Tirisztor teljesítményszabályozók

A tirisztor teljesítményszabályozói az amatőr rádió egyik leggyakoribb terve, és ez nem meglepő. Végül is mindenki, aki valaha is használta a szokásos 25–40 watt-os forrasztópárat, annak túlmelegedési képessége még nagyon jól ismert. A forrasztópáka füstölni kezd, és sziszeg, majd elég hamarosan az ónozott tű megszűnik, feketévé válik. Forrasztás ilyen forrasztópákaval már teljesen lehetetlen.

És itt megment a teljesítményszabályozó, amelynek segítségével meg lehet elég pontosan beállítani a forrasztás hőmérsékletét. Ennek figyelembe kell vennie azt a tényt, hogy amikor egy forrasztópálca megérinti egy darab gyantát, akkor jól megfüstöl, tehát közepes, sziszegés és fröccsenés nélkül, nem túl energiásan. Arra kell összpontosítania, hogy a forrasztás kontúr, fényes.

Természetesen modern forrasztóállomások hőre stabilizált forrasztópákaval, digitális kijelzővel és állítható fűtési hőmérsékleten vannak felszerelve, de a hagyományos forrasztópáccal összehasonlítva túl drágák. Ezért jelentéktelen mennyiségű forrasztási munka esetén a tirisztoros teljesítményszabályozóval ellátott hagyományos forrasztópáka megtehető. Ugyanakkor a forrasztás minősége, ha nem azonnal, akkor kiválónak bizonyul, a gyakorlat révén érhető el.

A tirisztor-szabályozók másik alkalmazási területe fényerő-szabályozás. Az ilyen szabályozókat az elektromos kiskereskedelemben hagyományos forgatógombbal ellátott fali kapcsolók formájában értékesítik. De itt a csapda a vevő várakozásán rejlik: modern energiatakarékos lámpák (amelyeket az irodalomban gyakran kompakt fénycsöveknek (CFL) neveznek) egyszerűen nem akarnak ilyen szabályozókkal dolgozni.

Ugyanez a kiszámíthatatlan lehetőség válik a LED-lámpák fényerejének szabályozása esetén is. Nos, nem erre a célra szolgálnak, és ennyi is: az egyenirányító híd, amely a CFL-ben található elektrolitkondenzátorral rendelkezik, egyszerűen nem engedi, hogy a tirisztor működjön. Ezért egy ilyen szabályozóval beállítható "éjszakai fényt" csak izzólámpával lehet létrehozni.

Itt azonban emlékezzen rá elektronikus transzformátorokhalogénlámpák táplálására tervezték, és amatőr rádió-tervekben, különféle célokra. Ezekben a transzformátorokban az egyenirányító híd után valamilyen okból, látszólag a megtakarítás vagy egyszerűen a méret csökkentése érdekében, nincs felszerelve elektrolit kondenzátor. Ez a „megtakarítás” teszi lehetővé a lámpák fényerejének beállítását tirisztor-szabályozókkal.

Ha elfárasztja a képzeletét, még sok más területet megtalálhat, ahol tirisztor-szabályozók használata szükséges. Az egyik ilyen terület a szerszámok fordulatszámának szabályozása: fúrók, darálók, csavarhúzók, forgókalapácsok stb. stb A tirisztor-szabályozók természetesen váltakozó áramú áramellátású készülékekben helyezkednek el.Óra -A kollektormotor fordulatszámának típusai és elrendezése.

Az összes ilyen szabályozó be van építve a vezérlőgombba, és egy kis doboz a fúró fogantyújában. A gomb megnyomásának mértéke határozza meg a patron forgási gyakoriságát. Meghibásodás esetén az egész doboz azonnal megváltozik: a kialakítás nyilvánvaló egyszerűsége érdekében egy ilyen szabályozó egyáltalán nem alkalmas javításra.

Az elemekből származó egyenárammal működő szerszámok esetén az energiaszabályozás a következőkkel történik: tranzisztorok mosfet impulzusszélesség-modulációs módszer. A PWM frekvencia eléri a több kilohertzt, tehát a csavarhúzó testén keresztül nagyfrekvenciás sikítás hallható. Ez a motoros tekercselés.

De ebben a cikkben csak a tirisztor teljesítményvezérlőit vesszük figyelembe.Ezért, mielőtt megvizsgálná a szabályozó áramkört, emlékezzen rá, hogyan működik tirisztor.

Annak elkerülése érdekében, hogy ne bonyolítsuk a történetet, nem vesszük figyelembe a tirisztort négyrétegű p-n-p-n struktúrájában, rajzolunk egy áram-feszültség karakterisztikát, hanem egyszerűen szavakkal írjuk le, hogyan működik, a tirisztor. Először egy egyenáramú áramkörben, bár a tirisztorokat szinte nem használják ezekben az áramkörökben. Végül is az egyenárammal működő tirisztor kikapcsolása meglehetősen nehéz. Ugyanaz, mint megállítani a lovat.

Ennek ellenére a tirisztorok magas áramai és nagy feszültségei vonzzák a különféle, általában szabályszerűen egyenáramú berendezések fejlesztőit. A tirisztorok kikapcsolásához sokféle komplikációt kell igénybe vennie az áramkörökön, trükkökön, de általában az eredmény pozitív.

A tirisztor jelölését az áramköri rajzokon az 1. ábra mutatja.

1. ábra. Tirisztor

Könnyű belátni, hogy az áramkörökön való megjelölésnél a tirisztor nagyon hasonlít a rendes dióda. Ha megnézzük, akkor a tirisztornak is egyoldalú vezetőképessége van, ezért képes helyettesíteni a váltakozó áramot. De csak akkor ezt fogja megtenni, ha a vezérlőelektródra pozitív feszültséget adnak a katódhoz viszonyítva, amint az a 2. ábrán látható. A régi terminológia szerint a tirisztorot néha vezérelt diódának hívták. Mindaddig, amíg a vezérlőimpulzust nem alkalmazzák, a tirisztor bármilyen irányba bezáródik.

2. ábra

A LED bekapcsolása

Itt minden nagyon egyszerű. A 9 V DC feszültségforráshoz (használhatjuk a "Krona akkumulátort) a Vsx tirisztoron keresztül csatlakoztatott HL1 LED-en keresztül egy R3 korlátozó ellenállással. Az SB1 gombbal az R1, R2 elválasztó feszültsége a tirisztor vezérlőelektródájára vezethető, majd a tirisztor kinyílik, a LED villogni kezd.

Ha most elengedi a gombot, ne tartsa lenyomva a gombot, akkor a LED-nek továbbra is világítania kell. A gomb ilyen rövid megnyomását impulzusnak lehet nevezni. A gomb ismételt és ismételt megnyomása semmit sem változtat meg: a LED nem világít, de nem világosabb vagy halványabb.

Megnyomva - elengedték, és a tirisztor nyitva maradt. Sőt, ez a helyzet stabil: a tirisztor addig nyitva van, amíg a külső behatások eltávolítják ezt az állapotot. Az áramkör ezen viselkedése jelzi a tirisztor jó állapotát, alkalmazhatóságát fejlesztés alatt álló vagy javítás alatt álló eszközben.

Kis megjegyzés

E szabály alól azonban gyakran vannak kivételek: nyomjuk meg a gombot, világít a LED, és amikor elengedjük a gombot, kialudt, mintha semmi sem történt volna. És mi a fogás, mit csináltál rosszul? Lehet, hogy a gombot nem elég hosszú ideig nyomta meg, vagy nem nagyon fanatikusan? Nem, mindent meglehetősen lelkiismeretesen végeztek. Csak az, hogy a LED-en átmenő áram kisebbnek bizonyult, mint a tirisztor tartási árama.

Annak érdekében, hogy a leírt kísérlet sikeres legyen, csak ki kell cserélnie a LED-et egy izzólámpára, akkor az áram nagyobb lesz, vagy válasszon alacsonyabb tartóáramú tirisztorot. A tirisztoroknak ez a paramétere jelentős szórású, néha még egy tirisztor kiválasztására is szükség van egy adott áramkörhöz. Ráadásul egy márka, egy betűvel és egy dobozból. Az importált tirisztorok, amelyeket a közelmúltban kedvelték, valamivel jobbak ezzel az árammal: könnyebb megvásárolni, és a paraméterek jobbak.

Hogyan lehet bezárni a tirisztorokat

A vezérlőelektródra adott jelek nem zárhatják be a tirisztort és kikapcsolhatják a LED-et: a vezérlőelektród csak a tirisztorot kapcsolhatja be. Természetesen vannak zárható tirisztorok, de célja kissé eltér a banális teljesítményvezérlőktől vagy az egyszerű kapcsolóktól. A hagyományos tirisztor csak az anód-katód szakaszon keresztüli áram megszakításával kapcsolható ki.

Ezt legalább három módon meg lehet tenni. Először ostobán válassza le az egész áramkört az akkumulátorról. Emlékezzünk vissza a 2. ábrára. Természetesen a LED kialszik.De újracsatlakozás esetén nem kapcsol be önmagában, mivel a tirisztor zárva marad. Ez a feltétel szintén fenntartható. És hogy kivezetje őt ebből az állapotból, hogy kigyulladjon a fény, csak az SB1 gomb megnyomása segít.

Az áramot a tirisztoron keresztüli megszakításának második módja egyszerűen az, hogy a katód és a anód érintkezőit meghúzzák és rövidre húzzák egy huzalhúzóval. Ebben az esetben a teljes terhelési áram, a mi esetünkben csak LED, áramlik át az áthidalón, és a tirisztoron áthaladó áram nulla. Az áthidaló eltávolítása után a tirisztor bezárul, és a LED kialszik. A hasonló sémákkal végzett kísérletekben a csipeszet gyakran használják jumperként.

Tegyük fel, hogy ebben az áramkörben egy LED helyett kellően erős fűtőtekercs lesz, nagy hőtehetetlenséggel. Aztán kiderül, hogy majdnem készen áll a teljesítményszabályozó. Ha a tirisztor úgy van bekapcsolva, hogy a spirál 5 másodpercre be van kapcsolva, és ugyanannyi ideig kikapcsol, akkor a spirál 50% -át elosztja. Ha ezen tíz másodperces ciklus alatt a bekapcsolás csak 1 másodpercig tart, akkor teljesen nyilvánvaló, hogy a spirál a hőnek csak 10% -át szabadítja fel teljesítményéből.

Körülbelül ilyen, másodpercben mért időciklusokkal a mikrohullámú teljesítményvezérlő működik. Egy egyszerűen relé segítségével az RF sugárzás be- és kikapcsol. A tirisztorvezérlők a hálózati frekvencián működnek, ahol az időt milliszekundumban mérik.

A tirisztor kikapcsolásának harmadik módja

Ennek során a terhelési feszültséget nullára csökkentik, vagy akár a tápfeszültség polaritását megfordítják. Pontosan ez a helyzet akkor áll fenn, amikor a tirisztor áramköröket váltakozó szinuszos árammal látják el.

Amikor a sinusoid áthalad nullán, ellenkezőjere változtatja megjelölését, így a tirisztoron átmenő áram kisebb lesz, mint a tartóáram, majd teljesen nulla. Így a tirisztor kikapcsolásának problémája önmagában megoldódik.

Tirisztor teljesítményszabályozók. Fázisszabályozás

Tehát, az ügy a kicsire tartozik. A fázisvezérlés megszerzéséhez csak egy adott időben kell alkalmaznia egy vezérlőimpulzust. Más szóval, az impulzusnak egy bizonyos fázissal kell rendelkeznie: Minél közelebb van a váltakozó feszültség félciklusának végéhez, annál kisebb a feszültség amplitúdója a terhelésen. A fázisvezérlő módszert a 3. ábra mutatja.

3. ábra. Fázisszabályozás

A kép felső részében a vezérlőimpulzust szinte a sinusoid félhullámának kezdetén alkalmazzák, a vezérlőjel fázisa nullához közeli. Az ábrán ez az idő t1, tehát a tirisztor szinte a félciklus elején megnyílik, és a terheléshez a maximálishoz közeli teljesítmény oszlik meg (ha az áramkörben nincsenek tirisztorok, akkor a teljesítmény maximális lenne).

Maguk a vezérlőjelek nem szerepelnek az ábrán. Ideális esetben rövid impulzusok, amelyek pozitívak a katódhoz képest, és amelyeket egy bizonyos fázisban alkalmaznak a vezérlőelektródra. A legegyszerűbb sémákban ez egy lineárisan növekvő feszültség lehet egy kondenzátor töltésével. Ezt az alábbiakban tárgyaljuk.

Az átlagos grafikonon a vezérlő impulzust a félciklus közepén alkalmazzuk, amely megfelel a Π / 2 fázisszögnek vagy a t2 időnek, tehát a maximális teljesítménynek csak a felét osztjuk el a terhelésben.

Az alsó grafikonon a nyitóimpulzusokat nagyon közel alkalmazzák a félciklus végéhez, a tirisztor majdnem kinyílik, mielőtt bezáródna. A grafikon szerint ezt az időt t3-nak jelzik, tehát a terhelésben lévő teljesítmény elhanyagolhatóan van elosztva.

Tirisztor kapcsolási áramkörök

A tirisztorok működési elvének rövid áttekintése után valószínűleg hozza több teljesítményszabályozó áramkör. Semmit sem találtak itt, minden megtalálható az interneten vagy a régi rádiós folyóiratokban. A cikk egyszerűen áttekintést és munkaleírást nyújt tirisztor szabályozó áramkörök. Az áramkörök működésének leírásakor figyelmet kell fordítani a tirisztorok alkalmazására és a tirisztoros kapcsolási áramkörök létezésére.

Amint azt a cikk elején elmondták, a tirisztor váltófeszültséget korrigál, mint egy normál dióda. Kiderült, hogy félhullámú helyesbítés. Egyszer régen, egy diódán keresztül, bekapcsoltak a lépcsőházak izzólámpái: volt egy kis fény, a szemem elkápráztatta, de azután a lámpák nagyon ritkán égnek ki. Ugyanez történik, ha a tompítást egy tirisztorra hajtják végre, csak a már jelentéktelen fényerő szabályozásának lehetősége jelenik meg.

Ezért a teljesítményvezérlők a hálózati feszültség mindkét félciklusát vezérlik. Ehhez a tirisztorok párhuzamos csatlakoztatását kell alkalmazni, triak vagy tirisztor beillesztése az egyenirányító híd átlójába.

A nyilatkozat tisztázása érdekében tovább vizsgáljuk a tirisztor teljesítményszabályozóinak számos áramkörét. Néha feszültségszabályozóknak hívják őket, és melyik a helyesebb név, ezt nehéz megoldani, mert a feszültségszabályozás mellett az energia is szabályozott.

A legegyszerűbb tirisztor-szabályozó

A forrasztópáka teljesítményének szabályozására szolgál. Áramkörét a 4. ábra mutatja.

4. ábra: A legegyszerűbb tirisztor teljesítményszabályozó vázlata

A forrasztópáka teljesítményének nullától kezdve történő szabályozására nincs értelme. Ezért korlátozhatjuk magunkat arra, hogy a hálózati feszültségnek csak egy, a jelen esetben pozitív, periódusát szabályozjuk. A negatív félciklus változás nélkül a VD1 diódán keresztül halad közvetlenül a forrasztópáhol, amely biztosítja a félteljesítményét.

A pozitív félciklus áthalad a VS1 tirisztoron, amely lehetővé teszi a szabályozást. A tirisztor vezérlő áramköre rendkívül egyszerű. Ezek az R1, R2 ellenállások és a C1 kondenzátor. A kondenzátort az áramkörön keresztül töltik: az áramkör felső vezetéke, R1, R2 és a C1 kondenzátor, terhelés, az áramkör alsó vezetéke.

Tirisztorvezérlő elektród van csatlakoztatva a kondenzátor pozitív kivezetéséhez. Amikor a kondenzátoron keresztüli feszültség a tirisztor bekapcsolási feszültségére növekszik, az utóbbi kinyílik, és a feszültség pozitív félciklusának, vagy inkább annak egy részének a terhelésbe kerül. A C1 kondenzátor természetesen kisül, így felkészülve a következő ciklusra.

A kondenzátor töltési sebességét az R1 változó ellenállás szabályozza. Minél gyorsabban tölti be a kondenzátort a tirisztor nyitófeszültsége, annál korábban nyílik a tirisztor, annál nagyobb része a feszültség pozitív félciklusának lép be a terhelésbe.

Az áramkör egyszerű, megbízható, nagyon alkalmas a forrasztópáka számára, bár a hálózati feszültségnek csak egy periódusát szabályozza. Nagyon hasonló ábra látható az 5. ábrán.

5. ábra. Tirisztor teljesítményszabályozó

Ez kissé bonyolultabb, mint az előző, de lehetővé teszi a simább és pontosabb beállítást, mivel a vezérlő impulzusgeneráló áramkört egy KT117 kettős bázisú tranzisztorra szereljük össze. Ezt a tranzisztort impulzusgenerátorok létrehozására tervezték. Úgy tűnik, több másra sem képes. Hasonló áramkört használnak sok teljesítményvezérlőben, valamint a tápegységek kapcsolójában, mint vezérlő impulzus meghajtóját.

Amint a feszültség a C1 kondenzátoron eléri a tranzisztor küszöbét, az utóbbi kinyílik, és pozitív impulzus jelenik meg a B1 tüskén, megnyitva a VS1 tirisztorot. Az R1 ellenállás beállíthatja a kondenzátor töltési sebességét.

Minél gyorsabban töltik fel a kondenzátort, annál korábban jelenik meg a nyitó impulzus, annál nagyobb a feszültség a terheléshez. A hálózati feszültség második félhullámja a VD3 diódán keresztül változás nélkül átkerül a terhelésbe. A vezérlő impulzusgenerátor áramkör táplálására a VD2, R5 egyenirányítót, a VD1 Zener diódát használják.

Itt megkérdezheti, és mikor nyílik meg a tranzisztor, mi a küszöb? A tranzisztor kinyílása akkor fordul elő, amikor az E-kibocsátónál a feszültség meghaladja a B1 alapjának feszültségét. A B1 és a B2 bázisok nem azonosak, ha cserélik egymást, akkor a generátor nem fog működni.

A 6. ábra egy olyan áramkört mutat, amely lehetővé teszi a feszültség mindkét félciklusának beállítását.

6. ábra

A diagram a halványabb. A hálózati feszültséget a VD1-VD4 híd egyenirányítja, majd a feszültségáramot az EL1 lámpához, a VS1 tirisztorhoz és az R3, R4 ellenállásokon keresztül a VD5, VD6 zener diódákhoz táplálják, amelyek táplálják a vezérlőáramkört. Az egyenirányító híd használata az áramkörben lehetővé teszi a pozitív és negatív félciklusok szabályozását csak egy tirisztor használatával.

A vezérlőáramkört a KT117A két bázisú tranzisztoron is végrehajtják. A C2 időzítő kondenzátor töltési sebességét az R6 ellenállás változtatja meg, amely a tirisztor vezérlőjel fázisának megváltozását idézi elő.

Kis megjegyzést tehetünk erről az áramkörről: a terhelésben lévő áram csak a hálózat pozitív félciklusaiból áll, amelyeket a híd egyenirányító után kapunk. Ha szükséges a szinuszos pozitív és negatív részeinek a terhelésben való beolvasása, akkor elegendő, ha az áramkörben bármi megváltoztatja, a teher azonnal bekapcsol a biztosíték után. A rakomány helyett egyszerűen szereljen fel egy áthidalót. Egy ilyen áramkört a 7. ábra mutat.

7. ábra: A tirisztor teljesítményszabályozójának vázlata

A KT117 tranzisztor a szovjet elektronikai ipar találmánya, és nincs idegen analógja, de szükség esetén két tranzisztorból összeállítható a 8. ábrán bemutatott áramkör szerint. Hirtelen valaki vállalja, hogy összeállít egy hasonló áramkört, hol szerezhetek ilyen tranzisztorot?

8. ábra

A 6. és 7. ábrán látható áramkörökben a tirisztor egy diódahíddal kombinálva van felhasználva. Ez a beépítés lehetővé teszi egy tirisztor segítségével a váltakozó feszültség mindkét fél periódusának vezérlését. Ugyanakkor 4 további dióda jelenik meg, ami általában növeli a szerkezet méreteit.

A cikk folytatása: Tirisztor teljesítményszabályozók. Két tirisztoros áramkörök

Boris Aladyshkin