Regulatori napona-su uređaji koji treba da obezbijede konstantan izlazni napon.

Treba da znate da se izlazni napon mijenja u zavisnosti od promene ulaznog napona i struje opterećenja zahtjevima kola. Jer mnogi elektronski uređaji zahtevaju operativni naponi i struje koji moraju ostati konstanta, neki vid regulacije je neophodan. Kola koji održavaju napone napajanja ili trenutnog izlaza u okviru određene granice, ili tolerancije se zovu regulatorna tela. Oni su označene kao jednosmerni napon ili DC struje regulatora, u zavisnosti od njihove specifične primene.

Koriste se u elektromehaničkim mehanizmima, za pasivne ili aktivne električne komponente. U zavisnosti od dizajna, može da se koristi da reguliše jedan ili više naizmeničnih ili jednosmernih napona.

Sa izuzetkom pasivnih šant regulatora, svi savremeni električni regulatori napona rade se upoređivanjem stvarnog izlaznog napona sa nekim unutrašnjim fiksim referentnim napono. Nivo razlika je pojačan i koristi se za kontrolu elemenata regulacije, na ovaj način da se smanjuje napon greške. Oblik negativne povratne sprege, povećanjem sprege teži da se poveća preciznost regulacije ali smanjuje stabilnost (izbegavanje oscilacija. Ako je izlazni napon suviše mali (verovatno zbog smanjenja ulaznog napona ili struje povećanjem otpornosti), regulator proizvedi veći izlazni napon, u tom slučaju regulator proizvodi manji napon.

1. OPŠTI POJMOVI O REGULATO RIMA

1.1 Pojam regulacije

Na tok proizvodnog procesa utiču razni poremećaji i da bi se proces odvijao na unapred određen način potrebno je upravljati njime. Pod upravljanjem se p odrazumeva skup radnji kojima se obezbeđuje željeni tok proizvodnog p rocesa u uslovima poremećaja. U velikom broju slučajeva u praksi tok nekog proizvodnog procesa određen je vrednošću neke fizičke veličine (temperatura u nekoj peći, visina nivoa tečnosti, ...). Zadatak upravljanja takvim procesima svodi se na održavanje vrednosti određene fizičke veličine u dozvoljenim (regularnim) granicama. Skup radnji kojima se to postiže naziva se regulacija. Kad a se regulacija date fizičke veličine vrši automatski, pomoću određenih uređaja i mašina, radi se o automatskoj regulaciji. Uređaj koji obavlja taj zadatak naziva se regulator.

Kao što je poznato, krajnji cilj upravljanja proizvodnim procesima je neki koristan ili proizvodni rad. Taj rad obavlja mašina na koju se primenjuje upravljanje (objekat upravljanja). Prema tome, koristan proizvodni rad je rezultat usklađenog funkcionisanja mašine koja obavlja p roizvodni proces i regulatora koji upravlja tom mašinom. Regulator i objekat upravljanja,  međusobno povezani određenim funkcionalnim vezama, obrazuju funkcionalnu  celinu ko ja se naziva sistem automatskog upravljanja (SAU). Ako se radi o automatskoj regulaciji, govori se o sistemu automatske regulacije (SAR).

  Slika1. Regulacioni krug

Opšta blok-šema sistema automatske regulacije može se p rikazati kao na slici 6.1. N a

ovoj slici možemo uočiti da regulator, objekat regulacije i merni pretvarač, povezani međusobno odgovarajućim vezama, obrazuju zatvoren krug. Taj krug se naziva regulacion i krug ili regulaciono kolo.

Ulazni signal regulatora je izlazni signal merno g p retvarača. Pretvarač zadate vrednosti i

detektor signala greške sastavni su elementi regulatora. Izlazna veličina regulatora je signal upravljanja, koji raspolaže dovoljnom snagom za pokretanje izvršnog organa objekta regulacije (regulacionog ventila, elektromotornog pogona i drugo). 

Uloga regulatora u regulacionom krugu je da na temelju odstupanja stvarne od željene vrednosti regulisane veličine, daje na svom izlazu, odnosno ulazu izvršnog organa objekta regulacije, takvu vrstu i vrednost signala ko ji će izvršni organ pokretati određenom brzinom i u određenom smeru.

2. MERE KVALITETA REGULATORA

• Opterećenje regulacije je promena izlaznog napona za dati promenu struje opterećenja (na primer: "obično 15mV, 100mV za maksimalno opterećenje između 5mA i struja 1.4A, na odredjenim temperaturama i ulaznog napona").
• Linija regulacije(ulazni propisni stepen)-u kojem promene izlaznog napona sa ulaznim naponom menja - kao odnos izlazih sa ulaznim promenam (na primer "obično 13mV / V), ili izlaznog napona menjaju tokom celog opsega ulaznog napona (na primer, plus ili minus 2% za ulaz napona između 90V i 260V, 50-60Hz).

Drugih važnih parametri su:

• Temperaturni koeficijent izlaznog napona preti promene izlaznog napona sa temperaturom (daje temperaturni opseg), dok je ...
• Napon tačnosti-oslikava grešku izlaznog napona za fiksnu vijednost regulatora bez uzimanja u obzir temperaturu ili efekte stvaranja na izlazne tačnosti.
• Ostupanje napona - minimalna razlika između ulaznog napona i napona na izlazu regulatora koji daju određene struje. Za niska odustajanja regulatora je dizajniran takođe da dobro radi.
• Apsolutna maksimalna ocena je definisana za komponete regulatora, vodeći računa o kontinuitetu i maksimalnu vrijednost izlazne struje koja se može koristiti (ponekad i interno ograničena), maksimalni ulazni napona, maksimalna snaga disipacije na datoj temperaturi, itd
• Buka (beli šum termički) i izlazna impedansa se može dinamički naveli kao grafik frekvencije, a izlaz buke može biti data od vrha do vrha ili RMS napona, odnosno u smislu njihovih spektara.
• Stanje mirovanja-struja regulatora kola je trenutno izvučena interno, obično se meri kao ulazna struja kada nema opterećenja (i time i izvor neefikasnosti, neki linearni regulatori su, iznenađujuće, efikasniji u veoma niskim struja opterećenja).

3. ANALOGNI REGULATORI NAPONA

3.1 UPUTSTVO ZA UPOTREBU

Analogni regulator napona(ARN-5)namjenjen je za upotrbu na sihronom generatoronim frekfencije 50/60 Hz i maksimalne struje pobude 5A. Regulator ima podfrekfentnu zaštitu(U/f karakteristika), zaštitu od prekomjernog napona pobude sa automacskim isključenjem napona i filatar protiv elektromagnetnih smetnji. Kućiste je izgrađeno od ABS plastike a regulator jezaliven dvokomponentnom smolom.

Slika 2. Analogni regulator napona

4. PODEŠAVANJE NAPONA

Tajmer potrnciometra “VOLT” omogućava podešavanje napona generatora za željeni unos. Okretanjem u smjeru kazaljke na satu napon generatora će da raste. Postavljanjem potenciometar 1kW /0.5W na mjesto mosta 7-8 napon generatora moći ćemo smanjiti za 10%.

5.nU/f KARAKTERISTIKA

Tajmer potrnciometra “VOLT” omogućava podešavanje napona generatora za željeni unos. Okretanjem u smjeru kazaljke na satu napon generatora će da raste. Postavljanjem potenciometar 1kW /0.5W na mjesto mosta 7-8 napon generatora moći ćemo smanjiti za 10%.

6. SERIJSKI I MANERVISANI REGULATORI NAPONA

Postoje dva osnovna tipa naponskih regulatora. Osnovni regulatori napona su klasifikovane kao ni serija ili šant, u zavisnosti od lokacije ili položaja reguliše elementa (a) u odnosu na otpornost spoja opterećenja. Slike ilustruju ova dva osnovna tipa naponskih regulatora. U praksi kola regulisanja uređaja može biti veoma složen. Broken linije su korišćene na slici da istakne razlike između serije i manevrisanih regulatora.

Šema crteža u prikazu je za tipa šant regulatora. To se zove šant tipa regulatora, jer je regulisanje uređaj povezan paralelno sa opterećenja otpora.

Slika 3. Serijski ragulator

Slika 4. Šant regulator

7. ELEKTROMEHANIČKI REGULATORI NAPONA

U starijim elektromehaničkim regulatorima, regulacija napona je lako postizan dizejniranjem žice za elektromagnet. Magnetno polje koje proizvodi struja privlači kreće obojenih jezgro održavati pod proleća tenzija ili gravitacionu silu. Kao se napon povećava, tako da nema struje, jača magnetno polje koje proizvodi kalem i jezgro vuče ka polju. Magnet je fizički povezan sa mehaničkim prekidačem, koji se otvara kao magnet pomera u polje. Kao napon opada, tako da nema struje, oslobađajući proleća tenzija ili težinu jezgro i izaziva ga poreći. Ovaj prekidač se zatvara i omogućava moći da teče još jednom.

Mehanički regulator prema dizajnu osetljiv je na male promene napona, kretanje solenoida jezgra se mogu koristiti za prelazak preko prekidača selektor opseg otpornosti namotaja transformatora ili da postepeno korak izlazni napon gore ili dole, ili da rotirate položaj elektrodinamički naizmjenične regulatora.

Regulatori za generatore-fukcionišu tako što isključuju generatora kada je ne proizvode struju, i time sprečavaju pražnjenje baterija od nazad u generator i pokušava da ga pokrene kao motora. Ispravljačke diode u alternatora automatski obavlja ovu funkciju tako da je određeni relej nije potrebno; to znatno pojednostavljen regulatora dizajn. Više modernog dizajna sada koriste tehnologiju čvrstog stanja (tranzistora) da obavlja istu funkciju koju obavljaju u elektromehanički releji regulatora.

Elektromehanički regulatori su takođe koriste za regulisanje napona naizmjenične struje na distributivnim linijama. Ovi regulatori generalno funkcionišu tako što ćete izaberu odgovarajuću česme na transformator sa više slavine. Ako je izlazni napon suviše nizak, slavina izmenjivača prebacuje vezu da proizvedu veći napon. Ako je izlazni napon previsok, slavina izmenjivača prebacuje vezu da proizvedu manji napon.

8. Rotacijoni AC naponski regulator

Ovo je stariji tip regulatora koristio se 1920 koji koristi princip fiksne zavojnice poziciju polja i drugo polje kalem koji se mogu rotirati na osi paralelno sa fiksnom kalema. Kada je pokretni kalem pozicioniran vertikalno na fiksni kalem, magnetne sile koje deluju na pokretni kalem međusobno su uravnoteženi i izlazni napon je nepromenjena. Rotirajući kalema u jednom pravcu ili drugi od centra pozicije će povećanje ili smanjenje napona u sekundarnom pokretnom kalemu. Ovaj tip regulatora može se automatski preko servo mehanizama kontrole da unapredi položaj pokretne zavojnice u cilju da povećavanje ili smanjivanja napona. Kočenje mehanizma ili visok odnos pripremaju se koristi da drži rotirajuće kalema na mestu protiv moćnih magnetnih sila koje deluju na pokretni kalem.

Slika 5. Elektromehanički regulator napona

9. AKTIVNI REGULATORI NAPONA

Aktivni regulatori imaju najmanje jedno aktivnu (pojačavanje) komponentu kao što je tranzistor ili operacioni pojačavač. Skrenuti pegulatori su često (ali ne uvek) pasivne i jednostavno, ali je uvek neefikasan, jer u suštini deponije viška struje nije potrebna opterećenje. Kada treba da isporuci više energije, sofisticiranje kola se koriste. U principu, aktivni regulatori mogu da se pojele u nekoliko grupa:

• Linearna serija regulatora
• Raklopni regulatori
• KIRS regulatori

10. LINEARNI REGULATORI

Linearni regulatori su zasnovane na uređajima koji rade u linearnom regiona (za razliku, prebacivanja regulatora se zasniva na uređaju primorana da deluje kao on / off prekidač). U prošlosti, su jedna ili više vakumskih cevi najčešće koriste kao promenljive otpornosti. Modernog dizajna koristite jedan i ne mogu da korak nagore ili obrnuti napona napajanja kao i uključivanju. Ceo linearni regulatori su dostupne kao integrisana kola. Ovi čipovi dolaze u bilo fiksne ili podešavanje napona vrste. Kao linearni regulatori, skoro, kompletna prebacivanja regulatora su takođe dostupne kao integrisana kola. Za razliku od linearni regulatori, te obično zahtevaju od spoljnih komponenti: kalem, koji služi kao element za skladištenje energije. (Veliki vrednih induktori imaju tendenciju da budu fizički veliki u odnosu na skoro sve ostale vrste komponenti, tako da se retko proizveden u okviru integrisanih kola i IC regulatori - uz neke izuzetke )

Dve vrste regulatora imaju različite prednosti:

• Linearni regulatori su najbolje kada je potreban brz odziv na ulaz i izlaz poremećaja.
• Na niskim nivoima vlasti, linearni regulatori su jeftinija i zauzimaju manje prostora štampana ploča.
• Rasklopni regulatori su najbolje kada se energetske efikasnosti kritična (kao što su prenosni računari), osim linearni regulatori su efikasniji u malom broju slučajeva (kao što su mikroprocesor 5V često u " sleep" režim od 6V baterija, ukoliko složenost komutacija krugova i spajanja kapacitivnosti punjenja struja znači visok trenutno u stanju mirovanja prebacivanja regulatora).
• Rasklopni regulatori su potrebni samo kada je napajanje jednosmernim naponom, a veći izlazni napon je potreban.
• Na visokim nivoima, prebacivanje regulatori su jeftiniji (na primer, troškove uklanjanja generiše manje toplote).

11. SCR REGULATORI

Napajanje regulatora je iz AC napajnih kola mogu da koriste silicijum kontrolisani ispravljači (SCRs) kao seriju uređaja. Kad god je izlazni napon ispod željene vrednosti, SCR se pokreće, što omogućava da se tok struje opterećenja u struju dok AC napon prolazi kroz nulu (zaključno sa pola ciklusa). SCR regulatori imaju prednosti kao i vrlo efikasan i veoma jednostavan, ali zato oni ne mogu prekinuti u toku polovine ciklusa sprovođenja, oni nisu u stanju da veoma preciznu regulaciju napona, kao odgovor na brzo menja opterećenja.

12. KOMBINOVANI (HIBRID) REGULATORI

Mnogi napajanja koriste više metoda kojima se reguliše u seriji. Na primer, izlaz za prebacivanja regulatora može biti dodatno regulisan linearnih regulatora. Prebacivanja regulatora prihvata širok opseg ulaznih napona i efikasno generiše (donekle bučno) napon malo iznad konačno željeni izlaz. To je praćeno linearnih regulatora koji generiše tačno željeni napon i eliminiše skoro sve buke generisan prebacivanja regulatora.