Для чего предназначен регулятор напряжения: Реле регулятор напряжения: стабильность напряжения бортовой электросети

Регуляторы напряжения.



Для чего генератору нужен регулятор?

Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования автомобиля, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля и работы двигателя не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи или ее перезаряд, а питание потребителей осуществлялось напряжением и током требуемой величины.
Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок.

ЭДС индукции в соответствии с законом Фарадея, зависит от скорости перемещения проводника в магнитном поле и величины магнитного потока:

Е = с×Ф×ω,

где с — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции генератора;
ω — угловая скорость ротора (якоря) генератора:

Ф — магнитный поток возбуждения.

Поэтому напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от частоты вращения его ротора и интенсивности магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. В свою очередь мощность магнитного потока зависит от величины тока возбуждения, который изменяется пропорционально частоте вращения ротора, поскольку ротор выполнен в виде вращающегося электромагнита.
Кроме того, ток, поступающий в обмотку возбуждения, зависит от величины нагрузки, отдаваемой в данный момент потребителям бортовой сети автомобиля. Чем больше частота вращения ротора и ток возбуждения, тем большее напряжение вырабатывает генератор, чем больше ток нагрузки, тем меньше генерируемое напряжение.

Пульсация напряжения на выходе из генератора недопустима, поскольку это может привести к выходу из строя потребителей бортовой электрической сети, а также перезаряду или недозаряду аккумулятора. Поэтому использование на автомобилях в качестве источника электроэнергии генераторных установок обусловило использование специальных устройств, поддерживающих генерируемое напряжение в приемлемом для работы потребителей диапазоне.

Такие устройства называются реле-регуляторы напряжения.
Функцией регулятора напряжения является стабилизация вырабатываемого генератором напряжения при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки в бортовой электросети.

Наиболее просто контролировать величину вырабатываемого генератором напряжения изменением величины тока в обмотке возбуждения, регулируя тем самым мощность создаваемого обмоткой магнитного поля. Можно было бы использовать в качестве ротора постоянный магнит, но управлять магнитным полем такого магнита сложно, поэтому в генераторных установках современных автомобилей применяются роторы с электромагнитами в виде обмотки возбуждения.

На автомобилях для регулирования напряжения генератора применяются регуляторы напряжения дискретного типа, в основу работы которых положен принцип действия различного рода реле. По мере развития электротехники и электроники, регуляторы генерируемого напряжения претерпели существенную эволюцию, от простых электромеханических реле, называемых вибрационными регуляторами напряжения, до бесконтактных интегральных регуляторов, в которых полностью отсутствуют подвижные механические элементы.

***



Вибрационный регулятор напряжения

Рассмотрим работу регулятора на примере простейшего вибрационного (электромагнитного) регулятора напряжения.
Вибрационный регулятор напряжения (рис. 1) имеет добавочный резистор R_о, который включается последовательно в обмотку возбуждения ОВ. Величина сопротивления резистора рассчитана так, чтобы обеспечить необходимое напряжение генератора при максимальной частоте вращения. Обмотка регулятора

ОР, намотанная на сердечнике 4, включена на полное напряжение генератора.

При неработающем генераторе пружина 1 оттягивает якорь 2 вверх, удерживая контакты 3 в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения ОВ через контакты 3 и якорь 2 подключена к генератору, минуя резистор R_о.

С увеличением частоты вращения ток возбуждения работающего генератора и его напряжение растут. При этом увеличивается сила тока в обмотке регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленного значения, силы магнитного притяжения якоря 2 к сердечнику 4 недостаточно для преодоления силы натяжения пружины

1 и контакты 3 регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.

При достижении напряжения генератора значения размыкания U_р сила магнитноо притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора напряжения размыкаются. При этом в цепь обмотки возбуждения включится добавочный резистор, и ток возбуждения, достигший к моменту срабатывания реле значения I_р, начнет падать.
Уменьшение тока возбуждения влечет за собой уменьшение напряжения генератора, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока в обмотке ОР. Когда напряжение уменьшится до значения замыкания U_з, сила натяжения пружины преодолеет силу магнитного притяжения якоря к сердечнику, контакты вновь замкнутся, и ток возбуждения увеличится.

При работающем двигателе и генераторе этот процесс периодически повторяется с большой частотой.
В результате происходит пульсация напряжения генератора и тока возбуждения. Среднее значение напряжения U_ср определяет напряжение генератора. Очевидно, что это напряжение зависит от силы натяжения пружины реле, поэтому изменяя натяжение пружины можно регулировать напряжение генератора.

В конструкцию вибрационных регуляторов (рис. 1, а) входит ряд дополнительных узлов и элементов, назначение которых — обеспечить повышение частоты колебания якоря с целью уменьшения пульсации напряжения (ускоряющие обмотки или резисторы), уменьшение влияния температуры на величину регулируемого напряжения (добавочные резисторы из тугоплавких металлов, биметаллические пластины, магнитные шунты), стабилизацию напряжения (выравнивающие обмотки).

Недостатком вибрационных регуляторов напряжения является наличие подвижных элементов, вибрирующих контактов, которые подвержены износу, и пружины, характеристики которой в процессе эксплуатации меняются.

Особенно сильно эти недостатки проявились в генераторах переменного тока, у которых ток возбуждения почти в два раза больше, чем в генераторах постоянного тока. Использование раздельных ветвей питания обмотки возбуждения и двухступенчатых регуляторов напряжения с двумя парами контактов не решали проблему полностью и приводили к усложнению конструкции регулятора, поэтому дальнейшее совершенствование шло, прежде всего, по пути широкого использования полупроводниковых приборов.
Сначала появились контактно-транзисторные конструкции, а затем и бесконтактные.

Контактно-транзисторные регуляторы напряжения являются переходной конструкцией от механических регуляторов к полупроводниковым. При этом транзистор выполнял функцию элемента, прерывающего ток в обмотку возбуждения, а электромеханическое реле с контактами управляло работой транзистора. В таких регуляторах напряжения сохранялись электромагнитные реле с подвижными контактами, однако, благодаря использованию транзистора ток, протекающий через эти контакты, удалось значительно уменьшить, увеличив тем самым срок службы контактов и надежность работы регулятора.

В полупроводниковых регуляторах ток возбуждения регулируется с помощью транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь которого включена последовательно в обмотку возбуждения.
Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор запирает цепь обмотки возбуждения, а при снижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние.

Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети (дополнительных диодов).

С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается. Когда оно начинает превышать уровень 13,5…14,2 В, выходной транзистор в регуляторе напряжения запирается, и ток через обмотку возбуждения прерывается.
Напряжение генератора падает, транзистор в регуляторе отпирается и снова пропускает ток через обмотку возбуждения.

Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше время запертого состояния транзистора в регуляторе, следовательно, тем сильнее снижается напряжение генератора.
Этот процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой. Поэтому колебания напряжения на выходе генератора незначительны, и практически можно считать его постоянным, поддерживаемым на уровне

13,5…14,2 В.

Конструктивно регуляторы напряжения могут выполняться в виде отдельного прибора, устанавливаемого раздельно с генератором, или интегральными (интегрированными), устанавливаемыми в корпусе генератора. Интегральные регуляторы напряжения обычно объединяются с щеточным узлом генератора.

Ниже приведены принципиальные схемы подключения и работы полупроводниковых регуляторов напряжения различных типов и конструкций.

***

Определение неисправностей генератора и регулятора напряжения



Главная страница

• Страничка абитуриента

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71
  

Специальности

• Ветеринария
• Механизация сельского хозяйства
• Коммерция
• Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК. 01.01. «Устройство автомобилей»
•    Карта раздела
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики
• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»

Регуляторы напряжения

23-08-2022

Типы регуляторов напряжения

Термин регулятор напряжения имеет достаточно широкое трактование.

Свободная энциклопедия «Википедия» определяет регулятор напряжения как электронное устройство дающее возможность менять значение напряжения на выходе.

Более точное определение приводим ниже.

К основным типам регуляторов напряжения относятся:

• регулятор напряжения переменного тока;
• регулятор напряжения постоянного тока;
• делитель напряжения.

Сетевой стабилизатор напряжения, как один из видов регуляторов напряжения

Самым распространенным видом регулятора напряжения является стабилизатор напряжения. Обычно именно сетевой стабилизатор является предметом поискового запроса «регулятор напряжения».

Свободная энциклопедия «Википедия» даёт следующее определение стабилизатора напряжения.

Таким образом стабилизатор напряжения является частным случаем более общего понятия «регулятор напряжения».

Принято различать следующие типы стабилизаторов напряжения:

• релейный стабилизатор;
• симисторный стабилизатор;
• сервоприводный (электромеханический) стабилизатор;
• феррорезонансный стабилизатор.

Компания БАСТИОН является одним из лидеров в производстве стабилизаторов напряжения в России. Компания производит большой ассортимент стабилизаторов напряжения для инженерных систем и бытового использования. Подробнее о стабилизаторах компании БАСТИОН смотрите в разделе Стабилизаторы напряжения.

На следующем видео представлены стабилизаторы напряжения серии TEPLOCOM и SKAT.

ЛАТР — лабораторный регулятор напряжения

ЛАТР — лабораторный автотрансформатор, используется для ручного регулирования напряжения. Автотрансформаторы — это специальные трансформаторы, в которых обмотки катушек подключены напрямую, в этом случае используется эффекты магнитной и электрической индукции. Такие приборы имеют более высокий уровень коэффициента полезного действия.

Кроме использования для лабораторных целей, ранее такие устройства использовались для ручного регулирования значения напряжения в быту. В советское время массово выпускались РНО (регуляторы напряжения однофазные), эти простые и дешёвые устройства позволяли вручную регулировать напряжение для питания телевизора. Такие устройства часто использовались в качестве повышающего «стабилизатора» в домах, где напряжение в сети было пониженным.

Цифровой регулятор напряжения для систем управления

В системах автоматизации на промышленных объектах используется ещё один тип регулятора напряжения. Это цифровой регулятор напряжения для изменения скоростей вращения электромоторов путём регулирования значения подаваемого напряжения. Такое устройство используется, как правило, в сложном инженерном оборудовании. Примером может служить устройство для регулирования скорости вращения вентиляторов системы вентилирования в условиях воздействия внешних факторов. В этом случае на скорость вращения будет влиять несколько факторов, в том числе скорость ветра, перепад давления, температура воздуха в помещении и вне помещения. Задача регулирования скорости потока становится многокомпонентной, здесь и используются цифровые регуляторы напряжения.

Фазовый регулятор напряжения

Фазовые регуляторы напряжения предназначены для регулирования уровня напряжения, подаваемого на электрический прибор с помощью механического или электронного управления. Фазовые регуляторы напряжения достаточно широко используются в быту, примером такого использования могут быть светильники с плавным регулированием яркости свечения лампочек. В основе принципа работы таких устройств лежит принцип задержки запускающего импульса с помощью управляемого ждущего мультивибратора. Применяются и схемы с применением цифровых устройств, которые позволяют выполнять задержку импульсов. Возможно использование инверторных схем, в этом случае входное сетевое напряжение на первом этапе преобразовывается в постоянный ток, а на втором этапе моделируется синусоидальное напряжение нужного значения.

Делитель напряжения

Делитель напряжения — это один из видов регуляторов напряжения, позволяюющий разделить входное напряжение на несколько значений. При этом сумма напряжений на выходе устройства равна значению напряжения на входе прибора. Как правтло делители напряжения используются для подведения к различным элементах электрической схемы необходимого напряжения от одного источника питания. На основе использования регуляторов напряжения производятся такие приборы как: электрические фильтры, усилители входного напряжения и параметрические стабилизаторы напряжения.

Читайте также по теме

• Молниезащита здания и электросети
• Чистый синус или модифицированный меандр
• Перенапряжение в сети и защита от перенапряжения
• В питании главное — стабильность
• Стабилизатор напряжения для кондиционера и сплит-системы
• Выбираем стабилизатор напряжения для холодильника
• Какой стабилизатор для котла отопления выбрать?
• TEPLOCOM Space Technology – космические технологии в ваших руках!
• Реле или симисторы в электрических котлах отопления на основе ТЭНов
• Стабилизатор напряжения TEPLOCOM для газовых котлов
• Принципиальные схемы стабилизаторов напряжения
• Выбираем стабилизатор напряжения для всего дома
• Гальваническая развязка, принципы и задачи
• 12 причин появления скачков в сети

Что такое регулятор напряжения и для чего он нужен?

Регулятор напряжения — это компонент, обеспечивающий стабильное выходное напряжение независимо от изменения входного напряжения. Это интегральная схема (ИС), обычно с тремя или более выводами.

Типичным примером того, когда вам нужен регулятор напряжения, является ситуация, когда все, что у вас есть, это батарея на 9 В, а вашему устройству требуется 5 В. Регулятор напряжения может принимать эти 9 В в качестве входных и создавать стабильные 5 В на выходе, которые вы можете использовать для питания вашего устройства.

Или если вам нужны разные уровни напряжения для схемы, которую вы строите. Допустим, у вас есть схема с микроконтроллером, которому нужно 5 В, и мотором, которому нужно 12 В. Вместо двух источников питания вы можете использовать только один источник питания 12 В и добавить регулятор напряжения, чтобы обеспечить 5 В для микроконтроллера.

Как подключить регулятор напряжения

Обычно вам нужно подключить несколько дополнительных компонентов к регулятору напряжения, чтобы сделать выход более стабильным. Хотя бы конденсатор или два. Но это зависит от того, кого вы выберете. Вы найдете информацию о том, как подключить конкретный регулятор напряжения в его техническом описании.

Например, регулятор напряжения 7805 обычный. Он дает вам 5В на выходе. В таблице данных 7805 вы можете найти этот пример схемы, которая показывает, что вам нужны два конденсатора:

Регулятор напряжения с выходом 5 В

Типы регуляторов напряжения

Существует два основных типа регуляторов напряжения, о которых стоит знать:

• Линейный Регуляторы напряжения
• Импульсные регуляторы постоянного тока

Линейный регулятор напряжения — самый простой, для работы которого требуется всего пара конденсаторов и, возможно, один или два резистора. Но он может создавать только выходное напряжение, которое ниже входного.

Примерами линейных регуляторов являются 7805 и LM317 с регулируемым выходным напряжением.

Схема LM317 с регулируемым выходом

Импульсный регулятор постоянного тока немного сложнее, и для его работы также нужны катушка индуктивности и диод. Одним из примеров является LM2596. Но часто вы можете найти их в виде небольших модулей (ищите преобразователи постоянного тока), у которых есть все необходимое на плате.

Некоторые преобразователи постоянного тока могут обеспечивать более высокое выходное напряжение, чем то, которое вы вводите.

Модуль преобразователя постоянного тока

Линейные и импульсные регуляторы

Основное различие между двумя типами регуляторов заключается в том, что линейный стабилизатор расходует гораздо больше энергии, чем импульсный регулятор. Таким образом, линейный регулятор может легко сильно нагреться, если вы не обеспечите хорошее охлаждение. А если становится слишком жарко, то отключается.

Кроме того, импульсный стабилизатор — единственный, который может дать вам более высокое выходное напряжение, чем тот, который вы установили. Линейный стабилизатор всегда будет давать более низкое выходное напряжение.

Как работают линейные регуляторы напряжения

Существует много способов сконструировать линейный регулятор напряжения. Вот, пожалуй, один из самых простых:

На выходе всегда будет напряжение Зенера диода минус напряжение V _BE транзистора. V _BE обычно составляет от 0,6 до 0,7 В. Таким образом, с стабилитроном на 5,6 В вы получите на выходе около 5 В.

Если выходное напряжение превышает 5 В, это означает, что V _BE становится ниже. Это заставит транзистор уменьшить ток, так что напряжение снова упадет. Если выход опустится ниже 5 В, произойдет обратное.

Регуляторы с малым падением напряжения (LDO)

При использовании линейных стабилизаторов напряжения часто требуется обеспечить входное напряжение, по крайней мере, на 2 В выше требуемого выходного напряжения. Но регулятор с малым падением напряжения или LDO — это линейный стабилизатор, в котором вы можете обойтись входным напряжением, которое намного ближе к требуемому выходному напряжению.

Как работают импульсные регуляторы

Другим основным типом являются импульсные регуляторы. Это регулятор напряжения, который включает и выключает входное напряжение и использует некоторые интеллектуальные схемы с катушкой индуктивности для преобразования напряжения гораздо более энергоэффективным способом.

Существует 3 основных типа:

• Понижающий (или понижающий) преобразователь — может преобразовываться в более низкое напряжение
• Повышающий (или повышающий) преобразователь — может преобразовывать в более высокое напряжение
• Понижающе-повышающий преобразователь — может преобразовывать как в более низкое, так и в более высокое напряжение

Вот основная концепция понижающего преобразователя:

Чтобы действительно понять, как это работает, вам нужно понять, как работает дроссель.

При нажатии переключателя ток поступает в катушку индуктивности, конденсатор и нагрузку от батареи. И катушка индуктивности, и конденсатор заряжаются. Когда переключатель отпущен, энергия, накопленная в катушке индуктивности и конденсаторе, обеспечивает ток для нагрузки.

В реальной жизни переключатель заменен транзистором. И есть датчик, который проверяет выходное напряжение и включает и выключает транзистор быстрее (чтобы получить больше напряжения) или медленнее (чтобы получить меньше напряжения).

Как выбрать регулятор напряжения

Выбрать регулятор напряжения довольно просто. Вот несколько примеров:

• Ваше входное напряжение всего на несколько вольт выше желаемого выходного напряжения? Тогда можно использовать любой регулятор напряжения.
• Ваше входное напряжение всего на несколько вольт выше желаемого выходного напряжения, но вам нужен большой ток? Тогда лучшим выбором будет понижающий преобразователь, так как линейный регулятор сильно нагревается.
• Ваше входное напряжение намного выше необходимого выходного напряжения (например, 24 В на входе и 5 В на выходе)? Тогда вам, скорее всего, нужен конвертер Buck.
• Вам нужно, чтобы выходное напряжение регулятора было выше , чем входное? Тогда вам нужен преобразователь Boost или Buck-Boost.
• Ваше входное напряжение нестабильно и может быть как выше, так и ниже желаемого выходного напряжения? Тогда вам нужен повышающе-понижающий преобразователь.

Вопросы?

Дайте мне знать, какие у вас есть вопросы о регуляторе напряжения в разделе комментариев ниже. Я сделаю все возможное, чтобы ответить на них и соответствующим образом обновить статью!

Дополнительные руководства по электронным компонентам

Какова функция регулятора напряжения?

••• Сильверджон/iStock/GettyImages

Обновлено 13 марта 2018 г.

Автор: Allan Robinson

Целью регулятора напряжения является поддержание напряжения в цепи относительно близким к желаемому значению. Регуляторы напряжения являются одним из наиболее распространенных электронных компонентов, поскольку источник питания часто вырабатывает необработанный ток, который в противном случае мог бы повредить один из компонентов в цепи. Регуляторы напряжения имеют множество конкретных функций, в зависимости от их конкретного применения.

Пассивное регулирование напряжения

Пассивный регулятор напряжения может использоваться, если источник питания постоянно вырабатывает напряжение выше, чем требуется компонентам в цепи. Этот тип регулятора напряжения по существу состоит из резистора с определенным набором рабочих характеристик. Пассивный регулятор напряжения снижает входное напряжение до желаемого выходного уровня и сбрасывает избыточную энергию в виде тепла. Пассивным регуляторам часто требуется радиатор для рассеивания этого ненужного тепла.

Активное регулирование напряжения

Для цепей, требующих повышения напряжения, потребуется активный регулятор напряжения. Такие регуляторы напряжения обычно используют некоторый тип цепи отрицательной обратной связи для управления напряжением. Это означает, что выход напряжения за пределы желаемого диапазона приводит к тому, что регулятор напряжения возвращает напряжение в указанный диапазон. В свою очередь, это действие заставляет регулятор напряжения перестать изменять напряжение в цепи.

Регулирование сети

Регуляторы напряжения на основной линии электропередачи переменного тока для управления очень большими изменениями напряжения в цепях такого типа. Трансформатор в сети имеет несколько отводов, которые регулируют напряжение в цепи. Когда выходное напряжение сетевого регулятора падает ниже минимального значения, регулятор подключается к отводу с более высоким напряжением. Точно так же, когда выходное напряжение превышает максимальное значение, регулятор подключается к отводу с более низким напряжением.

Стабилизация напряжения переменного тока

Стабилизация напряжения переменного тока относится к регулированию относительно небольших колебаний напряжения переменного тока. Эти регуляторы напряжения обычно используются в домашних условиях, чтобы поддерживать напряжение в диапазоне, необходимом для бытовых приборов. В регуляторах напряжения переменного тока используется сервомеханизм, который постоянно реагирует на незначительные изменения напряжения трансформатора, чтобы удерживать напряжение дома в узком диапазоне.

Стабилизация напряжения постоянного тока

Стабилизаторы напряжения постоянного тока контролируют напряжение в цепи, в которой используется батарея. Они используют шунтирующее устройство, такое как диод лавинного пробоя, трубка регулятора напряжения или стабилитрон, для проведения только при определенном напряжении. Шунт будет проводить столько тока, сколько необходимо для вывода этого напряжения. Для безопасной работы стабилизатора постоянного напряжения ток от источника питания не должен превышать максимальный безопасный предел напряжения шунтирующего устройства. Обычно это достигается включением последовательного резистора в цепь.

Статьи по теме

Ссылки

• UST: Руководство по автоматическим регуляторам напряжения/преобразователям напряжения
• Аналоговые устройства: понимание того, как работают регуляторы напряжения места.