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Regolatori di potenza a tiristori
I controller di potenza a tiristori sono uno dei progetti radio amatoriali più comuni e questo non sorprende. Dopotutto, chiunque abbia mai usato il solito saldatore da 25 - 40 watt, la sua capacità di surriscaldarsi è persino molto nota. Il saldatore inizia a fumare e sibilare, quindi, abbastanza presto, la puntura in scatola si brucia, diventa nera. Saldare con un tale saldatore è già completamente impossibile.
E qui il regolatore di potenza viene in soccorso, con l'aiuto del quale è possibile impostare la temperatura per la saldatura in modo abbastanza preciso. Dovrebbe essere guidato dal fatto che quando un saldatore tocca un pezzo di colofonia, fuma bene, quindi, medio, senza sibilare e schizzare, non molto energicamente. Dovresti concentrarti sul fatto che la saldatura è di contorno, lucida.
Certo moderne stazioni di saldatura sono dotati di saldatori stabilizzati termicamente, display digitale e temperatura di riscaldamento regolabile, ma sono troppo costosi rispetto a un saldatore convenzionale. Pertanto, con volumi insignificanti di lavoro di saldatura, è del tutto possibile fare con un saldatore convenzionale con un regolatore di potenza a tiristori. Allo stesso tempo, la qualità della saldatura, che potrebbe non essere immediata, si rivelerà eccellente, è raggiunta dalla pratica.
Un'altra area di applicazione dei regolatori a tiristori è controllo della luminosità. Tali regolatori sono venduti nei negozi elettrici sotto forma di interruttori a parete convenzionali con una maniglia rotante. Ma qui l'imboscata sta aspettando l'acquirente: moderne lampade a risparmio energetico (spesso indicati in letteratura come lampade fluorescenti compatte (CFL)) semplicemente non vogliono lavorare con tali regolatori.
La stessa opzione imprevedibile si rivelerà nel caso della regolazione della luminosità delle lampade a LED. Bene, non sono destinati a tale lavoro, e il gioco è fatto: il ponte raddrizzatore con un condensatore elettrolitico situato all'interno del CFL semplicemente non permetterà al tiristore di funzionare. Pertanto, una "luce notturna" regolabile con tale regolatore può essere creata solo utilizzando una lampada a incandescenza.
Tuttavia, qui dovresti ricordare trasformatori elettroniciprogettato per alimentare lampade alogene e in progetti radio amatoriali per vari scopi. In questi trasformatori, dopo il ponte raddrizzatore, per qualche motivo, apparentemente per salvare, o semplicemente per ridurre le dimensioni, non è installato un condensatore elettrolitico. È questo "risparmio" che ti permette di regolare la luminosità delle lampade usando i regolatori a tiristori.
Se metti alla prova la tua immaginazione, puoi ancora trovare molte altre aree in cui è richiesto l'uso dei regolatori a tiristori. Una di queste aree è la regolazione delle rivoluzioni degli elettroutensili: trapani, smerigliatrici, cacciaviti, martelli perforatori, ecc. eccetera Naturalmente, i regolatori a tiristori si trovano all'interno di strumenti alimentati a corrente alternata.Guarda -Tipi e disposizione dei giri del regime del motore del collettore.
Tutto questo regolatore è integrato nel pulsante di controllo ed è una piccola scatola inserita nella maniglia del trapano. Il grado di pressione del pulsante determina la frequenza di rotazione della cartuccia. In caso di guasto, l'intera scatola cambia immediatamente: nonostante tutta l'apparente semplicità del design, un tale regolatore non è assolutamente adatto alla riparazione.
Nel caso di strumenti che funzionano a corrente continua da batterie, il controllo dell'alimentazione viene eseguito utilizzando transistor mosfet metodo di modulazione della larghezza di impulso. La frequenza PWM raggiunge diversi kilohertz, quindi attraverso il corpo del cacciavite è possibile sentire un cigolio ad alta frequenza. Questo avvolgimento del motore cigolante.
Ma in questo articolo verranno considerati solo i controller di potenza a tiristori.Pertanto, prima di considerare il circuito del regolatore, dovresti ricordare come funziona tiristore.
Per non complicare la storia, non considereremo il tiristore nella forma della sua struttura p-n-p-n a quattro strati, disegneremo una caratteristica corrente-tensione, ma descriveremo semplicemente a parole come funziona, il tiristore. Per cominciare, in un circuito a corrente continua, sebbene i tiristori non siano quasi utilizzati in questi circuiti. Dopotutto, spegnere il tiristore che lavora a corrente continua è abbastanza difficile. È come fermare il cavallo.
Tuttavia, le correnti elevate e le alte tensioni dei tiristori attraggono gli sviluppatori di varie apparecchiature DC, di regola, abbastanza potenti. Per disattivare i tiristori, devi andare a varie complicazioni dei circuiti, trucchi, ma in generale i risultati sono positivi.
La designazione del tiristore sugli schemi circuitali è mostrata nella Figura 1.
Figura 1. Tiristore
È facile vedere che nella sua designazione sui circuiti, il tiristore è molto simile diodo ordinario. Se guardi, allora il tiristore ha anche una conduttività unilaterale e quindi può correggere la corrente alternata. Ma lo farà solo se viene applicata una tensione positiva all'elettrodo di controllo rispetto al catodo, come mostrato nella Figura 2. Secondo la vecchia terminologia, il tiristore veniva talvolta chiamato diodo controllato. Finché non viene applicato l'impulso di controllo, il tiristore viene chiuso in qualsiasi direzione.
Figura 2
Come accendere il LED
Qui è tutto molto semplice. Alla sorgente di tensione CC 9V (è possibile utilizzare la batteria "Krona") attraverso il tiristore Vsx collegato LED HL1 con una resistenza di limitazione R3. Usando il pulsante SB1, la tensione dal divisore R1, R2 può essere applicata all'elettrodo di controllo del tiristore, quindi il tiristore si aprirà, il LED inizierà a illuminarsi.
Se ora rilascia il pulsante, smetti di tenerlo premuto, quindi il LED dovrebbe continuare ad accendersi. Una pressione così breve sul pulsante può essere chiamata impulso. La pressione ripetuta e persino ripetuta di questo pulsante non cambierà nulla: il LED non si spegnerà, ma non brillerà più o meno.
Premuto - rilasciato, e il tiristore è rimasto aperto. Inoltre, questa condizione è stabile: il tiristore sarà aperto fino a quando le influenze esterne lo rimuoveranno da questo stato. Questo comportamento del circuito indica le buone condizioni del tiristore, la sua idoneità al lavoro in un dispositivo in fase di sviluppo o riparazione.
Piccola osservazione
Ma spesso si verificano eccezioni a questa regola: il pulsante viene premuto, il LED si illumina e quando il pulsante viene rilasciato, si spegne, come se nulla fosse accaduto. E qual è il problema, cosa hai fatto di sbagliato? Forse il pulsante è stato premuto non abbastanza a lungo o non in modo molto fanatico? No, tutto è stato fatto in modo abbastanza coscienzioso. È solo che la corrente attraverso il LED si è rivelata inferiore alla corrente di mantenimento del tiristore.
Affinché l'esperimento descritto abbia successo, è sufficiente sostituire il LED con una lampada a incandescenza, quindi la corrente diventerà maggiore o scegliere un tiristore con una corrente di mantenimento inferiore. Questo parametro per i tiristori ha una dispersione significativa, a volte è persino necessario selezionare un tiristore per un circuito specifico. Inoltre, un marchio, con una lettera e da una scatola. I tiristori importati, che sono stati recentemente preferiti, sono in qualche modo migliori con questa corrente: è più facile da acquistare e i parametri sono migliori.
Come chiudere un tiristore
Nessun segnale applicato all'elettrodo di controllo può chiudere il tiristore e spegnere il LED: l'elettrodo di controllo può solo accendere il tiristore. Esistono, naturalmente, tiristori bloccabili, ma il loro scopo è in qualche modo diverso dai banali regolatori di potenza o dai semplici interruttori. Un tiristore convenzionale può essere spento solo interrompendo la corrente attraverso la sezione anodo - catodo.
Questo può essere fatto in almeno tre modi. Innanzitutto, scollegare stupidamente l'intero circuito dalla batteria. Richiama la Figura 2. Naturalmente, il LED si spegne.Ma quando ricollegato, non si accenderà da solo, poiché il tiristore è rimasto chiuso. Questa condizione è anche sostenibile. E per portarlo fuori da questo stato, per accendere la luce, solo premendo il pulsante SB1 aiuterà.
Il secondo modo per interrompere la corrente attraverso il tiristore è semplicemente quello di prendere e cortocircuitare i terminali del catodo e dell'anodo con un ponticello di filo. In questo caso, l'intera corrente di carico, nel nostro caso è solo un LED, scorrerà attraverso il ponticello e la corrente attraverso il tiristore sarà zero. Dopo aver rimosso il ponticello, il tiristore si chiuderà e il LED si spegnerà. Negli esperimenti con schemi simili, le pinzette vengono spesso utilizzate come jumper.
Supponiamo che al posto di un LED in questo circuito ci sia una bobina di riscaldamento sufficientemente potente con elevata inerzia termica. Quindi risulta quasi pronto il regolatore di potenza. Se il tiristore viene attivato in modo tale che la spirale venga accesa per 5 secondi e spenta per lo stesso periodo di tempo, nella spirale viene allocata la potenza del 50 percento. Se, durante questo ciclo di dieci secondi, l'accensione richiede solo 1 secondo, allora è ovvio che la spirale rilascerà solo il 10% del calore dalla sua potenza.
Con approssimativamente tali cicli temporali, misurati in secondi, il controllo della potenza delle microonde funziona. Semplicemente usando un relè, la radiazione RF si accende e si spegne. I controller a tiristori funzionano alla frequenza della rete, dove il tempo è misurato in millisecondi.
Il terzo modo per spegnere il tiristore
Consiste nel ridurre la tensione di carico a zero o addirittura invertire la polarità della tensione di alimentazione. Questa è precisamente la situazione ottenuta quando i circuiti a tiristori sono alimentati con una corrente sinusoidale alternata.
Quando la sinusoide passa attraverso lo zero, cambia il suo segno nel contrario, quindi la corrente attraverso il tiristore diventa inferiore alla corrente di mantenimento e quindi completamente uguale a zero. Pertanto, il problema di spegnere il tiristore è risolto come da solo.
Regolatori di potenza a tiristori. Regolazione di fase
Quindi, la questione è lasciata al piccolo. Per ottenere il controllo di fase, è sufficiente applicare un impulso di controllo in un determinato momento. In altre parole, l'impulso deve avere una certa fase: più si avvicina alla fine del semiciclo della tensione alternata, minore sarà l'ampiezza della tensione sul carico. Il metodo di controllo di fase è mostrato in Figura 3.
Figura 3. Regolazione della fase
Nel frammento superiore dell'immagine, l'impulso di controllo viene applicato quasi all'inizio della semionda della sinusoide, la fase del segnale di controllo è vicina allo zero. Nella figura, questa volta è t1, quindi il tiristore si apre quasi all'inizio del semiciclo e una potenza vicina al massimo viene allocata nel carico (se non ci fossero tiristori nel circuito, la potenza sarebbe massima).
I segnali di controllo stessi non sono mostrati in questa figura. Idealmente, sono brevi impulsi, positivi rispetto al catodo, applicati in una certa fase all'elettrodo di controllo. Negli schemi più semplici, questa può essere una tensione che aumenta linearmente ottenuta caricando un condensatore. Questo sarà discusso di seguito.
Nel grafico medio, l'impulso di controllo viene applicato nel mezzo del semiciclo, che corrisponde all'angolo di fase Π / 2 o al tempo t2, pertanto solo la metà della potenza massima viene allocata nel carico.
Nel grafico inferiore, gli impulsi di apertura sono applicati molto vicino alla fine del semiciclo, il tiristore si apre quasi prima di chiudersi, secondo il grafico questa volta è indicato come t3, quindi la potenza nel carico è assegnata insignificante.
Circuiti di commutazione a tiristori
Dopo una breve revisione del principio di funzionamento dei tiristori, probabilmente puoi portare diversi circuiti di regolazione della potenza. Nulla è stato inventato qui; tutto può essere trovato su Internet o su vecchie riviste radiofoniche. L'articolo fornisce semplicemente una breve panoramica e una descrizione del lavoro circuiti regolatori a tiristori. Nel descrivere il funzionamento dei circuiti, si presterà attenzione al modo in cui vengono utilizzati i tiristori, a quali circuiti di commutazione del tiristore esistono.
Come è stato detto all'inizio dell'articolo, il tiristore rettifica una tensione alternata come un normale diodo. Si scopre rettifica a semionda. Una volta, attraverso un diodo, le lampade a incandescenza sulle scale si accendevano: c'era un po 'di luce, mi ha abbagliato nei miei occhi, ma poi le lampade si sono bruciate molto raramente. La stessa cosa accade se il dimmer viene eseguito su un tiristore, appare solo la possibilità di regolare una luminosità già insignificante.
Pertanto, i regolatori di potenza controllano entrambi i semicicli della tensione di rete. Per questo, viene applicata la connessione contro-parallela dei tiristori, triac o l'inclusione di un tiristore nella diagonale del ponte raddrizzatore.
Per chiarezza di questa affermazione, prenderemo in considerazione diversi circuiti di controller di potenza a tiristori. A volte sono chiamati regolatori di tensione e quale nome è più corretto, è difficile da risolvere, perché insieme alla regolazione della tensione, anche la potenza viene regolata.
Il più semplice regolatore a tiristori
È progettato per regolare la potenza del saldatore. Il suo circuito è mostrato in Figura 4.
Figura 4. Schema del controller di potenza a tiristori più semplice
Per regolare la potenza del saldatore, a partire da zero, non ha senso. Pertanto, possiamo limitarci a regolare solo un semiciclo della tensione di rete, in questo caso positivo. Il semiciclo negativo passa senza modifiche attraverso il diodo VD1 direttamente al saldatore, il che garantisce la sua metà potenza.
Il semiciclo positivo passa attraverso il tiristore VS1, consentendo la regolazione. Il circuito di controllo a tiristori è estremamente semplice. Questi sono resistori R1, R2 e condensatore C1. Il condensatore viene caricato attraverso il circuito: il filo superiore del circuito, R1, R2 e il condensatore C1, carico, il filo inferiore del circuito.
Un elettrodo di controllo a tiristori è collegato al terminale positivo del condensatore. Quando la tensione attraverso il condensatore sale alla tensione di accensione del tiristore, quest'ultimo si apre, facendo passare nel carico un semiciclo positivo della tensione, o meglio parte di esso. Il condensatore C1 si scarica naturalmente, preparandosi così al ciclo successivo.
La velocità di carica del condensatore viene regolata mediante un resistore variabile R1. Più velocemente il condensatore viene caricato alla tensione di apertura del tiristore, prima si apre il tiristore, maggiore è la parte del semiciclo positivo della tensione che entra nel carico.
Il circuito è semplice, affidabile, è abbastanza adatto per un saldatore, anche se regola solo un mezzo periodo della tensione di rete. Un diagramma molto simile è mostrato nella Figura 5.
Figura 5. Regolatore di potenza a tiristori
È un po 'più complicato rispetto al precedente, ma consente di regolare in modo più fluido e preciso, a causa del fatto che il circuito di generazione degli impulsi di controllo è assemblato su un transistor a doppia base KT117. Questo transistor è progettato per creare generatori di impulsi. Sembra che non sia capace di nient'altro. Un circuito simile viene utilizzato in molti controller di potenza, così come nella commutazione di alimentatori come driver per un impulso scatenante.
Non appena la tensione attraverso il condensatore C1 raggiunge la soglia del transistor, quest'ultimo si apre e appare un impulso positivo sul pin B1, aprendo il tiristore VS1. Il resistore R1 può regolare la velocità di carica del condensatore.
Più veloce viene caricato il condensatore, prima appare l'impulso di apertura, maggiore è la tensione che entra nel carico. La seconda semionda della tensione di rete passa nel carico attraverso il diodo VD3 senza modifiche. Un raddrizzatore VD2, R5, un diodo Zener VD1 viene utilizzato per alimentare il circuito di controllo dell'impulso di controllo.
Qui puoi chiedere, e quando si apre il transistor, qual è la soglia? L'apertura del transistor si verifica in un momento in cui la tensione sul suo emettitore E supera la tensione alla base di B1. Le basi B1 e B2 non sono equivalenti, se scambiate, il generatore non funzionerà.
La Figura 6 mostra un circuito che consente di regolare entrambi i semicicli di tensione.
Figura 6
Il diagramma è a oscuratore. La tensione di rete viene rettificata dal ponte VD1-VD4, dopodiché la tensione di ondulazione viene fornita alla lampada EL1, tiristore VS1 e attraverso i resistori R3, R4 ai diodi zener VD5, VD6, da cui viene alimentato il circuito di controllo. L'uso di un ponte raddrizzatore nel circuito consente la regolazione di semicicli positivi e negativi utilizzando un solo tiristore.
Il circuito di controllo viene anche eseguito su un transistor a due basi KT117A. La velocità di carica del condensatore di temporizzazione C2 viene modificata dalla resistenza R6, che provoca la modifica della fase del segnale di controllo del tiristore.
Si può fare una piccola osservazione su questo circuito: la corrente nel carico consiste solo dei semicicli positivi della rete ottenuti dopo il raddrizzatore a ponte. Se è necessario ottenere le parti positive e negative della sinusoide nel carico, è sufficiente, senza modificare nulla nel circuito, accendere il carico immediatamente dopo il fusibile. Al posto del carico, è sufficiente installare un ponticello. Tale circuito è mostrato in Figura 7.
Figura 7. Schema del controller di potenza a tiristori
Il transistor KT117 è un'invenzione dell'industria elettronica sovietica e non ha analoghi estranei, ma se necessario può essere assemblato da due transistor secondo il circuito mostrato in Figura 8. Improvvisamente qualcuno si impegnerà a assemblare un circuito simile, dove posso ottenere un tale transistor?
Figura 8
Nei circuiti mostrati nelle figure 6 e 7, il tiristore viene utilizzato in combinazione con un ponte a diodi. Questa inclusione rende possibile con l'aiuto di un tiristore il controllo di entrambi i mezze periodi di tensione alternata. Allo stesso tempo, compaiono 4 diodi aggiuntivi, che generalmente aumentano le dimensioni della struttura.
Continuazione dell'articolo: Regolatori di potenza a tiristori. Circuiti con due tiristori
Boris Aladyshkin
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