R2=时， 输出7 V，如果想再低于7 V，则可调UR值。此电路在5V至40 V之间的任何正输入电压均可使用。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 单片式三端稳压器有输入端、输出端和公共端（接地）三个接线端子，所需外接元件少，使用方便，工作可靠，所以应用较多。按输

17、出电压是否可调，三端集成稳压器可分为固定式和可调式两种。 1. 固定输出的三端稳压器 1） 正电压输出稳压器 常用的三端固定正电压稳压器有7800系列，型号中的00两位数表示输出电压的稳定值，分别为5、6、9、12、15、18、 24 V。 例如, 7812的输出电压为 12 V， 7805输出电压是5 V。 单片式三端集成稳压器第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 按输出电流大小不同，又分为: CW7800系列， 最大输出电流11.5 A； CW78M00系列，最大输出电流0.5 A; CW78L00系列， 最大输出电流100 mA左右。 7800系列三端稳压器的外部引脚如图所

18、示，1脚为输入端，2脚为输出端，3脚为公共端。 2） 负电压输出稳压器 常用的三端固定负电压稳压器有7900系列， 型号中的00两位数表示输出电压的稳定值，和7800系列相对应，分别为-5、 -6、 -9、 -12、 -15、 -18、 -24 V。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气 按输出电流不同，和7800系列一样，也分为CW7900系列、 CW79M00系列和CW79L00系列。管脚图如图（b）所示， 1脚为公共端， 2脚为输出端，3脚为输入端。 2. 三端可调输出稳压器 前面介绍了78、 79系列集成稳压电路，这些都是固定输出的稳压电源。这些在实用中不太方便。 实际应用中还有可调的CW117、 CW217、 CW317、 CW337和CW337L系列。 三端可调集成稳压器的输出电压为1.25 V37V，输出电流可达1.5 A。 第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品课程轨道交通车辆电气第一章城市轨道交通车辆专业精品