Estabilizadores de voltaje electromecánicos

Un regulador de voltaje es un regulador eléctrico diseñado para mantener automáticamente un nivel de voltaje constante.

Puede utilizar un mecanismo electromecánico o componentes electrónicos pasivos o activos. Dependiendo del diseño, puede usarse para regular uno o más voltajes de CA o CC.

Con la excepción de los reguladores en derivación, todos los reguladores de voltaje operan comparando el voltaje de salida real con algún voltaje de referencia fijo interno. Cualquier diferencia se amplifica y se utiliza para controlar el elemento de regulación. Esto forma un bucle de servocontrol de retroalimentación negativa. Si el voltaje de salida es demasiado bajo, se ordena al elemento de regulación que produzca un voltaje más alto. Si el voltaje de salida es demasiado alto, se ordena al elemento de regulación que produzca un voltaje más bajo. De esta forma, la tensión de salida se mantiene aproximadamente constante. El lazo de control debe diseñarse cuidadosamente para producir el equilibrio deseado entre estabilidad y velocidad de respuesta.

Reguladores electromecánicos

Los primeros generadores y alternadores de automóviles tenían un regulador de voltaje mecánico que usaba dos o tres relés y varias resistencias para estabilizar la salida del generador a un poco más de 6 o 12 V, independientemente de las rpm del motor o la carga variable en el sistema eléctrico del vehículo. Los diseños más modernos utilizan tecnología de estado sólido (transistores) para hacer lo mismo.

Estos reguladores operan controlando la corriente de campo que llega al generador (o alternador) y de esta manera controlando la tensión de salida producida por el generador.

Reguladores de red

También se han utilizado reguladores electromecánicos de voltaje en las líneas de distribución de energía de CA. Estos reguladores generalmente operan seleccionando la toma apropiada en un transformador con múltiples tomas. Si el voltaje de salida es demasiado bajo, el cambiador de tomas cambia las conexiones para producir un voltaje más alto. Si el voltaje de salida es demasiado alto, el cambiador de tomas cambia las conexiones para producir un voltaje más bajo. Los controles proporcionan una banda muerta en la que el controlador no actuará, evitando que el controlador busque constantemente (ajustando constantemente el voltaje) para alcanzar el voltaje objetivo deseado.

Reguladores de derivación

Muchas fuentes de alimentación de CC simples regulan el voltaje mediante un regulador de derivación, como un diodo Zener, un diodo de ruptura de avalancha o un tubo regulador de voltaje. Cada uno de estos dispositivos comienza a conducir a un voltaje específico y conducirá tanta corriente como sea necesario para mantener su voltaje terminal a ese voltaje especificado. La fuente de alimentación está diseñada para suministrar solo una cantidad máxima de corriente que esté dentro de la capacidad operativa segura del dispositivo regulador de derivación (comúnmente, mediante el uso de una resistencia en serie). En los reguladores en derivación, la referencia de voltaje también es el dispositivo regulador.

Reguladores activos

Debido a que (esencialmente) descargan el exceso de corriente que no necesita la carga, los reguladores de derivación son ineficientes y solo se usan para cargas de baja potencia. Cuando se debe suministrar más energía, se utilizan circuitos más sofisticados. En general, estos se pueden dividir en varias clases:

  • Reguladores lineales
  • Reguladores de conmutación
  • Reguladores SCR
  • Reguladores combinados (híbridos)

Muchas fuentes de alimentación utilizan más de un método de regulación en serie. Por ejemplo, la salida de un regulador de conmutación se puede regular aún más mediante un regulador lineal. El regulador de conmutación acepta una amplia gama de voltajes de entrada y genera de manera eficiente un voltaje (algo ruidoso) ligeramente por encima de la salida deseada en última instancia. A esto le sigue un regulador lineal que genera exactamente el voltaje deseado y elimina casi todo el ruido generado por el regulador de conmutación. Otros diseños pueden utilizar un regulador SCR como “pre regulador”, seguido de otro tipo de regulador.

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