V elektrotechnice se často setkáváme s problémy regulace střídavého napětí, proudu nebo výkonu. Například pro řízení otáček hřídele kolektorového motoru je nutné regulovat napětí na jeho svorkách, pro řízení teploty uvnitř sušící komory je nutné regulovat výkon uvolněný v topných tělesech, aby bylo dosaženo hladkého bezrázový start asynchronního motoru, je nutné omezit jeho rozběhový proud. Častým řešením je zařízení zvané tyristorový regulátor.

Zařízení a princip činnosti jednofázového tyristorového regulátoru napětí

Tyristorové regulátory jsou jednofázové a třífázové pro jednofázové a třífázové sítě a zátěže. V tomto článku budeme zvažovat nejjednodušší jednofázový tyristorový regulátor, třífázový - v dalších článcích. Obrázek 1 níže ukazuje jednofázový tyristorový regulátor napětí:

Obrázek 1 Jednoduchý jednofázový tyristorový regulátor s odporovou zátěží

Vlastní tyristorový regulátor je zakroužkován modrými čarami a zahrnuje tyristory VS1-VS2 a pulzně fázový řídicí systém (dále jen SIFU). Tyristory VS1-VS2 jsou polovodičová zařízení, která mají tendenci se uzavírat kvůli průtoku proudu normální stav a být otevřený toku proudu jedné polarity, když je na jeho řídící elektrodu přivedeno řídicí napětí. Pro práci ve střídavých sítích jsou proto nutné dva tyristory, zapojené v různých směrech - jeden pro tok kladné půlvlny proudu, druhý pro zápornou půlvlnu. Takové zahrnutí tyristorů se nazývá antiparalelní.

Jednofázový tyristorový regulátor s odporovou zátěží

Tyristorový regulátor funguje takto. V počátečním okamžiku, L-N napětí(fáze a nula v našem příkladu), zatímco impulzy řídicího napětí nejsou přiváděny na tyristory, tyristory jsou uzavřeny, v zátěži Rn není žádný proud. Po obdržení příkazu start začne SIFU generovat řídicí impulsy podle určitého algoritmu (viz obr. 2).

Obrázek 2 Schéma napětí a proudu v odporové zátěži

Za prvé, řídicí systém je synchronizován se sítí, to znamená, že určuje časový bod, ve kterém je napětí L-N sítě rovná se nule. Tento bod se nazývá okamžik překročení nuly (v zahraniční literatuře - Zero Cross). Dále se od okamžiku průchodu nulou počítá určitý čas T1 a na tyristor VS1 je přiveden řídicí impuls. V tomto případě se tyristor VS1 otevře a proud protéká zátěží po dráze L-VS1-Rn-N. Po dosažení dalšího průchodu nulou se tyristor automaticky uzavře, protože nemůže vést proud v opačném směru. Dále začíná záporný půlcyklus síťového napětí. SIFU opět počítá čas T1 vzhledem k již novému okamžiku přechodu napětí přes nulu a generuje druhý řídicí impuls již tyristorem VS2, který se otevře a proud protéká zátěží po dráze N-Rн-VS2-L. Tento typ regulace napětí se nazývá fázově pulzní.

Čas T1 se nazývá doba zpoždění odblokování tyristoru, čas T2 je doba vedení tyristoru. Změnou doby zpoždění odblokování T1 lze upravit výstupní napětí z nuly (žádné pulsy, tyristory jsou sepnuté) na plnou síť, pokud jsou pulsy přiváděny okamžitě v okamžiku průchodu nulou. Doba zpoždění odblokování T1 se pohybuje mezi 0 až 10 ms (10 ms je doba trvání jednoho půlcyklu standardního síťového napětí 50 Hz). Někdy se také mluví o časech T1 a T2, ale nepracují s časem, ale s elektrickými stupni. Jeden půlcyklus je 180 el. stupňů.

Jaké je výstupní napětí tyristorového regulátoru? Jak je vidět z obrázku 2, připomíná „ořezy“ sinusoidy. Navíc, čím delší je čas T1, tím méně tento „řez“ připomíná sinusoidu. Z toho plyne důležitý praktický závěr - při fázově-pulzní regulaci je výstupní napětí nesinusové. To omezuje rozsah použití - tyristorový regulátor nelze použít pro zátěže, které neumožňují napájení nesinusovým napětím a proudem. Také na obrázku 2 je diagram proudu v zátěži znázorněn červeně. Protože zátěž je čistě aktivní, průběh proudu sleduje průběh napětí v souladu s Ohmovým zákonem I=U/R.

Nejběžnější je aktivní zatěžovací stav. Jednou z nejběžnějších aplikací tyristorového regulátoru je regulace napětí v topných tělesech. Úpravou napětí se mění proud a výkon v zátěži. Proto se někdy takový regulátor také nazývá tyristorový regulátor výkonu. To je pravda, ale stále správnější název je tyristorový regulátor napětí, protože je to napětí, které je regulováno na prvním místě, a proud a výkon jsou již odvozené hodnoty.

Regulace napětí a proudu v aktivní indukční zátěži

Zvažovali jsme nejjednodušší případ aktivního zatížení. Položme si otázku, co se změní, bude-li mít zátěž kromě aktivní složky induktivní? Například aktivní odpor je připojen přes snižovací transformátor (obr. 3). To je mimochodem velmi častý případ.

Obrázek 3 Tyristorový regulátor pracuje se zátěží RL

Podívejme se pozorně na obrázek 2 z případu čistě odporové zátěže. Ukazuje, že ihned po zapnutí tyristoru se proud v zátěži téměř okamžitě zvýší z nuly na svou mezní hodnotu, a to v důsledku aktuální hodnoty napětí a odporu zátěže. Z kurzu elektrotechniky je známo, že indukčnost zabraňuje tak prudkému nárůstu proudu, takže diagram napětí a proudu bude mít trochu jiný charakter:

Obrázek 4 Diagram napětí a proudu pro zátěž RL

Po zapnutí tyristoru se proud v zátěži postupně zvyšuje, díky čemuž se proudová křivka vyhlazuje. Čím větší je indukčnost, tím je křivka proudu hladší. Co to dává v praxi?

• Přítomnost dostatečné indukčnosti umožňuje přiblížit aktuální tvar sinusovému tvaru, to znamená, že indukčnost funguje jako sinusový filtr. V tomto případě je tato přítomnost indukčnosti způsobena vlastnostmi transformátoru, ale často je indukčnost zavedena záměrně ve formě tlumivky.
• Přítomnost indukčnosti snižuje množství rušení distribuovaného tyristorovým regulátorem přes vodiče a do rádia. Prudký, téměř okamžitý (během několika mikrosekund) nárůst proudu způsobuje rušení, které může narušit normální provoz jiného zařízení. A pokud je napájecí síť „slabá“, pak to může být docela kuriozita – tyristorový regulátor se dokáže „utlumit“ vlastním rušením.
• Tyristory mají důležitý parametr - hodnotu kritické rychlosti nárůstu proudu di/dt. Například pro tyristorový modul SKKT162 je tato hodnota 200 A/µs. Překročení této hodnoty je nebezpečné, protože může vést k selhání tyristoru. Přítomnost indukčnosti tedy umožňuje, aby tyristor zůstal v oblasti bezpečného provozu, přičemž je zaručeno, že nepřekročí mezní hodnotu di / dt. Pokud tato podmínka není splněna, pak lze pozorovat zajímavý jev - selhání tyristoru, a to přesto, že proud tyristoru nepřesahuje jejich jmenovitou hodnotu. Například stejný SKKT162 může selhat při proudu 100 A, ačkoli může normálně pracovat až do 200 A. Důvodem bude překročení rychlosti přeběhu proudu di/dt.

Mimochodem, je třeba poznamenat, že v síti je vždy indukčnost, i když je zátěž čistě aktivní. Jeho přítomnost je způsobena zaprvé indukčností vinutí napájecí trafostanice, zadruhé vlastní indukčností vodičů a kabelů a zatřetí indukčností smyčky tvořené napájecími a zátěžovými vodiči a kabely. . A nejčastěji tato indukčnost stačí k tomu, aby di / dt nepřekročila kritickou hodnotu, takže výrobci obvykle nedávají tlumivky do tyristorových regulátorů a nabízejí je jako možnost těm, kteří mají obavy o „čistotu“ sítě a elektromagnetická kompatibilita zařízení k němu připojených.

Věnujme pozornost také napěťovému diagramu na obrázku 4. Ten také ukazuje, že po průchodu nulou se na zátěži objeví malý napěťový ráz obrácené polarity. Důvodem jeho vzniku je zpoždění poklesu proudu v zátěži indukčností, díky čemuž je tyristor nadále otevřený i při záporné půlvlně napětí. K uzamčení tyristoru dochází, když proud klesne na nulu s určitým zpožděním vzhledem k okamžiku průchodu nulou.

Případ indukční zátěže

Co se stane, když je indukční složka mnohem větší než aktivní složka? Pak můžeme mluvit o případě čistě indukční zátěže. Takový případ lze například získat odpojením zátěže od výstupu transformátoru z předchozího příkladu:

Obrázek 5 Tyristorový regulátor s indukční zátěží

Transformátor naprázdno je téměř ideální indukční zátěž. V tomto případě se v důsledku velké indukčnosti vypínací moment tyristorů posouvá blíže ke středu půlcyklu a tvar proudové křivky je co nejvíce vyhlazen do téměř sinusového tvaru:

Obrázek 6 Diagramy proudu a napětí pro případ indukčního zatížení

Napětí zátěže se v tomto případě téměř rovná plnému síťovému napětí, i když doba zpoždění odblokování je pouze půl cyklu (90 el. stupňů).Tedy při velké indukčnosti lze hovořit o posunu v regulační charakteristika. Při aktivní zátěži bude maximální výstupní napětí při úhlu zpoždění odblokování 0 el. stupňů, tedy v okamžiku překročení nuly. Při indukční zátěži lze dosáhnout maximálního napětí při úhlu zpoždění odblokování 90 el. stupňů, tedy při odblokování tyristoru v okamžiku maximálního síťového napětí. V případě aktivní indukční zátěže tedy maximální výstupní napětí odpovídá úhlu zpoždění odblokování ve středním rozsahu 0 až 90 el. stupňů.

Abyste získali vysoce kvalitní a krásné pájení, musíte zvolit správný výkon páječky a zajistit určitou teplotu jejího hrotu v závislosti na značce použité pájky. Nabízím několik schémat pro domácí tyristorové regulátory teploty pro ohřev páječky, které úspěšně nahradí mnoho průmyslových, které jsou nesrovnatelné v ceně a složitosti.

Pozor, následující tyristorové obvody regulátorů teploty nejsou galvanicky odděleny od elektrické sítě a dotyk s proudovými prvky obvodu může vést k úrazu elektrickým proudem!

K nastavení teploty pájecího hrotu se používají pájecí stanice, ve kterých v ručním nebo automatickém režimu optimální teplotu omlouvám se za páječku. Dostupnost pájecí stanice pro domácího kutila je omezena vysokou cenou. Pro sebe jsem vyřešil problematiku regulace teploty vývojem a výrobou regulátoru s ruční plynulou regulací teploty. Obvod lze upravit tak, aby automaticky udržoval teplotu, ale nevidím v tom smysl a praxe ukázala, že ruční nastavení je docela dostačující, protože síťové napětí je stabilní a pokojová teplota také.

Klasický obvod tyristorového regulátoru

Klasický tyristorový obvod regulátoru výkonu páječky nesplňoval jeden z mých hlavních požadavků, absenci vyzařování rušení do sítě a vzduchu. A radioamatérovi takové rušení znemožňuje naplno se věnovat tomu, co milujete. Pokud je obvod doplněn filtrem, návrh se ukáže jako těžkopádný. Ale pro mnoho aplikací lze takový obvod tyristorového regulátoru úspěšně použít, například k nastavení jasu žárovek a topných zařízení s výkonem 20-60 wattů. Proto jsem se rozhodl prezentovat toto schéma.

Abych pochopil, jak obvod funguje, budu se podrobněji zabývat principem činnosti tyristoru. Tyristor je polovodičové zařízení, které je buď otevřené nebo uzavřené. pro jeho otevření je třeba na řídicí elektrodu přivést kladné napětí 2-5 V, v závislosti na typu tyristoru, vzhledem ke katodě (na obrázku je vyznačeno k). Po otevření tyristoru (odpor mezi anodou a katodou bude 0) není možné jej uzavřít přes řídící elektrodu. Tyristor bude otevřený, dokud se napětí mezi jeho anodou a katodou (v diagramu označeno a a k) nepřiblíží nule. Je to tak jednoduché.

Obvod klasického regulátoru funguje následovně. Střídavé síťové napětí je přiváděno přes zátěž (žárovku nebo vinutí páječky) do obvodu usměrňovacího můstku vytvořeného na diodách VD1-VD4. Diodový můstek převádí střídavé napětí na konstantní, měnící se podle sinusového zákona (schéma 1). Když je prostřední vývod rezistoru R1 v poloze nejvíce vlevo, jeho odpor je 0, a když napětí v síti začne narůstat, kondenzátor C1 se začne nabíjet. Když je C1 nabitý na napětí 2-5 V, proud poteče přes R2 do řídící elektrody VS1. Tyristor se otevře, zkratuje diodový můstek a zátěží proteče maximální proud (horní schéma).

Když otočíte knoflíkem proměnného rezistoru R1, jeho odpor se zvýší, nabíjecí proud kondenzátoru C1 se sníží a bude trvat déle, než napětí na něm dosáhne 2-5 V, takže se tyristor okamžitě neotevře , ale po nějaké době. Čím větší je hodnota R1, tím delší je doba nabíjení pro C1, tyristor se otevře později a výkon přijímaný zátěží bude úměrně menší. Otáčením knoflíku proměnného odporu se tedy řídí teplota ohřevu páječky nebo jas žárovky.

Nahoře je klasický obvod tyristorového regulátoru vyrobený na tyristoru KU202N. Protože je k ovládání tohoto tyristoru potřeba větší proud (podle pasu 100 mA, skutečný je asi 20 mA), hodnoty rezistorů R1 a R2 jsou sníženy a R3 je vyloučen a hodnota elektrolytický kondenzátor se zvýší. Při opakování obvodu může být nutné zvýšit hodnotu kondenzátoru C1 na 20 mikrofaradů.

Nejjednodušší obvod tyristorového regulátoru

Zde je další z nejjednodušších obvodů tyristorového regulátoru výkonu, zjednodušená verze klasického regulátoru. Počet dílů je omezen na minimum. Místo čtyř diod VD1-VD4 je použita jedna VD1. Jeho princip fungování je stejný jako u klasického schématu. Schémata se liší pouze tím, že k úpravě v tomto okruhu regulátoru teploty dochází pouze podle kladné periody sítě a záporná perioda prochází VD1 beze změny, takže výkon lze upravit pouze v rozsahu od 50 do 100%. K nastavení teploty ohřevu pájecího hrotu není potřeba více. Pokud je dioda VD1 vyloučena, bude rozsah nastavení výkonu od 0 do 50 %.

Pokud se k přerušení obvodu z R1 a R2 přidá dinistor, například KN102A, pak elektrolytický kondenzátor C1 lze vyměnit za obyčejný s kapacitou 0,1 mF. Vhodné jsou tyristory pro výše uvedené obvody, KU103V, KU201K (L), KU202K (L, M, N), určené pro propustné napětí větší než 300 V. Diody jsou také téměř libovolné, určené pro zpětné napětí minimálně 300 PROTI.

Výše uvedené obvody tyristorových regulátorů výkonu lze úspěšně použít k řízení jasu záře lamp, ve kterých jsou instalovány žárovky. Regulace jasu žárovek, ve kterých jsou instalovány energeticky úsporné nebo LED žárovky, nebude fungovat, protože v takových žárovkách jsou namontovány elektronické obvody a regulátor jednoduše naruší jejich normální provoz. Žárovky budou svítit na plný výkon nebo blikat, což může dokonce vést k předčasnému selhání.

Obvody lze použít pro regulaci s napájecím napětím 36 V nebo 24 V AC. Pouze je nutné řádově snížit hodnoty rezistorů a použít tyristor odpovídající zátěži. Takže páječka o výkonu 40 W při napětí 36 V spotřebuje proud 1,1 A.

Obvod tyristorového regulátoru nevyzařuje rušení

Hlavním rozdílem mezi obvodem prezentovaného regulátoru výkonu páječky a obvody uvedenými výše je úplná absence rádiového rušení v elektrické síti, protože všechny přechodové jevy se vyskytují v době, kdy je napětí v napájecí síti nulové.

Když jsem začal vyvíjet regulátor teploty pro páječku, vycházel jsem z následujících úvah. Schéma by mělo být jednoduché, snadno opakovatelné, komponenty levné a dostupné, vysoká spolehlivost, minimální rozměry, účinnost blížící se 100 %, žádné vyzařující rušení, možnost modernizace.

Obvod regulátoru teploty funguje následovně. Střídavé napětí ze sítě je usměrněno diodovým můstkem VD1-VD4. Ze sinusového signálu se získá konstantní napětí, měnící se v amplitudě jako polovina sinusoidy s frekvencí 100 Hz (schéma 1). Dále proud prochází omezovacím odporem R1 do zenerovy diody VD6, kde je napětí omezeno amplitudou na 9 V a má jiný tvar (schéma 2). Výsledné impulsy nabíjejí elektrolytický kondenzátor C1 přes diodu VD5 a vytvářejí napájecí napětí asi 9 V pro mikroobvody DD1 a DD2. R2 plní ochrannou funkci, omezuje maximální možné napětí na VD5 a VD6 na 22 V a zajišťuje vytvoření hodinového impulsu pro provoz obvodu. U R1 je generovaný signál přiváděn na 5. a 6. výstup prvku 2OR-NOT logického digitálního mikroobvodu DD1.1, který invertuje příchozí signál a převádí jej na krátké obdélníkové impulsy (schéma 3). Ze 4. výstupu DD1 jsou impulsy přiváděny na 8. výstup D spouště DD2.1, pracující v režimu spouštění RS. DD2.1, stejně jako DD1.1, také plní funkci invertování a úpravy signálu (schéma 4).

Upozorňujeme, že signály v diagramu 2 a 4 jsou téměř stejné a zdálo se, že bylo možné přivést signál z R1 přímo na pin 5 DD2.1. Studie ale ukázaly, že v signálu po R1 dochází k velkému rušení ze sítě a bez dvojitého tvarování obvod nefungoval stabilně. A není vhodné instalovat další LC filtry, když jsou volné logické prvky.

Na spoušti DD2.2 je namontován řídicí obvod regulátoru teploty páječky a funguje následovně. Obdélníkové pulsy jsou přijímány na pinu 3 DD2.2 z pinu 13 DD2.1, které s kladnou hranou přepisují úroveň na pinu 1 DD2.2, která v tento moment přítomný na vstupu D mikroobvodu (pin 5). Na pinu 2 je signál opačné úrovně. Zvažte práci DD2.2 podrobně. Řekněme na pinu 2, logické jednotce. Přes odpory R4, R5 se nabíjí kondenzátor C2 na napájecí napětí. Po přijetí prvního impulsu s kladným poklesem se na pinu 2 objeví 0 a kondenzátor C2 se rychle vybije přes diodu VD7. Další kladný pokles na kolíku 3 nastaví logickou jednotku na kolík 2 a kondenzátor C2 se začne nabíjet přes odpory R4, R5.

Doba nabíjení je určena časovou konstantou R5 a C2. Čím větší R5, tím déle bude C2 trvat nabití. Dokud nebude C2 nabit na polovinu napájecího napětí na pinu 5, bude logická nula a kladné poklesy pulzu na vstupu 3 nezmění logickou úroveň na pinu 2. Jakmile je kondenzátor nabitý, proces se opakuje.

Na výstupy DD2.2 tak bude procházet pouze počet impulsů z napájecí sítě určený rezistorem R5 a hlavně tyto impulsy budou kolísat při přechodu napětí v napájecí síti přes nulu. Z toho vyplývá absence rušení z provozu regulátoru teploty.

Z pinu 1 mikroobvodu DD2.2 jsou impulsy přiváděny do měniče DD1.2, který slouží k eliminaci vlivu tyristoru VS1 na činnost DD2.2. Rezistor R6 omezuje řídicí proud tyristoru VS1. Při přivedení kladného potenciálu na řídicí elektrodu VS1 se tyristor otevře a na páječku se přivede napětí. Regulátor umožňuje nastavit výkon páječky od 50 do 99 %. I když je odpor R5 proměnný, seřízení díky provozu DD2.2 ohřívání páječky se provádí v krocích. Při R5 rovném nule je dodáváno 50 % výkonu (schéma 5), ​​při otočení o určitý úhel je to již 66 % (schéma 6), poté již 75 % (schéma 7). Čím více se tedy blíží jmenovitému výkonu páječky, tím hladší nastavení funguje, což usnadňuje nastavení teploty pájecího hrotu. Například 40W páječku lze nastavit na 20W až 40W.

Konstrukce a detaily regulátoru teploty

Všechny části tyristorového regulátoru teploty jsou umístěny na sklolaminátové desce plošných spojů. Protože obvod nemá galvanické oddělení od elektrické sítě, je deska umístěna v malém plastovém pouzdře bývalého adaptéru s elektrickou zástrčkou. Na osu proměnného rezistoru R5 je nasazena plastová rukojeť. Kolem rukojeti na těle regulátoru je pro usnadnění nastavení stupně ohřevu páječky použita stupnice s podmíněnými čísly.

Šňůra od páječky je připájena přímo na DPS. Připojení páječky můžete provést rozebíratelné, poté bude možné k regulátoru teploty připojit další páječky. Proud odebíraný řídicím obvodem regulátoru teploty překvapivě nepřesahuje 2 mA. To je méně než spotřeba LED ve světelném okruhu světelných spínačů. Proto nejsou nutná zvláštní opatření k zajištění teplotního režimu zařízení.

Čipy DD1 a DD2 libovolné řady 176 nebo 561. Sovětský tyristor KU103V lze nahradit např. moderním tyristorem MCR100-6 nebo MCR100-8, určeným pro spínací proud až 0,8 A. V tomto případě bude možné řídit ohřev páječky s výkonem až 150W. Diody VD1-VD4 jsou libovolné, určené pro zpětné napětí nejméně 300 V a proud nejméně 0,5 A. IN4007 je perfektní (Uob \u003d 1000 V, I \u003d 1 A). Diody VD5 a VD7 libovolný impuls. Libovolná nízkopříkonová zenerova dioda VD6 pro stabilizační napětí cca 9 V. Kondenzátory libovolného typu. Libovolné rezistory, R1 o výkonu 0,5W.

Regulátor výkonu není třeba nastavovat. S opravitelnými díly a bez chyb při instalaci bude fungovat okamžitě.

Schéma bylo vyvinuto před mnoha lety, kdy počítače a ještě více laserové tiskárny v přírodě neexistovaly, a proto kresba tištěný spoj Udělal jsem to staromódní technologií na papír s rastrem 2,5 mm. Poté byl výkres nalepen lepidlem Moment na silný papír a samotný papír na sklolaminát potažený fólií. Dále se na podomácku vyrobené vrtačce vyvrtaly otvory a ručně se kreslily dráhy budoucích vodičů a kontaktní plošky pro pájení dílů.

Nákres tyristorového regulátoru teploty zůstal zachován. Tady je jeho fotka. Zpočátku byl na mikrosestavě KTs407 vyroben usměrňovací diodový můstek VD1-VD4, ale po dvojnásobném roztržení mikrosestavy byl nahrazen čtyřmi diodami KD209.

Jak snížit úroveň rušení tyristorovými regulátory

Pro snížení rušení vyzařovaného tyristorovými regulátory výkonu do elektrické sítě se používají feritové filtry, které jsou feritovým kroužkem s vinutými závity drátu. Takové feritové filtry lze nalézt ve všech impulsní bloky napájecí zdroj pro počítače, televizory a další produkty. Účinný feritový filtr potlačující rušení lze dodatečně namontovat na jakýkoli tyristorový regulátor. Vodič pro připojení k elektrické síti stačí protáhnout feritovým kroužkem.

Feritový filtr je nutné instalovat co nejblíže ke zdroji rušení, tedy k místu, kde je instalován tyristor. Feritový filtr může být umístěn jak uvnitř pouzdra přístroje, tak na jeho vnější straně. Čím více závitů, tím lépe bude feritový filtr potlačovat rušení, ale stačí pouze protáhnout síťový vodič prstencem.

Feritový kroužek lze odebrat z propojovacích vodičů počítačového vybavení, monitorů, tiskáren, skenerů. Pokud věnujete pozornost vodiči spojujícímu počítačovou systémovou jednotku s monitorem nebo tiskárnou, všimnete si válcového zesílení izolace na vodiči. Toto umístění obsahuje feritový vysokofrekvenční šumový filtr.

Plastovou izolaci stačí naříznout nožem a odstranit feritový kroužek. Určitě vy nebo vaši přátelé najdete nepotřebný kabel rozhraní z inkoustové tiskárny nebo starého monitoru kineskopu.

Tyristorové regulátory výkonu jsou jedním z nejběžnějších návrhů amatérských rádií, a to není překvapující. Ostatně, kdo někdy používal klasickou 25 - 40 wattovou páječku, její schopnost přehřívání je dokonce velmi dobře známá. Pájka začne kouřit a syčet, pak pocínovaný hrot brzy vyhoří a zčerná. Pájení s takovou páječkou je již zcela nemožné.

A zde přichází na pomoc regulátor výkonu, pomocí kterého můžete přesně nastavit teplotu pro pájení. Měli byste se řídit tím, že když se dotknete kousku kalafuny páječkou, kouří dobře, takže středně, bez syčení a šplouchání, nepříliš energicky. Měli byste se řídit tím, že pájení je tvarované, lesklé.

Abychom příběh nekomplikovali, nebudeme tyristor uvažovat v podobě jeho čtyřvrstvého p-n-p-n struktur, nakreslete charakteristiku proud-napětí, ale jednoduše popište slovy, jak to, tyristor, funguje. Pro začátek ve stejnosměrném obvodu, ačkoli tyristory se v těchto obvodech téměř nikdy nepoužívají. Koneckonců, vypnout tyristor pracující na stejnosměrný proud je poměrně obtížné. Je to jako zastavit cválajícího koně.

Vysoké proudy a vysoké napětí tyristorů však přitahují vývojáře různých, zpravidla poměrně výkonných stejnosměrných zařízení. K vypnutí tyristorů se musí jít do různých komplikací obvodů, triků, ale obecně jsou výsledky pozitivní.

Označení tyristoru zapnuto schémata zapojení zobrazeno na obrázku 1.

Obrázek 1. Tyristor

Je snadné vidět, že ve svém označení na schématech je tyristor velmi podobný. Pokud na to přijdete, pak on, tyristor, má také jednostrannou vodivost, a proto může usměrňovat střídavý proud. Ale udělá to pouze tehdy, když je na řídicí elektrodu přivedeno kladné napětí vzhledem ke katodě, jak ukazuje obrázek 2. Ve staré terminologii se tyristoru někdy říkalo řízená dioda. Dokud není aplikován řídicí impuls, je tyristor uzavřen v libovolném směru.

Obrázek 2

Jak zapnout LED

Vše je zde velmi jednoduché. LED HL1 s omezovacím rezistorem R3 je připojena ke zdroji stejnosměrného napětí 9V (můžete použít baterii Krona) přes tyristor Vsx. Tlačítkem SB1 lze přivést napětí z děliče R1, R2 na řídící elektrodu tyristoru a následně se tyristor otevře, LED začne svítit.

Pokud nyní tlačítko uvolníte, přestanete jej držet stisknuté, pak by měla kontrolka LED nadále svítit. Takové krátké stisknutí tlačítka se dá nazvat pulsem. Opakované a dokonce i opakované stisknutí tohoto tlačítka nic nezmění: LED nezhasne, ale nebude svítit jasněji ani tlumeněji.

Stisknuto - uvolněno a tyristor zůstal v otevřeném stavu. Tento stav je navíc stabilní: tyristor bude otevřený, dokud jej vnější vlivy z tohoto stavu nevyvedou. Toto chování obvodu ukazuje na dobrý stav tyristoru, jeho vhodnost pro provoz ve vyvíjeném nebo opravovaném zařízení.

Malá poznámka

Ale často existují výjimky z tohoto pravidla: tlačítko se stiskne, LED se rozsvítí a po uvolnění tlačítka zhasne, jako by se nic nestalo. A v čem je tady háček, co udělali špatně? Možná nebylo tlačítko stisknuto dostatečně dlouho nebo ne příliš fanaticky? Ne, vše se dělo v dobré víře. Jen se ukázalo, že proud přes LED je menší než přídržný proud tyristoru.

Aby se popsaný pokus povedl, stačí vyměnit LED za žárovku, pak se proud zvýší, nebo zvolit tyristor s nižším přídržným proudem. Tento parametr u tyristorů má značný rozptyl, někdy je dokonce nutné vybrat tyristor pro konkrétní obvod. A jedna značka, s jedním písmenem a z jedné krabice. Poněkud lepší je to s tímto proudem u importovaných tyristorů, které jsou v poslední době preferovány: je jednodušší koupit a parametry jsou lepší.

Jak zavřít tyristor

Žádné signály přivedené na řídicí elektrodu nemohou uzavřít tyristor a zhasnout LED: řídicí elektroda může pouze zapnout tyristor. Existují samozřejmě uzamykatelné tyristory, ale jejich účel je poněkud jiný než banální regulátory výkonu nebo jednoduché spínače. Klasický tyristor lze vypnout pouze přerušením proudu anodově-katodovou sekcí.

To lze provést nejméně třemi způsoby. Za prvé je hloupost odpojit celý obvod od baterie. Připomínáme obrázek 2. LED dioda přirozeně zhasne. Po opětovném připojení se však sám nezapne, protože tyristor zůstává v uzavřeném stavu. Tento stav je také stabilní. A abyste ho z tohoto stavu dostali, zapněte světlo, pomůže pouze stisknutí tlačítka SB1.

Druhý způsob, jak přerušit proud tyristorem, je jednoduše vzít a uzavřít vodiče katody a anody propojovacím drátem. V tomto případě bude propojkou protékat celý zátěžový proud, v našem případě jen LED, a proud tyristorem bude nulový. Po odstranění propojky se tyristor sepne a LED zhasne. Při experimentování s takovými obvody se jako propojka nejčastěji používá pinzeta.

Předpokládejme, že místo LED v tomto obvodu bude dostatečně výkonná topná spirála s velkou tepelnou setrvačností. Pak získáte téměř hotový regulátor výkonu. Pokud je tyristor sepnut tak, že cívka je zapnutá 5 sekund a vypnutá stejnou dobu, pak se v cívce uvolní 50 procent výkonu. Pokud však během tohoto desetisekundového cyklu dojde k začlenění pouze na 1 sekundu, pak je zcela zřejmé, že spirála ze svého výkonu uvolní pouze 10 % tepla.

Přibližně s takovými časovými cykly, měřenými v sekundách, funguje řízení výkonu mikrovlnná trouba. Jednoduše pomocí relé se RF záření zapíná a vypíná. Tyristorové regulátory pracují na síťové frekvenci, kde se čas již měří v milisekundách.

Třetí způsob, jak vypnout tyristor

Spočívá ve snížení napájecího napětí zátěže na nulu, případně i úplné změně polarity napájecího napětí na opačnou. Právě tato situace nastává, když jsou tyristorové obvody napájeny střídavým sinusovým proudem.

Když sinusoida prochází nulou, změní znaménko na opačné, takže proud přes tyristor se stane menším než přídržný proud a pak se zcela rovná nule. Tím je problém s vypínáním tyristoru vyřešen jakoby sám od sebe.

Tyristorové regulátory výkonu. Regulace fáze

Takže záležitost zůstává malá. Chcete-li získat fázovou regulaci, stačí použít řídicí impuls v určitém čase. Jinými slovy, puls musí mít určitou fázi: čím blíže ke konci půlcyklu střídavého napětí, tím nižší bude amplituda napětí na zátěži. Způsob řízení fáze je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3. Řízení fáze

Na horním fragmentu obrázku je řídicí impuls aplikován téměř na samém začátku půlcyklu sinusoidy, fáze řídicího signálu je blízká nule. Na obrázku je to čas t1, takže tyristor se otevře téměř na začátku půlcyklu a výkon se uvolní v zátěži blízko maxima (pokud by v obvodu nebyly tyristory, výkon by byl maximum).

Samotné řídicí signály nejsou na tomto obrázku znázorněny. Ideálně jsou to krátké kladné pulsy vzhledem ke katodě, aplikované v určité fázi na řídící elektrodu. V nejjednodušších obvodech to může být lineárně rostoucí napětí získané při nabíjení kondenzátoru. O tom bude řeč níže.

V prostředním grafu je řídicí impuls aplikován uprostřed půlcyklu, který odpovídá fázovému úhlu Π/2 nebo času t2, takže v zátěži se uvolní pouze polovina maximálního výkonu.

Ve spodním grafu jsou otevírací impulsy dány velmi těsně ke konci půlcyklu, tyristor se otevírá téměř dříve, než musí zavřít, podle grafu je tato doba označena jako t3, respektive výkon v zátěži je propuštěn bezvýznamný.

Tyristorové spínací obvody

Po krátkém zopakování principu činnosti tyristorů lze asi citovat několik obvodů regulátoru výkonu. Nic nového se tu nevymyslelo, vše se dá najít na internetu nebo ve starých radiotechnických časopisech. To jen říká článek krátká recenze a popis práce obvody tyristorových regulátorů. Při popisu činnosti obvodů bude věnována pozornost tomu, jak se používají tyristory, jaké existují tyristorové spínací obvody.

Jak již bylo zmíněno na samém začátku článku, tyristor usměrňuje střídavé napětí jako klasická dioda. Ukazuje se jednopůlvlnné usměrnění. Kdysi se právě tak přes diodu rozsvěcovaly žárovky na schodištích: světla je velmi málo, oslňuje v očích, ale lampy vyhoří velmi zřídka. Totéž se stane, pokud se stmívač provede na jednom tyristoru, pouze je stále možné regulovat již nevýznamný jas.

Regulátory výkonu tedy řídí oba půlcykly síťového napětí. K tomu slouží protiparalelní zapojení tyristorů, případně zařazení tyristoru do úhlopříčky usměrňovacího můstku.

Pro jasnost tohoto tvrzení bude níže uvažováno několik obvodů tyristorových regulátorů výkonu. Někdy se jim říká regulátory napětí a je těžké rozhodnout, který název je správnější, protože spolu s regulací napětí je regulován i výkon.

Nejjednodušší tyristorový regulátor

Je určen k ovládání výkonu páječky. Jeho schéma je znázorněno na obrázku 4.

Obrázek 4. Schéma nejjednoduššího tyristorového regulátoru výkonu

Nemá smysl upravovat výkon páječky od nuly. Můžeme se tedy omezit na regulaci pouze jednoho půlcyklu síťového napětí, v tomto případě kladného. Negativní půlcyklus prochází beze změny přes diodu VD1 přímo do páječky, která zajišťuje její poloviční výkon.

Kladný půlcyklus prochází tyristorem VS1 a umožňuje regulaci. Tyristorový řídicí obvod je extrémně jednoduchý. Jedná se o rezistory R1, R2 a kondenzátor C1. Kondenzátor se nabíjí v obvodu: horní vodič obvodu, R1, R2 a kondenzátor C1, zátěž, spodní vodič obvodu.

Řídicí elektroda tyristoru je připojena ke kladné svorce kondenzátoru. Když napětí na kondenzátoru stoupne na spínací napětí tyristoru, tyristor se otevře a projde kladným půlcyklem napětí do zátěže, nebo spíše její části. Kondenzátor C1 se přirozeně vybíjí a tím se připravuje na další cyklus.

Rychlost nabíjení kondenzátoru je řízena proměnným rezistorem R1. Čím rychleji se kondenzátor nabije na otevírací napětí tyristoru, čím dříve se tyristor otevře, větší část kladného půlcyklu napětí půjde na zátěž.

Obvod je jednoduchý, spolehlivý, je docela vhodný pro páječku, i když reguluje pouze jeden půlcykl síťového napětí. Velmi podobný obvod je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5. Tyristorový regulátor výkonu

Je poněkud složitější než předchozí, ale umožňuje plynulejší a přesnější nastavení, vzhledem k tomu, že obvod generování řídicích impulsů je sestaven na dvoubázovém tranzistoru KT117. Tento tranzistor je určen k vytváření pulzních generátorů. Více, zdá se, není schopen ničeho jiného. Podobný obvod se používá v mnoha regulátorech výkonu, stejně jako ve spínacích zdrojích jako tvarovač spouštěcích impulsů.

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

Čím rychleji se kondenzátor nabíjí, tím dříve se objeví otevírací impuls, tím větší bude napětí na zátěži. Druhá půlvlna síťového napětí přechází do zátěže přes diodu VD3 beze změny. K napájení obvodu tvarovače řídicích impulsů se používá usměrňovač VD2, R5 a zenerova dioda VD1.

Zde se můžete zeptat, ale když se tranzistor otevře, jaký je práh odezvy? K otevření tranzistoru dochází v okamžiku, kdy napětí na jeho emitoru E překročí napětí na bázi B1. Báze B1 a B2 nejsou ekvivalentní, pokud jsou prohozeny, generátor nebude fungovat.

Obrázek 6 ukazuje obvod, který umožňuje nastavit oba půlcykly napětí.

Obrázek 6

8 základních regulačních obvodů pro kutily. Top 6 značek regulátorů z Číny. 2 schémata. 4 Nejčastější dotazy o regulátorech napětí + TEST pro sebeovládání

Regulátor napětí- Jedná se o specializované elektrické zařízení určené k hladké změně nebo úpravě napětí, které napájí elektrické zařízení.

Regulátor napětí

Důležité si pamatovat! Zařízení tohoto typu jsou určena ke změně a úpravě napájecího napětí, nikoli proudu. Proud je regulován užitečným zatížením!

TEST:

4 otázky o regulátorech napětí

1. K čemu je regulátor?

a) Změna napětí na výstupu zařízení.

b) Přerušení elektrického obvodu

1. Co určuje výkon regulátoru:

a) Ze zdroje vstupního proudu a od výkonného orgánu

b) Na velikosti spotřebitele

1. Hlavní části zařízení, sestavené ručně:

a) Zenerova dioda a dioda

b) Triak a tyristor

1. K čemu jsou regulátory 0-5 V:

a) Napájejte mikroobvod stabilizovaným napětím

b) Omezte odběr proudu elektrických lamp

Odpovědi.

2 Nejběžnější schémata pH „udělej si sám“ 0–220 voltů

Schéma č. 1.

Nejjednodušší a nejpohodlnější regulátor napětí k použití je regulátor na tyristorech připojených zády k sobě. Tím se vytvoří sinusový výstupní signál požadované velikosti.

Vstupní napětí až 220V je přiváděno do zátěže přes pojistku a přes druhý vodič přes tlačítko napájení vstupuje sinusová půlvlna do katody a anody tyristory VS1 a VS2. A přes proměnný odpor R2 se upravuje výstupní signál. Dvě diody VD1 a VD2 zanechávají pouze kladnou půlvlnu přicházející na řídicí elektrodu jednoho z tyristory, což vede k jeho odhalení.

Důležité! Čím vyšší je proudový signál na tyristorovém klíči, tím silněji se otevře, to znamená, že tím více proudu může projít skrz něj.

Kontrolka je k dispozici pro ovládání vstupního výkonu a voltmetr se používá k nastavení výstupního výkonu.

Schéma č. 2.

Charakteristickým rysem tohoto obvodu je nahrazení dvou tyristorů jedním triak. Tím se obvod zjednodušuje, je kompaktnější a snáze se vyrábí.

V obvodu je ještě pojistka a zapínací tlačítko a seřizovací odpor R3 a ovládá základnu triaku, jedná se o jedno z mála polovodičových součástek se schopností pracovat se střídavým proudem. procházející proud odpor R3, získá určitou hodnotu, bude ovládat stupeň otevření triak. Poté je usměrněn na diodovém můstku VD1 a přes omezovací rezistor vstupuje do klíčové elektrody triaku VS2. Zbývající prvky obvodu, jako jsou kondenzátory C1, C2, C3 a C4, slouží k tlumení vlnění vstupního signálu a jeho filtraci od cizího šumu a neregulovaných frekvencí.

Jak se vyhnout 3 častým chybám při práci s triakem.

1. Písmeno za kódovým označením triaku udává jeho maximální provozní napětí: A - 100V, B - 200V, C - 300V, G - 400V. Proto byste neměli brát zařízení s písmeny A a B pro nastavení 0-220 voltů - takový triak selže.
2. Triak, stejně jako jakékoli jiné polovodičové zařízení, se během provozu velmi zahřívá, měli byste zvážit instalaci radiátoru nebo aktivního chladicího systému.
3. Při použití triaku v zatěžovacích obvodech s velkým odběrem proudu je nutné jednoznačně vybrat zařízení pro daný účel. Například lustr, ve kterém je instalováno 5 žárovek o výkonu 100 wattů, spotřebuje celkový proud 2 ampéry. Při výběru z katalogu je nutné hledět na maximální provozní proud zařízení. Tak triak MAC97A6 je dimenzován na pouhých 0,4 ampéru a takovou zátěž nevydrží, zatímco MAC228A8 je schopen projít až 8 A a bude pro tuto zátěž vhodný.

3 Přednosti ve výrobě silného pH a proudu pro „udělej si sám“.

Zařízení ovládá zátěže až do 3000 wattů. Je postaven na použití výkonného triaku a ovládá spoušť nebo klíč dinistor.

Dinistor- je to stejné jako u triaku, jen bez ovládacího výstupu. Li triak se otevře a začne jím procházet proud, když se na jeho bázi objeví řídicí napětí a zůstane otevřené, dokud nezmizí dinistor se otevře, pokud se mezi jeho anodou a katodou nad otevírací bariérou objeví potenciální rozdíl. Zůstane odemčeno, dokud proud mezi elektrodami neklesne pod úroveň blokování.

Jakmile kladný potenciál narazí na řídicí elektrodu, otevře se a prochází střídavým proudem, přičemž čím silnější je tento signál, tím vyšší je napětí mezi jeho svorkami, a tedy i na zátěži. Pro regulaci stupně otevření se používá oddělovací obvod, který se skládá z dinistoru VS1 a rezistorů R3 a R4. Tento obvod nastavuje limit proudu na klíči triak, a kondenzátory vyhlazují vlnění na vstupním signálu.

2 základní principy při výrobě PH 0-5 voltů

1. Pro převod vstupního vysokého potenciálu na nízkou konstantu se používají speciální mikroobvody řady LM.
2. Čipy jsou napájeny pouze stejnosměrným proudem.

Podívejme se na tyto principy podrobněji a analyzujme typický obvod regulátoru.

Integrované obvody řady LM jsou navrženy tak, aby snížily vysoké stejnosměrné napětí na nízké hodnoty. K tomu jsou v pouzdře zařízení 3 výstupy:

• První výstup je vstupní signál.
• Druhý výstup je výstupní signál.
• Třetím výstupem je řídicí elektroda.

Princip činnosti zařízení je velmi jednoduchý - vstupní vysoké napětí kladné hodnoty se přivádí na vstupní výstup a poté se převádí uvnitř mikroobvodu. Stupeň transformace bude záviset na síle a velikosti signálu na řídicí "nohe". V souladu s hlavním impulsem se na výstupu vytvoří kladné napětí od 0 voltů do limitu pro tuto řadu.

Vstupní napětí, ne vyšší než 28 voltů a nutně usměrněné, je přiváděno do obvodu. Můžete to vzít ze sekundárního vinutí napájení transformátor nebo z vysokonapěťového regulátoru. Poté je na výstup mikroobvodu 3 přiveden kladný potenciál. Kondenzátor C1 vyhlazuje zvlnění vstupního signálu. Výstupní signál nastavuje proměnný odpor R1 5000 ohmů. Čím vyšší proud jím prochází, tím výše se mikroobvod otevírá. Výstupní napětí 0-5 voltů je odebíráno z výstupu 2 a přes vyhlazovací kondenzátor C2 vstupuje do zátěže. Čím vyšší je kapacita kondenzátoru, tím je na výstupu hladší.

Regulátor napětí 0 - 220v

Nejlepší 4 stabilizační mikroobvody 0-5 voltů:

1. KR1157- domácí mikroobvod s limitem vstupního signálu až 25 voltů a zatěžovacím proudem nejvýše 0,1 ampéru.
2. 142EN5A- mikroobvod s maximálním výstupním proudem 3 ampéry, na vstup není přivedeno více než 15 voltů.
3. TS7805CZ- zařízení s přípustnými proudy do 1,5 ampéru a zvýšeným vstupním napětím do 40 voltů.
4. L4960- pulzní mikroobvod s maximálním zatěžovacím proudem do 2,5 A. Vstupní napětí by nemělo překročit 40 voltů.

pH na 2 tranzistorech

Tento typ se používá v obvodech zvláště výkonných regulátorů. V tomto případě je proud do zátěže také přenášen přes triak, ale výstup klíče je řízen přes kaskádu tranzistory. To je realizováno následovně: proměnný odpor reguluje proud, který vstupuje do základny prvního malého výkonný tranzistor, a že přes spojení kolektor-emitor ovládá základnu druhého mocného tranzistor a už otvírá a zavírá triak. Tím je implementován princip velmi plynulé regulace obrovských proudů na zátěži.

Odpovědi na 4 nejčastější otázky týkající se regulátorů:

1. Jaká je tolerance výstupního napětí? U továrně vyrobených nástrojů velkých firem odchylka nepřesáhne + -5 %
2. Co určuje výkon regulátoru? Výstupní výkon přímo závisí na zdroji energie a na triaku, který spíná obvod.
3. K čemu jsou regulátory 0-5V? Tato zařízení se nejčastěji používají k napájení mikroobvodů a různých desek plošných spojů.
4. Proč potřebujete domácí regulátor 0-220 voltů? Používají se k hladkému zapínání a vypínání domácích elektrických spotřebičů.

4 Udělej si sám pH diagramy a schéma zapojení

Stručně zvažte každý ze schémat, funkcí, výhod.

Schéma 1.

Velmi jednoduchý obvod pro připojení a plynulé nastavení páječky. Slouží k zabránění spálení a přehřátí hrotu páječky. Schéma využívá mocný triak, který je řízen tyristorově proměnným řetězcem odpor.

Schéma 2

Schéma založené na použití fázového řídicího čipu typu 1182PM1. Ovládá stupeň otevření triak, který řídí zátěž. Slouží k plynulé regulaci stupně svítivosti klasických žárovek.

Schéma 3

Nejjednodušší schéma pro regulaci žhavení hrotu páječky. Vyrobeno ve velmi kompaktním designu s použitím snadno dostupných komponent. Jeden tyristor řídí zátěž, jejíž stupeň zahrnutí je regulován proměnným rezistorem. K dispozici je také dioda pro ochranu proti zpětnému napětí.

Čínské pH při 220 voltech

V dnešní době se zboží z Číny stalo poměrně oblíbeným tématem a za všeobecným trendem nezaostávají ani čínské regulátory napětí. Zvažte nejoblíbenější čínské modely a porovnejte jejich hlavní charakteristiky.

Je zde možnost vybrat si libovolný regulátor dle Vašich požadavků a potřeb. V průměru jeden watt užitečného výkonu stojí necelých 20 centů, a to je velmi příznivá cena. Přesto stojí za to věnovat pozornost kvalitě dílů a montáži, u zboží z Číny je stále velmi nízká.