Тиристорные регуляторы – Тиристорный регулятор напряжения простая схема, принцип работы

Тиристорный регулятор напряжения простая схема, принцип работы

Тиристор это один из мощнейших полупроводниковых приборов, именно поэтому он часто используется в мощных преобразователях энергии. Но он обладает своей спецификой управления: его можно открыть импульсом тока, а вот закроется он только когда ток опуститься почти до нуля (если быть точнее, то ниже тока удержания). Из этого тиристор в основном применяются для коммутирования переменного тока.

Фазовое регулирование напряжения

Существует несколько способов регулирования переменного напряжения тиристорами: можно пропускать или запрещать на выход регулятора целые полупериоды (или периоды) переменного напряжения. А можно включать не в начале полупериода сетевого напряжения, а с некоторой задержкой — ‘a’. В течении этого времени напряжение на выходе регулятора будет равно нулю, а мощность не будет передаваться на выход. Вторую часть полупериода тиристор будет проводить ток и на выходе регулятора появиться входное напряжение.

Время задержки ещё часто называют углом открывания тиристора, так вот при нулевом угле практически всё напряжение со входа будет попадать на выход, только падение на открытом тиристоре будет теряться. При увеличении угла тиристорный регулятор напряжения будет снижать выходное напряжение.

Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя при работе на активную нагрузку приведена на следующем рисунке. При угле равном 90 электрических градусов на выходе будет половина входного напряжения, а при угле 180 эл. градусов на выходе будет ноль.

На основе принципов фазового регулирования напряжения можно построить схемы регулирования, стабилизации, а также плавного пуска. Для плавного пуска напряжение нужно повышать постепенно от нуля до максимального значения. Таким образом угол открывания тиристора должен изменяться от максимального значения до нуля.

Схема тиристорного регулятора напряжения

Таблица номиналов элементов

• C1 – 0,33мкФ напряжение не ниже 16В;
• R1, R2 – 10 кОм 2Вт;
• R3 – 100 Ом;
• R4 – переменный резистор 33 кОм;
• R5 – 3,3 кОм;
• R6 – 4,3 кОм;
• R7 – 4,7 кОм;
• VD1 .. VD4 – Д246А;
• VD5 – Д814Д;
• VS1 – КУ202Н;
• VT1 – КТ361B;
• VT2 – КТ315B.

Схема построена на отечественной элементной базе, собрать её можно из тех деталей, которые провалялись у радиолюбителей 20-30 лет. Если тиристор VS1 и диоды VD1-VD4 установить на соответствующие охладители, то тиристорный регулятор напряжения будет способен отдавать в нагрузку 10А, то есть при напряжении 220 В получаем возможность регулировать напряжение на нагрузке в 2,2 кВт.

В устройстве всего два силовых компонента диодный мост и тиристор. Они рассчитаны на напряжение 400В и ток 10А. Диодный мост превращает переменное напряжение в однополярное пульсирующее, а фазовое регулирование полупериодов осуществляет тиристор.

Параметрический стабилизатор из резисторов R1, R2 и стабилитрона VD5 ограничивает напряжение, которое подается на систему управления на уровне 15 В. Последовательное включение резисторов нужно для увеличения пробивного напряжения и увеличения рассеиваемой мощности.

В самом начале полупериода переменного напряжения С1 разряжен и в точке соединения R6 и R7 тоже нулевое напряжение. Постепенно напряжения в этих двух точках начинают расти и чем меньше сопротивление резистора R4, тем быстрее напряжение на эмиттере VT1 перегонит напряжение на его базе и откроет транзистор.
Транзисторы VT1, VT2 составляют маломощный тиристор. При появлении напряжения на база-эмиттерном переходе VT1 больше порогового, транзистор открывается и открывает VT2. А VT2 отпирает тиристор.

Представленная схема достаточно проста, её можно перевести на современною элементную базу. Также можно при минимальных переделках снизить мощность или напряжение работы.

hardelectronics.ru

Схема тиристорного регулятора мощности без помех

Для того, чтобы получить качественную и красивую пайку требуется правильно подобрать мощность паяльника и обеспечить определенную температуру его жала в зависимости от марки применяемого припоя. Предлагаю несколько схем самодельных тиристорных регуляторов температуры нагрева паяльника, которые с успехом заменят многие промышленные несравнимые по цене и сложности.

Внимание, нижеприведенные тиристорные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы может привести к поражению электрическим током!

Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Простейшая тиристорная схема регулятора

Вот еще одна самая простая схема тиристорного регулятора мощности, упрощенный вариант классического регулятора. Количество деталей сведено к минимуму. Вместо четырех диодов VD1-VD4 используется один VD1. Принцип работы ее такой же, как и классической схемы. Отличаются схемы только тем, что регулировка в данной схеме регулятора температуры происходит только по положительному периоду сети, а отрицательный период проходи через VD1 без изменений, поэтому мощность можно регулировать только в диапазоне от 50 до 100%. Для регулировки температуры нагрева жала паяльника большего и не требуется. Если диод VD1 исключить, то диапазон регулировки мощности станет от 0 до 50%.

Если в разрыв цепи от R1 и R2 добавить динистор, например КН102А, то электролитический конденсатор С1 можно будет заменить на обыкновенный емкостью 0,1 mF. Тиристоры для выше приведенных схем подойдут, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), рассчитанные на прямое напряжение более 300 В. Диоды тоже практически любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В.

Приведенные выше схемы тиристорных регуляторов мощности с успехом можно применять для регулирования яркости свечения светильников, в которых установлены лампочки накаливания. Регулировать яркость свечения светильников, в которых установлены энергосберегающие или светодиодные лампочками, не получится, так как в таких лампочках вмонтированы электронные схемы, и регулятор просто будет нарушать их нормальную работу. Лампочки будут светить на полную мощность или мигать и это может даже привести к преждевременному выходу их из строя.

Схемы можно применять для регулировки при питающем напряжении в сети переменного тока 36 В или 24 В. Нужно только на порядок уменьшить номиналы резисторов и применить тиристор, соответствующий нагрузке. Так паяльник мощностью 40 Вт при напряжении 36 В будет потреблять ток 1,1 А.

Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи

Главное отличие схемы представляемого регулятора мощности паяльника от выше представленных, это полное отсутствие радиопомех в электрическую сеть, так как все переходные процессы происходят во время, когда напряжение в питающей сети равно нулю.

Приступая к разработке регулятора температуры для паяльника, я исходил из следующих соображений. Схема должна быть простой, легко повторяемой, комплектующие должны быть дешевыми и доступными, высокая надежность, габариты минимальными, КПД близок к 100%, отсутствие излучающих помех, возможность модернизации.

Работает схема регулятора температуры следующим образом. Напряжение переменного тока от питающей сети выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. Из синусоидального сигнала получается постоянное напряжение, изменяющееся по амплитуде как половина синусоиды с частотой 100 Гц (диаграмма 1). Далее ток проходит через ограничительный резистор R1 на стабилитрон VD6, где напряжение ограничивается по амплитуде до 9 В, и имеет уже другую форму (диаграмма 2). Полученные импульсы заряжают через диод VD5 электролитический конденсатор С1, создавая питающее напряжение около 9 В для микросхем DD1 и DD2. R2 выполняет защитную функцию, ограничивая максимально возможное напряжение на VD5 и VD6 до 22 В, и обеспечивает формирование тактового импульса для работы схемы. С R1 сформированный сигнал подается еще на 5 и 6 выводы элемента 2ИЛИ-НЕ логической цифровой микросхемы DD1.1, которая инвертирует поступающий сигнал и преобразовывает в короткие импульсы прямоугольной формы (диаграмма 3). С 4 вывода DD1 импульсы поступают на 8 вывод D триггера DD2.1, работающего в режиме RS триггера. DD2.1 тоже, как и DD1.1 выполняет функцию инвертирования и формирования сигнала (диаграмма 4).

Обратите внимание, что сигналы на диаграмме 2 и 4 практически одинаковые, и казалось, что можно сигнал с R1 подавать прямо на 5 вывод DD2.1. Но исследования показали, что в сигнале после R1 находится много приходящих из питающей сети помех и без двойного формирования схема работала не стабильно. А ставить дополнительно LC фильтры, когда есть свободные логические элементы не целесообразно.

На триггере DD2.2 собрана схема управления регулятора температуры паяльника и работает она следующим образом. На вывод 3 DD2.2 с вывода 13 DD2.1 поступают прямоугольные импульсы, которые положительным фронтом перезаписывают на выводе 1 DD2.2 уровень, который в данный момент присутствует на D входе микросхемы (вывод 5). На выводе 2 сигнал противоположного уровня. Рассмотрим работу DD2.2 подробно. Допустим на выводе 2, логическая единица. Через резисторы R4, R5 конденсатор С2 зарядится до напряжения питания. При поступлении первого же импульса с положительным перепадом на выводе 2 появится 0 и конденсатор С2 через диод VD7 быстро разрядится. Следующий положительный перепад на выводе 3 установит на выводе 2 логическую единицу и через резисторы R4, R5 конденсатор С2 начнет заряжаться.

Время заряда определяется постоянной времени R5 и С2. Чем величина R5 больше, тем дольше будет заряжаться С2. Пока С2 не зарядится до половины питающего напряжения на выводе 5 будет логический ноль и положительные перепады импульсов на входе 3 не будут изменять логический уровень на выводе 2. Как только конденсатор заря

ydoma.info

ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

   Данный регулятор напряжения собирался мной для использования в различных направлениях: регулирование скорости вращения двигателя, изменение температуры нагрева паяльника и т.д. Возможно название статьи покажется не совсем корректным, и эта схема иногда встречается как регулятор мощности, но тут надо понимать, что по сути происходит регулировка фазы. То есть времени, в течении которого сетевая полуволна проходит в нагрузку. И с одной стороны регулируется напряжение (через скважность импульса), а с другой — мощность, выделяемая на нагрузке.

   Следует учесть, что наиболее эффективно данный прибор будет справляться с резистивной нагрузкой – лампы, нагреватели и т.д. Потребители тока индуктивного характера тоже можно подключать, но при слишком малой его величине надёжность регулировки снизится.

   Схема данного самодельного тиристорного регулятора не содержит дефицитных деталей. При использовании, указанных на схеме выпрямительных диодов, прибор может выдержать нагрузку до 5А (примерно 1 кВт) с учетом наличия радиаторов. 

   Для увеличения мощности подключаемого устройства нужно использовать другие диоды или диодные сборки, рассчитанные на необходимый вам ток.

   Так-же нужно заменять и тиристор, ведь КУ202 рассчитан на предельный ток до 10А. Из более мощных рекомендуются отечественные тиристоры серии Т122, Т132, Т142 и другие аналогичные.

   Деталей в тиристорном регуляторе не так уж и много, в принципе допустим навесной монтаж, однако на печатной плате конструкция будет смотреться красивее и удобнее. Рисунок платы в формате LAY качаем тут. Стабилитрон Д814Г меняется на любой, с напряжением 12-15В.

   В качестве корпуса использовал первый попавшийся — подходящий по размерам. Для подключения нагрузки вывел наружу разъем для вилки. Регулятор работает надежно и действительно изменяет напряжение от 0 до 220 В. Автор конструкции: SssaHeKkk.

   Форум по радиосхемам

   Обсудить статью ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

radioskot.ru

Тиристорный регулятор напряжения — принцип работы, схема

Напряжение – это фактически и есть электричество. Оно существует как первородная сила, воздействие которой на любые объекты влечет за собой последствия, обусловленные их свойствами. Поэтому возможность управлять напряжением, его величиной означает влиять на ход множества процессов в электрических цепях. А это самое главное в прикладной электротехнике. Далее расскажем о том, как управлять электричеством, пользуясь тиристором.

Такие разные напряжения

Напряжение может быть с разными свойствами. Поэтому даже законы, описывающие те или иные явления, связанные с электричеством, ограничены в применении. Например, закон Ома для участка цепи. И таких примеров множество. Поэтому, оговаривая свойства электрического регулятора, необходимо точно указывать, какое именно напряжение подразумевается, В общем рассматриваются две главные его разновидности – постоянное и переменное.

Они, как начало и конец некоего интервала, внутри которого расположены в огромном разнообразии импульсные сигналы. И ранее, и сейчас, и, скорее всего, в будущем регулировать величину их всех может лишь один элемент – резистор. То есть регулируемый резистор – реостат. Он всегда обеспечивает один и тот же эффект, независимо от вида напряжения. Причем в любой момент времени. А момент времени применительно к переменному или импульсному сигналу, – это основа его определения.

Какое напряжение регулирует тиристор

Ведь в зависимости от него величина напряжения меняется. Резистором можно управлять сигналом в любой момент времени. А вот тиристором такой результат невозможно получить, потому что он ключ. У него только два состояния:

• с минимальным сопротивлением, когда ключ замкнут;
• с максимальным сопротивлением, когда ключ разомкнут.

Следовательно, тиристор для мгновенного значения напряжения не может рассматриваться как его регулятор. Только в пределах достаточно большого интервала времени, при котором учитываются многие мгновенные значения сигнала, тиристор может рассматриваться как регулятор напряжения. Поскольку такая величина именуется как действующее значение, будет правильным уточнить определение регулятора как

• тиристорный регулятор действующего напряжения.

Изменение параметров электричества при активной нагрузке

Как соединить ключ и нагрузку

Наиболее привлекательной характеристикой тиристоров с самого начала их появления была стойкость к силе тока большой величины. Как следствие, эти полупроводниковые приборы нашли широкое применение во множестве мощных устройств. Однако в любом случае, когда рассматривается электрический регулятор, существует электрическая цепь с нагрузкой. В эквиваленте нагрузка представляется как резистор с некоторым импедансом.

Чтобы напряжение на этом резисторе изменилось, необходимы дополнительные элементы, которые соединены с ним либо последовательно, либо параллельно. Первые тиристоры были незапираемыми. Их можно было открыть (включить) в любой момент. Но для выключения необходимо было уменьшить силу тока до некоторого минимального значения. По этой причине незапираемые тиристоры применяются и по сей день лишь в электрических цепях переменного или выпрямленного тока.

На постоянном напряжении они тоже использовались, но весьма ограниченно. Например, в первых фотовспышках с управляемой силой света. Свет лампы фотовспышки, который путем управления тиристором формирует необходимое освещение объекта, дает наглядное представление о тиристоре как об электрическом регуляторе для лампы – нагрузки. Энергию для этого обеспечивал конденсатор, который разряжался через специальную лампу. И в этом случае получалась вспышка наибольшей силы.

Регулятор фотовспышки с параллельным включением тиристора

Но для того чтобы лампа давала меньше света, параллельно с ней включался тиристор. Лампа включалась и освещала объект. А специальный оптический датчик со схемой управления следил за его характеристиками. И в нужный момент включал тиристор. Он шунтировал лампу, которая выключалась со скоростью срабатывания тиристора. При этом часть энергии конденсатора просто исчезала в виде тепла, не принося никакой пользы. Но в то время иначе и не могло быть – запираемых тиристоров еще не было. 

Типы тиристоров и отличия схем для их использования

Тиристор запирался, поскольку зарядный ток конденсатора был подобран с учетом этого. Безусловно, схема с последовательным соединением тиристора и нагрузки существенно эффективнее. И она широко применяется. Все диммеры, которыми пользуются для управления освещением и электробытовыми приборами, работают по такой схеме. Но в них могут быть существенные отличия в связи с типом используемого тиристора. Схема с симметричным тиристором, который работоспособен на переменном напряжении при непосредственном соединении с нагрузкой, получается более простой.

Электрический регулятор на симисторе

Но если сравнивать симметричные тиристоры с обычными, пропускающими ток в одном направлении, сразу обращает на себя внимание заметно более широкий модельный ряд последних. К тому же предельные электрические параметры у них заметно больше. Но при этом обязательно наличие выпрямителя. Если регулируется сеть 220 В, необходим выпрямительный мост, в котором 4 мощных диода. Но каждый полупроводниковый прибор, независимо от того, транзистор это, тиристор или диод, характеризуется остаточным напряжением.

Простейший электрический регулятор с обычным тиристором

Оно мало изменяется в соответствии с силой тока, протекающего через него. И при этом на каждом из полупроводниковых приборов рассеивается тепло. Если токи достигают единиц ампер, тепловая мощность составит единицы ватт. Потребуются охлаждающие радиаторы. А это – ухудшение конструктивных показателей. Поэтому симисторные регуляторы более компактны и экономичны. Чтобы отказаться от выпрямительного моста, применяют схему из двух одинаковых тиристоров, соединенных параллельно и встречно.

Параллельно-встречное соединение тиристоров

Безусловно, это более экономичное решение относительно потерь. Однако у ключей должны быть соответствующие предельные обратные напряжения. А это значительно ограничивает число их моделей, пригодных для этой схемы. К тому же, получить симметричные полуволны, управляя двумя ключами, сложнее, чем при одном тиристоре. Но при большой силе тока, которая в промышленных установках может составлять сотни ампер и более на включенном тиристоре, рассеивается мощность в сотни ватт. Динамические потери еще больше разогревают ключи.

По этой причине уменьшение числа полупроводниковых приборов в мощных электрических регуляторах – это важнейшая задача. Далее на изображениях показаны промышленные тиристорные регуляторы напряжения. В современном ассортименте тиристоров среди моделей, выпускаемых серийно, присутствуют запираемые ключи. Они могут быть использованы в цепях постоянного тока.

Промышленный мощный электрический регулятор Промышленный мощный электрический регулятор

Поэтому задачи регулирования напряжения в тысячи вольт при мощностях, величина которых измеряется мегаваттами, сегодня успешно решаются различными моделями тиристоров.

Похожие статьи:

domelectrik.ru

Тиристорный регулятор мощности

Содержание:

1. Применение тиристорных регуляторов
2. Принцип работы тиристора
3. Схема простейшего регулятора мощности
4. Видео: Тиристорный регулятор мощности своими руками

В современных радиолюбительских схемах широкое распространение получили различные виды деталей, в том числе и тиристорный регулятор мощности. Чаще всего эта деталь используется в паяльниках на 25-40 ватт, которые в обычных условиях легко перегреваются и становятся непригодными к работе. Эта проблема легко решается с помощью регулятора мощности, позволяющего выставлять точную температуру.

Применение тиристорных регуляторов

Как правило, тиристорные регуляторы мощности применяются для улучшения рабочих свойств обычных паяльников. Современные конструкции, оснащенные множеством функций, отличаются высокой стоимостью, а их использование будет неэффективным при небольших объемах паяльных работ. Поэтому, более целесообразным будет оборудование обычного паяльника тиристорным регулятором.

Регулятор мощности на тиристоре широко применяется в системах регулировки яркости светильников. На практике они представляют собой обычные настенные выключатели с вращающейся ручкой-регулятором. Однако такие приспособления способны нормально работать лишь с обычными лампами накаливания. Они совершенно не воспринимаются современными компактными люминесцентными лампами, из-за расположенного внутри них выпрямительного моста с электролитическим конденсатором. Тиристор просто не будет работать во взаимодействии с этой схемой.

Такие же непредсказуемые результаты получаются и при попытках отрегулировать яркость светодиодных ламп. Поэтому для регулируемого источника освещения наиболее оптимальным вариантом будет использование обычных ламп накаливания.

Существуют и другие области применения тиристорных регуляторов мощности. Среди них следует отметить возможность регулировки ручного электроинструмента. Регулирующие устройства устанавливаются внутри корпусов и позволяют изменять количество оборотов дрели, шуруповерта, перфоратора и прочего инструмента.

Принцип работы тиристора

Действие регуляторов мощности тесно связано с принципом работы тиристора. На радиосхемах он обозначается значком, напоминающим обычный диод. Каждому тиристору свойственна односторонняя проводимость и, соответственно, способность к выпрямлению переменного тока. Участие в этом процессе становится возможным при условии подачи к управляющему электроду положительного напряжения. Сам управляющий электрод располагается со стороны катода. В связи с этим, тиристор ранее носил название управляемого диода. До подачи управляющего импульса, тиристор будет закрытым в любом направлении.

Для того чтобы визуально определить исправность тиристора, его включают в общую цепь со светодиодом через источник постоянного напряжения в 9 вольт. Дополнительно вместе со светодиодом подключается ограничительный резистор. Специальная кнопка замыкает цепь и напряжение с делителя подается к управляющему электроду тиристора. В результате, тиристор открывается и светодиод начинает излучать свет.

При отпускании кнопки, когда она перестает удерживаться в нажатом положении, свечение должно продолжаться. В случае повторного или неоднократного нажатия кнопки ничего не изменится – светодиод все так же будет светить с одинаковой яркостью. Это свидетельствует об открытом состоянии тиристора и его технической исправности. Он будет находиться в открытом положении до того момента, пока подобное состояние не прервется под влиянием внешних воздействий.

В некоторых случаях могут быть исключения. То есть при нажатии кнопки светодиод загорается, а при отпускании кнопки – он гаснет. Такая ситуация становится возможной из-за тока, проходящего через светодиод, значение которого меньше по сравнению с током удержания тиристора. Чтобы схема работала нормально, светодиод рекомендуется заменить лампой накаливания, что приведет к увеличению тока. Другим вариантом будет подбор тиристора, у которого ток удержания будет меньше. Параметр тока удержания у различных тиристоров может быть с большим разбросом, в таких случаях приходится подбирать элемент для каждой конкретной схемы.

Схема простейшего регулятора мощности

Тиристор участвует в выпрямлении переменного напряжения так же, как и обыкновенный диод. Это приводит к однополупериодному выпрямлению в незначительных пределах с участием одного тиристора. Для достижения желаемого результата, с помощью регуляторов мощности осуществляется управление двумя полупериодами напряжения сети. Это становится возможным благодаря встречно-параллельному включению тиристоров. Кроме того, тиристоры могут включаться в цепь диагонали выпрямительного моста.

Простейшую схему тиристорного регулятора мощности лучше всего рассматривать на примере регулировки мощности паяльника. Нет смысла начинать регулировку прямо с нулевой отметки. В связи с этим регулировать можно только один полупериод положительного сетевого напряжения. Прохождение отрицательного полупериода осуществляется через диод, без каких-либо изменений, непосредственно к паяльнику, обеспечивая его половинную мощность.

Прохождение положительного полупериода происходит через тиристор, за счет чего и выполняется регулировка. В цепи управления тиристором присутствуют простейшие элементы в виде резисторов и конденсатора. Зарядка конденсатора происходит от верхнего провода схемы, через резисторы и конденсатор, нагрузку и нижний провод схемы.

Управляющий электрод тиристора соединяется с плюсовым выводом конденсатора. Когда на конденсаторе напряжение возрастает до значения, позволяющего включать тиристор, происходит его открытие. В результате, в нагрузку пропускается какая-то часть положительного полупериода напряжения. Одновременно наступает разрядка конденсатора и подготовка к следующему циклу.

Для регулировки скорости заряда конденсатора используется переменный резистор. Чем быстрее произойдет зарядка конденсатора до значения напряжения, при котором открывается тиристор, тем раньше наступит открытие тиристора. Следовательно, в нагрузку поступит большее количество положительного полупериода напряжения. Данная схема, в которой используется тиристорный регулятор мощности, служит основой для других схем, применяющихся в различных областях.

Тиристорный регулятор мощности своими руками

electric-220.ru

О современных тиристорных регуляторах / Статьи и обзоры / Элек.ру

Регулирование мощности требуется в различных технологических процессах, главным образом для поддержания заданного температурного режима с помощью электронагревателей или печей.

Тиристорные схемы получили широкое распространение еще в 70-е годы прошлого века благодаря своей надежности и высокому КПД. Эти качества в сочетании с невысокой ценой делают тиристорный регулятор тока оптимальным решением для задач регулирования в современных системах промышленной автоматизации.

Тиристорный регулятор (далее по тексту — ТР) способен регулировать мощность в нагрузке двумя методами:

1) фазовый метод, при котором каждый полупериод сетевого напряжения силовые тиристоры отпираются с временной задержкой Тз. Форма выходного напряжения проиллюстрирована на рисунке 1. Серым цветом заштрихована область, соответствующая наличию напряжения на нагрузке. Чем больше временная задержка отпирания Тз, тем меньше напряжение на выходе.

Рисунок 1. Фазовый метод регулирования

Преимущества метода:

• непрерывность регулирования позволяет поддерживать температуру объекта с высокой точностью, что особенно важно для объектов регулирования с малой тепловой инерцией, для которых недопустимы даже незначительные перерывы в подаче напряжения, поскольку это ведет к колебаниям температуры, приводящим к браку технологического процесса;
• возможность осуществления плавного пуска для исключения больших пусковых токов. Это очень важное свойство, поскольку распространенным случаем является пониженное сопротивление нагревательного элемента в холодном состоянии. Классический пример — лампа накаливания, через которую в момент включения протекают пусковой ток в 10 раз больше номинального, что приводит к ее преждевременному износу. Применение плавного пуска путем подачи пониженного напряжения и постепенное его увеличение по мере роста сопротивления нагревательного элемента многократно продлевает его срок службы.

Недостатки метода:

• внесение сильных импульсных помех в сеть и радиоэфир. Помехи создаются при коммутационных выбросах, возникающих при переключении тиристоров, и скачкообразном нарастании тока в нагрузке. Помехи могут влиять на работу чувствительной радиоэлектронной аппаратуры;
• внесение в сеть нелинейных искажений. Форму тока при регулировании фазовым методом часто называют «рубленой синусоидой». Кривая тока помимо основной гармоники содержит высшие гармонические составляющие, которые вызывают искажения кривой напряжения. В ряде случаев искажения бывают настолько сильными, что форма сетевого напряжения лишь отдаленно напоминает синусоиду;
• потребление из сети реактивного тока даже при чисто активной нагрузке и, как следствие, понижение коэффициента мощности сети.

Импульсные помехи и нелинейные искажения можно свести к минимуму путем дополнительной установки сетевых фильтров. Как правило, такие фильтры состоят из двух частей: индуктивной, сглаживающей кривую тока, и емкостной, подавляющей высокочастотные помехи. В зависимости от требований по снижению уровня помех и нелинейных искажений, стоимость сетевых фильтров может варьироваться в широких пределах: от 20% до 100% и более стоимости самого тиристорного регулятора. Впрочем, довольно часто сетевые фильтры не устанавливаются вообще, поскольку, во-первых многие нагрузки имеют индуктивную составляющую (например, при питании нагревателей через развязывающий трансформатор), а во-вторых искажения и помехи частично подавляются собственной индуктивностью сети. Индуктивное сопротивление сети обусловлено индуктивностью вторичной обмотки трансформаторной подстанции, собственной индуктивности проводов и кабелей и индуктивностью петли «фаза-ноль».

2) метод пропуска числа периодов, при котором тиристоры включены и выключены в течение некоторого целого числа периодов (рис.2). Другие распространенные названия этого метода — числовой или волновой.

Рисунок 2. Метод регулирования пропуском периодов

Преимущества метода:

• не вносятся импульсные помехи в сеть. Поскольку включение тиристоров происходит в момент перехода сетевого напряжения через ноль, ток в нагрузке нарастает плавно, не вызывая электромагнитных помех.
• не вносятся в сеть нелинейные искажения, поскольку нагрузка питается синусоидальным напряжением;
• нет потребления реактивного тока при чисто активной нагрузке.

Недостатки метода:

• дискретность регулирования не дает возможность поддерживать температуру с высокой точностью;
• не годится для регулирования уровня освещенности;
• при определенных условиях возможно появление в сети субгармоник, то есть гармоник, частоты которых меньше частоты сети.

Российскими и иностранными фирмами выпускаются одно- и трехфазные модификации тиристорных регуляторов. Однофазный тиристорный регулятор может коммутировать на нагрузку как фазное, так и межфазное напряжение сети (см. рис.3).

Рисунок 3. Подключение нагрузки к однофазному ТР

Нагрузка к выходу трехфазного тиристорного регулятора подключается по одной из четырех схем:«звезда» с рабочим нулем (рис 4), «звезда» (рис. 5), «треугольник» (рис. 6), разомкнутый «треугольник»(рис. 7).

Рисунок 4. Подключение нагрузки к ТР по схеме «звезда» с рабочей нейтралью
Рисунок 5. Подключение нагрузки к ТР по схеме «звезда»
Рисунок 6. Подключение нагрузки к ТР по схеме «треугольник»
Рисунок 7. Подключение нагрузки к ТР по схеме разомкнутый «треугольник»

Распространенным случаем является так называемое многозонное регулирование, когда сопротивления нагрузки разнесены пространственно и возникает задача раздельного регулирования мощности в каждом из сопротивлений. Здесь возможны варианты: либо использование нескольких однофазных регуляторов, либо применение тиристорного регулятора с функцией раздельного регулирования напряжения по каждой фазе. Отметим, что далеко не все тиристорные регуляторы поддерживают эту функцию. Раздельное регулирование возможно лишь при подключении нагрузки по схемам «звезда» с рабочей нейтралью или разомкнутый «треугольник».

При подключении нагрузки по схемам «звезда» или «треугольник» возможно лишь совместное управление фазами, поскольку в этом случае изменение напряжения на одном из сопротивлений нагрузки приводит к изменению напряжения на двух других сопротивлениях.

Системы управления современных тиристорных регуляторов строятся на основе микропроцессорной техники и представляют потребителю широкий набор сервисных функций. Рассмотрим наиболее важные из них.

А) Электронная защита от короткого замыкания

Цифровой сигнальный процессор системы управления осуществляет непрерывное аналого-цифровое преобразование и дальнейшую цифровую обработку сигналов, поступающих с датчиков тока. В качестве датчиков тока чаще используются трансформаторы тока или датчики на основе магниточувствительного элемента Холла; реже используются измерительные шунты, поскольку при их использовании усложняется система управления в связи с необходимостью обеспечения гальванической развязки измерительного сигнала с шунта от силовой сети. В случае регистрации многократного возрастания тока система управления блокирует выдачу управляющих импульсов на тиристоры, выдает предупредительное сообщение и запрещает подачу напряжения на нагрузку до устранения неисправности.

Некоторые модели тиристорных регуляторов не имеют электронной защиты и защищены от токов короткого замыкания специальными быстродействующими предохранителями. Такая защита имеет преимущество в простоте и вполне допустима, однако на практике существует проблема в том, что для импортных моделей тиристорных регуляторов требуются оригинальные «фирменные» предохранители, которые стоят недешево (20-50$), а срок их поставки может составлять до трех месяцев. Причем заменить отечественными предохранителями их не удается: во-первых, их быстродействие существенно ниже импортных, а во-вторых, они просто не подходят по посадочным местам. Поэтому зачастую на практике можно встретиться со случаем, когда у находящегося в эксплуатации импортного тиристорного регулятора в колодку предохранителя вставлен гвоздь, болт, шпилька или другой элемент строительного крепежа. Кроме того, применение электронной защиты на основе датчиков тока выгодно еще тем, что система управления в этом случае, как правило, отображает токи нагрузки на дисплее, а это очень удобно для наблюдения за технологическим процессом.

Б) Защита от потери фазы

Отсутствие одной из фаз в сети может вызвать «перекос» токов в сопротивлениях нагрузки, что в ряде случаев недопустимо. Система управления осуществляет постоянное слежение за наличием напряжения сети и немедленного отреагирует по запрограммированному алгоритму в случае потери фазы, „слипания“ фаз или выходе качественных параметров напряжения на недопустимо низкий уровень.

В) Защита от перегрева

В случае если тиристорный регулятор установлен в плохо вентилируемом месте, при длительной перегрузке или если затруднен отвод выделяющегося тепла (например, при отказе вентиляторов обдува) радиатор охлаждения может нагреться до высокой температуры 90..100 С. Дальнейшее нарастание температуры может привести к выходу тиристоров из строя и даже возгоранию. Для предотвращения этого на радиатор устанавливается датчик температуры, по сигналу с которого система управления обесточивает нагрузку.

Г) Контроль исправности тиристоров

Лучшие модели тиристорных регуляторов напряжения осуществляют диагностику исправности тиристоров. Эта функция очень важна не только по той причине, что позволяет вовремя обнаружить неисправное устройство, но и потому, что иногда она предотвращает еще большую аварию. Например, если нагрузка подключена через трансформатор, то при внутреннем обрыве или коротком замыкании одного из тиристоров происходит подача на трансформатор напряжения, имеющего постоянную составляющую, и как следствие, резко увеличивается ток намагничивания трансформатора, ведущий к интенсивному нагреву и выходу трансформатора из строя. Поэтому быстро обнаруженная неисправность тиристорного регулятора может предотвратить порчу дорогостоящего оборудования.

Д) Защита от несимметрии выходных токов

Несимметрия токов трехфазной нагрузки более 10-20% может быть обусловлена сильным дисбалансом сопротивлений и напряжений фаз, но чаще — повреждениями в нагрузке, обрывом нагрузочных проводов или неверным подключением нагрузки. Поэтому срабатывание этой защиты вовремя проинформирует оператора о возникшей аварийной ситуации.

Важным аспектом, влияющим на надежность устройства, является тип используемых вентиляторов охлаждения и способ управления ими. Вентиляторы подразделяются:

•  по скорости вращения на низко-, средне- и высокоскоростные;
•  по типу подшипника — подшипник скольжения и подшипник качения.

Наилучший вариант — высокоскоростной вентилятор с подшипником качения. Такой вентилятор обеспечивает максимальную скорость воздушных потоков, проходящих через ребра радиатора охлаждения, а его подшипник качения обеспечивает длительный ресурс эксплуатации (в 2-3 раза выше чем подшипник скольжения). Лучшим способом управления вентилятора нужно признать метод управления по датчику температуры, установленному на радиаторе; например, включение вентилятора производится при температуре радиатора 55 С, а отключение — при 45 С. Такой способ увеличивает ресурс вентилятора в 1,5-2 раза, поскольку вентилятор отключается при невысокой температуре окружающей среды или малой нагрузке.

Другим важным компонентом, влияющим на надежность тиристорного регулятора, является токоограничивающий реактор, применение которого позволяет продлить срок службы тиристоров в 1,5-2,5 раза. Реактор представляет собой катушку индуктивности, которая снижает скорость нарастания тока через тиристоры при их включении. Так же токоограничивающий реактор снижает уровень электромагнитных помех. Чаще всего реактор не входит в стандартный комплект поставки; большинство производителей поставляет его как дополнительный аксессуар.

Лучшие модели тиристорных регуляторов мощности обладают возможностью работать в режиме ограничения или стабилизации тока. Назначение режима ограничения тока – не допустить превышения тока нагрузки сверх запрограммированной заранее величины. При этом в память микропроцессора вводится значение максимального выходного тока; система управления корректирует управляющее воздействие на тиристоры таким образом, чтобы ток нагрузки не превысил значение этой уставки. Использование этого режима позволяет точно ограничивать пусковые токи, избегая перегрузок и срабатывания защит. Так же ограничение выходного тока может быть полезно и по условиям технологического процесса. Дальнейшим развитием этого режима является режим стабилизации тока, при котором ток стабилизируется на заданном уровне и поддерживается вне зависимости от изменения напряжения сети и сопротивления нагрузки.

Как правило, управление тиристорным регулятором может осуществляться местно (кнопками, тумблерами, переменным резистором с панели управления) или дистанционно с помощью стандартных аналоговых интерфейсов 0-10 В, 0-20 мА, 4-20 мА, совместимых с любыми промышленными контроллерами.

Некоторые производители тиристорных регуляторов по согласованию с заказчиками комплектуют свои устройства ПИД-регуляторами температуры, сигнал с выхода которого задает выходное напряжение тиристорного регулятора. Это позволяет создать полноценную автоматическую систему управления температурой объекта с замкнутой обратной связью по температуре, для чего необходимо установить на объекте датчик температуры и подключить его к измерительному входу ПИД-регулятора. С помощью ПИД-регулятора можно задать желаемую температуру, темп нагрева и охлаждения, настроить срабатывание аварийной сигнализации при выходе температуры из допустимого диапазона. Управление ПИД-регулятором осуществляется кнопками с панели управления или удаленно по интерфейсному кабелю с персонального компьютера. В последнем случае становится возможным создание полноценной SCADA-системы с визуализацией технологического процесса и отображении на мнемосхеме контролируемых величин.

www.elec.ru

Семь тиристорных регуляторов напряжения

Семь тиристорных регуляторов напряжения С амплитуднофазовым управлением   В регуляторе, схема которого показана на рис. 1, использованы два тринистора, открывающиеся один в положительный, а другой — в отрицательный полуперноды сетевого напряжения. Действующее напряжение на нагрузке Rн регулируют переменным резистором R3. Регулятор работает следующим образом. В начале положительного полупериода (плюс на верхнем по схеме проводе) тринисторы закрыты. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор. С1 заряжается через резисторы R2 и R3. Увеличение напряжения на конденсаторе отстает (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов R2 и R3 и емкости конденсатора С1. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога открывания тринистора Д1. Когда тринистор откроется, через нагрузку Rн потечет ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого тринистора и Rн. Тринистор Д1 остается открытым до конца полупериода. Подбором резистора R1 устанавливают желаемые пределы регулирования. При указанных на схеме номиналах резисторов и конденсаторов напряжение на нагрузке можно изменять в пределах 40- 220 В.   В течение отрицательного полупериода аналогично работает тринистор Д4. Однако, конденсатор С2, частично заряженный в течение положительного полупериода (через резисторы R4 и R5 и диод Д6), должен перезаряжаться, а значит и время задержки включения тринистора должно быть большим. Чем дольше был закрыт тринистор Д1 в течение положительного полупериода, тем большее напряжение будет на конденсаторе С2 к началу отрицательного и тем дольше будет закрыт тринистор Д4. Синфазность работы тринисторов зависит от правильного подбора номиналов элементов R4, R5, С2. Мощность нагрузки может быть любой в пределах от 50 до 1000 Вт. И.ЧУШАНОК г. Гродно С фазоимпульсным управлением   Регулятор, схема которого показана на рис. 2, управляется автоматически сигналом Uynp. В регуляторе использованы два тиристора — тринистор Д5 и динистор Д7. Тринистор открывается импульсами, которые формируются цепочкой, состоящей из динистора Д7 и конденсатора С1. В начале каждого полупериода тринистор и динистор закрыты и конденсатор С1 заряжается током коллектора транзистора Т1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порога открывания динистора, он откроется и конденсатор быстро разрядится через резистор R2 и первичную обмотку трансформатора Тр1. Импульс тока со вторичной обмотки трансформатора откроет тринистор. При этом управляющее устройство будет обесточено (так как падение напряжения на открытом тринисторе очень мало), динистор закроется. По окончании полупериода триннстор выключится и с началом следующего полупериода начнется новый цикл работы регулятора.   Время задержки импульса, открывающего тринистор, относительно начала полупериода определяется скоростью заряда конденсатора С1, которая пропорциональна току коллектора транзистора Т1. Изменяя управляющее напряжение Uynp, можно управлять этим током и, в конечном итоге, регулировать напряжение на нагрузке. Источником сигнала Uynp может быть полосовой фильтр (с выпрямителем) цветомузыкальнои установки, программное устройство. В системах автоматического регулирования в качестве Uупр используют напряжение обратной связи.   Резистор R5 необходимо подобрать таким, чтобы при Uynp=0 тринистор открывался в каждый полупериод в момент времени, близкий к окончанию полупериода. Для того, чтобы перейти на ручное регулирование, достаточно заменить резистор R5 последовательной цепочкой из переменного резистора и постоянного сопротивлением 10- 12 кОм. Напряжение стабилизации стабилитрона Д6 должно быть на 5-10 В больше максимального напряжения включения динистора.   Транзистор Т1. может быть любым из серий МП21, МП25, МП26. Динистор можно применить типов КН102Б, Д227А, Д227Б, Д228А, Д228Б. Резистор R1 составлен из двух мощностью по 2 Вт. Импульсный трансформатор Тр1 намотан на кольцевом сердечнике, имеющем размеры 26Х18Х4 мм, из пермаллоя 79НМА (или такого же сечения из феррита М2000НМ1). Обмотка I содержит 70 витков, а обмотка II — 50 витков провода ПЭВ-2 0,33 мм. Межобмоточная изоляция должна выдерживать напряжение, близкое к сетевому. Вместо динистора в регуляторе можно использовать транзистор, работающий в лавинном режиме. О работе транзисторов, в этом режиме подробно рассказывалось в «Радио», 1974, № 5, С. 38-41. Схема одного из таких регуляторов показана на рис. 3.   По принципу работы регулятор с транзистором, работающим в лавинном режиме, не отличается от предыдущего. Используемый транзистор типа ГТ311И имеет напряжение лавинного пробоя около 30 В (при сопротивлении резистора R3 равном 1 кОм). В случае применения других транзисторов — номиналы элементов R4, R5, С1 потребуется изменить.   В регуляторе (рис. 3) могут быть использованы и другие транзисторы, в том числе и структуры р-n-р, например П416. В этом случае нужно у транзистора Т1 (см. рис. 3) поменять местами выводы эмиттера и коллектора. Резистор R3 во всех случаях должен быть включен между базой и эмиттером. Напряжение на нагрузке регулируют переменным резистором R4. Инж. Е. ФУРМАНСКИЙ Москва С аналогом однопереходного транзистора   В регуляторе, схема которого показана на рис. 4, применен фазоимпульсный метод управления тринистором. В управляющем устройстве регулятора использован транзисторный аналог однопереходного транзистора (двухбазового диода). О работе однопереходных транзисторов можно прочитать в «Радио», 1972, № 7, с. 56.   Силовая цепь регулятора построена так же, как у регулятора, опубликованного в «Радио», 1972, № 9, с. 55. При разомкнутых контактах выключателя В’2 действующее значение напряжения на нагрузке можно изменять в пределах от нескольких вольт до 110 В, а при замкнутых — от 110 до 220 В.   По принципу работы управляющее устройство описываемого регулятора не отличается от устройств на динисторе или лавинном транзисторе (рис. 2 и 3). Мощность, подводимую к нагрузке, регулируют переменным резистором R5.   Тринистор ДЗ и диод Д1 установлены на общем радиаторе площадью 50-80 см2. Резистор R1 составлен из двух резисторов мощностью 2 Вт. Инж. В. ПОПОВИЧ г. Ижевск. На симисторе   Описываемый регулятор построен по схеме фазоимпульсного регулирования с использованием симистора (симметричного тирнстора). Схема регулятора показана на рис. 5. В управляющем устройстве применен транзисторный аналог однопереходного транзистора n-типа.   При включении регулятора (выключателем В1) транзисторы Т1 ч Т2 закрыты и конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R4 (с помощью которого регулируют мощность, выделяемую на нагрузке Rн). Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не превысит порог открывания транзистора Т1. В этот момент транзисторы открываются и переходят в режим насыщения. Конденсатор быстро разряжается через них на первичную обмотку импульсного трансформатора Тр1. Импульс тока со вторичной обмотки открывает симистор Д5. Порог открывания транзисторов определяется сопротивлениями резисторов делителя R2R3.   Импульсный трансформатор Тр1 намотан на кольце из феррита М2000НМ1-15 типоразмера К20х 12х6. Обмотка I содержит 50 витков, а II — 30 витков провода ПЭЛШО 0,25 мм. Конденсатор С1 — МБМ с рабочим напряжением 160 В.   Максимально допустимый ток нагрузки регулятора 5 А. Пределы регулирования напряжения от нескольких вольт до 215 В. Инж. В. ПОНОМАРЕНКО. инж. В. ФРОЛОВ г. Воронеж C улучшенной регулировочной характеристикой   В тиристорных регуляторах с фазоимпульсным управлением напряжение на конденсаторе RС-цепи во время его заряда увеличивается по экспоненциальному закону. При синусоидальной форме сетевого напряжения регулировочная характеристика, выражающая зависимость напряжения на нагрузке от сопротивления переменного резистора, оказывается резко нелинейной, что затрудняет плавную регулировку напряжения на нагрузке.   Тиристорный регулятор, схема которого показана на рис. 6, в значительной степени свободен от этого недостатка. В регуляторе использован однопереходный транзистор. Улучшение линейности регулировочной характеристики достигается тем, что конденсатор С1 заряжается от напряжения сети (через резистор R4) и одновременно от источника постоянного стабилизированного напряжения (через делитель R5R6 и диод Д6}. Изменяя резистором R6 уровень постоянного напряжения, можно управлять моментом открывания тринистора и, следовательно, напряжением на нагрузке. Диод Д6 исключает возможность разряда конденсатора через резистор R6.   Сопротивление резистора R4 выбирают таким, чтобы при замкнутом накоротко резисторе R6 напряжение на нагрузке было минимальным. Тогда при крайнем нижнем (по схеме) положении движка резистора R6 напряжение на нагрузке будет максимальным. Со стабилизацией выходного напряжения   Особенностью описываемого регулятора является способность стабилизировать напряжение на нагрузке при изменении напряжения питающей сети. Управляющее устройство построено на однопереходном транзисторе по схеме фазоимпульсного регулирования. Источник: shems.h2.ru

www.qrz.ru