Regulatori snage tiristora

Tiristorski kontroleri snage jedan su od najčešćih amaterskih radijskih dizajna, a to ne čudi. Uostalom, svima koji su ikada koristili uobičajeno lemljenje 25 - 40 vata, njegova sposobnost pregrijavanja čak je vrlo poznata. Željezo za lemljenje počinje dimiti i šištati, a zatim, dovoljno brzo, konzervirano ubod izgara, postaje crn. Lemljenje takvim lemilicom već je potpuno nemoguće.

I ovdje vam dolazi do pomoći regulatora snage s kojim možete prilično točno postaviti temperaturu za lemljenje. Treba se voditi činjenicom da kad lemljenje dodiruje komad kolofona, on dobro puši, pa, srednje, bez šištanja i prskanja, ne baš energično. Treba se usredotočiti na činjenicu da je lemljenje konture, sjajno.

Naravno moderne stanice za lemljenje opremljeni su termički stabiliziranim glačalima za lemljenje, digitalnim zaslonom i podesivom temperaturom grijanja, ali su preskupi u usporedbi s uobičajenim lemilicom. Stoga je s beznačajnim količinama rada pri lemljenju sasvim moguće učiniti s konvencionalnim lemilicom s regulatorom snage tiristora. Istovremeno, kvaliteta lemljenja, koja možda neće biti odmah, pokazat će se izvrsnom, postiže se praksom.

Drugo područje primjene tiristorskih regulatora je kontrola svjetline, Takvi se regulatori prodaju u trgovinama električne robe u obliku konvencionalnih zidnih prekidača s okretnim gumbom. Ali ovdje se čeka zasjeda kupca: moderne štedne žarulje (često ih u literaturi nazivaju kompaktne fluorescentne žarulje (CFL)) jednostavno ne žele raditi s takvim regulatorima.

Ista nepredvidiva opcija ispasti će u slučaju regulacije svjetline LED svjetiljki. Pa, nisu predviđeni za takav rad i to je to: ispravljački most s elektrolitičkim kondenzatorom smještenim unutar CFL-a jednostavno neće dopustiti tiristoru. Stoga se podesiva "noćna svjetlost" s takvim regulatorom može stvoriti samo pomoću žarulje sa žarnom niti.

Međutim, ovdje biste se trebali sjetiti elektronski transformatoridizajniran za napajanje halogenih svjetiljki i za amaterske radio dizajne za različite svrhe. U tim transformatorima, nakon ispravljačkog mosta, iz nekog razloga, očigledno da bi se uštedjela ili jednostavno smanjila veličina, elektrolitički kondenzator nije ugrađen. Upravo ta „ušteda“ omogućava vam podešavanje svjetline svjetiljki pomoću tiristorskih regulatora.

Ako napnete svoju maštu, možete pronaći još mnogo područja u kojima je potrebna uporaba tiristorskih regulatora. Jedno od tih područja je regulacija okretaja električnih alata: bušilica, brusilica, odvijača, rotacijskih čekića itd. itd Prirodno, tiristorski regulatori nalaze se unutar instrumenata koji se napajaju iz izmjeničnog napona.Pazi -Vrste i raspored okretaja brzina motora kolektora.

Sav takav regulator ugrađen je u kontrolni gumb i mali je okvir umetnut u ručku bušilice. Stupanj pritiska na gumb određuje učestalost rotacije spremnika. U slučaju kvara, cijeli se okvir odmah mijenja: zbog sve prividne jednostavnosti dizajna, takav regulator apsolutno nije prikladan za popravak.

U slučaju alata koji rade na istosmjernu struju iz baterija, kontrola snage provodi se pomoću tranzistori mosfet metoda modulacije širine impulsa PWM frekvencija doseže nekoliko kiloherca, pa kroz tijelo odvijača možete čuti visokofrekventni škljocanje. Ovo škripanje motora.

Ali u ovom članku razmatrat će se samo tiristorski regulatori snage.Stoga, prije razmatranja sklopa regulatora, trebate se sjetiti kako to funkcionira tiristor.

Da ne bismo komplicirali priču, nećemo razmatrati tiristor u obliku njegove četveroslojne p-n-p-n strukture, nacrtati karakteristiku napona struje, već jednostavno opisati riječima kako to djeluje, tiristor. Za početak, u krugu istosmjerne struje, iako se tiristori gotovo ne koriste u tim krugovima. Uostalom, isključivanje tiristora koji radi na istosmjernu struju prilično je teško. To je isto kao zaustaviti konja.

Unatoč tome, velike struje i visoki naponi tiristora privlače programere raznih, u pravilu, prilično moćne DC opreme. Da biste isključili tiristore, morate ići na razne komplikacije krugova, trikova, ali općenito su rezultati pozitivni.

Oznaka tiristora na dijagramima krugova prikazana je na slici 1.

Slika 1. Tiristor

Lako je vidjeti da je tiristor u svom nazivu na krugovima vrlo sličan obična dioda, Ako pogledate, onda on, tiristor, također ima jednostranu vodljivost i, prema tome, može ispraviti izmjeničnu struju. Ali to će učiniti samo ako se na kontrolnu elektrodu primijeni pozitivni napon u odnosu na katodu, kao što je prikazano na slici 2. Prema staroj terminologiji tiristor se ponekad nazivao kontroliranom diodom. Sve dok se upravljački impuls ne primijeni, tiristor je zatvoren u bilo kojem smjeru.

Slika 2

Kako uključiti LED

Ovdje je sve vrlo jednostavno. Na izvor istosmjernog napona 9V (možete koristiti bateriju "Krona") kroz tiristor Vsx spojen LED HL1 s ograničavajućim otpornikom R3. Pomoću gumba SB1 napon iz razdjelnika R1, R2 može se primijeniti na upravljačku elektrodu tiristora, a zatim će se tiristor otvoriti, LED će početi svijetliti.

Ako sada otpustite gumb, prestanite ga držati pritisnutim, tada bi LED trebao nastaviti svijetliti. Takav kratki pritisak na gumb može se nazvati impuls. Opetovano i čak opetovano pritiskanje ove tipke neće ništa promijeniti: LED se neće ugasiti, ali neće svijetliti ni svjetlije ili svjetlije.

Pritisnut - otpušten, a tiristor je ostao otvoren. Štoviše, ovo je stanje stabilno: tiristor će biti otvoren sve dok ga vanjski utjecaji ne uklone iz ovog stanja. Ovakvo ponašanje kruga ukazuje na dobro stanje tiristora, njegovu prikladnost za rad u uređaju koji se razvija ili popravlja.

Mala primjedba

Ali često se događaju iznimke od ovog pravila: tipka je pritisnuta, LED svijetli, a kad se gumb otpusti, ugasio se kao da se ništa nije dogodilo. I u čemu je ulov, što si pogriješio? Možda je gumb pritisnut ne dovoljno dugo ili ne baš fanatično? Ne, sve je učinjeno prilično savjesno. Jednostavno je što se struja kroz LED pokazala manjom od struje zadržavanja u tiristoru.

Da bi opisani eksperiment bio uspješan, samo trebate zamijeniti LED žaruljom sa žarnom niti, tada će struja postati veća ili odabrati tiristor s nižom strujom držanja. Ovaj parametar za tiristore ima značajno rasipanje, ponekad je čak potrebno odabrati i tiristor za određeni krug. Štoviše, jedna marka, s jednim slovom i iz jedne kutije. Uvezeni tiristori, koji su u posljednje vrijeme preferirani, nešto su bolji od ove struje: lakše je kupiti, a parametri bolji.

Kako zatvoriti tiristor

Nikakvi signali koji se šalju na kontrolnu elektrodu ne mogu zatvoriti tiristor i isključiti LED: kontrolna elektroda može uključiti samo tiristor. Postoje, naravno, tiristeri koji se mogu zaključati, ali njihova je svrha nešto drugačija od banalnih regulatora snage ili jednostavnih sklopki. Uobičajeni tiristor može se isključiti samo prekidom struje kroz presjek anoda - katoda.

To se može učiniti na najmanje tri načina. Prvo glupo odspojite cijeli krug iz baterije. Podsjetimo na slici 2. Naravno, LED će se isključiti.Ali kada se ponovo poveže, neće se uključiti sam od sebe, jer je tiristor ostao zatvoren. Ovo je stanje također održivo. A da ga izvučemo iz tog stanja, da zapali svjetlo, pomoći će samo pritiskanje tipke SB1.

Drugi način da se prekine struja kroz tiristor je jednostavno uzimanje i kratki priključak katode i anode žičanim skakačem. U tom će slučaju cijela struja opterećenja, u našem slučaju to je samo LED, teći kroz skakač, a struja kroz tiristor bit će nula. Nakon uklanjanja kratkospojnika, tiristor će se zatvoriti i LED će se ugasiti. U eksperimentima sa sličnim shemama pinceta se najčešće koristi kao skakač.

Pretpostavimo da će umjesto LED u ovom krugu postojati dovoljno moćan grijaći svitak s visokom toplinskom inercijom. Tada se ispostavlja gotovo spreman regulator snage. Ako je tiristor uključen na takav način da se spirala uključuje 5 sekundi i isključi isto vrijeme, tada se u spiralu dodjeljuje 50 posto snage. Ako tijekom ovog desetsekundnog ciklusa uključivanje traje samo 1 sekundu, tada je potpuno očito da će spirala osloboditi samo 10% topline iz svoje snage.

S približno takvim vremenskim ciklusima, izmjerenim u sekundi, funkcionira kontrola snage mikrovalne. Jednostavno pomoću releja, RF zračenje se uključuje i isključuje. Tiristorski kontroleri rade na frekvenciji mreže gdje se vrijeme mjeri u milisekundama.

Treći način isključivanja tiristora

Sastoji se u smanjenju napona opterećenja na nulu, ili čak preokretanju polariteta napona napajanja. To je upravo situacija dobivena kada su tiristorski krugovi opskrbljeni izmjeničnom sinusoidnom strujom.

Kad sinusoid prođe kroz nulu, mijenja svoj znak u suprotno, pa struja kroz tiristor postaje manja od zadržavajuće struje, a zatim potpuno jednaka nuli. Tako se problem isključivanja tiristora rješava kao da je sam po sebi.

Tiristorski kontroleri snage. Fazna regulacija

Dakle, stvar je prepuštena malom. Da biste dobili kontrolu faze, jednostavno morate primijeniti kontrolni impuls u određeno vrijeme. Drugim riječima, impuls mora imati određenu fazu: što je bliže kraju polukruga izmjeničnog napona, to će manja amplituda napona biti na opterećenju. Metoda upravljanja fazama prikazana je na slici 3.

Slika 3. Fazna regulacija

U gornjem fragmentu slike upravljački impuls primjenjuje se gotovo na samom početku polu-vala sinusoida, faza kontrolnog signala blizu je nuli. Na slici je ovo vrijeme t1, pa se tiristor otvara gotovo na početku polu-ciklusa, a snaga koja je blizu maksimalne raspoređena je u opterećenju (da nema tiristora u krugu, snaga bi bila maksimalna).

Sami upravljački signali nisu prikazani na ovoj slici. U idealnom slučaju to su kratki impulsi, pozitivni u odnosu na katodu, primijenjeni u određenoj fazi na upravljačku elektrodu. U najjednostavnijim shemama to može biti linearno povećavajući napon dobiven punjenjem kondenzatora. O tome će se raspravljati u nastavku.

Na prosječnom grafikonu upravljački impuls primjenjuje se sredinom polucikla, što odgovara faznom kutu Π / 2 ili vremenu t2, dakle, u opterećenju se dodjeljuje samo polovica najveće snage.

U donjem grafikonu impulsi za otvaranje primjenjuju se vrlo blizu kraja polucikla, tiristor se otvara gotovo prije nego što se mora zatvoriti, prema grafu je ovo vrijeme označeno kao t3, pa je snaga u opterećenju raspoređena neznatna.

Preklopni krugovi tiristora

Nakon kratkog pregleda principa rada tiristora vjerojatno možete donijeti nekoliko krugova regulatora snage, Ovdje ništa nije izmišljeno, sve se može naći na Internetu ili u starim radijskim časopisima. Članak jednostavno pruža kratki pregled i opis posla sklopovi regulatora tiristora, Prilikom opisivanja rada sklopova obratit će se pažnja na način na koji se koriste tiristori, koji tiristorski sklopni sklopovi postoje.

Kao što je rečeno na samom početku članka, tiristor ispravlja naizmjenični napon poput uobičajene diode. Ispada da je polu-valno ispravljanje. Nekoć su se kroz diodu upalile žarulje sa žarnom niti na stubištu: bilo je malo svjetla, zaslijepilo mi je u očima, ali tada lampe vrlo rijetko izgaraju. Ista stvar se događa ako se dimmer vrši na jednom tiristoru, pojavljuje se samo mogućnost regulacije već beznačajne svjetline.

Dakle, regulatori napajanja upravljaju oba polucikla mrežnog napona. Za to se primjenjuje kontra paralelno spajanje tiristora, triacs ili uključivanje tiristora u dijagonali ispravljačkog mosta.

Radi jasnoće ove izjave razmotrit ćemo dalje nekoliko krugova tiristorskih regulatora snage. Ponekad ih nazivaju regulatorima napona, a što je naziv ispravniji, teško je riješiti, jer uz regulaciju napona, regulira se i snaga.

Najjednostavniji tiristorski regulator

Dizajniran je za regulaciju snage lemilice. Njegov je krug prikazan na slici 4.

Slika 4. Shema najjednostavnijeg tiristorskog regulatora napajanja

Za regulaciju snage lemilice, počevši od nule, nema smisla. Stoga se možemo ograničiti na reguliranje samo jednog polukruga mrežnog napona, u ovom slučaju pozitivnog. Negativni polucikl prolazi bez promjena kroz VD1 diodu izravno do lemilice, što osigurava njegovu polovinu snage.

Pozitivni polucikl prolazi kroz tiristor VS1, omogućujući regulaciju. Upravljački krug tiristora izuzetno je jednostavan. To su otpornici R1, R2 i kondenzator C1. Kondenzator se puni putem kruga: gornja žica kruga, R1, R2 i kondenzator C1, opterećenje, donja žica kruga.

Na pozitivan terminal kondenzatora priključena je tiristorska upravljačka elektroda. Kad napon preko kondenzatora poraste na napon uključivanja tiristora, on se otvara, prenoseći u opterećenje pozitivni polucikl napona, točnije njegov dio. Kondenzator C1 se prirodno prazni, pripremajući se za sljedeći ciklus.

Brzina punjenja kondenzatora regulira se pomoću varijabilnog otpornika R1. Što se brži kondenzator napuni na napon otvaranja tirista, to se ranije otvori tiristor, veći dio pozitivnog pola ciklusa napona ući će u opterećenje.

Krug je jednostavan, pouzdan, prilično je pogodan za lemljenje, iako regulira samo jedno poluvrijeme mrežnog napona. Vrlo sličan dijagram prikazan je na slici 5.

Slika 5. Regulator napajanja tiristora

Nešto je složeniji od prethodnog, ali omogućuje vam glatko i preciznije podešavanje, zbog činjenice da je krug za stvaranje regulacijskog impulsa sastavljen na dvostruko bazičnom tranzistoru KT117. Ovaj tranzistor dizajniran je za stvaranje generatora impulsa. Više, čini se, nije sposobno ni za što drugo. Sličan krug koristi se u mnogim regulatorima napajanja, kao i za prebacivanje napajanja kao pokretača za pokretački impuls.

Čim napon preko kondenzatora C1 dosegne prag tranzistora, potonji se otvara i na pinu B1 pojavljuje se pozitivni impuls koji otvara tiristor VS1. Otpornik R1 može prilagoditi brzinu punjenja kondenzatora.

Što se brže napuni kondenzator, što se prije pojavi puls otvaranja, to će veći napon ući u opterećenje. Drugi pola vala mrežnog napona prolazi u opterećenje kroz VD3 diodu bez promjena. Za napajanje kruga generatora upravljačkog impulsa koristi se ispravljač VD2, R5, Zener dioda VD1.

Ovdje možete pitati, a kad se otvori tranzistor, koji je prag? Otvaranje tranzistora događa se u trenutku kada napon na njegovom emiteru E prelazi napon u bazi B1. Baza B1 i B2 nisu ekvivalentna; ako se izmjenjuju, generator neće raditi.

Na slici 6. prikazan je krug koji vam omogućuje podešavanje napola polucikla.

Slika 6

Dijagram je a prekidač za kratka svjetla, Mrežni napon ispravlja se mostom VD1-VD4, nakon čega se napon pukotine dovodi do svjetiljke EL1, tiristora VS1, a preko otpornika R3, R4 do zener dioda VD5, VD6, iz kojeg se napaja upravljački krug. Upotreba ispravljačkog mosta u krugu omogućuje regulaciju pozitivnih i negativnih polu-ciklusa korištenjem samo jednog tiristora.

Upravljački krug se također izvodi na dvoosnom tranzistoru KT117A. Brzina punjenja vremenskog kondenzatora C2 mijenja se otpornikom R6, što uzrokuje promjenu faze upravljačkog signala tiristora.

O ovom krugu može se dati mala primjedba: struja u opterećenju sastoji se samo od pozitivnih polu-ciklusa mreže dobivenih nakon ispravljača mosta. Ako je potrebno da se u opterećenju dobiju pozitivni i negativni dijelovi sinusoida, dovoljno je, ne mijenjajući ništa u krugu, uključiti teret odmah nakon osigurača. Umjesto opterećenja, jednostavno ugradite skakač. Takav je krug prikazan na slici 7.

Slika 7. Shema regulatora snage tiristora

Tranzistor KT117 izum je sovjetske elektroničke industrije i nema stranih analoga, ali po potrebi može se sastaviti iz dva tranzistora u skladu s krugom prikazanim na slici 8. Odjednom će se netko poduzeti da sastavi sličan krug, gdje mogu nabaviti takav tranzistor?

Slika 8

U sklopovima prikazanim na slikama 6 i 7 tiristor se koristi u kombinaciji s diodnim mostom. Ovo uključivanje omogućava pomoću jednog tiristora kontrolu oba perioda naizmjeničnog napona. Ali istodobno se pojavljuju 4 dodatne diode, što općenito povećava dimenzije strukture.

Nastavak članka: Tiristorski kontroleri snage. Krugovi s dva tiristora

Boris Aladyskin