Тиристорни регулатори на мощността

Тиристорните контролери за захранване са един от най-разпространените дизайни на любителски радио и това не е изненадващо. В крайна сметка, всеки, който някога е използвал обичайното спояващо желязо с мощност от 25 до 40 вата, неговата способност да прегрява дори е много добре позната. Запояващото желязо започва да дими и да съска, след това, достатъчно бързо, калайдисаното жило изгаря, става черен. Запояването с такъв поялник вече е напълно невъзможно.

И тук регулаторът на мощността идва на помощ, с помощта на който можете да настроите температурата за запояване доста точно. Трябва да се ръководи от факта, че когато поялникът докосне парче колофон, той пуши добре, така че, среден, без съскане и пръскане, не много енергично. Трябва да се съсредоточите върху факта, че запояването е контурно, лъскаво.

Разбира се модерни станции за запояване те са оборудвани с термично стабилизирани поялници, цифров дисплей и регулируема температура на нагряване, но те са твърде скъпи в сравнение с конвенционален поялник. Следователно, при незначителни обеми работа при запояване е напълно възможно да се направи с конвенционален поялник с регулатор на мощността на тиристора. В същото време качеството на запояване, което може да не е веднага, ще се окаже отлично, се постига от практиката.

Друга област на приложение на тиристорни регулатори е контрол на яркостта, Такива регулатори се продават в електрическите магазини под формата на конвенционални стенни превключватели с въртяща се дръжка. Но тук засадата чака купувача: модерни енергоспестяващи лампи (често наричани в литературата като компактни флуоресцентни лампи (CFL)) те просто не искат да работят с такива регулатори.

Същият непредсказуем вариант ще се окаже в случай на регулиране на яркостта на LED лампите. Е, те не са предназначени за такава работа и това е: изправителният мост с електролитен кондензатор, разположен вътре в CFL, просто няма да позволи тиристора да работи. Следователно, регулируема "нощна светлина" с такъв регулатор може да бъде създадена само с помощта на лампа с нажежаема жичка.

Въпреки това, тук трябва да помните електронни трансформаторипредназначени за захранване на халогенни лампи и в любителски дизайни на радио за различни цели. В тези трансформатори, след изправителния мост, по някаква причина, очевидно, за да се спести или просто да се намали размерът, електролитен кондензатор не е инсталиран. Именно това „спестяване“ ви позволява да регулирате яркостта на лампите с помощта на тиристорни регулатори.

Ако напрегнете въображението си, все пак можете да намерите много повече области, в които се изисква използването на тиристорни регулатори. Една от тези области е регулирането на оборотите на електроинструментите: свредла, шлифовъчни машини, отвертки, въртящи се чукове и др. и т.н. Естествено, тиристорните регулатори са разположени вътре в инструменти, захранвани от променлив ток.Гледайте -Видове и разположение на оборотите на скоростта на колекторния двигател.

Целият такъв регулатор е вграден в контролния бутон и представлява малка кутия, поставена в дръжката на бормашината. Степента на натискане на бутона определя честотата на въртене на патрона. В случай на повреда, цялата кутия се променя веднага: при цялата привидна простота на дизайна такъв регулатор абсолютно не е подходящ за ремонт.

В случай на инструменти, работещи на постоянен ток от батерии, контролът на мощността се извършва с помощта транзистори мосфет метод на модулация на широчината на импулса. Честотата на ШИМ достига няколко килохерца, така че през тялото на отвертката можете да чуете писък с висока честота. Това скърцане на намотката на двигателя.

Но в тази статия ще бъдат разгледани само тиристорните регулатори на мощността.Ето защо, преди да обмислите веригата на регулатора, трябва да запомните как работи тиристорни.

За да не усложним историята, няма да разгледаме тиристора под формата на неговата четирислойна pnpn структура, да начертаем характеристика на токово напрежение, а просто да опишем с думи как работи, тиристорът. Като начало, в верига за постоянен ток, въпреки че тиристорите почти не се използват в тези вериги. В крайна сметка изключването на тиристора, работещ на постоянен ток, е доста трудно. Това е същото като спирането на коня.

Независимо от това, високите токове и високото напрежение на тиристорите привличат разработчиците на различни, като правило, доста мощни постояннотокови устройства. За да изключите тиристорите, трябва да преминете към различни усложнения на веригите, трикове, но като цяло резултатите са положителни.

Обозначението на тиристора на схемите е показано на фигура 1.

Фигура 1. Тиристор

Лесно е да се види, че в обозначението си на веригите тиристорът е много подобен на обикновен диод, Ако погледнете, тогава той, тиристорът, също има едностранна проводимост и следователно може да изправи променлив ток. Но той ще направи това само ако се приложи положително напрежение към контролния електрод спрямо катода, както е показано на фигура 2. Според старата терминология понякога тиристорът се нарича контролиран диод. Докато не се приложи контролния импулс, тиристорът се затваря във всяка посока.

Фигура 2

Как да включите светодиода

Тук всичко е много просто. Към източника на постоянен ток 9V (можете да използвате батерията "Krona") през тиристор Vsx свързан LED HL1 с ограничаващ резистор R3. Използвайки бутона SB1, напрежението от разделителя R1, R2 може да се приложи към контролния електрод на тиристора и тогава тиристорът ще се отвори, светодиодът започва да свети.

Ако сега пуснете бутона, спрете да го държите натиснат, тогава светодиодът трябва да продължи да свети. Такова кратко натискане на бутона може да се нарече импулс. Многократното и дори многократно натискане на този бутон няма да промени нищо: светодиодът няма да изгасне, но няма да свети по-ярко или по-слабо.

Натиснат - освободен, а тиристорът остава отворен. Освен това това състояние е стабилно: тиристорът ще бъде отворен, докато външните влияния не го отстранят от това състояние. Това поведение на веригата показва доброто състояние на тиристора, неговата годност за работа в устройство в процес на разработка или ремонт.

Малка забележка

Но често има изключения от това правило: бутонът се натиска, светодиодът светва и когато бутонът се пусне, той изгасва, сякаш нищо не се е случило. И каква е уловката, какво сбъркахте? Може би бутонът е натиснат не достатъчно дълго или не много фанатично? Не, всичко беше направено доста съвестно. Просто токът през светодиода се оказа по-малък от задържащия ток на тиристора.

За да бъде описаният експеримент успешен, просто трябва да замените светодиода с лампа с нажежаема жичка, тогава токът ще стане повече или да изберете тиристор с по-нисък задържащ ток. Този параметър за тиристори има значително разсейване, понякога дори е необходимо да се избере тиристор за конкретна верига. Освен това една марка, с една буква и от една кутия. Импортираните тиристори, които наскоро са били предпочитани, са малко по-добри с този ток: по-лесно е да се купуват и параметрите са по-добри.

Как да затворите тиристор

Никакви сигнали, приложени към контролния електрод, не могат да затворят тиристора и да изключат светодиода: управляващият електрод може да включи само тиристора. Разбира се, има тиристори с възможност за заключване, но тяхното предназначение е малко по-различно от баналните регулатори на мощността или прости превключватели. Конвенционалният тиристор може да бъде изключен само чрез прекъсване на тока през секцията анод - катод.

Това може да стане по най-малко три начина. Първо, глупаво изключете цялата верига от батерията. Спомнете си Фигура 2. Естествено, светодиодът ще се изключи.Но когато се свърже отново, той няма да се включи сам, тъй като тиристорът е затворен. Това състояние също е устойчиво. И за да го изведете от това състояние, да запалите светлината, само натискането на бутона SB1 ще помогне.

Вторият начин за прекъсване на тока през тиристора е просто да се вземат и скъсят клемите на катода и анода с теленен джъмпер. В този случай целият ток на натоварване, в нашия случай това е само светодиод, ще тече през джъмпера, а токът през тиристора ще бъде нула. След отстраняване на джъмпера тиристорът ще се затвори и светодиодът ще се изключи. При експерименти с подобни схеми пинсетите най-често се използват като джъмпер.

Да предположим, че вместо светодиод в тази верига ще има достатъчно мощна отоплителна бобина с висока топлинна инерция. Тогава се оказва почти готов регулатор на мощността. Ако тиристорът е включен по такъв начин, че спиралата е включена за 5 секунди и е изключена за същото време, тогава 50-процентовата мощност се разпределя в спиралата. Ако по време на този десетсекунден цикъл включването отнема само 1 секунда, тогава е очевидно, че спиралата ще освободи само 10% от топлината от своята мощност.

С приблизително такива времеви цикли, измерени в секунди, контролът на мощността на микровълновата работи. Просто използвайки реле, радиочестотното излъчване се включва и изключва. Тиристорните контролери работят с честотата на мрежата, където времето се измерва в милисекунди.

Третият начин да изключите тиристора

Той се състои в намаляване на напрежението на товара до нула или дори обръщане на полярността на захранващото напрежение. Това е точно ситуацията, получена, когато тиристорните вериги са снабдени с променлив синусоидален ток.

Когато синусоидът преминава през нула, той променя знака си на обратното, така че токът през тиристора става по-малък от задържащия ток, а след това напълно равен на нула. По този начин проблемът с изключването на тиристора се решава сякаш сам по себе си.

Тиристорни регулатори на мощността. Фазово регулиране

Така че, материята е оставена на малките. За да получите фазов контрол, просто трябва да приложите контролен импулс в определено време. С други думи, импулсът трябва да има определена фаза: колкото по-близо е до края на полуцикъла на променливото напрежение, толкова по-малка ще бъде амплитудата на напрежението върху товара. Методът за фазово управление е показан на фигура 3.

Фигура 3. Фазово регулиране

В горния фрагмент на картината контролния импулс се прилага почти в самото начало на полувълната на синусоида, фазата на контролния сигнал е близка до нула. На фигурата това време е t1, така че тиристорът се отваря почти в началото на полуцикъла и в натоварването се разпределя мощност, близка до максималната (ако в схемата нямаше тиристори, мощността би била максимална).

Самите управляващи сигнали не са показани на тази фигура. В идеалния случай те са къси импулси, положителни по отношение на катода, приложени в определена фаза към контролния електрод. В най-простите схеми това може да бъде линейно нарастващо напрежение, получено чрез зареждане на кондензатор. Това ще бъде разгледано по-долу.

В средната графика контролният импулс се прилага в средата на полуцикъла, което съответства на фазовия ъгъл Π / 2 или време t2, така че в натоварването се разпределя само половината от максималната мощност.

В долната графика импулсите на отваряне се прилагат много близо до края на полуцикъла, тиристорът се отваря почти преди да трябва да се затвори, според графиката това време е посочено като t3, така че мощността в натоварването се разпределя незначително.

Тиристорни комутационни вериги

След кратък преглед на принципа на работа на тиристорите, вероятно можете да донесете няколко вериги на регулатора на мощността, Тук нищо не е измислено, всичко може да се намери в Интернет или в стари радио списания. Статията просто предоставя кратък преглед и описание на работата тиристорни регулаторни вериги, Когато се описва работата на веригите, ще се обърне внимание на това как се използват тиристорите, какви тиристорни комутационни вериги съществуват.

Както беше казано в самото начало на статията, тиристорът коригира променливо напрежение като обикновен диод. Оказва се, че е полувълново изправяне. Някога през диод се включиха лампи с нажежаема жичка на стълбищни клетки: имаше малко светлина, заслепяваше се в очите ми, но след това лампите изгарят много рядко. Същото се случва, ако димерът се изпълнява на един тиристор, се появява само възможността за регулиране на вече незначителна яркост.

Следователно регулаторите на мощност контролират двата полуцикъла на мрежовото напрежение. За това се прилага контра-паралелно свързване на тиристори, триаци или включването на тиристор в диагонала на токоизправителния мост.

За по-голяма яснота на това твърдение ще разгледаме по-нататък няколко схеми на тиристорни регулатори на мощност. Понякога те се наричат ​​регулатори на напрежението и кое име е по-правилно, е трудно да се реши, защото наред с регулирането на напрежението се регулира и мощността.

Най-простият регулатор на тиристора

Той е проектиран да регулира силата на поялника. Неговата схема е показана на фигура 4.

Фигура 4. Схема на най-простия контролер на мощността на тиристора

За да регулирате мощността на поялника, започвайки от нула, няма смисъл. Следователно, можем да се ограничим до регулирането само на един половин цикъл на мрежовото напрежение, в случая положително. Отрицателният половин цикъл преминава без промени през диода VD1 директно към поялника, което осигурява половината му мощност.

Положителният половин цикъл преминава през тиристора VS1, което позволява регулиране. Управляващата верига на тиристора е изключително проста. Това са резистори R1, R2 и кондензатор С1. Кондензаторът се зарежда през веригата: горната жица на веригата, R1, R2 и кондензатора С1, товар, долната жица на веригата.

Към положителния извод на кондензатора е свързан тиристорен контролен електрод. Когато напрежението в кондензатора се повиши до напрежението за включване на тиристора, последният се отваря, преминавайки в товара положителен полу цикъл на напрежението, или по-скоро част от него. Кондензаторът C1 естествено се разтоварва, като по този начин се подготвя за следващия цикъл.

Скоростта на зареждане на кондензатора се регулира с помощта на променлив резистор R1. Колкото по-бързо кондензаторът се зарежда до напрежението на отваряне на тиристора, толкова по-рано се отвори тиристорът, по-голямата част от положителния полу цикъл на напрежението навлиза в товара.

Веригата е проста, надеждна, тя е доста подходяща за поялник, въпреки че регулира само един полупериод на мрежовото напрежение. Много подобна диаграма е показана на фигура 5.

Фигура 5. Контролер на захранването на тиристора

Той е малко по-сложен от предходния, но ви позволява да регулирате по-плавно и точно, поради факта, че веригата за генериране на управляващ импулс е сглобена на KT117 двуосновен транзистор. Този транзистор е предназначен за създаване на импулсни генератори. Повече, изглежда, не е способен на нищо друго. Подобна схема се използва в много контролери за захранване, както и при превключване на захранващи устройства като драйвер за задействащ импулс.

Щом напрежението в кондензатора С1 достигне прага на транзистора, последният се отваря и на щифт В1 се появява положителен импулс, отварящ тиристора VS1. Резистор R1 може да регулира скоростта на зареждане на кондензатора.

Колкото по-бързо се зареди кондензаторът, колкото по-рано се появи импулсът на отваряне, толкова по-голямо напрежение ще влезе в товара. Втората полувълна на мрежовото напрежение преминава в товара през VD3 диода без промени. Токоизправител VD2, R5, зенеров диод VD1 се използва за захранване на схемата на управляващия импулс.

Тук можете да попитате и когато транзисторът се отвори, какъв е прагът? Отварянето на транзистора става в момент, когато напрежението в неговия емитер Е надвишава напрежението в основата на В1. Основите B1 и B2 не са еквивалентни, ако са сменени, генераторът няма да работи.

Фигура 6 показва схема, която ви позволява да регулирате и двата полу-цикъла на напрежението.

Фигура 6

Диаграмата е a димер, Основното напрежение се коригира от моста VD1-VD4, след което напрежението за пулсации се подава към лампата EL1, тиристор VS1 и през резисторите R3, R4 към ценеровите диоди VD5, VD6, от които се захранва управляващата верига. Използването на токоизправителен мост във веригата позволява регулирането на положителните и отрицателните полуцикли с използване само на един тиристор.

Управляващата верига също се изпълнява на двуосновен транзистор KT117A. Скоростта на зареждане на синхронизиращия кондензатор С2 се променя от резистора R6, което причинява промяна на фазата на контролния сигнал на тиристора.

За тази верига може да се направи малка забележка: токът в товара се състои само от положителните полуцикли на мрежата, получени след мостовия изправител. Ако е необходимо да се получат положителните и отрицателните части на синусоида в товара, достатъчно е, без да променяте нищо във веригата, да включите товара веднага след предпазителя. На мястото на товара просто инсталирайте джъмпер. Такава схема е показана на фигура 7.

Фигура 7. Схема на тиристорния регулатор на мощността

Транзисторът KT117 е изобретение на съветската електронна индустрия и няма чужди аналози, но ако е необходимо може да бъде сглобен от два транзистора според схемата, показана на фигура 8. Изведнъж някой ще се заеме да сглоби подобна схема, къде мога да взема такъв транзистор?

Фигура 8

В схемите, показани на фигури 6 и 7, тиристорът се използва в комбинация с диоден мост. Това включване дава възможност с помощта на един тиристор да се контролират и двете полупериоди на променливо напрежение. Но в същото време се появяват 4 допълнителни диода, което като цяло увеличава размерите на конструкцията.

Продължение на статията: Тиристорни регулатори на мощността. Схеми с два тиристора

Борис Аладишкин