ОБЗОР БЛОКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ СВЕТОФОРОВ

OVERVIEW OF POWER SUPPLIES FOR TRAFFIC LIGHTS

Dmitriy Volchkov

Student of gr. 92 KEM, Department of Electronics, Radio Engineering and Communication Systems, Oryol State University named after I. S. Turgenev,

Russia, Orel

Oksana Voronina

scientific adviser, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Oryol State University named after I. S. Turgenev,

Russia, Orel

АННОТАЦИЯ

В статье проанализированы блоки питания для дорожных светофоров, произведено сравнение типов блоков питания, их недостатки и преимущества.

ABSTRACT

The article analyzes power supply units for traffic lights, compares the types of power supply units, their disadvantages and advantages.

Ключевые слова: светофор; блок питания; трансформаторный, импульсный.

Keywords: traffic light; power supply unit; transformer, pulse.

Светофоры — это мощное средство организации дорожного движения, предназначенное для решения таких задач как увеличение уровня безопасности дорожного движения и улучшения качества движения, следовательно и экологической ситуации.

Для безопасности дорожного движения применяют дополнительные промежуточные светофоры, «зеленую волну» или адаптивное светофорное регулирование, поддерживающие однородную скорость потока в пределах максимально допустимой скорости движения, уменьшающие количество остановок, обеспечивающие равномерное движение через несколько пересечений, уменьшающие расход топлива, выделение выхлопных газов и уровень транспортного шума. Это актуально для участков улиц с интенсивным использованием прилегающих территорий (торговые, общественные зоны и т.д.) , а также сильными пешеходными или велосипедными потоками.

В соответствии с ГОСТ Р 52282-2004 «Светофоры дорожные. Общие технические условия» светофоры подразделяются на две группы: транспортные и пешеходные. Светофоры каждой группы, в свою очередь, подразделяются на типы и разновидности исполнения. Имеются 10 типов транспортных светофоров и два типа пешеходных. Каждый светофор имеет свое обозначение. Первая буква означает группу (Т - транспортный светофор; П - пешеходный); вторая цифра - тип светофора; третья буква - разновидность его исполнения.

Темой работы является подбор блоков питания для дорожного светофора, подходящих по электрическим параметрам, имеющим невысокую стоимость, которые не сильно нагреваются при работе светофора.

В данной работе необходимо подобрать вторичный источник питания для светофора. К основным задачам вторичных источников питания относят: обеспечение передачи мощности; преобразование формы напряжения; преобразование величины напряжения; стабилизация; защита; гальваническая развязка цепей; регулировка; управление; контроль.

Две наиболее типичных конструкции источник питания – это трансформаторные и импульсные источники питания.

Трансформаторный (сетевой) источник питания является классическим блоком питания. В общем случае состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Простейший трансформаторный блок питания (БП) изображен на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема простейшего трансформаторного источника питания без стабилизации с двухполупериодным выпрямителем

К достоинствам трансформаторных БП можно отнести: простоту конструкции; надёжность; доступность элементной базы; отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих).

Недостатками трансформаторных БП являются: большой вес и габариты, пропорционально мощности; металлоёмкость; компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения; слабая стойкость оборудования с таким БП к броскам напряжения и «отгоранию нуля».

Импульсный источник питания — стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент (ключ) работает в импульсном режиме [1], то есть регулирующий элемент периодически открывается и закрывается.

Энергия первичного источника питания передаётся через регулирующий элемент определёнными порциями, заданными контуром регулирования так, чтобы стабильным было среднее значение выходного напряжения. Сглаживание пульсаций выходного напряжения происходит благодаря наличию элемента (или сочетания элементов), способного накапливать электрическую энергию и отдавать её в нагрузку.

Импульсный стабилизатор напряжения по сравнению с линейным стабилизатором имеет меньшие потери энергии на нагрев регулирующего элемента, что повышает КПД стабилизатора и позволяет применять регулирующий элемент меньшей мощности, а радиатор меньших размеров и веса. На рисунке 2 представлен внешний вид импульсного источника питания.

Рисунок 2. Импульсный источник питания

Достоинства импульсных блоков питания: меньший вес; значительно более высокий КПД (вплоть до 90-98 %); более низкая  стоимость; сравнимая с линейными стабилизаторами надежность; широкий диапазон питающего напряжения и частоты; наличие в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе.

Недостатками импульсных БП являются:

• Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП.
• Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью.
• В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.

В данной статье были рассмотрены блоки питания для дорожных светофоров и произведен их сравнительный анализ. Исходя из полученных данных выбираем импульсный блок питания, так как КПД у него значительной выше чем у трансформаторного блока питания.

Список литературы:

1. Рыжков, И.Б. Основы научных исследований и изобретательства [Электронный ресурс] : учеб. пособие — Электрон. дан. — Санкт-Петербург: Лань, 2013. — 224 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/30202.
2. ГОСТ Р 52289-2004 Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устрой [электронный ресурс] https://tdmegaprom.ru/article/gost-r-52289-2004-pravila-primeneniya-dorozhnyh-znakov-razmetki-svetoforov-dorozhnyh-ograzhdenij-i-n.html (дата обращения: 30.05.2021).
3. ООО «Силовая электроника» [электронный ресурс] https://silel.ru/products/category/1717384 (дата обращения: 30.05.2021)
4. ГОСТ 33385-2015 Дороги автомобильные общего пользования. Дорожные светофоры. Технические требования [электронный ресурс] http://docs.cntd.ru/document/1200135145 (дата обращения: 30.05.2021)