Pengatur voltan

Simbol elektronik untuk pengatur voltan

Pengatur voltan ialah suatu komponen elektrik yang direka khas untuk mengekalkan satu aras voltan yang tetap dan malar secara automatik.

Pengatur voltan biasanya berasaskan sistem mekanisme elektromekanik, atau komponen elektronik pasif atau aktif. Bergantung kepada rekaan, pengatur voltan boleh digunakan untuk mengatur satu atau lebih voltan AC atau DC.

Dengan pengecualian pengatur pirau (shunt regulator), semua pengatur voltan elektronik yang moden beroperasi dengan membandingkan voltan output yang sebenar kepada beberapa sumber voltan tetap dalaman. Sebarang perbezaan dikuatkan dan digunakan untuk mengawal unsur pengatur. Ini membentuk satu gelung kawalan servo suap balik negatif (negative feedback servo control loop). Jika voltan output adalah terlalu rendah, unsur pengatur akan mengeluarkan satu voltan lebih tinggi. Bagi sesetengah pengatur jika voltan output adalah terlalu tinggi, unsur pengatur akan diperintah untuk mengeluarkan satu voltan lebih rendah; bagaimanapun, banyak yang berhenti dari memunca arus dan hanya bergantung pada arus yang mengalir yang digunakan beban untuk menarik voltan jatuh. Dengan cara ini voltan output dapat dikekalkan malar secara kasar. Gelung kawalan mesti direka bentuk dengan berhati-hati bagi menghasilkan kesimbangan antara kestabilan dan kelajuan tindak balas.

Pengatur elektromekanikal

Pengatur elektromekanik yang lama,biasanya pengatur voltan akan tercapai dengan mudah dengan berlingkar dawai sentuhan bagi mewujudkan satu elektromagnet. Medan magnet itu akan dihasilkan dari arus elektrik yang tertarik ke satu teras ferus (ferrous) bagi mengawal ia di bawah ketegangan spring atau tarikan graviti.

Sebagaimana voltan meningkat, arus akan meningkat, supaya kekuatan medan magnet juga bertambah, ia akan menarik ke tangah teras dan membuka satu suis kuasa mekanikal.

Sebagaimana pengurangan voltan, arus akan berkurang, dan ketegangan spring atau berat teras menyebabkan ia tertarik semula,dengan menutup suis ia membenarkan kuasa untuk mengalir sekali lagi.

Jika reka bentuk pengatur mekanikal adalah untuk terangsang kepada perubahan naik turun voltan, pergerakan solenoid usul teras boleh jadikan sebagai satu suis pemilih yang merentasi satu julat belitan rintagan atau transformer beransur ansur berubah voltan outputnya ke atas atau bawah, atau ia akan berputar kedudukan yang bergerak ke gegelung AC pengatur.

Pada mulanya, generator automobil dan alternatorsmempunyai satu pengatur voltan mekanikal yang menggunakan satu, dua, atau tiga siaran (Relays) dan pelbagai perintang(resistors) untuk menstabilkan penjana sumber pengeluar yang di sedikitkan diantara dari 6 atau 12 V, bebas untuk enjin rpm atau pelbagai pemuatan untuk kenderaan sistem berelektrik. Pada dasarnya, siaran(relay) bekerja menghasilkan pemodulatan lebar denyut (pulse width modulation) untuk menyalaras output bagi penjana,bagi mengawal arus semasa sampai ke penjana (atau pengulang-alik) dan dalam cara ini ia mampu mengawal voltan output yang dihasilkan.

Pengatur digunakan untuk menjana (tetapi bukan pengulang-alik) dan juga sebagai pemutus penjana apabila ia tidak menghasilkan elektrik lagi, Oleh itu,untuk mencegah bateri daripada dinyahcaskan semula sebaik sahaja penjana akan diputuskan. Diod penerus(rectifier diode)dalam satu pengulang-alik (alternator) secara automatik menjalankan fungsi supaya satu geganti khusus tidak diperlukan; keketaraan pengatur ini direka.

Banyak rekaan moden kini menggunakan teknologi sifat pepejal (transistor) untuk menunjukkan fungsi sama bahawa siaran itu berfungsi dalam elektromekanik pengatur.

Pengatur utama

Pengatur elektromekanikal juga digunakan untuk melaraskan voltan dalam arus (pengagihan kuasa) AC. Pengatur ini biasanya beroperasi dengan memilih kesesuaian tap dalam transformer dengan beberapa tap. Jikalau jumlah voltan yang di hasilkan terlalu rendah, tap mengubah sambungan untuk menghasilkan voltan yang lebih tinggi. Jikalau jumlah voltan yang di hasilkan terlalu tinggi, tap akan mengubah sambungan untuk menghasilkan voltan yang lebih rendah. Pengawal menyediakan kawasan nuetral menyebabkan pengatur tidak bertindak, menghalang pengatur dari berterusan hunting (berterusan mengubah voltan) untuk mencecah sasaran voltan yang dikehendaki.

Pengatur voltan gegelung (putaran) untuk AC

Salah satu jenis pengatur yang digunakan dalam pada tahun 1920s yang menggunakan prinsip satu gegelung medan kedudukan tetap dan satu gegelung medan kedua yang boleh diputarkan sedang satu paksi dalam selari dengan gegelung yang tetap.

Apabila gegelung boleh ubah itu adalah menempatkan tegak lurus untuk gegelung yang tetap, magnetik memaksa pemangku pada gegelung yang boleh ubah baki satu sama lain di luar dan output voltan adalah tidak berubah. Berputar gegelung dalam hala satu atau lain keluar daripada kedudukan pusat akan meningkatkan atau mengurangkan voltan dalam boleh ubah yang sekunder gegelung.

Jenis ini pengatur boleh mengautomatikkan melalui satu mekanisme kawalan servo untuk memajukan pembolehubah kedudukan gegelung dengan tujuan menyediakan voltan peningkatan atau pengurangan. Satu membrek mekanisme atau nisbah tinggi gear biasa memegang gegelung putaran siap diatur pada berkuasa magnetik memaksa pemangku pada gegelung yang menyentuh perasaan.

Penstabil voltan AC

Pengstabilan voltan adalah sejenis pengatur salur teras yang menggunakan satu berterusan berubah-ubah autopengubah bagi mengekalkan satu output AC iaitu sebagai hampir standard atau voltan sesalur lumrah sebagai mungkin, di bawah keadaan pergolakan. Ia menggunakan satu servomekanisme (atau maklum balas negatif) untuk mengawal kedudukan bagi paip (atau pengelap) autopengubah, biasanya dengan sebuah jentera. Satu peningkatan dalam voltan sesalur menyebabkan output itu untuk meningkatkan, yang dalam giliran menyebabkan paip (atau pengelap) untuk berpindah arah yang mengurangkan output ke voltan yang nominal. Satu kaedah alternatif adalah penggunaan sejenis merendamkan transformer dipanggil satu ferroresonant transformer atau pemalar voltan transformer. Tranformer-transformer ini menggunakan satu litar tangki mencipta satu bunyi nyaring voltan tinggi berbelok-belok dan satu kapasitor untuk mengeluarkan satu keluaran purata hampir tetap dengan satu input berbeza-beza. Ferroresonant pendekatan adalah menarik akibat nya kurangnya bahagian-bahagian aktif, berharap pada penepuan gelung segiempat sama ciri-ciri bagi litar tangki untuk menyerap variasi dalam purata voltan masukan.

Rekaan-rekaan lebih tua ferroresonant tranformer mempunyai satu output dengan kandungan harmonik tinggi, membawa kepada satu bentuk gelombang output yang herot. Alat-alat moden adalah sudah biasa membina sempurna sinewave. Ferroresonant tindakan adalah satu aliran penghad dari satu pengatur voltan, tetapi dengan satu frekuensi bekalan yang tetap ia boleh mengekalkan satu voltan output purata yang hampir malar juga sebagai voltan masukan berbeza-beza dengan meluas.

Rekaan-rekaan lebih tua ferroresonant tranformer mempunyai satu output dengan kandungan harmonik tinggi, membawa kepada satu bentuk gelombang output yang herot. Alat-alat moden adalah sudah biasa membina sempurna sinewave. Ferroresonant tindakan adalah satu aliran penghad dari satu pengatur voltan, tetapi dengan satu frekuensi bekalan yang tetap ia boleh mengekalkan satu voltan output purata yang hampir malar juga sebagai voltan masukan berbeza-beza dengan meluas.

Kecekapan pada muatan penuh adalah lazimnya dalam lingkungan 89% hingga 93%. Bagaimanapun, pada muatan-muatan rendah, kecekapan boleh jatuh di bawah 60% dan tidak kerugian-kerugian beban boleh jadi setinggi 20%. Semasa pengehad keupayaan juga menjadi satu kecacatan apabila satu CVT adalah digunakan dalam satu permohonan dengan kesederhanaan untuk pemasukan tinggi arus seperti motor, tranformer atau besi berani. Dalam kes ini, CVT perlu saiz untuk menampung puncak semasa, oleh itu memaksa ia untuk menerpa memuatkan yang rendah dan kecekapan miskin.

Penyenggaraan minimum adalah dikehendaki lebih daripada penggantian tahunan gagal kapasitor. Berlebihan kapasitor membina kepada unit membenarkan beberapa kapasitor untuk gagal antara tanpa pemeriksaan mana-mana kesan ketara prestasi peranti itu.

Voltan output berbeza-beza kira-kira 1.2% untuk setiap 1% perubahan dalam frekuensi bekalan. Sebagai contoh, satu perubahan 2 Hz dalam frekuensi penjana, yang adalah sangat besar, mengakibatkan satu perubahan voltan output hanya 4%, yang mempunyai keputusan tipis untuk paling muatan-muatan.

Ia menerima 100% satu fasa suis mod bekalan kuasa memuatkan tanpa apa-apa kehendak untuk derating, termasuk semua bahagian-bahagian berkecuali.

Herotan arus masukan kekal kurang daripada 8% THD juga apabila membekalkan memuatkan yang tak linear dengan lebih daripada 100% arus THD.

Kelemahan CVTs (tranformer voltan malar) adalah saiz mereka yang lebih besar, tinggi dapat didengar dengungan bunyi, dan penjanaan haba tinggi.

Pengimbang voltan DC

Kebanyakkan pembekal kuasa DC yang mudah melaraskan voltan menggunakan pengatur atur pirau seperti zener diod, diod runtuhan, atau tiub pengatur voltan. Setiap alat ini mula mengalirkan pada voltan yang ditentukan dan akan mengalirkan arus yang diperlukan sebanyak mungkin untuk menahan terminal voltan pada voltan yang dikehendaki. Bekalan kuasa direka hanya untuk membekalkan jumlah arus yang maksimum dalam lingkungan kebolehannya beroperasi yang selamat bagi alat pengatur pengalihan (biasanya, menggunakan rintangan bersiri). Dalam pengatur peralihan, rujukan voltan juga bertindak sebagai alat pengatur.

Jika penstabil harus membekalkan lebih kuasa, hasil alat atur pirau hanya menyediakan voltan piawai rujukan untuk alat elektronik, dikenali sebagai penstabil voltan. Penstabil voltan ialah alat elektronik yang mampu mengalirkan arus yang lebih besar mengikut permintaan.

Pengatur aktif

Kerana mereka (pada dasarnya) membuang lebihan arus yang tidak diperlukan oleh beban, memirau pengatur adalah tidak cekap dan cuma digunakan untuk muatan yang menggunakan kuasa rendah. Apabila lebih kuasa mesti dibekalkan, litar yang lebih canggih digunakan. Secara umum, ini boleh dibahagikan kepada beberapa kelas seperti:

• Pengatur linear
• Pengatur pensuisan
• Pengatur SCR

Pengatur linear

Pengatur linear berdasarkan alat-alat yang beroperasi dalam rantau mereka yang linear (dalam kontras, satu pengatur pensuisan adalah diasaskan oleh satu peranti tekanan yang bertindak sebagai satu on/off suis). Pada masa lalu, satu atau lebih vakum tiub biasanya digunakan sebagai rintangan yang berubah-ubah.Rekaan moden kini menggunakan satu atau lebih perintang. Rekaan-rekaan linear mempunyai kelebihan hasil sangat bersih dengan sedikit gangguan di dalam output DC, tetapi kurang cekap dan tidak mampu untuk dawai arkus menaik atau menterbalikkan kemasukan voltan seperti suis bekalan.

Keseluruhan pengatur linear ini boleh di dapati sebagai litar bersepadu. Cip-cip ini datang ditetapakan atau jenis voltan boleh laras.

Pengatur pensuisan

Pengatur pensuisan biasanya menukarkan satu alat siri kepada on/off. Suis kitar bertugas menetapkan berapakah tenaga yang ditukarkan ke beban. Ini dikawal oleh satu mekanisme maklum balas yang serupa dalam satu pengatur lelurus. Kerana unsur siri adalah sepenuhnya diselenggarakan, atau mati, ia hampir tidak menghilangkan kuasa; ini memberikan kecekapan kepada pensuisan. Pengatur pensuisan juga dapat menjana output voltan yang lebih tinggi daripada input, atau kekutuban yang bertentangan-sesuatu yang tidak mustahil dengan satu reka bentuk linear.

Seperti pengatur linear, pengatur pensuisan hampir lengkap juga boleh didapati sebagai litar bersepadu. Berbeza dengan pengatur linear, ini biasanya memerlukan satu komponen luaran: satu induktor bertindak sebagai unsur penyimpan tenaga. (Nilai rintangan yang besar cenderung bersikap secara fizikal dengan semua komponen jenis lain, supaya mereka jarang sekali difabrikasi dalam litar-litar bersepadu dan pengatur IC - dengan beberapa pengecualian).

Membandingkan pengatur linear vs. pensuisan

Dua jenis pengatur mempunyai kelebihan tersendiri:

• Pengatur linear adalah output terbaik apabila bunyi bising yang rendah dikehendaki.
• Pengatur linear adalah yang terbaik semasa reaksi pantas untuk menginput dan gangguan output dikehendaki.
• Pada paras kuasa yang rendah, pengatur linear lebih murah.
• Pengatur pensuisan adalah terbaik apabila ketepatan kuasa adalah kritikal(seperti dalam komputer mudah alih).
• Pengatur pensuisan diperlukan apabila satu-satunya bekalan kuasa iaitu DC voltan, dan output voltan yang tinggi dikehendaki.
• Pada tahap kuasa yang tinggi (diatas beberapa watt), pengatur pensuisan lebih murah.

Pengatur SCR

Pengatur berkuasa daripada kuasa litar AC boleh menggunakan silikon pelurus terkawal (SCR) sebagai peranti bersiri. Apabila voltan yang dihasilkan adalah dibawah nilai yang diingini, SCR dicetuskan, membenarkan bekalan elektrik untuk mengalir kepada beban sehingga sesalur voltan AC meluluskan melalui sifar (berakhir kitar setengah). Pengatur SCR mempunyai kelebihan menjadikan kedua-duanya sangat cekap dan mudah, tetapi kerana ia tidak boleh menamatkan konduksi kitar setengah yang berterusan, ia tidak mampu melaraskan voltan dengan tepat sebagai tindak balas perubahan muatan yang cepat.

Pengatur gabungan (hibrid)

Kebanyakan pembekal tenaga menggunakan lebih daripada satu kaedah pengatur dalam bersiri. Sebagai contoh, output daripada satu pengatur pensuisan boleh terus dilaraskan oleh satu pengatur lelurus. Pengatur pensuisan menerima satu julat luas input voltan dan dengan cekap menghasilkan voltan (agak bising) sedikit di pengakhiran output yang diingini. Ini diikuti oleh satu pengatur lelurus yang menghasilkan voltan dengan tepat seperti yang diingini dan menghapuskan hampir semua bunyi bising yang dihasilkan oleh pengatur pensuisan. Rekaan-rekaan lain boleh menggunakan satu pengatur SCR sebagai sebelum pengatur, diikuti oleh satu lagi jenis pengatur. Satu cara terbaik untuk mencipta satu pembolehubah voltan, bekalan kuasa output tepat adalah menggabungkan satu multi tamparan transformer dengan post-regulator.