Регуляторы переменного напряжения

Введение
Актуальность. 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. Регулирование напряжения можно выполнять на первичной и вторичной сторонах регулятора с целью получения на нагрузке номинального напряжения при колебании напряжения сети от 175 вольт до 242 вольта.
В связи с постоянным совершенствованием технологий на практике стали все чаще использовать регуляторы напряжения, в связи с чем возросла актуальность вопроса их изучения
Цель данной работы заключается в изучении регуляторов переменного напряжения. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучен имеющийся материал по тематике исследования;
- рассмотрено понятие регулятора напряжения, основные характеристики и виды;
- изучены типовые схемы регуляторов переменного тока.
В ходе выполнения данных задач применялись такие методы исследования, как анализ, синтез, описание и обобщение.
В качестве объекта исследования выступают электрические устройства, а предметом исследования является регулятор переменного напряжения.
1 Понятие регулятора напряжения, основные характеристики и виды
Регулятором напряжения называется электронный прибор, служащий для повышения или понижения уровня выходного сигнала, в зависимости от величины разности потенциалов на его входе. То есть это устройство, с помощью которого можно управлять значением мощности, подводимой к нагрузке. При этом регулировать подаваемый уровень энергии можно как на реактивной, так и активной нагрузке [1].
Существуют следующие разновидности регуляторов напряжения:
- по количеству узлов в одном корпусе - только регулятор напряжения, регулятор напряжения вместе с выпрямителем электрического тока, комбинированный регулятор для напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока с выпрямителем;
- по номинальному напряжению в сети - 6 или 12 В;
- по числу фаз - однофазные и трехфазные;
- по типу регулируемого генератора постоянного тока - для генераторов с независимым возбуждением и генераторов с постоянными магнитами;
- по виду выходного сигнала - стабилизированные и нестабилизированные;
- по виду приспособления - портативные или стационарные [2].
К основным характеристикам устройств относят следующие параметры:
- плавность регулировки. Обозначает минимальный шаг, с которым происходит изменение величины разности потенциалов на выходе. Чем он плавнее, тем точнее можно выставить значение напряжения на выходе;
- рабочая мощность

. Характеризуется значением силы тока, которое может пропускать через себя прибор продолжительное время без повреждения своих электронных связей;
- максимальная мощность. Пиковая величина, которую кратковременно выдерживает устройство с сохранением своей работоспособности;
- диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которым устройство может работать;
- диапазон изменяемого сигнала на выходе устройства. Обозначает значения разности потенциалов, которое может обеспечить устройство на выходе;
- тип регулируемого сигнала. На вход устройства может подаваться как переменное, так и постоянное напряжение;
- условия эксплуатации. Обозначает условия, при которых характеристики регулятора не изменяются;
- способ управления. Выставление выходного уровня сигнала может осуществляться пользователем вручную или без его вмешательства [1].
2 Типовые схемы регуляторов переменного тока
2.1 Тиристорные регуляторы переменного напряжения
С целью проведения регулирования в сетях в настоящее время широкую популярность получили схемы с использованием тиристоров. На рисунке 1 показана наиболее простая схема регулятора переменного напряжения. Тиристоры, которые обозначены на схеме как VS1 и VS2, включаются встречно-параллельно используемой нагрузки ZН. Каждый из тиристоров работает на положительном или отрицательном полупериоде. Открытие тиристоров происходит при определенном значении угла управления α, а закрытие – в момент, когда наблюдается переход тока, протекающего через нагрузку, через ноль. Осуществляя управление величиной угла α, можно осущетсвлять управление значением выходного напряжения в досточтоно широком диапазоне - от нуля до напряжения питания сети
Рисунок 1 – Схема регулятора переменного напряжения [3]
 
Недостатком данной схемы является достаточно сильное искажение кривой напряжения, а также изменение значения фазы первой гармоники. В связи с этим в большинстве случаев наиболее предпочтительными являются импульсные регуляторы переменного напряжения. На рисунке 2 показана наиболее простая схема данного типа регулятора. В данной схеме последовательно нагрузке ZН включается обмотка W2 высокочастотного трансформатора T, которая с некоторой периодичностью замыкается накоротко с помощью ключа К1. Обмотка W1 высокочастотного трансформатора подключается с помощью ключа К2 к напряжению питающей сети. Используемые в схеме ключи должны работать в противофазе.

Рисунок 2 – Схема импульсного регулятора напряжения [3]
2.2 Транзисторные регуляторы переменного напряжения
В отличие от обычных тиристоров, полностью управляемые силовые электронные ключи позволяют обеспечить синусоидальность выходного напряжения регулятора методами импульсной модуляции