Reguladores de potência de tiristores

Os controladores de potência do tiristor são um dos projetos de rádio amador mais comuns, e isso não é surpreendente. Afinal, todos os que já usaram o ferro de solda usual de 25 a 40 watts, sua capacidade de superaquecer é ainda muito conhecida. O ferro de soldar começa a fumegar e assobiar; logo, o ferrão enlatado queima e fica preto. A soldagem com esse ferro de solda já é completamente impossível.

E aqui o regulador de energia vem em socorro, com a ajuda da qual você pode definir a temperatura da solda com bastante precisão. Deve-se orientar pelo fato de que, quando um ferro de solda toca um pedaço de resina, ele fume bem, então, médio, sem sibilar e espirrar, não com muita vigor. Você deve se concentrar no fato de que a solda é de contorno, brilhante.

Claro estações de solda modernas eles são equipados com ferros de solda termicamente estabilizados, um display digital e temperatura de aquecimento ajustável, mas são muito caros em comparação com um ferro de solda convencional. Portanto, com volumes insignificantes de trabalho de solda, é bem possível fazer com um ferro de solda convencional com um regulador de potência do tiristor. Ao mesmo tempo, a qualidade da solda, que pode não ser imediata, será excelente, é alcançada pela prática.

Outra área de aplicação dos reguladores de tiristores é controle de brilho. Esses reguladores são vendidos em lojas elétricas na forma de interruptores de parede convencionais com uma alça rotativa. Mas aqui a emboscada está à espera do comprador: lâmpadas economizadoras de energia modernas (muitas vezes referidas na literatura como lâmpadas fluorescentes compactas (CFLs)), elas simplesmente não querem trabalhar com esses reguladores.

A mesma opção imprevisível ocorrerá no caso de regular o brilho das lâmpadas LED. Bem, eles não são destinados a esse trabalho, e é isso: a ponte retificadora com um capacitor eletrolítico localizado dentro da CFL simplesmente não permitirá que o tiristor funcione. Portanto, uma "luz noturna" ajustável com esse regulador só pode ser criada usando uma lâmpada incandescente.

No entanto, aqui você deve se lembrar sobre transformadores eletrônicosprojetado para alimentar lâmpadas halógenas e em projetos de rádio amador para uma variedade de finalidades. Nestes transformadores, após a ponte retificadora, por algum motivo, aparentemente para economizar ou simplesmente reduzir o tamanho, um capacitor eletrolítico não está instalado. É essa "economia" que permite ajustar o brilho das lâmpadas usando reguladores de tiristores.

Se você sobrecarregar sua imaginação, ainda poderá encontrar muitas outras áreas em que é necessário o uso de reguladores de tiristores. Uma dessas áreas é a regulação de rotações de ferramentas elétricas: brocas, esmerilhadeiras, chaves de fenda, martelos rotativos, etc. etc. Naturalmente, os reguladores do tiristor estão localizados dentro de instrumentos alimentados por energia CA.Assista -Tipos e disposição das rotações da velocidade do motor coletor.

Todo esse regulador está embutido no botão de controle e é uma pequena caixa inserida na alça da broca. O grau de pressionar o botão determina a frequência de rotação do cartucho. Em caso de falha, a caixa inteira muda imediatamente: para toda a aparente simplicidade do projeto, esse regulador não é absolutamente adequado para reparo.

No caso de ferramentas que funcionam com corrente contínua a partir de baterias, o controle de energia é realizado usando transistores mosfet método de modulação por largura de pulso. A frequência PWM atinge vários quilohertz; portanto, através do corpo da chave de fenda, você pode ouvir um chiado de alta frequência. Este enrolamento do motor estridente.

Mas neste artigo, apenas os controladores de potência do tiristor serão considerados.Portanto, antes de considerar o circuito regulador, lembre-se de como ele funciona tiristor.

Para não complicar a história, não consideraremos o tiristor na forma de sua estrutura p-n-p-n de quatro camadas, desenhar uma característica de tensão de corrente, mas simplesmente descrever em palavras como ele funciona, o tiristor. Para começar, em um circuito de corrente contínua, embora os tiristores quase não sejam usados ​​nesses circuitos. Afinal, desligar o tiristor trabalhando em corrente contínua é bastante difícil. É o mesmo que parar o cavalo.

No entanto, altas correntes e altas tensões de tiristores atraem desenvolvedores de vários equipamentos CC bastante potentes. Para desligar os tiristores, é necessário recorrer a várias complicações dos circuitos, truques, mas em geral os resultados são positivos.

A designação do tiristor nos diagramas de circuitos é mostrada na Figura 1.

Figura 1. Tiristor

É fácil ver que, em sua designação nos circuitos, o tiristor é muito semelhante ao diodo comum. Se você observar, o tiristor também possui condutividade unilateral e, portanto, pode retificar a corrente alternada. Mas ele só fará isso se uma tensão positiva for aplicada ao eletrodo de controle em relação ao cátodo, como mostra a Figura 2. De acordo com a terminologia antiga, o tiristor era chamado de diodo controlado. Enquanto o pulso de controle não for aplicado, o tiristor é fechado em qualquer direção.

Figura 2

Como ligar o LED

Tudo é muito simples aqui. À fonte de tensão DC 9V (você pode usar a bateria "Krona") através do LED HL1 do tiristor Vsx conectado com um resistor limitador R3. Usando o botão SB1, a tensão do divisor R1, R2 pode ser aplicada ao eletrodo de controle do tiristor e, em seguida, o tiristor se abrirá, o LED começará a brilhar.

Se agora soltar o botão, pare de pressioná-lo e o LED continuará aceso. Uma pressão tão curta no botão pode ser chamada de impulso. A pressão repetida e até repetida deste botão não muda nada: o LED não apaga, mas não brilha mais ou menos.

Pressionado - liberado, e o tiristor permaneceu aberto. Além disso, essa condição é estável: o tiristor estará aberto até que influências externas o removam desse estado. Esse comportamento do circuito indica as boas condições do tiristor, sua adequação ao trabalho em um dispositivo em desenvolvimento ou reparo.

Pequena observação

Mas muitas vezes há exceções a essa regra: o botão é pressionado, o LED acende e, quando o botão é liberado, ele se apaga, como se nada tivesse acontecido. E qual é o problema, o que você fez de errado? Talvez o botão não tenha sido pressionado o tempo suficiente ou não seja muito fanático? Não, tudo foi feito com bastante consciência. Só que a corrente através do LED acabou sendo menor que a corrente de retenção do tiristor.

Para que o experimento descrito seja bem-sucedido, basta substituir o LED por uma lâmpada incandescente, a corrente se tornará mais alta ou escolher um tiristor com uma corrente de retenção mais baixa. Este parâmetro para tiristores tem uma dispersão significativa, às vezes é até necessário selecionar um tiristor para um circuito específico. Além disso, uma marca, com uma letra e de uma caixa. Os tiristores importados, que foram preferidos recentemente, são um pouco melhores com essa corrente: é mais fácil comprar e os parâmetros são melhores.

Como fechar um tiristor

Nenhum sinal aplicado ao eletrodo de controle pode fechar o tiristor e desligar o LED: o eletrodo de controle pode apenas ligar o tiristor. É claro que existem tiristores bloqueáveis, mas seu objetivo é um pouco diferente de controladores de potência banais ou comutadores simples. Um tiristor convencional pode ser desligado apenas interrompendo a corrente na seção ânodo - cátodo.

Isso pode ser feito de pelo menos três maneiras. Primeiro, desconecte estupidamente todo o circuito da bateria. Lembre-se da Figura 2. Naturalmente, o LED se apagará.Mas quando reconectado, ele não liga sozinho, pois o tiristor permaneceu fechado. Essa condição também é sustentável. E para tirá-lo desse estado, acender a luz, apenas pressionar o botão SB1 ajudará.

A segunda maneira de interromper a corrente através do tiristor é simplesmente pegar e encurtar os terminais do cátodo e do ânodo com um jumper de arame. Nesse caso, toda a corrente de carga, no nosso caso, é apenas um LED, fluirá através do jumper e a corrente através do tiristor será zero. Após a remoção do jumper, o tiristor fecha e o LED apaga. Em experimentos com esquemas semelhantes, as pinças costumam ser usadas como ponte.

Suponha que, em vez de um LED neste circuito, haja uma bobina de aquecimento suficientemente potente com alta inércia térmica. Acontece que o regulador de energia está quase pronto. Se o tiristor for ligado de forma que a espiral seja ligada por 5 segundos e desligada pelo mesmo período de tempo, 50% de energia será alocada na espiral. Se, durante esse ciclo de dez segundos, a ativação demorar apenas 1 segundo, é completamente óbvio que a espiral liberará apenas 10% do calor de sua potência.

Com aproximadamente esses ciclos de tempo, medidos em segundos, o controle de potência do microondas funciona. Simplesmente usando um relé, a radiação de RF é ligada e desligada. Os controladores de tiristores operam na frequência da rede elétrica, onde o tempo é medido em milissegundos.

A terceira maneira de desligar o tiristor

Consiste em reduzir a tensão de carga a zero, ou mesmo reverter a polaridade da tensão de alimentação. Esta é precisamente a situação obtida quando os circuitos do tiristor são alimentados com uma corrente sinusoidal alternada.

Quando o sinusóide passa pelo zero, ele muda seu sinal para o oposto, de modo que a corrente através do tiristor se torna menor que a corrente de retenção e depois completamente igual a zero. Assim, o problema de desligar o tiristor é resolvido como se por si só.

Controladores de potência do tiristor. Regulação de fase

Então, o assunto é deixado para o pequeno. Para obter o controle de fase, basta aplicar um pulso de controle em um determinado momento. Em outras palavras, o pulso deve ter uma certa fase: quanto mais próximo estiver do final do meio ciclo da tensão alternada, menor será a amplitude da tensão na carga. O método de controle de fase é mostrado na Figura 3.

Figura 3. Regulação de fase

No fragmento superior da imagem, o pulso de controle é aplicado quase no início da meia onda do sinusóide, a fase do sinal de controle é próxima de zero. Na figura, esse tempo é t1, então o tiristor se abre quase no início do meio ciclo e uma potência próxima ao máximo é alocada na carga (se não houvesse tiristores no circuito, a potência seria máxima).

Os sinais de controle em si não são mostrados nesta figura. Idealmente, são pulsos curtos, positivos em relação ao cátodo, aplicados em uma determinada fase ao eletrodo de controle. Nos esquemas mais simples, essa pode ser uma tensão linearmente crescente obtida ao carregar um capacitor. Isso será discutido abaixo.

No gráfico médio, o pulso de controle é aplicado no meio do meio ciclo, o que corresponde ao ângulo de fase Π / 2 ou tempo t2, portanto, apenas metade da potência máxima é alocada na carga.

No gráfico inferior, os pulsos de abertura são aplicados muito próximo ao final do meio ciclo, o tiristor abre quase antes de fechar, conforme o gráfico esse tempo é indicado como t3, portanto a potência na carga é alocada de forma insignificante.

Circuitos de comutação de tiristores

Após uma breve revisão do princípio de operação dos tiristores, você provavelmente poderá vários circuitos reguladores de potência. Nada é inventado aqui, tudo pode ser encontrado na Internet ou em revistas de rádio antigas. O artigo simplesmente fornece uma breve visão geral e descrição do trabalho circuitos reguladores de tiristores. Ao descrever a operação dos circuitos, será dada atenção à maneira como os tiristores são usados, quais circuitos de comutação de tiristores existem.

Como foi dito no início do artigo, o tiristor retifica uma tensão alternada como um diodo regular. Acontece retificação em meia onda. Era uma vez, através de um diodo, lâmpadas incandescentes nas escadas acesas: havia um pouco de luz que brilhava nos meus olhos, mas as lâmpadas queimavam muito raramente. O mesmo acontece se o dimmer for realizado em um tiristor, apenas a possibilidade de regular um brilho já insignificante aparece.

Portanto, os controladores de energia controlam os dois semi-ciclos da tensão da rede. Para isso, é aplicada uma conexão contra-paralela de tiristores, triacs ou a inclusão de um tiristor na diagonal da ponte retificadora.

Para maior clareza desta declaração, consideraremos ainda vários circuitos dos controladores de potência do tiristor. Às vezes, eles são chamados de reguladores de tensão e, cujo nome é mais correto, é difícil de resolver, porque, juntamente com a regulação de tensão, a energia também é regulada.

O regulador de tiristor mais simples

Ele é projetado para regular a potência do ferro de solda. Seu circuito é mostrado na Figura 4.

Figura 4. Esquema do controlador de energia do tiristor mais simples

Para regular a potência do ferro de soldar, começando do zero, não faz sentido. Portanto, podemos nos restringir a regular apenas um meio ciclo da tensão da rede, neste caso, positivo. O meio ciclo negativo passa sem alterações através do diodo VD1 diretamente para o ferro de solda, o que garante sua meia potência.

O meio-ciclo positivo passa pelo tiristor VS1, permitindo a regulação. O circuito de controle do tiristor é extremamente simples. Estes são os resistores R1, R2 e o capacitor C1. O capacitor é carregado através do circuito: o fio superior do circuito, R1, R2 e o capacitor C1, carga, o fio inferior do circuito.

Um eletrodo de controle do tiristor é conectado ao terminal positivo do capacitor. Quando a tensão no capacitor aumenta para a tensão de ativação do tiristor, ele abre, passando para a carga um meio ciclo positivo da tensão, ou melhor, parte dela. O capacitor C1 descarrega naturalmente, preparando-se para o próximo ciclo.

A velocidade de carga do capacitor é regulada usando um resistor variável R1. Quanto mais rápido o capacitor é carregado na tensão de abertura do tiristor, quanto mais cedo o tiristor é aberto, maior parte do meio ciclo positivo da tensão entra na carga.

O circuito é simples, confiável, é bastante adequado para um ferro de solda, embora regule apenas um meio período da tensão da rede. Um diagrama muito semelhante é mostrado na Figura 5.

Figura 5. Controlador de potência do tiristor

É um pouco mais complicado que o anterior, mas permite ajustar de forma mais suave e precisa, devido ao fato de o circuito de geração de pulso de controle ser montado em um transistor KT117 de base dupla. Este transistor foi projetado para criar geradores de pulsos. Parece que mais não é capaz de mais nada. Um circuito semelhante é usado em muitos controladores de energia, bem como na troca de fontes de alimentação como um driver para um pulso de disparo.

Assim que a tensão no capacitor C1 atinge o limiar do transistor, este abre e um pulso positivo aparece no pino B1, abrindo o tiristor VS1. O resistor R1 pode ajustar a taxa de carga do capacitor.

Quanto mais rápido o capacitor é carregado, quanto mais cedo o pulso de abertura aparecer, maior será a tensão que entra na carga. A segunda meia onda da tensão da rede passa para a carga através do diodo VD3 sem alterações. Um retificador VD2, R5, um diodo Zener VD1 é usado para alimentar o circuito do modelador de pulso de controle.

Aqui você pode perguntar e quando o transistor se abre, qual é o limite? A abertura do transistor ocorre no momento em que a tensão em seu emissor E excede a tensão na base de B1. As bases B1 e B2 não são equivalentes; se forem trocadas, o gerador não funcionará.

A Figura 6 mostra um circuito que permite ajustar os dois semi-ciclos de tensão.

Figura 6

O diagrama é um dimmer. A tensão da rede é retificada pela ponte VD1-VD4, após a qual a tensão de ondulação é fornecida à lâmpada EL1, tiristor VS1, e através dos resistores R3, R4 aos diodos zener VD5, VD6, a partir dos quais o circuito de controle é alimentado. O uso de uma ponte retificadora no circuito permite a regulação de semi-ciclos positivos e negativos usando apenas um tiristor.

O circuito de controle também é realizado em um transistor de duas bases KT117A. A velocidade de carga do capacitor de temporização C2 é alterada pelo resistor R6, que faz com que a fase do sinal de controle do tiristor seja alterada.

Uma pequena observação pode ser feita sobre esse circuito: a corrente na carga consiste apenas nos semi-ciclos positivos da rede obtidos após o retificador em ponte. Se for necessário obter as partes positivas e negativas do sinusóide na carga, é suficiente, sem alterar nada no circuito, ligar a carga imediatamente após o fusível. No lugar da carga, basta instalar um jumper. Esse circuito é mostrado na Figura 7.

Figura 7. Esquema do controlador de potência do tiristor

O transistor KT117 é uma invenção da indústria eletrônica soviética e não possui análogos estrangeiros, mas, se necessário, pode ser montado a partir de dois transistores, de acordo com o circuito mostrado na Figura 8. De repente, alguém se comprometerá a montar um circuito semelhante, onde posso obter esse transistor?

Figura 8

Nos circuitos mostrados nas figuras 6 e 7, o tiristor é usado em combinação com uma ponte de diodos. Essa inclusão possibilita, com a ajuda de um tiristor, controlar os dois períodos de tensão alternada. Mas, ao mesmo tempo, aparecem 4 diodos adicionais, o que geralmente aumenta as dimensões da estrutura.

Continuação do artigo: Controladores de potência do tiristor. Circuitos com dois tiristores

Boris Aladyshkin