Схема реле регулятора напряжения
Реле-регуляторы напряжения широко используются в системе электрооборудования автомобилей. Его основной функцией является поддержание нормального значения напряжения при изменяющихся режимах работы генератора, электрических нагрузках и температуре. Дополнительно схема реле регулятора напряжения обеспечивает защиту элементов генератора при аварийных режимах и перегрузках. С ее помощью происходит автоматическое включение силовой цепи генератора в бортовую сеть.
Содержание
Принцип работы реле-регулятора
Конструкции регуляторов могут быть бесконтактными транзисторными, контактно-транзисторными и вибрационными. Последние как раз и являются реле-регуляторами. Несмотря на разнообразие моделей и конструкций, у этих приборов имеется единый принцип работы.
Значение напряжения генератора может изменяться в зависимости от того, с какой частотой вращается его ротор, какова сила нагрузочного тока и магнитного потока, который создает обмотка возбуждения.
Поэтому в реле содержатся чувствительные элементы различного назначения. Они предназначены для восприятия и сравнивания напряжения с эталоном. Кроме того, выполняется регулирующая функция по изменению силы тока в обмотке возбуждения, если напряжение не совпадает с эталонной величиной.
В транзисторных конструкциях стабилизация напряжения выполняется с помощью делителя, подключенного к генератору через специальный стабилитрон. Для управления током используются электронные или электромагнитные реле. Автомобиль постоянно меняет режим работы, соответственно, это влияет на частоту вращения ротора. Задачей регулятора является компенсация этого влияния путем воздействия на ток обмотки.
Такое воздействие может осуществляться по-разному:
- В регуляторе вибрационного типа происходит включение в цепь обмотки и выключение резистора.
- В двухступенчатой конструкции обмотка замыкается на массу.
- В бесконтактном транзисторном регуляторе выполняется периодическое включение и отключение обмотки в питающую цепь.
В любом случае,на ток оказывает влияние включенное и выключенное состояние элемента переключения, а также время нахождения в таком состоянии.
Схема работы реле регулятора
Реле регулятор служит не только для стабилизации напряжения. Это устройство необходимо с целью уменьшения тока, воздействующего на аккумулятор, когда автомобиль находится на стоянке. Ток в управляющей цепи прерывается, и электронное реле оказывается выключенным. В результате, ток перестает поступать в обмотку.
В некоторых случаях в выключателе зажигания падает напряжение, оказывая влияние и на регулятор. Из-за этого возможны колебания стрелок приборов, мигание осветительных и сигнальных ламп. Чтобы избежать подобных ситуаций применяется более перспективная схема реле-регулятора напряжения. К обмотке возбуждения дополнительно подключен выпрямитель, в состав которого входит три диода. Плюсовой вывод выпрямителя соединяется с обмоткой возбуждения. Аккумуляторная батарея на стоянке разряжается под действием малых токов, проходящих через цепь регулятора.
Работоспособность генератора контролируется реле, у которого контакты находятся в нормальном замкнутом состоянии. Через них поступает питание для контрольной лампы. Она загорается при включенном замке зажигания, а после запуска двигателя гаснет. Это происходит под действием генераторного напряжения, разрывающего замкнутые контакты реле и отключающего лампы от цепи. Горение лампы во время работы двигателя означает неисправность генераторной установки. Существуют разные схемы подключения, и каждая из них применяется индивидуально, в тех или иных типах автомобилей.
Как проверить реле регулятор
Устройство и работа контактно-вибрационного реле-регулятора
Устройство и работа контактно-вибрационного реле-регулятора
На полумонтажной схеме указаны не только электрические цепи, но и контуры магнитных систем отдельных реле.
Это облегчает изучение реальных электрических цепей в реле-регуляторе. На развернутой схеме легче проследить пути тока, проанализировать работу отдельных элементов схемы (приборов) и найти их возможные неисправности.
Для удобства пользования развернутой схемой вместе с условным обозначением элемента реле рядом в скобках указан его номер на подрисуночной надписи. Например,
РОТ (1) — последовательная обмотка реле обратного тока. Из схемы видно, что обмотка включена последовательно, поэтому в обозначении обмотки это специально не указано. Величина сопротивления (Ом) указывается над прямоугольником, являющимся условным обозначением резистора.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Электромагнитные реле, входящие в реле-регулятор, смонтированы на общем основании (рис. 53) и закрыты крышкой. Приливы основания снабжены резиновыми амортизаторами, которые способствуют гашению вибраций, передаваемых реле-регулятору от места его крепления на автомобиле.
Реле обратного тока. На сердечнике реле обратного тока находятся последовательная и параллельная обмотки. Когда напряжение генератора ниже напряжения аккумуляторной батареи, магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой, мал, и якорь не может притянуться к сердечнику и замкнуть контакты реле. По мере увеличения числа оборотов двигателя повышается напряжение генератора. Когда напряжение генератора превысит напряжение включения реле обратного тока (12,2— 13,2 В при температуре плюс 20 градусов С), якорь притянется к сердечнику и контакты реле замкнутся. При замкнутых контактах ток проходит по обмоткам в таком направлении, что их магнитные поля совпадают. Поэтому магнитное поле последовательной обмотки усиливает прижатие контактов реле.
При снижении частоты вращения вала напряжение генератора уменьшится. Когда оно станет ниже напряжения аккумуляторной батареи, ток из батареи пойдет в якорь генератора, что может привести к его перегрузке и сгоранию изоляции обмотки. В этом случае магнитный поток последовательной обмотки реле изменит направление и будет размагничивать сердечник.
Контакты реле разомкнутся, и генератор отключится от аккумуляторной батареи. Обратный ток, протекающий от батареи в генератор, при котором контакты реле размыкаются, должен составлять 0,5—6 А.
Регулятор напряжения. Когда напряжение генератора ниже напряжения, на которое отрегулирован регулятор напряжения, контакты замкнуты. Ток возбуждения генератора проходит по цепи зажим генератора — последовательная и ускоряющая обмотки ограничителя тока — замкнутые контакты ограничителя тока — выравнивающая обмотка регулятора напряжения — замкнутые контакты регулятора напряжения — клемма Ш обмотки возбуждения генератора — «масса» (корпус) генератора.
Рис. 1. Контактно-вибрационный реле-регулятор РР-130: 1 — резистор с сопротивлением 30 Ом, 2 — резиновый амортизатор, 3— реле обратного тока, 4— крышка, 5 — ограничитель тока, 6 регулятор напряжения, 7— резистор с сопротивлением 80 Ом, 8— резистор с сопротивлением 13 Ом, 9—основание регулятора, М, Ш и Я — клеммы для подключения к генератору, 6 — клемма для подключения аккумуляторной батареи
Когда напряжение генератора станет больше напряжения, на которое отрегулирован регулятор, контакты регулятора напряжения разомкнутся, и ток возбуждения, минуя контакты ограничителя тока, пойдет через резисторы в 13 и 80 Ом.
Чем больше частота вращения якоря генератора, тем большее время контакты регулятора напряжения будут находиться в разомкнутом состоянии и тем меньше будет величина тока возбуждения.
Для повышения частоты вибрации контактов регулятора напряжения (что необходимо для снижения амплитуды колебания, поддерживаемого регулятором напряжения) последовательно параллельной обмотке регулятора напряжения включается ускоряющий резистор сопротивлением 13 Ом. В момент размыкания контактов регулятора напряжения ток возбуждения начнет проходить через указанный резистор. В нем возрастает гЮдение напряжения. Напряжение на параллельной обмотке регулятора напряжения снизится, что приведет к ускорению замыкания контактов.
Рис. 2. Схемы реле-регулятора РР-130: а — полумонтажная, б — развернутая; 1 — последовательная обмотка реле обратного тока (РОТ), 2 — сердечник, 3 — пружина, 4 — параллельная обмотка РОТ, 5 — якорь, 6 — контакты РОТ, 7 — последовательная обмотка ограничителя силы тока (ОТ), 8 — ускоряющая обмотка ОТ, 9 — контакты ОТ, 10 — контакты регулятора напряжения (РН), 11 — выравнивающая обмотка РН, 12 — параллельная обмотка РН, 13 — генератор, 14—обмотка возбуждения генератора, 15 — якорь генератора, 16 — аккумуляторная батарея, 17 — стартер, 18 — выключатель зажигания, 19 — контрольная лампа аккумуляторной батареи; I — контакты замыкающие, II — контакты размыкающие, III — последовательная обмотка с числом витков 15,5, IV — параллельная обмотка с числом витков 1300+35, V — резистор
С повышением частоты вращения якоря генератора увеличится и частота вибраций контактов. Наличие ускоряющего резистора в цепи параллельной обмотки регулятора напряжения приводит к некоторому возрастанию величины регулируемого напряжения UpH с увеличением частоты вращения якоря генератора.
С увеличением частоты вращения ток возбуждения генератора уменьшается, а следовательно, снижается размагничивающее действие выравнивающей обмотки. Поэтому напряжение, поддерживаемое регулятором напряжения, остается примерно постоянным.
Ограничитель тока работает аналогично регулятору напряжения, только его последовательная обмотка реагирует не на напряжение, а на отдаваемый генератором ток. При увеличении силы тока генератора выше допустимого по условию нагрева обмоток (например, при разряженной аккумуляторной батарее) магнитный поток, создаваемый обмоткой, притягивает якорь и контакты ограничителя тока размыкаются. В этом случае ток возбуждения генератора пойдет двумя путями: как через резистор с сопротивлением в 30 Ом и далее — через замкнутые контакты регулятора напряжения к клемме генератора, так и через ускоряющую обмотку ограничителя тока, резисторы сопротивлением в 13 и 80 Ом к клемме Ш.
Для ускорения замыкания контактов (повышение частоты их вибрации) служит ускоряющая обмотка 8 ограничителя тока. Эта обмотка включена последовательно в цепь обмотки возбуждения генератора и создает магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком основной обмотки ограничителя тока. При размыкании контактов ограничителя тока ток возбуждения падает и магнитный поток ускоряющей обмотки уменьшается. В результате этого ускоряется замыкание контактов ограничителя тока.
Термокомпенсация в реле-регуляторе. При эксплуатации автомобиля температура реле-регулятора может изменяться от —50 до +90 °С как под воздействием температуры окружающей среды, так и вследствие нагрева его обмоток проходящим током. Нагрев медных обмоток, особенно имеющих большое число витков, увеличивает их сопротивление. Для устранения влияния изменения температуры на выходные параметры реле-регулятора в его конструкции предусмотрены термокомпенсирующие устройства: подвеска якоря на термобиметаллической пластине; выполнение части параллельных обмоток реле напряжения и реле обратного тока из нихрома; применение термокомпенсационного сопротивления из нихрома, включенного последовательно параллельной обмотке регулятора напряжения; установка магнитного шунта между ярмом и сердечником магнитной системы регулятора напряжения.
Читать далее: Устройство и работа контактно-транзисторного регулятора напряжения РР-362
Потеря сигнала напряжения ТН генератора, его влияние на регулятор напряжения генератора и реле защиты, методы обнаружения потери сигнала ТН и т.д. по регулятору напряжения генератора и реле защиты, Методы обнаружения потери сигнала ТН и проблемы применения ТН. Ниже приводится содержание статьи:
1 Потеря сигнала трансформатора напряжения (ТН)
1.1 Вероятные причины потери сигнала напряжения генератора VT
1,2 Проблемы после потери напряжения генератора VT
1,3 VT Применение. Заборы и ретрансляционное баланс. Обнаружение потери сигнала напряжения ТН Методы
3.1 Обнаружение потери сигнала напряжения ТН путем сравнения
3.2 Обнаружение отказа путем анализа симметричных компонентов
4 Особенности применения ТН
4.1 Феррорезонанс и заземление ТН
4.2 Использование токоограничивающих резисторов
1 Потеря сигнала трансформатора напряжения (ТН)
2 сигнала напряжения может произойти из-за ряд причин.
1.1 Вероятные причины потери сигнала напряжения ТН генератора
Наиболее распространенные причины перечислены ниже:0003
· Фактическая неисправность ТН или проводки,
· обрыв в выкатных узлах,
· размыкание контактов в результате коррозии, или
· Перегорание предохранителя из-за короткого замыкания отвертки при оперативном обслуживании.
· проблемы проводки управления
· Плохой контакт на штыре ТН.
1.2 Проблемы после потери сигнала напряжения ТН генератора
Потеря или искажение этих сигналов напряжения может вызвать следующие проблемы:
· Неправильная работа соответствующего реле, приводящая к ненужному отключению генератора
· Отказ соответствующего защитного реле от срабатывания, когда это необходимо, что может привести к серьезному повреждению генератора или связанных с ним объектов
· Неправильная работа регулятора напряжения генератора , что может привести к перевозбуждению и соответствующему повреждению
1.
3 VT Проблемы применения и реле баланса напряжения, введениеВ этой части руководства описаны схемы обнаружения потери сигнала напряжения. Требуется какой-либо метод обнаружения, чтобы можно было заблокировать срабатывание соответствующего реле и перевести регулятор напряжения в ручной режим. В этой статье также подробно рассматриваются дополнительные проблемы, связанные с применением VT, а именно:
· феррорезонанс
· заземление,
· Использование токоограничивающих резисторов.
Защита от нежелательных последствий потери сигнала ТН должна быть обеспечена применением реле баланса напряжения (60). Реле баланса напряжения получает трехфазное напряжение от каждого ТН, подключенного к клеммам генератора, и сравнивает «баланс» трехфазных напряжений, поступающих от каждого из трансформаторов напряжения. Реле сработает, когда дисбаланс превысит значение, определяемое настройкой реле.
1.4 Рекомендуемые действия после инцидента с потерей сигнала напряжения
Рекомендуемые действия, которые должны инициировать срабатывание реле выравнивания напряжения, следующие:
· При срабатывании реле выравнивания напряжения должен срабатывать сигнал тревоги, предупреждающий персонал о проблеме.
· Если проблема связана с сигналом, подаваемым на регулятор напряжения, переключите регулятор с автоматического на ручной. Это действие не позволит регулятору увеличить возбуждение до опасного уровня.
· Если сигнал от релейного ТН неисправен, необходимо принять меры, чтобы заблокировать работу соответствующего ретранслятора. Сюда могут входить:
o потеря поля,
o обратная мощность,
o резервное расстояние и
o реле максимального тока ограничения напряжения.
Такое действие не следует предпринимать, если существует вероятность того, что тревога может быть обнаружена не сразу. Реле баланса напряжения должно быть установлено как можно более чувствительным, сводя к минимуму риск срабатывания при нормальных ошибках и колебаниях напряжения. Установка около 15% дисбаланса обычно удовлетворяет этому требованию. Предоставление настройки с максимально возможной чувствительностью способствует желаемой производительности, когда дисбаланс напряжения проблематичен, но не является серьезным.
Такие меньшие дисбалансы могут возникать в результате таких условий, как плохие контакты в проводке цепи напряжения или напряжения обратной связи от трансформаторов собственных нужд, соединенных звездой (заземленных)-треугольником во вторичных цепях ТН. Такая обратная связь может действовать для поддержания напряжения на фазе схемы напряжения после перегоревшего предохранителя и, следовательно, значительно снизить степень дисбаланса, ожидаемую от состояния перегоревшего предохранителя.
2 Перегорели предохранители
На крупных генераторах обычной практикой является использование двух или более комплектов ТН в зоне генератора. Эти ТН, соединенные заземленной звездой-звездой, обычно имеют вторичные и, возможно, первичные предохранители и используются для обеспечения потенциала ряда защитных реле и регулятора напряжения. При перегорании одного или нескольких предохранителей в цепях ТН вторичные напряжения, подаваемые на реле и регулятор напряжения, будут уменьшаться по величине и смещаться по углу фазы.
Это изменение напряжения может привести как к неправильной работе реле, так и к перевозбуждению генератора регулятором. К такому же эффекту может привести разомкнутая цепь ТН.
3 Обнаружение потери сигнала напряжения ТН Методы
3.1 Обнаружение потери сигнала напряжения ТН путем сравнения
трехфазные вторичные напряжения двух комплектов ТН, как показано на рисунке-1.
· Если перегорают предохранители в одном наборе ТН, возникающий дисбаланс вызовет срабатывание реле.
· При перегорании предохранителя в регуляторе напряжения ВЦ реле подает сигнал тревоги и выводит регулятор напряжения из эксплуатации.
· При перегорании предохранителя в реле защиты ВЦ реле подаст сигнал и заблокирует возможное некорректное срабатывание реле защиты, на работу которых может повлиять изменение потенциала. Типичные функции реле, такие как 21 В, 40 В и 51 В, обычно заблокированы.
Исторически реле настраивалось на 15 % дисбаланса между напряжениями.
При рассмотрении настройки этого реле следует обратить внимание на то, что коррозия или плохой контакт контактов ТН могут привести к падению напряжения в цепи, достаточно значительному, чтобы вызвать разгон регулятора (перевозбуждение), но слишком малому для обнаружения реле. Это связано с чувствительностью схемы автоматического регулятора напряжения.
На Рисунке -1.1 показано применение двух наборов ТН на клеммах генератора, при этом 60FL сравнивает выход двух ТН.
Один комплект поставляет регулятор напряжения, а другой поставляет реле.
· При снижении или пропадании потенциала от ТН №1 реле отключает регулятор напряжения.
· В случае выхода из строя источника № 2 блокируется отключение реле 21, 27, 59N и 47. В некоторых установках также блокируются элементы 25, 32 и 40.
· Реле перевозбуждения (24), реле максимального напряжения фазы (59) и реле частоты (81) можно не блокировать, так как потеря потенциала приводит к неработоспособности этих функций.
3.2 Обнаружение отказов с помощью анализа симметричных компонентов
Современный метод обнаружения отказа ТН использует взаимосвязь между последовательными напряжениями и токами при потере потенциала. При потере одного сигнала ТН напряжения трех фаз становятся несимметричными. Из-за этого дисбаланса возникает напряжение обратной последовательности. Напряжение прямой последовательности уменьшается при потере сигнала ТН. Чтобы отличить это состояние от неисправности, проверяются токи генератора как обратной, так и прямой последовательности. Этот тип обнаружения можно использовать, когда к системе генератора применяется только один набор ТН.
В тех старых генераторах переменного тока (или небольших устройствах), где только один ТТ питает системы защиты и возбуждения, все еще возможно определить состояние перегоревшего предохранителя и подать сигнал тревоги. Это достигается за счет использования схемы, которая сравнивает напряжения обратной последовательности во вторичной обмотке ТТ (которые возникают в результате неисправности первичной обмотки или состояния перегоревшего предохранителя) с отрицательными токами во вторичной обмотке трансформатора тока (ТТ).
. Если токи обратной последовательности отсутствуют, это указывает на то, что неисправность в первичной системе не возникает, и, следовательно, это должно быть состояние перегоревшего предохранителя. Эту функцию сравнения напряжения и тока обратной последовательности можно найти в некоторых современных цифровых защитных устройствах.
4 Особенности применения VT
В этом подпункте рассматриваются два вопроса, касающиеся надлежащего применения VT. Это
· Феррорезонанс и заземление
· Использование токоограничивающих резисторов
4.1 Феррорезонанс ТН и заземление
Явления феррорезонанса могут возникать при подключении ТН звезда/звезда с незаземленной первичной обмоткой.
Это состояние может возникнуть в зоне генератора, если либо отключается нейтраль генератора, либо генератор отключается электрически, а ТН остаются подключенными к обмотке треугольником блочного трансформатора, как показано на рис. 2.
Если на обмотки ТН во время обратного питания подается напряжение выше нормального из-за замыкания на землю или коммутационного перенапряжения в незаземленной системе, повышается вероятность феррорезонанса.
Более высокое напряжение требует работы ТН в области насыщения, что способствует возникновению феррорезонансных колебаний. Эти большие токи могут вызвать тепловой отказ ТН за короткий промежуток времени.
· Используя ТН с межфазным номиналом, соединенные между линией и землей, можно снизить вероятность феррорезонанса.
· Для полного подавления феррорезонанса может потребоваться применение резистивной нагрузки к каждой фазе вторичной обмотки, достаточной для создания нагрузки, равной тепловой способности ТН. Это решение можно использовать в вышеупомянутых особых условиях эксплуатации. При нормальной работе эти резистивные нагрузки должны быть удалены.
Обратите внимание, что в этом особом рабочем режиме обычная защита от замыканий на землю изолирована от системы, находящейся под напряжением. Следует рассмотреть возможность установки временного реле перенапряжения на землю, подключенного к ТН на стороне низкого напряжения повышающего трансформатора.
Также могут применяться защита от постоянного замыкания на землю и защита от перенапряжения.
· Если заземленные ТН типа «звезда-звезда» имеют неиспользуемую (неиспользуемую) вторичную обмотку, эти нерабочие обмотки могут быть соединены по схеме «разорванный треугольник». Применяя демпфирующее сопротивление разрыва менее 45 % (15 % от Xm на фазу) ТН Xm , но не настолько низкое, чтобы ТН превышали свой тепловой номинал, незаземленная шинная система устойчива к феррорезонансу. Минимальную номинальную мощность этого демпфирующего резистора можно рассчитать, возведя в квадрат напряжение 3E0 на разорванном соединении треугольником, когда на первичной шине возникает болтовое заземление, и разделив его на выбранное омическое сопротивление резистора. Настроенное реле защиты от перенапряжения на землю с частотой 60 Гц, также подключенное к оборванному треугольнику, может обнаружить замыкание на землю и устранить неисправность.
· Если холостые вторичные обмотки ТН отсутствуют на заземленных ТН главного генератора или ТН главной шины, соединенных по схеме «звезда-треугольник», вспомогательная группа ТН, соединенных по схеме «звезда-треугольник», может обеспечить аналогичная защита.
Резистивной нагрузкой на обмотки холостого хода или вспомогательные ТН можно пренебречь до тех пор, пока не появится заземление, когда повышающий трансформатор блока находится в режиме обратного питания. По этой причине было бы целесообразно выбирать резистор в соответствии с номинальной тепловой способностью ТН.
Критерий Ro ≤ Xco f или систем с заземлением с высоким сопротивлением можно проверить, чтобы убедиться, что сопротивление оборванного резистора треугольника R достаточно низкое для ограничения переходных перенапряжений из-за дуговых замыканий на землю. См. стандарт IEEE 142-1982.
X co — емкостное сопротивление первичной стороны, распределенное по фазам относительно земли системы, а Ro — эффективное сопротивление первичной стороны по фазам, равное R (коэффициент напряжения ТН)2/3.
При соблюдении вышеуказанного критерия переходные перенапряжения не должны быть проблемой. При обесточивании первичной системы Xc o можно определить, подав напряжение V на оборванное соединение треугольником с резистором, реле максимального напряжения
и всеми фазными нагрузками, отключенными от ТН на изолированной шинной системе и измерив ток I .
Поскольку I представляет собой преимущественно ток утечки из-за емкости системы относительно земли, Xco можно приблизительно рассчитать как V (коэффициент напряжения ТН) 2 /3 I .
4.2 Использование токоограничивающих резисторов
Токоограничивающие резисторы иногда используются в цепях ТН от изолированных фазных шин, чтобы гарантировать, что номиналы токоограничивающих предохранителей не превысят уровни тока короткого замыкания. Возникает несколько вопросов, о которых пользователь должен знать в отношении правильного применения токоограничивающих резисторов.
Серьезное облучение возникает при использовании только одного резистора на фазу с двумя и более ТН. Рисунок 3 иллюстрирует это расположение.
· Одна проблема заключается в том, что резистор не открывается или частично выходит из строя, вводя высокое сопротивление в цепь. Результатом этого является то, что с открытым резистором оба ТН остаются с нулевыми или пониженными сигналами напряжения.
В этом случае реле выравнивания напряжения выйдет из строя, и автоматический регулятор напряжения может выйти из строя.
· Схемы вольтметров с одним переключателем будут затронуты, если они будут подключены к пораженной фазе. Оператор может отреагировать на пониженное напряжение во время пуска установки, ненадлежащим образом увеличив поле до точки отказа. Это больше, чем гипотетическая опасность, которая произошла на практике и привела к повреждению оборудования.
Решением этой проблемы является установка токоограничивающего резистора для каждого ТН, тем самым устраняя отказ обеих цепей ТН по общей причине. На рис. 4 показана предлагаемая схема для этого средства.
По запросу производители предоставляют такое расположение, потенциал вышеупомянутых условий сводится к минимуму и позволяет реле баланса напряжения работать надлежащим образом. Использование обнаружения отказов симметричными компонентами успешно обеспечит обнаружение отказов ТН, когда для обоих генераторных ТН используется общая схема резисторов.
Типы конструкции, работы и конструкции
Точно так же, как в ситуациях, когда нам необходимо регулировать напряжение в наших конструкциях, существуют сценарии, в которых нам необходимо регулировать ток, подаваемый на определенную часть нашей цепи. В отличие от преобразования (перехода с одного уровня напряжения на другой), которое обычно является одной из основных причин регулирования напряжения, регулирование тока обычно заключается в поддержании постоянного подаваемого тока, независимо от изменений сопротивления нагрузки или входного напряжения. Схемы (встроенные или нет), которые используются для достижения 9Источники постоянного тока 0031
называются (постоянными) регуляторами тока и очень часто используются в силовой электронике.
Несмотря на то, что регуляторы тока использовались в нескольких приложениях на протяжении многих лет, до недавнего времени они, возможно, не были одной из самых популярных тем в разговорах о проектировании электроники.
Текущие регуляторы в настоящее время достигли своего рода повсеместного статуса из-за их важных приложений в светодиодном освещении среди других приложений.
В сегодняшней статье мы рассмотрим эти регуляторы тока и изучим лежащие в их основе принципы работы, их конструкцию, типы и применение среди прочего .
Принцип работы регулятора тока
Принцип работы регулятора тока аналогичен работе регулятора напряжения, с основным отличием в регулируемом параметре и величине, которую они изменяют для обеспечения своего выхода. В регуляторах напряжения ток изменяется для достижения требуемого уровня напряжения, в то время как регуляторы тока обычно предполагают изменение напряжения/сопротивления для достижения требуемого выходного тока. Таким образом, хотя это возможно, обычно трудно одновременно регулировать напряжение и ток в цепи.
Чтобы понять, как работают регуляторы тока, нужно быстро взглянуть на закон Ома;
V=IR или I = V/R
Это означает, что для поддержания постоянного тока на выходе эти два свойства (напряжение и сопротивление) должны поддерживаться постоянными в цепи или регулироваться таким образом, чтобы при наличии изменение одного, значение другого корректируется соответствующим образом, чтобы сохранить тот же выходной ток.
Работа регулятора тока
Чтобы правильно описать принцип работы регулятора тока, давайте рассмотрим принципиальную схему ниже.
Переменный резистор в приведенной выше схеме используется для представления действия регулятора тока. Предположим, что переменный резистор автоматизирован и может автоматически регулировать свое сопротивление. Когда цепь включена, переменный резистор регулирует свое сопротивление, чтобы компенсировать изменения тока из-за изменения сопротивления нагрузки или напряжения питания. Из базового класса электричества вы должны помнить, что при увеличении нагрузки, которая по существу представляет собой сопротивление (+ емкость/индуктивность), происходит эффективное падение тока, и наоборот.
Таким образом, когда нагрузка в цепи увеличивается (увеличение сопротивления), а не падение тока, переменный резистор уменьшает собственное сопротивление, чтобы компенсировать повышенное сопротивление и обеспечить протекание того же тока. Таким же образом, когда сопротивление нагрузки уменьшается, переменное сопротивление увеличивает собственное сопротивление, чтобы компенсировать уменьшение, тем самым сохраняя значение выходного тока.
Другой подход к регулированию тока заключается в подключении резистора достаточной мощности параллельно нагрузке таким образом, чтобы в соответствии с законами основного электричества ток протекал по пути с наименьшим сопротивлением, который в данном случае будет проходить через нагрузку, только с «незначительным» током, протекающим через резистор высокого номинала.
Эти изменения также влияют на напряжение, поскольку некоторые регуляторы тока поддерживают ток на выходе, изменяя напряжение. Таким образом, практически невозможно регулировать напряжение на том же выходе, на котором регулируется ток.
Конструкция регуляторов тока
Регуляторы тока обычно реализуются с использованием стабилизаторов напряжения на основе интегральных схем, таких как MAX1818 и LM317, или с использованием мармеладных пассивных и активных компонентов, таких как транзисторы и стабилитроны.
Проектирование регуляторов тока с использованием регуляторов напряжения
Для проектирования регуляторов тока с использованием регуляторов напряжения на основе интегральных схем метод обычно включает настройку регуляторов напряжения для обеспечения постоянного сопротивления нагрузки. Обычно используются линейные стабилизаторы напряжения, поскольку: напряжение между выходом линейных регуляторов и их землей обычно жестко регулируется, поэтому между выводами можно вставить постоянный резистор, чтобы на нагрузку протекал фиксированный ток. Хороший пример дизайна, основанного на этом, был опубликован Budge Ing в одной из публикаций EDN в 2016 году.
В используемой схеме используется линейный стабилизатор LDO MAX1818 для создания регулируемого источника постоянного тока на стороне высокого напряжения. Источник питания (показан на изображении выше) был разработан таким образом, что он питает RLOAD постоянным током, равным I = 1,5 В/ROUT. Где 1,5 В — предустановленное выходное напряжение MAX1818 , но его можно изменить с помощью внешнего резистивного делителя.
Для обеспечения оптимальной работы схемы напряжение на входе MAX1818 должно быть до 2,5 В и не выше 5,5 В, так как это рабочий диапазон, указанный в техническом описании. Чтобы выполнить это условие, выберите значение ROUT, которое допускает от 2,5 В до 5,5 В между IN и GND. Например, когда нагрузка, скажем, 100 Ом с 5 В VCC, устройство работает правильно с ROUT выше 60 Ом, поскольку это значение допускает максимальный программируемый ток 1,5 В / 60 Ом = 25 мА. Тогда напряжение на устройстве будет равно минимально допустимому: 5 В — (25 мА × 100 Ом) = 2,5 В.
Другие линейные стабилизаторы, такие как LM317, также могут использоваться в аналогичном процессе проектирования, но одним из основных преимуществ ИС , таких как MAX1818, является тот факт, что они включают отключение при перегреве, что может быть очень важным при текущем регулировании. , так как температура микросхемы имеет тенденцию к нагреву при подключении нагрузок с высокими требованиями к току.
Для регулятора тока
на базе LM317 рассмотрите схему ниже;
LM317 сконструированы таким образом, что регулятор продолжает регулировать свое напряжение до тех пор, пока напряжение между его выходным контактом и его регулировочным контактом не достигнет 1,25 В, и поэтому делитель обычно используется при реализации в ситуации регулятора напряжения. . Но для нашего варианта использования в качестве регулятора тока это на самом деле упрощает нам задачу, потому что, поскольку напряжение постоянно, все, что нам нужно сделать, чтобы сделать ток постоянным, — это просто вставить резистор последовательно между выводами Vout и ADJ.
как показано на схеме выше. Таким образом, мы можем установить выходной ток на фиксированное значение, которое задается;
I = 1,25/R
Значение R является определяющим фактором значения выходного тока.
Чтобы создать регулятор переменного тока, нам нужно всего лишь добавить переменный резистор в схему рядом с другим резистором, чтобы создать делитель для регулируемого контакта, как показано на рисунке ниже.
Схема работает так же, как и предыдущая, с той разницей, что ток можно регулировать в цепи, поворачивая ручку потенциометра для изменения сопротивления. Напряжение на R определяется по формуле;
В = (1 + R1/R2) x 1,25
Это означает, что ток через R определяется выражением;
I R = (1,25/R) x (1+ R1/R2).
Это дает цепи ток в диапазоне I = 1,25/R и (1,25/R) x (1 + R1/R2)
Зависит от установленного тока; убедитесь, что мощность резистора R может выдержать ток, который будет протекать через него.
Преимущества и недостатки использования LDO в качестве регулятора тока
Ниже приведены некоторые преимущества
выбора линейного регулятора напряжения.- ИС регулятора включают защиту от перегрева, которая может пригодиться при подключении нагрузок с чрезмерными требованиями по току. ИС регулятора
- имеют большую устойчивость к большим входным напряжениям и в значительной степени поддерживают высокую рассеиваемую мощность.
- Подход, основанный на микросхемах регуляторов, предполагает использование меньшего количества компонентов с добавлением всего нескольких резисторов в большинстве случаев, за исключением случаев, когда требуются более высокие токи и подключаются силовые транзисторы. Это означает, что вы можете использовать одну и ту же микросхему для регулирования напряжения и тока.
- Сокращение количества компонентов может означать сокращение стоимости реализации и времени проектирования.
Недостатки:
С другой стороны, конфигурации, описанные в подходе ИС регулятора, допускают протекание тока покоя от регулятора к нагрузке в дополнение к регулируемому выходному напряжению. Это приводит к ошибке, которая может быть недопустима в некоторых приложениях. Однако это можно уменьшить, выбрав регулятор с очень низким током покоя.
Другим недостатком ИС регулятора является отсутствие гибкости конструкции.
Помимо использования ИС регулятора напряжения, регуляторы тока также могут быть разработаны с использованием мармеладных компонентов, включая транзисторы, операционные усилители и стабилитрон с необходимыми резисторами. В схеме используется стабилитрон, вероятно, это несложно, как если вы помните, что стабилитрон используется для регулирования напряжения. Конструкции регуляторов тока с использованием этих деталей наиболее гибкие, поскольку их обычно легко интегрировать в существующие схемы.
Регулятор тока на транзисторах
В этом разделе мы рассмотрим две конструкции. В первом будут использоваться только транзисторы, а во втором будет сочетание операционного усилителя и силового транзистора .
Для варианта с транзисторами рассмотрите схему ниже.
Регулятор тока, описанный в приведенной выше схеме, является одной из простейших конструкций стабилизатора тока. Это регулятор тока низкой стороны ; Подключал после нагрузки до земли. Он состоит из трех ключевых компонентов; управляющий транзистор (2N5551), силовой транзистор (TIP41) и шунтирующий резистор (R). Шунт, представляющий собой маломощный резистор, используется для измерения тока, протекающего через нагрузку. При включении цепи отмечается падение напряжения на шунте. Чем выше значение сопротивления нагрузки RL, тем выше падение напряжения на шунте. Падение напряжения на шунте действует как триггер для управляющего транзистора, так что чем выше падение напряжения на шунте, тем больше транзистор проводит, и регулирует напряжение смещения, приложенное к базе силового транзистора, чтобы увеличить или уменьшить проводимость с резистор R1, выполняющий роль резистора смещения.
Как и в других схемах, переменный резистор может быть добавлен параллельно шунтирующему резистору для изменения уровня тока путем изменения величины напряжения, подаваемого на базу управляющего транзистора.
Регулятор тока с использованием операционного усилителя
Для второго пути проектирования рассмотрим схему ниже;
Эта схема основана на операционном усилителе , и, как и в примере с транзистором, также использует шунтирующий резистор для измерения тока. Падение напряжения на шунте подается на операционный усилитель, который затем сравнивает его с опорным напряжением, установленным стабилитроном ZD1. Операционный усилитель компенсирует любые расхождения (высокие или низкие) в двух входных напряжениях, регулируя свое выходное напряжение. Выходное напряжение операционного усилителя подключено к высокомощному полевому транзистору, и проводимость осуществляется в зависимости от приложенного напряжения.
Основное различие между этой схемой и первой заключается в опорном напряжении, реализуемом стабилитроном. Обе эти конструкции являются линейными, и при высоких нагрузках будет выделяться большое количество тепла, поэтому к ним должны быть подключены радиаторы для рассеивания тепла.
Преимущества и недостатки
Основным преимуществом этого подхода к проектированию является гибкость, которую он предоставляет разработчику. Детали могут быть выбраны, а конструкция сконфигурирована по вкусу без каких-либо ограничений, связанных с внутренней схемой, которая характеризует подход, основанный на регуляторе IC.
С другой стороны, этот подход, как правило, более утомителен, требует больше времени, требует большего количества деталей, громоздок, подвержен сбоям и более дорог по сравнению с подходом, основанным на ИС регулятора.
Применение регуляторов тока
Регуляторы постоянного тока находят применение во всех типах устройств, от цепей питания до цепей зарядки аккумуляторов, драйверов светодиодов и других приложений, где необходимо регулировать фиксированный ток независимо от применяемого Нагрузка.