Меню

Электрический регулятор напряжения это



Регулятор напряжения

Регулятор напряжения – это устройство, позволяющее поддерживать постоянный вольтаж в цепи потребителя. В зависимости от условий применения и задач конструкции различаются. Выделяется ряд групп: электромеханические, электронные, индукционные, компенсированные трансформаторы.

Регуляторы напряжения электромеханического типа

Рассмотрим, как вырабатывается ток в автомобиле. Здесь электромеханический регулятор напряжения обнаруживает любопытный принцип действия, отличающийся от описанного выше. На борту стоит трёхфазный генератор, напряжение которого выпрямляется по схеме Ларионова (см. обзор про диодный мост). Схема собрана с обмоткой возбуждения, питающейся от упомянутого устройства. Двигатель вращает вал, уже при частоте 800 – 1000 оборотов в минуту достигается превышение напряжения над номиналом. Амплитуда ЭДС зависит от:

  1. Тока питания обмотки возбуждения.
  2. Частоты вращения якоря.
  3. Тока потребления бортовой сети.

Скорость постоянно варьируется, а редуктора, как правило, регулируемого нет. На порядок изменяется потребляемый ток. Понятно, что в описанных условиях приходится обеспечивать стабильность параметров. Чем и занимается регулятор напряжения, изменяя ток питания обмотки возбуждения. Превышение вольтажа над оптимальным лишь на 10 процентов приводит к сокращению срока службы аккумуляторной батареи в 2 – 2,5 раза. В результате работы регулятора отклонение от номинала не превышает трёх процентов и остаётся в норме.

Напряжение подзарядки аккумулятора автомобиля

Напряжение подзарядки аккумулятора автомобиля

Напряжение должно быть чуть выше, нежели напряжение аккумулятора. Указанный параметр зависит от температуры окружающей среды. Понятно – меняется плотность электролита. Дополнительно напряжение нужно повысить на 0,2 – 0,5 В для старых батарей, где из-за сульфатации разрушен активный слой пластин. Вносит свою лепту и уровень электролита: с понижением полагается уменьшить напряжения заряда на 0,2 – 0,3 В. Требований немало, невыполнение каждого приводит к неприятным последствиям.

Регулятор напряжения позволяет поддержать параметры на нужном уровне, задать вольтаж посредством реостата. Отдельные автолюбители даже выносят прибор в кабину, чтобы подстроить прибор, не выходя из салона. Однако при оптимальных условиях для зарядки аккумулятора создаются невыгодные режимы эксплуатации осветительных приборов, срок службы сокращается в 2 – 3 раза. Последовательно в цепь фонарей целесообразно включать резисторы, составляющие 10% от номинала иллюминации. Определить корректность возможно в рабочем режиме по падению напряжения на сопротивлении (1,2 В).

При работе от аккумулятора фары станут светиться чуть тусклее. Автомобильный регулятор напряжения представляет тандем:

  1. Исполнительный механизм в виде реле с ограничителем максимального и обратного тока.
  2. Отслеживающая цепь.

Принцип действия автомобильного регулятора напряжения прост. В исходном состоянии через устройство на обмотку возбуждения генератора проходит дополнительный ток, контакт удерживается пружиной. Когда вольтаж превышает пороговое значение, заданное потенциометром (реостатом), индукция катушки перетягивает усилие натяга, и реле переключается. Ток в цепь обмотки возбуждения подаётся через резистор, за счёт чего система выходит снова на режим.

Мощный регулятор для радиолюбителей

Мощный регулятор для радиолюбителей

Реле беспрестанно включается и выключается, обеспечивая нужные параметры. Работает подобно ключу, выгодно реле заменять электронными ключами для увеличения срока службы. Резкие скачки напряжения сглаживаются обратной ЭДС в катушке возбуждения. Поэтому изменения происходят плавно, что, собственно, требуется. Заметим, если перепад сильно вырастет (ввиду отсутствия резистора в цепи обмотки возбуждения), происходят искрения, вызванные обратной ЭДС.

Рассмотренный тип регуляторов относится к электромеханическим. Несмотря на все ухищрения (увеличение частоты срабатывания, термокомпенсация) подобные приборы неспособны обеспечить отличные параметры. Процесс настройки сложен, вдобавок параметры меняются по крайней мере в силу трёх причин (профилактика требуется через 10 – 15 тысяч км пробега):

  • тряска постепенно изменяет настройки потенциометра;
  • контакты реле обгорают от искрения, что увеличивает сопротивление, изменяя ток обмотки возбуждения генератора;
  • растягивается пружина стабилизатора.

Ограничители максимального и обратного тока

При заполнении сильно разряженного аккумулятора или одновременном включении всех потребителей автомобиля возможно разрушение обмотки возбуждения или якоря. В обычном случае ток не превышает 18 – 20 А, что при напряжении 12 В эквивалентно мощности чуть более 200 Вт. Схема защиты выполняется по электромеханическому шаблону. Это подпружиненное реле, в момент превышения током порога максимума перебрасывающее контакты, втягивая сердечник магнитным полем индуктивности.

В цепь обмотки возбуждения включается резистор, гасящий часть разницы потенциалов на своём сопротивлении. Это вызывает снижение тока. Потом расход закономерно снижается, контакты замыкаются вновь. Реле работает аналогично предыдущему, но настроено по-другому и функционирует реже.

Самодельное устройство

Подобная защита способна отказать при образовании короткого замыкания или резкого повышения оборотов. От указанных недостатков избавлена электронная схема ограничителей тока.

Реле обратного тока блокирует разряд аккумулятора через обмотки генератора. Отключает батарею, когда напряжение генератора слишком низкое (11,8 – 13 В). Все время, пока работает генератор, ток течёт по параллельной обмотке. Когда напряжение превышает порог, подключается аккумулятор для зарядки. Реле устроено хитро, содержит две обмотки:

  1. Последовательная включена по цепи между генератором и ответвлением проводки к аккумулятору.
  2. Параллельная обмотка включена после ответвления, но перед нагрузкой.
Читайте также:  Разъединитель трехполюсный напряжением до 220 кв

В результате при включении генератора аккумулятор от него отделен разомкнутым контактом. По мере роста тока, текущего по обеим обмоткам, усиливается поле катушек. В момент достижения порогового значения реле замыкается и начинается зарядка аккумулятора. Если напряжение падает, батарея разряжается. Причём в последовательной обмотке ток теперь направлен к генератору (там потенциал ниже), а в параллельной течёт в том же направлении. Как результат, половинное усилие не способно удержать сердечник, и тот обрывает связь с генератором. Питание бортовой сети идёт от батарей.

По мере набора оборотов ситуация повторяется заново. В какой-то момент потенциал генератора превышает напряжение аккумулятора, и сеть начинает питаться отсюда. Через обе обмотки протекает полный прямой ток нагрузки, контакты замыкаются, батарея заряжается. И так далее. Помимо перечисленных выше минусов, присущих электромеханическим реле, на регулятор действует непостоянство напряжения аккумулятора. Вольтаж резко проседает при запуске стартера ввиду очевидных причин.

Негативный эффект отмечается при движении по городу. На размыкание реле требуется ток 6 А, что составляет треть всех затрат. В результате частого срабатывания аккумулятор чрезвычайно быстро разряжается. Это снижает срок службы батарей.

Электронные регуляторы напряжения

Электромеханические регуляторы напряжения бытового назначения чуть отличаются от описанных выше, но суть аналогична: управляемое переключение множества реле. В указанном случае изменяется число витков обмотки трансформатора. Плюсом электромеханических регуляторов становится скорость отработки изменения сигнала и точность. Это единственная причина, по которой сегодня обнаруживаются устройства на рынке. Иногда их называют вибрационными.

Перейдём к рассмотрению электронных моделей. Перечислим кратко составляющие ступени:

  1. Реле обратного тока. В простейшем случае это обыкновенный диод, поставленный между плюсами генератора и аккумулятора. Обратный ток в этом случае по определению невозможен. При этом заряде на диоде падёт напряжение 0,5 В, если прибор германиевый, и 1 В, если – кремниевый. Выделяемую мощность возможно посчитать, умножив это значение на потребляемый ток 20 А (итого 10 – 20 Вт). Отдельные диоды приходится охлаждать, как и мост Ларионова. Разумеется, неплохо применить в этом случае типичное для импульсных блоков питания решения: поставить диод Шоттки. Но и без этого отмечается, что на реле падает больше – от 1,5 до 2 В (если контакты чистые).
  2. В качестве чувствительного элемента используется делитель из резистора и стабилитрона, задающих режим транзисторного ключа. Это стабилизатор параллельного типа, главным недостатком становится постоянная трата энергии. Через делитель потечёт ток от начала и до конца работы генератора, причём величина не соответствует току отпирания базы транзистора. Зато цепь отличается изумительной простотой. Следует отметить, что падение напряжения на транзисторном ключе немалое, и он потребует принудительного охлаждения, к примеру, радиатора.

Очевидно, что ограничитель максимального тока может работать по схеме регулятора напряжения. Аналогичный делитель задаст режим работы транзисторного ключа, определяющего режим питания обмотки возбуждения. Часто используются простые диоды, через которые пропускают ток нагрузки. Рабочая точка транзистора выбирается так, что при превышении током значения 18 – 20 А и увеличении падения напряжения на диодах до 1,5 – 2 В (вдоль вольт-амперной характеристики) соответствующий резистивный делитель. Транзистор управляет прочими силовыми ключами, напрямую ограничивающими ток питания обмотки возбуждения генератора. Описанная схема не защищает от короткого замыкания, но положительно отрабатывает увеличение оборотов двигателя.

При параллельном соединении двух и более диодов ток через каждый в отдельности уменьшается, снижая и падение напряжения. Порой это выгодно. И не все настолько плохо с дифференциальным сопротивлением диодов. Иногда значительное падение на кремниевых диодах удаётся использовать одновременно для ограничения максимального тока (вместо сопротивлений). За применение указанного материала говорит более высокая допустимая температура. Кремний выдерживает нагрев до 150 градусов Цельсия. Кстати, с повышением температуры падает сопротивление диодов.

Для термокомпенсации стабилизатора допускается использовать последовательное встречное включение двух стабилитронов. В этом случае температурные коэффициенты противоположны по знаку и равны. В довершение отметим, что часто щелкающие реле применяются в автомобильной сети не случайно. Это требуется, чтобы глаз не замечал мерцания от переключения. Следовательно, частота не ниже 25 Гц. А учитывая сглаживание за счёт наличия индукции обмотки эффект бабочки становится незначительным.

Надеемся, что полученная информация по регуляторам напряжения оказалась полезной и интересной. Полагаем также, что перечень приведённых средств далеко не полный. Не рассказали про использование терморезисторов и варисторов, но любое знание ограничено, и лишь незнание безгранично.

Источник

5 самых популярных схем регуляторов напряжения (РН) 0-220 вольт своими руками

8 основных схем регуляторов своими руками. Топ-6 марок регуляторов из Китая. 2 схемы. 4 Самых задаваемых вопроса про регуляторы напряжения.+ ТЕСТ для самоконтроля

Регулятор напряжения – это специализированный электротехнический прибор, предназначенный для плавного изменения или настройки напряжения, питающего электрическое устройство.

Читайте также:  Регулятор напряжения генератора chevrolet lanos

Фото 3

Регулятор напряжения

Фото 2

Важно помнить! Приборы этого типа предназначены для изменения и настройки питающего напряжения, а не тока. Ток регулируется полезной нагрузкой!

4 вопроса по теме регуляторов напряжения

  1. Для чего нужен регулятор:

а) Изменение напряжения на выходе из прибора.

б) Разрывание цепи электрического тока

  1. От чего зависит мощность регулятора:

а) От входного источника тока и от исполнительного органа

б) От размеров потребителя

  1. Основные детали прибора, собираемые своими руками:

а) Стабилитрон и диод

б) Симистор и тиристор

  1. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт:

а) Питать стабилизированным напряжением микросхемы

б) Ограничивать токопотребление электрических ламп

Ответы.

2 Самые распространенные схемы РН 0-220 вольт своими руками

Схема №1.

Самый простой и удобный в эксплуатации регулятор напряжения — это регулятор на тиристорах, включенных встречно. Это создаст выходной сигнал синусоидального вида требуемой величины.

СНиП 3.05.06-85

СНиП 3.05.06-85

Входное напряжение величиной до 220в, через предохранитель поступает на нагрузку, а по второму проводнику, через кнопку включения синусоидальная полуволна попадает на катод и анод тиристоров VS1 и VS2. А через переменный резистор R2 производится регулировка выходного сигнала. Два диода VD1 и VD2, оставляют после себя только положительную полуволну, поступающую на управляющий электрод одного из тиристоров, что приводит к его открытию.

Важно! Чем выше токовый сигнал на ключе тиристора, тем сильнее он откроется, то есть тем больший ток сможет пропустить через себя.

Для контроля входного питания предусмотрена индикаторная лампочка, а для настройки выходного – вольтметр.

Схема №2.

Отличительная особенность этой схемы — замена двух тиристоров одним симистором. Это упрощает схему, делает ее компактней и проще в изготовлении.

СНиП 3.05.06-85

СНиП 3.05.06-85

В схеме, также присутствует предохранитель и кнопка включения, и регулировочный резистор R3, а управляет он базой симистора, это один из немногих полупроводниковых приборов с возможностью работать с переменным током. Ток, проходя через резистор R3, приобретает определенное значение, оно и будет управлять степенью открытия симистора. После этого оно выпрямляется на диодном мосту VD1 и через ограничивающий резистор попадает на ключевой электрод симистора VS2. Остальные элементы схемы, такие как конденсаторы С1,С2,С3 и С4 служат для гашения пульсаций входного сигнала и его фильтрации от посторонних шумов и частот нерегламентированной частоты.

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

  1. Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
  2. Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
  3. При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.

3 Основных момента при изготовлении мощного РН и тока своими руками

Прибор управляет нагрузкой до 3000 ватт. Построен он на использовании мощного симистора, а затвором или ключом его управляет динистор.

Динистор – это тоже, что и симистор, только без управляющего вывода. Если симистор открывается и начинает пропускать через себя ток, когда на его базе возникает управляющее напряжение и остается открытым пока оно не пропадет, то динистор откроется, если между его анодом и катодом появится разность потенциалов выше барьера открытия. Он будет оставаться незапертым, пока между электродами не упадет ток ниже уровня запирания.

СНиП 3.05.06-85

СНиП 3.05.06-85

Как только на управляющий электрод попадет положительный потенциал, он откроется и пропустит переменный ток, и чем сильнее будет этот сигнал, тем выше будет напряжение между его выводами, а значит и на нагрузке. Что бы регулировать степень открытия используется цепь развязки, состоящая из динистора VS1 и резисторов R3 и R4. Эта цепь устанавливает предельный ток на ключе симистора, а конденсаторы сглаживают пульсации на входном сигнале.

2 основных принципа при изготовлении РН 0-5 вольт

  1. Для преобразования входного высокого потенциала в низкий постоянный используют специальные микросхемы серии LM.
  2. Питание микросхем производится только постоянным током.

Рассмотрим эти принципы подробнее и разберем типовую схему регулятора.

Микросхемы серии LM предназначены для понижения высокого постоянного напряжения до низких значений. Для этого в корпусе прибора имеется 3 вывода:

  • Первый вывод – входной сигнал.
  • Второй вывод – выходной сигнал.
  • Третий вывод – управляющий электрод.
Читайте также:  Киа рио 3 реле регулятора напряжения

Принцип работы прибора очень прост – входное высокое напряжение положительной величины, поступает на входной выход и затем преобразуется внутри микросхемы. Степень трансформации будет зависеть от силы и величины сигнала на управляющей «ножке». В соответствии с задающим импульсом на выходе будет создаваться положительное напряжение от 0 вольт до предельного для данной серии.

СНиП 3.05.06-85

СНиП 3.05.06-85

Входное напряжение, величиной не выше 28 вольт и обязательно выпрямленное подается на схему. Взять его можно с вторичной обмотки силового трансформатора или с регулятора, работающего с высоким напряжением. После этого положительный потенциал поступает на вывод микросхемы 3. Конденсатор С1 сглаживает пульсацию входного сигнала. Переменный резистор R1 величиной 5000 ом задает выходной сигнал. Чем выше ток, который он пропускает через себя, тем выше больше открывается микросхема. Выходное напряжение 0-5 вольт снимается с выхода 2 и через сглаживающий конденсатор С2 попадает на нагрузку. Чем выше емкость конденсатор, тем ровнее оно на выходе.

Регулятор напряжения 0 — 220в

Топ 4 стабилизирующие микросхемы 0-5 вольт:

  1. КР1157 – отечественная микросхема, с пределом по входному сигналу до 25 вольт и током нагрузки не выше 0.1 ампер.
  2. 142ЕН5А – микросхема с максимальным выходным током 3 ампера, на вход подается не выше 15 вольт.
  3. TS7805CZ – прибор с допустимыми токами до 1.5 ампер и повышенным входным напряжением до 40 вольт.
  4. L4960 – импульсная микросхема с максимальным током нагрузки до 2.5 А. Входной вольтаж не должен превышать 40 вольт.

РН на 2 транзисторах

Данный вид применяется в схемах особо мощных регуляторов. В этом случае ток на нагрузку также передается через симистор, но управление ключевым выводом происходит через каскад транзисторов. Это реализуется так: переменным резистором регулируется ток, который поступает на базу первого маломощного транзистора, а тот через коллектор-эмиторный переход управляет базой второго мощного транзистора и уже он открывает и закрывает симистор. Это реализует принцип очень плавного управления огромными токами на нагрузке.

СНиП 3.05.06-85

СНиП 3.05.06-85

Ответы на 4 самых частых вопроса по регуляторам:

  1. Какое допустимое отклонение выходного напряжения? Для заводских приборов крупных фирм, отклонение не будет превышать +-5%
  2. От чего зависит мощность регулятора? Выходная мощность напрямую зависит от источника питания и от симистора, который коммутирует цепь.
  3. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт? Эти приборы чаще всего используют для питания микросхем и различных монтажных плат.
  4. Зачем нужен бытовой регулятор 0-220 вольт? Они применяются для плавного включения и выключения бытовых электроприборов.

4 Схемы РН своими руками и схема подключения

Коротко рассмотрим каждую из схем, особенности, преимущества.

Схема 1.

Очень простая схема для подключения и плавной регулировки паяльника. Используется, чтобы предотвратить разгорание и перегрев жала паяльника. В схеме используется мощный симистор, которым управляет цепочка тиристор-переменный резистор.

Схема 2.

Схема основанная на использовании микросхемы фазового регулирования типа 1182ПМ1. Она управляет степенью открытия симистора, который управляет нагрузкой. Применяются для плавного регулирования степени светимости лампочек накаливания.

Схема 3.

Простейшая схема регулирования накалом жала паяльника. Выполнена по очень компактной схеме с использованием легкодоступных компонентов. Управляет нагрузкой один тиристор, степень включения которого регулирует переменный резистор. Также присутствует диод, для защиты от обратного напряжения.

СНиП 3.05.06-85

СНиП 3.05.06-85

Схема 4.

Схема, предназначенная для управления уровнем освещения в комнате. Может регулировать степень накала лампочки. Выполнена на основе одного тиристора, который управляется диммером. Поворотом ручки резистора, изменяется воздействие на ключевой вывод тиристора, что изменяет его пропускную способность по электрическому току.

СНиП 3.05.06-85

СНиП 3.05.06-85

Китайский РН на 220 вольт

В наше время товары из Китая стали довольно популярной темой, от общей тенденции не отстают и китайские регуляторы напряжения. Рассмотрим самые популярные китайские модели и сравним их основные характеристики.

Название Мощность Напряжение стабилизации Цена Вес Стоимость одного ватта
Module ME 4000 Вт 0-220 В 6.68$ 167 г 0.167$
SCR Регулятор 10 000 Вт 0-220 В 12.42$ 254 г 0.124$
SCR Регулятор II 5 000 Вт 0-220 В 9.76$ 187 г 0.195$
WayGat 4 4 000 Вт 0-220 В 4.68$ 122 г 0.097$
Cnikesin 6 000 Вт 0-220 В 11.07$ 155 г 0.185$
Great Wall 2 000 Вт 0-220 В 1.59$ 87 г 0.080$

Существует возможность выбрать любой регулятор именно под свои требования и необходимости. В среднем один ватт полезной мощности стоит менее 20 центов, и это очень выгодная цена. Но все же, стоит обращать внимание на качество деталей и сборки, для товаров из Китая она по-прежнему остается очень низким.

Источник