Содержание
Устройство стабилизации напряжения постоянного тока УСНПТ
Характеристика | Значение |
---|---|
Номинальный выходной ток IНОМ, А | 100-1500 |
Диапазон входного напряжения UВХ для стабилизации выходного напряжения UВЫХ, В | 175-228 |
Максимально допустимое входное напряжение, В | 260 |
Номинальное выходное напряжение UНОМ, В | 230 |
Диапазон регулирования выходного напряжения, В | 175 – 250 |
Минимальное значение выходного тока во всех эксплуатационных режимах работы, А | 0 |
Статическая точность стабилизации выходного напряжения, при токе нагрузки от 10% до 100% номинального значения, не менее, % | ±0. 5 |
Пульсация номинального выходного напряжения, %, не более | ±0.5 |
Среднее значение отклонения выходного напряжения при сбросе нагрузки с номинальной до 10% IНОМ за время переходного процесса, не более, % | 5 (241,5 В при UВЫХ = 230 В) |
Время восстановления выходного напряжения при набросе номинальной нагрузки с 10%, не более, мс | 15 |
Величина выброса выходного напряжения при сбросе номинальной нагрузки до х.х., не более, % | 10 (253 В при UВЫХ = 230 В) |
Максимальный ток в течении 30 мин, А | 1,2·IНОМ |
Максимальный ток в течении 15 мин, А | 1,3·IНОМ |
Максимальный ток в течении 1 мин, А | 1,5·IНОМ |
Максимальный ток в течении 5 с, А | 1,7·IНОМ |
Минимальное входное напряжение в течение 10 с, В | 160* |
Ограничение тока, неограниченное время | 1,05·IНОМ** |
Коэффициент полезного действия, не менее, % | 98,8 |
Средняя наработка на отказ УСНПТ, не менее, ч | 125000 |
Средний срок службы УСНПТ, лет | 25 |
Параллельная работа с аналогичным устройством | Да |
Интерфейсы связи с АСУТП | ETHERNET RS485 GSM |
Протоколы связи с АСУТП | МЭК 60870-5-104 МЭК 61850 (MMS) Modbus RTU/TCP |
Охлаждение | естественное |
Гальваническая развязка между входом и выходом | Нет |
Степень защиты | IP31 |
* Длительность работы при минимальном напряжении и порог минимального напряжения настраиваются с ПУ УСНПТ
** При увеличении тока нагрузки более 5% от номинального УСНПТ снижает выходное напряжение
Стабилизатор напряженияс параметрическим управлением | Силовая электроника
Введение
В подавляющем большинстве систем автоматического управления (САУ) информация и управляющие воздействия — это электрические напряжения и токи, механические линейные и угловые перемещения, световые и электромагнитные сигналы и т. д. В некоторых САУ сигналы и управляющие воздействия изменяют параметры устройства (элемента САУ). Например, электромеханический преобразователь, состоящий из приводного двигателя постоянного тока и синхронного генератора, осуществляет превращение напряжения постоянного тока в напряжение переменного. При этом стабилизация частоты переменного тока производится путем стабилизации частоты вращения приводного двигателя. При жестких требованиях к габаритам преобразователя, обычно применяемого на подвижных объектах, а также при мощности не более нескольких единиц киловатт стабилизация частоты вращения происходит по цепи возбуждения в результате короткого замыкания резистора, включенного последовательно с обмоткой возбуждения приводного двигателя параллельного возбуждения. При повышении скорости, вызванном сбросом нагрузки генератора, центробежный регулятор замыкает резистор, а при снижении скорости, вызванном повышением нагрузки, резистор подключается в цепь обмотки возбуждения.
Несмотря на определенные недостатки такого способа стабилизации частоты, в рассматриваемых условиях он оказался наиболее технически рациональным.
Параметрическое управляющее воздействие может оказаться предпочтительным и в других случаях. Изменяя сопротивление резистора, включенного последовательно с нагрузкой, можно регулировать напряжение на нагрузке, например стабилизировать его. Чтобы плавно изменять сопротивление резистора от нуля до номинального, нужно варьировать относительное время его короткого замыкания, осуществляющегося с высокой частотой. Подобный подход применялся в работе [1] для плавного изменения емкости конденсаторов. Разумеется, между коммутируемым резистором и нагрузкой должен быть включен сглаживающий LC-фильтр. В данной статье приведены результаты исследования стабилизатора напряжения постоянного тока с параметрическим управляющим воздействием.
Математическое описание стабилизатора напряжения
Стабилизатор напряжения постоянного тока (рис. 1) состоит из импульсного регулятора сопротивления резистора R и LC-фильтра. Ключ K периодически с высокой частотой (f = 1/T) замыкает резистор R, изменяя среднее значение сопротивления Rср = (1 – γ)R, γ = t/T от 0 при γ = 1 до R при γ = 0.
Рис. 1. Схема стабилизатора напряжения с параметрическим управлением
Высокая частота переключений ключа К позволяет рассматривать предельную непрерывную модель стабилизатора [2]. Чтобы ее получить, запишем уравнения схемы при двух положениях ключа К:
Записав уравнения в векторной форме [2]:
где
получаем уравнение предельной непрерывной модели схемы:
где
С учетом интегрального регулятора величины γ согласно уравнению (1) получаем систему уравнений предельной непрерывной модели стабилизатора напряжения:
где K — коэффициент преобразования интегрального регулятора, Uз — заданное значение напряжения нагрузки.
Полагая Uз и U постоянными, а левые части уравнений системы (2) равными 0, получаем уравнения стационарного режима:
Из системы уравнений (3) находим:
Легко проверить совпадение первых двух уравнений предельной непрерывной модели стабилизатора (2), полученной аналитически, с уравнениями непрерывной модели схемы (рис. 2), полученной из исходной схемы (рис. 1) заменой коммутируемого резистора R эквивалентным резистором со «средним» значением сопротивления (1 – γ)R.
Рис. 2. Непрерывная модель стабилизатора напряжения
Для оценки устойчивости стационарного режима необходима линеаризованная система уравнений возмущенного движения. Подставив в систему уравнений (2): i = I0 + di, uн = Uн0 + duн, γ = γ0 + dγ, где di, duн и dγ — отклонения от стационарного режима (возмущения), учитывая уравнения стационарного режима (3) и линеаризовав уравнения для малых возмущений, получаем линеаризованное векторное уравнение возмущенного движения:
δdX/dt = BδX,
где
δXT = (X – X0)T = [δi, δuн, δγ]T, X0 = [I0, Uн0, γ0]T,
Для асимптотической устойчивости стационарного режима с точностью до критического случая необходимо и достаточно отрицательных вещественных частей корней характеристического уравнения [3]:
det(zE – B) = 0, (5)
где E — единичная матрица.
Вычисление определителя (5) приводит к кубическому характеристическому уравнению:
z3 + c2z2 + c1z + c0=0, (6)
где
Воспользовавшись критерием устойчивости Вышнеградского [4], получаем условие асимптотической устойчивости в виде неравенства
Из формулы (7) очевидно, что критический коэффициент Kкр возрастает при увеличении U.
Для сравнения рассмотрим стабилизатор напряжения на понижающем импульсном преобразователе напряжения постоянного тока (рис. 3).
Рис. 3. Cтабилизатор напряжения на понижающем импульсном преобразователе
Записав дифференциальные уравнения силовой части схемы для двух положений ключа К, получаем:
Переписав эти уравнения в векторной форме
где
согласно работе [2] получаем уравнения предельной непрерывной модели, оказавшиеся линейными,
dX/dt = AX + hγU. (8)
С учетом уравнений (8) и интегрального регулятора γ получаем систему линейных уравнений стабилизатора напряжения:
Стационарный режим, найденный из уравнений (9), определяется выражениями
Уравнения возмущенного движения совпадают с уравнениями (9):
а в векторной форме с уравнением
где
Характеристическое уравнение возмущенного движения имеет вид:
где c2 = 1/RнC, c1 = 1/LC, c0 = KU/LC.
Согласно критерию Вышнеградского, необходимое и достаточное условие устойчивости стационарного режима выражено неравенством
Сравнение основных свойств стабилизатора при параметрическом управлении со свойствами стабилизатора, использующего понижающий импульсный преобразователь
Ограничим сравнение случаем использования стабилизаторов во вторичных источниках питания, где колебания стабилизируемого напряжения относительно невелики, а требования к стабильности выходного напряжения высоки. Зададим колебание входного (стабилизируемого) напряжения ограниченным 20% в сторону снижения. Примем минимальное входное напряжение равным номинальному выходному, пренебрегая сопротивлением замкнутого ключа К. Тогда
Umin = Uн ном, Umax = 1,25Uн ном,
ΔU = Umax – Umin = 0,25Uнном.
Требования по допустимому току транзисторного ключа в обоих стабилизаторах одинаковы. Во втором стабилизаторе необходим еще и обратный диод VD с таким же допустимым током. По допустимому напряжению в первом стабилизаторе транзисторный ключ выбирается исходя из напряжения 0,25Uн ном. Во втором же стабилизаторе транзисторный ключ и обратный диод выбираются по допустимому напряжению 1,25Uн ном, то есть в 5 раз большему.
Чтобы сравнить переменную составляющую напряжения на входе фильтра (uф на рис. 1, 3) в обоих стабилизаторах, пренебрежем пульсациями тока, а транзисторные ключи и диод примем идеальными. На рис. 4а представлена переменная составляющая uф в первом стабилизаторе при 1,125Uн. С учетом R = 0,25Rн согласно формуле (4) получаем γ = 1 – 4 × 0,125 = 0,5.
Рис. 4. Переменные составляющие напряжения на входе фильтра:
а) в стабилизаторе с параметрическим управлением;
б) в стабилизаторе с импульсным понижающим преобразователем
На рис. 4б представлена переменная составляющая uф во втором стабилизаторе (γ0 = 1/1,125 = 0,8).
Из рис. 4а, б будет очевидно, что размах пульсаций входного напряжения фильтра ΔUф = Uф max – Uф min в первом стабилизаторе оказался значительно меньше, чем во втором. Если во втором ΔUф = U, а изменяется в пределах от Umin до Umax, то в первом размах пульсаций ΔUф = Iн0R = Uн0R/Rном = 0,25Uн ном и не изменяется. Это утверждение не распространяется на граничные точки: γ0 = 0 и γ0 = 1 (U = Umax и U = Umin).
Пренебрегая пульсациями тока (iR = const) и напряжения на нагрузке (Uн = const), полагаем, что переменная составляющая uф полностью падает на дросселе фильтра с индуктивностью L. Это позволяет считать, что в стационарном режиме за первую часть периода коммутации (0< t< t) ток дросселя i увеличивается на ΔI = (U – Uн ном)t/L, а во второй его части (t< t< T) уменьшается на эту же величину ΔI. Нетрудно получить выражение для ΔI в первом (I) и втором (II) стабилизаторах:
Полагая, что пульсирующая (переменная составляющая тока i) замыкается только через конденсатор фильтра, найдем размах пульсаций выходного напряжения. Учитывая пилообразный характер пульсаций тока с нулевыми точками в середине частей периода, получаем
Интеграл в формуле (11) вычислен как площадь треугольника с высотой DI/2 и основанием T/2.
С учетом формул (10) и (11) получаем размах пульсаций выходного напряжения в первом (I) и втором (II) стабилизаторах
Соотношение относительного размаха пульсаций выходного напряжения первого (I) и второго (II) стабилизаторов напряжения при одинаковых параметрах фильтра определяет выражение
Из формулы (13) следует, что отношение размахов пульсаций первого и второго стабилизаторов при увеличении U от Umin до Umax уменьшается от 1 до 0. Максимальный относительный размах пульсаций первого стабилизатора имеет место при γ0 = 1/2(U/Uн ном = = R/2Rн + 1 = 1,125) и составляет ΔUн/Uн ном = = (T2/8LC)R/4Rн. По сравнению с таковым у второго стабилизатора, имеющим место при γ0 = Uн ном/Umax и равным
ΔUн/Uн ном = (T2/8LC)(Umax – Umin)/Uн ном = (T2/8LC)R/Rн,
оказывается в 4 раза меньше. Следовательно, для одинакового максимального размаха пульсаций ΔUн/Uн ном второй стабилизатор должен иметь произведение LC в 4 раза большее. При этом дроссель фильтра следует рассчитывать при значительно больших пульсациях напряжения на нем, чем у первого стабилизатора.
Недостатком первого стабилизатора являются потери в резисторе, используемом для регулирования напряжения. Для сравнения КПД двух стабилизаторов примем ключи, диод, дроссель и конденсатор идеальными, то есть учтем только потери в резисторе R. Очевидно, что в этом случае КПД второго стабилизатора = 100%. У первого же КПД изменяется в зависимости от величины U. При U = Umaxh = hmin = (Rн/(Rн + R)) × 100%, а при U = Uminh = hmax = (Rн/Rн) × 100% = 100%.
В случае Umin< U< Umax КПД имеет значение
Исследование стабилизатора с параметрическим управлением методом математического моделирования
Для примера рассчитаем стабилизатор с параметрическим управлением при Uн ном = 100 В, 100 В < U < 125 В, Iн ном =1 А (Rн = 100 Ом).
При U = Umax избыток напряжения гасится на сопротивлении R. Полагая γ0 = 0, при U = Umax получаем
Выберем частоту коммутации 5 кГц (T = 0,0002 c). Задав допустимый размах пульсаций тока ΔI < 65 мА (6,5×10–3 А), согласно формуле (10) выбираем индуктивность дросселя, приняв γ0 = 0,5, что соответствует максимуму ΔI:
Величину емкости конденсатора фильтра определим по допустимому размаху пульсаций выходного напряжения ΔU < 16 мB. Используя формулу (12), находим, приняв γ0 = 0,5,
Согласно формуле (7) при выбранных значениях R, L, C и γ = γ0 = 0,5 определяем критический коэффициент преобразования интегрального регулятора
Чтобы проверить полученные результаты в системе MATLAB 6.5, с помощью пакета Simulink 5 были построены предельная непрерывная модель стабилизатора по дифференциальным уравнениям (2) и дискретная модель, учитывающая коммутацию резистора R (рис. 5).
Рис. 5. Непрерывная и дискретная модели стабилизатора
Для U = 112,5 B (γ0 = 0,5), K = 10 1/B. c, соответствующем запасу устойчивости 20lg(32,6/10) = 10 дБ, построен переходный процесс включения стабилизатора. На рис. 6 представлены кривые изменения фазовых координат непрерывной (iн, uнн, γн) и дискретной модели (iд, uнд, γд).
Рис. 6. Переходный процесс включения стабилизатора
Фазовые координаты обеих моделей практически совпадают, заметна только пульсационная составляющая тока дискретной модели. Там же показаны пульсации тока и напряжения в увеличенном масштабе. Расчетные значения пульсаций ΔUн = 16 мB и ΔI = 62,5 мA хорошо согласуются со значениями, определенными в результате моделирования: ΔUн = 15,5 мB, ΔI = 63,7 мA.
К превышению критического коэффициента интегрального регулятора приводят автоколебания стабилизатора, являющегося нелинейной системой не только вследствие умножения фазовых координат i и γ в первом уравнении системы (2), но и в результате ограничения величины выходного сигнала интегрального регулятора диапазоном 0< γ< 1.
При K = 40 1/B.c размах колебаний выходного напряжения составляет 17 В при периоде колебаний 8,31×10–3 c. В автоколебательном режиме проявляется ограничение γ снизу на уровне 0.
Выводы
Параметрическое управление, основанное на изменении эквивалентного сопротивления коммутируемого резистора, имеет определенные преимущества по сравнению с применением импульсного понижающего преобразователя при использовании обоих способов в стабилизаторах напряжения вторичных источников питания.
Его основные преимущества:
- значительно более легкие условия работы транзисторного ключа и отсутствие обратного диода;
- максимальные пульсации выходного напряжения при одинаковом произведении параметров фильтра LC будут в 4 раза меньше при параметрическом управлении, а кроме того, максимальное переменное напряжение на дросселе также будет существенно ниже.
Основной недостаток рассмотренного параметрического управления — снижение коэффициента полезного действия вследствие потерь в резисторе.
Анализ свойств стабилизатора по его предельной непрерывной модели дает результаты, хорошо согласующиеся с полученными на дискретной модели при вполне реальных частотах коммутации.
Литература
- Коршунов А. И. Импульсное регулирование емкости конденсаторов // Известия вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58. № 6.
- Коршунов А. И. Предельная непрерывная модель системы с высокочастотным периодическим изменением структуры // Известия вузов. Приборостроение. 2009. № 9.
- Красовский А. А., Поспелов Г. С. Основы автоматики и технической кибернетики. М.–Л.: Госэнергоиздат, 1962.
- Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972.
8-40 В до 12 В 20 А постоянного тока стабилизатор напряжения автомобиля регулятор питания Wate
Наведите курсор на изображение, чтобы увеличить
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
Сохранить 0
Артикул: I015-A040
Характеристика:
1: Водонепроницаемый, пыленепроницаемый, ударопрочный, небольшой объем, простая установка.
2: Модуль питания постоянного тока без изоляции, высокая стабильность на выходе.
3: Широкий вход напряжения, встроенные функции защиты от перегрузки по току, перенапряжения, перегрева, короткого замыкания и автоматической защиты.
4: отлично подходит для бортовых электроприборов, светодиодных дисплеев, кабельного телевидения, наружной среды и широко используется в автомобильной почте и телекоммуникациях, связи, электричестве, угле, аэрокосмической, оборонной, системах наблюдения, железнодорожных сигналах, медицинском оборудовании, инструментах ,метры и другие поля.
Особенности:
Состояние: 100% новый
Материал корпуса: алюминий
Тип: DC-DC Boost&Buck Converter
Входное напряжение: DC 8V-40 V
Выходное напряжение: DC 12V
Выходной ток: 20 А (макс.)
Примечание:
1. Ручное измерение, допускается погрешность в 1-2 см, спасибо.
2. Продукты без защиты от полярности, будьте осторожны при установке проводки, если она неправильная, это может привести к повреждению источника питания
.
В пакет включено:
1x преобразователь постоянного тока
Доставка:
Бесплатная доставка
Срок поставки: 3-8 рабочих дней
Гарантия:
лет Гарантийный период0012 Возврат: Товары могут быть возвращены в течение 60 дней с момента получения
24-часовая поддержка: Обслуживание клиентов в течение дня
Это сработало, как и было заявлено
Мы принимаем отмену заказа до того, как продукт будет отправлен или произведен. Если заказ будет отменен, вы получите полный возврат средств. Мы не можем отменить заказ, если товар уже отправлен.
Возврат денег
Мы отвечаем за все, что мы продаем, и сделаем все возможное, чтобы вы остались довольны. Покупатели имеют право подать заявку на возврат в течение 30 дней после получения товара.
Чтобы иметь право на возврат, ваш товар должен быть неиспользованным и находиться в том же состоянии, в котором вы его получили. Он также должен быть в оригинальной упаковке. Чтобы завершить возврат, нам требуется квитанция или подтверждение покупки. Пожалуйста, не отправляйте покупку обратно производителю.
Процесс возврата
1. Чтобы вернуть товар, напишите в службу поддержки по адресу [email protected], чтобы получить обратный адрес.
2. Если возврат подтвержден, пожалуйста, надежно поместите товар в его оригинальную упаковку, а номер заказа должен быть указан на транспортной этикетке, и отправьте возврат на указанный нами адрес.
ПРИМЕЧАНИЕ:
● Перед возвратом товара клиенты должны связаться с нами, чтобы подать заявку на возврат. Возвращенные товары без разрешения на возврат товара не принимаются. Если клиент вернул посылку без предварительного разрешения, отправляет по неправильному адресу, возвращает неправильный товар или отправляет пустую посылку, areyoushop.com оставляет за собой право отказать в компенсации.
● Вещи должны быть неношеными, нестираными и иметь оригинальные ярлыки.
● Покупатели должны нести расходы по доставке, а номера отслеживания возврата должны быть отправлены по электронной почте на адрес Sale@areyourshop. com.
● Идентификационный номер заказа также является вашим номером RMA, который должен быть указан на транспортной этикетке.
● За все возвраты взимается плата за пополнение запасов в размере 30%.
Возврат
Как только ваш возврат будет получен и проверен, мы отправим вам уведомление о получении по электронной почте. Мы также уведомим вас об одобрении или отклонении вашего возврата. Если вы будете одобрены, ваш возврат будет обработан в течение 5 рабочих дней, и кредит будет автоматически применен к вашей кредитной карте или первоначальному способу оплаты. Обратите внимание, что вашему банку или компании-эмитенту кредитной карты может потребоваться некоторое время для обработки и публикации
InterVOLT 12VDC Неизолированный импульсный стабилизатор напряжения (SVS1212050)
Основные характеристики
- ЗАЩИТА ЦЕННОГО ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ — Небольшие инвестиции в стабилизатор напряжения профессионального уровня экономят деньги, нервы и время.
- ПРЕВОСХОДНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СЕТИ И НАГРУЗКИ — Номинальная постоянная нагрузка 5А. КПД 93%. Высокая стабильность при различных входных условиях (11–17 В постоянного тока).
- СВЕТОДИОДНЫЙ ДИСПЛЕЙ СОСТОЯНИЯ — Компактный размер и уникальная возможность монтажа. Очень легко установить. 24 месяца гарантии.
- МОРСКАЯ МАРКА — Коррозионностойкие материалы; Печатная плата с конформным покрытием — подходит для работы в условиях высоких/низких температур
- ПРИМЕНЕНИЕ — автомобили, грузовики, дома на колесах, кемперы, лодки, самолеты, солнечная энергия, связь, радиолокационные эхолоты, GPS, плоттеры, системы освещения постоянного тока
Не позволяйте грязному питанию 12 В постоянного тока от автомобиля, морского судна, солнечной батареи, аккумулятора, генератора или других источников постоянного тока разрушать дорогостоящее оборудование на вашей лодке, доме на колесах, кемпере, полноприводном автомобиле или грузовике. InterVOLT SVS1212050 — идеальное решение для обеспечения стабильного питания.
InterVOLT SVS — это гораздо больше, чем просто регулятор напряжения.
Короче говоря, SVS — это передовое неизолированное устройство стабилизации питания. SVS — это отличное соотношение цены и качества, если сравнить его производительность и технические характеристики с другими регуляторами напряжения. Его импульсная конструкция более энергоэффективна с меньшим тепловыделением, чем дешевые линейные регуляторы напряжения.
Модель SVS1212050 специально разработана для решения многих проблем, связанных с источниками питания постоянного тока, включая скачки напряжения, переходные процессы, шумы, пики, короткие замыкания, перегрузки, высокие температуры, и т. д.
Серия interVOLT SVS с цифровым управлением не имеет себе равных по производительности в компактном устройстве. Он включает в себя диагностику со светодиодной индикацией состояния, чтобы помочь установщику/оператору в выявлении и устранении неполадок. SVS также может похвастаться автоматическими функциями, которые защищают как устройство, так и подключенное оборудование.
Конструкция монтажной пластины не увеличивает занимаемую площадь, что позволяет устанавливать ее под приборной панелью, под сиденьем или в электрических шкафах.
Материалы и конструкция морского класса делают его пригодным для использования в любой среде.
Инновационные функции. Прочный дизайн. Простая установка. Спокойствие духа.
Основные характеристики
• Входное напряжение: 11–17 В пост. тока (снижается до 8 В)
• Выходное напряжение: 12,5 В пост.
• Рабочая температура: от -20°C до +50°C
• Защита от перегрузки, короткого замыкания, пониженного напряжения и температуры
См. полную спецификацию продукта на вкладке «Документация».
Proxicast является авторизованным реселлером InterVOLT
SVS1212050 Технические характеристики
Диапазон входного напряжения | 8 – 16 В постоянного тока |
Выходное напряжение | 12,5 В постоянного тока (+/- 1%) |
Общая длина | 101 мм (3,98 дюйма) |
Общая ширина | 62 мм (2,44 дюйма) |
Общая высота | 34 мм (1,34 дюйма) |
Номинальная постоянная нагрузка | 5 А |
Потребляемый ток в режиме ожидания | <70 мА |
Эффективность преобразования энергии при 25°C | 93% |
Выходная пульсация | Менее 10 мВ от пика до пика |
Рабочая температура | от -25°C до + 50°C |
Рабочая влажность | В идеале менее 95% |
Материал корпуса | Сплав ABS/PC и анодированный алюминий 6063-T5 |
Диагностический индикатор | 4 светодиода – контроль состояния выхода, низкого напряжения, высокой температуры, перегрузки/короткого замыкания. Top |