Tiristoru strāvas regulatori

Tiristoru jaudas kontrolieri ir viens no visizplatītākajiem radioamatieru projektējumiem, un tas nav pārsteidzoši. Galu galā ikvienam, kurš kādreiz ir izmantojis parasto 25 - 40 vatu lodāmuru, tā spēja pārkarst ir pat ļoti labi zināma. Lodāmurs sāk smēķēt un šņāc, pēc tam pietiekami ātri izkusušais dzelonis izdeg un kļūst melns. Lodēšana ar šādu lodāmuru jau ir pilnīgi neiespējama.

Un šeit strāvas regulators nonāk glābšanā, ar kura palīdzību jūs varat diezgan precīzi iestatīt lodēšanas temperatūru. Būtu jāvadās pēc tā, ka tad, kad lodāmurs pieskaras kolofonija gabalam, tas labi smēķē, tātad, vidēji, bez šņākšanas un šļakatām, ne pārāk enerģētiski. Jums vajadzētu koncentrēties uz to, ka lodēšana ir kontūra, spīdīga.

Protams mūsdienīgas lodēšanas stacijas tie ir aprīkoti ar termiski stabilizētiem lodāmuriem, digitālo displeju un regulējamu sildīšanas temperatūru, taču, salīdzinot ar parasto lodāmuru, tie ir pārāk dārgi. Tāpēc ar nenozīmīgiem lodēšanas darbu apjomiem to ir pilnīgi iespējams izdarīt ar parasto lodāmuru ar tiristora jaudas regulatoru. Tajā pašā laikā lodēšanas kvalitāte, kas var nebūt uzreiz, izrādīsies teicama, tiek panākta ar praksi.

Vēl viena tiristoru regulatoru piemērošanas joma ir spilgtuma kontrole. Šādus regulatorus elektriskajos veikalos pārdod parasto sienas slēdžu veidā ar rotējošu rokturi. Bet te slazds slēpjas pircēja gaidīšanā: modernas enerģijas taupīšanas lampas (literatūrā tos bieži dēvē par kompaktajām dienasgaismas spuldzēm (CFL)), viņi vienkārši nevēlas strādāt ar šādiem regulatoriem.

Tāda pati neparedzama opcija izrādīsies arī LED lampu spilgtuma regulēšanas gadījumā. Tie nav paredzēti šādam darbam, un tas arī ir: taisngrieža tilts ar elektrolītisko kondensatoru, kas atrodas CFL iekšpusē, vienkārši neļaus tiristoram darboties. Tāpēc regulējamu "naktsgaismu" ar šādu regulatoru var izveidot tikai, izmantojot kvēlspuldzi.

Tomēr šeit jums vajadzētu atcerēties par elektroniskie transformatoriparedzēti halogēna lampu darbināšanai un radioamatieru projektēšanai dažādiem mērķiem. Šajos transformatoros pēc taisngrieža tilta kaut kādu iemeslu dēļ, acīmredzot, lai ietaupītu vai vienkārši samazinātu izmēru, elektrolītiskais kondensators nav uzstādīts. Tieši šis “ietaupījums” ļauj pielāgot lampu spilgtumu, izmantojot tiristora regulatorus.

Ja jūs iztēlojaties savu iztēli, jūs joprojām varat atrast daudz vairāk jomu, kur nepieciešami tiristoru regulatori. Viena no šīm jomām ir elektroinstrumentu apgriezienu regulēšana: urbji, slīpmašīnas, skrūvgrieži, rotācijas āmuri utt. utt. Protams, tiristoru regulatori atrodas instrumentu iekšpusē, ko darbina ar maiņstrāvu.Skatīties -Kolektora motora apgriezienu tipi un izvietojums.

Viss šāds regulators ir iebūvēts vadības pogā un ir maza kaste, kas ievietota urbja rokturī. Pogas nospiešanas pakāpe nosaka kārtridža griešanās biežumu. Neveiksmes gadījumā visa kaste tiek nekavējoties mainīta: attiecībā uz visu acīmredzamo dizaina vienkāršību šāds regulators absolūti nav piemērots remontam.

Ja darbarīki darbojas ar bateriju līdzstrāvu, jaudas kontroli veic, izmantojot tranzistori mosfet impulsa platuma modulācijas metode. PWM frekvence sasniedz vairākus kilohercus, tāpēc caur skrūvgrieža korpusu var dzirdēt augstas frekvences čīkstēšanu. Šī čīkstēt motora tinumu.

Bet šajā rakstā tiks apskatīti tikai tiristora jaudas kontrolieri.Tāpēc, pirms apsvērt regulatora ķēdi, jums vajadzētu atcerēties, kā tā darbojas tiristoru.

Lai nesarežģītu stāstu, mēs neuzskatīsim tiristoru tā četrslāņu p-n-p-n struktūras formā, uzzīmēsim strāvas-sprieguma raksturlielumu, bet vienkārši vārdos aprakstīsim, kā tas darbojas, - tiristoru. Sākumā ar līdzstrāvas ķēdi, lai gan tiristorus šajās shēmās gandrīz neizmanto. Galu galā ir diezgan grūti izslēgt tiristoru, kas strādā pie līdzstrāvas. Tas ir tas pats, kas apturēt zirgu.

Neskatoties uz to, tiristoru lielās strāvas un augstspriegums piesaista dažādu, kā parasti, diezgan jaudīgu līdzstrāvas iekārtu izstrādātājus. Lai izslēgtu tiristorus, jums jāiet pie dažādām ķēžu komplikācijām, trikiem, taču kopumā rezultāti ir pozitīvi.

Tiristora apzīmējums shēmas diagrammās ir parādīts 1. attēlā.

1. attēls. Tiristors

Ir viegli redzēt, ka apzīmējumā uz ķēdēm tiristors ir ļoti līdzīgs parastā diode. Ja paskatās, tad tam, tiristoram, ir arī vienpusēja vadītspēja, un tāpēc tas var mainīt maiņstrāvu. Bet viņš to darīs tikai tad, ja vadības elektrodam attiecībā pret katodu tiek pielikts pozitīvs spriegums, kā parādīts 2. attēlā. Saskaņā ar veco terminoloģiju tiristoru dažreiz sauca par vadāmu diodi. Kamēr netiek piemērots vadības impulss, tiristoru aizver jebkurā virzienā.

2. attēls

Kā ieslēgt gaismas diodi

Šeit viss ir ļoti vienkārši. Uz līdzstrāvas sprieguma avotu 9V (jūs varat izmantot akumulatoru "Krona") caur tiristoru Vsx savienoto LED HL1 ar ierobežojošo rezistoru R3. Izmantojot pogu SB1, spriegumu no dalītāja R1, R2 var attiecināt uz tiristora vadības elektrodu, un tad tiristors atvērsies, gaismas diode sāk mirgot.

Ja tagad atlaidiet pogu, pārstājiet turēt to nospiestu, tad gaismas diodei jātur deg. Šādu īsu pogas nospiešanu var saukt par impulsu. Atkārtota un pat atkārtota šīs pogas nospiešana neko nemainīs: gaismas diode neizdzisīs, bet arī nespīdēs spožāk vai tuvāk.

Nospiests - atbrīvots, un tiristors palika atvērts. Turklāt šis nosacījums ir stabils: tiristors būs atvērts, līdz ārēja ietekme to noņems no šī stāvokļa. Šī ķēdes izturēšanās norāda uz tiristora labo stāvokli, tā piemērotību darbam ierīcē, kas tiek izstrādāta vai remontējama.

Maza piezīme

Bet šim noteikumam bieži ir izņēmumi: tiek nospiesta poga, iedegas gaismas diode, un, kad poga tiek atbrīvota, tā izgāja, it kā nekas nebūtu noticis. Un kas ir nozveja, ko jūs izdarījāt nepareizi? Varbūt poga tika nospiesta pietiekami ilgi vai ne pārāk fanātiski? Nē, viss tika darīts diezgan apzinīgi. Tas ir tikai tas, ka strāva caur gaismas diodi izrādījās mazāka par tiristora turēšanas strāvu.

Lai aprakstītais eksperiments būtu veiksmīgs, jums vienkārši jāaizstāj gaismas diode ar kvēlspuldzi, tad strāva kļūs lielāka vai arī jāizvēlas tiristors ar zemāku turēšanas strāvu. Šim tiristoru parametram ir ievērojama izkliede, dažreiz pat ir nepieciešams izvēlēties tiristoru konkrētai shēmai. Turklāt viens zīmols ar vienu burtu un no vienas kastes. Importētajiem tiristoriem, kuriem pēdējā laikā tiek dota priekšroka, šī strāva ir nedaudz labāka: tos ir vieglāk iegādāties, un parametri ir labāki.

Kā aizvērt tiristoru

Neviens signāls, kas tiek pievienots vadības elektrodam, nevar aizvērt tiristoru un izslēgt gaismas diodi: vadības elektrods var ieslēgt tikai tiristoru. Protams, ir bloķējami tiristori, taču to mērķis ir nedaudz atšķirīgs nekā banāli strāvas kontrolleri vai vienkārši slēdži. Parasto tiristoru var izslēgt, tikai pārtraucot strāvu caur anoda - katoda sekciju.

To var izdarīt vismaz trīs veidos. Pirmkārt, muļķīgi atvienojiet visu ķēdi no akumulatora. Atsaukt 2. attēlu. Protams, gaismas diode izslēgsies.Bet pēc atkārtota savienojuma tas pats neieslēgsies, jo tiristors ir palicis slēgts. Šis nosacījums ir arī ilgtspējīgs. Un, lai viņu izvestu no šī stāvokļa, iedegtu gaismu, palīdzēs tikai SB1 pogas nospiešana.

Otrais veids, kā pārtraukt strāvu caur tiristoru, ir vienkārši ņemt un saīsināt katoda un anoda spailes ar stieples džemperi. Šajā gadījumā visa slodzes strāva, mūsu gadījumā tas ir tikai gaismas diode, plūdīs caur džemperi, un strāva caur tiristoru būs nulle. Pēc tam, kad džemperis ir noņemts, tiristors aizveras un gaismas diode izslēdzas. Eksperimentos ar līdzīgām shēmām pinceti visbiežāk tiek izmantoti kā džemperi.

Pieņemsim, ka gaismas diodes vietā šajā shēmā būs pietiekami jaudīga sildīšanas spole ar augstu termisko inerci. Tad izrādās, ka gandrīz gatavs strāvas regulators. Ja tiristoru ieslēdz tā, lai spirāle tiktu ieslēgta uz 5 sekundēm un izslēgta uz tādu pašu laika periodu, spirālē tiek iedalīts 50 procentu jaudas. Ja šīs desmit sekunžu cikla laikā ieslēgšana prasa tikai 1 sekundi, tad ir acīmredzami, ka spirāle no tās jaudas atbrīvos tikai 10% siltuma.

Ar aptuveni šādiem laika cikliem, ko mēra sekundēs, darbojas mikroviļņu jaudas kontrole. Vienkārši izmantojot releju, RF starojums tiek ieslēgts un izslēgts. Tiristoru kontrolleri darbojas tīkla frekvencē, kur laiku mēra milisekundēs.

Trešais veids, kā izslēgt tiristoru

Tas sastāv no slodzes sprieguma samazināšanas līdz nullei vai pat barošanas sprieguma polaritātes apgriešanai. Tieši tāda ir situācija, kas iegūta, kad tiristora shēmas tiek piegādātas ar mainīgu sinusoidālu strāvu.

Kad sinusoīds iziet caur nulli, tas maina savu zīmi pretēji, tāpēc strāva caur tiristoru kļūst mazāka par turēšanas strāvu, un pēc tam pilnīgi vienāda ar nulli. Tādējādi tiristora izslēgšanas problēma tiek atrisināta it kā pati par sevi.

Tiristoru jaudas kontrolieri. Fāzes regulēšana

Tātad jautājums ir atstāts mazā ziņā. Lai iegūtu fāzes kontroli, jums vienkārši ir jāpiemēro vadības impulss noteiktā laikā. Citiem vārdiem sakot, impulsam jābūt noteiktai fāzei: jo tuvāk tas ir mainīgā sprieguma puscikla beigām, jo ​​mazāka slodzes sprieguma amplitūda. Fāzes vadības metode ir parādīta 3. attēlā.

3. attēls. Fāzes regulēšana

Attēla augšējā fragmentā vadības impulss tiek pielietots gandrīz pašā sinusoīda pusviļņa sākumā, vadības signāla fāze ir tuvu nullei. Attēlā šis laiks ir t1, tāpēc tiristors atveras gandrīz puscikla sākumā, un slodzē tiek piešķirta jauda, ​​kas ir tuvu maksimumam (ja ķēdē nebūtu tiristoru, jauda būtu maksimāla).

Paši vadības signāli šajā attēlā nav parādīti. Ideālā gadījumā tie ir īsi impulsi, pozitīvi attiecībā pret katodu, kas noteiktā fāzē tiek pielietoti vadības elektrodam. Vienkāršākajās shēmās tas var būt lineāri pieaugošs spriegums, ko iegūst, uzlādējot kondensatoru. Tas tiks apspriests turpmāk.

Vidējā grafikā vadības impulss tiek piemērots puscikla vidū, kas atbilst fāzes leņķim Π / 2 vai laikam t2, tāpēc slodzē tiek piešķirta tikai puse no maksimālās jaudas.

Zemākajā grafikā atvēršanas impulsus piemēro ļoti tuvu puscikla beigām, tiristors atveras gandrīz pirms tam jāslēdz, saskaņā ar grafiku šis laiks tiek norādīts kā t3, tāpēc jauda slodzē tiek piešķirta nenozīmīga.

Tiristora komutācijas shēmas

Pēc īsa tiristoru darbības principa pārskatīšanas jūs, iespējams, varat atnest vairākas jaudas regulatora ķēdes. Šeit nekas nav izgudrots, visu var atrast internetā vai vecos radiožurnālos. Rakstā vienkārši sniegts īss pārskats un darba apraksts tiristoru regulatora ķēdes. Aprakstot shēmu darbību, uzmanība tiks pievērsta tam, kā tiek izmantoti tiristori, kādas tiristoru komutācijas shēmas pastāv.

Kā tika teikts paša raksta sākumā, tiristors izmaina maiņstrāvu, piemēram, parasto diodi. Izrādās pusviļņu izlabošana. Reiz, tieši tāpat, caur diodi, kāpņu telpās ieslēdzās kvēlspuldzes: bija ļoti maz gaismas, acīs bija saraustītas acis, bet tad lampas izdeg ļoti reti. Tas pats notiek, ja dimmeris tiek veikts uz viena tiristora, parādās tikai iespēja regulēt jau nenozīmīgu spilgtumu.

Tāpēc strāvas kontrolieri kontrolē abus tīkla sprieguma pusciklus. Šim nolūkam tiek izmantots tiristoru pretparalēlais savienojums, triacs vai tiristora iekļaušana taisngrieža tilta diagonālē.

Šī paziņojuma skaidrībai mēs tālāk apsvērsim vairākas tiristora jaudas kontrolieru shēmas. Dažreiz tos sauc par sprieguma regulatoriem, un kurš nosaukums ir pareizāks, to ir grūti atrisināt, jo līdztekus sprieguma regulēšanai tiek regulēta arī jauda.

Vienkāršākais tiristora regulators

Tas ir paredzēts, lai regulētu lodāmura jaudu. Tās shēma ir parādīta 4. attēlā.

4. attēls. Vienkāršākā tiristora jaudas regulatora shēma

Lai regulētu lodāmura jaudu, sākot no nulles, nav jēgas. Tāpēc mēs varam aprobežoties tikai ar viena tīkla sprieguma puscikla, šajā gadījumā pozitīva, regulēšanu. Negatīvs puscikls bez izmaiņām iziet caur VD1 diodi tieši uz lodāmuru, kas nodrošina tā pusi jaudu.

Pozitīvais puscikls iziet caur tiristoru VS1, ļaujot regulēt. Tiristora vadības ķēde ir ārkārtīgi vienkārša. Tie ir rezistori R1, R2 un kondensators C1. Kondensators tiek uzlādēts caur ķēdi: ķēdes augšējais vads, R1, R2 un kondensators C1, slodze, ķēdes apakšējais vads.

Tiristora vadības elektrods ir savienots ar kondensatora pozitīvo spaili. Kad spriegums kondensatorā palielinās līdz tiristora ieslēgšanās spriegumam, tas atveras, nododot slodzē pozitīvu sprieguma vai drīzāk tā daļu. Kondensators C1 dabiski izlādējas, tādējādi gatavojoties nākamajam ciklam.

Kondensatora uzlādes ātrumu regulē, izmantojot mainīgu rezistoru R1. Jo ātrāk kondensators uzlādējas līdz tiristora atvēršanas spriegumam, jo ​​agrāk tiristors atveras, jo lielāka daļa no sprieguma pozitīvā puscikla nonāk slodzē.

Ķēde ir vienkārša, uzticama, tā ir diezgan piemērota lodāmuram, lai arī tā regulē tikai vienu tīkla sprieguma periodu. Ļoti līdzīga diagramma parādīta 5. attēlā.

5. attēls. Tiristora jaudas regulators

Tas ir nedaudz sarežģītāks nekā iepriekšējais, taču tas ļauj pielāgot vienmērīgāk un precīzāk, sakarā ar to, ka vadības impulsu ģenerēšanas ķēde ir samontēta uz KT117 dubultās bāzes tranzistora. Šis tranzistors ir paredzēts impulsu ģeneratoru izveidošanai. Liekas, ka vairāk tas neko citu nespēj. Līdzīga shēma tiek izmantota daudzos strāvas kontrolleros, kā arī barošanas avotu pārslēgšanā kā iedarbināšanas impulsa draiveris.

Tiklīdz spriegums pāri kondensatoram C1 sasniedz tranzistora slieksni, pēdējais atveras un uz tapas B1 parādās pozitīvs impulss, atverot tiristoru VS1. Rezistors R1 var pielāgot kondensatora uzlādes ātrumu.

Jo ātrāk tiek uzlādēts kondensators, jo agrāk parādās atvēršanas impulss, jo lielāks spriegums iekļūs slodzē. Tīkla sprieguma otrais pusvilnis bez izmaiņām nonāk caur slodzi caur VD3 diodi. Vadības impulsu formētāja ķēdes barošanai tiek izmantots taisngriezis VD2, R5, Zener diode VD1.

Šeit jūs varat jautāt, un, kad atveras tranzistors, kāds ir slieksnis? Transistora atvēršana notiek laikā, kad spriegums pie tā emitētāja E pārsniedz spriegumu B1 pamatnē. B1 un B2 pamati nav līdzvērtīgi, ja tos apmaina, ģenerators nedarbosies.

6. attēlā parādīta shēma, kas ļauj pielāgot abus sprieguma pusciklus.

6. attēls

Diagramma ir a dimmers. Tīkla spriegumu koriģē ar tiltu VD1-VD4, pēc kura pulsācijas spriegums tiek piegādāts lukturim EL1, tiristoram VS1 un caur rezistoriem R3, R4 uz zener diodēm VD5, VD6, no kurām tiek barota vadības ķēde. Taisngrieža tilta izmantošana ķēdē ļauj regulēt pozitīvos un negatīvos pusciklus, izmantojot tikai vienu tiristoru.

Vadības ķēde tiek veikta arī uz divu bāzu tranzistora KT117A. Laika kondensatora C2 uzlādes ātrumu maina rezistors R6, kas izraisa tiristora vadības signāla fāzes maiņu.

Par šo shēmu var izteikt nelielu piezīmi: slodzē esošā strāva sastāv tikai no pozitīvajiem tīkla puscikliem, kas iegūti pēc tilta taisngrieža. Ja slodzē ir nepieciešams iegūt pozitīvās un negatīvās sinusoīda daļas, ir pietiekami, nemainot neko ķēdē, ieslēgt slodzi tūlīt pēc drošinātāja. Kravas vietā vienkārši uzstādiet džemperi. Šāda shēma ir parādīta 7. attēlā.

7. attēls. Tiristora jaudas regulatora shēma

KT117 tranzistors ir padomju elektroniskās rūpniecības izgudrojums, un tam nav ārvalstu analogu, bet, ja nepieciešams, to var salikt no diviem tranzistoriem saskaņā ar 8. attēlā parādīto shēmu. Pēkšņi kāds apņemsies salikt līdzīgu shēmu, kur es varu iegūt šādu tranzistoru?

8. attēls

Ķēdēs, kas parādītas 6. un 7. attēlā, tiristoru izmanto kopā ar diodes tiltu. Šī iekļaušana ļauj ar viena tiristora palīdzību kontrolēt abus maiņstrāvas pusperiodus. Bet tajā pašā laikā parādās 4 papildu diodes, kas kopumā palielina struktūras izmērus.

Raksta turpinājums: Tiristoru jaudas kontrolieri. Ķēdes ar diviem tiristoriem

Boriss Aladyshkin