Стабилизатор тока на кренке: О стабилизаторах напряжения и стабилизаторах тока “Крен” привет

Содержание

О стабилизаторах напряжения и стабилизаторах тока “Крен” привет

В обсуждениях электрических схем часто встречаются термины «стабилизатор напряжения» и «стабилизатор тока». Но какая между ними разница? Как работают эти стабилизаторы? В какой схеме нужен дорогой стабилизатор напряжения, а где достаточно простого регулятора? Ответы на данные вопросы вы найдёте в этой статье.

Рассмотрим стабилизатор напряжения на примере устройства LM7805.В его характеристиках указано: 5В 1,5А. Это значит стабилизирует он именно напряжение и именно до 5В. 1,5А — это максимальный ток, который может проводить стабилизатор. Пиковая сила тока. То есть от может отдать и 3 миллиампера, и 0,5 ампер, и 1 ампер. Столько, сколько тока требует нагрузка. Но не больше полутора. Это главное отличие стабилизатора напряжения от стабилизатора тока.

Виды стабилизаторов напряжения

Различают всего 2 основных типа стабилизаторов напряжения:

линейные
импульсные

Линейные стабилизаторы напряжения

Например, микросхемы КРЕН или LM7805, LM1117, LM350.

Кстати, КРЕН — это не аббревиатура, как многие думают. Это сокращение. Советская микросхема-стабилизатор, аналогичная LM7805 имела обозначение КР142ЕН5А. Ну а ещё есть КР1157ЕН12В, КР1157ЕН502, КР1157ЕН24А и куча других. Для краткости всё семейство микросхем стали называть «КРЕН». КР142ЕН5А тогда превращается в КРЕН142.

Советский стабилизатор КР142ЕН5А. Аналог LM7805.

Стабилизатор LM7805

Наиболее распространенный вид. Недостаток их в том, что они не могут работать на напряжении ниже, чем заявленное выходное напряжение. Если LM7805 стабилизирует напряжение на 5 вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум на полтора вольта больше. Если подать меньше 6,5 В, то выходное напряжение «просядет», и мы уже не получим 5 В. Еще один минус линейных стабилизаторов — сильный нагрев при нагрузке. Собственно, в этом и заключается принцип их работы — всё, что выше стабилизируемого напряжения, просто превращается в тепло. Если мы на вход LM7805 подадим 12 В, то 7 потратятся на нагрев корпуса, а 5 пойдут потребителю. Корпус при этом нагреется настолько сильно, что без радиатора микросхема просто сгорит. Из всего этого вытекает ещё один серьёзный недостаток — линейный стабилизатор не стоит применять в устройствах с питанием от батареек. Энергия батареек будет тратиться на нагрев стабилизатора. Всех этих недостатков лишены импульсные стабилизаторы.

Импульсные стабилизаторы напряжения

Импульсные стабилизаторы — лишены недостатков линейных, но и стоят дороже. Это уже не просто микросхема с тремя выводами. Выглядят они, как плата с детальками.

Один из вариантов исполнения импульсного стабилизатора.

Импульсные стабилизаторы бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Наиболее интересные — всеядные. Независимо от напряжения на входе, на выходе будет именно то, которое нам нужно. Всеядному импульснику все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим повышения или понижения напряжения и держит заданное на выходе. Если в характеристиках заявлено, что стабилизатору на вход можно подать от 1 до 15 вольт и на выходе будет стабильно 5, то так оно и будет. Кроме того, нагрев импульсных стабилизаторов настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь. Если ваша схема будет питаться от батареек или размещаться в закрытом корпусе, где сильный нагрев линейного стабилизатора недопустим — ставьте импульсный.

Купить – LM7805 10 штук на Алиєкспресс

Импульсный стабилизатор (повышайка) MT3608 2A на Алиєкспресс

Импульсный стабилизатор 5А (понижайка) XL4015на Алиэкспресс

Хорошо. А что со стабилизатором тока?

Не открою Америку, если скажу, что стабилизатор тока стабилизирует ток.
Токовые стабилизаторы ещё иногда называют светодиодным драйвером. Внешне они похожи на импульсные стабилизаторы напряжения. Хотя сам стабилизатор — маленькая микросхема, а всё остальное нужно для обеспечения правильного режима работы. Но обычно драйвером называют всю схему сразу.

Примерно так выглядит стабилизатор тока. Красным кружком обведена та самая схема, которая и является стабилизатором. Всё остальное на плате — обвязка.

Итак. Драйвер задаёт ток. Стабильно! Если написано, что на выходе будет ток в 350мА, то будет именно 350мА. А вот напряжение на выходе может меняется в зависимости от требуемого потребителем напряжения. Не будем пускаться в дебри теории о том. как всё это работает. Просто запомним, что вы напряжение не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из потребителя.

Ну так и зачем всё это нужно то?

Теперь вы знаете, чем стабилизатор напряжения отличается от стабилизатора тока и можете ориентироваться в их многообразии. Возможно, вам так и не стало понятно, зачем эти штуки нужны.

Пример: вы хотите запитать 3 светодиода от бортовой сети автомобиля. Главное для светодиода важно контролировать именно силу тока. Используем самый распространенный вариант соединения светодиодов: последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Напряжение питания — 12 вольт.

Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели. Падение напряжения на светодиоде пусть будет у нас 3.4 вольта.
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
При желании добавить четвёртый светодиод — уже не хватит.
Если напряжение питания поднять до 15В, то тогда хватит. Но тогда и резистор тоже надо будет пересчитать. Резистор — простейший стабилизатор (ограничитель) тока. Их часто ставят на те же ленты и модули. У него есть минус — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде (закон Ома, с ним не поспоришь). Значит, если входное напряжение нестабильно (в автомобилях обычно так и есть), то предварительно нужно стабилизировать напряжение, а потом можно ограничить резистором ток до необходимых значений. Если используем резистор, как токовый ограничитель там, где напряжение не стабильно, нужно стабилизировать напряжение.

Стоит помнить, что резисторы имеет смысл ставить только до определенной силы тока. После некоторого порога резисторы начинают сильно греться и приходится ставить более мощные резисторы . Тепловыделение растёт, КПД падает.

Импульсный стабилизатор тока

Импульсный стабилизатор тока тоже называют светодиодным драйвером. Часто те, кто не сильно разбирается в этом, стабилизатор напряжения называют просто драйвером светодиодов, а импульсный стабилизатор тока — хорошим светодиодным драйвером. Он выдаёт сразу стабильное напряжение и ток. И почти не нагревается. Вот так он выглядит:

Применение микросхемных стабилизаторов серий 142, К142 и КР142

Применение микросхемных стабилизаторов серий 142, К142 и КР142

142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9

Как известно [Л], эти стабилизаторы идентичны по схеме, каждый из них содержит устройство защиты от замыкания цепи нагрузки. Различаются они только максимальным выходным током и номинальным выходным напряжением, которое имеет одно из следующих значений: 5, 6, 9, 12, 15, 20, 24 и 27 В.

Стабилизатор напряжения (СН), защищенный от повреждения разрядным током конденсаторов. При наличии в выходной цепи СН конденсатора большой емкости иногда необходимо принимать меры по защите микросхемы, то есть по предотвращению разрядки конденсатора через ее цепи. Дело в том, что обычно используемые в цепях питания устройств конденсаторы емкостью до 10 мкФ и более обладают малым внутренним (емкостным) сопротивлением, поэтому при аварийном замыкании той или иной цепи устройства возникает импульс тока, значение которого может достигать десятков ампер. И хотя этот импульс очень кратковременен, его энергии может оказаться достаточно для разрушения микросхемы. Энергия импульса зависит от емкости конденсатора, выходного напряжения и скорости его уменьшения.

Для защиты микросхемы от повреждения в подобных случаях используют диоды. В устройстве, выполненном по схеме на рис. 1, диод VD1 защищает микросхему DA1 от разрядного тока конденсатора С2, а диод VD2 — от разрядного тока конденсатора C3 при замыкании на входе СН.

Выходное напряжение устройства Uвых. = Uвыx.cт. + Ir2R2, где Uвых.ст. — выходное напряжение микросхемы, Ir2 — ток через резистор R2.

Сопротивление резисторов R1 и R2 рассчитывают по формулам: R1 = Uвых.ст./Ir2 + Iп; R2 = Uвых – Uвых.ст./Ir2 ,где Iп – ток потерь в микросхеме, равный 5…10 мА. Для нормальной работы устройства ток Ir2 должен быть, как минимум, вдвое больше тока Iп.

Приняв Ir2=20 мА, в рассматриваемом случае (Uвых=10В Uвых.ст.=5 В) получаем Rl=5/(0,02+0,01)=333 Ом, R2=(10—5)/0,02=250 Ом.

Поскольку выбор сопротивлений этих резисторов из стандартного ряда номиналов приводит к отклонению выходного напряжения от расчетного значения, резистор R2 рекомендуется выбирать подстроечным. Это позволит в определенных пределах регулировать выходное напряжение.

Мощность Ррас., рассеиваемую микросхемой при максимальной нагрузке, определяют по формуле: Pрас. = Iвых.(Uвх – Uвых.) + IпUвх.

Конденсатор С1 необходим только в том случае, если длина проводов, соединяющих СН с конденсатором фильтра выпрямителя, больше 100 мм;

С2 сглаживает переходные процессы, и его рекомендуется устанавливать при наличии длинных соединительных проводов (печатных проводников) и в тех случаях, когда недопустимы броски напряжения и тока в Цепи питания нагрузки. Что касается конденсатора С3, то он служит для дополнительного уменьшения пульсаций напряжения на выводе 8 микросхемы DA1.

Наиболее подходят для использования в стабилизаторах танталовые оксидные конденсаторы, обладающие (конечно, при необходимой емкости) малым полным сопротивлением даже на высоких частотах: здесь танталовый конденсатор емкостью 1 мкФ эквивалентен алюминиевому оксидному конденсатору емкостью примерно 25 мкФ.

При соответствующем выборе микросхемы и сопротивления резисторов R1, R2 выходное напряжение может быть более 25 В (в любом случае оно не должно превышать разности Uвых.max. – Uпд ,где Uпд — минимально допустимое падение напряжения на микросхеме). Емкость конденсаторов С2, С3 — не Менее 25 мкФ.

СН со ступенчатым включением (рис.2)

Функции «коммутирующего» элемента в этом устройстве выполняет транзистор VT1. В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор СЗ, поэтому транзистор открыт и шунтирует нижнее плечо делителя R1R2.

При этом напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 близко к 0 (оно равно напряжению насыщения Uкэ.нас. транзистора VTl), и выходное напряжение СН лишь ненамного превышает напряжение Uвых.ст. По мере зарядки конденсатора через резистор R3 транзистор закрывается, напряжение на выводе 8 DA1, а следовательно, и на выходе устройства возрастает, и спустя некоторое время выходное напряжение достигает заданного уровня. Длительность установления выходного напряжения зависит от постоянной времени цепи R3C3.

Назначение конденсаторов С1 и С2 – то же, что и в СН по схеме на

рис.1.

СН с выходным напряжением повышенной стабильности (рис.3)

Как видно из схемы, отличие этого СН от устройства по схеме на рис. 1 (кроме отсутствия защитных диодов и конденсатора С3) заключается в замене резистора R2 стабилитроном VD1. Последний поддерживает более стабильное напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 и тем самым дополнительно уменьшает колебания напряжения на нагрузке.

Недостаток устройства — невозможность плавной регулировки выходного напряжения (его можно изменять только подбором стабилитрона VD1).

СН с выходным напряжением, регулируемым от 0 В

На рис.4 изображена схема устройства, выходное напряжение которого можно регулировать от 0 до 10 В. Требуемое значение устанавливают переменным резистором R2. При установке его движка в нижнее (по схеме) положение (резистор полностью выведен из цепи) напряжение на выводе 8 DA1 имеет отрицательную полярность и равно разности Uvd1 — Uвых.ст. (Uvd1 — напряжение стабилизации стабилитрона VD1), поэтому выходное напряжение СН равно 0. По мере перемещения движка этого резистора вверх отрицательное напряжение на выводе 8 уменьшается и при некотором его сопротивлении становится равным напряжению Uвых.ст. При дальнейшем увеличении сопротивления резистора выходное напряжение СН возрастает от 0 до максимального значения.

СН с внешними регулирующими транзисторами

Микросхемы 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9 в зависимости от типа могут отдавать в нагрузку ток до 1,5…3 А. Однако эксплуатация их с предельным током нагрузки нежелательна, так как требует применения эффективных теплоотводов (допустимая рабочая температура кристалла ниже, чем у большинства мощных транзисторов).

Облегчить режим работы микросхемы в подобных случаях можно, подключив к ней внешний регулирующий транзистор.

Принципиальная схема базового варианта СН с внешним регулирующим транзистором показана на рис.5. При токе нагрузки до 180…190 мА падение напряжения на резисторе R1 невелико, и устройство работает так же, как и без транзистора. При большем токе это падение напряжения достигает 0,6…0,7 В, и транзистор VT1 начинает открываться, ограничивая тем самым дальнейшее увеличение тока через микросхему DA1. Она поддерживает выходное напряжение на заданном уровне, как и в типовом включении: при повышении входного напряжения снижается входной ток, а следовательно, и напряжение управляющего сигнала на эмиттерном переходе транзистора VT1, и наоборот.

Применяя такой СН, следует иметь в виду, что минимальная разность напряжений Uвх. и Uвых. должна быть равна сумме минимального падения напряжения на используемой микросхеме и напряжения Uэб регулирующего транзистора.

Необходимо также позаботиться об ограничении тока через этот транзистор, так как при замыкании в нагрузке он может превысить ток через микросхему в число раз, равное статическому коэффициенту передачи тока h31э, и достичь 20А и даже более. Такого тока в большинстве случаев достаточно для вывода из строя не только регулирующего транзистора, но и нагрузки.

Схемы возможных вариантов СН с ограничением тока через регулирующий транзистор показаны на рис.6-8. В первом из них (рис.6) эта задача решается включением параллельно эмиттерному переходу транзистора VT1 двух соединенных последовательно диодов VD1, VD2, которые открываются, если ток нагрузки превышает 7 А. СН продолжает работать и при некото ом дальнейшем увеличении тока, но как только он достигает 8 А, срабатывает система защиты микросхемы от перегрузки.

Недостаток рассмотренного варианта — сильная зависимость тока срабатывания системы защиты от параметров транзистора и диодов, (ее можно значительно ослабить, если обеспечить тепловой контакт между корпусами этих элементов).

Значительно меньше этот недостаток проявляется в СН по схеме на рис.7.

Если исходить из того, что напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT1 и пр мое напряжение диода VD1 примерно одинаковы, то распределение тока ме ду микросхемой DA1 и регулирующим транзистором зависит от отношения значений сопротивления резисторов R2 и R1. При малом выходном токе падение напряжения на резисторе R2 и диоде VD1 мало, поэтому транзистор VT1 закрыт и работает только микросхема. По мере увеличения выходного тока это падение напряжения возрастает, и когда оно достигает 0,6…0,7 В, транзистор начинает открываться, и все большая часть тока начинает течь через него. При этом микросхема поддерживает выходное напряжение на уровне, определяемом ее типом: при увеличении напряжения ее регулирующий элемент закрывается, снижая тем самым протекающий через нее ток, и падение напряжения на цепи R2VD2 уменьшается. В результате падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1 возрастает и выходное напряжение понижается. Если же напряжение на выходе СН увеличивается, процесс регулирования протекает в противоположном направлении.

Введение в эмиттерную цепь транзистора VT1 резистора R1, Повышающего устойчивость работы СН (он предотвращает его самовозбуждение) требует увеличения входного напряжения.

В то же время, чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток срабатывания по перегрузке зависит от параметров транзистора VT1 и диода VD1. Однако с увеличением сопротивления резистора возрастает рассеиваемая на нем мощность, в результате чего снижается КПД и ухудшается тепловой режим устройства.

В СН по схеме на рис.8 транзистор VT1 также выполняет функции регулирующего элемента.

Сопротивление резистора R1 выбирают таким образом, чтобы он открывался при токе нагрузки около 100 мА.

Транзистор VT2 реагирует на изменение (под действием тока нагрузки) падения напряжения на резисторе R2 и открывается, когда оно достигает 0,6…0,7 В, защищая тем самым регулирующий транзистор VT1.

Элементы этого СН рассчитывают и выбирают следующим образом. Предположим, необходим СН с выходным напряжением Uвых. = 5В при токе нагрузки Iвыx. = 5А Входное напряжение Uвх. = 15В. Микросхема 142ЕН5В (Iвых.max. = 2А).

Сначала выбирают транзистор VT1, способный при замыкании выходной цепи рассеять мощность Ррас = Uвх.Iвых.max. = 15*5 = 75Вт. С учетом некоторого запаса для повышения надежности желательно выбрать транзистор с Ррас. = 90…100 Вт. Его статический коэффициент передачи тока h31э при токе коллектора Iк = 5А должен быть не менее 10. Этим требованиям в полной мере отвечает транзистор КТ818АМ – его Pрас.= 100 Вт, h31э = 15 при токе Iк = 5А, Iк.max. = 15А, ток базы Iб = Iк/h31э = 0.33А. Uбэ = 0.9В при токе Iк=5А.

Ток Iвых. микросхемы 142ЕН5В выбирают с таким избытком, чтобы он перекрывал возможные отклонения параметров элементов и напряжения Uбэ.vt1 если этот запас взять равным 20%, то ток Iвых. будет равен 1,2*Iб.vt1 а ток через резистор R1 Ir1 = 0.2*Iб.vt1.

Поэтому сопротивление резистора R1 =Uбэ.vt1/0.2*Iб.vt1 = 13.4 Ом.

Сопротивление резистора R2 рассчитывают по формуле:

R2 = Uбэ.vt2.откр./Iвых. = 0.14 Ом,

где напряжение открывания транзистора Uбэ.vt2.откр. = 0.7В

Транзистор VT2 выбирают из условий Iк.vt2 > Iб.vt1 и Pрас. = Uвх.*Iб.vt1 = 15*0.33 = 5Вт

Этим требованиям отвечает транзистор КТ814А.

У рассматриваемого устройства два недостатка:

Во-первых, довольно большая рассеиваемая мощность (при максимальном токе входное напряжение должно превосходить выходное на величину, равную сумме минимального падения напряжения на микросхеме и значений напряжения на эмиттерном переходе транзисторов VT1 и VT2).

Во-вторых, очень жесткие требования к регулирующему транзистору, который должен выдерживать максимальный ток стабилизатора при большом напряжении Uкэ.

Мощный СН

Его можно выполнить по схеме на рис.9. Представленный вариант обеспечивает выходное напряжение в пределах 5…30В при токе нагрузки до 5А. Кроме микросхемы DA1 и регулирующего транзистора VT1, он содержит измерительный мост, образованный резисторами R2 — R5, R7, и компаратор на ОУ DA2. Особенность моста в том, что через входящий в него резистор R7 протекает большая часть тока нагрузки. Требуемое выходное напряжение устанавливают подстроечным резистором R6, значение тока (в данном случае 5А), при превышении которого СН становится стабилизатором тока, — резистором R2

При токе нагрузки, меньшем 5А, падение напряжения на резисторе R7 таково, что входное напряжение ОУ DA2 больше 0, поэтому его выходное напряжение положительно, диод VD1 закрыт и компаратор не оказывает на работу СН никакого влияния. Увеличение тока нагрузки до 5А и соответствующее повышение падения напряжения на резисторе R7 приводят к тому, что входное напряжение ОУ DA2 вначале уменьшается до 0, а затем меняет знак.

В результате его выходное напряжение также становится отрицательным, диод VD1 и светодиод HL1 открываются и напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 устанавливается на уровне, соответствующем току нагрузки 5А. Свечение светодиода HL1 сигнализирует о том, что устройство перешло в режим стабилизации тока. Колебания сопротивления нагрузки теперь вызывают только изменение выходного напряжения, ток же нагрузки остается неизменным — 5А.

При восстановлении номинальной нагрузки выходное напряжение возрастает до заданного значения. Дальнейшее уменьшение выходного тока приводит к тому, что входное, а за ним и выходное напряжения ОУ DA2 вновь становятся положительными, диод VD1 закрывается и устройство возвращается в режим стабилизации напряжения.

Вместо К140УД7 в описанном СН (как, впрочем, и во всех последующих), можно использовать ОУ К140УД6, К153УД6, К157УД2 и т.п.

СН с высоким коэффициентом стабилизации

Устройство, выполненное по схеме на рис.10, обеспечивает коэффициент нестабильности напряжения менее 0,001% в широком интервале температуры и тока наг узки.

Повышение точности поддержания выходного напряжения достигнуто введением цепи отрицательной обратной связи, состоящей из измерительного моста R1—R3 VD1, ОУ DA2 и полевого транзистора VT1. Таким образом, напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 здесь определяется напряжением стабилизации Uvd1 стабилитрона VD1 и напряжением рассогласования моста, усиленным ОУ DA2. Выходное напряжение Uвых.= Uвых.ст. + Uvd1-

Ток через стабилитрон VD1 устанавливают подбором резистора R3. Его сопротивление должно быть таким, чтобы обеспечивался минимальный температурный дрейф напряжения стабилизации.

СН с параллельно включенными микросхемами

Увеличения выходного тока можно добиться не только введением внешнего регулирующего транзистора, но и параллельным соединением микросхем. Например, включив две 142ЕН5А, как показано на рис.11, можно получить выходной ток до 6А. Здесь ОУ DA1 сравнивает падения напряжения на резисторах R1 и R2. Его выходное напряжение так воздействует на микросхему DA2, что текущий через нее ток оказывается в точности равным току через DA3. Для предотвращения нежелательного повышения выходного напряжения в отсутствие нагрузки выход устройства нагружен резистором R6.

Следует отметить, что при максимальном токе нагрузки на резисторах R1 и R2 рассеивается мощность более 2 Вт, поэтому использовать такой СН целесообразно лишь в тех случаях, если нагрузку нельзя разделить на две части (например, на две группы микросхем) с потребляемым током до 3А и питать каждую из них от отдельного СН.

Двуполярный СН на основе однополярной микросхемы

Можно выполнить его по схеме, изображенной на рис.12. Как видно, микросхема DA1 включена по типовой схеме в плюсовое плечо СН. Минусовое плечо содержит делитель напряжения из резисторов одинакового сопротивления R1, R2, инвертирующий усилитель на ОУ DA2 и регулирующий транзистор VT1.

ОУ сравнивает выходное напряжение плеч по абсолютной величине, усиливает сигнал ошибки и подает его в цепь базы транзистора VT1. Если напряжение минусового плеча по какой-либо причине становится меньше, чем плюсового (по абсолютной величине), напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 становится больше 0, и его выходное напряжение понижается, открывая регулирующий транзистор VT1 в большей мере и, тем самым, компенсируя снижение напряжения минусового плеча. Если же это напряжение, наоборот, возрастает, процесс протекает в противоположном направлении и равенство выходных напряжений также восстанавливается.

СН с регулируемым выходным напряжением

Можно собрать его по схеме на рис.13. Здесь ОУ DA2 выполняет функции повторителя напряжения, снимаемого с движка переменного резистора R2. ОУ питается нестабилизированным напряжением, но на его выходной сигнал это практически не влияет, так как напряжение смещения нуля не превышает нескольких милливольт. Благодаря большому входному сопротивлению ОУ становится возможным увеличить сопротивление делителя R1R2 в десятки раз (по сравнению с СН с типовым включением микросхемы DA1) и, тем самым, значительно уменьшить потребляемый им ток.

Введение в цепь обратной связи СН усилителя на ОУ DA2 (рис.14) позволяет снизить коэффициенты нестабильности Кu и Кi. Коэффициент усиления усилителя определяется сопротивлением резисторов делителя R3R4 и при указанных на схеме номиналах равен 10. Требуемое выходное напряжение устанавливают переменным резистором R2.

Литература

Щербина А., Благий С. Микросхемные стабилизаторы серий 142, К142, КР142. — Радио. 1990, №8. с.89\90; №9. c. 73,74.

А. Щербина, С. Благий, В. Иванов г. Москва (РАДИО № 3, 1991 г.)

Стабилизатор на КРЕНке с регулировкой напряжения от «0» вольт | А.Барышев. Страна разных советов

Микросхемы-стабилизаторы напряжения типа К142ЕН…(КРЕН) широко применяются в радиотехнике, как и их импортные аналоги. Хотя, «что» является «чьим» аналогом, – вопрос, конечно, интересный… Однако статья будет не об этом.

Эти микросхемы очень удобны для построения простых и надёжных стабилизаторов напряжения (или тока) при использовании минимума дополнительных элементов, не требуя каких-то особых расчётов и затрат сил и времени.

Разумеется, кроме стабилизаторов с фиксированным напряжением, существуют интегральные стабилизаторы с возможностью регулировки выходного напряжения. Например – КРЕН12А (или Б) – регулируемый стабилизатор напряжения 1,3-30 вольт и максимальным током 1,5 А. Или её буржуйский аналог – LM 317, на схеме нумерация выводов для нее дана в скобках (схема взята с сайта «РадиоКот» как пример. Не пример для подражания, а пример типовой схемы включения. Поэтому и подражать тоже не возбраняется ! :-))

Типовая схема включения

Всё бы хорошо, но, как мы видим, нижний предел регулировки выходного напряжения составляет не «0» вольт, а 1,3 (или 1,5, в зависимости от конкретного экземпляра микросхемы). Кроме того, регулируемые стабилизаторы можно собрать и на «обычных» МС, с фиксированным выходным напряжением. Например, на КРЕН5 (“7805”) (рис.2):

Схема – рисунок из открытых источников. Поэтому и качество такое, я не виноват! :-))

Но в таком случае нижний предел регулировки будет ещё выше — от «+5» вольт (он определяется напряжением стабилизации МС). Однако при необходимости эта проблема может быть решена.

На рис.3 изображена схема устройства, выходное напряжение которого можно регулировать от 0 до 10 вольт. Требуемое значение устанавливают переменным резистором R2, При установке его движка в нижнее (по схеме) положение (резистор полностью выведен из цепи) напряжение на выводе 8 микросхемы имеет отрицательную полярность, поэтому выходное напряжение стабилизатора равно «0». По мере перемещения движка этого резистора вверх отрицательное напряжение на выводе 8 МС уменьшается и при некотором его сопротивлении становится равным выходному напряжению микросхемы. При дальнейшем увеличении сопротивления резистора выходное напряжение возрастает от «0» до максимального значения (определяется значением напряжения стабилизации микросхемы и сопротивлением переменного резистора ). Uвх должно быть на два-три вольта больше требуемого выходного. Недостаток схемы – необходимость внешнего источника напряжения «-10В»:

Схема – рисунок автора

Это может быть любой стабилизированный источник небольшой мощности, собранный, например, по параметрической схеме и запитываемый от отдельной обмотки или малогабаритного трансформатора с выпрямителем

Данная статья имеет по большей мере обзорный характер, однако все приведённые схемы взяты из источников, заслуживающих доверия, кроме того, не раз были собраны и применялись на практике. Более же подробную информацию можно, при желании, найти в справочной литературе по радиоэлектронике или на специализированных радиолюбительских сайтах, каких много. Цель же этой статьи — подсказать возможные варианты и направление «поиска» для, в основном, – начинающих радиолюбителей…

Спасибо за внимание, лайки, дизлайки и комментарии – по желанию :-))

Также Вы можете посмотреть статью о том, как сделать двуполярный блок питания на однополярной «КРЕНке»…

Импульсный стабилизатор тока своими руками. Подключение светодиодов через стабилизатор тока

Чтобы эффективно побороть различные помехи в сети, необходимо использовать простые стабилизаторы тока. Современные производители занимаются промышленным изготовлением таких устройств, благодаря чему каждая модель отличается своими функциональными и техническими характеристиками. В бытовой отрасли нет больших требований к стабилизаторам тока, но высококачественное измерительное оборудование всегда нуждается в стабильном напряжении.

Краткое описание

Опытные мастера прекрасно знают, что простейшие ограничители тока представлены в виде обычных резисторов. Такие агрегаты часто называют стабилизаторами , что не является действительностью, так как они не способны убрать все помехи при колебании напряжения на своём входе. Использование резистора в схеме питания того или иного прибора возможно только в том случае, если всё входное напряжение стабилизируется.

В иной ситуации даже мельчайшие скачки напряжения воспринимаются как повышенная нагрузка, что негативно отражается на работе всего устройства. Эффективность работы резистивных ограничителей тока является довольно низкой, так как потребляемая ими энергия рассеивается в виде тепла.

Более высоким уровнем КПД обладают те конструкции, которые изготовлены на базе готовых интегральных микросхем линейных стабилизаторов. Схемы таких устройств отличаются минимальным набором элементов, простотой настройки и отсутствием помех. Чтобы избежать нежелательного перегрева регулирующего элемента, различия между входным и выходным напряжением должны быть минимальными. В противном случае корпус микросхемы будет вынужден рассеивать всю невостребованную энергию, что в несколько раз снижает итоговый показатель КПД.

Наибольшей эффективностью обладают схемы с широтно-импульсной модуляцией. Их производство основано на использовании универсальных микросхем, где присутствует цепь обратной связи и специальные защитные механизмы, благодаря чему существенно возрастает надёжность всего устройства. Использование импульсного трансформатора ведёт к удержанию схемы, что положительно влияет на уровень КПД и продолжительность эксплуатационного срока. Стоит отметить, что такие стабилизаторы мастера часто изготавливают своими руками, используя для этого специальные детали.

Функциональные возможности

Только тот мастер, который хорошо знает принцип работы стабилизатора тока, сможет эффективно применять это устройство в различных сферах. Основная сложность в том, что электросети насыщены различными помехами, которые негативно влияют на работоспособность оборудования и приборов. Чтобы эффективно преодолеть источники отрицательного воздействия, специалисты повсюду применяют стабилизаторы напряжения и тока.

В каждом таком изделии присутствует незаменимый элемент – трансформатор , который обеспечивает стабильную и безотказную работу всей системы. Даже самая элементарная схема обязательно укомплектована универсальным выпрямительным мостом, который соединён с разными резисторами, а также конденсаторами. К главным эксплуатационным характеристикам относятся предельный уровень сопротивления и индивидуальная ёмкость.

Квалифицированные специалисты отмечают, что простой стабилизатор тока функционирует по самой элементарной схеме. Всё дело в том, что электрический ток поступает на основной трансформатор, благодаря чему меняется его предельная частота. На входе она всегда совпадает с этим показателем в электросети, находясь в пределах 50 герц. Только после того, как произошло преобразование тока, предельная частота будет снижена до оптимальной отметки.

Стоит отметить, что в традиционной схеме присутствуют мощные высоковольтные выпрямители, которые помогают определить полярность напряжения. А вот конденсаторы участвуют в качественной стабилизации тока, резисторы устраняют имеющиеся помехи.

Изготовление простого преобразователя для светодиодов

Опытные мастера согласятся, что собрать качественный и долговечный стабилизатор не так уж и сложно. Главная особенность состоит в том, что на блок может быть установлена целая система низковольтных конденсаторов на 20 вольт, а импульсная микросхема может иметь вход до 35 В. Наиболее простой светодиодный стабилизатор, выполненный своими руками – это вариант LM317. Потребуется только правильно рассчитать резистор для используемого светодиода с помощью специализированного онлайн-калькулятора.

Важным фактом остаётся то, что для слаженной работы такого агрегата отлично подходит подручное питание:

Стандартный блок на 19 вольт от ноутбука.
На 24 В.
Более мощный агрегат на 32 вольт от обычного принтера.
Либо на 9 или на 12 вольт от какой-либо бытовой электроники.

К основным преимуществам такого преобразователя всегда относят его доступность, минимальное количество элементов, высокую степень надёжности, а также наличие в магазинах. Собирать самостоятельно более сложную схему весьма нерационально. Если мастер не обладает необходимым опытом, тогда импульсный стабилизатор тока лучше купить в готовом виде. При необходимости его всегда можно усовершенствовать.

Продолжительность работы светодиода без потери яркости зависит от режима. Главное достоинство простейших стабилизаторов (драйверов), таких как микросхема-стабилизатор LM317, – их довольно трудно сжечь. Схема подключения LM317 требует всего двух деталей: самой микросхемы, включаемой в режим стабилизации, и резистора. Сам процесс сборки состоит из нескольких основных этапов:

Потребуется купить переменный резистор сопротивлением в 0.5 кОм (имеет три вывода и ручку регулировки). Заказать его можно через интернет или купить в «Радиолюбителе».
Провода припаиваются к среднему выводу, а также к одному из крайних.
С помощью мультиметра, включённого в режиме измерения сопротивления, замеряется сопротивление резистора. Нужно добиться максимального показания в 500 Ом (чтобы светодиод не перегорел при низком сопротивлении резистора).
После внимательной проверки правильности соединений перед подключением собирается цепь.

Для любого устройства можно добиться подачи 10 А (задаётся низкоомным сопротивлением). Для этих целей можно использовать транзистор КТ825 или установить аналог с лучшими техническими характеристиками и системой охлаждения. Максимальная мощность LM317 – 1.5 ампер. Если есть необходимость увеличить ток, то в схему можно добавить полевой или обычный транзистор.

Универсальная регулируемая модель

Многие мастера сталкиваются с необходимостью использования высококачественного стабилизатора, который позволил бы проводить настройки сети в широком диапазоне. Некоторые современные схемы отличаются тем, что в них предусмотрено наличие токозадающего резистора с пониженными характеристиками. Сами специалисты отмечают, что такое устройство позволяет проводить усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние принято называть усиленным напряжением ошибки.

Параметры опорного и ошибочного напряжения можно сравнить при помощи опорного усилителя, благодаря этому мастер осуществляет настройку состояния полевого транзистора. Стоит отметить, что такая схема требует дополнительного питания, которое обязательно должно поступать к отдельному разъёму. Всё дело в том, что питающее напряжение должно обеспечивать слаженную работу абсолютно всех компонентов используемой схемы. Допустимый уровень не должен быть превышен, так как это чревато преждевременной поломкой оборудования.

Чтобы максимально правильно настроить работу регулируемого стабилизатора тока, необходимо использовать специальный ползунок. Именно подстроечный резистор позволяет мастеру выставить максимальное значение тока. Настройка сети получается более гибкой, так как все параметры можно самостоятельно корректировать в зависимости от интенсивности эксплуатации.

Многофункциональный прибор

Среднюю сложность изготовления имеют драйверы для светодиодов на 220 В. Много времени может занять их настройка, требующая опыта по наладке. Такой драйвер извлечь можно из светодиодных ламп, прожекторов и светильников с неисправной светодиодной цепью. Большинство из них также возможно доработать, узнав модель контроллера преобразователя. Параметры обычно задаются одним или несколькими резисторами.

В datasheet указывается уровень сопротивления, необходимый для получения нужного тока. Если установить регулируемый резистор, то количество Ампер будет настраиваемым (но без превышения указанной номинальной мощности).

Ещё недавно высокой популярностью пользовался универсальный модуль XL4015. По своим характеристикам он подходит для подключения светодиодов с высокой мощностью (до 100 Ватт). Стандартный вариант его корпуса припаян к плате, выполняющей функции радиатора. Чтобы улучшить охлаждение XL4015, схема должна быть доработана с установкой радиатора на коробку устройства.

Многие пользователи просто ставят его сверху, однако, эффективность такой установки довольно низкая. Систему охлаждения желательно располагать внизу платы, напротив пайки микросхемы. Для оптимального качества её можно отпаять и установить на полноценный радиатор, используя термопасту. Провода потребуется удлинить. Дополнительное охлаждение можно монтировать и для диодов, что значительно повысит эффективность работы всей схемы.

Среди драйверов наиболее универсальным считается регулируемый. Обязательно устанавливается переменный резистор, который задаёт количество ампер. Эти характеристики обычно указываются в следующих документах:

В сопроводительной документации к микросхеме.
В datasheet.
В стандартной схеме включения.

Без добавочного охлаждения микросхемы такие устройства выдерживают 1-3 А (в соответствии с моделью контроллера широтно-импульсной модуляции). Главный недостаток этих драйверов – чрезмерный нагрев диода и дросселя. Выше 3 А потребуется охлаждение мощного диода и контроллера. Дроссель заменяют более подходящим либо перематывают толстым проводом.

Незаменимое устройство постоянного тока

Даже начинающий мастер знает, что такой агрегат работает по принципу двойного интегрирования . Абсолютно во всех моделях за этот процесс отвечают преобразователи. Универсальные двухканальные транзисторы предназначены для увеличения существующих динамических характеристик. Важно помнить, что для устранения тепловых потерь нужно использовать конденсаторы с большой ёмкостью.

Сделать показатель выпрямления можно только благодаря точному расчёту необходимого значения. Как показывает практика, если при выходном напряжении постоянного тока получается 12 ампер, то предельное значение должно составлять 5 В. Устройство сможет стабильно поддерживать рабочую частоту на отметке 30 Гц. Относительно порогового напряжения – всё зависит от блокировки сигнала, который поступает от трансформатора. Но фронт импульсов не должен превышать 2 МКС.

Только качественное преобразование тока позволяет обеспечить слаженную работу главных транзисторов. В этой схеме допускается использование исключительно полупроводниковых диодов. Если резисторы балластные, то это чревато большими тепловыми потерями. Именно поэтому коэффициент рассевания существенно увеличивается. Мастер может увидеть, что амплитуда колебаний возросла, а процесс индуктивности не произошёл.

Современная схема на базе КРЕН

Такое устройство будет стабильно работать только с элементами LM317 и КР142ЕН12. Это связано с тем, что они выступают в качестве универсальных стабилизаторов напряжения, хорошо справляясь с током до 1.5 А и выходным напряжением до 40 вольт. В классическом тепловом режиме эти элементы способны качественно рассеивать мощность до 10 Ватт. Сами микросхемы отличаются низким собственным потреблением, так как этот показатель составляет всего 8 мА. Главное, что этот показатель остаётся неизменным даже в том случае, если напряжение колеблется.

Отдельного внимания заслуживает микросхема LM317, которая способна удерживать постоянное напряжение на основном резисторе. Этот агрегат с неизменным сопротивлением обеспечивает максимальную стабильность проходящего через него тока, благодаря чему его часто называют токозадающим резистором. Современные стабилизаторы на КРЕН отличаются от своих аналогов относительной простотой, за счёт чего активно эксплуатируются в качестве зарядки для аккумуляторов и для электронной нагрузки.

В настоящее время трудно представить тюнинг автомобиля без светодиодных ламп. Но порой их установка осложнена тем, что они перегорают. Чтобы избежать этой ситуации, в сеть можно включить стабилизатор тока для светодиодов своими руками. В статье приводятся примеры микросхем, по которым можно его сделать.

[ Скрыть ]

Схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Всем известно, что светодиодным лампочкам необходимо питание двенадцать вольт. В сети авто это значение может доходить до 15 В. Светодиодные элементы очень чувствительны, на них такие скачки отражаются отрицательно. Светодиодные лампы могут перегореть либо некачественно светить (мигать, терять яркость и т.д.).

Чтобы светодиоды служили дольше, в электросеть автомобиля включаются драйвера (резисторы). При нестабильности в сети устанавливаются устройства, которые поддерживают постоянное значение. Существует несколько простых микросхем, по которым можно сделать стабилизатор напряжения своими руками. Все компоненты, входящие в цепь, можно приобрести в специализированных магазинах. Обладая начальными знаниями по электротехнике сделать приборы будет несложно.

На КРЕНке

Для того, чтобы сконструировать простейший стабилизатор напряжения 12 вольт своими руками, понадобится микросхема с потреблением 12 В. В этом случае подойдет регулируемый стабилизатор напряжения 12 В LM317. Он может функционировать в электросети, где входной параметр составляет до 40 В. Чтобы прибор стабильно работал, необходимого обеспечивать охлаждение.

Стабилизатор тока на LM317требует для работы небольшой ток до 8 мА, и данное значение обычно остается неизменным, даже при большом токе, протекающем через крен LM317, или при изменении входного значения. Это реализуется с помощью компоненты R3.

Можно применять элемент R2, но пределы при этом будут небольшими. При неизменном сопротивлении LM317 ток, идущий через прибор, будет также стабильным (автор видео — Создано в Гараже).

Входное значение для кренки LM317 может составлять до 8 мА и выше. Пользуясь этой микросхемой, можно придумать стабилизатор тока для ДХО. Это устройство может выступать нагрузкой в бортовой сети или источником электричества при подзарядке . Сделать простой стабилизатор напряжения LM317 не составляет труда.

На двух транзисторах

На сегодняшний момент пользуются популярностью стабилизирующие устройства для бортовой сети машины на 12 В, разработанные с использованием двух транзисторов. Данную микросхему используют как стабилизатор напряжения для ДХО.

Резистор R2 является токораздающим элементом. При возрастании тока в сети увеличивается напряжение. Если оно достигает значения от 0,5 до 0,6 В, открывается элемент VT1. Открытие компонента VT1 закрывает элемент VT2. В итоге, ток, проходящий через VT2, начинает снижаться. Можно вместе с VT2 применять полевой транзистор Мосфет.

Элемент VD1 включается в цепь, когда значения находится в пределах от 8 до 15 В и настолько велики, что транзистор может выйти из строя. При мощном транзисторе допустимы показания в бортовой сети около 20 В. Не стоит забывать о том, что транзистор Мосфет откроется, если показания на затворе будут 2 В.

Если применять универсальный выпрямитель как зарядку для АКБ или других задач, то достаточно использовать резистора R1 и транзистор.

На операционном усилителе (на ОУ)

Стабилизатор напряжения для светодиодов на основе ОУ собирается при необходимости создания устройства, которое будет работать в расширенном диапазоне. В рассматриваемом случае в качестве элемента, который будет задавать выпрямляемый ток, является R7. С помощью операционного усилителя DA2.2 можно увеличить уровень напряжения в токозадающем компоненте. Задачей компонента DA 2.1 является контроль опорного напряжения.

При создании схемы следует учесть, что она рассчитана на 3А, поэтому необходим больший ток, который должен поступать на разъем ХР2. Кроме того, следует обеспечивать работоспособность всех составляющих данного устройства.

Сделанный стабилизирующий прибор для автомобиля должен иметь генератор, роль которого выполняет REF198. Чтобы правильно настроить прибор, ползунок резистора R1 нужно установить в верхнее положение, а резистором R3 задавать необходимое значение выпрямленного тока 3А. Для погашения возможных возбуждений, используются элементы R,2 R4 и C2.

На микросхеме импульсного стабилизатора

Если выпрямитель для автомобиля должен обеспечивать высокий КПД в сети, целесообразно использовать импульсные компоненты, создавая импульсный стабилизатор напряжения. Популярной является схема МАХ771.

Импульсный стабилизатор тока характеризуется выходной мощностью 15 Вт. Элементы R1 и R2 делят показатели схемы на выходе. Если делимое напряжение превышает по показателям опорное, выпрямитель автоматически уменьшает выходное значение. В противном случае устройство будет увеличивать выходной параметр.

Сборка данного устройства целесообразна, если уровень превышает 16 В. Компоненты R3 являются токовыми. Для устранения высокого падения нагрузки на данном резисторе в схему следует включить ОУ.

Заключение

Нами были рассмотрены стабилизаторы напряжения на различных компонентах. Эти схемы можно усложнять, повышая быстродействие, улучшая другие показатели. Можно использовать готовые микросхемы, которые всегда можно усовершенствовать своими руками, создавая устройства, предназначенные для выполнения конкретных задач.

Содержание:

В каждой электрической сети периодически возникают помехи, отрицательно влияющие на стандартные параметры тока и . Данная проблема успешно решается с помощью различных устройств, среди которых очень популярны и эффективны стабилизаторы тока. Они имеют различные технические характеристики, что делает возможным их использование совместно с любыми бытовыми электроприборами и оборудованием. Особые требования предъявляются к измерительному оборудованию, требующему стабильного напряжения.

Общее устройство и принцип работы стабилизаторов тока

Знание основных принципов работы стабилизаторов тока способствует наиболее эффективному использованию этих устройств. Электрические сети буквально насыщены различными помехами, негативно влияющими на работу бытовых приборов и электрооборудования. Для преодоления отрицательных воздействий используется схема простого стабилизатора напряжения и тока.

В каждом стабилизаторе имеется основной элемент – трансформатор, обеспечивающий работу всей системы. Самая простая схема включает в свой состав выпрямительный мост, соединенный с различными типами конденсаторов и резисторов. Их основными параметрами считаются индивидуальная емкость и предельное сопротивление.

Сам стабилизатор тока работает по очень простой схеме. Когда ток поступает на трансформатор, его предельная частота изменяется. На входе она будет совпадать с частотой электрической сети и составит 50 Гц. После того как будут выполнены все преобразования тока, предельная частота на выходе снизится до 30 Гц. В схеме преобразования участвуют высоковольтные выпрямители, с помощью которых определяется полярность напряжения. Конденсаторы непосредственно участвуют в стабилизации тока, а резисторы снижают помехи.

Диодный стабилизатор тока

Во многих конструкциях светильников имеются диодные стабилизаторы, более известные как . Как и все типы диодов, светодиоды обладают нелинейной вольтамперной характеристикой. То есть, при изменяющемся напряжении на светодиоде, происходит непропорциональное изменение тока.

С ростом напряжения вначале наблюдается очень медленное возрастание тока, в результате, свечение светодиода отсутствует. Затем, когда напряжение достигает порогового значения, начинается излучение света и очень быстрое возрастание тока. Дальнейший рост напряжения приводит к катастрофическому увеличению тока и перегоранию светодиода. Значение порогового напряжения отражается в технических характеристиках светодиодных источников света.

Светодиоды с высокой мощностью требуют установки теплоотвода, поскольку их работа сопровождается выделением большого количества тепла. Кроме того, для них требуется и достаточно мощный стабилизатор тока. Правильная работа светодиодов также обеспечивается стабилизирующими устройствами. Это связано с сильным разбросом порогового напряжения даже у однотипных источников света. Если два таких светодиода подключить к одному источнику напряжения, по ним будет проходить ток разной величины. Разница может быть настолько существенной, что один из светодиодов сразу же сгорит.

Таким образом, не рекомендуется включение светодиодных источников света без стабилизаторов. Данные устройства устанавливают ток заданного значения без учета напряжения, приложенного к схеме. К наиболее современным приборам относится двухвыводной стабилизатор для светодиодов, применяющийся для создания недорогих решений по управлению светодиодами. В его состав входит полевой транзистор, обвязочные детали и другие радиоэлементы.

Схемы стабилизаторов тока на КРЕН

Данная схема стабильно работает с использованием таких элементов, как КР142ЕН12 или LM317. Они являются регулируемыми стабилизаторами напряжения, работающими с током до 1,5А и входным напряжением до 40В. В нормальном тепловом режиме эти устройства способны рассеивать мощность до 10Вт. Эти микросхемы обладают низким собственным потреблением, составляющим примерно 8мА. Данный показатель остается неизменным даже при изменяющемся токе, проходящем через КРЕН и измененном входном напряжении.

Элемент LM317 способен удерживать на основном резисторе постоянное напряжение, регулируемое в определенных пределах с помощью подстроечного резистора. Основной резистор с неизменным сопротивлением обеспечивает стабильность проходящего через него тока, поэтому он известен еще, как токозадающий резистор.

Стабилизатор на КРЕН отличается простотой и может использоваться в качестве электронной нагрузки, зарядки аккумуляторов и в других областях.

Стабилизатор тока на двух транзисторах

Благодаря своему простому исполнению, в электронных схемах очень часто используются стабилизаторы на двух транзисторах. Их основным недостатком считается не вполне стабильный ток в нагрузках при изменяющемся напряжении. Если же не требуется высоких токовых характеристик, то данное стабилизирующее устройство вполне сгодится для решения многих несложных задач.

Кроме двух транзисторов в схеме стабилизатора присутствует токозадающий резистор. Когда на одном из транзисторов (VT2) увеличивается ток, возрастает напряжение на токозадающем резисторе. Под действием этого напряжения (0,5-0,6В) начинает открываться другой транзистор (VT1). При открытии этого транзистора, другой транзистор – VT2 начинает закрываться. Соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через него.

В качестве VT2 используется биполярный транзистор, однако в случае необходимости возможно создать регулируемый стабилизатор тока на полевом транзисторе MOSFET, используемом в качестве стабилитрона. Его выбор осуществляется исходя из напряжения 8-15 вольт. Данный элемент используется при слишком высоком напряжении источника питания, под действием которого затвор в полевом транзисторе может быть пробит. Более мощные стабилитроны MOSFET рассчитаны на более высокое напряжение – 20 вольт и более. Открытие таких стабилитронов происходит при минимальном значении напряжения на затворе 2 вольта. Соответственно, происходит и увеличение напряжения, обеспечивающего нормальную работу схемы стабилизатора тока.

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Иногда возникает необходимость в стабилизаторах тока с возможностью регулировок в широком диапазоне. В некоторых схемах может использоваться токозадающий резистор с пониженными характеристиками. В этом случае необходимо применять усилитель ошибки, основой которого служит операционный усилитель.

С помощью одного токозадающего резистора происходит усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние называется усиленным напряжением ошибки. С помощью опорного усилителя сравниваются параметры опорного напряжения и напряжения ошибки, после чего выполняется регулировка состояния полевого транзистора.

Для такой схемы требуется отдельное питание, которое подается к отдельному разъему. Питающее напряжение должно обеспечивать нормальную работу всех компонентов схемы и не превышать уровня, достаточного для пробоя полевого транзистора. Правильная настройка схемы требует установки ползунка переменного резистора в самое верхнее положение. С помощью подстроечного резистора выставляется максимальное значение тока. Таким образом, переменный резистор позволяет выполнять регулировку тока от нуля до максимального значения, установленного в процессе настройки.

Мощный импульсный стабилизатор тока

Широкий диапазон питающих токов и нагрузок не всегда является основным требованием к стабилизаторам. В некоторых случаях решающее значение отводится высокому коэффициенту полезного действия прибора. Эту задачу успешно решает микросхема импульсного стабилизатора тока, заменяющая компенсационные стабилизаторы. Приборы этого типа позволяют создавать высокое напряжение на нагрузке даже при наличии невысокого входного напряжения.

Кроме того, существует повышающий . Они используются вместе с нагрузками, питающее напряжение которых превышает входное напряжение стабилизирующего устройства. В качестве делителей выходного напряжения используются два резистора, задействованные в микросхеме, с помощью которой входное и выходное напряжение поочередно уменьшается или увеличивается.

Стабилизатор на LM2576

Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.

После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.

В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на , как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой .

Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать : многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.

Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.

В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной . Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.

Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.

Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить , например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.

Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.

Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.

Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.

Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521 ().

Преобразователи с дросселем

Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1 , содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.

При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.

Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.

При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.

Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.

Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.

Схемы с обратной связью по току

А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.

В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.

Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.

Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.

При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.

Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.

Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.

Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.

Интегральные стабилизаторы тока

В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.

На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.

Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.

Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.

Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.

В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.

При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.

Борис Аладышкин

Светодиоды не любят колебания напряжения, это факт. Не любят они это по причине того, что светодиоды ведут себя не так как лампы или другие линейные приборы. Их ток меняется в зависимости от напряжения нелинейно, поэтому например двухкратное увеличение напряжения увеличивает ток через светодиоды далеко не в 2 раза. Из за чего они перегреваются, быстро деградируют и выходят из строя.

Большинство диодов, применяемых в автомобиле, имеют встроенное сопротивление, которое рассчитано на напряжение 12 вольт. Но напряжение бортовой сети автомобиля никогда не бывает 12 вольт (разве что с разряженным аккумулятором), плюс ко всему оно далеко не такое стабильное, как хотелось бы. Если использовать недорогие китайские диодные приборы в автомобиле без предварительной их стабилизации то они достаточно быстро начнут мигать а затем и вовсе перестанут светить.

Вот и я столкнулся с такой проблемой – светодиоды в габаритах начали мигать, так как я когда-то поленился их стабилизировать.

Существует множество готовых схем-стабилизаторов для 12-вольтовых приборов. Чаще всего на прилавках можно найти микросхему КР142ЕН8Б или подобные ей. Данная микросхема расчитана на ток до 1.5А, но для большего эффекта нужно включение с применением входных и выходных конденсаторов.

Стандартная схема предполагает применение 0.33 и 0.033мкФ конденсаторов (если память не изменяет). Но лично я решил сделать включение с применением 4-х конденсаторов: 470мкФ и 0.47мкФ на вход и соответственно в 10 раз меньшая емкость на выход. Я уже не помню, но где-то на форумах я встречал именно такое включение, решил его применить.

Чтобы все это можно было легко внедрить в авто, я решил напаять все элементы непосредственно на микросхему.

Микросхема с элементами

К микросхеме припаяны, помимо конденсаторов, два провода, соответственно вход и выход. Масса будет приходить через крепление микросхемы. Средняя нога микросхемы задействована только под ножки конденсаторов. Выводить провод от нее я не стал, так как она объединена с корпусом схемы.
Для прочности всей конструкции я решил залить все это клеем, затем завернуть в термоусадку.

Микросхемы

Микросхема и термоусадка

Готовые стабилизаторы

В автомобиле можно крепить через саморез к кузову.

Прикрепленный стабилизатор

Пост не претендует на что-то супер-мега технологичное, но мало ли кому может пригодиться 🙂

Схема включения

Вместо КР142ЕН8Б можно использовать L7812CV, схема включения аналогичная. Если взглянуть на стандартную схему и сравнить с моей то возникают вопросы “зачем именно такие емкости?”.

Поясняю: штатная схема включения подразумевает только стабилизацию напряжения, но никак не спасает от просадки (кратковременной) напряжения, поэтому в схему были введены электролиты достаточно большой емкости для сглаживания таких просадок.

По идее конечно АКБ в машине должен выполнить роль фильтра просадок напряжения, но иногда случаются просадки, которые АКБ просто не успевает уловить. Например при подаче искры на свечу зажигания через катушку проходит нехилый ток, который отлично просаживает напряжение в бортсети.

Главная » Интересные факты » Импульсный стабилизатор тока своими руками. Подключение светодиодов через стабилизатор тока

Теория: Стабилизатор тока и напряжения.

Вы уже сталкивались с тем, что светодиодные изделия выходят из строя частично или полностью по прошествию времени, а перед этим неплохо греются? Вы уже расстроились, что они не ходят заявленные 50 000 часов? Возможно, эта статья вам глаза на правильное питание led`ов.

Начнем по порядку….

Стабилизатор напряжения.

Принцип работы заключается в отсечке лишнего напряжения. Если он заявлен на 12 вольт, то больше 12 вольт он не пропустит. Но тока пропустит столько, сколько он в состоянии пропустить, либо сколько ваше изделие потребляет. Стабилизаторы напряжения делятся в свою очередь на линейные и импульсные.

Линейные стабилизаторы.

Самые простые стабилизаторы. Подать на него нужно минимум на 1.5 вольта больше, чем он должен выдать, меньше нельзя вообще. Если на 12 вольтовый подать 12 вольт, то на выходе будет примерно 10,5. Изготавливаются они на базе российских КРЕН или зарубежных LM-серии (LM7805).

Ставить подобные стабилизаторы в автомобиль не есть хорошо, так как польноценно он будет работать только при заведенном двигателе, т.к. напряжение в сети будет 13,5-14,2 вольта. На заглушенной будет максимум 12,5 на входе, следовательно 11 на выходе. Кроме того, такие стабилизаторы очень сильно греются и нуждаются в охлаждении, значит под обшивку их прятать не рекомендуется.

Импульсные стабилизаторы гораздо интереснее. Разделяются на повышающие (stepup), понижающие (stepdown) и всеядные. Последнему вообще всё равно сколько вы на него подадите из разрешенного. Если написано 5-30 вольт на входе и 12 на выходе, значит подавай на него хоть 7, хоть 25 вольт, на выходе будет стабильно 12 вольт. Повторюсь, ток он не ограничит.

Далее – стабилизаторы тока.

Его принцип заключается в том, что напряжение пропустит любое, но тока ограничит тем, сколько заявил производитель, или тем, сколько вы настроили, если он регулируемый.

Есть такая штука – импульсный стабилизатор тока, именуемый так же led driver.

Он почти не греется, он включает в себя всё, что надо. Часто идут уже упакованные в корпус, как на фото ниже, что упрощает жизнь простому обывателю – два провода на входе, два на выходе.

Так зачем я здесь всё это расписываю?

Светодиоды имеют такой параметр, как падение напряжения на нём, обозначается Uf – т.е. прямое напряжение. Только это не рабочее напряжение, а именно падение на нём. Ещё они имеют такой параметр, как рабочий ток, вот он то нам и нужен. Вы можете подавать на светодиод хоть 500 вольт, но вы должны ограничить ток 20мА, 60мА, 300мА, взависимости от того, сколько заявлено производителем.

Выводы:

1. Если ставим изделие в машину, где нестабильное напряжение – нужно ставить стабилизатор напряжения.

2. Если работаем с изделием выше 300 мА -ставим стабилизатор тока.

Любые замечание пишите в комментариях.

Спасибо за внимание 🙂

Стабилизатор тока для светодиодов своими руками

В настоящее время трудно представить тюнинг автомобиля без светодиодных ламп. Но порой их установка осложнена тем, что они перегорают. Чтобы избежать этой ситуации, в сеть можно включить стабилизатор тока для светодиодов своими руками. В статье приводятся примеры микросхем, по которым можно его сделать.

Схемы стабилизаторов и регуляторов тока

На КРЕНке

Крены для микросхем

Входное значение для кренки LM317 может составлять до 8 мА и выше. Пользуясь этой микросхемой, можно придумать стабилизатор тока для ДХО. Это устройство может выступать нагрузкой в бортовой сети или источником электричества при подзарядке аккумуляторной батареи. Сделать простой стабилизатор напряжения LM317 не составляет труда.

На двух транзисторах

Если применять универсальный выпрямитель как зарядку для АКБ или других задач, то достаточно использовать резистора R1 и транзистор.

На операционном усилителе (на ОУ)

На микросхеме импульсного стабилизатора

Схема выпрямителя с импульсным выпрямителем

Заключение

Фотогалерея «Микросхемы для самодельных выпрямителей»

1. Прибор на КРЕНке 2. На двух транзисторах 3. С операционным усилителем

Разработка микросхем для светодиодов в авто – трудоемкое и сложное дело, которое требует специальных знаний и опыта. При их отсутствии трудно будет достичь необходимого результата.

Но опыт можно приобрести, внимательно собирая несложный стабилизатор тока для светодиодов согласно приведенным схемам. Его можно использовать для дневных ходовых огней в своем автомобиле с установленными светодиодными лампами.

Видео «Выпрямитель для светодиодов своими руками»

Видео о том, как изготовить устройство, которое защитит светодиоды от перегорания (автор ролика — Яков TANK_OFF).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

SoftRos

Стабилизатор напряжения 9 В на одном транзисторе.

Очень простой стабилизатор, однако весьма эффективный поскольку используемый транзистор является мощным и способен пропускать большой ток, который у КТ805 может достигать 5А, а у КТ819 до 10 А.
Но это характеристический потолок, естественно, что предельную нагрузку ему давать не стоит.
Так же сам транзистор необходимо устанавливать на теплоотвод в случае подачи нагрузки более 0.5 А.

Элемент	Значение
VT1	КТ805(819)
D1	Д814
R1	1 КОм

Стабилизатор напряжения на имс КРЕН.

Cтабилизатор, что называется, проще некуда.
Здесь используются микросхемы стабилизаторов серии КР142ЕН или попросту КРЕН.
Даже конденсатор на выходе, ёмкость которого должна состовлять 10-50 мкФ, можно опустить и использовать одну только ИМС.
Максимальный ток нагрузки такой схемы состовляет 1.5 А.
Данную ИМС необходимо устанавливать на теплоотвод, поскольку микросхема при большой нагрузке довольно сильно греется, без теплоотвода ИМС можно включать в нагрузку не более 100 мА.

КР142ЕН	Вых. напряжение (В)
5А	5
5Б	6
8А	9
8Б	12

Регулируемый стабилизатор напряжения 1.6-36 В 1.5 А на имс КР142ЕН12А.

Еще один стабилизатор с использованием ИМС серии КР142. Здесь используется КР142ЕН12А.
Данный стабилизатор позволяет изменять выходное напряжение в пределах от 1.6 В до 36 В.
От номинала сопротивления реостата зависит чувствительность, чем меньше номинал, тем меньше чувствительность, тем больше шаг напряжения. Вообще документация к ИМС предлагает ставить реостат 4.7 КОм, но по опыту скажу, что регулировка напряжения с таким регулятором будет неточной, слишком большой шаг, я рекомендую ставить не менее 10 КОм.
Микросхему можно заменить на LM317 – это её полный аналог.
В случае, если фильтрующий конденсатор выпрямителя находится на некотором отдалении от схемы, рекомендуется поставить на входе конденсатор 100-1000 мкФ для стабилизации входного напряжения, на выходе тоже можно поставить конденсатор, но роль его незначительна.
Еще один немаловажный факт это то, что микросхема при нагрузке в свои предельные 1.5 жутко греется, так, что на эту имс нужен весьма не слабый радиатор.
Реально стабилизатору нагрузку более 1 А давать не стоит.

Элемент	Значение
DD1	КР142ЕН12А
R1	240 Ом
R2	4.7-100 КОм

Регулируемый стабилизатор напряжения 1.6-36 В на имс КР142ЕН12А и мощном транзисторе.

А вот другой вариант предыдущей схемы, но с добавлением мощного транзистора, который позволяет увеличить ток нагрузки в зависимости от применяемого транзистора до 10-15 А, стоит лишь учесть, что стабилизатор линеен и с такой нагрузкой транзистор будет очень сильно греться.
В данном случае необходимо будет установить на теплоотвод и ИМС и транзистор, но в случае установки их обоих на 1 радиатор необходимо сделать гальваническую развязку, дело в том что пластина вывода тепла ИМС соответствует ноге регулятора, а на транзисторе соответствует коллектору, поэтому чтобы не произошло КЗ их нельзя соединять вместе.
Важно, что резистор R3 должен быть мощностью не менее 5 Вт иначе он просто выгорит от большой на него нагрузки.
Увеличение тока нагрузки по сравнению со стандартным подключением ИМС это безусловно плюс, но есть и обратная сторона данной схемы:
в случае пробоя транзистора, через него потечёт полное напряжение, что может привести к выходу из строя подключенным к этому стабилизатору устройств.
Важно ещё то, что данная схема очень боится КЗ на выходе, в случае замыкания практически стопроцентно вылетит транзистор, будьте осторожны.

Элемент	Значение
DD1	КР142ЕН12А
VT1	КТ8102(818Г)
C1	1 мкФ
C2	10 мкФ
R1	62 Ом
R2	4.7-100 КОм
R3	1 Ом 5 Вт
R4	240 Ом

Модернизация стабилизатора

OLOH – Приключения OLOH

–НАШ ВЫБОР–

Не потребовалось много исследований, чтобы понять, что самый простой способ реализовать этот проект – работать с тем, что у нас есть. Ребра, которые были установлены на заводе при постройке OLOH, вероятно, были выбраны для оптимальной крейсерской скорости лодки 18 узлов, и для обеспечения устойчивости на более высоких скоростях требуется меньшая площадь поверхности плавников. Опять же, наша предпочтительная крейсерская скорость – 10 узлов. Плавники OLOH имели площадь 4,5 квадратных фута без учета стекловолокна, которое нужно было удалить, чтобы не задеть часть корпуса при качании.Распространенная мысль заключалась в том, что мы увидим улучшение стабильности с более крупными ластами, и мы посмотрели, что WESMAR может для нас сделать. С учетом того, что их более крупные плавники хорошо работают с нашим существующим оборудованием и новыми технологиями, доступными с их современной системой управления, это чрезвычайно жизнеспособный и экономичный вариант. Мы могли бы заменить наши оригинальные плавники на более крупные, чтобы посмотреть, было ли улучшение достаточно существенным, прежде чем предпринимать какие-либо дальнейшие действия – или- увеличить как размер плавников, так и электронику, которая их контролирует, для максимальной отдачи.

Некоторые основные моменты…

Ребра на 7,5 квадратных футов, которые нам рекомендовали, имеют тот же размер вала, что и наши оригинальные плавники на 4,5 квадратных фута (вал, к которому крепится плавник, проходит через корпус лодки и соединен с приводом внутри лодка, которая двигает плавник). Нам это понравилось, потому что никогда не бывает плохо – не продырявить лодку побольше. Также большая экономия времени и средств.
Предполагалось, что вся работа займет всего несколько дней, что также помогает снизить затраты.Ожидалось, что плавники, скорее всего, можно будет заменить через день, когда лодка уже вышла из воды для планового технического обслуживания. Новая электроника обычно может быть сделана за день, и лодка может быть в воде, когда это происходит.
Новый гироскоп представляет собой 3-осевую систему по сравнению с оригинальной 2-осевой системой лодки. Проще говоря, новый гироскоп собирает больший объем информации для более точного определения движения лодки, чем старый, давая больше обратной связи электронному мозгу, который сообщает плавникам, как реагировать.Нам сказали, что это улучшит плавность хода, особенно при преследовании или при расквартировании (где OLOH больше всего нуждается в помощи).
Новый цифровой контроллер позволяет выполнять гораздо более точную настройку, чтобы лучше адаптировать движение ласт к характеристикам нашей лодки, и имеет множество вариантов настройки (по сравнению с возможностью нашей оригинальной системы только регулировать чувствительность и дифферент). Новая система также может быть легко связана с сетью электроники OLOH для получения еще большей информации (скорость и положение) для дальнейшего повышения стабильности.Замечание для всех, у кого есть стабилизаторы плавников практически любого бренда и которые хотят улучшить общую производительность … Новый современный электронный гироскоп и контроллер WESMAR – это относительно простая модернизация с малым ударным воздействием, на которую определенно стоит обратить внимание.

Бывшие очень простые аналоговые регуляторы стабилизатора OLOH.
Новый DSP5000 WESMAR. НАМНОГО больше контроля.

Что касается более крупных плавников, которые еще больше влияют на производительность из-за повышенного сопротивления, эксперты сказали нам, что это будет незначительно.

WESMAR было замечательно иметь дело, и мы чрезвычайно помогли нам с первого контакта с ними, связав нас с их дистрибьютором в Форт-Лодердейле, который немедленно обратился к нам, чтобы обсудить нашу ситуацию и дать рекомендации. Затем нас связали с Джимом Монро из компании Yacht Equipment and Parts в Форт-Лодердейле, чья команда прошла заводское обучение в WESMAR и очень хорошо разбирается в своих стабилизаторах, установив и обслуживая их в течение почти двадцати пяти лет. Такой опыт вам нужен на такой работе.Джим – стойкий парень, с которым было приятно работать, он чрезвычайно хорошо осведомлен и очень щедро распоряжается своим временем, он попадает на борт OLOH, чтобы оценить нашу прежнюю настройку и ответить на любые вопросы, которые у нас возникли. Хотя с тех пор Джим ушел на пенсию, мы призываем всех, кто хочет работать с WESMAR, обращаться к ним напрямую. Во Флориде Боб Лезерман из WESMAR – тот парень, с которым вы хотите связаться. Он был потрясающим.

После долгих исследований и размышлений мы были уверены, что в целом это было правильное решение для нас.

www.wesmar.com

Что такое морские стабилизаторы и как они работают?

Для нынешних и начинающих владельцев суперяхт: Sam Fortescue содержит все, что вам нужно знать о морских стабилизаторах для вашей яхты …

Что такое стабилизация?

Проще говоря, стабилизация – это любая конструктивная особенность яхты, предназначенная для уменьшения или борьбы с ее склонностью к крену в море.

Что вызывает перекатывание?

Даже очень большие яхты подвержены влиянию волн на поверхности моря.Во впадине волны корпус получает меньше поддержки и падает. Вершина волны имеет противоположный эффект, создавая подъемную силу для этой части корпуса. В некоторой степени волны на носу и корме компенсируются длиной яхты, потому что на нее будут воздействовать несколько наборов волн одновременно. Проблема стоит гораздо острее, когда море воздействует на более узкую балку яхты.

Стабилизирующие ласты или рычаги, такие как изображенная здесь система Quantum Dyna-Foil, помогают уменьшить склонность яхты к качению в море.

В чем разница между пассивной и активной стабилизацией?

Пассивная стабилизация – это не что иное, как фиксированные элементы корпуса, такие как киль или балласт, которые помогают удерживать лодку в устойчивости. Под активной стабилизацией понимается устройство, которое перемещается или реагирует на боевой крен. Это может быть подвижный плавник, такой как Quantum XT, вращающийся рычаг, такой как Quantum MAGLift, фольга или стабилизатор в виде гироскопа. Активные устройства имеют гораздо больший эффект, чем пассивные, но также потребляют энергию, занимают пространство и создают шум.В случае с Quantum его системы устраняют не менее 80 процентов крена корабля.

Они используют электронный датчик для определения угла крена, скорости и ускорения. «Тридцать лет назад у нас был гироскоп с вращающимися электродами, и это считалось высокотехнологичным», – говорит соучредитель Quantum Marine Stabilizers Джон Аллен. «Посмотрите, что у нас есть сегодня: невероятные датчики размером с четверть с тремя выходящими из них проводами толщиной с человеческий волос».

«У всех производителей есть свои собственные квалифицированные алгоритмы управления, на основании которых они генерируют сигналы для перемещения своих стабилизаторов под судном.Мы считаем, что наши системы управления самые лучшие ».

Штаб-квартира ведущего производителя стабилизаторов Quantum Marine в Форт-Лодердейле.

Что такое стабилизация нулевой скорости?

Это ключевая концепция, которая в последнее время послужила толчком для значительного развития рынка. Это способность системы стабилизации бороться с креном, когда лодка не движется по воде, например, когда она стоит на якоре. В то время как некоторые системы полагаются на подъемную силу, создаваемую, когда вода движется мимо фольги или плавника, стабилизация нулевой скорости может генерировать свои собственные восстанавливающие силы.«Когда лодка катится, это создает противодействующую силу – например, хватание за киль и толкание в другом направлении», – объясняет Аллен. «В случае с плавником, вы должны делать это очень быстро и создавать силу в течение очень короткого периода времени».

Какие варианты доступны?

Вообще говоря, существует четыре различных типа коммерческих стабилизаторов. Некоторые лучше работают в состоянии покоя или на более медленных скоростях, в то время как другие более эффективны на ходу. Помимо производительности, выбор также будет зависеть от бюджета и доступного пространства, поскольку для выдвижных систем обычно требуется больше того и другого.

Самым популярным из них является стабилизирующий стабилизатор , установленный на корпусе ниже ватерлинии, как, например, полуавтоматическая система XT от Quantum. Киль вращается по оси, перпендикулярной корпусу, что дает ему возможность создавать очень высокие силы вверх-вниз в течение доли секунды. Устройство Quantum XT имеет выдвижной элемент к основному плавнику, что значительно увеличивает его эффективность при нулевой скорости и убирается для минимального сопротивления движению. «Это похоже на весло под водой», – говорит Аллен.

Полуавтоматическая система XT Fin от Quantum.

Затем есть стабилизатор вращающегося типа , который использует так называемый эффект Магнуса для создания подъемной силы. Композитный горизонтальный цилиндр, быстро вращающийся под водой, создает низкое давление сверху и высокое давление снизу, чтобы создать подъемную силу. Установленный на качающийся рычаг, подъемник Quantum MAGLift может создавать очень точную подъемную силу для противодействия крену на скоростях от стационарной до примерно 15 узлов. Он также имеет преимущества, заключающиеся в том, что он полностью убирается на более высоких скоростях, и имеет относительно небольшую внутреннюю площадь для установки в тесноте.

Система Quantum MAGLift.

Система на основе фольги создает подъемную силу с помощью подводных крыльев, которые развертываются со стороны корпуса. На ходу принцип прост, но на якоре и в режиме нулевой скорости саму фольгу можно быстро раскачивать и раскачивать для создания подъемной силы. В случае системы Quantum Dyna-Foil это может быть на 150 процентов эффективнее, чем стандартное фиксированное ребро того же размера. Его можно либо убрать в карман для минимального сопротивления, либо повернуть параллельно корпусу.

Наконец, гироскопические стабилизаторы полагаются на тяжелый маховик, который вращается с большой скоростью под вакуумом, чтобы преобразовать поперечное качательное движение в продольное качающееся движение. Они вращаются со скоростью, близкой к скорости звука, и требуется время, чтобы начать работу. Они более эффективны на небольших яхтах.

Можно ли модернизировать эти системы?

Да, любой тип стабилизатора может быть дооснащен, хотя выбор может зависеть от доступного места на борту.«Если это небольшая лодка длиной менее 60 м, она помещается в моторном отсеке, в противном случае, как правило, у нее есть собственный отсек», – говорит Джон Аллен из Quantum. «Два набора ласт обычно не так эффективны, как один большой, но иногда нет другого выхода».

85% всех суперяхт длиной более 55 метров используют квантовые стабилизаторы, включая недавно модернизированный Benetti Freedom .

Насколько они громкие?

Активные стабилизаторы всегда имеют движущиеся части и имеют гидравлический привод, поэтому слышен шум самого оборудования, а также гидравлических насосов и генераторов, приводящих их в движение.Их расположение необходимо тщательно продумать, чтобы свести к минимуму шум от корпуса, а силовые агрегаты должны быть хорошо спроектированы и хорошо изолированы. «Шум чрезвычайно важен, – говорит Аллен из Quantum. «Во-первых, это конструкция гидравлического оборудования – оно должно быть изготовлено на заказ. Затем вы должны решить конструктивную конструкцию самой лодки и акустическое демпфирование в отсеке вокруг оборудования. Следует обратить внимание на стальные конструкции и конструкцию отсека. Мы часто являемся консультантами по этому поводу.”

Сколько это стоит?

Ну, а какой длины веревка? Стоимость нового оборудования в Quantum колеблется от 300 000 до 5–5 миллионов долларов, в зависимости от размера яхты и масштаба системы. Модернизация может просто включать замену старого ребра новым, и в этом случае затраты будут ниже, потому что гидравлика может уже быть на месте. К этому добавятся затраты на установку и звукоизоляцию.

БОЛЬШЕ ОТ QUANTUM

harayaa 1 рулон Tear Away Растворимый стабилизатор Вышивка Большая распродажа Water Bac

$ 9 harayaa 1 рулон Tear Away Водорастворимый стабилизатор для вышивки Bac Arts, Crafts Sewing Принадлежности для понятий 9 долларов harayaa 1 рулон Tear Away Водорастворимый стабилизатор для вышивки Bac Arts, Ремесла Шитье Швейные принадлежности Принадлежности для шитья 9 долларов США, treehousestrategy.com, Soluble, Bac, / ashantee912167.html, Стабилизатор, Вышивка, Слеза, Рулон, 1, Искусство, Ремесла, Шитье, Шитье, Принадлежности для шитья, Away, harayaa, Water harayaa 1 Roll Tear Away Soluble Stabilizer Вышивка Большая распродажа Water Bac 9 долларов, treehousestrategy.com, Soluble, Bac, / ashantee912167.html, Стабилизатор, Вышивка, Слеза, Рулон, 1, Искусство, Ремесла, Шитье, Шитье, Принадлежности для шитья, Away, haraya, Water harayaa 1 Roll Tear Away Soluble Stabilizer Embroidery Large сливная распродажа Water Bac

$ 9

harayaa 1 рулон водорастворимый стабилизатор для вышивки отрывной Bac

Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
БЕЗОПАСНЫЙ ДЛЯ КОЖИ МАТЕРИАЛ: Никаких проблем с зудом не будет, даже если вы используете наш отрывной стабилизатор для вышивки на своей приятной на ощупь одежде.
СРЕДНИЙ ВЕС ДЛЯ ВСЕЙ ПЛОТНОСТИ СТЕЖКА (КОЛИЧЕСТВО): это отрывной стабилизатор вышивки среднего веса для легкой и средней плотности стежков, для более плотных дизайнов вы можете использовать более одного слоя.
ЛЕГКОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ: закрепите отрывной стабилизатор вышивки в пяльцах с тканью и прострочите. После завершения проекта просто легко оторвите стабилизатор и очистите его в горизонтальном или вертикальном направлении вокруг стежков.
ВРЕМЕННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР: обеспечивает временную поддержку вышивальных проектов. Их лучше всего использовать на плотных тканях и тканях из натуральных волокон. Наш отрывной стабилизатор для вышивки легко отрывается, но при этом обеспечивает достаточную устойчивость.
ШИРОКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ: Лучше всего использовать на натуральных волокнах, более толстых и мягких тканях. Отлично подходит для вышивки пяльцами, аппликаций, натяжения ниток, компьютерной вышивки кружева и шитья декоративными стежками.

|||

harayaa Водорастворимый стабилизатор для вышивания на 1 рулон Bac

BC Законы Buzz

COVID-19

Посмотреть список постановлений, приказов в советах и министерских приказах по состоянию на 13 сентября 2021 г.

до н.э. законы API

Часто просматриваемые законодательные акты

Новое и обновленное законодательство

Постоянная ссылка на страницу:

Копировать Отмена

Сколько стоит система стабилизации?

Стоимость установки системы стабилизации на лодке варьируется в зависимости от того, новая она или бывшая в употреблении, не говоря уже о конструктивных характеристиках лодки.

Новая лодка против модернизации

Во-первых, добавление стабилизаторов плавников, таких как Vector fins ™, часто обходится дешевле при покупке новой лодки, чем при модернизации системы на бывшей в употреблении лодке. Причина проста: это не проблема. Когда стабилизаторы устанавливаются на начальном этапе, судостроитель имеет преимущество размещать кабели и устанавливать компоненты, когда они наиболее доступны в процессе строительства, и адаптировать конструкцию и форму, чтобы облегчить процесс «включи и работай» в дальнейшем.

Другое дело – дооснащение. На некоторых лодках поиск свободного места может вызвать головную боль. Как правило, вы хотите установить стабилизирующие плавники как можно ближе к центральной точке лодки, чтобы устранить нежелательные побочные эффекты, такие как рыскание и раскачивание, которым, как известно, подвержены некоторые конструкции плавников.

Если вы выберете Side-Power Vector fins ™, вы получите большую гибкость при установке. Конструкция плавников Vector ™ менее чувствительна к размещению на корпусе, что позволяет устанавливать их со смещением от центра по сравнению с плоскими плавниками старого образца.Другой фундаментальный вопрос – это размер внутренних приводов, управляющих плавниками, как с точки зрения фактической занимаемой площади, но не в последнюю очередь, с точки зрения общей высоты системы, поскольку большинство владельцев лодок хотят сохранить как можно большую высоту в своих каютах.

Хотя, если доступное пространство ограничено, а существующая конструкция корпуса нуждается в усилении, чтобы выдерживать усилия, передаваемые на корпус, установка может занять много человеко-часов.

Подробнее: Сравнение стабилизаторов Vector fins ™ с плоскими ребрами ›

Что входит в систему стабилизатора?

Стабилизаторы Vector fins ™ состоят из пары приводов, ребер и клапанов с ребрами.Они либо имеют гидравлический привод от источника питания основного двигателя, либо от блока питания переменного тока, соединяющего генератор с гидравлическим баком и аккумулятором.

В зависимости от длины лодки существует три размера приводов и шесть размеров плавников. Потребляемая мощность зависит от размера привода и времени крена лодки. Потребляемая гидравлическая мощность определяет размер гидроагрегата, требования к мощности и стоимость. Мы можем запустить четыре комплекта плавников для всех размеров приводов и даже комбинировать их.

Сколько стоит система стабилизатора?

Мы продаем через наших дистрибьюторов по всему миру, что означает, что мы не можем назвать точную системную цену, которую владелец лодки будет представлен на верфи, где она будет установлена. Однако для контекста мы можем процитировать Imtra Corporation, нашего дистрибьютора в США:

Стоимость оборудования составляет примерно 65 000 долларов для 55-футового судна и до 130 000 долларов для 130-футового судна, но необходимо подробное предложение, прежде чем вы будете уверены, где появится ваша система.Например, если вы хотите добиться наилучшей стабилизации при швартовке, вы можете выбрать плавник большего размера, увеличив стоимость продукта на 10 процентов. Хотя это не является обычным явлением, на небольшой яхте может потребоваться увеличить размер генератора, чтобы обеспечить достаточную мощность переменного тока. Это может стоить до 25000 долларов.

Влияние требуемой производительности на стоимость системы

Некоторые владельцы лодок заинтересованы только в стабилизации во время крейсерского плавания, когда характеристики плавников возрастают со скоростью.Это означает, что для быстрых лодок отличные характеристики могут быть достигнуты с относительно небольшими плавниками Vector ™. Другие ценят стабилизацию на якоре выше, что требует большей площади плавников для обеспечения необходимой силы для противодействия крену лодки.

Стоимость установки

Когда дело доходит до установки, плата примерно одинакова для любой системы из-за ее сложности. Кроме того, стоимость установки зависит от компоновки лодки, доступности и, если на яхте уже установлены некоторые детали, которые можно использовать повторно.Например, если у вас уже установлена обширная гидравлическая подруливающая система, интеграция с существующей системой может быть хорошим вариантом. В то время как другие установки могут быть лучше, заменив существующий резервуар или установив автономный резервуар.

Подробнее: Как правильно выбрать стабилизатор для вашей лодки ›

Цена варьируется от страны к стране. Если вы модернизируете систему, я советую найти верфь, у которой есть опыт установки стабилизаторов. Верфь, у которой есть опыт переоборудования лодок, похожих на вашу, была бы еще лучше.

Как конструкция лодки влияет на стоимость системы стабилизатора?

Vector fins ™ должны быть расположены посередине лодки в носовой и кормовой частях для выполнения этой работы. На водоизмещающем судне они должны располагаться в середине 25% (1/4) лодки, как правило, в жилом помещении, например, в главной каюте. Для лодки с более высокими характеристиками, которая управляет самолетом, плавники должны находиться на 20% (1/5) середины погружения судна при движении со скоростью. Это эффективно смещает плавники на корму, а это означает, что приводы чаще всего находятся в передней части машинного отделения.

Итог

Мы понимаем, что стабилизаторы могут быть дорогостоящим обновлением. Если ваша лодка сегодня не соответствует вашим ожиданиям, эта статья могла бы склонить чашу весов к покупке новой яхты со стабилизаторами. Однако, если ваша нынешняя лодка хорошо соответствует вашим требованиям, и вы не видите никаких других преимуществ в ее замене, определенно стоит вложить разницу в модернизации в модернизацию эффективной системы стабилизатора.

Стабилизаторы могут сделать прекрасный день, хотя иначе он был бы паршивым. Как вы количественно оцените стоимость этого?

– Джон Макси, Fairline Squadron 78

Стабилизаторы не только увеличат количество случаев, когда вы можете использовать вашу яхту. Это также увеличит долгосрочную стоимость вашего судна, что сделает его более привлекательным на рынке, когда придет день, и вы захотите обменять его на новое. Только тем временем вы сами сможете насладиться преимуществами стабилизированной яхты.И если вы такой же моряк, как я, мы, вероятно, можем согласиться с тем, что это выходит за рамки цены!

Наши дистрибьюторы могут помочь вам с первоначальным исследованием влияния установки и определения размера системы. Но для определения окончательной стоимости необходимо участие верфи.

Спроектируйте и проанализируйте новое измерительное подъемное устройство для стабилизаторов ребер с использованием матрицы жесткости балки Эйлера-Бернулли

Существенный дефект управления с обратной связью по углу ребра является узким местом для предотвращения качения обычных стабилизаторов ребра.Таким образом, при исследовании стабилизаторов плавников необходимо учитывать динамические гидродинамические характеристики. Необходимо найти простой и надежный метод измерения с точки зрения практической инженерии. Подъемная сила измеряется усовершенствованным механизмом ребристого вала стабилизаторов ребра следующим образом.

3.1 Конструкция нового устройства

Оребренный вал установлен на коробке ребристых стабилизаторов с верхней опорой радиально-упорного шарика и нижней опорой сферического роликоподшипника. Ящик приварен к скуле корпуса.Один конец коромысла и вал оребрения скреплены вместе, а другой конец соединен с гидравлическим сервоприводом. Коромысло приводит во вращение вал с ребрами в качестве режима управления настройками. Плавник закреплен на внешнем конце вала-оребрения, уходящего в море.

Конструкция оребрения – вал полый, в котором установлен сплошной сердечник вала. Оболочка вала и внешний конец сердечника вала скреплены друг с другом, плотно прилегают друг к другу и вращаются вместе. Съемная крышка на конце вала находится на внутренней стороне вала с оребрением, например, на крышке бутылки.Кроме того, на внутренней стороне торцевой крышки вала по нормальному и тангенциальному направлениям ребра установлены два бесконтактных датчика перемещения. Датчик угла установлен на валу оребрения для измерения угла оребрения. Установка и обслуживание крышки на конце вала просты, так как она может располагаться внутри корпуса и разбираться. Бетонная конструкция показана на.

Ребро-вал комбинированной конструкции ребристых стабилизаторов.

3.2 Анализ напряжений нового устройства

Конструкцию вала с ребрами можно разделить на внешнюю оболочку вала и внутреннюю сердцевину вала.Оболочка вала относительно тоньше во внутренней части втулки оребрения, а другая часть толще. Сердечник вала подвешен во внутренней части втулки оребрения, а другая часть плотно закреплена на оболочке вала, поэтому их можно рассматривать как единое целое. Подшипники образуют две опорные точки, поэтому BC вала-обечайки можно представить как простую балку. CE можно рассматривать как консольную балку, поскольку нависающий вал-кожух, расположенный в нижнем подшипнике, длиннее. Сердечник вала закреплен на D , таким образом, AD представляет собой консольную балку внутри.Общая конструкция оребрения аппроксимируется как комбинация простой балки и консольной балки. Наконец, упрощенная структура показана на.

Упрощенная конструкция вала оребрения.

Гидродинамическая сила может быть аппроксимирована как совместная сила, действующая на центр давления ребра, когда ребро вращается волнообразно. Ребристый вал вызывает крошечную деформацию изгиба под действием гидродинамической силы, а деформация E может вызвать деформацию D .Тогда деформация D может вызвать искривление сердечника вала в оболочке вала. Движение сердечника вала не ограничено оболочкой вала, так как пространство внутри оболочки вала достаточно велико. AD вала-сердечника такая же, как и вал рычага. Угол поворота наклона D можно преобразовать в смещение h _A A . Инерция сечения I _D D относительно мала, поскольку сечение D является кольцевым.Следовательно, смещение h _A относительно велико, что может уменьшить зависимость от точности датчиков.

3.3 Теоретический анализ с использованием матрицы жесткости для нового устройства

Поперечное сечение вала оребрения перпендикулярно продольной оси перед изгибом согласно теории балок Эйлера-Бернулли. Ось оребрения по-прежнему плоская и перпендикулярна продольной оси при небольшом изгибе. Этот случай может произойти только тогда, когда вал с ребром находится под действием простого напряжения пары или крутящего момента в теории, но это предположение является разумным в практическом инженерном применении.Кроме того, уравнения очень точны при прогнозировании свойств изгиба на основе теории балок Эйлера-Бернулли. Эта теория была проверена на механическом оборудовании, архитектуре, мостах и многих других областях техники.

Простое уравнение кривой прогиба не может быть применено напрямую из-за сложной конструкции плавниковых стабилизаторов. При выводе сложных дифференциальных уравнений можно избежать использования матрицы жесткости для анализа изгибных свойств вала с оребрением. Между тем, угол отклонения и наклона вала оребрения может быть оцифрован, что может быть удобно для математического моделирования и проверки методом конечных элементов с помощью компьютеров.Анализ вала оребрения с использованием матрицы жесткости обеспечивает теоретическую поддержку для последующего инженерного проектирования, модификации и так далее.

Шаг 1 Выбор типа элемента
L задается длина ребристого вала, а узлы нумеруются элементами. Предполагаются две точки, прогибы которых, углы поворота откосов и силы напряжения соответственно выражаются как ϕ _i, м _i, f _iy.
Шаг 2 Выбор функции смещения
Поперечное смещение по длине элемента принимается как:
v ( x ) = a ₁ x ³ + a ₂ x ² + a ₃ x + a ₄
(5)
Функция кубического смещения подходит для четырех степеней свободы, потому что каждый узел имеет поперечное смещение v _i и небольшой угол поворота наклона ϕ _i.Кроме того, кубическая функция смещения может соответствовать принципам теории изгиба балок Эйлера-Бернулли, непрерывным условиям смещения и углам поворота откоса в стыках.
Уравнение (5) выражается как функции степеней свободы узлов:
v (0) = v1 = a4dv (0) dx = ϕ1 = a3v (L) = v2 = a1L3 + a2L2 + a3L + a4dv (L) dx = ϕ2 = 3a1L2 + 2a2L + a3
(6)
Потом:
v = [2L3 (v1 − v2) + 1L2 (ϕ1 − ϕ2)] x3 + [- 3L2 (v1 − v2) −1L (2ϕ1 − ϕ2)] x2 + ϕ1x + v1
(7)
Eq ( 7) выражается в матричной форме:
v = [N] [d] = [N1N2N3N4] [v1ϕ1v2ϕ2] T
(8)
Где N1 = 1L3 (2×3−3x2L + L3), N2 = 1L3 (x3L − 2x2L2 + xL3), N3 = 1L3 (−2x3L + 3x2L), N4 = 1L3 (x3L − x2L2).
N _i – функция формы, которая является функцией кубической интерполяции Эрмита. N ₁ = 1, при вычислении Узла 1. N ₁ = 0, при вычислении Узла 2. dN ₂/ dx = 1 может быть получено из уравнения (8) при расчет Узла 1, поскольку N ₁ относится к ϕ ₁. Функции формы N ₃ и N ₄ имеют аналогичные эффекты на Узле 2.
Шаг 3 Определение взаимосвязи между деформацией и напряжением
Поперечное сечение является плоским до деформации вала оребрения, которое остается плоским с небольшим углом поворота после деформации в соответствии с теорией балок Эйлера-Бернулли. Уравнение (9) может быть получено:
εx (x, y) = dudxu = −ydvdxεx (x, y) = – yd2vdx2
(9)
Формула напряжения изгиба может быть получена по закону Гука σ _x = Eε _x и уравнение (9).
Шаг 4 Уравнения матрицы жесткости элемента
Изгибающий момент и поперечная сила связаны с функцией поперечного смещения. Существуют следующие отношения:
м (x) = EId2vdx2V = EId3vdx3
(11)
Где V обозначает сосредоточенную нагрузку. E обозначает модуль упругости. I обозначает инерцию сечения.

Соединения, поперечные силы и изгибающие моменты соединяются:

f1y = V = EId3v (0) dx3 = EIL3 (12v1 + 6Lϕ1−12v2 + 6Lϕ2) m1 = −m = −EId2v (0) dx2 = EIL3 (6Lv1 + 4L2ϕ1−6v2 + 2L2ϕ2) f2y = −V = −V = – EId3v (0) dx3 = EIL3 (−12v1−6Lϕ1 + 12v2−6Lϕ2) m2 = m = EId2v (0) dx2 = EIL3 (6Lv1 + 2L2ϕ1−6Lv2 + 4L2ϕ2)

(12)

выражается уравнением (12). в матричной форме (13).

[f1ym1f2ym2] = EIL3 [126L − 126L6L4L2−6L2L2−12−6L12−6L6L2L2−6L4L2] [v1ϕ1v2ϕ2] = EIL3 [K] [v1ϕ1v2ϕ2]

сила изгиба. Угол поворота откоса устанавливается через матрицу жесткости [ K ]. Осевой эффект игнорируется, поскольку длина L и высота h _L вала-оребрения относительно велики. Порядок отклонения составляет ( L / h _L) ³, а порядок сдвига только ( L / h _L).Следовательно, первое намного больше, чем второе. В этом случае свойства изгиба можно предсказать с помощью матрицы жесткости.

Модуль упругости разный, поскольку поперечные сечения вала с оребрением не идентичны. Гидродинамическая сила F _E ребра необходима для преобразования в силу напряжения F _D при D вала ребра.

Тогда:

Уравнение матрицы жесткости вала-оболочки CD устанавливается как уравнение (13).

[FDMDFCMC] = EIL23 [126L2−126L26L24L22−6L22L22−12−6L212−6L26L22L22−6L24L22] [vDϕDvDϕD]

(15)

Аналогичным образом определяется уравнение матрицы жесткости вала-оболочки .

[FCMCFBMB] = EIL33 [126L3−126L36L34L32−6L32L32−12−6L312−6L36L32L32−6L34L32] [vCϕCvBϕB]

(16)

Матрица общей жесткости прямого вала-обечайки собрана.

[FDMDFCMCFBMB] = EI [12L236L2L23-12L236L2L23006L2L234L22L23-6L2L232L22L2300-12L23-6L2L2312L23 + 12L33-6L2L23 + 6L3L33-12L336L3L336L2L232L22L23-6L2L23 + 6L3L334L22L23 + 4L32L33-6L3L332L32L3300-12L33-6L3L3312L33-6L3L33006L3L332L32L33-6L3L334L32L33] [vDφDvCφCvBφB]

(17)

Уравнение (18) получено в условиях v _C = 0, v _B = 0, ϕ _B = 0:

[FDMDMC] = EI [12L236L2L236L2L236L2L234L22L232L22L236L2L232L22L234L22L23 + 4L32L33] [vDϕDϕC] [vDϕDϕC]

(18)

DϕC]

(18) 9037

D = 9037

, сила крутящего момента получается в соответствии с напряжением (19). С = 0:

[d] = [vDϕDϕC] = [- FDL32 (3L2 + 4L3) 12EIFDL3 (L2 + 2L3) 4EIFDL2L3) 4EI]

(19)

Уравнение (20) получено благодаря конструкционным характеристикам стержня вала в :

Количественная связь устанавливается между h _A и F _E:

га = (2L1 + 2L2 + L3) (L2 + 2L3) (L3 + L4) 8EIFE

(21)

Где инерция кольцевого сечения I _D при D , как показано:

Где D – наружный диаметр вала-обечайки. d соответствует внутреннему диаметру.

Характеристики матрицы жесткости [ K ] подходят для общности конечных элементов, что может обеспечить теоретическую основу для других подобных проблем.

[ K ] – симметричная матрица, которая связывает одинаковое количество сил и перемещений. Каждый предмет симметричен и соответствует закону взаимности.
[ K ] – особая матрица.Отсутствует обратная матрица до применения достаточных граничных условий для устранения сингулярности и предотвращения движения твердого тела.
Члены главной диагонали матрицы жесткости [ K ] всегда положительны. В противном случае положительная сила F _i может вызвать отрицательное смещение и _i. Этот случай противоречит физическим характеристикам реальной конструкции.
[ K ] положительно полуопределенный.{ x } ^T [ K ] { x }> 0 для ненулевого действительного вектора { x }.

Морские испытания прототипа системы стабилизации вертикального веса (VWS), препятствующей качению для малых судов

Защита от перекатывания – важный метод обеспечения безопасности и эффективной эксплуатации судна. В эпоху парусных судов качка не была такой серьезной по сравнению с движением современных судов, движущихся за счет тягача без парусов, потому что сам парус имел демпфирующее влияние на качение.После того, как винтовые корабли превзошли парусные суда по количеству и характеристикам, а именно, с конца девятнадцатого века, было изобретено и разработано много типов пассивных и активных методов борьбы с качением. Недавно (2009, 2010 гг.) На ходовых испытаниях мы провели опытные образцы системы защиты от опрокидывания и подтвердили ее эффективность. Новая концепция использует так называемый эффект Кориоли, который проявляется во вращательной системе координат. Обычно этот эффект считается виртуальным, но реальный эффект возникает, когда масса движется в радиальном направлении во вращающейся системе координат.В случае качения корабля вертикальное движение массы генерирует силу Кориоли, которая в конечном итоге создает момент, препятствующий качению. По этой причине система получила название Вертикальный стабилизатор веса (VWS). Эта новая система была изобретена в 1998 году Хираямой и подтверждена модельными экспериментами на буксирном баке. Численное моделирование было выполнено лабораторией систем управления морскими и воздушными системами Йокогамского национального университета, но реальная система не могла быть реализована, потому что мы не могли найти подходящий привод.Ключевой технологией успеха нынешнего морского эксперимента является мощный, высокоскоростной и компактный привод для вертикального перемещения груза. В этой статье мы представляем эту новую концепцию, применяя простой эксперимент, систему управления с новым приводом, используемую в реальном морском эксперименте, и сообщаем об успешных результатах.

URL записи:
Наличие:
Дополнительные примечания:
- Авторские права © 2014, ЯСНАОЭ.Содержание этого документа отражает точку зрения автора [авторов] и не обязательно отражает официальную точку зрения или политику Совета по исследованиям в области транспорта или Национальной академии наук.
Авторов:
- Хиракава, Ёсиаки
- Хираяма, Цугукиё
- Какидзоэ, Кодзи
- Такаяма, Такехико
- Funamizu, Shigeru
- Окада, Наоки
- Ямане, Акико
Дата публикации: 2014-9

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель терминов

Информация для подачи

Регистрационный номер: 01545734
Тип записи: Публикация
Файлы: TRIS
Дата создания: 29 октября 2014 г., 13:15

Повышение производительности с помощью активных плавников

Независимо от того, являетесь ли вы опытным владельцем лодки или новым яхтсменом, вы, вероятно, понимаете важность первоклассной системы стабилизации лодки.Однако не менее важно использовать стабилизаторы лодки, которые не ухудшают эксплуатационные характеристики.

Гидравлические ласты заставляют вашу лодку тормозить и замедлять ход

Большинство плавников для лодок, представленных сегодня на рынке, используют гидравлику для стабилизации вашего судна и противодействия крену, независимо от того, находится ли ваша лодка в движении или в покое. Однако, хотя это наиболее часто используемые ласты, эта система не является лучшим методом стабилизации.

Гидравлические плавники по своей конструкции довольно большие, обладают медленным временем реакции и создают сопротивление.Когда плавники меняют положение, они больше не центрируются по отношению к корпусу, что также создает сопротивление.

Лодки с гидравлическими опорами часто теряют скорость на два-три узла из-за их большого размера и «автопилота». режим. Их большие внешние части также более подвержены дорогостоящим повреждениям. Большинство владельцев лодок не знают, что у них есть варианты стабилизаторов плавников, которые могут не только помочь вам получить желаемую скорость на круизере, но при этом повысить производительность и эффективность.

Поддерживайте или улучшайте характеристики с помощью активных плавников

Компания Gyro-Gale Stabilizers сделала своей задачей улучшить реакцию вашей лодки на сильный ветер и волну, одновременно решая проблемы, вызванные гидравлическими плавниками.Мы разработали наши сверхскоростные (UHS) ласты более 25 лет назад, чтобы удовлетворить потребности рынка в высокопроизводительных плавниках для лодок, обеспечивающих стабилизацию без сопротивления.

Чтобы помочь вашей лодке подняться выше при сохранении устойчивости, мы используем несколько маленьких стабилизаторов вместо больших гидравлических стабилизаторов. Используя два, четыре или шесть активных ласт меньшего размера, сгруппированных вместе, наши ласты дают лучшие результаты, чем наши конкуренты.

Системы плавников с компьютерным управлением регулируются автоматически, чтобы ваша лодка не кренилась по левому или правому борту.Наша усовершенствованная система с пневматическим приводом позволяет вашей лодке оставаться сбалансированной и выровненной в том же направлении, что и корпус, тем самым уменьшая сопротивление.

Совсем недавно один из наших довольных клиентов заметил увеличение скорости на два узла на 82? Sunseeker после установки наших ласт с пневматическим приводом. Это не исключение из правил? Многие из наших клиентов, владеющих роскошными яхтами, заметили улучшение характеристик лодки после перехода на ласты UHS.

Активные ласты проданы и используются во всем мире

Наши ласты в настоящее время продаются по всему миру, и на сегодняшний день мы продали чуть менее 3000 единиц, которые обеспечили владельцам лодок стабильность, комфорт и скорость, необходимую для роскошного плавания.