Тиристорный регулятор постоянного тока. Универсальный регулятор мощности своими руками
Тиристорные регуляторы напряжения представляют собой устройства, предназначенные для регулирования частоты вращения и момента электродвигателей. Регулирование частоты вращения и момента производится за счет изменения напряжения, подводимого к статору двигателя, и осуществляется изменением угла открытия тиристоров. Такой способ управления электродвигателем получил название фазового управления. Этот способ является разновидностью параметрического (амплитудного) управления.
Могут выполняться как с замкнутой, так и с разомкнутой системой регулирования. Регуляторы с разомкнутой системой не обеспечивают удовлетворительного качества процесса регулирования частоты вращения. Основное их назначение- регулирование момента для получения нужного режима работы привода в динамических процессах.
В силовую часть однофазного тиристорного регулятора напряжения включены два управляемых тиристора, которые обеспечивают протекание электрического тока на на1рузке в двух направлениях при синусоидальном напряжении на входе.
Тиристорные регуляторы с замкнутой системой регулирования используются, как правило, с отрицательной обратной связью по скорости, что позволяет иметь достаточно жесткие механические характеристики привода в зоне малых частот вращения.
Наиболее эффективно использование тиристорных регуляторов для регулирования частоты вращения и момента .
Силовые цепи тиристорных регуляторов
На рис. 1, а-д показаны возможные схемы включения выпрямительных элементов регулятора в одной фазе. Наиболее распространенной из них является схема на рис1,а. Она может быть использована при любой схеме соединения обмоток статора. Допустимый ток через нагрузку (действующее значение) в этой схеме в режиме непрерывного тока равен:
где I т - допустимое среднее значение тока через тиристор.
Максимальное прямое и обратное напряжения тиристора
где k
зап - коэффициент запаса, выбираемый с учетом возможных коммутационных перенапряжений в схеме; - действующее значение линейного напряжения сети.
Рис. 1. Схемы силовых цепей тиристорных регуляторов напряжения.
В схеме на рис. 1,б имеется только один тиристор, включенный в диагональ моста из неуправляемых диодов. Соотношение между токами нагрузки и тиристора для этой схемы имеет вид:
Неуправляемые диоды выбираются на ток вдвое меньший, чем для тиристора. Максимальное прямое напряжение на тиристоре
Обратное напряжение на тиристоре близко к нулю.
Схема на рис. 1,б имеет некоторые отличия от схемы на рис. 1,а по построению системы управления. В схеме на рис. 1, а управляющие импульсы на каждый из тиристоров должны следовать с частотой питающей сети. В схеме на рис. 1,б частота импульсов управления вдвое больше.
Схема на рис. 1, в, состоящая из двух тиристоров и двух диодов, по возможности управления, загрузке, по току и максимальному прямому напряжению тиристоров аналогична схеме на рис. 1, а.
Обратное напряжение в этой схеме из-за шунтирующего действия диода близко к нулю.
Схема на рис. 1, г по току и максимальному прямому и обратному напряжению тиристоров аналогична схеме на рис. 1, а. Схема на рис. 1, г отличается от рассмотренных требованиями к системе управления по обеспечению необходимого диапазона изменения угла регулирования тиристоров. Если угол отсчитывать от нуля фазного напряжения, то для схем на рис. 1, а-в справедливо соотношение
где φ - фазовый угол нагрузки.
Для схемы на рис. 1, г аналогичное соотношение приобретает вид:
Необходимость увеличения диапазона изменения угла усложняет . Схема на рис. 1, г может быть применена при включении обмоток статора в звезду без нулевого провода и в треугольник с включением выпрямительных элементов в линейные провода. Область применения указанной схемы ограничена нереверсивными, а также реверсивными электроприводами с контактным реверсом.
Схема на рис. 4-1, д по своим свойствам аналогична схеме на рис. 1, а. Ток симистора здесь равен току нагрузки, а частота импульсов управления равна двойной частоте питающего напряжения. Недостаток схемы на симисторах - значительно меньше, чем у обычных тиристоров, допустимые значения du/dt и di/dt .
Для тиристорных регуляторов наиболее рациональна схема на рис. 1, а с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами.
Силовые схемы регуляторов выполняются с встречно-параллельно включенными тиристорами во всех трех фазах (симметричная трехфазная схема), в двух и одной фазах двигателя, как показано на рис. 1, е, ж и з соответственно.
В регуляторах, применяемых в крановых электроприводах, наибольшее распространение получила симметричная схема включения, показанная на рис. 1, е, которая характеризуется наименьшими потерями от высших гармонических токов. Более высокие значения потерь в схемах с четырьмя и двумя тиристорами определяются несимметрией напряжения в фазах двигателя.
Основные технические данные тиристорных регуляторов серии РСТ
Тиристорные регуляторы серии РСТ представляют собой устройства для изменения (по заданному закону) напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя с фазным ротором. Тиристорные регуляторы серии РСТ выполняются по симметричной трехфазной схеме включения (рис. 1, е). Применение регуляторов указанной серии в крановых электроприводах позволяет осуществлять регулирование частоты вращения в диапазоне 10:1 и регулирование момента двигателя в динамических режимах при пуске и торможении.
Тиристорные регуляторы серии РСТ выполняются на длительные токи 100, 160 и 320 А (максимальные токи соответственно 200, 320 и 640 А) и напряжение 220 и 380 В переменного тока. Регулятор представляет собой собранные на общей раме три силовых блока (по числу фаз встречно-параллельно включенных тиристоров), блок датчиков тока и блок автоматики. В силовых блоках используются таблеточные тиристоры с охладителями из тянутого алюминиевого профиля. Охлаждение воздушное - естественное. Блок автоматики - единый для всех исполнений регуляторов.
Тиристорные регуляторы выполнены со степенью защиты IP00 и предназначены для установки на стандартные рамы магнитных контроллеров типа ТТЗ, которые по конструкции аналогичны контроллерам серий ТА и ТСА. Габаритные размеры и масса регуляторов серии РСТ указаны в табл. 1.
Таблица 1 Габаритные размеры и масса регуляторов напряжения серии РСТ
В магнитных контроллерах ТТЗ установлены контакторы направления для реверсирования двигателя, контакторы роторной цепи и другие релейно-контактные элементы электропривода, осуществляющие связь командоконтроллера с тиристорным регулятором. Структура построения системы управления регулятора видна из функциональной схемы электропривода, показанной на рис. 2.
Трехфазный симметричный тиристорный блок Т управляется системой фазового управления СФУ. С помощью командоконтроллера КК в регуляторе производится изменение задания скорости БЗС, Через блок БЗС в функции времени осуществляется управление контактором ускорения КУ2 в цепи ротора. Разность сигналов задания и тахогенератора ТГ усиливается усилителями У1 и УЗ. К выходу усилителя УЗ подключено логическое релейное устройство, имеющее два устойчивых состояния: одно соответствует включению контактора направления вперед KB, второе - включению контактора направления назад КН.
Одновременно с изменением состояния логического устройства реверсируется сигнал в цепи управления РУ. Сигнал с согласующего усилителя У2 суммируется с сигналом задержанной обратной связи по току статора двигателя, который поступает с блока токоограничения ТО и подается на вход СФУ.
На блок логики БЛ воздействует также сигнал с блока датчиков тока ДТ и блока наличия тока НТ, запрещающий переключение контакторов направления под током. Блоком БЛ осуществляется также нелинейная коррекция системы стабилизации частоты вращения для обеспечения устойчивости работы привода. Регуляторы могут быть использованы в электроприводах механизмов подъема и передвижения.
Регуляторы серии РСТ выполнены с системой ограничения тока. Уровень токоограничения для защиты тиристоров от перегрузок и для ограничения момента двигателя в динамических режимах плавно изменяется от 0,65 до 1,5 номинального тока регулятора, уровень токоограничения для максимально-токовой защиты- от 0,9 до. 2,0 номинального тока регулятора. Широкий диапазон изменения уставок защиты обеспечивает работу регулятора одного типоразмера с двигателями, отличающимися по мощности примерно в 2 раза.
Рис. 2. Функциональная схема электропривода с тиристорным регулятором типа РСТ: КК - командоконтроллер; ТГ - тахогенератор; КН, KB - контакторы направления; БЗС - блок задания скорости; БЛ - блок логики; У1, У2. УЗ - усилители; СФУ- система фазового управления; ДТ - датчик тока; ИТ - блок наличия тока; ТО - блок токоограничения; МТ - блок защиты; КУ1, КУ2 - контакторы ускорения; КЛ - линейный контактор: Р - рубильник.
Рис. 3. Тиристорный регулятор напряжения РСТ
Чувствительность системы наличия тока составляет 5-10 А действующего значения тока в фазе. В регуляторе предусмотрены также защиты: нулевая, от коммутационных перенапряжений, от исчезновения тока хотя бы в одной из фаз (блоки ИТ и МТ), от помех радиоприему. Быстродействующими плавкими предохранителями типа ПНБ 5М осуществляется защита от токов короткого замыкания.
Моделей паяльников в магазинах множество - от дешёвых китайских до дорогих, со встроенным регулятором температуры, продаются даже паяльные станции.
Другое дело, нужна ли та же станция, если подобные работы нужно выполнять раз в год, а то и реже? Проще купить недорогой паяльник. А у кого-то дома сохранились простые, но надёжные советские инструменты. Паяльник, не оснащённый дополнительным функционалом, греет на полную, пока вилка в сети. А отключённый, быстро остывает. Перегретый паяльник способен испортить работу: им становится невозможно прочно припаять что-либо, флюс быстро испаряется, жало окисляется и припой скатывается с него. Недостаточно нагретый инструмент и вовсе может испортить детали - из-за того что припой плохо плавится, паяльник можно передержать впритык к деталям.
Чтобы сделать работу комфортнее, можно собрать своими руками регулятор мощности, который ограничит напряжение и тем самым не даст жалу паяльника перегреваться.
Регуляторы для паяльника своими руками. Обзор способов монтажа
В зависимости от вида и набора радиодеталей, регуляторы мощности для паяльника могут быть разных размеров, с разным функционалом. Можно собрать как небольшое простое устройство, в котором нагрев прекращается и возобновляется нажатием кнопки, так и габаритное, с цифровым индикатором и программным управлением.
Возможные виды монтажа в корпус: вилка, розетка, станция
В зависимости от мощности и задач регулятор можно поместить в несколько видов корпуса. Самый простой и довольной удобный - вилка. Для этого можно использовать зарядное устройство для сотового телефона или корпус любого адаптера. Останется только найти ручку и поместить её в стенке корпуса. Если корпус паяльника позволяет (там достаточно места), можно разместить плату с деталями в нём.
Другой вид корпуса для несложных регуляторов - розетка. Она может быть как одинарной, так и представлять собой тройник-удлинитель. В последнем можно очень удобно поставить ручку со шкалой.
Вариантов монтажа регулятора с индикатором напряжения тоже может быть несколько. Все зависит от сообразительности радиолюбителя и фантазии. Это может быть как очевидный вариант - удлинитель с вмонтированным туда индикатором, так и оригинальные решения.
Собрать можно даже подобие паяльной станции, установить на ней подставку для паяльника (её можно купить отдельно). При монтаже нельзя забывать о правилах безопасности. Детали нужно изолировать - например, термоусадочной трубкой.
Варианты схем в зависимости от ограничителя мощности
Регулятор мощности можно собрать по разным схемам. В основном различия состоят в полупроводниковой детали, приборе, который будет регулировать подачу тока. Это может быть тиристор или симистор. Для более точного управления работой тиристора или симистора в схему можно добавить микроконтроллер.
Можно сделать простейший регулятор с диодом и выключателем - для того чтобы оставить паяльник в рабочем состоянии на какое-то (возможно, длительное) время, не давая ему ни остывать, ни перегреваться. Остальные регуляторы дают возможность задать температуру жала паяльника более плавно - под различные нужды. Сборка устройства по любой из схем производится схожим способом. В фотографиях и видеороликах приведены примеры того, как можно собрать регулятор мощности для паяльника своими руками. На их основе можно сделать прибор с нужными лично вам вариациями и по собственной схеме.
Тиристор - своеобразный электронный ключ. Пропускает ток только в одном направлении. В отличие от диода у тиристора 3 выхода - управляющий электрод, анод и катод. Открывается тиристор посредством подачи импульса на электрод. Закрывается при смене направления или прекращении подачи проходящего через него тока.
Или триак - вид тиристора, только в отличие от этого прибора, двусторонний, проводит ток в обоих направлениях. Представляет собой, по сути, два тиристора, соединённые вместе.
Симистор, или триак. Основные части, принцип действия и способ отображения на схемах. А1 и А2 - силовые электроды, G - управляющий затвор
В схему регулятора мощности для паяльника - зависимости от его возможностей - включают следующие редиодетали.
Резистор - служит для преобразования напряжения в силу тока и обратно. Конденсатор - основная роль этого прибора в том, что он перестаёт проводить ток, как только разряжается. И начинает проводить вновь - по мере того как заряд достигает нужной величины. В схемах регуляторов конденсатор служит для того, чтобы выключить тиристор. Диод - полупроводник, элемент, который пропускает ток в прямом направлении и не пропускает в обратном. Подвид диода - стабилитрон - используется в устройствах для стабилизации напряжения. Микроконтроллер - микросхема, при помощи которой обеспечивается электронное управление устройством. Бывает разной степени сложности.
Схема с выключателем и диодом
Такой тип регулятора самый простой в сборке, с наименьшим количеством деталей. Его можно собирать без платы, на весу. Выключатель (кнопка) замыкает цепь - на паяльник подаётся всё напряжение, размыкает - напряжение падает, температура жала тоже. Паяльник при этом остаётся нагретым - такой способ хорош для режима ожидания. Подойдёт выпрямительный диод, рассчитанный на ток от 1 Ампера.
Сборка двухступенчатого регулятора на весу
- Подготовить детали и инструменты: диод (1N4007), выключатель с кнопкой, кабель с вилкой (это может быть кабель паяльника или же удлинителя - если есть страх испортить паяльник), провода, флюс, припой, паяльник, нож.
- Зачистить, а потом залудить провода.
- Залудить диод. Припаять провода к диоду. Удалить лишние концы диода. Надеть термоусадочные трубки, обработать нагревом. Можно также использовать электроизоляционную трубку - кембрик. Подготовить кабель с вилкой в том месте, где удобнее будет крепить выключатель. Разрезать изоляцию, перерезать один из находящихся внутри проводов. Часть изоляции и второй провод оставить целыми. Зачистить концы разрезанного провода.
- Расположить диод внутри выключателя: минус диода - к вилке, плюс - к выключателю.
- Скрутить концы разрезанного провода и проводов, подсоединённых к диоду. Диод должен находиться внутри разрыва. Провода можно спаять. Подключить к клеммам, затянуть винты. Собрать выключатель.
Регулятор с выключателем и диодом - пошагово и наглядно
Регулятор на тиристоре
Регулятор с ограничителем мощности - тиристором - позволяет плавно устанавливать температуру паяльника от 50 до 100%. Для того чтобы расширить эту шкалу (от нуля до 100%), в схему нужно добавить диодный мост. Сборка регуляторов и на тиристоре, и на симисторе совершает сходным образом. Метод можно применить для любого устройства такого типа.
Сборка тиристорного (симисторного) регулятора на печатной плате
- Сделать монтажную схему - наметить удобное расположение всех деталей на плате. Если плата приобретается - монтажная схема идёт в комплекте.
- Подготовить детали и инструменты: печатную плату (её нужно сделать заранее согласно схеме или купить), радиодетали - см. спецификацию к схеме, кусачки, нож, провода, флюс, припой, паяльник.
- Разместить на плате детали согласно монтажной схеме.
- Откусить кусачками лишние концы деталей.
- Смазать флюсом и припаять каждую деталь - сначала резисторы с конденсаторами, потом - диоды, транзисторы, тиристор (симистор), динистор.
- Подготовить корпус для сборки.
- Зачистить, залудить провода, припаять к плате согласно монтажной схеме, установить плату в корпус. Заизолировать места соединения проводов.
- Проверить регулятор - подключить к лампе накаливания.
- Собрать устройство.
Схема с маломощным тиристором
Тиристор небольшой мощности недорогой, занимает мало места. Его особенность - в повышенной чувствительности. Для управления им используются переменный резистор и конденсатор. Подходит для устройств мощностью не более 40 Вт.
Спецификация
Схема с мощным тиристором
Управление тиристором осуществляется за счёт двух транзисторов. Уровень мощности регулирует резистор R2. Регулятор, собранный по такой схеме, рассчитан на нагрузку до 100 Вт.
Спецификация
| Название | Обозначение | Вид/Номинал |
| Конденсатор | C1 | 0,1 мкФ |
| Транзистор | VT1 | КТ315Б |
| Транзистор | VT2 | КТ361Б |
| Резистор | R1 | 3,3 кОм |
| Резистор переменный | R2 | 100 кОм |
| Резистор | R3 | 2,2 кОм |
| Резистор | R4 | 2,2 кОм |
| Резистор | R5 | 30 кОм |
| Резистор | R6 | 100 кОм |
| Тиристор | VS1 | КУ202Н |
| Стабилитрон | VD1 | Д814В |
| Диод выпрямительный | VD2 | 1N4004 или КД105В |
Сборка тиристорного регулятора по приведённой схеме в корпус - наглядно
Сборка и проверка тиристорного регулятора (обзор деталей, особенности монтажа)
Схема с тиристором и диодным мостом
Такое устройство даёт возможность регулировки мощности от нуля до 100%. В схеме использован минимум деталей.
Спецификация
Регулятор на симисторе
Схема регулятора на симисторе с небольшим количеством радиодеталей. Позволяет регулировать мощность от нуля до 100%. Конденсатор и резистор обеспечат чёткую работу симистора - он будет открываться даже при низкой мощности.
Сборка симисторного регулятора по приведённой схеме пошагово
Регулятор на симисторе с диодным мостом
Схема такого регулятора не очень сложная. При этом варьировать мощность нагрузки можно в довольно большом диапазоне. При мощности более 60 Вт лучше посадить симистор на радиатор. При меньшей мощности охлаждение не нужно. Метод сборки такой же, как и в случае с обычным симисторным регулятором.
Перед монтажом собранный регулятор можно проверить мультиметром. Проверять нужно только с подключённым паяльником , то есть под нагрузкой. Вращаем ручку резистора - напряжение плавно изменяется.
В регуляторах, собранных по некоторым из приведённых здесь схем, уже будут стоять световые индикаторы. По ним можно определить, работает ли устройство. Для остальных самая простая проверка - подключить к регулятору мощности лампочку накаливания. Изменение яркости наглядно отразит уровень подаваемого напряжения.
Регуляторы, где светодиод находится в цепи последовательно с резистором (как на схеме с маломощным тиристором), можно наладить. Если индикатор не горит, нужно подобрать номинал резистора - взять с меньшим сопротивлением, пока яркость не будет приемлемой. Слишком большой яркости добиваться нельзя - сгорит индикатор.
Как правило, регулировка при правильно собранной схеме не требуется. При мощности обычного паяльника (до 100 Вт, средняя мощность - 40 Вт) ни один из регуляторов, собранных по вышеприведённым схемам, не требует дополнительного охлаждения. Если паяльник очень мощный (от 100 Вт), то тиристор или симистор нужно установить на радиатор во избежание перегрева.
Регулятор мощности для паяльника можно собрать своими руками, ориентируясь на собственные возможности и потребности. Существует немало вариантов схем регулятора с различными ограничителями мощности и разными средствами управления. Здесь приведены некоторые, самые простые из них. А небольшой обзор корпусов, в которые можно смонтировать детали, поможет выбрать формат устройства.
Тиристорные регуляторы мощности являются одной из самых распространенных радиолюбительских конструкций, и в этом нет ничего удивительного. Ведь всем, кто когда-нибудь пользовался обычным 25 - 40 ваттным паяльником, способность его к перегреванию даже очень известна. Паяльник начинает дымить и шипеть, потом, достаточно скоро, облуженное жало выгорает, становится черным. Паять таким паяльником уже совсем невозможно.
И вот тут на помощь и приходит регулятор мощности, с помощью которого можно достаточно точно выставить температуру для пайки. Ориентироваться следует на то, чтобы при касании паяльником куска канифоли она дымила ну, так, средне, без шипения и брызг, не очень энергично. Ориентироваться следует на то, чтобы пайка получалась контурной, блестящей.
Чтобы не усложнять рассказ, не будем рассматривать тиристор в виде его четырехслойной p-n-p-n структуры, рисовать вольтамперную характеристику, а просто на словах опишем, как же он, тиристор, работает. Для начала в цепи постоянного тока, хотя в этих цепях тиристоры почти не применяются. Ведь выключить тиристор, работающий на постоянном токе достаточно сложно. Все равно, что коня на скаку остановить.
И все же большие токи и высокие напряжения тиристоров привлекают разработчиков различной, как правило, достаточно мощной аппаратуры постоянного тока. Для выключения тиристоров приходится идти на различные усложнения схем, ухищрения, но в целом результаты получаются положительными.
Обозначение тиристора на принципиальных схемах показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Тиристор
Нетрудно заметить, что по своему обозначению на схемах, тиристор очень похож на . Если разобраться, то он, тиристор, тоже обладает односторонней проводимостью, а следовательно, может выпрямлять переменный ток. Вот только делать это он будет лишь в том случае, когда на управляющий электрод подано относительно катода положительное напряжение, как показано на рисунке 2. По старой терминологии тиристор иногда называли управляемым диодом. Покуда не подан управляющий импульс, тиристор закрыт в любом направлении.
Рисунок 2.
Как включить светодиод
Здесь все очень просто. К источнику постоянного напряжения 9В (можно использовать батарейку «Крона») через тиристор Vsx подключен светодиод HL1 с ограничительным резистором R3. С помощью кнопки SB1 напряжение с делителя R1, R2 может быть подано на управляющий электрод тиристора, и тогда тиристор откроется, светодиод начинает светиться.
Если теперь отпустить кнопку, перестать ее удерживать в нажатом состоянии, то светодиод должен продолжать светиться. Такое кратковременное нажатие на кнопку можно назвать импульсным. Повторное и даже многократное нажатие этой кнопки ничего не изменит: светодиод не погаснет, но и не станет светить ярче или тусклее.
Нажали - отпустили, а тиристор остался в открытом состоянии. Причем, это состояние является устойчивым: тиристор будет открыт до тех пор, пока из этого состояния его не выведут внешние воздействия. Такое поведение схемы говорит об исправном состоянии тиристора, его пригодности для работы в разрабатываемом или ремонтируемом устройстве.
Маленькое замечание
Но из этого правила часто случаются исключения: кнопку нажали, светодиод зажегся, а когда кнопку отпустили, то погас, как, ни в чем не бывало. И в чем же тут подвох, что сделали не так? Может кнопку нажимали недостаточно долго или не очень фанатично? Нет, все было сделано достаточно добросовестно. Просто ток через светодиод оказался меньше, чем ток удержания тиристора.
Чтобы описанный опыт прошел удачно, надо просто заменить светодиод лампой накаливания, тогда ток станет больше, либо подобрать тиристор с меньшим током удержания. Этот параметр у тиристоров имеет значительный разброс, иногда даже приходится тиристор для конкретной схемы подбирать. Причем одной марки, с одной буквой и из одной коробки. Несколько лучше с этим током у импортных тиристоров, которым в последнее время отдается предпочтение: и купить проще, и параметры лучше.
Как закрыть тиристор
Никакие сигналы, поданные на управляющий электрод, закрыть тиристор и погасить светодиод не смогут: управляющий электрод может только включить тиристор. Существуют, конечно, запираемые тиристоры, но их назначение несколько иное, чем банальные регуляторы мощности или простые выключатели. Обычный тиристор можно выключить лишь только прервав ток через участок анод - катод.
Сделать это можно, как минимум, тремя способами. Во-первых, тупо отключить всю схему от батарейки. Вспоминаем рисунок 2. Естественно, что светодиод погаснет. Но при повторном подключении он сам по себе не включится, поскольку тиристор остался в закрытом состоянии. Это состояние также является устойчивым. И вывести его из этого состояния, Зажечь свет, поможет только нажатие кнопки SB1.
Второй способ прервать ток через тиристор это просто взять и замкнуть выводы катода и анода проволочной перемычкой. При этом весь ток нагрузки, в нашем случае это всего - лишь светодиод, потечет через перемычку, а ток через тиристор будет равен нулю. После того, как перемычка будет убрана, тиристор закроется, и светодиод погаснет. При опытах с подобными схемами в качестве перемычки чаще всего используется пинцет.
Предположим, что вместо светодиода в этой схеме будет достаточно мощная нагревательная спираль с большой тепловой инерцией. Тогда получается практически готовый регулятор мощности. Если коммутировать тиристор таким образом, что на 5 секунд спираль включена и столько же времени выключена, то в спирали выделяется 50-ти процентная мощность. Если же за время этого десятисекундного цикла включение производится лишь на 1 секунду, то совершенно очевидно, что спираль выделит только 10% тепла от своей мощности.
Примерно с такими временными циклами, измеряемыми в секундах, работает регулировка мощности в микроволновой печи. Просто с помощью реле включается и выключается ВЧ излучение. Тиристорные регуляторы работают на частоте питающей сети, где время измеряется уже миллисекундами.
Третий способ выключения тиристора
Состоит в том, чтобы до нуля уменьшить напряжение питания нагрузки, а то и вовсе изменить полярность питающего напряжения на противоположную. Именно такая ситуация получается при питании тиристорных схем переменным синусоидальным током.
При переходе синусоиды через нуль, она меняет знак на противоположный, поэтому ток через тиристор становится меньше тока удержания, а затем и вовсе равным нулю. Таким образом, проблема выключения тиристора решается как бы сама собой.
Тиристорные регуляторы мощности. Фазовое регулирование
Итак, дело осталось за малым. Чтобы получилось фазовое регулирование, надо просто в определенное время подать управляющий импульс. Другими словами импульс должен иметь определенную фазу: чем ближе он будет расположен к концу полупериода переменного напряжения, тем меньшая амплитуда напряжения окажется на нагрузке. Фазовый способ регулирования показан на рисунке 3.
Рисунок 3. Фазовое регулирование
В верхнем фрагменте картинки управляющий импульс подается почти в самом начале полупериода синусоиды, фаза управляющего сигнала близка к нулю. На рисунке это время t1, поэтому тиристор открывается почти в начале полупериода, а в нагрузке выделяется мощность близкая к максимальной (если бы в цепи не было тиристоров, мощность была бы максимальной).
Сами управляющие сигналы на этом рисунке не показаны. В идеальном варианте они представляют собой короткие положительные относительно катода импульсы, поданные в определенной фазе на управляющий электрод. В простейших схемах это может быть линейно нарастающее напряжение, получаемое при заряде конденсатора. Об этом будет рассказано несколько ниже.
На среднем графике управляющий импульс подается в средине полупериода, что соответствует фазовому углу Π/2 или моменту времени t2, поэтому в нагрузке выделяется лишь половина максимальной мощности.
На нижнем графике открывающие импульсы подаются очень близко к окончанию полупериода, тиристор открывается почти перед тем, как ему предстоит закрыться, по графику это время обозначено как t3, соответственно мощность в нагрузке выделяется незначительная.
Схемы включения тиристоров
После краткого рассмотрения принципа работы тиристоров, наверное, можно привести несколько схем регуляторов мощности . Нового здесь ничего не изобретено, все можно найти в сети Интернет или в старых радиотехнических журналах. Просто в статье приводится краткий обзор и описание работы схем тиристорных регуляторов . При описании работы схем будет обращаться внимание на то, каким образом используются тиристоры, какие существуют схемы включения тиристоров.
Как было сказано в самом начале статьи, тиристор выпрямляет переменное напряжение как обычный диод. Получается однополупериодное выпрямление. Когда-то именно так, через диод, включались лампы накаливания на лестничных клетках: света совсем чуть, в глазах рябит, но зато лампы перегорают очень редко. То же самое получится, если светорегулятор выполнить на одном тиристоре, только появляется еще возможность регулирования уже и так незначительной яркости.
Поэтому регуляторы мощности управляют обоими полупериодами сетевого напряжения. Для этого применяется встречно - параллельное включение тиристоров, или включение тиристора в диагональ выпрямительного моста.
Для наглядности этого утверждения далее будут рассмотрены несколько схем тиристорных регуляторов мощности. Иногда их называют регуляторами напряжения, и какое название вернее, решить трудно, ведь вместе с регулированием напряжения регулируется и мощность.
Простейший тиристорный регулятор
Он предназначен для регулирования мощности паяльника. Его схема показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема простейшего тиристорного регулятора мощности
Регулировать мощность паяльника, начиная от нуля, нет никакого смысла. Поэтому можно ограничиться регулированием только одного полупериода сетевого напряжения, в данном случае положительного. Отрицательный полупериод проходит без изменений через диод VD1 сразу на паяльник, что обеспечивает его половинную мощность.
Положительный полупериод проходит через тиристор VS1, позволяющий осуществлять регулирование. Цепь управления тиристором предельно проста. Это резисторы R1, R2 и конденсатор C1. Конденсатор заряжается по цепи: верхний провод схемы, R1, R2 и конденсатор C1, нагрузка, нижний провод схемы.
К плюсовому выводу конденсатора подключен управляющий электрод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, последний открывается, пропуская в нагрузку положительный полупериод напряжения, вернее его часть. Конденсатор C1 при этом, естественно, разряжается, тем самым подготавливаясь к следующему циклу.
Скорость заряда конденсатора регулируется с помощью переменного резистора R1. Чем быстрее конденсатор зарядится до напряжения открывания тиристора, тем раньше тиристор откроется, тем большая часть положительного полупериода напряжения поступит в нагрузку.
Схема простая, надежная, для паяльника вполне подходит, хотя регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Очень похожая схема показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Тиристорный регулятор мощности
Она несколько сложней предыдущей, но позволяет осуществлять регулировку более плавно и точно, благодаря тому, что схема формирования управляющих импульсов собрана на двухбазовом транзисторе КТ117. Этот транзистор предназначен для создания генераторов импульсов. Больше, кажется, ни на что другое не способен. Подобная схема используется во многих регуляторах мощности, а также в импульсных блоках питания в качестве формирователя запускающего импульса.
Как только напряжение на конденсаторе C1 достигает порога срабатывания транзистора, последний открывается и на выводе Б1 появляется положительный импульс, открывающий тиристор VS1. Резистором R1 можно регулировать скорость заряда конденсатора.
Чем быстрее зарядится конденсатор, тем раньше появится открывающий импульс, тем большее напряжение поступит в нагрузку. Вторая полуволна сетевого напряжения проходит в нагрузку через диод VD3 без изменений. Для питания схемы формирователя управляющих импульсов используется выпрямитель VD2, R5, стабилитрон VD1.
Тут можно спросить, а когда же откроется транзистор, каков же порог срабатывания? Открывание транзистора происходит в тот момент, когда напряжение на его эмиттере Э превысит напряжение на базе Б1. Базы Б1 и Б2 не равноценны, если их поменять местами, то генератор не заработает.
На рисунке 6 показана схема, позволяющая регулировать оба полупериода напряжения.
Рисунок 6.