Régulateurs de puissance à thyristors

Les contrôleurs de puissance à thyristors sont l'une des conceptions de radio amateur les plus courantes, et cela n'est pas surprenant. Après tout, tous ceux qui ont déjà utilisé un fer à souder ordinaire de 25 à 40 watts, sa capacité à surchauffer est même très bien connu. Le fer à souder commence à fumer et à siffler, puis, assez tôt, la piqûre en étain s'éteint, devient noire. Souder avec un tel fer à souder est déjà complètement impossible.

Et ici, le régulateur de puissance vient à la rescousse, à l'aide duquel vous pouvez régler la température de soudage de manière assez précise. Il doit être guidé par le fait que lorsqu'un fer à souder touche un morceau de colophane, il fume bien, donc, moyen, sans sifflement et éclaboussures, pas très vigoureusement. Vous devez vous concentrer sur le fait que la soudure est contour, brillante.

Bien sûr stations de soudage modernes Ils sont équipés de fers à souder stabilisés thermiquement, d'affichages numériques et de températures de chauffage réglables, mais ils sont trop chers par rapport à un fer à souder conventionnel. Par conséquent, avec des volumes insignifiants de travail de soudure, il est tout à fait possible de le faire avec un fer à souder conventionnel avec un régulateur de puissance à thyristor. Dans le même temps, la qualité de la soudure, qui peut ne pas être immédiate, se révélera excellente, est obtenue par la pratique.

Un autre domaine d'application des régulateurs à thyristors est contrôle de la luminosité. Ces régulateurs sont vendus dans les magasins d'électricité sous la forme d'interrupteurs muraux conventionnels avec une poignée rotative. Mais ici, l'embuscade attend l'acheteur: lampes à économie d'énergie modernes (souvent appelés dans la littérature lampes fluorescentes compactes (LFC)), ils ne veulent tout simplement pas travailler avec de tels régulateurs.

La même option imprévisible se révélera dans le cas de la régulation de la luminosité des lampes LED. Eh bien, ils ne sont pas destinés à un tel travail, et c'est tout: le pont redresseur avec un condensateur électrolytique situé à l'intérieur du CFL ne laissera tout simplement pas le thyristor fonctionner. Par conséquent, une "veilleuse" réglable avec un tel régulateur ne peut être créée qu'en utilisant une lampe à incandescence.

Cependant, ici, vous devez vous rappeler transformateurs électroniquesconçu pour alimenter les lampes halogènes, et dans les conceptions de radio amateur à des fins diverses. Dans ces transformateurs, après le pont redresseur, pour une raison quelconque, apparemment afin d'économiser, ou simplement de réduire la taille, aucun condensateur électrolytique n'est installé. C'est cette «économie» qui vous permet de régler la luminosité des lampes à l'aide de régulateurs à thyristors.

Si vous mettez votre imagination à rude épreuve, vous pouvez toujours trouver de nombreux autres domaines dans lesquels l'utilisation de régulateurs à thyristors est requise. L'un de ces domaines est la régulation des révolutions des outils électriques: perceuses, meuleuses, tournevis, marteaux rotatifs, etc. etc. Naturellement, les régulateurs à thyristors sont situés à l'intérieur d'instruments alimentés par le courant alternatif.Regarder -Types et disposition des révolutions du régime moteur du capteur.

Tout un tel régulateur est intégré dans le bouton de commande et est une petite boîte insérée dans la poignée de la perceuse. Le degré de pression sur le bouton détermine la fréquence de rotation de la cartouche. En cas de panne, l'ensemble du coffret change immédiatement: malgré toute la simplicité apparente de la conception, un tel détendeur n'est absolument pas adapté à la réparation.

Dans le cas d'outils fonctionnant au courant continu à partir de batteries, le contrôle de puissance est effectué à l'aide de transistors mosfet méthode de modulation de largeur d'impulsion. La fréquence PWM atteint plusieurs kilohertz, donc à travers le corps du tournevis, vous pouvez entendre un grincement haute fréquence. Ce bobinage de moteur grinçant.

Mais dans cet article, seuls les contrôleurs de puissance à thyristors seront pris en compte.Par conséquent, avant de considérer le circuit du régulateur, vous devez vous rappeler comment il fonctionne thyristor.

Afin de ne pas compliquer l'histoire, nous ne considérerons pas le thyristor sous la forme de sa structure p-n-p-n à quatre couches, dessinerons une caractéristique courant-tension, mais décrirons simplement en mots comment il fonctionne, le thyristor. Pour commencer, dans un circuit à courant continu, bien que les thyristors ne soient presque pas utilisés dans ces circuits. Après tout, il est assez difficile de désactiver le thyristor fonctionnant en courant continu. C’est la même chose que d’arrêter le cheval.

Néanmoins, les courants et les tensions élevés des thyristors attirent les développeurs de divers équipements CC assez puissants. Pour désactiver les thyristors, vous devez vous rendre à diverses complications des circuits, astuces, mais en général les résultats sont positifs.

La désignation du thyristor sur les schémas de circuit est illustrée à la figure 1.

Figure 1. Thyristor

Il est facile de voir que dans sa désignation sur les circuits, le thyristor est très similaire à diode ordinaire. Si vous regardez, alors, le thyristor a également une conductivité unilatérale et peut donc rectifier le courant alternatif. Mais il ne le fera que si une tension positive est appliquée à l'électrode de commande par rapport à la cathode, comme le montre la figure 2. Selon l'ancienne terminologie, le thyristor était parfois appelé diode contrôlée. Tant que l'impulsion de commande n'est pas appliquée, le thyristor est fermé dans n'importe quelle direction.

Figure 2

Comment allumer la LED

Ici, tout est très simple. Vers la source de tension continue 9V (vous pouvez utiliser la batterie "Krona") via le thyristor Vsx connecté LED HL1 avec une résistance de limitation R3. En utilisant le bouton SB1, la tension du diviseur R1, R2 peut être appliquée à l'électrode de commande du thyristor, puis le thyristor s'ouvrira, la LED commencera à briller.

Si maintenant relâchez le bouton, arrêtez de le maintenir enfoncé, alors la LED devrait continuer à s'allumer. Une pression aussi courte sur le bouton peut être appelée impulsion. Une pression répétée et même répétée sur ce bouton ne changera rien: la LED ne s'éteindra pas, mais elle ne brillera pas plus ou ne variera pas.

Pressé - relâché et le thyristor est resté ouvert. De plus, cette condition est stable: le thyristor sera ouvert jusqu'à ce que des influences extérieures le retirent de cet état. Ce comportement du circuit indique le bon état du thyristor, son aptitude au travail dans l'appareil développé ou réparé.

Petite remarque

Mais des exceptions à cette règle se produisent souvent: le bouton est enfoncé, la LED s'allume et lorsque le bouton est relâché, il s'éteint, comme si de rien n'était. Et quel est le problème, qu'avez-vous fait de mal? Peut-être que le bouton n'a pas été pressé assez longtemps ou pas de manière très fanatique? Non, tout a été fait assez consciencieusement. C'est juste que le courant à travers la LED s'est avéré être inférieur au courant de maintien du thyristor.

Pour que l'expérience décrite soit réussie, il vous suffit de remplacer la LED par une lampe à incandescence, puis le courant deviendra plus important, ou choisissez un thyristor avec un courant de maintien plus faible. Ce paramètre pour les thyristors a une dispersion importante, il est même parfois nécessaire de sélectionner un thyristor pour un circuit spécifique. De plus, une marque, avec une lettre et dans une boîte. Les thyristors importés, qui ont récemment été préférés, sont un peu meilleurs avec ce courant: il est plus facile à acheter et les paramètres sont meilleurs.

Comment fermer un thyristor

Aucun signal appliqué à l'électrode de commande ne peut fermer le thyristor et éteindre la LED: l'électrode de commande ne peut allumer que le thyristor. Il existe bien sûr des thyristors verrouillables, mais leur fonction est quelque peu différente de celle des contrôleurs de puissance banaux ou des commutateurs simples. Un thyristor conventionnel ne peut être désactivé qu'en interrompant le courant à travers la section anode-cathode.

Cela peut se faire d'au moins trois façons. Tout d'abord, déconnectez bêtement tout le circuit de la batterie. Rappelons la figure 2. Naturellement, la LED s'éteindra.Mais une fois reconnecté, il ne s'allumera pas tout seul, car le thyristor est resté fermé. Cette condition est également durable. Et pour le faire sortir de cet état, pour allumer la lumière, seule l'appui sur le bouton SB1 vous aidera.

La deuxième façon d'interrompre le courant à travers le thyristor consiste simplement à prendre et à court-circuiter les bornes de la cathode et de l'anode avec un cavalier. Dans ce cas, l'intégralité du courant de charge, dans notre cas ce n'est qu'une LED, passera par le cavalier, et le courant par le thyristor sera nul. Une fois le cavalier retiré, le thyristor se fermera et la LED s'éteindra. Dans les expériences avec des schémas similaires, les pincettes sont le plus souvent utilisées comme cavalier.

Supposons qu'au lieu d'une LED dans ce circuit, il y ait une bobine de chauffage suffisamment puissante avec une grande inertie thermique. Ensuite, il s'avère que le régulateur de puissance est presque prêt. Si le thyristor est commuté de telle manière que la spirale est activée pendant 5 secondes et désactivée pendant la même durée, alors 50% de la puissance est allouée dans la spirale. Si, pendant ce cycle de dix secondes, la mise en marche ne prend que 1 seconde, il est évident que la spirale ne dégagera que 10% de la chaleur de sa puissance.

Avec approximativement de tels cycles temporels, mesurés en secondes, le contrôle de puissance des micro-ondes fonctionne. En utilisant simplement un relais, le rayonnement RF est activé et désactivé. Les contrôleurs à thyristors fonctionnent à la fréquence du secteur, où le temps est mesuré en millisecondes.

La troisième façon d'éteindre le thyristor

Elle consiste à réduire à zéro la tension de charge, voire à inverser la polarité de la tension d'alimentation. C'est précisément la situation obtenue lorsque les circuits des thyristors sont alimentés en courant sinusoïdal alternatif.

Lorsque la sinusoïde passe par zéro, elle change son signe à l'opposé, de sorte que le courant à travers le thyristor devient inférieur au courant de maintien, puis complètement égal à zéro. Ainsi, le problème de la coupure du thyristor est résolu comme par lui-même.

Contrôleurs de puissance à thyristors. Régulation de phase

Donc, la question est laissée aux petits. Pour obtenir un contrôle de phase, il vous suffit d'appliquer une impulsion de contrôle à un certain moment. En d'autres termes, l'impulsion doit avoir une certaine phase: plus elle est proche de la fin du demi-cycle de la tension alternative, plus l'amplitude de la tension sera faible sur la charge. La méthode de contrôle de phase est illustrée à la figure 3.

Figure 3. Régulation de phase

Dans le fragment supérieur de l'image, l'impulsion de commande est appliquée presque au tout début de la demi-onde de la sinusoïde, la phase du signal de commande est proche de zéro. Sur la figure, ce temps est t1, donc le thyristor s'ouvre presque au début du demi-cycle, et une puissance proche du maximum est allouée dans la charge (s'il n'y avait pas de thyristors dans le circuit, la puissance serait maximale).

Les signaux de commande eux-mêmes ne sont pas représentés sur cette figure. Idéalement, ce sont de courtes impulsions positives par rapport à la cathode, qui sont appliquées dans une certaine phase à l'électrode de commande. Dans les schémas les plus simples, cela peut être une tension croissant linéairement obtenue en chargeant un condensateur. Ceci sera discuté ci-dessous.

Sur le graphique moyen, l'impulsion de commande est appliquée au milieu du demi-cycle, ce qui correspond à l'angle de phase Π / 2 ou au temps t2, par conséquent, seule la moitié de la puissance maximale est allouée dans la charge.

Dans le graphique inférieur, les impulsions d'ouverture sont appliquées très près de la fin du demi-cycle, le thyristor s'ouvre presque avant de devoir se fermer, selon le graphique, cette fois est indiqué comme t3, donc la puissance dans la charge est allouée de manière insignifiante.

Circuits de commutation à thyristors

Après une brève revue du principe de fonctionnement des thyristors, vous pouvez sans doute apporter plusieurs circuits de régulation de puissance. Rien n'est inventé ici, tout se trouve sur Internet ou dans les vieux magazines radio. L'article fournit simplement un bref aperçu et une description de poste circuits régulateurs à thyristors. Lors de la description du fonctionnement des circuits, une attention sera portée à l'utilisation des thyristors, aux circuits de commutation des thyristors existants.

Comme cela a été dit au tout début de l'article, le thyristor rectifie une tension alternative comme une diode régulière. Il s'avère que la rectification demi-onde. Il était une fois, à travers une diode, des lampes à incandescence sur les cages d'escalier allumées: il y avait un peu de lumière, elle éblouissait dans mes yeux, mais ensuite les lampes s'éteignent très rarement. La même chose se produit si le variateur est réalisé sur un thyristor, seule la possibilité de régler une luminosité déjà insignifiante apparaît.

Par conséquent, les contrôleurs de puissance contrôlent les deux demi-cycles de la tension secteur. Pour cela, une connexion contre-parallèle des thyristors est appliquée, triacs ou l'inclusion d'un thyristor dans la diagonale du pont redresseur.

Pour la clarté de cette déclaration, nous considérerons en outre plusieurs circuits de contrôleurs de puissance à thyristors. Parfois, ils sont appelés régulateurs de tension, et quel nom est plus correct, il est difficile à résoudre, car avec la régulation de la tension, la puissance est également régulée.

Le régulateur de thyristor le plus simple

Il est conçu pour réguler la puissance du fer à souder. Son circuit est illustré à la figure 4.

Figure 4. Schéma du contrôleur de puissance à thyristor le plus simple

Pour régler la puissance du fer à souder, à partir de zéro, cela ne sert à rien. Par conséquent, nous pouvons nous limiter à réguler seulement un demi-cycle de la tension du secteur, dans ce cas, positif. Le demi-cycle négatif passe sans modifications à travers la diode VD1 directement au fer à souder, ce qui assure sa demi-puissance.

Le demi-cycle positif traverse le thyristor VS1, permettant une régulation. Le circuit de commande des thyristors est extrêmement simple. Ce sont les résistances R1, R2 et le condensateur C1. Le condensateur est chargé à travers le circuit: le fil supérieur du circuit, R1, R2 et le condensateur C1, charge, le fil inférieur du circuit.

Une électrode de commande à thyristor est connectée à la borne positive du condensateur. Lorsque la tension aux bornes du condensateur augmente jusqu'à la tension d'activation du thyristor, ce dernier s'ouvre, passant un demi-cycle de tension positive dans la charge, ou plutôt une partie de celle-ci. Le condensateur C1 se décharge naturellement, préparant ainsi le cycle suivant.

La vitesse de charge du condensateur est régulée à l'aide d'une résistance variable R1. Plus le condensateur est chargé rapidement à la tension d'ouverture du thyristor, plus le thyristor s'ouvre tôt, plus la demi-période positive de la tension entrera dans la charge.

Le circuit est simple, fiable, il est tout à fait adapté à un fer à souder, bien qu'il ne régule qu'une demi-période de la tension secteur. Un diagramme très similaire est illustré à la figure 5.

Figure 5. Contrôleur de puissance à thyristors

Il est un peu plus compliqué que le précédent, mais il vous permet de régler plus en douceur et avec précision, car le circuit de génération d'impulsions de commande est assemblé sur un transistor à double base KT117. Ce transistor est conçu pour créer des générateurs d'impulsions. De plus, semble-t-il, n'est capable de rien d'autre. Un circuit similaire est utilisé dans de nombreux contrôleurs de puissance, ainsi que dans la commutation d'alimentations en tant que pilote pour une impulsion de déclenchement.

Dès que la tension aux bornes du condensateur C1 atteint le seuil du transistor, celui-ci s'ouvre et une impulsion positive apparaît sur la broche B1, ouvrant le thyristor VS1. La résistance R1 peut ajuster le taux de charge du condensateur.

Plus le condensateur est chargé rapidement, plus l'impulsion d'ouverture apparaît tôt, plus la tension pénètre dans la charge. La deuxième demi-onde de la tension secteur passe dans la charge à travers la diode VD3 sans changement. Un redresseur VD2, R5, une diode Zener VD1 est utilisé pour alimenter le circuit de mise en forme d'impulsion de commande.

Ici, vous pouvez demander, et lorsque le transistor s'ouvre, quel est le seuil? L'ouverture du transistor se produit à un moment où la tension à son émetteur E dépasse la tension à la base de B1. Les bases B1 et B2 ne sont pas équivalentes, si elles sont échangées, le générateur ne fonctionnera pas.

La figure 6 montre un circuit qui vous permet de régler les deux demi-cycles de tension.

Figure 6

Le diagramme est un gradateur. La tension du secteur est redressée par le pont VD1-VD4, après quoi la tension d'ondulation est fournie à la lampe EL1, thyristor VS1, et à travers les résistances R3, R4 aux diodes zener VD5, VD6, à partir desquelles le circuit de commande est alimenté. L'utilisation d'un pont redresseur dans le circuit permet la régulation des demi-cycles positifs et négatifs en utilisant un seul thyristor.

Le circuit de commande est également réalisé sur un transistor à deux bases KT117A. La vitesse de charge du condensateur de synchronisation C2 est modifiée par la résistance R6, ce qui provoque un changement de phase du signal de commande des thyristors.

Une petite remarque peut être faite à propos de ce circuit: le courant dans la charge n'est constitué que des demi-cycles positifs du réseau obtenus après le pont redresseur. S'il est nécessaire d'obtenir les parties positives et négatives de la sinusoïde dans la charge, il suffit, sans rien changer dans le circuit, d'allumer la charge immédiatement après le fusible. Au lieu de la charge, installez simplement un cavalier. Un tel circuit est illustré à la figure 7.

Figure 7. Schéma du contrôleur de puissance des thyristors

Le transistor KT117 est une invention de l'industrie électronique soviétique et n'a pas d'analogues étrangers, mais si nécessaire, il peut être assemblé à partir de deux transistors selon le circuit illustré à la figure 8. Soudain, quelqu'un entreprendra d'assembler un circuit similaire, où puis-je obtenir un tel transistor?

Figure 8

Dans les circuits représentés sur les figures 6 et 7, le thyristor est utilisé en combinaison avec un pont de diodes. Cette inclusion permet à l'aide d'un thyristor de contrôler les deux demi-périodes de tension alternative. Mais en même temps, 4 diodes supplémentaires apparaissent, ce qui augmente généralement les dimensions de la structure.

Suite de l'article: Contrôleurs de puissance à thyristors. Circuits à deux thyristors

Boris Aladyshkin