Переменного стабилизатор напряжения схема: схема + инструктаж по сборке

Содержание

Симисторно-трансформаторный стабилизатор переменного напряжения — RadioRadar

В сельской местности, а иногда и в городах нередко случаются значительные понижения сетевого напряжения относительно номинального 230 В. Зачастую это приводит к отказам холодильников. Существенно падает эффективность работы с электроинструментом, тускнеет освещение. Для стабилизации напряжения сети при сохранении его формы автор в своё время применил релейно-трансформаторный стабилизатор [1], но от многолетней эксплуатации износились контакты установленных в нём реле. Было решено переработать стабилизатор, заменив электромагнитные реле симисторными ключами. Нагрузочная способность предлагаемого стабилизатора — 1840 В·А.

Прежде всего, рассмотрим возможные схемы стабилизаторов переменного напряжения на базе автотрансформатора. В устройстве по схеме, изображённой на рис. 1,а, компенсируют снижение сетевого напряжения (недопустимое превышение номинала наблюдается крайне редко), постепенно переводя вниз по схеме подвижный контакт переключателя SA1. При этом напряжение на каждой из обмоток автотрансформатора и на выходе стабилизатора приблизительно сохраняется, колеблясь в ограниченных пределах. В стабилизаторе, собранном по схеме рис. 1 ,б, сетевое напряжение постоянно подают на один из отводов обмотки автотрансформатора, а по мере снижения напряжения в сети подвижный контакт переключателя SA1 переводят вверх.

Рис. 1. Возможные схемы стабилизаторов переменного напряжения на базе автотрансформатора

 

Рассмотрим основные особенности приведённых вариантов.

В устройстве по схеме, изображённой на рис. 1,а, стабилизировано напряжение на каждой из секций обмотки, что позволяет использовать её секции II-IV в качестве стабильных источников сравнительно небольшого переменного напряжения, например, для питания низковольтных электроинструментов. Переключение отводов автотрансформатора (в реальной конструкции с помощью реле или симисторов) всегда, даже при работе стабилизатора на холостом ходу, происходит под индуктивной или активно-индуктивной нагрузкой, что неблагоприятно для коммутирующих устройств.

В устройстве по схеме рис. 1 ,б напряжение на секциях обмотки не стабилизировано. При отсутствии нагрузки, а это основная ситуация при работе на холодильник, переключение происходит в режиме холостого хода, износ контактов реле чисто механический.

Критерием выбора для автора послужило последнее различие между вариантами.

Отметим, что оба рассмотренных варианта станут пригодными и для компенсации повышения напряжения в сети, если выходной (на рис. 1,а) или входной (на рис. 1 ,б) провод перенести на другой отвод обмотки автотрансформатора. В своей практике автор столкнулся с вариантом стабилизатора, схема которого показана на рис. 1,в. При напряжении в сети меньше или равном номинальному он работает так же, как и в варианте на рис. 1 ,а. При превышении напряжением в сети номинального значения подвижный контакт переключателя SA1 фиксируют в верхнем по схеме положении, а переключатель SA2 переводят в положение 2.

Примем за основу схему, изображённую на рис. 1,б, и определим порядок расчёта коэффициентов трансформации для различных положений движка переключателя SA1. Зададим пределы изменения входного напряжения и допустимые колебания выходного. По результатам наблюдений на даче, для которой строился описываемый стабилизатор, напряжение в сети иногда опускалось до 150 В. Такому входному напряжению должно соответствовать выходное напряжение 200 В, при котором ещё работают все бытовые электроприборы. Поэтому коэффициент повышения напряжения при переключателе SA1 в положении 1 должен быть равен 200/150 = 1,33. Здесь и далее я умышленно не применяю термин «коэффициент трансформации», поскольку под ним понимают отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной. В данном случае логичнее использовать обратную величину — коэффициент повышения напряжения. 

Число отводов от обмотки автотрансформатора зависит от необходимой точности поддержания выходного напряжения. В результате нескольких пробных расчётов сделан вывод, что для сохранения его в пределах 210…240 В достаточно четырёх ступеней, в числе которых и прямое соединение нагрузки с сетью. Понижение напряжения в сети до 150 В при этом рассматривается, как аварийный случай, при котором напряжение на нагрузке падает до 200 В.

Можно показать, что для получения одинаковых пределов изменения выходного напряжения в каждом положении переключателя SA1 значения коэффициентов повышения в этих положениях должны представлять собой геометрическую прогрессию. Поэтому, если в положении 1 коэффициент повышения равен 1,33, он должен быть равным 1,1 в положении 3 и 1,21 — в положении 2. В положении 4 напряжение на выход поступает непосредственно из сети и коэффициент равен 1.

Построим график зависимости выходного напряжения от входного. Для этого на листе миллиметровки размерами не менее 250×250 мм начертим координатные оси в масштабе 1 мм/В и проведём из начала координат четыре прямые с тангенсами угла наклона 1; 1,1; 1,21 и 1,33. Выделим участки этих прямых, находящиеся между горизонталями, соответствующими выходному напряжению210 и 240 В. Из точек пересечения линий с наклоном 1,33, 1,21 и 1,1с горизонталью 240 В опустим вертикальные прямые до пересечения с ближайшими линиями с наклоном 1,21, 1,1 и 1. От точек пересечения этих наклонных линий с горизонталью 210 В проведём вверх аналогичные прямые.

На рис. 2 приведён фрагмент полученного рисунка. При входном напряжении более 220 В переключатель SA1 находится в положении 4, и выходное напряжение поступает на выход без изменения. При снижении напряжения сети до 210 В переключатель устанавливается в положение 3, коэффициент передачи возрастает до 1,1, а выходное напряжение скачком увеличивается до 231 В. При дальнейшем снижении напряжения сети примерно до 191 В выходное уменьшится до 210 В, переключатель будет установлен в положение 2, выходное напряжение вновь поднимется до 231 В. Аналогичный процесс произойдёт и при снижении входного напряжения до 173 В. При его снижении до 150 В выходное напряжение, как было сказано выше, опустится до 200 В.

Рис. 2. График зависимости выходного напряжения от входного

При повышении входного напряжения переключение происходит при достижении входным напряжением значений 180, 198 и 218 В, при этом выходное каждый раз снижается скачком от 240 до 218 В. Таким образом, при изменении сетевого напряжения от 158 до 240 В выходное поддерживается в пределах от 210 до 240 В.

Чтобы при колебаниях напряжения в сети около порогов переключения скачки не происходили слишком часто, необходим гистерезис. Описанный алгоритм переключения отводов обмотки обеспечивает его в достаточной мере. Нетрудно видеть, что при сохранении числа ступеней даже небольшое повышение точности поддержания выходного напряжения за счёт сужения петель гистерезиса приведёт к существенному уменьшению их ширины, что недопустимо. Поэтому для достижения большей точности необходимо увеличивать число ступеней изменения коэффициента. Отметим также, что рассуждения по выбору его значений справедливы и для устройств по схемам рис. 1,а и рис. 1 ,в.

Принципиальная схема стабилизатора изображена на рис. 3 , а схема его блока управления — на рис. 4. Автотрансформатор составлен из трёх одинаковых трансформаторов T1-T3 — ТПП319-127/220-50 [2], первичные обмотки которых соединены параллельно, а последовательное соединение вторичных обмоток обеспечивает требуемые коэффициенты повышения напряжения.

Рис. 3. Принципиальная схема стабилизатора

 

Рис. 4. Схема блока упраления стабилизатора

 

При установке переключателя SA1 (см. рис. 3) в положение «Обход» входное напряжение поступает прямо на выход, и никакие узлы устройства, кроме вольтметра PV1 и помехоподавляющей цепи R2C2, энергии от сети не потребляют. Этот режим соответствует отсутствию стабилизации выходного напряжения. В среднем положении переключателя SA1 все его контакты разомкнуты, поэтому напряжение на выход не поступает.

При установке переключателя SA1 в положение «Стаб.» начинает работать блок управления, получающий питание от трансформатора T4 — ТА1-127/220-50 [2]. Напряжение с двух его обмоток по 6 В, соединённых последовательно, выпрямляет мост VD2 и стабилизирует на уровне 5 В интегральный стабилизатор DA2. Из выходного напряжения стабилизатора резистивный делитель R7-R11 формирует образцовые напряжения для компараторов DA1.2-DA1.4, поступающие на их неинвертирующие входы. Для упрощения расчётов они приняты равными 1/100 напряжений, соответствующих серединам петель гистерезиса на рис. 2 — 2,14, 1,95 и 1,77 В.

Постоянное напряжение, пропорциональное входному, формирует из поступающего с обмотки 11-12 трансформатора T4 выпрямительный мост VD1. Его сглаживает конденсатор C3. На инвертирующие входы всех компараторов поступает часть этого напряжения, определяемая делителем R5R6R15.

Логику работы устройства в целом иллюстрирует таблица. При сетевом напряжении более 218 В значения напряжения на инвертирующих входах всех компараторов выше, чем на неинвертирующих, а на их выходах установлен низкий логический уровень напряжения. Сигнал с выхода компаратора DA1.2 инвертирует элемент DD1.1 и ещё раз инвертирует элемент DD2.1. Через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 он включает светодиод HL1 и одновременно поступает на излучающий диод оптрона U1. Открывается симистор VS1, напряжение сети поступает на выход стабилизатора.

Таблица

Uвx,B

Уровни (Н — высокий, L — низкий) на выходах элементов

Коэффициент повышения

Включён светодиод

Открыт симистор

DA1.2

DA1.3

DA1.4

DD1.1

DD1.2

DD1.3

DD1.3

>218

L

L

L

Н

L

L

L

1

HL1

VS1

198…210

H

L

L

L

Н

L

L

1,1

HL2

VS2

180…191

H

Н

L

L

L

Н

L

1,21

HL3

VS3

<173

Н

Н

Н

L

L

L

Н

1,33

HL4

VS4

 

При снижении сетевого напряжения на выходах компараторов DA1.3 и DA1.4 один за другим устанавливаются высокие логические уровни. Выходные сигналы всех компараторов, превращённые простейшим логическим узлом на элементах «Исключающее ИЛИ» DD1.1-DD1.4 в позиционный код, через эмиттерные повторители на транзисторах VT2-VT4 включают излучающие диоды симисторных оптронов U2-U4. Оптроны, в свою очередь, включают соответственно симисторы VS2-VS4, и выходное напряжение остаётся в заданных пределах. С повышением напряжения в сети описанные процессы происходят в обратном порядке.

Между выходами элементов микросхемы DD1 и входами триггеров Шмитта микросхемы DD2 установлены RC-цепи, обеспечивающие задержку открывания очередного симистора относительно момента прекращения сигнала, разрешавшего открывание предыдущего. Это необходимо для предотвращения состояний, в которых одновременно открыты два симистора. Диоды VD4-VD7, включённые параллельно резисторам этих цепей, обеспечивают быстрое снятие разрешающего сигнала с симисторного оптрона в выключаемом канале. Длительность задержки открывания фотодинисторов оптронов U1-U4, которая должна гарантировано превышать половину периода напряжения сети, можно рассчитать по формуле

t3 ≈ R·C·ln(Uпит/(Uпит — Uпор)) = 330·0,047·ln(5/(5 — 3,3)) = 16,7 мс,

где R — сопротивление резистора цепи задержки, кОм; С — ёмкость конденсатора этой цепи, мкФ; Uпит=5 В — напряжение питания; Uпор = 3,3 В — типовое пороговое напряжение триггера Шмитта микросхемы HCF4093B при повышении входного напряжения на объединённых входах. Согласно паспортным данным этой микросхемы, допускается его разброс на ±0,7 В, поэтому при указанных номиналах резисторов и конденсаторов задержка может находиться в пределах от 12 до 24 мс. Если предположить, что реальный разброс вдвое меньше, задержка будет находиться в пределах от 14 до 20 мс, что уже более приемлемо, но требует контроля при налаживании устройства.

Чтобы исключить одновременное включение нескольких симисторов при переходных процессах, следующих за моментом подачи напряжения сети, введён узел задержки на детекторе понижения напряжения DA3. В момент подачи сетевого напряжения конденсатор C10 разряжен, за счёт диода VD3 транзистор VT5 закрыт и напряжение на его эмиттере близко к нулю. Излучающие диоды оптронов U1-U4 выключены.

По достижении напряжением на конденсаторе C10 значения около 1 В начинает работать микросхема DA3, её выходной транзистор открывается, напряжение на выходе становится равным нулю. Оно сохраняется таким до достижения напряжением на конденсаторе C10 значения 4,2 В, на что уходит около 200 мс, которых достаточно для завершения переходных процессов. В этот момент выходной транзистор микросхемы DA3 будет закрыт, а напряжение на базе и эмиттере транзистора VT5 скачком увеличится до близкого к напряжению питания. Оптроны заработают, будет открыт нужный симистор.

Во время сварочных работ в сети возникают сильные колебания напряжения, которые приводят, если не принять специальных мер, к очень частым переключениям симисторов. Для борьбы с этим явлением постоянная времени разрядки конденсатора C3 выбрана довольно большой — около 8 с. В результате при резком снижении входного напряжения переход на следующую ступень происходит примерно через 1 с, а кратковременные провалы во входном напряжении переключений не вызывают. В то же время постоянная времени зарядки конденсатора C3 невелика, и с повышением напряжения сети переключение произойдёт практически мгновенно. Такой способ «борьбы со сваркой» значительно проще применённого в [3] и эффективнее его, поскольку стабилизатор не выключается полностью, а продолжает реагировать на повышение напряжения в сети.

На схеме стабилизатора (см. рис. 3) показано также подключение к обмоткам контактов разъёма XS1, что позволяет использовать его для питания различных низковольтных потребителей. Вторичные обмотки трансформаторов ТПП319-127/220-50 рассчитаны на ток 8 А, чем и определяется указанная во врезке к статье предельная мощность нагрузки стабилизатора. Однако следует отметить, что она зависит и от свойств переключателя SA1, который должен позволять коммутировать указанный ток.

Автотрансформатор для стабилизатора можно изготовить самостоятельно, взяв за основу один или несколько трансформаторов питания от ламповых телевизоров [4-6]. Такие трансформаторы имеют обозначения, состоящие из букв ТС, дефиса и числа, соответствующего его мощности в ваттах.

Такой трансформатор после перемотки вторичных обмоток сможет обеспечить выходной ток стабилизатора, равный частному от деления его мощности на суммарное напряжение всех необходимых вторичных обмоток (23 + 25,3 + 27,6 » 76 В). А по выходному току можно определить максимальную мощность нагрузки стабилизатора.

Например, при использовании двух трансформаторов ТС-200 суммарной мощностью 400 Вт допустим выходной ток до 400/76 = 5,26 А, а максимальная мощность нагрузки (при выходном напряжении, равном номинальному в сети) — 230×5,26 = 1210 Вт. Таким образом, предельная мощность нагрузки стабилизатора в три раза превысит суммарную мощность использованных трансформаторов.

Имеющиеся на трансформаторах вторичные обмотки следует аккуратно смотать (они обычно намотаны поверх половин первичной), подсчитав при этом число витков накальной обмотки Nm намотанной самым толстым проводом. Напряжение этой обмотки под нагрузкой — 6,3 В, поэтому для вторичной обмотки на напряжение U число витков Nu можнонайти по формуле 

NU = Nн·U/6,3.

Если магнитопровод трансформатора П-образный (как у трансформатора ТС-200-2), каждую секцию вторичной обмотки следует разделить на две равные части, намотать их на разных кернах магнитопровода трансформатора и соединить половины последовательно согласно. При противофазном соединении суммарное напряжение будет равно нулю, и нужно будет поменять местами выводы любой из половин.

При трёх трансформаторах можно для упрощения намотать на каждом по одной из вторичных обмоток. Если предполагается использовать трансформаторы разной мощности, на наименее мощном из них следует намотать обмотку с наименьшим напряжением, а на наиболее мощном — с наибольшим.

Половины первичных обмоток (на разных кернах) также следует соединить согласно. Обязательно первый раз включайте изготовленный трансформатор в сеть через плавкую вставку. При неправильном соединении половин первичной обмотки она спасёт от возможного пожара.

Диаметр провода вторичных обмоток d в миллиметрах (без изоляции) можно найти по формуле 

d = 0,7·√I,

где I — ток вторичной обмотки, А.

Наиболее прочная изоляция у обмоточного провода ПЭВ-2, удобен также провод в шёлковой изоляции ПЭЛШО. Наматывают обмотку аккуратно, виток к витку, слои изолируют между собой прокладками из писчей бумаги. После намотки нужно собрать магнитопровод так, как он был собран ранее, и тщательно его стянуть винтами или обоймой — это уменьшит гудение.

Большинство элементов стабилизатора смонтированы на печатной плате размерами 120×85 мм, чертёж которой и схема расположения элементов на ней приведены на рис. 5. Все отверстия в плате расположены по сетке 2,5×2,5 мм. Для подключения внешних по отношению к плате цепей в неё впаяны контактные штыри от разъёмов серии 2РМ. Диаметр штырей — 1,5 мм для цепей симисторов и 1 мм — для остальных. К присоединяемым к ним проводам припаяны гнёзда от таких же разъёмов. Цвет проводов соответствует указанному на схемах рис. 3 и рис. 4, а контактные штыри для них промаркированы надетыми отрезками термоусаживаемой трубки соответствующего цвета.

Рис. 5. Чертёж печатной платы и схема расположения элементов на ней

 

На плате установлены импортные оксидные конденсаторы — аналоги К50-35. Конденсаторы C15-C18 (а также C1 и C2 на рис. 3) — металлоплёночные К73-17. Конденсаторы C11 — C14 нежелательно применять керамические, особенно если предполагается пользоваться стабилизатором при минусовой температуре. Здесь также подойдут конденсаторы К73-17, которые значительно термостабильнее керамических конденсаторов равной ёмкости.

Микросхему HCF4093BEY можно заменить другой 4093, 4093B в корпусе DIP14 или микросхемой К561ТЛ1, а счетверённый ОУ LM324N — на К1446УД3 или К1401УД2. В последнем случае нужно иметь в виду, что выводы питания микросхемы К1401УД2 расположены зеркально по отношению к микросхеме LM324N. Поэтому при установке на плату микросхемы К1401УД2 следует развернуть на 180о, не меняя рисунка печатных проводников. При использовании микросхемы К1446УД3 сопротивление резисторов R12-R14 следует уменьшить приблизительно на 20 % для сохранения ширины петель гистерезиса. Дело в том, что ОУ микросхемы К1446УД3 относятся к классу rail-to-rail, где максимальный и минимальный уровни выходного напряжения равны потенциалам соответственно плюсового и минусового выводов питания. В результате размах выходного напряжения несколько больше, чем у ОУ микросхем LM324N и К1401УД2.

Детектор понижения напряжения КР1171СП42 можно заменить на МСР100-450, МСР100-460 или МСР100-475 [7]. Вместо транзистора КТ3102ГМ допустимо установить КТ3102ЕМ. Выпрямительные мосты VD1, VD2, диоды VD3-VD7 — любые кремниевые малогабаритные. Резисторы R12-R18 следует использовать с допуском не хуже ±5 %.

Интересно, что в рассматриваемой конструкции набор элементов «Исключающее ИЛИ» К561ЛП2 можно заменить дешифратором К561ИД1. Входы 1, 2, 4 дешифратора следует подключить к выходам компараторов, а выходы 0, 1, 3, 7 — к цепям задержки.

Симисторы BTA16-600BW заменять другими нежелательно. Индекс W в их обозначении означает, что эти симисто-ры допускают увеличенную скорость нарастания напряжения между основными электродами, не выходя из закрытого состояния. Кроме того, симисторы этой серии имеют полностью изолированный от всех электродов металлический теплоотводящий фланец, что позволяет устанавливать их на не изолированный от корпуса стабилизатора теплоотвод. Если же использовать симисторы, фланец которых соединён с электродом 2, следует изолировать их общий теплоотвод от корпуса стабилизатора.

Тринисторные оптроны МОС3043M заменяются аналогичными, имеющими встроенный узел, гарантирующий открывание симистора в момент перехода мгновенного значения приложенного к нему напряжения через ноль [8]. Если используемые оптроны открываются большим, чем 5 мА, током управления, необходимо обратно пропорционально требуемому току изменить сопротивление резисторов R29-R32.

Как показал опыт, установка демпфирующих RC-цепей (например, R41C15) требуется больше для оптронов, чем для симисторов. Рекомендации по выбору параметров этих цепей приведены в [8] и [9].

Цифровой вольтметр переменного напряжения PV1 — готовый импортный, приобретён в интернет-магазине. Измеряемое напряжение частотой 50 Гц — от 70 до 500 В, погрешность — ± 1 %, габариты — 48x22x29 мм.

Трансформатор Т4 можно исключить, если использовать вместо него, выпрямителя на диодном мосте VD2 и стабилизатора напряжения DA2 готовый стабилизированный преобразователь напряжения сети в постоянное 5 В. Здесь может подойти зарядное устройство для сотового телефона. Следует, однако, иметь в виду, что стабильность выходного напряжения зарядных устройств обычно невысока, а само оно незначительно превышает 5 В. Необходимо убедиться, что это напряжение практически не изменяется при подключении к выходу зарядного устройства резистора сопротивлением 50…100 Ом и при изменении напряжения в сети от 120 до 250 В. Если это не так, на выход зарядного устройства следует установить микросхемустабилизатор напряжения 5 В с низким падением напряжения между входом и выходом (так называемый low drop стабилизатор), например, LM2931Z-5.0 или КР1158ЕН5 с любым буквенным индексом.

При исключении трансформатора T4 вместо напряжения 28 В на мост VD1 нужно подать напряжение сети, а сопротивление резисторов R3, R5, R6 увеличить приблизительно в восемь раз. Конденсатор C3 установить ёмкостью 3,3 мкФ на напряжение 400 В. Следует иметь в виду, что в результате этих переделок все элементы стабилизатора будут находиться под напряжением сети.

Трансформаторы T1 -T3 закреплены между двумя металлическими поддонами размерами 387x177x20 мм от разобранных устройств ЕС ЭВМ. На переднем, согласно рис. 6, поддоне смонтированы переключатель SA1, вольтметр PV1, держатель предохранителя FU1, светодиоды HL1-HL4, две пары выходных гнёзд XS2, XS3 и 12-контактный разъём XS1 ШР32П12НГ3 для подключения низковольтных потребителей. На заднем поддоне закреплён трансформатор T4.

Рис. 6. Монтаж устойства

 

В качестве теплоотвода для симисторов использован алюминиевый брусок сечением 10×25 мм, служащий распоркой, соединяющей поддоны. По нему тепло от симисторов отводится на корпус. К этой же стойке и другой аналогичной прикреплена печатная плата. Выводы симисторов следует припаивать к контактным площадкам на печатной плате лишь после установки симис-торов на теплоотвод, к которому прикреплена и печатная плата.

При налаживании стабилизатора сначала следует подключить к сети только трансформатор T4 и установить на движках подстроечных резисторов R8-R10 напряжения соответственно 2,14; 1,95 и 1,77 В относительно общего провода, а на резисторе R15 — 1/100 текущего значения напряжения в сети. Используя лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), проверить порядок включения светодиодов HL1-HL4 в соответствии с приведённой ранее таблицей. Пороги переключения коэффициентов повышения напряжения должны соответствовать указанным при описании рис. 2. При необходимости можно поточнее отрегулировать подстроечными резисторами R8-R10 пороги переключения, а для изменения ширины петли гистерезиса какого-либо компаратора подобрать его входной резистор (R12-R14). Ширина этой петли прямо пропорциональна сопротивлению соответствующего резистора.

Целесообразно проверить исправность цепей задержки открывания симисторов (элементы R20-R23, C11 — C14, VD4-VD7), отключив мост VD1 от трансформатора T4 и подключив к точке соединения резисторов R6 и R15 цепь, схема которой приведена на рис. 7. При замкнутом выключателе SA2 напряжение на конденсаторе C19 плавно нарастает от нуля до 2,5 В, при разомкнутом — спадает до нуля. Следует проверить осциллографом со ждущей развёрткой наличие задержки спадающего перепада импульса на выходе каждого триггера Шмитта (DD2.1 — DD2.4) относительно нарастающего перепада импульса на выходе соответствующего элемента «Исключающее ИЛИ» (DD1.1-DD1.4). На осциллограмме рис. 8, где скорость развёртки 2 мс/дел., эта задержка равна 15,5 мс при допустимых пределах 14…20 мс.

Рис. 7. Схема цепи

 

Рис. 8. Осциллограмма

 

После этого можно восстановить подключение симисторов к трансформаторам (перед первым включением установив в цепь электрода 2 каждого симистора плавкую вставку на 5 А), подключить нагрузку мощностью 100…200 Вт и проверить показанную на рис. 2 зависимость выходного напряжения от входного. При эксплуатации стабилизатора можно оперативно регулировать подстроечным резистором R6 интервал изменения выходного напряжения, например, установить его 200…230 В.

Полезные советы по конструктивному оформлению стабилизатора, обеспечивающему его пожарную безопасность, можно найти в [3].

Как при налаживании, так и во время эксплуатации стабилизатора следует помнить, что при резком уменьшении напряжения в сети переключение стабилизатора происходит с весьма заметной задержкой — около секунды на каждую ступень.

Литература

1. Бирюков С. Релейно-трансформаторный стабилизатор переменного напряжения. — Схемотехника, 2003, № 7, с. 26-28.

2. Сидоров И. Н., Мукосеев В. В., Христинин А. А. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник. — М.: Радио и связь, 1985.

3. Майоров М. Стабилизатор сетевого напряжения для холодильника. — Схемотехника, 2002, № 2, с. 53-59.

4. Кузинец Л. М., Соколов В. С. Узлы телевизионных приёмников. — М.: Радио и связь, 1987.

5. Сидоров И. Н., Биннатов М. Ф., Васильев Е. А. Устройства электропитания бытовой РЭА. — М.: Радио и связь, 1991.

6. Сидоров И. Н., Скорняков С. В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1994.

7. Потапчук М. Супервизоры серии MCP10X фирмы Microchip. — Схемотехника, 2006, № 1, с. 10, 11.

8. MOC3031M, MOC3032M, MOC3033M, MOC3041M, MOC3042M, MOC3043M 6-Pin DIP Zero-Cross Optoisolators Triac Driver Output (250/400 Volt Peak). — URL: http://www. farnell.com/datasheets/1639837.pdf (12.12.17).

9. Николайчук О. Управление нагрузкой на переменном токе. — Схемотехника, 2003, № 4, с. 25, 26.

Автор:  С. Бирюков, г. Москва

Каталог радиолюбительских схем. Стабилизатор напряжения переменного тока

Каталог радиолюбительских схем. Стабилизатор напряжения переменного тока

Стабилизатор напряжения переменного тока

При питании радиоэлектронной аппаратуры от сети нередко приходится стабилизировать напряжение переменного тока.- Большую сложность при проектировании таких стабилизаторов представляет получение синусоидального выходного напряжения с малыми нелинейными искажениями.С точки зрения практической реализации этого требования, а также повышения быстродействия и коэффициента стабилизации наиболее предпочтительны стабилизаторы с транзисторным регулирующим элементом.

Структурная схема подобного стабилизатора напряжения переменного тока показана на рис. 1. Автотрансформатор Т1 повышает напряжение сети, а регулирующий элемент РЭ, включенный последовательно с нагрузкой, гасит излишек напряжения. Управляющий элемент УЭ, представляющий собой цепь отрицательной обратной связи, вырабатывает сигнал, несущий информацию об уровне выходного напряжения. Автотрансформатор позволяет получить более высокий КПД и cos j стабилизатора по сравнению с использованием в нем трансформатора.

Поскольку транзистор — прибор полярный, регулирующий элемент включен в диагональ выпрямительного диодного моста. Из-за нелинейности характеристик транзисторов и диодов форма напряжения и тока в нагрузке все же несколько отличается от правильной синусоиды — она имеет незначительное уплощение вершин.

В описываемом стабилизаторе (рис. 2) регулирующий элемент составлен из транзисторов VT1 и VT2, диодов VD2, VD3 и резисторов R1 — R4.

При изменении значения постоянного тока, протекающего через диагональ выпрямительного моста VDI, изменяется значение неременного тока, текущего через . секцию 1.1 обмотки автотрансформатора. В результате изменяется значение переменного напряжения на секции 1.2 обмотки. Такое включение регулирующего элемента уменьшает его влияние на форму синусоиды выходного напряжения.

Резисторы R1-R4, шунтирующие регулирующий элемент, уменьшают мощность, рассеиваемую транзисторами VT1, VT2.

Основные технические характеристики стабилизатора

Напряжение питающей сети, В220±22
Выходное напряжение переменного тока, В220
Мощность нагрузки, Вт130..220
Нестабильность выходного напряжения при указанных изменениях напряжения сети и мощности нагрузки, %, не более 0,5
Коэффициент нелинейных искажений, %, не более6

Трансформатор Т2 служит для питания усилителя постоянного тока и одновременно входит в цепь отрицательной обратной связи. Напряжение обмотки II, выпрямленное диодным мостом VD5, поступает на делитель R12—R14. При повышении напряжения сети или уменьшении тока нагрузки, подключенной к выходу стабилизатора, увеличивается напряжение на базе транзистора VT5, а значит, и его коллекторный ток. Примерно в той же мере уменьшается и ток коллектора транзистора VT4. Падение напряжения же на резисторе R10 остается практически неизменным, поскольку напряжение на базе транзистора VT4 стабилизировано. При этом напряжение на резисторе R9 увеличивается и ток, текущий через транзистор VT3, уменьшается.

Вследствие уменьшения напряжения на базе транзистора VT2 он начинает закрываться, напряжение на его коллекторе увеличивается. Это приводит к закрыванию и транзистора VT1, так как напряжение на его базе фиксировано делителем R1R2R3R4VD2R5. Диод VD3 исключает влияние делителя на базу транзистора VT2. В результате увеличения сопротивления транзисторов VT1, VT2 регулирующего элемента уменьшается постоянный ток в диагонали выпрямительного моста VD1 и, следовательно переменный ток в секции 1.1 обмотки автотрансформатора Т1, что эквивалентно увеличению падения напряжения на секции 1.2. Поэтому выходное напряжение сохраняет свое первоначальное значение.

При минимальном значении напряжения сети или увеличении тока нагрузки ток через транзистор VT13 увеличивается и транзисторы VTI и VT2, наоборот, еще более открываются. Диод VD2 в этом случае закрывается напряжением с резистора R7. Диод VD3 обеспечивает полное открывание транзистора VT1.

Транзистор VT6, резистор RU и конденсатор С2 образуют электронный фильтр, задерживающий подачу напряжения питания на усилитель постоянного тока. Задержка необходима для устранения броска выходного напряжения в момент включения стабилизатора.

Ограничение минимальной мощности нагрузки значением 130 Вт обусловлено тем, что при меньшей мощности и сетевом напряжении более 220…225 В выходное напряжение повышается сверх установленного допуска из-за уменьшения падения напряжения на индуктивном сопротивлении секции 1.2 сетевого трансформатора.

Внешний вид описываемого стабилизатора показан в заголовке статьи, а его конструкция и графики, характеризующие его основные параметры,— показаны ниже.

Выпрямитель КЦ405А (VD1) можно заменить четырьмя диодами с обратным напряжением не менее 600 В и выпрямленным током 1 А; КД906А (VD5) — диодами с прямым током не менее 30 мА: транзисторы КТ809А (VT1, VT2) — аналогичными им мощными, например, КТ812А, КТ812Б. Транзисторы VT3 и VT6 могут быть любыми маломощными соответствующей структуры.

Резисторы Rl—R4 (С5-5-10 Вт) смонтированы на отдельной плате, которая размещена под выключателем SB 1. Подстроечный резистор R13 может быть любого типа. Конденсаторы С2 и СЗ — К50-6, С1 — КМ-6, выключатель питания SB1 — ПК.Н-41.

Мощность, рассеиваемая каждым из транзисторов VT1.VT2, равна 8 Вт, поэтому они установлены на отдельные теплоотводы с площадью поверхности по 500 см2.

Габаритная мощность автотрансформатора Т1 — около 220 Вт. Можно использовать автотрансформатор от магнитофона “Маяк-202” (магнитопровод ШЛ20Х20, секция 1.1 обмотки содержит 1364 витка провода ПЭВ-2 0,31, секция 1.2 — 193 витка провода ПЭВ-2 0,63).

Трансформатор Т2 выполнен на магнитопроводе ШЛ16Х16. Обмотка I содержит 2560 витков провода ПЭВ-2 0,1, обмотка II — 350 витков провода ПЭВ-2 0,2 с отводом от 70-го витка (для питания индикаторной лампы HL1).

Кожух стабилизатора лучше всего изготовить из изоляционного материала. В панелях кожуха надо предусмотреть вентиляционные отверстия. Если кожух металлический, необходимо позаботиться о надежной изоляции от него всех токоведущих деталей и проводов.

При налаживании сначала подборкой резистора R11 устанавливают напряжение 12 В на эмиттере транзистора VT6 (общим проводом устройства служит отрицательный вывод диодного моста VD5). При этом на базе транзистора VT4 должно установиться напряжение около 8 В.

К выходу стабилизатора подключают нагрузку. Ею может служить лампа накаливания мощностью 150…200 Вт. С лабораторного автотрансформатора РНО-250 на вход стабилизатора подают напряжение 220 В и резистором R13 устанавливают на выходе номинальное сетевое напряжение 220 В. Падение напряжения на каждом из транзисторов регулирующего элемента должно быть 80… 100 В. При изменении входного напряжения на +22 В напряжение на выходе стабилизатора должно оставаться практически неизменным. Отсутствие стабилизации свидетельствует об ошибке в монтаже или неисправности той или иной детали.

Возбуждение стабилизатора устраняют подборкой конденсатора С1.

Мощность стабилизатора можно увеличить до 450 Вт, если его регулирующий элемент смонтировать по схеме, показанной на рис. 3.

Для этого случая автотрансформатор Т1 нужно выполнить на магнитопроводе ШЛ20Х Х25. Секция 1.1 обмотки должна содержать 1300 витков провода ПЭВ-2 0,36, секция 1.2 — 180 витков провода ПЭВ-2 0,9.

Наиболее важные преимущества описанного стабилизатора по сравнению с феррорезонансным — малые нелинейные искажения выходного напряжения и почти полное отсутствие магнитного поля, отрицательно влияющего на работу цветных телевизоров.

г. Брянск

Ю. ЖУРАВЛЕВ

РАДИО № 6, 1986 г., с. 57-58





Схема высоковольтного стабилизатора напряжения — РАДИОСХЕМЫ

В настоящее время существуют интегральные микросхемы, применяя которые можно создавать высоковольтные стабилизаторы напряжения компенсационного типа на выходное напряжение от 70 до 140 В. Это микросхемы типов SE070N, SE080N, SE090N, SE105N, SE110N, SE120N, SE125N, SE130N, SE135N, SE140N — они предназначены для контроля и регулировки напряжения постоянного тока. На рисунке показан один из возможных вариантов линейного стабилизатора на выходное напряжение 115 В постоянного тока. Источником напряжения для стабилизатора служит сеть переменного тока 220 В. В других конструкциях источником напряжения может быть, например, вторичная обмотка силового трансформатора, выход выпрямителя преобразователя напряжения. Стабилизатор выполнен на интегральной микросхеме SE115N, представляющей собой детектор напряжения на 115 В. Контролируемое напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход DA1 — вывод 1.

 

Если напряжение на выходе стабилизатора стремится увеличиться свыше рабочего напряжения DA1, то открывается выходной п-p-n транзистор микросхемы, коллектор которого выведен на вывод 2 DA1. Это приводит к тому, что понижается напряжение затвор-исток VT1 что приводит к понижению выходного напряжения стабилизатора. На мощном высоковольтном полевом n-канальном транзисторе VT1 выполнен истоковый повторитель напряжения. Сетевое напряжение переменного тока поступает на мостовой диодный выпрямитель VD1 — VD4. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Резистор R1 уменьшает бросок тока через выпрямительные диоды и разряженный конденсатор С1, возникающий при включении устройства в сеть. Стабилитрон VD5 защищает полевой транзистор от пробоя высоким напряжением затвор-исток. Светящийся светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходного напряжения, кроме того, цепь R3HL1 разряжает оксидные конденсаторы при отключенной нагрузке. Резистор R1 должен быть проволочным. Его сопротивление и мощность выбирают исходя из параметров подключенной к стабилизатору нагрузки. Остальные резисторы любые из С2-33, МЛТ, РПМ соответствующей мощности. Сопротивление резистора R2 выбирают исходя из входного напряжения стабилизатора, при этом следует учитывать, что максимальный втекающий ток DA1 по выводу 2 не должен превышать 20 мА. Конденсаторы типа К50-68 или импортные аналоги. Вместо стабилитрона BZV55C-12 подойдёт BZV55C-13, 1N4743A, 2С212Ц, КС212Ц. Светодиод подойдёт любого типа непрерывного свечения, желательно с повышенной светоотдачей. Полевой МДП транзистор HV82 рассчитан на максимальный ток стока 6,5 А, напряжение сток-исток 800 В и максимальную рассеиваемую мощность 150 Вт. В этой конструкции его можно заменить, например, на IRF350, IRF352 или другой, подходящий по параметрам. Следует учитывать, что если, например, к выходу стабилизатора подключена нагрузка мощностью 30 Вт, то при питании устройства от сети 220 В, на транзисторе VT1 будет рассеиваться мощность около 80 Вт. Если же входным напряжением для стабилизатора будет, например, напряжение +180 В (выход выпрямителя «лампового» трансформатора), то при выходном напряжении 115 В и токе нагрузки 0,5 А установленный на теплоотвод транзистор будет рассеивать около 33 Вт тепловой мощности. Это немало, поэтому, линейные высоковольтные стабилизаторы напряжения целесообразно применять для питания слаботочной нагрузки, например, лампового активного щупа для осциллографа и в других местах, где применение импульсных высоковольтных стабилизаторов напряжения нежелательно. Источник: Радио-конструктор 11 — 2010.

Иллюстрированный самоучитель по схемотехнике › Электронные предохранители и ограничители постоянного и переменного тока [страница — 23] | Самоучители по инженерным программам

Электронные предохранители и ограничители постоянного и переменного тока


Рис. 5.4. Вариант электронного предохранителя на полевом транзисторе

Электронные предохранители [5.2] можно выполнить с использованием мощного полевого транзистора VT1 в качестве ключа (рис. 5.3 и 5.4). Ток срабатывания защиты определяется соотношением резистивных элементов и зависит, в первую очередь, от величины сопротивления датчика тока, включенного последовательно с полевым транзистором.

После срабатывания защиты для повторного подключения нагрузки необходимо нажать кнопку SA1.

Стабилизатор (рис. 5.5) позволяет получить на выходе регулируемое в пределах от 0 до 17 Б стабильное напряжение [5.3]. Для защиты стабилизатора от короткого замыкания и превышения тока в нагрузке использован тиристор VS1 с датчиком тока на резисторе R2. При увеличении тока в нагрузке включается тиристор, шунтируя цепь управления транзистора VT1, после чего напряжение на выходе падает до нуля. Светодиод HL1 индицирует факт срабатывания защиты. Для повторного запуска стабилизатора после устранения причин перегрузки следует нажать кнопку SB1 и разблокировать тиристор.


Рис. 5.5. Схема стабилизатора напряжения с защитой

Ток защиты в зависимости от величины сопротивления датчика тока – резистора R2 – может быть установлен от 20…30 мА о 1…2 А. Например, при R2=36 Ом ток срабатывания – 30 мА; при R2=4 Ом – 0.5 А.

В качестве транзистора VT1 можно использовать КТ815, Т801, КТ807 и др., VT2 – П702, КТ802 – КТ805 (с радиатором).

Схема источника питания со звуковым сигнализатором превышения потребляемого тока [5.4] показана на рис. 5.6. Выпрямитель на диодах VD1 – VD4 питается от трансформатора, вторичная обмотка которого рассчитана на напряжение 18 В при же нагрузки не менее 1 А. Регулируемый стабилизатор напряжения выполнен на транзисторах VT2 – VT5 по известной схеме, потенциометром R7 на выходе стабилизатора может быть уставлено напряжение от 0 до +15 В.

Сигнализатор, обозначенный на схеме устройства как ЗГ (звуковой генератор), представляет собой генератор звуковой частоты с подключенным к нему акустическим излучателем, например, динамической головкой. Для управления работой звукового генератора использован ключ на транзисторе VT1.


Рис. 5.6. Схема стабилизатора напряжения со звуковой индикацией перегрузки

Стабилизатор напряжения — Википедия

Линейный стабилизатор[править | править код]

Линейный стабилизатор напряжения представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах.

При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть входной мощности рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе, мощность потерь в последовательном стабилизаторе {\displaystyle P_{L}}:

{\displaystyle P_{L}=(U_{in}-U_{out})\cdot I_{out},} где {\displaystyle U_{in}} — входное напряжение стабилизатора, {\displaystyle U_{out}} — выходное напряжение стабилизатора, {\displaystyle I_{out}} — выходной ток стабилизатора.

Поэтому регулирующий элемент в стабилизаторах такого типа и повышенной мощности должен рассеивать значительную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади.

Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых электронных компонентов.

В зависимости от включения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы классифицируются на два типа:

  • Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
  • Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

  • Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, где дифференциальное сопротивление прибора мало в широком диапазоне изменения токов, протекающих через прибор.
  • Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.
Параллельный параметрический стабилизатор на полупроводниковом стабилитроне[править | править код]

В этой схеме может быть применён как полупроводниковый стабилитрон, так и газоразрядный стабилитрон тлеющего разряда.

Простейшая схема параметрического стабилизатора

Такие стабилизаторы применяются для стабилизации напряжения схем с малым потребляемым током, так как для стабилизации напряжения ток через стабилитрон {\displaystyle D1} должен в несколько раз (3 — 10) превышать ток потребления от стабилизатора в присоединённой нагрузке {\displaystyle R_{L}}. Обычно такая схема линейного стабилизатора применяется в качестве источника опорного напряжения в более сложных схемах регулирующих стабилизаторов.

Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора {\displaystyle R_{V}} включают двухполюсник с высоком дифференциальным сопротивлением на участке ВАХ в диапазоне рабочих токов, работающий как источника тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе[править | править код]

Последовательный стабилизатор с эмиттерным повторителем. Стрелки направлены в сторону увеличения электрического потенциала.

В этой схеме напряжение на базе регулирующего транзистора равно напряжению на стабилитроне {\displaystyle U_{z}} и выходное напряжение будет: {\displaystyle U_{out}=U_{z}-U_{be},\ } {\displaystyle U_{be}} — напряжение между базой и эмиттером транзистора. Так как {\displaystyle U_{be}} мало зависит от тока эмиттера, — выходного тока стабилизатора, и невелико (0,4 В для германиевых транзисторов и 0,6—0,65 В для кремниевых транзисторов) приведённая схема осуществляет стабилизацию напряжения.

Фактически схема представляет собой рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет контура авторегулирования, обеспечивающего практически полную компенсацию изменений выходного напряжения и изменений выходного тока.

Выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину {\displaystyle U_{be}}, которая мало зависит от величины тока, протекающего через транзистор. Некоторая зависимость {\displaystyle U_{be}} от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель здесь является усилителем тока и позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в {\displaystyle B_{st}} раз, {\displaystyle B_{st}} — статический коэффициент передачи тока транзистора в режиме с общим коллектором. Так как {\displaystyle B_{st}} в несколько десятков раз больше 1, малый ток, отбираемый от параметрического стабилизатора усиливается в {\displaystyle B_{st}} раз. Если такого усиления тока недостаточно для обеспечения заданного выходного тока, то применяют составной транзистор, например, пару Дарлингтона.

При очень малом токе нагрузки, порядка единиц — десятков мкА, выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на примерно 0,6 В, так как {\displaystyle U_{be}} при таких токах становится близким к нулю. В некоторых применениях это нежелательно, тогда к выходу стабилизатора подключают дополнительный нагрузочный резистор, обеспечивающий в любом случае минимальный ток нагрузки стабилизатора в несколько миллиампер.

Последовательный компенсационный стабилизатор с контуром авторегулирования[править | править код]

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

В таких стабилизаторах выходное напряжение сравнивается с опорным напряжением, разность этих напряжений усиливается усилителем сигнала рассогласования, выход усилителя сигнала рассогласования управляет регулирующим элементом.

В качестве примера приведена схема на рисунке. Часть выходного напряжения {\displaystyle U_{out}}, снимаемая с резистивного делителя напряжения, состоящего из потенциометра {\displaystyle R2} и постоянных резисторов {\displaystyle R1,\ R3} сравнивается с опорным напряжением {\displaystyle U_{z}} от параметрического стабилизатора — стабилитрона {\displaystyle D1}. Разность этих напряжений усиливается дифференциальным усилителем на операционном усилителе (ОУ) {\displaystyle U1}, выход которого изменяет базовый ток транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя[3].

В этой схеме имеется контур авторегулирования, — петля отрицательной обратной связи. Если выходное напряжение меньше заданного, то через обратную связь регулирующий транзистор открывается больше, если выходное напряжения больше заданного, — то наоборот.

Для устойчивости контура авторегулирования петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°. Так как часть выходного напряжения {\displaystyle U_{out}} подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя {\displaystyle U1}, сдвигающего фазу на 180°, а регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который при низких частотах фазу не сдвигает, это обеспечивает устойчивость контура авторегулирования, так как петлевой сдвиг фазы близок к 180°.

Опорное напряжение {\displaystyle Uz} зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон. Основной источник нестабильности опорного напряжения — изменения входного напряжения, так как при таких изменениях изменяется ток стабилитрона. Для стабилизации тока при изменениях {\displaystyle U_{in}} вместо резистора {\displaystyle R_{V}} иногда включают источник тока.

В этом стабилизаторе ОУ включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение сопротивлений резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, определяющий во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (то есть опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения {\displaystyle U_{z}} (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше, чем {\displaystyle U_{out}}, либо опорное напряжение снимают с резистивного делителя, подключённого к стабилитрону.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, так как за счёт большого коэффициента усиления современных ОУ, достигающих 105…106, остальные источники нестабильности выходного напряжения оказываются скомпенсированными.

Параметры такого стабилизатора оказались подходящими для многих практических нужд. Поэтому уже почти полвека выпускаются, и на сегодня имеют широчайшее применение, такие стабилизаторы в интегральном исполнении: КР142ЕН5А, 7805 и мн. др.

Импульсный стабилизатор[править | править код]

Основная статья: Импульсный стабилизатор напряжения

В импульсном стабилизаторе напряжение от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель энергии (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами формируемыми посредством электронного ключа. Во время замкнутого состояния ключа в накопителе запасается энергия, которая затем передается в нагрузку. Применение в качестве накопительного элемента дросселя позволяет изменять выходное напряжение стабилизатора относительно входного без использования трансформаторов: увеличивать, снижать или инвертировать. Стабилизация осуществляется должным управлением длительностью импульсов и пауз между ними с помощью широтно-импульсной модуляции, частотно-импульсной модуляции или их комбинации.

Импульсный стабилизатор по сравнению с линейным обладает значительно более высоким КПД, так как регулирующий элемент работает в ключевом режиме. Недостатки импульсного стабилизатора — импульсные помехи в выходном напряжении и относительная сложность.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом, зависящим от схемы стабилизатора и режима управления его ключами:

  • Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение в зависимости от режима управления ключами может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение может отличаться от выходного напряжения в любую сторону.
  • Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение входного напряжения может быть любым.
  • Универсальный — выполняющий все функции из перечисленных.

Стабилизаторы переменного напряжения[править | править код]

Основная статья: Стабилизаторы переменного напряжения

Подразделяются на два основных вида

1) Однофазные стабилизаторы напряжения на 220-230 вольт, предназначение — бытовые, офисные и промышленные нагрузки небольших мощностей.

2) Трехфазные стабилизаторы напряжения на 380-400 вольт, предназначение — промышленные нагрузки средних и больших мощностей.

Феррорезонансные стабилизаторы[править | править код]

Феррорезонансный стабилизатор для питания цветных ламповых телевизоров, СССР, 1970-е — 1980-е гг.

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно их использовали для питания телевизоров. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а некоторые цепи телевизора, например, цепи анодного напряжения и накала электровакуумных приборов питались нестабилизированным напряжением), что при суточных колебаниях и резких скачках сетевого напряжения, особенно в сельской местности, приводило к ухудшению качества изображения и требовало предварительной стабилизации переменного сетевого напряжения.

С появлением телевизоров более поздних поколений, например, 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, исчезла необходимость во внешней дополнительной стабилизации напряжения сети.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него, так как его ферромагнитный сердечник периодически насыщается. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах. Недостатком таких стабилизаторов является чувствительность к частоте напряжения в питающей сети. Незначительное отклонение частоты питающей сети существенно влияет на выходное напряжение феррорезонансного стабилизатора.

Современные стабилизаторы[править | править код]

В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:

  • электродинамические
  • с электромеханическим сервоприводом регулирующего элемента, например, автотрансформатора
  • феррорезонансные
  • электронные разных типов
    • ступенчатые (силовые электронные ключи, симисторные, тиристорные)
    • ступенчатые релейные (силовые релейные ключи)
    • компенсационные (электронные плавные)
    • комбинированные (гибридные)

Промышленностью производятся разнообразные модели с входным напряжением однофазной сети, (220/230 В), так и трёхфазной (380/400 В) исполнении, с выходной мощностью их от нескольких единиц ватт до нескольких мегаватт. Трёхфазные модели выпускаются двух модификаций: с независимой регулировкой по каждой фазе или с регулировкой по среднефазному напряжению на входе стабилизатора.

Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения, который может быть, например, таким: ±15 %, ±20 %, ±25 %, ±30 %, ±50 %,−25 %/+15 %, −35 %/+15 % или −45 %/+15 %. Чем шире диапазон (особенно в сторону снижения входного напряжения), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности. В настоящее время существуют модели стабилизаторов напряжения с нижним допустимым входным напряжением 90 вольт.

Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, — скорость отклика на возмущение. Чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие определяется как промежуток времени, за которое стабилизатор способен изменить выходное напряжение на один вольт. У разного типа стабилизаторов разная скорость быстродействия. —>

Важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения стабилизатора переменного сетевого напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97 предельно допустимо отклонение выходного напряжения на ±10 % от номинального. Точность стабилизации современных стабилизаторов напряжения колеблется в диапазоне от 0,5 % до 8 %.

Точности в 8 % вполне хватает для обеспечения исправной работы подавляющего большинства современной бытовых и промышленных электротехнических устройств со встроенными инверторными и импульсными блоками питания. Так как мощность оборудования напрямую зависит от напряжения, то для обеспечения корректной (заявленной производителем) работы с прогнозируемым результатом и расходом электроэнергии необходимо точное напряжения (0,5-1 %).[источник не указан 2116 дней] Более жесткие требования (точность стабилизации лучше 1 %) предъявляются для питания сложного оборудования (медицинское, высокотехнологичное и подобное). Важным потребительским параметром является способность стабилизатора отдавать номинальную мощность во всем диапазоне входного напряжения, но не все стабилизаторы обладают таким свойством.

КПД сервоприводных стабилизаторов большой мощности более 98 %, а электронных большой мощности — 96 %.

 

Стабилизатор напряжения Ресанта

Стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения казахстан

Стабилизатор напряжения алматы

Стабилизатор напряжения resanta

Стабилизатор переменного тока | PRACTICAL ELECTRONICS

Стабилизаторы тока значительно реже применяются радиолюбителями, чем стабилизаторы напряжения и регуляторы мощности. Во многом это связано с более сложной схемотехникой традиционных источников тока. Однако объективный анализ показывает, что в ряде случаев предпочтительнее применение именно источников тока. Главное достоинство источника тока — нечувствительность к короткому замыканию нагрузки.

Достаточно часто встречаются случаи, когда надо поддерживать постоянное значение переменного тока, например, при включении мощных активных нагрузок в виде ламп накаливания и др. Такая мера в несколько раз продлевает срок их службы. Регулируемый стабилизатор может оказать неоценимую помощь при проверке и налаживании устройств токовой защиты.

В этой статье предлагается несложная схема стабилизатора переменного тока с плавной регулировкой его величины. Ток регулируется от нескольких миллиампер до 8 А. При соответствующем выборе элементов схемы, максимальный стабилизируемый ток можно увеличить в разы.

Схема стабилизатора показана на рис. ниже. В ее основу положен токостабилизирующий двухполюсник. Данное схемотехническое решение известно довольно давно. Применение мощных mosfet-транзисторов позволяет создавать источники тока с хорошими характеристиками и предельно простыми схемами.

Схема электрическая принципиальная стабилизатора переменного тока

Схема электрическая принципиальная стабилизатора переменного тока

Собственно стабилизатор тока собран на ОУ DA1, транзисторе VT1 и резисторах R1, R2, R4. Делитель R1-R2 представляет собой задатчик тока. В данном случае ток в амперах численно равен напряжению на движке R2, умноженному на 10. Это позволяет выбрать напряжение датчика тока R4 весьма малым. Для работы с переменным током в схему введен диодный мост, в одну из диагоналей которого включен токостабилизирующий двухполюсник. Такое включение эквивалентно последовательному соединению нагрузки и двухполюсника, и, следовательно, обеспечивает одинаковый ток через них.

Рассмотрим процесс стабилизации тока более подробно. Так как выпрямленное напряжение не фильтруется, напряжение на стоке VT1 — однополярное, пульсирующее. Когда напряжение на стоке (рис. ниже а) равно нулю, ток через VT1 не протекает, и падение напряжения на резисторе датчика R4 также равно 0. Транзистор VT1 при этом полностью открыт. По мере роста напряжения в сети, напряжение, снимаемое с датчика, также увеличивается (пропорционально протекающему току), приближаясь к напряжению задатчика. Транзистор VT1 начинает закрываться. При совпадении напряжений на датчике R4 и на задатчике R1-R2 происходит ограничение дальнейшего роста тока. ОУ DA1 поддерживает одинаковое напряжение на своих входах, изменяя сопротивление канала VT1. Тем самым обеспечивается стабилизация тока. Форма тока через VT1 совпадает с напряжением на задатчике и имеет трапецеидальную форму (рис. б). Такой же по форме, только переменный, ток протекает через нагрузку (рис. в). Элементы VD1, R3, С1, С2 образуют параметрический стабилизатор для питания ОУ.

Если надо изменить диапазон стабилизируемых токов, следует соответствующим образом выбрать тип транзистора VT1 и диодного моста VD3, а также скорректировать напряжение задатчика тока (Uзад) или сопротивление датчика R4.

Ток стабилизации определяется по формуле: Iст = Uзад / R4

Налаживание схемы сводится к контролю напряжения задатчика (чтобы ток не вышел за пределы 7…8 А) и градуировке органа управления (резистора R2). Для визуального контроля в цепь тока можно включить амперметр.

ОУ DA1 подойдет любой широкого применения (К140УД6, К140УД7, µА741 и т.п.). От применения быст­родействующих ОУ с полевыми транзисторами лучше воздержаться, поскольку с ними стабилизатор может самовозбудиться, что неминуемо выведет из строя ОУ, транзистор VT1 и диодный мост (именно так отреагировала схема на установку К544УД2). Транзистор VT1 следует выбирать, ориентируясь на максимально допустимые ток стока и напряжение сток-исток. Стабилитрон VD1 – двуханодный, например КС213 или составной из двух обычных, как на схеме, с напряжением стабилизации 9…15 В. От его стабильности зависит стабильность напряжения задатчика и, как следствие — стабилизируемого тока.

Транзистор VT1 следует укрепить на массивном радиаторе. К остальным деталям особых требований не предъявляется. Резистор R4 удобно изготовить из промышленного шунта для измерительных приборов. Это обеспечит требуемую точность и термостабильность. При его монтаже следует уделить особое внимание надежности соединения инверсного входа ОУ и R4. Обрыв этого соединения вызывает выход стабилизатора из строя.

Регулятор напряжения переменного тока (преобразователь переменного тока в переменный)

Регулятор напряжения переменного тока (преобразователь переменного тока в переменный)

Регулятор напряжения переменного тока (контроллер) — это устройство, которое преобразует фиксированное переменное напряжение в переменное переменное напряжение без изменения частоты.

  • Существует два типа регуляторов напряжения переменного тока.
  1. Полупериодный контроллер переменного тока
  2. Двухполупериодный контроллер переменного тока
Полупериодный контроллер переменного тока
  •  на рис. показан регулятор напряжения с одним тиристором, включенным встречно-параллельно с одним диодом.нагрузка резистивная, изменением угла открытия α тиристора S можно управлять напряжением на нагрузке.

Рабочий:
  • В положительный полупериод питания переменного тока SCR включается при ωt=α. во время этой нагрузки напряжение положительное, теперь SCR будет выключен из-за естественной коммутации при ωt=π. ток нагрузки и ток источника положительны.
  • В отрицательный полупериод переменного тока диод D1 включится при ωt=π. Во время этих циклов напряжение нагрузки отрицательное.а ток нагрузки и ток источника отрицательны.
  • Управляя углом открытия α SCR, мы можем контролировать напряжение нагрузки переменного тока.

Среднее значение выходного напряжения определяется по формуле,

= √2 Es/2π (cosα-1)

Если α изменяется от 0 до π, выходное напряжение изменяется от Es до Es/√2, а среднее значение выходного напряжения изменяется от 0 до -√2 Es/π.

Форма волны

показана на рис…..

Двухполупериодный контроллер переменного тока
  • Однофазный двухполупериодный регулятор переменного тока состоит из двух тиристоров, соединенных встречно-параллельно.
  • Используется резистивная нагрузка для приложений с низким энергопотреблением. Управляя углом открытия α SCR, мы можем контролировать напряжение нагрузки переменного тока.
  • На фиг.
  • показан однофазный двухполупериодный контроллер напряжения переменного тока с резистивной нагрузкой.

Рабочий:
  • Во время положительного полупериода тиристор T1 смещен в прямом направлении, а во время тиристора T2 смещен в прямом направлении.
  • Во время положительного полупериода T1 срабатывает при угле запуска α . Т1 начинает проводить и напряжение источника подается на нагрузку от ωt=α до π.При π Vs и Is падают до 0. После π T1 происходит обратное смещение, поэтому он выключается.
  • Во время отрицательного полупериода T2 срабатывает в точке (π+α), а T2 проводит от π+α к 2π. После 2π T2 обратное смещение и коммутируется
  • От 0 до α , T1 — прямое смещение для VT1 = Vs
  • После π, π до (π+α)  T1 обратное смещение там для VT1 =Vs

среднее значение выходного напряжения определяется по формуле,

Vs[1/π{π-α+(sin2α/2)}]½

Если α изменяется от 0 до π, среднее выходное напряжение регулируется от напряжения Vs до 0.

Форма волны

показана на рис…..

, если есть какие-либо вопросы об этом регуляторе напряжения переменного тока

комментарий ниже…………………. ?

Родственные

Предыдущая статьяЦиклопреобразователь (преобразователь частоты)Следующая статьяАсинхронный двигатель (двигатель переменного тока)

Основатель и автор «Electrical Idea». Человека, который сияет даже в самую темную ночь, называют «инженером-электриком».В настоящее время работает в известной компании под названием Ассоциация исследований и разработок в области электротехники.

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ | Мини проекты | Учебник по электронике |

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Аннотация -Целью проекта является разработка недорогого напряжения регулятор со следующими характеристиками: 1) Фиксированный выход напряжение в диапазоне от 2 до 7 Вольт, 2) Диапазон входного напряжения от 9 до 40 Вольт, 3) Низкий выходной ток в мА и 4) Короткое замыкание Защита.Это серия линейных регуляторов напряжения.

ВВЕДЕНИЕ

Регулятор напряжения – это стабилизатор напряжения, предназначенный для автоматически стабилизируют постоянный уровень напряжения. Регулятор напряжения схема также используется для изменения или стабилизации уровня напряжения в соответствии с к необходимости цепи. Таким образом, регулятор напряжения используется для две причины:-

1. Регулировать или изменять выходное напряжение схемы.

2. Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение на желаемом уровне, несмотря на изменения напряжения питания или тока нагрузки.

Регуляторы напряжения находят свое применение в компьютерах, генераторах переменного тока, электростанции, где схема используется для управления выходной мощностью завода. Регуляторы напряжения можно отнести к электромеханическим. или электронный. Его также можно классифицировать как регуляторы переменного или постоянного тока. регуляторы.

В целом эти регуляторы можно разделить на несколько классов:

  • Регуляторы линейной серии
  • Импульсные регуляторы

В последовательных регуляторах используется силовой транзистор, соединенный последовательно между нерегулируемый вход постоянного тока и нагрузка.Выходное напряжение регулируется постоянным падением напряжения на последовательном проходе транзистор. Поскольку транзистор проводит в активном или линейном области, эти регуляторы также называются линейными регуляторами. Линейный Регуляторы могут иметь фиксированное или переменное выходное напряжение и могут быть положительный или отрицательный.

Импульсные регуляторы, с другой стороны, управляют силовым транзистором как переключатель включения/выключения высокой частоты, так что силовой транзистор не постоянно проводить ток.Это дает повышенную эффективность по сравнению с серийный регулятор.


II.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА

Р3

ВКЦ

1k©

ВКЦ

12 В

С2

Д1

12 В

1N4737A

7

1

5

У1

100 пФ

Q1

XMM1

3

6

2N2222A

И1

2

4

У2

Р4

Р1

10 мкА

4

741

2k© 2

100Ω

0 кГц

6

Q2

Д2

1N4737A

3

2N2222A

Р2

7

1

5

741

3k©

ВКЦ

12 В

РАБОТАЮЩИЙ:

Стабилитрон, постоянный ток и опорный усилитель создают фиксированное напряжение около 7 вольт на клемме Vref.

Источник постоянного тока заставляет стабилитрон работать при фиксированной точки так, чтобы стабилитрон выдавал фиксированное напряжение.

Схема также состоит из усилителя ошибки, последовательного прохода транзистор Q1 и транзистор ограничения тока Q2. Усилитель ошибки сравнивает выборку выходного напряжения, подаваемого на вход Inv клемма к опорному напряжению Vref, поданному на вход NI Терминал. Сигнал ошибки управляет проводимостью Q1.

Напряжение на выводе NI усилителя ошибки из-за R1,R2 делитель

V NI = V ref x (R 2 /R 1 + R 2 )

Разница между V NI и V или (выход Напряжение), которое возвращается непосредственно на клемму INV, усиливается усилитель ошибок.Выход усилителя ошибки управляет проходом транзистор Q1, чтобы минимизировать разницу между NI и INV входы усилителя ошибки. Поскольку Q1 работает как эмиттер последователь,

V или = V ref x (R 2 /R 1 + R 2 )

Если выходное напряжение становится низким, напряжение на клемме INV усилитель ошибки также падает. Это делает его выход более положительный, за счет того, что Q1 больше переходит в проводимость.Это снижает напряжение на Q1 и подает больший ток в нагрузку, вызывая напряжение при нагрузке увеличиваться. Таким образом, начальное падение напряжения на нагрузке были компенсированы. Точно так же любое увеличение напряжения нагрузки или изменение входное напряжение регулируется.

Для защиты цепи мы предоставляем средство ограничения тока. Текущий ограничение относится к способности регулятора предотвращать нагрузку текущий от повышения выше текущего значения.

Ограничение тока устанавливается подключением внешнего резистора R4 между эмиттеры Q1 и Q2.

Ток нагрузки создает небольшое падение напряжения V4 на резисторе R4. Этот напряжение V4 прикладывается непосредственно к переходу база-эмиттер транзистора Q2. Когда это напряжение составляет примерно 0,5 В, начинает включаться Q2, теперь часть тока от усилителя ошибки поступает на коллектор Q2, там, уменьшая базовый ток Q1. Это, в свою очередь, снижает эмиттерный ток Q1. Таким образом, любое увеличение тока нагрузки приведет к аннулировано. Аналогично, если ток нагрузки уменьшается, Vbe Q2 падает. повторение цикла таким образом, чтобы ток нагрузки удерживался постоянным, чтобы создать напряжение на резисторе R4, достаточное для включения транзистора Q2.Этот напряжение обычно 0,5 вольта.

I предел = V4/R4.

Этот метод ограничения тока также называется измерением тока. Техника.

А. КОД

.subckt ОПЕРАТОР 1 2 6

R1 1 2 10 мегабайт

Р2 3 4 1к

E1 3 0 2 1 100k

С1 4 0 15у

Е2 5 0 4 0 1

Р3 5 6 10

.ends операционный усилитель

*Регулятор напряжения

.включить opamp_symbol.cir

.модель 1N4737a D( IS=5.038e-012 BV=7.165 IBV=0.1902 EG=1.11 TNOM=27)

.модель 2N2222A npn(IS=2.04566e-13 BF=300)

Д1 1 2 1N4737а

я 1 0 10у

X1 1 0 2 операционный усилитель

R1 2 3 0,38к

R2 3 0 1k

Vcc 8 0 15 В постоянного тока

X2 4 3 5 операционный усилитель

Р3 4 6 100

Р4 7 6 100

Рл 6 9 1к

V2 9 0 пост. т. 0 В

С1 4 5 100р

Д2 0 7 1Н4737а

Q1 8 5 7 2N2222A

Q2 5 7 6 2N2222A

.транс 1у 1м

.контроль

бегать

отображать

участок V(2)

участок В(6)

участок I (V2)

установить цвет0 = белый

установить цвет1 = черный

.endc

.конец

*Регулировка нагрузки — изменение выходного напряжения в зависимости от тока изменение нагрузки

.include opamp_symbol.cir

.модель 1N4737a D( IS=5.038e-012 BV=7.165 IBV=0.1902 EG=1.11 TNOM=27)

.модель 2N2222A npn(IS=2.04566e-13 BF=300)

Д1 1 2 1N4737а

я 1 0 10у

X1 1 0 2 операционный усилитель

Р1 2 3 2к

R2 3 0 3k

напряжение получается в диапазоне изменения сопротивлений 2В-7В.

1кОм.

Ток в узле 2 составляет 5 мА. Когда выходное сопротивление варьируется от 1к до 10к, наблюдается изменение тока от 4мА до 0,5мА. Выходное напряжение изменяется от 4,145 В до 4,146 В при изменении тока от 0 до 4 мА.

Цепи регулятора напряжения: что нужно знать

 

 

Введение: что такое схема регулятора напряжения?

 

 Схема регулятора напряжения – это схема, которая использует ее для регулирования напряжения источника питания переменного тока и уменьшения или устранения необходимости во внешнем источнике питания постоянного тока. У него есть много других применений, включая компьютеры, центры обработки данных, электрические сети и даже медицинские устройства. Регулирование напряжения также играет ключевую роль в предотвращении повреждения чувствительных компонентов и оборудования.Он предназначен для поддержания постоянного напряжения постоянного тока в случае больших колебаний входного переменного напряжения, в первую очередь из-за тока, потребляемого нагрузками, такими как двигатели, которые могут вызывать колебания, выходящие за пределы диапазона линейных регуляторов.

 

 

 

 

Для чего используется схема регулятора напряжения?

 

Функция регулятора напряжения чаще всего используется в электротехнике и производстве электроэнергии.Он общего назначения и подходит для автоматизации, телекоммуникаций и производства электродвигателей. Он помогает поддерживать постоянный уровень напряжения для оборудования, с которым он используется. Если вам нужно отрегулировать напряжение, вы можете использовать регулятор напряжения переменного тока с входным напряжением 230 В и выходным напряжением 36 В постоянного тока или менее 36 В постоянного тока.

 

 

Как работает регулятор напряжения?

 

Регулятор напряжения создает фиксированное выходное напряжение на заданном уровне, которое является постоянным независимо от изменений выходного напряжения или условий нагрузки.Существует два типа регуляторов напряжения: линейный регулятор и импульсный регулятор.

 

 

 

 

 

 

Дополнительную информацию можно найти здесь:  

 

https://www.easybom.com/blog/a/voltage-regulator-circuits-what-you-need-to-know

 

 

Можно ли использовать регулятор напряжения переменного тока для регулирования напряжения постоянного тока?

Можно ли использовать регулятор напряжения переменного тока для регулирования напряжения постоянного тока? Ответ, безусловно, нет.Принцип работы стабилизатора переменного напряжения аналогичен автотрансформатору. Напряжение на входе не меняется, а затем часть напряжения берется с входной катушки в качестве выходного. Когда количество витков этой катушки изменяется из-за движения скользящего рычага на входной катушке, выходное напряжение также следует за изменением, чтобы регулировать выход. Входная клемма регулятора напряжения переменного тока подключена к источнику питания, а выходная клемма подключена к нагрузке. После того, как напряжение выходной клеммы понизится, выходной ток нагрузки должен быть больше, чем ток источника питания входной клеммы.

Принцип работы регулятора напряжения постоянного тока заключается в том, что однофазная мощность переменного тока преобразуется в стабильный источник питания постоянного тока через силовой трансформатор, схему выпрямителя, схему фильтра и схему стабилизации напряжения, а также весь процесс ввода и вывода из Электросеть переменного тока включает в себя:

1. Входной фильтр: его функция заключается в фильтрации помех, существующих в электросети, а также предотвращении попадания помех, создаваемых машиной, обратно в общественную электросеть.

2. Выпрямление и фильтрация: регулируемый переменный ток источника постоянного тока электросети напрямую выпрямляется в более плавную мощность постоянного тока для следующего уровня преобразования.

3. Инвертор: превращает выпрямленную мощность постоянного тока в высокочастотную мощность переменного тока. Это основная часть высокочастотного переключателя регулируемого источника постоянного тока постоянного тока. Чем выше частота, тем меньше соотношение объема, веса и выходной мощности.

4. Выпрямление и фильтрация на выходе: В соответствии с потребностями нагрузки, обеспечьте стабильный и надежный регулируемый источник постоянного тока постоянного тока.

Таким образом, регулятор напряжения переменного тока отличается от регулятора напряжения постоянного тока. Прежде чем выбрать регулятор напряжения, вы должны четко определить цель покупки.

4 типа автоматических регуляторов напряжения переменного тока для обеспечения эксплуатационной надежности

Если вам требуется АРН, не требующий особого обслуживания и надежно работающий в суровых условиях, магнитоиндукционный регулятор является идеальным выбором. Магнитно-индукционный регулятор напряжения иногда можно спутать с асинхронным двигателем.

И регулятор магнитной индукции, и асинхронный двигатель похожи в том смысле, что они имеют статор и ротор.Однако асинхронный двигатель вращается без ограничений, а угол поворота магнитно-индукционного АРН ограничен менее чем 180 градусами.

Принцип действия регулятора напряжения магнитной индукции заключается в изменении расстояния между первичной и вторичной обмотками. При этом магнитный поток, связанный с обмотками, изменяется по величине и направлению. В зависимости от взаимного расположения обеих обмоток выходное напряжение может увеличиваться или уменьшаться до предела.


В типичной установке регулятор магнитной индукции состоит из следующих компонентов.

 

  • Первичная обмотка, , которая намотана на несколько витков статора.
  • Вторичная обмотка , намотанная на подвижный вал или ротор.
  • Сервопривод , поворачивающий ротор на определенный угол.
  • Схема управления , которая отбирает и отправляет соответствующий выходной сигнал сервоприводу.

АРН с магнитной индукцией доступны для однофазного и трехфазного переменного напряжения. Для 3-фазных приложений регулятор имеет 3 первичные и вторичные обмотки, расположенные на расстоянии 120 градусов друг от друга.

 
Как это работает

 

Интеллектуальность регулятора напряжения магнитной индукции основывается на его схеме управления. Наличие микропроцессора, а также сопутствующей схемы выборки позволяют регулятору сравнивать выходное напряжение с требуемым значением.

 

Когда микропроцессор обнаруживает смещение между выбранным выходным сигналом и желаемым значением, он перемещает сервопривод, чтобы компенсировать разницу.Когда на сервопривод подается соответствующий сигнал, он поворачивает вторичную обмотку в расчетное положение.

 

По мере смещения ротора расстояние и ориентация от первичной обмотки меняются. Это приводит либо к увеличению, либо к уменьшению магнитного поля, связанного со вторичной обмоткой, и, следовательно, к выходному напряжению.

Регуляторы напряжения генератора переменного тока — Inst Tools

Поскольку напряжение от генератора переменного тока изменяется при изменении выходной нагрузки и коэффициента мощности, необходима схема регулятора напряжения, чтобы обеспечить непрерывность желаемого выходного напряжения.

Назначение

Регулятор напряжения предназначен для поддержания выходного напряжения генератора на желаемом уровне. При изменении нагрузки на генератор переменного тока напряжение также будет изменяться. Основной причиной такого изменения напряжения является изменение падения напряжения на обмотке якоря, вызванное изменением тока нагрузки. В генераторе переменного тока имеется падение IR и падение IX L , вызванное протеканием переменного тока через сопротивление и индуктивность обмоток.

Падение IR зависит только от величины изменения нагрузки. Падение IX L зависит не только от изменения нагрузки, но и от коэффициента мощности цепи. Следовательно, выходное напряжение генератора переменного тока зависит как от изменения нагрузки (то есть тока), так и от изменения коэффициента мощности. Из-за изменений напряжения, изменения нагрузки и изменения коэффициента мощности генераторы переменного тока требуют некоторых вспомогательных средств регулирования выходного напряжения.

Описание блок-схемы

На приведенном ниже рисунке показана типичная блок-схема регулятора напряжения генератора переменного тока.Этот регулятор состоит из шести основных цепей, которые вместе регулируют выходное напряжение генератора переменного тока от холостого хода до полной нагрузки.

Рис. : Блок-схема регулятора напряжения

Цепь датчика

Цепь датчиков измеряет выходное напряжение генератора переменного тока. Когда генератор загружается или разгружается, выходное напряжение изменяется, и схема датчика выдает сигнал об этих изменениях напряжения. Этот сигнал пропорционален выходному напряжению и подается на схему сравнения.

Опорная цепь

Схема задания поддерживает постоянный выходной сигнал для задания. Это задание является желаемым выходным напряжением генератора переменного тока.

Цепь сравнения

Схема сравнения электрически сравнивает опорное напряжение с измеренным напряжением и выдает сигнал ошибки. Этот сигнал ошибки представляет собой увеличение или уменьшение выходного напряжения. Сигнал поступает в схему усиления.

Цепь усиления

Схема усиления, которая может быть магнитным усилителем или транзисторным усилителем, принимает сигнал от схемы сравнения и усиливает входной миллиампер до выхода усилителя, который затем отправляется на сигнальный выход или схему возбуждения.

Цепь выходного сигнала

Цепь выходного сигнала, которая управляет возбуждением поля генератора переменного тока, увеличивает или уменьшает возбуждение поля для повышения или понижения выходного напряжения переменного тока.

Цепь обратной связи

Цепь обратной связи берет часть выходного сигнала схемы вывода сигнала и возвращает его в схему усиления. Это делается для предотвращения превышения или занижения желаемого напряжения за счет замедления отклика схемы.

Изменение выходного напряжения

Рассмотрим увеличение нагрузки генератора и, соответственно, падение выходного напряжения. Во-первых, измерительная схема определяет снижение выходного напряжения по сравнению с опорным и снижает его вход в схему сравнения. Поскольку эталонная схема всегда постоянна, в схеме сравнения будет формироваться сигнал ошибки из-за разницы между измеренным напряжением и опорным напряжением.

Разработанный сигнал ошибки будет иметь положительное значение, при этом величина сигнала зависит от разницы между измеренным напряжением и опорным напряжением.Затем этот выходной сигнал схемы сравнения будет усилен схемой усилителя и отправлен в схему вывода сигнала. Схема выходного сигнала затем увеличивает возбуждение поля на генератор переменного тока. Это увеличение возбуждения поля приводит к увеличению генерируемого напряжения до желаемого выходного сигнала.

Если бы нагрузка на генератор была уменьшена, выходное напряжение машины увеличилось бы. В этом случае действия регулятора напряжения будут противоположны действиям при понижении выходного напряжения.В этом случае схема сравнения формирует отрицательный сигнал ошибки, величина которого снова зависит от разницы между измеренным напряжением и опорным напряжением. В результате цепь выходного сигнала уменьшит возбуждение поля генератора переменного тока, в результате чего генерируемое напряжение уменьшится до желаемого выходного сигнала.

Сильноточный регулятор напряжения: Полное руководство

Регуляторы напряжения

Источник: Wikimedia Commons

Вряд ли найдется электротехническое изделие, для которого не требуется регулятор напряжения.И этот факт делает регулятор напряжения одним из наиболее часто используемых электрических компонентов для цепей. Если ваш курс не может питаться напрямую от напряжения батареи или напряжения адаптера постоянного/переменного тока, вам понадобится регулятор напряжения, чтобы предотвратить повреждения от увеличения тока и мгновенного тока. Кроме того, вы должны хорошо разбираться в сильноточных регуляторах напряжения, прежде чем выбирать или изготавливать их для своих цепей. Итак, в этой статье вы узнаете, как работает сильноточный стабилизатор напряжения, какие типы стабилизаторов напряжения, области применения и некоторые схемы регуляторов напряжения вы можете построить для своего проекта.

Начнем!

Как работает сильноточный регулятор?

Основное назначение регулятора напряжения — ограничение тока. Другими словами, он создает и поддерживает фиксированное выходное напряжение. Даже если вы измените состояние нагрузки или входное напряжение, постоянное выходное напряжение останется прежним.

Регулятор напряжения

Источник: Wikimedia Commons

Кроме того, регуляторы напряжения поддерживают номинальное напряжение, получаемое цепью от импульсного источника питания, в приемлемом диапазоне для нормальной работы других электронных компонентов в цепи.

Большинство регуляторов напряжения работают для преобразования постоянного тока в постоянный, но некоторые также могут выполнять преобразования переменного тока в постоянный и переменного тока в переменный.

Типы регуляторов напряжения: линейные и импульсные

У нас есть два типа напряжения, которые следует учитывать перед выбором или изготовлением регулятора напряжения. К этим типам относятся линейные регуляторы и импульсные регуляторы.

Линейные регуляторы

— это недорогие и простые регуляторы с бесшумными функциями.Однако линейные понижающие стабилизаторы имеют низкий или средний уровень мощности, и поэтому они наиболее полезны для понижения напряжения легких нагрузок. Линейный регулятор также имеет компактные размеры.

Схема линейного регулятора

Источник: Викиверситет

С другой стороны, импульсные стабилизаторы имеют высокий КПД, но имеют более сложную конструкцию и стоят дороже, чем линейные регуляторы. В довершение всего, они имеют более высокий уровень шума.Однако вы используете импульсный стабилизатор в качестве повышающего или понижающего регулятора.

Схема импульсного регулятора с обратной связью

Источник: Wikimedia Commons

Применение регуляторов напряжения

Вот некоторые области применения линейных и импульсных регуляторов напряжения:

  • Вы можете использовать линейные стабилизаторы для малобюджетных, чувствительных к шуму, ограниченного пространства или слаботочных приложений, таких как носимые устройства, Интернет вещей (IoT) и устройства для наушников.

Наушники

  • Импульсные стабилизаторы можно использовать для более общих применений. И вы также можете использовать их для высокопроизводительных и эффективных приложений, таких как потребительские, автомобильные, корпоративные и промышленные приложения.

Автомобили

Сильноточные схемы регуляторов напряжения Проекты

В этом разделе будут рассмотрены два типа схем регулятора напряжения, которые вы можете изготовить для своего проекта.Мы обсудим две схемы: высоковольтную схему контроллера напряжения 7812 и высокоточную схему адаптируемого регулятора напряжения с использованием LM338.

Сильноточный регулятор напряжения 7812 Цепь регулятора напряжения

Сильноточная схема напряжения 7812

Источник: блог о регуляторе напряжения постоянного тока

Вы можете построить сильноточный 7812 напряжения с помощью транзистора, и транзистор поможет увеличить мощность тока нагрузки схемы регулятора.Кроме того, имейте в виду, что в положительных типах регуляторов используются NPN-транзисторы, а в отрицательных регуляторах используются PNP-транзисторы.

Кроме того, эта схема является идеальным образцом схемы регулятора тока постоянного напряжения 12 В. И он поставляется с IC 7812, предназначенным для улучшения напряжения нагрузки 1A IC 7812 (до 15A).

Примечание. Чем больше внешних транзисторов используется, тем выше ток нагрузки.

Следовательно, вы можете создать сильноточный стабилизатор напряжения 7812, соединив 3 комплементарных транзистора MJ2955.

Вот лучшая часть.

Вы можете изменить мощность тока нагрузки, добавив больше транзисторов MJ2955 (увеличение) или удалив некоторые транзисторы.

Кроме того, вы можете использовать резистор с номиналом 100R или ниже, чтобы защитить вашу систему от перегрузки по току. Итак, этим резистором можно стабилизировать напряжение, которое получает 1с 7812.

Так как ток нагрузки 7812 не выше 1А, можно использовать его в качестве защитного предохранителя на выходное напряжение ИС 1А.Таким образом, защищая ИС от высокого постоянного тока или постоянного тока.

Кроме того, вы должны установить радиатор как для транзисторов 1C MJ2955, так и для транзисторов 7812, чтобы иметь эффективную систему теплоотвода для дополнительного охлаждения напряжения нагрузки или функции отключения при перегреве.

Радиатор

Источник: Wikimedia Commons

Примечание: теплоотвод также предотвращает повышение температуры. Вы также можете включить функции отключения по температуре при достижении максимальной температуры.

Кроме того, вы можете использовать регулятор 7912 для этой схемы. Но вам придется заменить транзисторы MJ2955 на другие транзисторы, такие как MJ3055, TIP3055 или 2N3055.

Схема сильноточного адаптируемого регулятора напряжения с использованием LM338

Цепь регулятора высокого напряжения с использованием LM338

Источник: 320volt.com

Эта гибкая схема регулятора напряжения, использующая LM338, может обеспечить регулируемое фактическое выходное напряжение постоянного тока в пределах 1.от 2в до 32в с входным неуправляемым питанием постоянного тока от 1,5в до 35в.

LM338 представляет собой ИС с регулируемым источником питания с трехвыводным регулятором напряжения +ve. Кроме того, он может подавать пять ампер от 1,2 до 32 вольт. Кроме того, вам нужно всего два резистора, чтобы использовать эту схему. Кроме того, вот целевое выходное напряжение, которое вы можете получить с переменным резистором:

В вых = 1,25 В (1+R2/R1) + Iadj R2

Необходимые компоненты

Вот компоненты, необходимые для этой схемы:

  1. C1 – 10 мкФ/25 В – CP Радиальный D4.0 мм – P2,00 мм (1)
  1. C2 – 4,7 мкФ/25 В – CP Радиальный D4,0 мм – P2,00 мм (1)
  1. R1 – 120 Ом – R Осевой DIN0204 D1,6 мм L3,6 мм – P5 0,08 мм Горизонтальный (1)
  1. D1, D2 – 1N4007 – D-DO-41 SOD81 P10,16 мм Горизонтальный (2)
  1. U1 – LM338 – TO- 220-3 Вертикальный (1)
  2. 950397 RV1 – 1 кОм – Потенциометр Bourns 3266Y Вертикальный (1)
  1. J1, J2 – Винт Ter 01×02 – JWT A3963 1×02 P3,96 мм Вертикальный (1)

LM338 является важным компонентом этого гибкого напряжения цепь регулятора.Вы можете подключить входную клемму 3 напрямую к положительной клемме (Vin). Кроме того, соедините контакт 2 (Vout) с винтовой клеммой, выходной диапазон. Далее соедините контакт 1 с GND через переменный резистор RV1.

Итак, вы можете изменить регулируемое выходное напряжение LM338 этой схемы, изменив значения R1 и RV1. Также конденсаторы С2 и С1 выполняют функции фильтра, а D1 и D2 работают как «элементы обратной защиты».

Подведение итогов

Наконец, давайте рассмотрим, что следует учитывать перед выбором идеального регулятора напряжения, если вы не собираетесь его делать.Во-первых, вы должны понимать основные функции, такие как Vout, Vin, Iout и даже системные приоритеты.

Как только вы поймете эти параметры, выясните, какое устройство соответствует требованиям вашего приложения. Для этого можно использовать таблицу параметрического поиска и текущий график. И вы также можете использовать график эффективности, чтобы найти фактическую эффективность желаемого регулятора напряжения.

Таблица параметрического поиска

Источник: DCD-селектор

Кроме того, подходящий стабилизатор напряжения продлит срок службы батарей ваших цепей, если они используют питание от батарей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.