Jednostavan DIY regulator napona 220. Tiristorski regulatori napona
1. Otpornik 4,7 kOhm mlt-0,5 (čak i 0,25 vati će biti dovoljno).
2. Varijabilni otpornik 500kOhm-1mOhm, sa 500kOhm će regulisati prilično glatko, ali samo u rasponu od 220V-120V. Sa 1 mOhm - regulirat će se čvršće, odnosno regulirat će s razmakom od 5-10 volti, ali raspon će se povećati, moguće je regulirati od 220 do 60 volti! Preporučljivo je ugraditi otpornik s ugrađenim prekidačem (iako možete bez njega jednostavnim ugradnjom kratkospojnika).
3. Dinistor DB3. Možete dobiti jednu od ekonomičnih LSD lampi. (Može se zamijeniti domaćim KH102).
4. Dioda FR104 ili 1N4007, takve diode se nalaze u gotovo svakoj uvezenoj radio opremi.
5. Strujno efikasne LED diode.
6. Triac BT136-600B ili BT138-600.
7. Vijčani terminali. (možete bez njih jednostavnim lemljenjem žica na ploču).
8. Mali radijator (do 0,5 kW nije potreban).
9. Filmski kondenzator 400 volti, od 0,1 mikrofarada do 0,47 mikrofarada.
Krug regulatora AC napona:
Počnimo sa sastavljanjem uređaja. Prvo, nagrizamo i kalajmo ploču. Štampana ploča - njen crtež u LAY, nalazi se u arhivi. Kompaktnija verzija koju je predstavio prijatelj sergei - .
Zatim lemimo kondenzator. Na fotografiji je kondenzator sa strane za kalajisanje, jer je moj primjer kondenzatora imao prekratke noge.
Lemimo dinistor. Dinistor nema polaritet, pa ga ubacujemo po želji. Lemimo diodu, otpornik, LED, kratkospojnik i blok vijčanih stezaljki. To izgleda otprilike ovako:
I na kraju, posljednja faza je ugradnja radijatora na triac.
A evo i fotografije gotov uređaj već u zgradi.
Prijatelji, pozdravljam vas! Danas želim govoriti o najčešćim domaćim radio-amaterima. Govorit ćemo o tiristorskom regulatoru snage Zahvaljujući sposobnosti tiristora da se trenutno otvara i zatvara, uspješno se koristi u raznim domaćim proizvodima. Istovremeno, ima nisku proizvodnju topline. Krug regulatora snage tiristora je prilično poznat, ali jeste karakteristična karakteristika od takvih šema. Kolo je dizajnirano na način da kada je uređaj inicijalno priključen na mrežu, nema strujnog udara kroz tiristor, tako da nikakva opasna struja ne teče kroz opterećenje.
Ranije sam govorio o jednom u kojem se tiristor koristi kao regulacijski uređaj. Ovaj regulator može kontrolisati opterećenje od 2 kilovata. Ako se energetske diode i tiristor zamijene snažnijim analogima, opterećenje se može povećati nekoliko puta. I bit će moguće koristiti ovaj regulator snage za električni grijaći element. Ovaj domaći proizvod koristim za usisivač.
Krug regulatora snage na tiristoru
Sama shema je nevjerovatno jednostavna. Mislim da nema potrebe objašnjavati princip njegovog rada:
Detalji uređaja:
- Diodes; KD 202R, četiri ispravljačke diode za struju od najmanje 5 ampera
- Thyristor; KU 202N, ili drugi sa strujom od najmanje 10 ampera
- Transistor; KT 117B
- Varijabilni otpornik; 10 kom, jedan
- Trimmer resistor; 1 soba, jedna
- Otpornici su konstantni; 39 Com, snaga dva vata, dva komada
- Zener dioda: D 814D, jedan
- Otpornici su konstantni; 1.5 Kom, 300 Ohm, 100 Kom
- kondenzatori; 0,047 Mk, 0,47 Mk
- Fuse; 10 A, jedan
DIY tiristorski regulator snage
Gotov uređaj sastavljen prema ovoj shemi izgleda ovako:
Budući da se u krugu ne koristi mnogo dijelova, može se koristiti zidna instalacija. Koristio sam štampani:
Regulator snage sastavljen prema ovoj shemi je vrlo pouzdan. U početku je ovaj tiristorski regulator korišten za ispušni ventilator. Ovu shemu sam implementirao prije otprilike 10 godina. U početku nisam koristio radijatore za hlađenje, jer je potrošnja struje ventilatora vrlo mala. Onda sam počeo da koristim ovaj za usisivač od 1600 vati. Bez radijatora, energetski dijelovi bi se značajno zagrijali i prije ili kasnije bi otkazali. Ali čak i bez radijatora, ovaj uređaj je radio 10 godina. Sve dok tiristor ne udari. U početku sam koristio tiristor marke TS-10:
Sada sam odlučio da ugradim hladnjake. Ne zaboravite nanijeti tanak sloj paste KPT-8 koja provodi toplinu na tiristor i 4 diode:
Ako nemate KT117B jednospojni tranzistor:
tada se može zamijeniti s dva bipolarna sastavljena prema shemi:
Nisam sam napravio ovu zamjenu, ali trebalo bi da radi.
Prema ovoj shemi, opterećenje prima D.C.. Ovo nije kritično ako je opterećenje aktivno. Na primjer: žarulje sa žarnom niti, grijaći elementi, lemilo, usisivač, električna bušilica i drugi uređaji s komutatorom i četkama. Ako planirate koristiti ovaj regulator za reaktivno opterećenje, na primjer motor ventilatora, onda opterećenje treba spojiti ispred diodnog mosta, kao što je prikazano na dijagramu:
Otpornik R7 reguliše snagu na opterećenju:
a otpornik R4 postavlja granice kontrolnog intervala:
Sa ovim položajem klizača otpornika, 80 volti stiže do sijalice:
Pažnja! Budite oprezni, ovaj domaći proizvod nema transformator, tako da neke radio komponente mogu imati veliki mrežni potencijal. Budite oprezni kada podešavate regulator snage.
Obično se tiristor ne otvara zbog niskog napona na njemu i prolaznosti procesa, a ako se i otvori zatvorit će se pri prvom prijelazu mrežnog napona kroz 0. Dakle, korištenje jednospojnog tranzistora rješava problem prisilnog pražnjenja kondenzatora za skladištenje na kraju svakog poluciklusa mreže napajanja.
Sastavljeni uređaj sam stavio u staro nepotrebno kućište od radiodifuzije. Instalirao sam varijabilni otpornik R7 na originalno mjesto. Ostaje samo staviti ručku na njega i kalibrirati skalu napona:
Kućište je malo veliko, ali tiristor i diode se dobro hlade:
Postavio sam utičnicu sa strane uređaja kako bih mogao spojiti utikač za bilo koje opterećenje. Da spojim sastavljeni uređaj na električnu mrežu, koristio sam kabel od starog gvožđa:
Kao što sam ranije rekao, ovaj tiristorski regulator snage je vrlo pouzdan. Koristim ga već više od godinu dana. Shema je vrlo jednostavna, čak je i početnik radio-amater može ponoviti.
sadržaj:U modernom radioamaterska kola rasprostranjena primljeno razne vrste dijelovi, uključujući tiristorski regulator snage. Najčešće se ovaj dio koristi u lemilicama od 25-40 vati, koje se u normalnim uvjetima lako pregrijavaju i postaju neupotrebljive. Ovaj problem se lako rješava uz pomoć regulatora snage, koji vam omogućava da postavite točnu temperaturu.
Primjena tiristorskih regulatora
U pravilu se tiristorski regulatori snage koriste za poboljšanje performansi konvencionalnih lemilica. Moderni dizajni, opremljeni mnogim funkcijama, skupi su i njihova upotreba će biti neefikasna za male količine. Stoga bi bilo prikladnije opremiti konvencionalno lemilo tiristorskim regulatorom.
Tiristorski regulator snage se široko koristi u sistemima rasvjete. U praksi su to obični zidni prekidači sa rotirajućim kontrolnim dugmetom. Međutim, takvi uređaji mogu normalno raditi samo s običnim žaruljama sa žarnom niti. Uopšte se ne percipiraju modernim kompaktom fluorescentne lampe, zbog ispravljačkog mosta sa elektrolitskim kondenzatorom koji se nalazi unutar njih. Tiristor jednostavno neće raditi u kombinaciji s ovim krugom.
Isti nepredvidivi rezultati se dobijaju kada se pokuša podesiti osvetljenost LED lampe. Stoga bi za podesivi izvor rasvjete najbolja opcija bila korištenje konvencionalnih žarulja sa žarnom niti.
Postoje i druga područja primjene tiristorskih regulatora snage. Među njima je vrijedno napomenuti mogućnost podešavanja ručnih električnih alata. Regulacijski uređaji su ugrađeni unutar kućišta i omogućuju vam promjenu broja okretaja bušilice, odvijača, bušilice i drugih alata.
Princip rada tiristora
Rad regulatora snage je usko povezan sa principom rada tiristora. Na radio krugovima to je označeno ikonom koja liči na redovnu diodu. Svaki tiristor karakterizira jednosmjerna vodljivost i, shodno tome, sposobnost ispravljanja naizmjenične struje. Učešće u ovom procesu postaje moguće pod uslovom da se na kontrolnu elektrodu dovede pozitivan napon. Sama kontrolna elektroda nalazi se na strani katode. S tim u vezi, tiristor se ranije zvao kontrolirana dioda. Prije nego se primijeni kontrolni impuls, tiristor će se zatvoriti u bilo kojem smjeru.
Kako bi se vizualno utvrdila ispravnost tiristora, spojen je na zajednički krug s LED-om kroz izvor konstantnog napona od 9 volti. Dodatno, ograničavajući otpornik je spojen zajedno sa LED diodom. Posebno dugme zatvara krug i napon iz razdjelnika se dovodi do kontrolne elektrode tiristora. Kao rezultat toga, tiristor se otvara i LED dioda počinje emitirati svjetlo.
Kada se dugme otpusti, kada se više ne drži pritisnuto, sjaj bi se trebao nastaviti. Ako pritisnete dugme ponovo ili više puta, ništa se neće promeniti - LED će i dalje svetleti istom jačinom. To ukazuje na otvoreno stanje tiristora i njegovu tehničku ispravnost. Ostaće u otvorenom položaju sve dok se takvo stanje ne prekine pod uticajem spoljnih uticaja.
U nekim slučajevima mogu postojati izuzeci. Odnosno, kada pritisnete dugme, LED se pali, a kada pustite dugme, gasi se. Ova situacija postaje moguća zbog struje koja prolazi kroz LED, čija je vrijednost manja u usporedbi sa strujom zadržavanja tiristora. Da bi krug ispravno radio, preporučuje se zamjena LED lampe sa žarnom niti, što će povećati struju. Druga opcija bi bila odabir tiristora s nižom strujom zadržavanja. Parametar struje držanja za različite tiristore može uvelike varirati, u takvim slučajevima potrebno je odabrati element za svako specifično kolo.
Krug najjednostavnijeg regulatora snage
Tiristor sudjeluje u ispravljanju naizmjeničnog napona na isti način kao i obična dioda. To dovodi do poluvalnog ispravljanja u zanemarljivim granicama uz sudjelovanje jednog tiristora. Da bi se postigao željeni rezultat, dva poluciklusa mrežnog napona se kontroliraju pomoću regulatora snage. To postaje moguće zahvaljujući povezivanju tiristora jedan uz drugi. Osim toga, tiristori se mogu spojiti na dijagonalno kolo ispravljačkog mosta.
Najjednostavniji krug tiristorskog regulatora snage najbolje se razmatra na primjeru podešavanja snage lemilice. Nema smisla započeti podešavanje direktno od nulte oznake. U tom smislu može se regulisati samo jedan poluperiod pozitivnog mrežnog napona. Negativni poluciklus prolazi kroz diodu, bez ikakvih promjena, direktno do lemilice, dajući joj upola manju snagu.
Prolazak pozitivnog poluciklusa događa se kroz tiristor, zbog čega se vrši podešavanje. Upravljački krug tiristora sadrži jednostavne elemente u obliku otpornika i kondenzatora. Kondenzator se puni od gornje žice kola, preko otpornika i kondenzatora, opterećenja i donje žice kola.
Upravljačka elektroda tiristora spojena je na pozitivni terminal kondenzatora. Kada se napon na kondenzatoru poveća na vrijednost koja dozvoljava tiristoru da se uključi, on se otvara. Kao rezultat toga, dio pozitivnog poluciklusa napona prelazi u opterećenje. U isto vrijeme, kondenzator se prazni i priprema za sljedeći ciklus.
Varijabilni otpornik se koristi za regulaciju brzine punjenja kondenzatora. Što se brže kondenzator puni do vrijednosti napona pri kojoj se tiristor otvara, to se prije otvara tiristor. Stoga će se opterećenje primiti više pozitivni napon poluperioda. Ovaj krug, koji koristi tiristorski regulator snage, služi kao osnova za druga kola koja se koriste u različitim oblastima.
DIY tiristorski regulator snage
Poluprovodnički uređaj koji ima 5 p-n spojevi i sposoban da propušta struju u naprijed i natrag, naziva se trijak.
Zbog nemogućnosti rada na visokim frekvencijama naizmjenične struje, visoke osjetljivosti na elektromagnetne smetnje i značajnog stvaranja topline pri prebacivanju velikih opterećenja, trenutno se ne koriste u širokoj upotrebi u industrijskim instalacijama velike snage.
Tamo ih uspješno zamjenjuju sklopovi zasnovani na tiristorima i IGBT tranzistorima. Ali kompaktne dimenzije uređaja i njegova izdržljivost, u kombinaciji s niskom cijenom i jednostavnošću upravljačkog kruga, omogućili su im upotrebu u područjima gdje gore navedeni nedostaci nisu značajni. Danas se triac kola mogu naći u mnogim kućanskih aparata
od fena za kosu do usisivača, ručnih električnih alata i električnih uređaja za grijanje – gdje je potrebno glatko podešavanje snage.
Princip rada Regulator snage na triaku radi kao elektronski ključ
, periodično otvaranje i zatvaranje, sa frekvencijom određenom kontrolnim krugom.
Kada je otključan, trijak prolazi dio polutalasa mrežnog napona, što znači da potrošač prima samo dio nazivne snage. Uradi to sam
Danas raspon triac regulatora u prodaji nije baš velik.
I, iako su cijene takvih uređaja niske, često ne zadovoljavaju zahtjeve potrošača. Iz tog razloga ćemo razmotriti nekoliko osnovnih krugova regulatora, njihovu namjenu i korištenu bazu elemenata. Dijagram uređaja
Najjednostavnija verzija kruga, dizajnirana za rad s bilo kojim opterećenjem.
- trijak VD4, 10 A, 400 V;
- dinistor VD3, prag otvaranja 32 V;
- potenciometar R2.
Struja koja teče kroz potenciometar R2 i otpor R3 puni kondenzator C1 sa svakim poluvalom. Kada napon na pločama kondenzatora dostigne 32 V, dinistor VD3 se otvara i C1 počinje da se prazni kroz R4 i VD3 do upravljačkog terminala trijaka VD4, koji se otvara kako bi struja mogla teći do opterećenja.
Trajanje otvaranja se reguliše izborom graničnog napona VD3 (konstantna vrijednost) i otpora R2. Snaga u opterećenju je direktno proporcionalna vrijednosti otpora potenciometra R2.
Dodatno kolo dioda VD1 i VD2 i otpora R1 je opciono i služi za nesmetano i precizno podešavanje izlazne snage.
Struja koja teče kroz VD3 ograničena je otpornikom R4. Time se postiže trajanje impulsa potrebno za otvaranje VD4. Osigurač Pr.1 štiti strujni krug od struja kratkog spoja.
Posebnost kruga je da se dinistor otvara pod istim kutom u svakom poluvalu mrežnog napona. Kao rezultat toga, struja se ne ispravlja i postaje moguće spojiti induktivno opterećenje, na primjer transformator.
Triacs treba odabrati prema veličini opterećenja, na osnovu proračuna od 1 A = 200 W.
- Korišteni elementi:
- Dinistor DB3;
- Triac TS106-10-4, VT136-600 ili drugi, potrebna snaga struje je 4-12A.
- Diode VD1, VD2 tip 1N4007;
- Otpori R1100 kOhm, R3 1 kOhm, R4 270 Ohm, R5 1,6 kOhm, potenciometar R2 100 kOhm;
C1 0,47 µF (radni napon od 250 V). Imajte na umu da je shema najčešća, sa manjim varijacijama.
Na primjer, dinistor se može zamijeniti diodnim mostom ili se paralelno sa triakom može instalirati RC krug za suzbijanje smetnji. Moderniji sklop je onaj koji upravlja trijakom iz mikrokontrolera - PIC, AVR ili drugih.
Ovaj krug omogućava precizniju regulaciju napona i struje u krugu opterećenja, ali je i složeniji za implementaciju. Krug regulatora snage triac
Skupština
- Regulator snage se mora sastaviti u sljedećem redoslijedu: Odredite parametre uređaja na kojem će raditi uređaj koji se razvija.
- Parametri uključuju: broj faza (1 ili 3), potrebu za preciznim podešavanjem izlazne snage, ulazni napon u voltima i nazivnu struju u amperima. Svoje rješenje možete provjeriti u jednom od programa za modeliranje električna kola– Electronics Workbench, CircuitMaker ili njihovi online analogi EasyEDA, CircuitSims ili bilo koji drugi po vašem izboru.
- Izračunajte rasipanje topline koristeći sljedeću formulu: pad napona na trijaku (oko 2 V) pomnožen nazivnom strujom u amperima.
- Točne vrijednosti pada napona u otvorenom stanju i nazivnog protoka struje naznačeni su u karakteristikama triaka. Dobijamo disipaciju snage u vatima. Odaberite radijator prema izračunatoj snazi. Kupite potrebne elektronske komponente
- , radijator i štampana ploča. Postavite kontaktne staze na ploču i pripremite mjesta za ugradnju elemenata.
- Omogućite montažu na ploču za triac i radijator. Montirajte elemente na ploču pomoću lemljenja.
- Ako nije moguće pripremiti tiskanu ploču, tada možete koristiti površinsku montažu za spajanje komponenti kratkim žicama. Prilikom sastavljanja obratite posebnu pažnju na polaritet spajanja dioda i triaka. Ako na njima nema oznaka igle, onda postoje "lukovi". Provjeri sklopljeno kolo multimetar u režimu otpora.
- Dobiveni proizvod mora odgovarati originalnom dizajnu. Sigurno pričvrstite triac na radijator.
- Ne zaboravite postaviti izolacijsku zaptivku za prijenos topline između trijaka i radijatora. Vijak za pričvršćivanje je sigurno izoliran. Postavite sklopljeno kolo
- u plastičnoj kutiji. Zapamtite to na terminalima elemenata
- Prisutan je opasan napon. Okrenite potenciometar na minimum i izvršite probni rad.
- Izmjerite napon na izlazu regulatora multimetrom. Glatko okrećite dugme potenciometra kako biste pratili promjenu izlaznog napona. Ako je rezultat zadovoljavajući, onda možete spojiti opterećenje na izlaz regulatora.
U suprotnom, potrebno je izvršiti podešavanja snage. Triac strujni radijator
Podešavanje snage
- Kontrolom snage upravlja potenciometar, preko kojeg se kondenzator i strujni krug kondenzatora pune. Ako su parametri izlazne snage nezadovoljavajući, trebate odabrati vrijednost otpora u krugu pražnjenja i, ako je raspon podešavanja snage mali, vrijednost potenciometra.
- produžite vek lampe, podesite osvetljenje ili temperaturu lemilice Jednostavan i jeftin regulator koji koristi trijake će pomoći.
- odaberite tip kola i parametre komponente prema planiranom opterećenju.
- razradite to pažljivo, obratite pažnju na polaritet poluvodičkih komponenti.
- ne zaboravi to električna struja prisutan u svim elementima kola i smrtonosna je za ljude.
Prilikom razvoja podesivog napajanja bez visokofrekventnog pretvarača, programer se suočava s problemom da s minimalnim izlaznim naponom i velikom strujom opterećenja, stabilizator raspršuje veliku snagu na regulacionom elementu. Do sada je u većini slučajeva ovaj problem bio riješen na ovaj način: napravili su nekoliko odvajanja na sekundarnom namotu energetskog transformatora i podijelili cijeli raspon podešavanja izlaznog napona u nekoliko podopsegova. Ovaj princip se koristi u mnogim serijskim izvorima napajanja, na primjer, UIP-2 i modernijim. Jasno je da upotreba napajanja sa više podopseva postaje složenija, pa tako daljinski upravljač takav izvor napajanja, na primjer, iz kompjutera.
Činilo mi se da je rješenje korištenje kontroliranog ispravljača na tiristoru, jer postaje moguće kreirati izvor napajanja koji se kontrolira jednim gumbom za podešavanje izlaznog napona ili jednim kontrolnim signalom s rasponom podešavanja izlaznog napona od nule (ili skoro od nule) do maksimalne vrijednosti. Takav izvor napajanja mogao bi se napraviti od komercijalno dostupnih dijelova.
Do danas su kontrolirani ispravljači s tiristorima vrlo detaljno opisani u knjigama o napajanjima, ali se u praksi rijetko koriste u laboratorijskim izvorima napajanja. Također se rijetko nalaze u amaterskim dizajnom (osim, naravno, punjača za akumulatori za automobile). Nadam se da će ovaj rad pomoći da se ovo stanje promijeni.
U principu, ovdje opisani krugovi mogu se koristiti za stabilizaciju ulaznog napona visokofrekventnog pretvarača, na primjer, kao što se radi na televizorima "Electronics Ts432". Ovdje prikazana kola mogu se koristiti i za izradu laboratorijskih izvora napajanja ili punjača.
Ja ne opisujem svoj rad onim redom kojim sam ga obavljao, već manje-više uredno. Pogledajmo prvo opća pitanja, zatim "niskonaponske" dizajne kao što su izvori napajanja za tranzistorska kola ili punjenje baterija, a zatim "visokonaponski" ispravljači za napajanje krugova vakuumskih cijevi.
Rad tiristorskog ispravljača s kapacitivnim opterećenjem
Literatura opisuje veliki broj tiristorski regulatori snage koji rade na izmjeničnu ili pulsirajuću struju s aktivnim (na primjer, žarulje sa žarnom niti) ili induktivnim (na primjer, elektromotor) opterećenjem. Opterećenje ispravljača je obično filter u kojem se kondenzatori koriste za ublažavanje talasa, tako da opterećenje ispravljača može biti kapacitivno po prirodi.
Razmotrimo rad ispravljača s tiristorskim regulatorom za otporno-kapacitivno opterećenje. Dijagram takvog regulatora prikazan je na Sl. 1.
Rice. 1.
Ovdje je, kao primjer, prikazan punovalni ispravljač sa središnjom točkom, ali se može napraviti i pomoću drugog kola, na primjer, mosta. Ponekad tiristori, pored regulacije napona na opterećenju U n Oni također obavljaju funkciju ispravljačkih elemenata (ventila), međutim, ovaj način rada nije dozvoljen za sve tiristore (tiristori KU202 s nekim slovima dopuštaju rad kao ventili). Radi jasnoće prezentacije, pretpostavljamo da se tiristori koriste samo za regulaciju napona na opterećenju U n , a ravnanje se vrši drugim uređajima.
Princip rada tiristorskog regulatora napona ilustrovan je na Sl. 2. Na izlazu ispravljača (tačka spajanja katoda dioda na sl. 1) dobijaju se impulsi napona (donji poluval sinusnog vala je „pokrenut“), naznačeni U rect . Frekvencija talasa f str na izlazu punotalasnog ispravljača jednak je dvostrukoj frekvenciji mreže, tj. 100 Hz kada se napaja iz mreže 50 Hz . Upravljački krug isporučuje strujne impulse (ili svjetlo ako se koristi optotiristor) s određenim kašnjenjem na tiristorsku kontrolnu elektrodu t z u odnosu na početak perioda pulsiranja, odnosno momenta kada je napon ispravljača U rect postaje jednaka nuli.
Rice. 2.
Slika 2 je za slučaj kada je kašnjenje t z prelazi polovinu perioda pulsiranja. U ovom slučaju, kolo radi na upadnom dijelu sinusnog vala. Što je duže kašnjenje kada je tiristor uključen, ispravljeni napon će biti niži. U n na opterećenje. Mreškanje napona opterećenja U n izglađen filterskim kondenzatorom C f . Ovdje i dolje, napravljena su neka pojednostavljenja kada se razmatra rad sklopova: izlazni otpor energetskog transformatora se smatra jednakim nuli, pad napona na ispravljačkim diodama se ne uzima u obzir, a vrijeme uključivanja tiristora je nije uzeto u obzir. Ispostavilo se da se puni kapacitet filtera C f dešava se kao trenutno. U stvarnosti, nakon primjene impulsa okidača na kontrolnu elektrodu tiristora, punjenje filterskog kondenzatora traje neko vrijeme, koje je, međutim, obično mnogo manje od perioda pulsiranja T p.
Sada zamislite to kašnjenje u uključivanju tiristora t z jednaka polovini perioda pulsiranja (vidi sliku 3). Tada će se tiristor uključiti kada napon na izlazu ispravljača prođe kroz maksimum.
Rice. 3.
U ovom slučaju, napon opterećenja U n također će biti najveći, otprilike isti kao da u kolu nema tiristorskog regulatora (zanemarujemo pad napona na otvorenom tiristoru).
Ovdje nailazimo na problem. Pretpostavimo da želimo regulisati napon opterećenja od skoro nule do najveća vrijednost, koji se može dobiti iz postojećeg energetskog transformatora. Da biste to učinili, uzimajući u obzir ranije napravljene pretpostavke, bit će potrebno primijeniti okidačke impulse na tiristor TAČNO u trenutku kada U rect prolazi kroz maksimum, tj. t z = T p /2. Uzimajući u obzir činjenicu da se tiristor ne otvara odmah, već se puni kondenzator filtera C f također zahtijeva određeno vrijeme, impuls za okidanje se mora primijeniti nešto RANIJE od polovine perioda pulsiranja, tj. t z< T п /2. Problem je u tome što je, prvo, teško reći koliko ranije, jer to zavisi od faktora koje je teško precizno uzeti u obzir prilikom izračunavanja, na primjer, vremena uključivanja date instance tiristora ili ukupnog (uzimajući uzimajući u obzir induktivnosti) izlazni otpor energetskog transformatora. Drugo, čak i ako je krug izračunat i podešen apsolutno točno, vrijeme kašnjenja uključivanja t z , frekvencija mreže, a time i frekvencija i period T str talasi, vrijeme uključivanja tiristora i drugi parametri mogu se promijeniti tokom vremena. Stoga, kako bi se dobio najveći napon na opterećenju U n postoji želja da se tiristor uključi mnogo ranije od polovine perioda pulsiranja.
Pretpostavimo da smo upravo to uradili, tj. postavili smo vrijeme kašnjenja t z mnogo manje T p /2. Grafikoni koji karakterišu rad kola u ovom slučaju prikazani su na Sl. 4. Imajte na umu da ako se tiristor otvori prije pola poluciklusa, on će ostati u otvorenom stanju sve dok se proces punjenja filterskog kondenzatora ne završi C f (vidi prvi impuls na slici 4).
Rice. 4.
Ispostavilo se da za kratko vrijeme kašnjenja t z može doći do fluktuacija izlaznog napona regulatora. Nastaju ako se, u trenutku kada se okidački impuls primijeni na tiristor, napon na opterećenju U n postoji veći napon na izlazu ispravljača U rect . U ovom slučaju, tiristor je pod obrnutim naponom i ne može se otvoriti pod utjecajem okidačkog impulsa. Jedan ili više okidačkih impulsa može biti propušteno (pogledajte drugi impuls na slici 4). Sljedeće uključivanje tiristora će se dogoditi kada se kondenzator filtera isprazni i u trenutku primjene upravljačkog impulsa tiristor će biti pod jednosmjernim naponom.
Vjerovatno najopasniji slučaj je kada se propusti svaki drugi puls. U tom slučaju, jednosmjerna struja će proći kroz namotaj energetskog transformatora, pod čijim utjecajem transformator može otkazati.
Kako bi se izbjegla pojava oscilatornog procesa u krugu tiristorskog regulatora, vjerovatno je moguće odustati od impulsne kontrole tiristora, ali u tom slučaju upravljački krug postaje složeniji ili postaje neekonomičan. Stoga je autor razvio krug tiristorskog regulatora u kojem se tiristor normalno pokreće kontrolnim impulsima i ne dolazi do oscilatornog procesa. Takav dijagram je prikazan na sl. 5.
Rice. 5.
Ovdje se tiristor opterećuje na startni otpor R p i kondenzator filtera C R n povezan preko startne diode VD str . U takvom krugu tiristor se pokreće bez obzira na napon na kondenzatoru filtera C f .Nakon primjene okidačkog impulsa na tiristor, njegova anodna struja prvo počinje da prolazi kroz otpor okidača R p a zatim kada je napon uključen R p će premašiti napon opterećenja U n , otvara se startna dioda VD str a anodna struja tiristora puni kondenzator filtera C f . Otpor R str takva vrijednost je odabrana kako bi se osiguralo stabilno pokretanje tiristora s minimalnim vremenom kašnjenja impulsa okidača t z . Jasno je da se neka snaga beskorisno gubi na startnom otporu. Stoga je u gornjem krugu poželjno koristiti tiristore s niskom strujom držanja, tada će biti moguće koristiti veliki startni otpor i smanjiti gubitke snage.
Šema na sl. 5 ima nedostatak što struja opterećenja prolazi kroz dodatnu diodu VD str , pri čemu se dio ispravljenog napona beskorisno gubi. Ovaj nedostatak se može otkloniti spajanjem startnog otpornika R p na poseban ispravljač. Krug sa zasebnim upravljačkim ispravljačem, iz kojeg se napajaju startni krug i startni otpor R p prikazano na sl. 6. U ovom kolu kontrolne ispravljačke diode mogu biti male snage jer struja opterećenja teče samo kroz energetski ispravljač.
Rice. 6.
Niskonaponsko napajanje sa tiristorskim regulatorom
Ispod je opis nekoliko dizajna niskonaponskih ispravljača s tiristorskim regulatorom. Prilikom njihove izrade uzeo sam kao osnovu krug tiristorskog regulatora koji se koristi u uređajima za punjenje automobilskih baterija (vidi sliku 7). Ovu šemu je uspješno koristio moj pokojni drug A.G. Spiridonov.
Rice. 7.
Elementi zaokruženi na dijagramu (sl. 7) ugrađeni su na mali štampana ploča. U literaturi je opisano nekoliko sličnih shema, razlike između njih su minimalne, uglavnom u vrstama i ocjenama dijelova. Glavne razlike su:
1. Koriste se vremenski kondenzatori različitog kapaciteta, odnosno umjesto 0,5m F stavi 1 m F , i, shodno tome, varijabilni otpor različite vrijednosti. Da bih pouzdano pokrenuo tiristor u svojim krugovima, koristio sam 1 kondenzatorm F.
2. Paralelno s vremenskim kondenzatorom, ne morate instalirati otpor (3 k Wna sl. 7). Jasno je da u ovom slučaju varijabilni otpor možda neće biti potreban za 15 k W, ali drugačijeg obima. Još nisam otkrio utjecaj otpora paralelnog s vremenskim kondenzatorom na stabilnost kola.
3. Većina sklopova opisanih u literaturi koristi tranzistore tipa KT315 i KT361. Ponekad pokvare, pa sam u svojim krugovima koristio snažnije tranzistore tipa KT816 i KT817.
4. Do bazne priključne tačke pnp i npn kolektor tranzistori, može se povezati djelitelj otpora različite vrijednosti (10 k W i 12 k W na sl. 7).
5. Dioda se može ugraditi u kolo tiristorske kontrolne elektrode (pogledajte donje dijagrame). Ova dioda eliminira utjecaj tiristora na upravljački krug.
Dijagram (slika 7) je dat kao primjer nekoliko sličnih dijagrama sa opisima može se naći u knjizi „Punjenje i pokretanje punjači: Informativni pregled za auto entuzijaste / Comp. A. G. Khodasevič, T. I. Khodasevič -M.:NT Press, 2005.” Knjiga se sastoji od tri dijela, sadrži gotovo sve punjače u istoriji čovječanstva.
Najjednostavniji krug ispravljača s tiristorskim regulatorom napona prikazan je na sl. 8.
Rice. 8.
Ovaj krug koristi punovalni ispravljač srednje tačke jer sadrži manje dioda, tako da je potrebno manje hladnjaka i veća efikasnost. Energetski transformator ima dva sekundarna namotaja za naizmjenični napon 15 V . Upravljački krug tiristora ovdje se sastoji od kondenzatora C1, otpora R 1- R 6, tranzistori VT 1 i VT 2, dioda VD 3.
Razmotrimo rad kola. Kondenzator C1 se puni kroz promjenjivi otpor R 2 i konstanta R 1. Kada je napon na kondenzatoru C 1 će premašiti napon u tački priključka otpora R 4 i R 5, tranzistor se otvara VT 1. Struja kolektora tranzistora VT 1 otvara VT 2. Zauzvrat, struja kolektora VT 2 otvara VT 1. Tako se tranzistori otvaraju poput lavine i kondenzator se prazni C 1 V tiristorska upravljačka elektroda VS 1. Ovo stvara impuls za okidanje. Promjena promjenjivim otporom R 2 vrijeme kašnjenja impulsa okidača, može se podesiti izlazni napon sheme. Što je veći ovaj otpor, to se kondenzator sporije puni. C 1, vrijeme kašnjenja impulsa okidača je duže i izlazni napon na opterećenju je manji.
Stalni otpor R 1, povezan u seriju s promjenjivom R 2 ograničava minimalno vrijeme kašnjenja impulsa. Ako je jako smanjen, onda na minimalnoj poziciji promjenjivog otpora R 2 izlazni napon će naglo nestati. Zato R 1 je odabran na takav način da kolo radi stabilno na R 2 u položaju minimalnog otpora (odgovara najvećem izlaznom naponu).
Kolo koristi otpor R 5 snaga 1 W samo zato što je došao pri ruci. Vjerovatno će biti dovoljno za instalaciju R 5 snaga 0,5 W.
Otpor R 3 je instaliran kako bi se eliminisao utjecaj smetnji na rad upravljačkog kruga. Bez toga, krug radi, ali je osjetljiv, na primjer, na dodir terminala tranzistora.
Diode VD 3 eliminira utjecaj tiristora na upravljački krug. Iskušao sam ga kroz iskustvo i uvjerio se da s diodom sklop radi stabilnije. Ukratko, ne treba štedjeti, lakše je instalirati D226, od kojih postoje neiscrpne rezerve, i napraviti uređaj koji pouzdano radi.
Otpor R 6 u krugu tiristorske kontrolne elektrode VS 1 povećava pouzdanost njegovog rada. Ponekad se ovaj otpor postavlja na veću vrijednost ili uopće ne postavlja. Krug obično radi bez njega, ali se tiristor može spontano otvoriti zbog smetnji i curenja u krugu upravljačke elektrode. Instalirao sam R 6 veličina 51 Wkao što je preporučeno u referentnim podacima za tiristore KU202.
Otpor R 7 i dioda VD 4 omogućavaju pouzdano pokretanje tiristora sa kratkim vremenom kašnjenja okidačkog impulsa (vidi sliku 5 i objašnjenja za to).
Kondenzator C 2 izglađuje talase napona na izlazu kola.
Lampa iz farova automobila korištena je kao opterećenje tokom eksperimenata sa regulatorom.
Krug sa zasebnim ispravljačem za napajanje upravljačkih krugova i pokretanje tiristora prikazan je na Sl. 9.
Rice. 9.
Prednost ove sheme je manji broj energetskih dioda koje zahtijevaju ugradnju na radijatore. Imajte na umu da su diode D242 energetskog ispravljača povezane katodama i mogu se ugraditi na zajednički radijator. Anoda tiristora spojena na njegovo tijelo spojena je na "minus" opterećenja.
Dijagram ožičenja ove verzije kontroliranog ispravljača prikazan je na Sl. 10.
Rice. 10.
Da bi se izgladili talasi izlaznog napona, može se koristiti L.C. -filter. Dijagram kontroliranog ispravljača s takvim filterom prikazan je na sl. 11.
Rice. 11.
Ja sam se tačno prijavio L.C. -filter iz sljedećih razloga:
1. Otporniji je na preopterećenja. Razvijao sam sklop za laboratorijsko napajanje, tako da je preopterećenje sasvim moguće. Napominjem da čak i ako napravite neku vrstu zaštitnog kola, on će imati određeno vrijeme odziva. Za to vrijeme izvor napajanja ne bi trebao otkazati.
2. Ako napravite tranzistorski filter, onda će neki napon sigurno pasti na tranzistoru, tako da će efikasnost biti niska, a tranzistor može zahtijevati hladnjak.
Filter koristi serijsku prigušnicu D255V.
Razmotrimo moguće modifikacije tiristorskog upravljačkog kruga. Prvi od njih je prikazan na sl. 12.
Rice. 12.
Tipično, vremenski krug tiristorskog regulatora je napravljen od vremenskog kondenzatora i promjenjivog otpora povezanih u seriju. Ponekad je prikladno konstruirati krug tako da je jedan od terminala promjenjivog otpora spojen na "minus" ispravljača. Tada možete uključiti promjenjivi otpor paralelno sa kondenzatorom, kao što je urađeno na slici 12. Kada je motor u donjem položaju prema strujnom kolu, glavni dio struje prolazi kroz otpor 1.1. k Wulazi u vremenski kondenzator 1mF i brzo ga puni. U ovom slučaju tiristor počinje na "vrhovima" ispravljenih pulsacija napona ili nešto ranije, a izlazni napon regulatora je najveći. Ako je motor u gornjem položaju prema krugu, tada je vremenski kondenzator kratko spojen i napon na njemu nikada neće otvoriti tranzistore. U ovom slučaju, izlazni napon će biti nula. Promjenom položaja motora s promjenjivim otporom, možete promijeniti jačinu struje koja puni vremenski kondenzator, a time i vrijeme kašnjenja impulsa okidača.
Ponekad je potrebno upravljati tiristorskim regulatorom ne pomoću promjenjivog otpora, već iz nekog drugog kola (daljinsko upravljanje, upravljanje iz kompjuter). Dešava se da su dijelovi tiristorskog regulatora pod visokim naponom i direktna veza s njima je opasna. U tim slučajevima, umjesto promjenjivog otpora može se koristiti optospojler.
Rice. 13.
Primjer povezivanja optokaplera na krug tiristorskog regulatora prikazan je na Sl. 13. Ovdje se koristi tranzistorski optospojler tipa 4 N 35. Baza njegovog fototranzistora (pin 6) povezana je preko otpornika sa emiterom (pin 4). Ovaj otpor određuje koeficijent prijenosa optokaplera, njegovu brzinu i otpornost na promjene temperature. Autor je testirao regulator sa otporom od 100 prikazanim na dijagramu k W, dok se ovisnost izlaznog napona o temperaturi pokazala NEGATIVNOM, odnosno kada se optospojnik jako zagrijao (otopila se polivinilhloridna izolacija žica), izlazni napon se smanjio. Ovo je vjerovatno zbog smanjenja izlazne LED diode pri zagrijavanju. Autor zahvaljuje S. Balašovu na savjetima o korištenju tranzistorskih optospojnika.
Rice. 14.
Prilikom podešavanja upravljačkog kruga tiristora, ponekad je korisno podesiti radni prag tranzistora. Primjer takvog podešavanja prikazan je na sl. 14.
Razmotrimo i primjer kola sa tiristorskim regulatorom za viši napon (vidi sliku 15). Krug se napaja iz sekundarnog namota energetskog transformatora TSA-270-1, osiguravajući naizmjenični napon od 32 V . Za ovaj napon odabrane su ocjene dijelova prikazane na dijagramu.
Rice. 15.
Šema na sl. 15 vam omogućava glatko podešavanje izlaznog napona od 5 V do 40 V , što je dovoljno za većinu poluvodičkih uređaja, pa se ovo kolo može koristiti kao osnova za izradu laboratorijskog napajanja.
Nedostatak ove sheme je potreba da se dovoljno rasprši više snage pri startnom otporu R 7. Jasno je da što je manja struja držanja tiristora, to je veća vrijednost i manja je snaga startnog otpora R 7. Stoga je poželjno koristiti tiristore sa niskom strujom zadržavanja.
Pored konvencionalnih tiristora, optotiristor se može koristiti u krugu tiristorskog regulatora. Na sl. 16. prikazuje dijagram sa optotiristorom TO125-10.
Rice. 16.
Ovdje se optotiristor jednostavno uključuje umjesto uobičajenog, ali od tada njegov fototiristor i LED su izolovani jedan od drugog, krugovi za njegovu upotrebu u tiristorskim regulatorima mogu biti različiti. Imajte na umu da zbog niske struje držanja tiristora TO125, startni otpor R 7 zahtijeva manje energije nego u kolu na sl. 15. Pošto se autor bojao oštećenja optotiristora LED sa velikim pulsne struje, otpor R6 je uključen u krug. Kako se ispostavilo, krug radi bez ovog otpora, a bez njega krug radi bolje pri niskim izlaznim naponima.
Visokonaponska napajanja sa tiristorskim regulatorom
Prilikom razvoja visokonaponskih izvora napajanja s tiristorskim regulatorom, kao osnova su razvijene i proizvedene tiskane ploče koje je razvio V.P. Burenkov (PRZ). Autor se zahvaljuje V.P. Burenkovu za uzorak takve ploče. Dijagram jednog od prototipova podesivog ispravljača koji koristi ploču koju je dizajnirao Burenkov prikazan je na Sl. 17.
Rice. 17.
Dijelovi ugrađeni na štampanu ploču zaokruženi su na dijagramu isprekidanom linijom. Kao što se može videti sa sl. 16, na ploči su ugrađeni prigušni otpornici R 1 i R 2, ispravljački most VD 1 i zener diode VD 2 i VD 3. Ovi dijelovi su dizajnirani za napajanje od 220V V . Za testiranje kruga tiristorskog regulatora bez izmjena na tiskanoj ploči korišten je energetski transformator TBS3-0.25U3, čiji je sekundarni namotaj spojen na način da se iz njega uklanja naizmjenični napon 200 V , tj. blizu normalnog napona napajanja ploče. Upravljački krug radi slično onima opisanim gore, tj. kondenzator C1 se puni kroz otpor trimera R 5 i promjenjivi otpor (instaliran izvan ploče) sve dok napon na njemu ne pređe napon na bazi tranzistora VT 2, nakon čega tranzistori VT 1 i VT2 otvoreni, a kondenzator C1 se prazni kroz otvorene tranzistore i LED tiristora optospojnika.
Prednost ovog kola je mogućnost podešavanja napona pri kojem se tranzistori otvaraju (koristeći R 4), kao i minimalni otpor u vremenskom krugu (koristeći R 5). Kao što pokazuje praksa, mogućnost takvih prilagodbi je vrlo korisna, pogotovo ako je krug sastavljen amaterski od nasumičnih dijelova. Koristeći podešavanje otpora R4 i R5, možete postići regulaciju napona u širokom rasponu i stabilan rad regulatora.
Započeo sam svoj R&D rad na razvoju tiristorskog regulatora sa ovim krugom. U njemu su otkriveni nedostajući trigger impulsi kada je tiristor radio sa kapacitivnim opterećenjem (vidi sliku 4). Želja za povećanjem stabilnosti regulatora dovela je do pojave kola na sl. 18. U njemu je autor testirao rad tiristora sa startnim otporom (vidi sliku 5.).
Rice. 18.
Na dijagramu na sl. 18. Koristi se ista ploča kao u kolu na sl. 17, sa njega je uklonjen samo diodni most, jer Ovdje se koristi jedan ispravljač zajednički za opterećenje i upravljački krug. Imajte na umu da na dijagramu na sl. 17 početni otpor je odabran od nekoliko paralelno povezanih kako bi se odredila maksimalna moguća vrijednost ovog otpora pri kojoj krug počinje stabilno raditi. Žičani otpor 10 spojen je između katode optotiristora i filterskog kondenzatoraW. Potreban je za ograničavanje strujnih udara kroz optoristor. Dok se ovaj otpor nije uspostavio, nakon okretanja dugmeta varijabilnog otpora, optotiristor je propuštao jedan ili više cijelih poluvalova ispravljenog napona u opterećenje.
Na osnovu sprovedenih eksperimenata razvijeno je ispravljačko kolo sa tiristorskim regulatorom, pogodno za praktična upotreba. To je prikazano na sl. 19.
Rice. 19.
Rice. 20.
PCB SCR 1 M 0 (Sl. 20) je dizajniran za ugradnju savremenih malih elektrolitskih kondenzatora i žičanih otpornika u keramička kućišta tipa SQP . Autor se zahvaljuje R. Peplovu na pomoći u izradi i testiranju ove štampane ploče.
Od autora je razvio ispravljač sa najvećim izlaznim naponom od 500 V , bilo je potrebno imati određenu rezervu u izlaznom naponu u slučaju pada napona mreže. Pokazalo se da je moguće povećati izlazni napon ponovnim povezivanjem namotaja energetskog transformatora, kao što je prikazano na sl. 21.
Rice. 21.
Takođe napominjem da dijagram na sl. 19 i tabla sl. 20 su projektovane uzimajući u obzir mogućnost njihovog daljeg razvoja. Da biste to uradili na tabli SCR 1 M 0 postoje dodatni vodovi iz zajedničke žice GND 1 i GND 2, iz ispravljača DC 1
Izrada i ugradnja ispravljača sa tiristorskim regulatorom SCR 1 M 0 su sprovedene zajedno sa studentom R. Pelovom na PSU. C uz njegovu pomoć snimljene su fotografije modula SCR 1 M 0 i oscilograma.
Rice. 22. Pogled na SCR 1 M modul 0 sa strane dijelova
Rice. 23. Prikaz modula SCR 1 M 0 strana lemljenja
Rice. 24. Pogled na modul SCR 1 M 0 strana
Tabela 1. Oscilogrami pri niskom naponu
|
br. |
Položaj regulatora minimalnog napona |
Prema šemi |
Bilješke |
|
Na katodi VD5 |
5 V/div 2 ms/div |
||
|
|
Na kondenzatoru C1 |
2 V/div 2 ms/div |
|
|
|
odnosno veze R2 i R3 |
2 V/div 2 ms/div |
|
|
|
Na anodi tiristora |
100 V/div 2 ms/div |
|
|
|
Na katodi tiristora |
50 V/div 2 ms/de |
Tabela 2. Oscilogrami pri srednjem naponu
|
br. |
Srednji položaj regulatora napona |
Prema šemi |
Bilješke |
|
|
Na katodi VD5 |
5 V/div 2 ms/div |
|
|
|
Na kondenzatoru C1 |
2 V/div 2 ms/div |
|
|
|
odnosno veze R2 i R3 |
2 V/div 2 ms/div |
|
|
|
Na anodi tiristora |
100 V/div 2 ms/div |
|
|
|
Na katodi tiristora |
100 V/div 2 ms/div |
Tabela 3. Oscilogrami pri maksimalnom naponu
|
br. |
Položaj regulatora maksimalnog napona |
Prema šemi |
Bilješke |
|
|
Na katodi VD5 |
5 V/div 2 ms/div |
|
|
|
Na kondenzatoru C1 |
1 V/razd 2 ms/div |
|
|
|
odnosno veze R2 i R3 |
2 V/div 2 ms/div |
|
|
|
Na anodi tiristora |
100 V/div 2 ms/div |
|
|
|
Na katodi tiristora |
100 V/div 2 ms/div |
Da bi se riješio ovog nedostatka, promijenjen je krug regulatora. Ugrađena su dva tiristora - svaki za svoj poluperiod. Sa ovim promjenama, kolo je testirano nekoliko sati i nisu primijećene nikakve "emisije".
Rice. 25. SCR 1 M 0 kolo sa modifikacijama