Regulátory výkonu tyristorů

Regulátory výkonu tyristorů jsou jedním z nejčastějších amatérských návrhů rádia, což není překvapivé. Koneckonců, každý, kdo kdy použil obvyklou páječku o výkonu 25 - 40 wattů, je její schopnost přehřátí známá. Páječka začne kouřit a syčí, a tak brzy pocínované žihadlo vyhoří a zčerná. Pájení s takovou páječkou je již zcela nemožné.

A tady regulátor výkonu přichází k záchraně, pomocí které můžete poměrně přesně nastavit teplotu pájení. Měl by se řídit tím, že když se páječka dotkne kusu kalafuny, kouří dobře, takže je střední, bez syčení a stříkající vody, ne příliš energicky. Měli byste se zaměřit na skutečnost, že pájení je obrysové, lesklé.

Samozřejmě moderní pájecí stanice Jsou vybaveny tepelně stabilizovanými páječkami, digitálním displejem a nastavitelnou teplotou ohřevu, ale ve srovnání s běžnou páječkou jsou příliš drahé. Proto s nepatrnými objemy pájecí práce je docela možné dělat s konvenční páječkou s regulátorem tyristorového výkonu. Současně se kvalita pájení, které nemusí být hned, ukáže být vynikající, dosažena praxí.

Další oblastí použití tyristorových regulátorů je ovládání jasu. Tyto regulátory se prodávají v elektrických obchodech ve formě běžných nástěnných spínačů s otočnou rukojetí. Ale zde záloha spočívá v čekání na kupujícího: moderní úsporné žárovky (v literatuře často označované jako kompaktní zářivky (CFL)), prostě s těmito regulátory nechtějí pracovat.

Stejná nepředvídatelná varianta se ukáže v případě regulace jasu LED lamp. Nejsou určeny pro takovou práci, a to je vše: usměrňovací můstek s elektrolytickým kondenzátorem umístěným uvnitř CFL jednoduše nenechá tyristor fungovat. Proto lze nastavitelné „noční světlo“ s takovým regulátorem vytvořit pouze pomocí žárovky.

Zde byste však měli pamatovat elektronické transformátorykonstruované pro napájení halogenových žárovek a v amatérských rádiových designech pro různé účely. V těchto transformátorech není po usměrňovacím můstku z nějakého důvodu zjevně za účelem úspory nebo jednoduše zmenšení velikosti nainstalován elektrolytický kondenzátor. Právě tato „úspora“ vám umožňuje upravit jas lamp pomocí tyristorových regulátorů.

Pokud zatěžujete svou představivost, stále najdete mnoho dalších oblastí, kde je zapotřebí použití tyristorových regulátorů. Jednou z těchto oblastí je regulace otáček elektrického nářadí: vrtačky, brusky, šroubováky, rotační kladiva atd. atd. Regulátory tyristorů jsou přirozeně umístěny uvnitř přístrojů napájených střídavým proudem.Sledovat -Druhy a uspořádání otáček kolektorových otáček motoru.

Veškerý takový regulátor je zabudován do ovládacího tlačítka a je malou krabicí vloženou do rukojeti vrtáku. Stupeň stisknutí tlačítka určuje frekvenci otáčení kazety. V případě poruchy se celá krabice okamžitě změní: pro zjevnou jednoduchost konstrukce není takový regulátor absolutně vhodný k opravě.

V případě nástrojů běžících na stejnosměrný proud z baterií se řízení výkonu provádí pomocí tranzistory mosfet metoda modulace šířky pulsu. Frekvence PWM dosahuje několika kilohertz, takže skrz tělo šroubováku můžete slyšet vysokofrekvenční pískání. Toto zavrčení motoru vinutí.

V tomto článku se však budou brát v úvahu pouze regulátory výkonu tyristorů.Před započetím regulačního obvodu byste si proto měli pamatovat, jak to funguje tyristor.

Abychom příběh nekomplikovali, nebudeme považovat tyristor ve formě jeho čtyřvrstvé struktury p-n-p-n, nakreslit charakteristiku proudového napětí, ale jednoduše slovy popsat, jak to funguje, tyristor. Nejprve v obvodu stejnosměrného proudu, i když v těchto obvodech se tyristory téměř nepoužívají. Koneckonců, vypnutí tyristoru pracujícího na stejnosměrný proud je docela obtížné. Je to stejné jako zastavení koně.

Nicméně vysoké proudy a vysoké napětí tyristorů přitahují vývojáře různých, zpravidla docela výkonných stejnosměrných zařízení. Chcete-li vypnout tyristory, musíte jít na různé komplikace obvodů, triků, ale obecně jsou výsledky pozitivní.

Označení tyristorů na schématech zapojení je znázorněno na obrázku 1.

Obrázek 1. Tyristor

Je snadné vidět, že při označení obvodů je tyristor velmi podobný obyčejná dioda. Když se podíváte, pak má tyristor také jednostrannou vodivost, a proto může napravit střídavý proud. Učiní to však pouze tehdy, když je kladné napětí přivedeno na regulační elektrodu vzhledem k katodě, jak je znázorněno na obrázku 2. Podle staré terminologie byl tyristor někdy nazýván řízenou diodou. Pokud není použit řídicí impuls, je tyristor uzavřen v libovolném směru.

Obrázek 2

Jak zapnout LED

Všechno je zde velmi jednoduché. Ke zdroji stejnosměrného napětí 9V (můžete použít baterii „Krona“) prostřednictvím tyristorové Vsx připojené LED HL1 s omezovacím odporem R3. Pomocí tlačítka SB1 může být napětí z děliče R1, R2 přivedeno na řídicí elektrodu tyristoru a poté se tyristor otevře, LED začne svítit.

Pokud tlačítko nyní uvolníte, přestaňte jej držet stisknuté, poté by měla LED svítit dál. Takové krátké stisknutí tlačítka lze nazvat impulsem. Opakované a dokonce i opakované stisknutí tohoto tlačítka nic nezmění: LED nezhasne, ale nebude svítit jasněji nebo stmívačem.

Lisováno - uvolněno a tyristor zůstal otevřený. Navíc je tato podmínka stabilní: tyristor bude otevřený, dokud jej vnější vlivy neodstraní z tohoto stavu. Toto chování obvodu naznačuje dobrý stav tyristoru, jeho vhodnost pro práci ve vyvíjeném nebo opravovaném zařízení.

Malá poznámka

Ale z tohoto pravidla jsou často výjimky: tlačítko je stisknuto, LED se rozsvítí a když je tlačítko uvolněno, zhaslo, jako by se nic nestalo. A co je úlovek, co jsi udělal špatně? Možná bylo tlačítko stisknuto nedostatečně dlouho nebo příliš fanaticky? Ne, všechno bylo provedeno celkem svědomitě. Je to tak, že proud přes LED se ukázal být menší než přidržovací proud tyristorů.

Aby byl popsaný experiment úspěšný, stačí vyměnit LED za žárovku, pak se proud zvýší, nebo si vyberete tyristor s nižším udržovacím proudem. Tento parametr pro tyristory má významný rozptyl, někdy je dokonce nutné vybrat tyristor pro konkrétní obvod. Navíc jedna značka, s jedním písmenem a z jedné krabice. Importované tyristory, které byly nedávno upřednostněny, jsou s tímto proudem o něco lepší: je snazší koupit a parametry jsou lepší.

Jak uzavřít tyristor

Žádný signál aplikovaný na řídicí elektrodu nemůže tyristor zavřít a vypnout LED: řídicí elektroda může zapnout pouze tyristor. Existují samozřejmě uzamykatelné tyristory, ale jejich účel je poněkud jiný než banální regulátory výkonu nebo jednoduché přepínače. Konvenční tyristor lze vypnout pouze přerušením proudu v anodě - katodové sekci.

To lze provést nejméně třemi způsoby. Nejprve hloupě odpojte celý obvod od baterie. Vyvolejte obrázek 2. LED se přirozeně zhasne.Když se však znovu připojí, nezapne se sám, protože tyristor zůstal uzavřený. Tato podmínka je také udržitelná. A aby ho vyvedl z tohoto stavu, aby zapálil světlo, pomůže pouze stisknutí tlačítka SB1.

Druhým způsobem, jak přerušit proud tyristorem, je jednoduše odebrat a zkrátit svorky katody a anody pomocí propojky. V tomto případě bude celý propojovací proud, v našem případě pouze LED, protékat propojkou a proud tyristorem bude nulový. Po odstranění propojky se tyristor uzavře a LED zhasne. V experimentech s podobnými schématy se pinzeta nejčastěji používá jako propojka.

Předpokládejme, že místo LED v tomto obvodu bude dostatečně výkonná topná cívka s vysokou tepelnou setrvačností. Pak se ukáže téměř připravený regulátor výkonu. Pokud je tyristor zapnut tak, že spirála je zapnuta na 5 sekund a vypnuta na stejnou dobu, je ve spirále přiděleno 50 procent energie. Pokud během tohoto desetisekundového cyklu trvá zapnutí pouze 1 sekundu, je zřejmé, že spirála uvolní ze své energie pouze 10% tepla.

Přibližně s takovými časovými cykly, měřenými v sekundách, pracuje mikrovlnná regulace výkonu. Jednoduše pomocí relé se RF záření zapíná a vypíná. Regulátory tyristorů pracují na frekvenci sítě, kde je čas měřen v milisekundách.

Třetí způsob, jak vypnout tyristor

Spočívá ve snížení zátěžového napětí na nulu nebo dokonce v obrácení polarity napájecího napětí. To je přesně situace, kdy jsou tyristorové obvody napájeny střídavým sinusovým proudem.

Když sinusoid prochází nulou, změní své znaménko na opačnou stranu, takže proud tyristorem bude menší než přidržovací proud a pak se úplně rovná nule. Problém vypnutí tyristoru je tedy vyřešen, jako by sám.

Regulátory výkonu tyristorů. Fázová regulace

Věc je tedy ponechána na malém. Chcete-li získat fázové řízení, stačí použít kontrolní puls v určitou dobu. Jinými slovy, puls musí mít určitou fázi: čím blíže je na konci poločasu střídavého napětí, tím menší bude amplituda napětí na zátěži. Metoda řízení fáze je znázorněna na obrázku 3.

Obrázek 3. Fázová regulace

V horním fragmentu obrazu je řídicí impuls aplikován téměř na samém začátku půlvlny sinusoidu, fáze řídícího signálu je téměř nulová. Na obrázku je tato doba t1, proto se tyristor otevírá téměř na začátku poločasu a v zátěži je přidělen výkon blízký maximu (pokud by v obvodu nebyly žádné tyristory, byl by výkon maximální).

Samotné řídicí signály nejsou na tomto obrázku zobrazeny. Ideálně jsou to krátké impulsy, pozitivní vůči katodě, aplikované v určité fázi na řídicí elektrodu. V nejjednodušších schématech to může být lineárně rostoucí napětí získané nabitím kondenzátoru. Toto bude diskutováno níže.

Na průměrném grafu je řídicí puls aplikován uprostřed polovičního cyklu, který odpovídá fázovému úhlu Π / 2 nebo času t2, takže v zátěži je přidělena pouze polovina maximálního výkonu.

Ve spodním grafu se otevírací impulsy aplikují velmi blízko ke konci poločasu, tyristor se otevírá téměř předtím, než se musí uzavřít, podle grafu je tento čas označen jako t3, takže výkon v zátěži je přidělen nevýznamný.

Spínací obvody tyristorů

Po krátkém přezkumu principu fungování tyristorů můžete pravděpodobně přinést několik obvodů regulátoru výkonu. Nic zde není vynalezeno, vše najdete na internetu nebo ve starých rozhlasových časopisech. Článek jednoduše poskytuje stručný přehled a popis práce obvody regulátoru tyristorů. Při popisu fungování obvodů bude věnována pozornost tomu, jak jsou tyristory použity, jaké spínací obvody tyristorů existují.

Jak bylo řečeno na samém začátku článku, tyristor usměrňuje střídavé napětí jako normální dioda. Ukázalo se, že poloviční vlna usměrnění. Jednou, právě tak, diodou se rozsvítily žárovky na schodištích: v očích se vlnilo velmi málo světla, ale pak lampy velmi zřídka shořely. Totéž se stane, pokud je stmívač proveden na jednom tyristoru, objevuje se pouze možnost regulace již tak nevýznamného jasu.

Regulátory výkonu proto regulují oba poloviční cykly síťového napětí. K tomu je použito paralelního spojení tyristorů, triakové nebo zahrnutí tyristoru do úhlopříčky usměrňovacího můstku.

Pro jasnost tohoto tvrzení budeme dále zvažovat několik obvodů regulátorů výkonu tyristorů. Někdy se nazývají regulátory napětí a které jméno je přesnější, je obtížné je řešit, protože spolu s regulací napětí je také regulována energie.

Nejjednodušší tyristorový regulátor

Je určen k regulaci výkonu páječky. Jeho obvod je znázorněn na obrázku 4.

Obrázek 4. Schéma nejjednoduššího regulátoru výkonu tyristorů

K regulaci výkonu páječky od nuly nemá smysl. Proto se můžeme omezit na regulaci pouze jednoho polovičního cyklu síťového napětí, v tomto případě kladného. Záporný poloviční cyklus prochází beze změn diodou VD1 přímo do páječky, což zajišťuje jeho poloviční výkon.

Pozitivní poloviční cyklus prochází tyristorem VS1, což umožňuje regulaci. Ovládací obvod tyristorů je velmi jednoduchý. Jedná se o rezistory R1, R2 a kondenzátor C1. Kondenzátor je nabíjen obvodem: horní vodič obvodu, R1, R2 a kondenzátor C1, zatížení, spodní vodič obvodu.

K kladné svorce kondenzátoru je připojena řídicí tyristorová elektroda. Když napětí přes kondenzátor stoupne na zapínací napětí tyristoru, ten se otevře, přičemž do zátěže přechází kladný poloviční cyklus napětí nebo spíše jeho část. Kondenzátor C1 se přirozeně vybíjí, čímž se připravuje na další cyklus.

Rychlost nabíjení kondenzátoru je regulována pomocí proměnného rezistoru R1. Čím rychleji se kondenzátor nabíjí k otevíracímu napětí tyristoru, tím dříve se tyristor otevírá, tím větší část kladného polovičního cyklu napětí vstupuje do zátěže.

Obvod je jednoduchý, spolehlivý, je docela vhodný pro páječku, i když reguluje pouze jednu polovinu periody síťového napětí. Velmi podobný diagram je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5. Regulátor výkonu tyristorů

Je to poněkud komplikovanější než ten předchozí, ale umožňuje to plynulejší a přesnější nastavení díky skutečnosti, že obvod generování řídicích impulzů je sestaven na dvojpásmovém tranzistoru KT117. Tento tranzistor je určen k vytváření generátorů impulsů. Zdá se, že více není schopno nic jiného. Podobný obvod je používán v mnoha regulátorech výkonu, stejně jako při přepínání zdrojů napájení jako ovladač spouštěcího impulsu.

Jakmile napětí na kondenzátoru C1 dosáhne prahové hodnoty tranzistoru, otevře se tranzistor a na pinu B1 se objeví kladný impulz, čímž se otevře tyristor VS1. Rezistor R1 může upravit rychlost nabíjení kondenzátoru.

Čím rychleji se kondenzátor nabíjí, tím dříve se otevírací impulz objeví, tím větší napětí vstupuje do zátěže. Druhá půlvlna síťového napětí přechází do zátěže diodou VD3 beze změn. Usměrňovač VD2, R5, Zenerova dioda VD1 se používá k napájení obvodu pro regulaci pulzů.

Zde se můžete zeptat, a jakmile se tranzistor otevře, jaká je prahová hodnota? K otevření tranzistoru dochází v době, kdy napětí na jeho emitoru E překračuje napětí na bázi B1. Základny B1 a B2 nejsou rovnocenné, pokud jsou zaměněny, generátor nebude fungovat.

Obrázek 6 ukazuje obvod, který vám umožní upravit oba poloběžné cykly napětí.

Obrázek 6

Schéma je a stmívač. Síťové napětí je usměrněno můstkem VD1-VD4, poté je zvlněné napětí přiváděno do svítilny EL1, tyristor VS1 a přes odpory R3, R4 do zenerových diod VD5, VD6, ze kterých je napájen řídicí obvod. Použití usměrňovacího můstku v obvodu umožňuje regulaci kladných a záporných poločasů pomocí pouze jednoho tyristoru.

Řídicí obvod je také prováděn na dvoustupňovém tranzistoru KT117A. Rychlost nabíjení časovacího kondenzátoru C2 se mění rezistorem R6, což způsobuje změnu fáze řídicího signálu tyristoru.

O tomto obvodu lze poznamenat malou poznámku: proud v zátěži sestává pouze z kladných půl cyklů sítě získaných za usměrňovačem můstku. Pokud je požadováno získat pozitivní a negativní části sinusoidu v zátěži, stačí zapnout zátěž ihned po pojistce, aniž by se v obvodu něco změnilo. Namísto nákladu jednoduše nainstalujte propojku. Takový obvod je znázorněn na obr. 7.

Obrázek 7. Schéma regulátoru výkonu tyristorů

Tranzistor KT117 je vynálezem sovětského elektronického průmyslu a nemá žádné cizí analogy, ale pokud je to nutné, lze jej sestavit ze dvou tranzistorů podle obvodu zobrazeného na obrázku 8. Najednou se někdo zaváže sestavit podobný obvod, kde mohu takový tranzistor získat?

Obrázek 8

V obvodech znázorněných na obrázcích 6 a 7 se tyristor používá v kombinaci s diodovým můstkem. Toto zahrnutí umožňuje pomocí jednoho tyristoru řídit obě poloviny periody střídavého napětí. Současně se však objevují 4 další diody, které obecně zvětšují rozměry struktury.

Pokračování článku: Regulátory výkonu tyristorů. Obvody se dvěma tyristory

Boris Aladyshkin