Электронные регуляторы напряжения. Как работает электронный регулятор напряжения и инструкция по его установке

Появление полупроводниковых приборов, способных при работе в ключевом режиме коммутировать большие мощности, привело к использованию для регулирования напряжения авиационных генераторов транзисторных и тиристорных регуляторов. Регулирование напряжения осуществляется путем изменения среднего тока возбуждения. В большинстве схем регуляторов напряжения на транзисторах принципиальная схема оконечного каскада имеет вид, представленный на рис. 4.3.а).

Рис. 4.3. а) Схема включения электронного регулятора; б) форма управляющего сигнала и среднего тока в ОВГ.

Схемы регуляторов отличаются друг от друга схемами управления импульсным элементом, роль которого выполняет мощный транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения и работающий в режиме ключа. Когда транзистор находится в закрытом состоянии, можно считать, что сопротивление цепи эмиттер - коллектор весьма велико - «ключ закрыт». Если транзистор работает в режиме насыщения (находится в открытом состоянии)- «ключ открыт», то сопротивление весьма мало. . Схема управления вырабатывает импульсы прямоугольной формы (рис. 4.3.б). При подаче прямоугольного импульса со схемы управления транзистор открывается и через обмотку возбуждения генератора начинает протекать ток. Но так как обмотка возбуждения представляет собой индуктивность, то нарастание тока в ней будет носить экспоненциальный характер. При прекращении воздействия импульса ток возбуждения также будет убывать не мгновенно, а по экспоненте, т.е. при открытом транзисторе в полюсах генератора накапливается магнитная энергия, а в паузе тока управления, ток в обмотке возбуждения продолжает идти за счет накопленной энергии в магнитном поле. Средний ток регулируется изменением скважности импульсов. При отклонении напряжения генератора от заданного значения, например, при его увеличении длительность импульса, а соответственно и время нахождения транзистора в открытом состоянии уменьшается, что приводит к снижению среднего значения тока возбуждения возбудителя генератора, и напряжение генератора возвращается к прежнему значению. При снижении напряжения генератора время нахождения транзистора в открытом состоянии увеличивается, средний ток возбуждения возбудителя и, следовательно, напряжение генератора увеличиваются.

Таким образом, уменьшение скважности ведет к увеличению среднего тока, и наоборот. Электронная комплектация ЭРН позволяет расширить функции регулятора, так, например, на самолете Л410 он защищает сеть от повышения напряжения генератора и ограничивает максимальный ток генератора при запуске двигателя.

УПРАВЛЕНИЕ И ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

К операциям управления относятся: дистанционное включение и отключение генераторов; автоматическое включение генераторов на нагрузку при правильной полярности и определенном соотношении напряжений генераторов и бортсети. Подключение генераторов к бортсети контролируется автоматически.

В процессе эксплуатации возможны случаи отказов элементов систем генерирования, приводящих к нарушению нормальной работы СЭС. В целях предупреждения возможных тяжелых последствий, к которым могут привести ненормальные режимы, применяют различные виды защиты. В СЭС постоянного тока применяют защиты от понижения и повышения напряжения, включения генератора с неправильной полярностью и от коротких замыканий.

Операции управления и защиты от понижения напряжения (от обратных токов) и от включения генератора с неправильной полярностью выполняются комплексным аппаратом - дифференциально-минимальным реле. Защита от повышения напряжения осуществляется с помощью автоматов защиты от перенапряжения.

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

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

Регулятор напряжения

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

ТЕСТ:

4 вопроса по теме регуляторов напряжения

1. Для чего нужен регулятор:

а) Изменение напряжения на выходе из прибора.

б) Разрывание цепи электрического тока

1. От чего зависит мощность регулятора:

а) От входного источника тока и от исполнительного органа

б) От размеров потребителя

1. Основные детали прибора, собираемые своими руками:

а) Стабилитрон и диод

б) Симистор и тиристор

1. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт:

а) Питать стабилизированным напряжением микросхемы

б) Ограничивать токопотребление электрических ламп

Ответы.

2 Самые распространенные схемы РН 0-220 вольт своими руками

Схема №1.

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

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

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

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

Схема №2.

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

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

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

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

3 Основных момента при изготовлении мощного РН и тока своими руками

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

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

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

2 основных принципа при изготовлении РН 0-5 вольт

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

Рассмотрим эти принципы подробнее и разберем типовую схему регулятора.

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

• Первый вывод – входной сигнал.
• Второй вывод – выходной сигнал.
• Третий вывод – управляющий электрод.

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

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

Регулятор напряжения 0 — 220в

Топ 4 стабилизирующие микросхемы 0-5 вольт:

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

РН на 2 транзисторах

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

Ответы на 4 самых частых вопроса по регуляторам:

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

4 Схемы РН своими руками и схема подключения

Коротко рассмотрим каждую из схем, особенности, преимущества.

Схема 1.

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

Схема 2.

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

Схема 3.

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

Китайский РН на 220 вольт

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

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

Для корректной работы автомобильного генератора необходима регулировка напряжения. Благодаря устройству потенциал поддерживается в рабочем диапазоне.

Общий вид автомобильного генератора

Важно знать об устройстве, принципе работы, диагностике, ремонте и замене регулятора напряжения в автомобиле. Это позволит избежать ряда негативных ситуаций в дороге, таких как незапуск двигателя, сгорание проводки автомобиля.

Строение генератора

Вне зависимости от марки и модели автомобиля, типа автомобильного генератора, всегда в конструкцию включен регулятор напряжения, позволяющий поддерживать работоспособность независимо от частоты вращения ротора. Регулировка осуществляется за счет изменения силы электротока на обмотке ротора.

Узлы генератора (схема):

• Статор (корпус) – неподвижная часть автомобильного генератора.
• Обмоток три, соединены они в одну звездой, которая формирует трехфазное переменное напряжение.
• Ротор, на лопатках которого образуется магнитное поле, и ЭДС.
• Выпрямитель трехфазный – полупроводниковые диоды, преобразующие напряжение. Одна сторона диодов токопроводящая, другая – с изолированной поверхностью.
• Устройство автоматического регулирования напряжения.

Ротор генератора автомобиля

Три обмотки позволяют значительно снизить пульсацию за счет перекрытия фаз между собой.

Принцип работы генератора

При движении ротора возникает ЭДС на выходе автомобильного генератора, который напрямую связан с АКБ. С помощью регулировки она передается на обмотку возбуждения статора. При увеличении частоты вращения ротора, напряжение начинает изменяться.

Напряжение на обмотке присутствует всегда.

Для стабилизации величины напряжения устанавливается реле регулятора напряжения, где происходит обработка, сравнение (в аналитическом блоке) входного сигнала. При отклонении от нормы блок управления подает сигнал на исполнительный механизм, где происходит снижение силы тока. После этого напряжение на выходе автомобильного генератора стабилизируется. При слишком низком значении тока, регулятор повышает выходное напряжение.

Принцип работы регулятора напряжения

Для повышения надежности работы регуляторы выполняют по упрощенным схемам. Включает несколько устройств: сравнение сигнала, орган управления, задающий и специальный датчики.

Готовая схема состоит из двух основных элементов:

• Регулятор. Устройство, которое позволяет настраивать и контролировать напряжение. Изготавливается в двух исполнениях – аналоговом (механическом) и цифровом (электронном).
• Графитовые щетки, которые подключаются к полупроводниковым элементам. Предназначены для сообщения напряжения на ротор автомобильного генератора.

Графитовые щетки передают напряжение на ротор генератора автомобиля

Современные устройства имеют микропроцессорную базу.

Двухуровневая схема регулирования

В состав входят три основных элемента: генератор, аккумуляторная батарея, выпрямитель. Внутри устройства находится магнит, обмотка которого соединена с контроллером. В качестве задающих устройств используются металлические пружины, а сравнивающих – подвижные рычаги. Контактная группа используется в качестве измерительного прибора, а постоянное сопротивление в качестве устройства регулирования.

Двухуровневый регулятор напряжения

Принцип работы двухуровневого регулятора

При возникновении напряжения и электромагнитного поля происходит сравнение сигналов. В качестве сравнивающего устройства применяется пружина, которая действует на плечо рычага. Магнитное поле действует на рычаг в нескольких направлениях (замыкает, размыкает, остается неизменным), после чего схема регулятора действует в зависимости от величины напряжения.

При выходе сигнала из рабочего диапазона в большую сторону происходит размыкание контактов.

В цепь подключено постоянное напряжение.

При этом на обмотку подается меньший ток и напряжение стабилизируется. Если изначально происходит замыкание контактов, которое свидетельствует о низком напряжении, сила тока увеличивается, и генератор продолжает работать в нормальном режиме.

Недостатки механических моделей:

• быстрый износ деталей;
• применение электромагнитных реле.

Электронные регуляторы

Работают идентично аналоговым моделям за исключением того, что механические элементы заменены на цифровые датчики. Вместо электромагнитных классических реле применяют тиристоры, симисторы, транзисторы и др. Чувствительный элемент представляет собой систему постоянных резисторов, установленных на делителе напряжения.

Схема электронного регулятора

Принцип работы состоит в следующем: при подаче напряжения на тиристоры происходит сравнение выходных сигналов. Исполнительный орган в зависимости от полученных данных замыкает или размыкает, при необходимости включая в схему добавочное сопротивление.

Преимущества электронных моделей:

• высокая точность регулировки;
• регулятор установлен в едином блоке со щетками, что позволяет экономить место, упрощать диагностику, ремонт и замену оборудования;
• повышенная надежность и долговечность;
• более тонкая настройка прибора;
• в качестве выпрямителей применяются полупроводниковые диоды, благодаря которым обеспечивается стабильность напряжения на выходе;
• задающий элемент выполнен в виде стабилитрона.

Для новых моделей автомобилей целесообразно применение более совершенных систем регулирования ввиду более сложного технического устройства.

Снятие регулятора напряжения

Для того чтобы убрать регулятор с задней крышки автомобильного генератора, необходима отвертка (крестовидная или плоская). Сам автогенератор и ремень снимать не нужно.

Снимать конструкцию можно только после отсоединения аккумуляторной батареи. Далее необходимо отсоединить провод от автомобильного генератора, открутив крепежные болты.

Главные причины неисправностей автогенератора:

• стирание угольных щеток;
• пробой изоляции полупроводниковых элементов.

Проверка работоспособности регулятора

Практически на всех моделях авто реле регулятора диагностируется аналогично. Для проведения диагностики необходим источник постоянного напряжения (аккумулятор, батарейки), лампа 12 В или вольтметр.

Контакт минус присоединяется к пластине устройства, «плюс» – к разъему реле регулятора.

После снятия регулятора с корпуса необходимо проверить работоспособность щеток. Если они менее 5мм в длину, то щеточный узел подлежит замене.

Лампа накаливания должна быть включена в схему между парой щеток:

• потухание лампочки при увеличении напряжения говорит об исправности аппарата;
• постоянное свечение лампочки при изменении параметров сигнализирует о неисправности регулятора напряжения.

Пайка новых щеток не принесет результата, т.к. надежность конструкции значительно уменьшится. Недопустимо использовать для проверки светодиодную продукцию, т.к. проведение диагностики по данной схеме не даст реальных результатов.

Проверка без снятия напряжения

Заключается в измерении бортового напряжения в автомобиле. Наличие скачков в сети также определяется миганием ламп во время поездки. Для проверки понадобится мультиметр (либо обычная лампа накаливания). Мультиметр позволяет получить более точные результаты.

Порядок действий:

1. Завести двигатель, включить фары.
2. Присоединить измерительный прибор к АКБ.
3. Рабочее напряжение колеблется в пределах 12..14,8 В. При выходе за данный интервал регулятор напряжения считается неисправным.

Проверка под напряжением не позволяет определить состояние щеточного узла. Выход за рабочие параметры напряжения может быть связан с ослаблением или окислением контактов.

Происходит усовершенствование работы систем регулирования в автомобилях. Для современных авто нет смысла использовать двухуровневое регулирование. Более совершенные системы имеют 2 и более добавочных сопротивлений. В новых моделях вместо традиционного добавочного сопротивления используется принцип увеличения частоты срабатывания электронного ключа.

Наравне с классическими, применяются системы следящего автоматического регулирования, в которых нет электромагнитного реле.

Самым распространенным методом является трехуровневая схема регулировки с частотной модуляцией для управления логическими элементами.

Трехуровневая схема регулирования

Качество зарядки аккумуляторной батареи зависит от эффективности работы регулятора напряжения. При неполной зарядке аккумулятор теряет емкость с большой скоростью, и впоследствии завести двигатель становится невозможно.

Трехуровневый регулятор напряжения

Двухуровневые модели имеют большой недостаток – разброс величины напряжения на выходе. Поэтому для повышения стабильности работы системы применяют трехуровневую систему регулировки, в состав которой входит тумблер (изменяет параметры системы).

Применение данного вида моделей позволяет более точно проводить диагностику и контролировать потенциал на выходе генератора, что важно для новых моделей среднего ценового уровня, где производители используют не всегда качественные механизмы.

Наиболее актуально применение данной системы в зимнее время года в регионах с холодным климатом, когда от низких температур сильно снижается емкость АКБ. На смену механическим регуляторам пришли бесконтактные трехуровневые, более совершенные.

Схема и принцип работы схожи с двухуровневыми моделями за исключением того, что напряжение сначала поступает в блок обработки информации. При отклонении от рабочего значения подается звуковой сигнал (рассогласования). После этого сила электротока, поступающая на обмотку, меняется до рабочего значения.

Принцип установки

Допускается установка трехуровневых моделей в любой автомобиль самостоятельно при условии знания схемы подключения:

• Необходимо отсоединить щеточный узел, открутив болты.
• Полупроводниковый узел установить на корпусе авто, сделав необходимые крепления.
• Полупроводниковый узел устанавливается сначала на алюминиевый радиатор, т.к. требует эффективного охлаждения, а затем закрепляется на корпусе.

При отсутствии системы охлаждения регулирование будет происходить некорректно.

• После установки двух узлов необходимо обеспечить электрическую связь между ними проводами, обеспечив качественную изоляцию корпусов.

Поверхности необходимо покрыть изолирующим материалом, чтобы предотвратить замыкания на корпус. Для коммутации полупроводников следует предусмотреть переключатель.

Для установки конструкции необходим корпус. Обычно применяют пластик или алюминий, который обладает большей теплоотдачей, т.е. охлаждение будет происходить более эффективно.

Видео. Генератор в автомобиле

Регулятор напряжения в схеме автомобиля занимает одно из ключевых мест. Необходимо постоянно следить за состоянием прибора, своевременно проводить плановые осмотры, зачищать контакты (для предотвращения сбоев в работе). Т.к. деталь расположена в нижней, не защищенной от пыли и влаги, стороне моторного отсека, регулярно очищать поверхности от загрязнений.

При наличии внешних дефектов и повреждений не следует пользоваться таким устройствам, т.к. в этом случае возможен быстрый разряд аккумулятора либо полный выход из строя автомобильного генератора, а также электрической части автомобиля (из-за резкого повышения напряжения в бортовой сети).

Фазовые регуляторы напряжения довольно широко распространены в быту. Самая частая область их применения это устройства для регулировки яркости освещения .
Ниже приводится несколько простых схем регулировки напряжения для самостоятельного повторения для начинающих радиолюбителей .

Внимание !! Все схемы предназначены для работы с сетевым напряжением 220 Вольт, поэтому при сборке и настройке следует соблюдать осторожность!!

Данная схема является наиболее распространённой в различных зарубежных бытовых приборах, как самая простая и надёжная, но у нас более широкое распространение получила вот такая схема:

В качестве тиристора чаще всего применялся тиристор КУ202Н, но следует учесть что если вы планируете применять мощную нагрузку, то тиристор потребуется установить на радиатор.

Еще одна особенность данной схемы- это динистор КН102А. Так-же не самый распространенный радиоэлемент, но его можно заменить транзисторным аналогом и тогда схема регулятора напряжения получится вот такая:

Все рассмотренные конструкции очень просты, надёжны, прекрасно регулируют напряжение, но не лишены недостатков, из-за которых не переводятся энтузиасты предложить свои схемы, пусть и более сложные. Главной проблемой выше приведённых схем является инверсная зависимость фазового угла от уровня питающего напряжения, т.е. при падении напряжения в сети фазовый угол открытия тиристора или симистора увеличивается, что приводит к непропорциональному снижению напряжения на нагрузке. Небольшое снижение напряжения вызовет заметное уменьшение яркости ламп и наоборот. Если в питающей сети имеются небольшие пульсации, например от работы сварочного аппарата, мерцание ламп станет гораздо заметнее.