6. Виды регуляторов

Как было показано ранее, наиболее
распространенная задача управления –
поддержание заданных законов изменения
во времени параметров объекта
(регулирование). Устройство, осуществляющее
управляющее воздействие, называется
регулятором. Регуляторы включают в себя
простые динамические звенья, комбинируя
которые добиваются требуемых переходных
характеристик системы управления при
случайных воздействиях и изменении
нагрузки. При этом входным параметром
для регулятора является один или
несколько показателей работы объекта:

• величина и знак отклонения управляемого
  параметра от заданного значения
  (рассогласование) Δφ = φ-φ₀

• производная (скорость рассогласования
  по времени)
  ,

• интеграл величины рассогласования во
  времени
  .

В зависимости от того, как формируется
управляющее воздействие, различают
законы управления и соответствующие
им регуляторы:

• релейные, реализующие нелинейный
  двухпозиционный закон управления

• пропорциональные (статические, или
  устройства с жесткой обратной связью)

• интегральные (астатические, устройства
  без обратной связи)

• пропорционально-интегральные,
  (изодромные, или устройства с исчезающей
  обратной связью)

• пропорционально-дифференциальные
  (статические устройства с предварением)

• пропорционально-интегрально-дифференциальные
  (изодромные устройства с предварением).

Применительно к установкам с ДВС релейный
закон управления реализуется в системах
регулирования давления и уровня, с
помощью двухпозиционного реле включаются
и отключаются насосы и компрессоры.
Чтобы избежать слишком частых пусков
и остановок механизмов устанавливается
определенный интервал между значениями
управляемого параметра, соответствующего
включению и отключению реле (зона
нечувствительности).

Остальные законы управления реализуются
в основном в регуляторах скорости.

График регулирования по релейному
закону представлен на рис. 23.

Рис.23

Пропорцинальные регуляторы вырабатывают
управляющее воздействие в виде линейной
зависимости от отклонения от отклонения
регулируемого параметра:

ζ= -k_pΔφ,

где k_p– коэффициент усиления по регуляторному
каналу.

Зависимость управляющего воздействия
от отклонения регулируемого параметра
показана на рис.24.

Рис.24

Так как в установившемся режиме
определенной нагрузке должно
соответствовать определенное положение
регулирующего устройства, невозможно
осуществлять регулирование во всем
диапазоне нагрузок без определенной
ошибки, называемой статизмом регулятора:

Интегральные регуляторы реализуют
закон управляющего воздействия в виде
формулы:

,

где Т_и– время интегрирования.

Интегральный регулятор может
использоваться как предельный выключатель,
предохраняющий систему от выхода за
установленные допустимые пределы
отклонения регулируемой величины в
случае возникновения неисправности.

Всережимные регуляторы должны обеспечивать
изменение регулируемой величины во
всем диапазоне задаваемых значений
независимо от нагрузки. В сумматор
поступает сигнал по измерительному
каналу от фактического значения параметра
и по каналу задающего устройства. Чтобы
улучшить характеристики переходного
процесса при изменении режима или при
случайных воздействиях, в регулирующие
устройства вводят интегральное или
дифференциальное звено или оба этих
звена, работающих поочередно.

В пропорционально-интегральных
регуляторах управляющее воздействие
описывается уравнением:

,

где первое слагаемое определяет
пропорциональную часть, а второе –
интегральную.

В пропорционально-дифференциальных
регуляторах управляющее воздействие
описывается уравнением:

где Т_д– время дифференцирования.

Такие регуляторы позволяют временно
увеличить величину управляющего
воздействия и сократить время выхода
на новый установившийся режим.

В пропорционально-дифференциальных-интегральных
регуляторах управляющее воздействие
описывается уравнением:

Такие регуляторы позволяют добиться
наилучших показателей переходного
процесса путем и добиться нулевого
отклонения регулируемой величины от
заданного значения во всем диапазоне
нагрузок.

Все перечисленные виды регуляторов
первоначально были реализованы в
отечественной промышленности в виде
приборов и агрегатов универсальной
системы элементов промышленной
пневмоавтоматики (УСЭППА). Недостатком
этих приборов являлось наличие
калиброванных отверстий и каналов
малого диаметра, которые могли засоряться
при некачественной подготовке рабочей
среды (воздуха). В настоящее время
применяются электронные регуляторы, в
которых операции дифференцирования и
интегрирования выполняются с помощью
электронных схем и микропроцессоров.

Ранее существовали другие виды
классификации регуляторов.

По способу энергетического воздействия
измерительной части регулятора на его
исполнительную часть регуляторы делятся
на два класса: регуляторы прямого и
непрямого действия. На рис.25 а показана
блок-схема системы управления с
регулятором прямого действия, на рис
25 б – с регулятором непрямого действия.

Рис. 25

1- элемент задания, 2 – элемент сравнения,
3 – исполнительный механизм, 4 –
чувствительный элемент, 5 – усилитель,
РО – регулирующий орган, О — объект

Регулятор прямого действия состоит из
измерительного устройства, (включающего
чувствительный элемент 4, элемент задания
1 и элемент сравнения 2), и исполнительного
механизма 4, осуществляющего перестановку
регулирующего органа в нужном направлении.
Исполнительный механизм должен
обладать вполне определенным выходным
(или, как принято называть, перестановочным)
усилием для перемещения РО. В регуляторе
прямого действия необходимое
перестановочное усилие вырабатывается
чувствительным элементом.

В случае, когда нельзя спроектировать
компактный чувствительный элемент,
развивающий необходимое усилие, в
конструкцию регулятора вводится
усилитель 5, использующий дополнительную
внешнюю энергию (с) для усиления мощности
измерителя. Такой регулятор называется
регулятором непрямого действия.

По способу обеспечения задачи регулирования
регуляторы делились на следующие
классы:

• астатические регуляторы

• статические регуляторы

• программные регуляторы

• двухпозиционные регуляторы.

На примерах простейших регуляторов
давления можно понять отличие в
конструкции статических и астатических
регуляторов. На рис. 26 показан астатический
регулятор давления.

Рис. 26 Астатический регулятор давления

1 – регулируемый объект, 2 – поршень
(чувствительный элемент), 3 – груз
(элемент задания и элемент сравнения),
4 – передаточный рычаг (исполнительный
механизм), 5 – шибер (регулирующий орган
)

В потоке газа имеется регулирующее
устройство 5 с изменяемым сопротивлением,
благодаря которому при переменном
давлении на подводе можно поддерживать
постоянное давление в полости А. В
равновесном режиме имеется баланс между
подводом и отводом газа, давление в
рабочей полости А соответствует
расчетному значению Р_ри
уравновешивается грузомG.
При изменении нагрузки (отвода) баланс
нарушается и в зависимости от характера
наступившего изменения уменьшается
или увеличивается давление в полости
А. Поршень (чувствительный элемент
начинает перемещаться, открывая или
закрывая шибер. Когда вновь будет
достигнуто исходное значение Р_р,
может наступить равновесие при новой
нагрузке. Однако получить новое устойчивое
равновесие без постоянных колебаний
далеко не всегда удается. Это основной
недостаток астатических регуляторов.

В статическом регуляторе (рис. 27)
элементом задания является верхняя
опора пружины 4, элементом сравнения
является пружина 3. Величина усилия,
действующая на поршень со стороны
пружины, меняется в зависимости от
положения поршня по высоте. Из-за этого
возникает не одно, как в предыдущем
случае, а множество равновесных состояний
по давлению. Так, если давление Р начало
возрастать, поршень, поднимаясь и сжимая
пружину, может занять новое положение,
при котором возросшему давлению будет
отвечать возросшее усилие пружины.
Таким образом, статический регулятор
с заведомо предусмотренной статической
ошибкой. Значение поддерживаемого
параметра однозначно связано с величиной
нагрузки.

Рис. 27 Статический регулятор давления

1 – регулируемый объект, 2 – поршень
(чувствительный элемент), 3 – пружина
(элемент сравнения), 4 – верхняя опора
пружины (элемент сравнения), 5 — передаточный
рычаг (исполнительный механизм), 6 –
шибер (регулирующий орган )

В программных регуляторах предусматривается
дополнительный конструктивный элемент,
изменяющий координату задания, а,
следовательно, и регулируемую величину,
по определенной функциональной
зависимости от нагрузки, от времени или
от других величин.

В двухпозиционных регуляторах реализуется
релейный закон управления. Регуляторы
этого типа работают по принципу включено
– выключено.

Классификация регуляторов скорости

Системы вентиляции, в настоящее время, получили огромное применение на промышленных предприятиях, в частных домах, в квартирах, а также в различных лабораториях. Для того чтобы в режиме реального времени вести контроль скорости вращения вентилятора была придумана автоматика для вентиляции в самых различных своих исполнениях.

Различают следующие типы регуляторов (в основном, по принципу регулирования скорости):

• Тиристорный регулятор скорости;
• Симисторный (электронный) регулятор скорости;
• Частотный регулятор скорости;

Кроме этой классификации существует и другая: например, по количеству фаз в электрической цепи. По данному признаку различают следующие регуляторы:

• Трехфазный регулятор скорости;
• Однофазный регулятор скорости;

Для мощных вентиляторов используются однофазные и трехфазные регуляторы скорости. В однофазных вентиляторах, для его управления, используют тиристорный регулятор скорости. Он позволяет изменять скорость вращения вентилятора за счет регулировки напряжения, которое подается на вентилятор. Тиристорные регуляторы подходят именно к тем типам вентиляторов, в которых заводом – изготовителем предусмотрена регулировка скорости вращения за счет изменения напряжения. Одним из основных представителей тиристорных регуляторов является компании SHUFT и Elicent. Регуляторы скорости MTY, компании SHUFT имеют довольно простую схему подключения и очень просты в эксплуатации. Модель регулятора скорости  MTY-0,5 M  является начальной моделью в линейке тиристорых регуляторов. Вентиляция обеспечивается при работе вентилятора в диапазоне изменения напряжения от 0 до 230В. Регулятор рассчитан на ток в 0,5А.

Симисторные (электронные) регуляторы скорости  применяются для регулировки скорости вращения в вентиляторах, работающих от однофазных асинхронных двигателей. Изменение напряжения в симисторных регуляторах производится косвенным путем, за счет срезания синусоиды напряжения. Данные регуляторы скорости отличаются своими малыми размерами благодаря простой конструкции функциональной платы. Электронные регуляторы скорости очень широко представлены на рынке вентиляционных систем фирмой Бахчиван (Bahcivan).

Частотный регулятор скорости вращения представляет собой систему для контроля скорости вращения вентилятора, путем контроля подаваемой электроэнергии на двигатель. Вместе с частотными регуляторами скорости используются, как правило, вентиляторы на трехфазных двигателях. Это является наиболее экономичным вариантом использования частотного регулятора скорости.

Регуляторы скорости классифицируются  также и по  закону регулирования. По данному признаку различают следующие типы:

1. Позиционные регуляторы;
2. Пропорциональные регуляторы;
3. Интегральные регуляторы;
4. Пропорционально-интегральный;
5. Пропорционально-дифференциальный;
6. Пропорционально-интегрально-дифференциальный;

Позиционные регуляторы скорости

Наиболее распространёнными считаются позиционные регуляторы скорости вращения вентилятора. Принцип регулирования ступенчатый. Такие регуляторы скорости относятся к регуляторам прерывного воздействия. Наибольшую популярность получили регуляторы с двумя позициями, которые являются крайними, то есть «Открыто» и «Закрыто».

Пропорциональные регуляторы скорости

Пропорциональные регуляторы – это те регуляторы скорости, у которых смещение ручки регулирования пропорционально изменению регулируемой величины. Основными достоинствами таких регуляторов скорости  можно назвать их высокое быстродействие, то есть очень быстрое переведение регулируемой величины из минимального положения в максимальное.

Интегральные регуляторы скорости

Интегральные регуляторы скорости – это те регуляторы, у которых есть прямая пропорциональная зависимость между скоростью перемещения ручки регулирования и изменением регулирующей величины. Главным достоинством такого регулятора можно назвать его способность удерживать регулируемую величину на заданном уровне.

Дифференциальные регуляторы

Дифференциальный регулятор – это тот регулятор, у которого есть зависимость между перемещением ручки регулирования и скоростью изменения регулируемой величины, то есть такие регуляторы по своему принципу работы являются обратными интегральным регуляторам.

Все рассмотренные выше регуляторы работают по линейным законам. Каждый из них имеет свои плюсы и свои минусы. Чтобы устранить все недостатки таких регуляторов и объединить все их достоинства, тем самым повысив эффективность регуляторов, были придуманы другие типы, такие, как например, пропорционально-интегральные регуляторы скорости. Это такие регуляторы, у которых в принципе работы заложены изменение регулируемой величины и интеграл изменения, которые нужны для образования воздействия регулирования.

Пропорционально-дифференциальные регуляторы

Пропорционально-дифференциальный регуляторы представляют собой регуляторы, у которых для того, чтобы сформировать закон регулирования применяется и изменение регулируемой величины, и скорость, с которой это самое изменение наблюдается.

Попорционально – интегрально – дифференциальные регуляторы

Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы  — это те регуляторы, которые работают, как пропорциональные, но которые ещё имеют воздействующие факторы по интегралу и скорости изменения регулируемой величины. Такие регуляторы скорости сочетают достоинства сразу трёх регуляторов.

На основе таких регуляторов работаю все кондиционеры и вентиляторы, а так же многие другие электрические приборы. Прежде чем купить тот или иной кондиционер следует внимательно ознакомиться с установленным в нём регулятором, чтобы он был удобен в эксплуатации для вас. Поэтому в данном вопросе выбор только за вами.

Типы регуляторов напряжения

В этом уроке мы узнаем об одном из наиболее важных компонентов системного проектирования: регуляторах напряжения. Они являются неотъемлемой частью системы или, если быть точным, частью системы электропитания. Мы узнаем о регуляторах напряжения, о том, какие бывают типы регуляторов напряжения, о принципе работы некоторых важных регуляторов напряжения.

[адсенс1]

Описание

Роль источника питания

Прежде чем углубляться в детали регулятора напряжения и различных типов регуляторов напряжения, мы сначала рассмотрим важность источника питания в конструкции системы.

Возьмем любую функционирующую систему: электронные наручные часы, современный смартфон или ноутбук. Как вы думаете, что самое большое существо в целом? Это Блок питания.

Роль источника питания заключается в обеспечении системы надежным, стабильным и воспроизводимым питанием ее компонентов. В контексте электронных устройств источник питания должен обеспечивать постоянную, стабильную и регулируемую мощность для правильной работы цепей.

[адсенс2]

Итак, какие источники питания?

Два основных источника питания: 1. Питание от сети переменного тока и 2. Питание от батарей.

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенный выше список основан на доступных источниках питания и источниках энергии.

Несмотря на то, что источник питания легко доступен, он еще не «системно готов». Что это значит? Давайте разберемся в этом на примере компьютерной системы.

Как правило, компьютерная система, а точнее электроника компьютерной системы требуют регулируемого постоянного напряжения. ЦП работает при напряжении от 1,2 В до 1,8 В постоянного тока (в зависимости от ЦП), порты USB работают при напряжении 5 В постоянного тока, для механических жестких дисков требуется напряжение как 5 В, так и 12 В постоянного тока и так далее.

Если напряжение выше или ниже требуемой величины, компонент может не работать или, в худшем случае, может выйти из строя и не подлежит ремонту. Итак, важно «отрегулировать» напряжение до допустимого диапазона.

Здесь на помощь приходят регуляторы напряжения. Источником может быть питание переменного тока от сетевой розетки или питание постоянного тока от батарей, требование любой электронной системы одинаково: регулируемое напряжение постоянного тока.

Регуляторы напряжения

Регулятор напряжения — это устройство или схема, обеспечивающая подачу постоянного напряжения на электронную нагрузку. На следующем изображении показан типичный блок питания с регулятором напряжения.

Как упоминалось ранее, задача источника питания постоянного тока состоит в том, чтобы получать переменный ток от сетевых розеток (обычно 240 В при частоте 50 Гц) и преобразовывать его в постоянный постоянный ток. В этом процессе переменное напряжение от сети сначала выпрямляется с помощью схемы выпрямителя для получения пульсирующего постоянного напряжения.

Этот пульсирующий постоянный ток затем фильтруется для получения относительно плавного напряжения. Наконец, регулятор напряжения обеспечивает постоянное выходное напряжение.

Компоненты регулятора напряжения

Вообще говоря, ступень регулятора напряжения источника питания обычно состоит из трех компонентов:

• Цепь обратной связи
• Стабильное опорное напряжение
• Цепь управления проходным элементом

Процесс регулирования напряжения прост. Цепь обратной связи помогает обнаруживать изменения выходного напряжения постоянного тока. В зависимости от обратной связи и опорного напряжения затем вырабатывается управляющий сигнал для управления проходным элементом для компенсации изменений.

Говоря о проходном элементе, это твердотельный полупроводниковый прибор, такой как PN-диод, BJT-транзистор или полевой МОП-транзистор. Теперь выходное напряжение D поддерживается почти постоянным.

Различные типы регуляторов напряжения

Регуляторы напряжения могут быть реализованы с использованием схем на дискретных компонентах или интегральных схем. Независимо от исполнения регуляторы напряжения можно разделить на два типа:

• Линейные регуляторы напряжения
• Импульсные регуляторы напряжения

Принимая во внимание приведенное выше обсуждение компонентов регулятора напряжения и его основных функций, предположим, что проходным элементом в цепи регулятора напряжения является транзистор.

Этот транзистор может работать либо в своей активной области, либо в качестве переключателя для регулирования выходного напряжения. Если транзистор остается в активной области или омической области или линейной области своей работы в процессе регулирования напряжения, то регулятор называется линейным регулятором напряжения.

Когда транзистор работает в состоянии отсечки и состоянии насыщения, т. е. он переключается между состоянием выключения и состоянием насыщения, тогда регулятор называется импульсным регулятором напряжения.

Теперь давайте углубимся в оба этих регулятора напряжения и подробнее рассмотрим их работу и типы.

Линейные регуляторы напряжения

Исходной формой регуляторов для регулирования источников питания являются линейные регуляторы напряжения. В линейном регуляторе напряжения переменная проводимость активного проходного элемента (обычно BJT или MOSFET) отвечает за регулирование выходного напряжения.

Когда подключена нагрузка, изменения либо на входе, либо на нагрузке приведут к изменению тока через транзистор, так что выход останется постоянным. Чтобы транзистор мог изменять свой ток (ток коллектор-эмиттер в случае BJT), он должен работать в активной или омической области (также известной как линейная область).

Во время этого процесса линейный регулятор напряжения тратит много энергии в виде сетевого напряжения, т. е. разница между входным и выходным напряжением сбрасывается в транзисторе и рассеивается в виде тепла.

Обычно линейные регуляторы напряжения подразделяются на пять категорий. Это:

• Положительные регулируемые регуляторы
• Негативные регулируемые регуляторы
• Регуляторы с фиксированным выходом
• Регуляторы слежения
• Плавающие регуляторы

Примером положительно регулируемых линейных регуляторов напряжения является известная микросхема регулятора LM317. Выходное напряжение LM317 можно регулировать в диапазоне от 1,2 В до 37 В.

Что касается линейных регуляторов напряжения с фиксированным выходом, то знаменитая серия ИС регуляторов напряжения 78XX подпадает под эту категорию. 7805 — широко используемый стабилизатор постоянного напряжения с выходным напряжением 5 В.

Преимущества линейных регуляторов напряжения

Преимущества линейных регуляторов напряжения заключаются в следующем:

• Реализация линейных регуляторов напряжения очень проста и ими легко пользоваться.
• Несмотря на рассеиваемую мощность, линейные регуляторы напряжения обладают надежной защитой от перегрузки по току и тепловой защиты.

Для работы регулируемых регуляторов напряжения

• требуется очень мало внешних компонентов. Стационарные регуляторы напряжения почти не требуют внешних компонентов (может быть пара шунтирующих конденсаторов).
• По низкой цене у вас есть широкий выбор напряжения и тока.

Недостатки линейных регуляторов напряжения

Недостатки линейных регуляторов напряжения следующие:

• Обычно линейные регуляторы напряжения являются только понижающими, т.е. выходное напряжение всегда меньше входного.
• При работе от сети переменного тока требуется понижающий трансформатор для доведения напряжения до рабочего уровня. Поэтому они обычно громоздкие.
• Поскольку регулирование осуществляется путем рассеивания избыточной мощности в виде тепла, они имеют тенденцию сильно нагреваться, и использование радиатора неизбежно.
• Кроме того, эффективность линейных регуляторов обычно очень мала, где-то между 20% и 60%.

Кроме того, линейные регуляторы напряжения снова классифицируются в зависимости от способа подключения нагрузки. Это:

• Регуляторы напряжения серии
• Шунтирующие регуляторы напряжения

Давайте теперь кратко рассмотрим оба этих типа линейных регуляторов напряжения.

Последовательный регулятор напряжения

В линейных регуляторах напряжения, если активный проходной элемент, например транзистор, соединен последовательно с нагрузкой, то он называется последовательным регулятором напряжения.

На следующей схеме показан типичный линейный последовательный регулятор напряжения.

В этой схеме выходное напряжение регулятора измеряется через цепь делителя напряжения R1 и R2. Это напряжение сравнивается с эталонным напряжением V _REF . Результирующий сигнал ошибки будет контролировать проводимость проходного транзистора.

В результате напряжение на транзисторе изменяется, а выходное напряжение на нагрузке поддерживается практически постоянным.

Тип последовательного регулятора напряжения представляет собой стабилизатор напряжения на стабилитроне, который может поддерживать постоянное напряжение на нагрузке.

Этот тип регулятора напряжения может уменьшить пульсации в источнике питания и улучшить регулирование. Но из-за ненулевого сопротивления Зенера эффективность низкая. Это можно улучшить, ограничив ток Зенера.

Шунтовой регулятор напряжения

Шунтовой регулятор напряжения отличается от последовательного регулятора напряжения. Если проходной транзистор в линейном регуляторе напряжения подключен параллельно нагрузке, то регулятор называется шунтирующим регулятором напряжения.

Дополнительно последовательно с нагрузкой подключен резистор ограничения напряжения. На следующем изображении показан типичный шунтирующий регулятор напряжения.

В этой схеме проводимость транзистора регулируется на основе обратной связи и опорного напряжения, так что ток через последовательный резистор остается постоянным. При изменении тока через транзистор напряжение на нагрузке остается практически постоянным.

По сравнению с последовательными регуляторами шунтирующие регуляторы немного менее эффективны, но имеют более простую реализацию.

Импульсные регуляторы напряжения

Как в линейных регуляторах напряжения, т.е. в последовательном регуляторе, так и в шунтирующем регуляторе, активный проходной элемент, т.е. транзистор, работает в своей линейной области. Изменяя проводимость транзистора, выходное напряжение поддерживается на желаемом уровне.

Напротив, импульсный регулятор работает немного иначе, чем линейный регулятор в том смысле, что проходной транзистор действует как переключатель, т. е. он либо остается в выключенном состоянии (область отсечки), либо во включенном состоянии (область насыщения).

Регулируя время включения проходного транзистора, выходное напряжение поддерживается на постоянном уровне.

Блок-схема типичного импульсного источника питания показана ниже.

На самом деле, есть отдельное руководство по импульсному источнику питания или SMPS с работой, типами и их работой. Для получения дополнительной информации см. « Импульсный блок питания ».

Преимущества импульсного регулятора напряжения

• Основным преимуществом импульсного источника питания или импульсного регулятора напряжения является эффективность. Обычно с лучшей расчетной эффективностью до 95% можно получить.
• Поскольку транзистор колеблется между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ, и время его пребывания в активной области очень мало, количество потерянной мощности очень меньше.
• Выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения.
• Не требует понижающего или повышающего трансформатора, но требует крошечного высокочастотного переключающего трансформатора.

Недостатки импульсных регуляторов напряжения

• Сложность конструкции импульсного источника питания очень высока.
• Из-за частого переключения транзистора и, как следствие, тока транзистора возникают высокие помехи и шумы.

В зависимости от конструкции схемы импульсные стабилизаторы напряжения можно разделить на две топологии.

• Неизолированные преобразователи
• Изолированные преобразователи

Неизолированные преобразователи также бывают нескольких типов, но наиболее важными из них являются:  

• Понижающий регулятор напряжения (понижающий преобразователь)
• Повышающий регулятор напряжения (повышающий преобразователь)
• Понижающий/повышающий преобразователь

В изолированных преобразователях в основном есть два важных типа. Это:

• Преобразователи обратного хода
• Передние преобразователи

Все эти типы обсуждаются в теме Импульсный блок питания. Итак, обратитесь к этому документу для получения дополнительной информации.

Понижающий регулятор напряжения (понижающий преобразователь)

В понижающем регуляторе напряжения или понижающем преобразователе выходное напряжение меньше, чем входное напряжение. На следующем изображении показан типичный понижающий преобразователь.

Повышающий регулятор напряжения (повышающий преобразователь)

В отличие от понижающего преобразователя, повышающий преобразователь или повышающий регулятор напряжения обеспечивают более высокое выходное напряжение, чем входное.

На следующем изображении показан типичный повышающий преобразователь.

Существует множество других топологий импульсных регуляторов напряжения, таких как непрерывные, прерывистые, полумостовые, полномостовые и т. д.

Выбор подходящих типов регуляторов давления для вашего приложения

Если вы управляете промышленной жидкостной системой, вы знаете, что поддержание точных условий процесса часто является обязательным условием работы. Давление представляет собой одно из наиболее важных условий, и для поддержания желаемого уровня давления в вашей системе требуется подходящий тип промышленного регулятора давления.

У вашей системы и приложения есть особые потребности, и существует широкий выбор регуляторов. Как вы можете быть уверены, что выбираете правильный тип регулятора для своего приложения? Продолжайте читать, чтобы узнать больше о конкретных типах регуляторов и ключевых функциях, на которые следует обращать внимание.

Изучение основ выбора регулятора

Промышленные регуляторы давления обычно можно разделить на две категории: редукционные регуляторы и регуляторы противодавления. Узнайте о различных функциях этих типов регуляторов и о том, как они работают, в нашем блоге «Как выбрать регулятор».

Узнайте больше о том, как выбрать регулятор

Применение: аналитические приборы

В чувствительных аналитических приложениях необходимо поддерживать точную стабильность целевого давления. Для этого требуется регулятор, рассчитанный на аналитическую точность.

Специализированные одно- и двухступенчатые подпружиненные аналитические и контрольно-измерительные регуляторы помогают пользователям доверять результатам испытаний и поддерживать предсказуемые выходные параметры процесса за счет последовательного контроля давления. Эти типы регуляторов обычно подпружинены и доступны как в конструкции с противодавлением, так и в конструкции с редукцией давления. Они также должны быть чувствительными к регулировке, позволяя операторам достигать необходимого давления с минимальными усилиями.

Некоторые функции, на которые стоит обратить внимание, включают:

• Мелкая резьба на стержне управляющей пружины. Это помогает обеспечить точную регулировку с низким крутящим моментом.
• Различные варианты чувствительных механизмов для различных давлений. Мембранные модели хорошо работают в приложениях с более низкими требованиями к давлению на выходе, тогда как модели с поршневыми датчиками имеют более высокие диапазоны выходного давления для приложений, требующих контроля высокого давления.
• Тарелки, предназначенные для сопротивления колебаниям, вызванным вибрацией системы
• Большие диафрагмы для точного контроля низкого давления

Применение: общепромышленные процессы

Общепромышленные процессы требуют высоконадежного контроля давления для наилучшей защиты сотрудников, оборудования и качества продукции процесса. В некоторых случаях компоненты в этих приложениях также должны выдерживать сложные условия эксплуатации.

Высококачественные регуляторы, разработанные для общепромышленных процессов, могут обеспечить надежную работу. Как правило, они имеют больший диаметр, чем регуляторы для аналитических приборов, поскольку их необходимо использовать в более крупных технологических линиях. При выборе регулятора процесса обращайте внимание на такие характеристики, как:

• Доступны конфигурации с купольной, подпружиненной или комбинированной нагрузкой в ​​зависимости от конкретного применения. Как упоминалось выше, подпружиненные варианты обеспечивают точную и легкую регулировку. Варианты с купольной нагрузкой, напротив, хороши для приложений с различными вариантами потока и могут лучше минимизировать падение.
• Внутренние уплотнения из материалов, совместимых с химическими веществами и давлением, используемыми в вашей системе
• Корпуса регуляторов изготовлены из коррозионно-стойких материалов, таких как нержавеющая сталь 316L, которые могут увеличить срок службы компонентов в суровых условиях эксплуатации

Применение: Высокая чистота, высокая скорость потока

Некоторые специализированные области применения (например, полупроводниковые процессы) требуют высокого уровня чистоты процесса и высокой скорости потока. Специализированные высокочистые регуляторы высокого расхода являются хорошим вариантом для последовательного контроля давления в таких ситуациях.

Эти регуляторы могут быть доступны в различных конфигурациях, и правильный выбор для вас может зависеть от того, насколько вам нужно регулировать давление, а не просто поддерживать постоянное заданное давление. Например, ручные версии с нагрузочными пружинами, которые взаимодействуют с датчиками давления, могут быть отрегулированы, в то время как другие версии могут быть настроены на определенное давление или оснащены купольными датчиками давления с газовым приводом, которые лучше соответствуют другим требованиям к давлению на выходе. При выборе высокочистого регулятора с высоким расходом обращайте внимание на следующие характеристики:

• Компактные конструкции, позволяющие размещать компоненты системы и технологические линии на небольшом расстоянии друг от друга, если пространство в ваших системах с высоким расходом ограничено. Версии с газовым приводом могут быть в два раза меньше обычных регуляторов давления с мембранным приводом.
• Цельносварная конструкция тарельчатого клапана, исключающая контакт уплотнений с атмосферой, что обеспечивает чистоту работы и герметичность
• Отделка и состав кузова, сводящие к минимуму возможность загрязнения
• Самоцентрирующиеся тарелки, помогающие свести к минимуму проскальзывание и обеспечивающие герметичное отключение

Области применения: отбор проб чувствительных сред

При отборе проб определенных чувствительных или летучих технологических газов или жидкостей требуется предварительный нагрев или испарение пробы, чтобы предотвратить конденсацию и сохранить репрезентативность.

В этих случаях испарительный редукционный регулятор давления может обеспечить некоторые эксплуатационные преимущества. Эти регуляторы реагируют на изменения действий оператора, температуры окружающей среды и других условий эксплуатации, обеспечивая стабильную и надежную работу систем. В зависимости от вашего применения функции испарительного регулятора, на которые следует обратить внимание, могут включать:

• Электронное управление, которое может переопределять настройки температуры для предотвращения превышения максимальной температуры технологической среды, предотвращая перегрев регулятора без прекращения испарения
• Низкие внутренние объемы
• Возможность приспосабливаться к фазовым изменениям образца
• Сертификация для использования в критических и опасных условиях, если требуется

Применение: газораспределительные системы

Газораспределительные системы требуют непрерывного снабжения для бесперебойной работы. Включение автоматического переключения между двумя источниками газа, если один источник газа исчерпан, является хорошим способом добиться этого.

Регуляторы переключения газовых баллонов могут обеспечить эту важную функцию, обеспечивая плавное переключение между источниками подачи газа для обеспечения непрерывного потока. Этот тип регулятора может помочь сократить дорогостоящее время простоя системы и трудоемкое техническое обслуживание. Дополнительные полезные функции, которые следует искать в регуляторах КИПиА, могут включать:

• Гофрированные неперфорированные диафрагмы, обеспечивающие прочность, долговечность и улучшенную реакцию на давление
• Мембранные уплотнения металл-металл на всех ступенях, обеспечивающие улучшенную совместимость материалов и герметичность
• Конструкции, требующие минимального обслуживания, позволяющие пользователям доверять системам распределения газа, чтобы они работали должным образом

Применение: хранение опасных жидкостей и газов

При хранении опасных жидкостей или газов критически важно обеспечить наилучшую защиту операторов и окружающих. Специализированные регуляторы газовой подушки в резервуаре могут помочь поддерживать желаемое давление инертных газов, вводимых в паровое пространство резервуара, для поддержания безопасного и постоянного давления в резервуаре и предотвращения утечки опасных паров.

При выборе регулятора подушки резервуара обращайте внимание на следующие характеристики:

• Резьба с мелким шагом на пружинах установочного давления для улучшения регулируемости и разрешения при установке или регулировке давления
• Чувствительные мембранные датчики, разработанные для высокой точности обнаружения изменений выходного давления
• Компоненты регулятора, такие как корпуса, седла, тарелки и трубки обратной связи, изготовленные из коррозионностойких сплавов, в зависимости от условий эксплуатации

Узнайте больше о том, как конструкция регулятора и правильный выбор могут повлиять на его работу.

Теперь, когда вы знаете, как подобрать определенные типы регуляторов для их предполагаемого применения, мы надеемся, что вы чувствуете себя лучше, чтобы выбрать регуляторы, наиболее подходящие для ваших уникальных эксплуатационных потребностей.