На сегодняшний день многие приборы производятся с возможностью регулировки тока. Таким образом пользователь имеет возможность контролировать мощность устройства. Работать указанные приборы способны в сети с переменным, а также постоянным током. По своей конструкции регуляторы довольно сильно отличаются. Основной деталью устройства можно назвать тиристоры.
Также неотъемлемыми элементами регуляторов являются резисторы и конденсаторы. Магнитные усилители используются только в высоковольтных приборах. Плавность регулировки в устройстве обеспечивается за счет модулятора. Чаще всего можно встретить именно поворотные их модификации. Дополнительно в системе имеются фильтры, которые помогают сглаживать помехи в цепи. За счет этого ток на выходе получается более стабильным, чем на входе.
Схема простого регулятора
Схема регулятора тока обычного типа тиристоры предполагает использовать диодные. На сегодняшний день они отличаются повышенной стабильностью и прослужить способны много лет. В свою очередь, триодные аналоги могут похвастаться своей экономичностью, однако, потенциал у них небольшой. Для хорошей проводимости тока транзисторы применяются полевого типа. Платы в системе могут использоваться самые разнообразные.
Для того чтобы сделать регулятор тока на 15 В, можно смело выбирать модель с маркировкой КУ202. Подача запирающего напряжения происходит за счет конденсаторов, которые устанавливаются в начале цепи. Модуляторы в регуляторах, как правило, применяются поворотного типа. По своей конструкции они довольно просты и позволяют очень плавно изменять уровень тока. Для того чтобы стабилизировать напряжение в конце цепи, применяются специальные фильтры. Высокочастотные их аналоги могут устанавливаться только в регуляторах свыше 50 В. С электромагнитными помехами они справляются довольно хорошо и большой нагрузки на тиристоры не дают.
Принцип работы реле регулятора
Благодаря встроенным резисторам и специальным схемам реле получает возможность сравнивать величину вырабатываемого генератором напряжения. После чего, слишком высокое значение приводит к отключению реле, чтобы не перезарядить аккумулятор и не испортить электроприборы, подключенные в бортовую сеть.
Любые неисправности приводят именно к этим последствиям, приходит в неисправность батарея АКБ или резко увеличивается эксплуатационный бюджет.
Переключатель лето/зима
Вне зависимости от сезона и температуры воздуха работа генератора всегда стабильна. Как только его шкив начинает вращаться, электроток вырабатывается по умолчанию. Однако зимой внутренности аккумулятора замерзают, он восполняет заряд значительно хуже, чем летом.
Переключатели лето/зима находятся либо на корпусе регулятора напряжения, либо этим обозначением подписаны соответствующие разъемы, которые нужно найти и подсоединить к ним проводку в зависимости от сезона.
Рис. 19 Регулятор напряжения с зимними и летними клеммами
Ничего необычного в этом переключателе нет, это лишь грубые настройки реле регулятора, позволяющие повысить до 15 В напряжение на клеммах аккумулятора.
Подключение в бортовую сеть генератора
Если при замене генератора вы подключаете новый прибор самостоятельно, необходимо учесть нюансы:
- вначале следует проверить целостность и надежность контакта провода от кузова машины к корпусу генератора
- затем можно подсоединять клемму Б реле регулятора с «+» генератора
- вместо «скруток», начинающих греться через 1 – 2 года эксплуатации, лучше использовать пайку проводов
- заводской провод нужно заменить кабелем сечения 6 мм2 минимум, если вместо штатного генератора монтируется электроприбор, рассчитанный на ток больше 60 А
- амперметр в цепи генератор/аккумулятор показывает, мощность какого источника электроснабжения в данный момент выше в бортовой сети
Рис. 20 Подключение генератора на примере ВАЗ
Амперметры – нужные приборы, с помощью которых можно определить заряд АКБ и работоспособность генератора. Без особых причин не рекомендуется убирать их из схемы.
Схемы подключения регулятора выносного
Монтируется выносное реле регулятора напряжения генератора только после выяснения, в разрыв какого провода оно должно быть подключено. Например:
- на старых РАФ, Газелях и «Бычках» используются реле 13.3702 в полимерном или стальном корпусе с двумя контактами и двумя щетками, монтируются в «–» разрыв цепи, клеммы всегда промаркированы, «+» обычно берется с катушки зажигания (Б-ВК клемма), контакт Ш регулятора соединяется со свободной клеммой щеточного узла
- в «жигулях» применяются реле регуляторы 121.3702 белого и черного цвета, существуют двойные модификации, в которых при выходе из строя одного прибора работа второго устройства продолжается простым переключением на него, монтируется в разрыв «+» клеммой 15 к выводу катушки зажигания Б-ВК, к щеточному узлу крепится проводом клемма 67
Встраиваемые реле-регуляторы автолюбители называют «шоколадками», маркированными Я112. Они монтируются в специальные щеткодержатели, прижимаются винтами и защищаются дополнительно крышкой.
На автомобилях ВАЗ реле обычно встроены в щеточный узел, полная маркировка Я212А11, подключаются к замку зажигания. Если владелец меняет штатный генератор на старом отечественном ВАЗ на устройство переменного тока от иномарки или современной Лады, подключение производится по другой схеме:
- вопрос крепления корпуса автолюбитель решает самостоятельно
- аналогом клеммы «плюс» здесь служит контакт В или В+, его включают в бортовую сеть через амперметр
- выносные реле регуляторы здесь обычно не используются, а встраиваемые уже интегрированы в щеточный узел, из них выходит единственный провод с маркировкой D либо D+, который подсоединяется к замку зажигания (к клемме катушки Б-ВК)
Рис. 21 Замена штатного реле трехуровневым регулятором
Для дизельных ДВС в генераторах может присутствовать клемма W, которая присоединяется к тахометру, ее игнорируют при установке на авто с бензиновым мотором.
Проверка подключения
После установки трехуровневого или иного реле-регулятора необходима проверка работоспособности:
- двигатель заводится
- напряжение в бортовой сети контролируется на разных оборотах
После установки генератора переменного тока и подключения его по вышеприведенной схеме владельца может ожидать «сюрприз»:
- при включении ДВС запускается генератор, измеряется напряжение на средних, больших и малых оборотах
- после выключения зажигания ключом …. двигатель продолжает работать
В этом случае заглушить ДВС можно либо сняв провод возбуждения, либо отпустив сцепление с одновременным нажатием тормоза. Все дело в наличии остаточной намагниченности и постоянном самовозбуждении обмотки генератора. Проблема решается установкой в разрыв возбуждающего провода лампочки:
- она горит при незапущенном генераторе
- гаснет после его запуска
- проходящий через лампу ток недостаточен, чтобы возбудить обмотку генератора
Эта лампа автоматически становится индикатором наличия зарядки АКБ.
Устройства постоянного тока
Схема регулятора постоянного тока характеризуется высокой проводимостью. При этом тепловые потери в устройстве являются минимальными. Чтобы сделать регулятор постоянного тока, тиристор требуется диодного типа. Подача импульса в данном случае будет высокой за счет быстрого процесса преобразования напряжения. Резисторы в цепи должны быть способны выдерживать максимальное сопротивление 8 Ом. В данном случае это позволит привести к минимуму тепловые потери. В конечном счете модулятор не будет быстро перегреваться.
Современные аналоги рассчитаны примерно на предельную температуру в 40 градусов, и это следует учитывать. Полевые транзисторы ток способны пропускать в цепи только в одном направлении. Учитывая это, располагаться в устройстве они обязаны за тиристором. В результате уровень отрицательного сопротивления не будет превышать 8 Ом. Высокочастотные фильтры на регулятор постоянного тока устанавливаются довольно редко.
Как регулировать мощность переменного тока
Решил как-то отец собрать для дачи некое устройство, в котором, по его заверению, можно будет варить сыр. Устройство сие вид имело могучий и представляло из себя железный короб, подозрительно напоминающий старую стиральную машинку. Внутрь короба (все также добротно!) были вмонтированы три тэна по 1700 Ватт каждый. В общем сыра должно было хватить на небольшой посёлок.
Изделие (внешне выглядящее как что-то из безумного макса), должно быть весьма технологичным и поддерживать заданную температуру в максимально узких пределах. Для этого рядом появилась ещё одна коробка с симисторами, к которым подключались ТЭНы и схема, выдающая высокий уровень при переходе синусоиды через ноль. А у меня появился интересный проект.
Итак нам нужно выходить на заданную температуру и поддерживать её, с этим должен справляться алгоритм ПИД регулятора. Глубоко вдаваться в его работу не буду, скажу лишь что он получает на вход текущую ошибку, а на выходе выдает какое-то число в заданных пределах. У меня таким числом будет мощность выдаваемая на ТЭН, хотя в принципе, это может быть любой инерционный процесс, например обороты двигателя. Что важно для ПИД регулятора, это чтобы выходная величина производила воздействие линейно. Поэтому попробуем разобраться в способах регулировки мощности и их линейности.
Как вообще регулируется мощность?
Мощность — это произведение силы тока на напряжение. Если представить это произведение графически, то для постоянного тока, это будет площадь прямоугольника со сторонами равными напряжению и току
Так как при постоянном сопротивлении и напряжении ток тоже будет постоянным, то заменим ось тока на ось времени. Сопротивление я беру постоянным для объяснения принципа регулирования.
Тогда при заданном напряжении (12 В) и сопротивлении в 12 Ом, по закону Ома: I=U/R, получаем ток равный 1 А, и соответственно мощность за единицу времени будет равна 12 Вт. При другом сопротивлении мощность, естественно тоже изменится.
Теперь, если мы хотим регулировать мощность за единицу времени, нам нужно как-то изменять площадь фигуры за единицу времени. Самым чистым способом будет просто изменять напряжение, тогда и мощность будет пропорционально изменяться. Но контроллер, как и любые цифровые устройства, не умеет плавно изменять напряжение на ножках, он может либо «поднимать» их до высокого уровня, либо «опускать» до низкого уровня. Этот недостаток он компенсирует скоростью, даже самый дохленький современный МК может работать на частотах в миллионы тактов в секунду. Чтобы регулировать мощность, контроллер будет очень быстро «дрыгать» ножкой, тем самым изменяя результирующая площадь импульса за единицу времени.
На этом принципе устроена широтно-импульсная модуляция, она же ШИМ. Изменяя время (ширину) импульса за период мы изменяем выдаваемую мощность. На рисунке выше, показано два периода ШИМа. Каждый период имеет отношение площади импульса к площади всего периода 0.5, те половину времени периода контроллер выдает высокий уровень сигнала, другую половину низкий. Отношение времени высокого уровня сигнала к времени низкого называется скважностью. Красная линия на графике отражает результирующую мощность за единицу времени, по ней видно что при скважности 0.5 мощность также упала на половину (с 12 до 6 Вт). Хорошая новость состоит в том, что, ШИМ в контроллерах реализован аппаратно. Так что для регулирования чего-то достаточно его запустить и, по необходимости, изменять скважность.
Для постоянного тока, режим ШИМа оптимален, причем чем более инерционный прибор мы к нему подключаем, тем меньшую частоту ШИМа можно использовать. Для большого ТЭНа достаточно чуть ли не одного герца, а вот для светодиодов лучше использовать частоту побольше. Кстати частота ШИМа в подсветке экрана ноутбука, зачастую оказывается чуть ли не решающим фактором при покупке, так как, при слишком низкой частоте, глаза будут быстро уставать.
Если попробовать провернуть трюк с ШИМом для переменного напряжения, мы увидим что все сломалось и мощность перестала регулироваться линейно
одинаковые промежутки времени стали давать нам разную площадь, а значит разную мощность. Однако, если разбить полученные отрезки на на ещё более мелкие, то процентное соотношение ширины импульса к ширине кусочка будет выравниваться.
Если мы возьмем равный процент выдаваемой мощности от каждого кусочка, в результате мы получим такой же процент, от мощности всей волны, а на выходе мы получим линейный регулятор мощности для переменного тока. Причем чем большую частоту будет иметь ШИМа, тем на большее количество кусочков он разобьет синусоиду, а значит мы получим большую линейность.
Это было бы решением всех проблем, но в моем случае устройством коммутировавшим нагрузку был не быстрый транзистор, а симистор — медленный прибор, с максимальными рабочими частотами в пределах нескольких сотен герц, к тому же симистор можно только открыть, закроется он сам при переходе через ноль. На таких частотах управлять переменным напряжением которое имеет частоту 50 Гц, линейно не получится. Поэтому здесь нужно использовать какой-то другой подход и как раз для него, помимо симисторов, была установлена схема перехода через ноль.
В случае с симисторами лучше разбить синусоиду на куски с одинаковыми площадями и записать время каждого такого кусочка в таблицу. Тогда каждое последующее значение из таблицы будет линейно увеличивать мощность.
На графике выше полуволна синусоиды разбита на части разные по времени, но имеющие одинаковую площадь, а значит несущие в себе одинаковую мощность. Все что нам останется сделать это загрузить таблицу с временными интервалам в наш котроллер, синхронизировать какой-то из его таймеров с частотой синусоиды, для этого используется схема перехода через ноль, и просто брать из таблички нужное значение, в течении которого будет высокий уровень. Суть метода похожа на ШИМ, но немного доработанный и синхронизированный с источником переменного напряжения.
Расчёт таблицы мощности
Теперь можно перейти непосредственно к расчёту.
Изначально задача заключается в том чтобы разбить синусоиду на нужное нам количество кусочков, каждый из которых будет иметь одинаковую площадь. На этом моменте, обычно проступает холодный пот, так-как площадь под графиком это и есть геометрическое определение интеграла. Соответственно нам нужно будет взять интеграл от функции при этом определить такие пределы интегрирования, которые будут давать одинаковый результат. Затем (как будто расчёта интегралов мало!) полученные пределы нужно будет перевести во время задержки (время в течении которого будет сохранятся высокий уровень). После чего полученное время перевести в понятное для контроллера число — количество тиков таймера. Звучит страшно, а по факту сейчас разберёмся:
Во первых сама функция — как было написано выше мощность это произведение тока на напряжение, для переменного тока (без сдвига фаз), это утверждение также верно, но, так-как и ток и напряжение меняются со временем P=IU превращается в P=I*sin(t) * U*sin(t). Так как амплитуда синусоиды нас сильно не волнует, уравнение вырождается до P=sin^2(t).
Неопределённый интеграл от квадрата синуса
Теперь нужно подобрать пределы для определенных интегралов. Выберем, насколько частей мы хотим разбить нашу синусоиду: я выбрал сто, чтобы можно было регулировать мощность с шагом в 1%.
Итак мы нашли чему будет равен неопределённый интеграл и даже выбрали шаг. Теперь нужно подобрать пределы интегрирования. Смысл их подбора заключается в том, чтобы значение определенного интеграла было постоянным при их смене. Напомню, что неопределенный интеграл это формула, а определённый вполне конкретное число. Определённый интеграл считается по формуле:
То есть мы берем неопределённый интеграл, подставляем в него верхнее число, затем нижнее, и вычитаем второе из первого.
Наш неопределённый интеграл является смешанной тригонометрической функцией, а значит не имеет общего аналитического решения. Чаще всего такие функции решаются либо числовыми, либо графическими методами. Графический метода заключается в том что мы строим графики для правой и левой части уравнения их пересечение будет решением уравнения. На рисунке показано решение уравнения для 0.2
Наряду с графическим методом можно использовать численный, то есть подбор решения. Будем подставлять в неопределённый интеграл числа до тех пор пока не найдём решение). Можно использовать лист и бумажку чтобы попрактиковаться в математике, можно онлайн калькулятор, я же буду использовать Python и библиотеки numpy:
import numpy as np rad_arr=list() #записываем неопределённый интеграл integral=lambda rad: (rad/2)-(math.sin(2*rad)/4) #составляем простенький цикл для подбора решений for x in np.arange(0, 0.78, 0.015): #шаг подбора for xx in np.arange(0, 3, 0.00001): if func(xx) >= x: print(xx) rad_arr.append break;
Отлично мы получили массив чисел (пределов интегрирования!), валидность этих чисел можно проверить подставив их в интеграл. В результате должна получится площадь равная выбранному шагу! Теперь, если подставить полученные числа на график мощности, должна получится следующая картина:
Если все сошлось, то можно двигаться дальше и задать получившимся числам размерность времени, потому что сейчас они в радианах. Чтобы это сделать нужно выяснить угловую скорость, для частоты сети, то есть количество радиан в секунду.
Тогда узнаем сколько сколько длится одна радиана
Теперь, значения задержек в радианах, превратим во время, умножив каждое значение на период радианы (T). Проверим ход своей мысли: действительно-ли получится время задержки, если умножить задержку, на период? Задержка имеет размерность радиан, период — секунд за радиану, мы хотим их перемножить. Тогда рад * ( сек / рад ) = сек. Мы получили время, а значит ход мыслей должен быть верным.
Для расчётов я опять предпочту python:
#стандартная частота сети frequency = 50 #находим частоту в радианах rad_per_s=frequency*(2*math.pi) #находим период радианы s_per_rad=1/rad_per_s #находим задержки используя полученный ранее массив delay_arr=[x*s_per_rad for x in rad_arr]
На этом моменте мы получили универсальную таблицу задержек, теперь необходимо конвертировать её специально под микроконтроллер.
Расчёт таймера МК и перевод таблицы
Время необходимо перевести в понятную для МК величину — количество переполнений таймера. Но сначала необходимо определится с частотой таймера: чем выше частота, тем точнее он будет отмерять время, но с другой стороны, тем меньше времени будет оставаться на выполнение остальной программы. Здесь необходимо найти золотую середину.
Для определения минимально допустимой частоты таймера, надо найти числа в массиве с минимальной разностью между ними. Разность тем меньше, чем ближе в максимуму синусоиды мы двигаемся. Тогда возьмем задержку при которой синусоида достигает единицы и число перед ним, после чего найдем их разность:
5 мс — 4.9363 мс = 0.0636 мс
Получившееся число является максимально допустимым периодом между прерываниями таймера, тогда через него найдём минимально допустимую частоту
1 / 0.0636 = 15 КГц
Значит для заданной точности в 1% будет достаточно таймера с частотой 15КГц. Частота МК составляет 16 МГц, значит между прерываниями будет 1000 тактов процессора, этого достаточно для выполнения остальной части программы, так что можно смело настраивать таймер на заданную частоту.
Для настройки таймера на определенную частоту, не кратную тактирующей используется режим таймера CTC — Clear Timer on Compare. В этом режиме таймер досчитывает до заданного числа и сбрасывается, после чего операция повторяется. Число при котором будет происходить совпадение считается по формуле
Число = Тактовая частота МК / предделитель таймера / выбранная частота
Частота выбрана, теперь нужно перевести таблицу в тики таймера. Делать я это буду опять на Python
#задаем частоту таймера generator_freg=15000 #получаем время одного периода таймера one_tick=1/generator_freq #получаем массив с тиками таймера tick_arr=[x/one_tick for x in delay_arr]
В общем-то на этом весь расчёт окончен, остается только отзеркалить получившийся массив для второй половины полуволны и загрузить в МК. Далее по прерыванию от синхроимпульса, нужно подать низкий уровень, на ножку управления симистором, запустить таймер и считать его переполнения (совпадения, тк. у нас режим CTC). Как только количество переполнений достигнет нужного числа из таблички, подаем высокий уровень на управляющую ножку. На этом линейный регулятор мощности переменного напряжения готов!
Заключение
Надеюсь статья была понятна и её было интересно читать. В дополнение хотелось бы сказать, сигнал перехода через ноль не приходит идеально вовремя, поэтому может потребоваться дополнительная коррекция, чтобы это исправить.
Код расчетов на python
import math import numpy as np rad_arr=list() integral=lambda rad: (rad/2)-(math.sin(2*rad)/4) for x in np.arange(0, 0.78, 0.015): for xx in np.arange(0, 3, 0.00001): if func(xx) >= x: print(xx) rad_arr.append break; frequency = 50 rad_per_s = frequency * (2 * math.pi) s_per_rad = 1 / rad_per_s delay_arr = generator_freg = 15000 one_tick = 1 / generator_freg tick_arr = print(tick_arr)
Также, если кому-то будет интересно, могу поделится исходником готового регулятора для ардуино.
Модели переменного тока
Регулятор переменного тока отличается тем, что тиристоры в нем применяются только триодного типа. В свою очередь, транзисторы стандартно используются полевого вида. Конденсаторы в цепи применяются только для стабилизации. Встретить высокочастотные фильтры в устройствах данного типа можно, но редко. Проблемы с высокой температурой в моделях решаются за счет импульсного преобразователя. Устанавливается он в системе за модулятором. Низкочастотные фильтры используются в регуляторах с мощностью до 5 В. Управление по катоду в устройстве осуществляется за счет подавления входного напряжения.
Стабилизация тока в сети происходит плавно. Для того чтобы справляться с высокими нагрузками, в некоторых случаях применяются стабилитроны обратного направления. Соединяются они транзисторами при помощи дросселя. В данном случае регулятор тока должен быть способным выдерживать максимум нагрузкуи в 7 А. При этом уровень предельного сопротивления в системе обязан не превышать 9 Ом. В этом случае можно надеяться на быстрый процесс преобразования.
Самодельные зарядки для АКБ
Собрать своими руками зарядное устройство для автомобильного аккумулятора реально и не особо сложно. Для этого нужно иметь начальные знания по электротехнике и уметь держать в руках паяльник.
Простое устройство на 6 и 12 В
Такая схема самая элементарная и бюджетная. При помощи этого ЗУ вы сможете качественно зарядить любой свинцовый аккумулятор с рабочим напряжением 12 или 6 В и электрической ёмкостью от 10 до 120 А/ч.
Устройство состоит из понижающего трансформатора Т1 и мощного выпрямителя, собранного на диодах VD2-VD5. Установка зарядного тока производится переключателями S2-S5, при помощи которых в цепь питания первичной обмотки трансформатора подключаются гасящие конденсаторы C1-C4. Благодаря кратному «весу» каждого переключателя, различные комбинации позволяют ступенчато регулировать ток зарядки в пределах 1–15 А с шагом 1 А. Этого достаточно для выбора оптимального тока зарядки.
К примеру, если необходим ток в 5 А, то понадобится включить тумблеры S4 и S2. Замкнутые S5, S3 и S2 дадут в сумме 11 А. Для контроля напряжения на АКБ служит вольтметр PU1, за зарядным током следят при помощи амперметра PА1.
В конструкции можно использовать любой силовой трансформатор мощностью около 300 Вт, в том числе и самодельный. Он должен выдавать на вторичной обмотке напряжение 22–24 В при токе до 10–15 А. На месте VD2-VD5 подойдут любые выпрямительные диоды, выдерживающие прямой ток не менее 10 А и обратное напряжение не ниже 40 В. Подойдут Д214 или Д242. Их следует установить через изолирующие прокладки на радиатор с площадью рассеяния не менее 300 см. кв.
Конденсаторы С2-С5 обязательно должны быть неполярные бумажные с рабочим напряжением не ниже 300 В. Подойдут, к примеру, МБЧГ, КБГ-МН, МБГО, МБГП, МБМ, МБГЧ. Подобные конденсаторы, имеющие форму кубиков, широко использовались как фазосдвигающие для электромоторов бытовой техники. В качестве PU1 использован вольтметр постоянного тока типа М5−2 с пределом измерения 30 В. PA1 — амперметр того же типа с пределом измерения 30 А.
Схема проста, если собрать её из исправных деталей, то в налаживании не нуждается. Это устройство подойдёт и для зарядки шестивольтовых батарей, но «вес» каждого из переключателей S2-S5 будет иным. Поэтому ориентироваться в зарядных токах придётся по амперметру.
С плавной регулировкой тока
По этой схеме собрать зарядник для аккумулятора автомобиля своими руками сложнее, но она возможна в повторении и тоже не содержит дефицитных деталей. С её помощью допустимо заряжать 12-вольтовые аккумуляторы ёмкостью до 120 А/ч, ток заряда плавно регулируется.
Зарядка батареи производится импульсным током, в качестве регулирующего элемента используется тиристор. Помимо ручки плавной регулировки тока, эта конструкция имеет и переключатель режима, при включении которого зарядный ток увеличивается вдвое.
Режим зарядки контролируется визуально по стрелочному прибору RA1. Резистор R1 самодельный, выполненный из нихромовой или медной проволоки диаметром не менее 0.8 мм. Он служит ограничителем тока. Лампа EL1 — индикаторная. На её месте подойдёт любая малогабаритная индикаторная лампа с напряжением 24–36 В.
Читать также: Схема намотки ротора болгарки
Понижающий трансформатор можно применить готовый с выходным напряжением по вторичной обмотке 18–24 В при токе до 15 А. Если подходящего прибора под рукой не оказалось, то можно сделать самому из любого сетевого трансформатора мощностью 250–300 Вт. Для этого с трансформатора сматывают все обмотки, кроме сетевой, и наматывают одну вторичную обмотку любым изолированным проводом с сечением 6 мм. кв. Количество витков в обмотке — 42.
Тиристор VD2 может быть любым из серии КУ202 с буквами В-Н. Его устанавливают на радиатор с площадью рассеивания не менее 200 см. кв. Силовой монтаж устройства делают проводами минимальной длины и с сечением не менее 4 мм. кв. На месте VD1 будет работать любой выпрямительный диод с обратным напряжением не ниже 20 В и выдерживающий ток не менее 200 мА.
Налаживание устройства сводится к калибровке амперметра RA1. Сделать это можно, подключив вместо аккумулятора несколько 12-вольтовых ламп общей мощностью до 250 Вт, контролируя ток по заведомо исправному эталонному амперметру.
Из компьютерного блока питания
Чтобы собрать это простое зарядное устройство своими руками, понадобится обычный блок питания от старого компьютера АТХ и знания по радиотехнике. Но зато и характеристики прибора получатся приличными. С его помощью заряжают батареи током до 10 А, регулируя ток и напряжение заряда. Единственное условие — БП желателен на контроллере TL494.
Для создания автомобильной зарядки своими руками из блока питания компьютера придётся собрать схему, приведённую на рисунке.
Пошагово необходимые для доработки операции будут выглядеть следующим образом:
- Откусить все провода шин питания, за исключением жёлтых и чёрных.
- Соединить между собой жёлтые и отдельно чёрные провода — это будут соответственно «+» и «-» ЗУ (см. схему).
- Перерезать все дорожки, ведущие к выводам 1, 14, 15 и 16 контроллера TL494.
- Установить на кожух БП переменные резисторы номиналом 10 и 4,4 кОм — это органы регулировки напряжения и тока зарядки соответственно.
- Навесным монтажом собрать схему, приведённую на рисунке выше.
Если монтаж выполнен правильно, то доработку закончена. Осталось оснастить новое ЗУ вольтметром, амперметром и проводами с «крокодилами» для подключения к АКБ.
В конструкции возможно использовать любые переменные и постоянные резисторы, кроме токового (нижний по схеме номиналом 0.1 Ом). Его рассеиваемая мощность — не менее 10 Вт. Сделать такой резистор можно самостоятельно из нихромового или медного провода соответствующей длины, но реально найти и готовый, к примеру, шунт от китайского цифрового тестера на 10 А или резистор С5−16МВ. Ещё один вариант — два резистора 5WR2J, включённые параллельно. Такие резисторы есть в импульсных блоках питаниях ПК или телевизоров.
Как сделать регулятор для паяльника?
Сделать регулятор тока своими руками для паяльника можно, используя тиристор триодного типа. Дополнительно потребуются биполярные транзисторы и низкочастотный фильтр. Конденсаторы в устройстве применяются в количестве не более двух единиц. Снижение тока анода в данном случае должно происходить быстро. Чтобы решить проблему с отрицательной полярностью, устанавливаются импульсные преобразователи.
Для синусоидального напряжения они подходят идеально. Непосредственно контролировать ток можно за счет регулятора поворотного типа. Однако кнопочные аналоги также встречаются в наше время. Чтобы обезопасить устройство, корпус используется термостойкий. Резонансные преобразователи в моделях также можно встретить. Отличаются они, по сравнению с обычными аналогами, своей дешевизной. На рынке их часто можно встретить с маркировкой РР200. Проводимость тока в данном случае будет невысокой, однако управляющий электрод со своими обязанностями справляться должен.
Приборы для зарядного устройства
Чтобы сделать регулятор тока для зарядного устройства, тиристоры необходимы только триодного типа. Запирающий механизм в данном случае будет контролировать управляющий электрод в цепи. Полевые транзисторы в устройствах используются довольно часто. Максимальной нагрузкой для них является 9 А. Низкочастотные фильтры для таких регуляторов не подходят однозначно. Связано это с тем, что амплитуда электромагнитных помех довольно высокая. Решить эту проблему можно просто, используя резонансные фильтры. В данном случае проводимости сигнала они препятствовать не будут. Тепловые потери в регуляторах также должны быть незначительными.
Простое зарядное устройство стабилизатор тока из подручных материалов
Существует огромное число готовых схем и конструкций, позволяющих заряжать автомобильный аккумулятор. Эта статья на тему переделки компьютерного блока питания под автоматическое зарядное устройство автомобильного аккумулятора. В ней рассказывается о том, как собрать автоматический стабилизатор тока с возможностью регулировки выходного тока.
Схема стабилизатора, используемая в нашем собираемом зарядном устройстве, довольно проста и основана на базе операционного усилителя (ОУ) без обратной связи с большим коэффициентом усиления.
В качестве такого операционного усилителя, или правильнее будет его назвать компаратором, используется микросхема LM358. На изображении видно, что она имеет:
- два входа (инвертирующий и неинвертирующий);
- один выход.
Задача LM358 состоит в том, чтобы сбалансировать параметры на выходе путём увеличения или уменьшения напряжения на входах.
Зарядное устройство или простой стабилизатор – это прибор, который:
- сглаживает пульсации сети;
- поддерживает прямую линию графика тока на одном уровне.
Как это осуществляется? В нашем случае на один вход подаётся опорное напряжение, задаваемое с помощью стабилитрона. Второй вход подключен после шунта, предназначенного для роли датчика тока. Когда подключается к выходу разряженный аккумулятор, в цепи возрастает ток и соответственно возникает падение напряжения на низкоомном резисторе. На микросхеме LM358 появляется разность напряжений между двумя входами. Устройство стремится сбалансировать эту разность, тем самым увеличивая параметры на выходе.
Глядя на схему мы видим, что на выход подключен полевой транзистор, который управляет нагрузкой. По мере заряда аккумулятора на клеммах устройства начинает повышаться напряжение, следовательно, начинает расти оно и на одном из входов ОУ. Возникает разность напряжений между входами, которую ОУ пытается выровнять путём уменьшения напряжения на выходе, тем самым уменьшая ток в основной цепи.
В итоге, аккумулятор заряжается до нужного напряжения, то есть выставленного значения на клеммах зарядного устройства. Падение напряжения на резисторе R3 становится минимальным, либо его не будет вообще. При выравнивании напряжения на входах транзистор закрывается, тем самым отключая нагрузку от зарядного устройства.
Регуляторы для активной нагрузки
Схема регулятора тока для активной нагрузки тиристоры предполагает использовать триодного типа. Сигнал они способны пропускать в обоих направлениях. Снижение тока анода в цепи происходит за счет понижения предельной частоты устройства. В среднем данный параметр колеблется в районе 5 Гц. Напряжение максимум на выходе должно составлять 5 В. С этой целью резисторы применяются только полевого типа. Дополнительно используются обычные конденсаторы, которые в среднем способны выдерживать сопротивление 9 Ом.
Импульсные стабилитроны в таких регуляторах не редкость. Связано это с тем, что амплитуда электромагнитных колебаний довольно большая и бороться с ней нужно. В противном случае температура транзисторов быстро возрастает, и они приходят в негодность. Чтобы решить проблему с понижающимся импульсом, преобразователи используются самые разнообразные. В данном случае специалистами также могут применяться коммутаторы. Устанавливаются они в регуляторах за полевыми транзисторами. При этом с конденсаторами они соприкасаться не должны.
Виды современных устройств
Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.
На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:
- Фазовые. Используются для управления яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп. Другое их название — диммеры.
- Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.
- Симисторные. Мощность регулируется вследствие изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку.
- Регулятор хода. Позволяет плавно изменять электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.
При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:
- плавность регулировки;
- рабочую и пиковую подводимую мощность;
- диапазон входного рабочего сигнала;
- КПД.
Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.
Тиристорный прибор управления
Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.
Читать также: Как соединить выхлопную трубу без сварки
Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.
Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.
Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.
Симисторный преобразователь мощности
Симистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.
Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.
Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.
Фазовый способ трансформации
Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.
Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.
При работе диммеров в широком спектре частот возбуждаются электромагнитные помехи. Такие излучения приводят к снижению КПД из-за появления паразитного тока в проводниках. Для борьбы с такими токами в конструкцию добавляются индуктивно-ёмкостные фильтры.
Как сделать фазовую модель регулятора?
Сделать фазовый регулятор тока своими руками можно при помощи тиристора с маркировкой КУ202. В этом случае подача запирающего напряжения будет проходить беспрепятственно. Дополнительно следует позаботиться о наличии конденсаторов с предельным сопротивлением свыше 8 Ом. Плата для этого дела может быть взята РР12. Управляющий электрод в этом случае обеспечит хорошую проводимость. Импульсные преобразователи в регуляторах данного типа встречаются довольно редко. Связано это с тем, что средний уровень частоты в системе превышает 4 Гц.
В результате на тиристор оказывается сильное напряжение, которое провоцирует возрастание отрицательного сопротивления. Чтобы решить эту задачу, некоторые предлагают использовать двухтактные преобразователи. Принцип их работы построен на инвертировании напряжения. Изготовить самостоятельно регулятор тока данного типа в домашних условиях довольно сложно. Как правило, все упирается в поиски необходимого преобразователя.
Практические примеры для повторения
Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.
Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.
Доминирующая схема
Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.
Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.
При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.
В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.
Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.
Контроллер нагрева паяльника
Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.
Читать также: Сделать доильный аппарат своими руками
Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.
Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.
Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.
Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.
В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками.
Устройство импульсного регулятора
Чтобы сделать импульсный регулятор тока, тиристор потребуется триодного типа. Подача управляющего напряжения осуществляется им с большой скоростью. Проблемы с обратной проводимостью в устройстве решаются за счет транзисторов биполярного типа. Конденсаторы в системе устанавливаются только в парном порядке. Снижение тока анода в цепи происходит за счет смены положения тиристора.
Запирающий механизм в регуляторах данного типа устанавливается за резисторами. Для стабилизации предельной частоты фильтры могут применяться самые разнообразные. Впоследствии отрицательное сопротивление в регуляторе не должно превышать 9 Ом. В данном случае это позволит выдерживать большую токовую нагрузку.
Модели с плавным пуском
Для того чтобы сконструировать тиристорный регулятор тока с плавным пуском, нужно позаботиться о модуляторе. Наиболее популярными на сегодняшний день принято считать поворотные аналоги. Однако они между собой довольно сильно отличаются. В данном случае многое зависит от платы, которая применяется в устройстве.
Если говорить про модификации серии КУ, то они работают на самых простых регуляторах. Особой надежностью они не выделяются и определенные сбои все же дают. Иначе обстоят дела с регуляторами для трансформаторов. Там, как правило, применяются цифровые модификации. В результате уровень искажений сигнала значительно сокращается.
