Třífázový a jednofázový tyristorový regulátor výkonu - princip činnosti, obvody

Tyristor je jedním z nejvýkonnějších polovodičová zařízení, proto se často používá ve vysoce výkonných měničích energie. Má ale svá specifika ovládání: lze jej otevřít proudovým impulsem, ale zavře se až při poklesu proudu téměř na nulu (přesněji pod přídržný proud). Z tohoto tyristoru se používá především spínání střídavý proud.

Regulace fázového napětí

Existuje několik způsobů regulace střídavé napětí tyristory: je možné přeskočit nebo zakázat celé půlcykly (nebo periody) střídavého napětí na výstup regulátoru. A můžete ho zapnout ne na začátku půlcyklu síťového napětí, ale s určitým zpožděním - 'a'. Během této doby bude napětí na výstupu regulátoru nulové a na výstup nebude přenášen žádný výkon. Druhá část půlcyklu tyristoru povede proud a na výstupu regulátoru se objeví vstupní napětí.

Doba zpoždění se často nazývá úhel otevření tyristoru, a tak při nulovém úhlu půjde téměř všechno napětí ze vstupu na výstup, ztratí se pouze úbytek na otevřeném tyristoru. Jak se úhel zvětšuje, tyristorový regulátor napětí sníží výstupní napětí.

Řídicí charakteristika tyristorový měnič při práci na aktivní zátěži je znázorněno na následujícím obrázku. Při úhlu 90 elektrických stupňů bude výstup poloviční než vstupní napětí a pod úhlem 180 elektrických stupňů. výstup bude nula stupňů.

Na základě principů regulace fázového napětí je možné konstruovat řídicí, stabilizační obvody, ale i jemný začátek. Pro měkký start se musí napětí postupně zvyšovat z nuly na maximální hodnota. Úhel otevření tyristoru se tedy musí změnit z maximální hodnoty na nulu.

Obvod regulátoru napětí tyristoru

Tabulka hodnocení prvků

C1 - 0,33uF napětí ne nižší než 16V;
R1, R2 - 10 kOhm 2W;
R3 - 100 Ohm;
R4 - proměnný odpor 33 kOhm;
R5 - 3,3 kOhm;
R6 - 4,3 kOhm;
R7 - 4,7 kOhm;
VD1 .. VD4 - D246A;
VD5 - D814D;
VS1 - KU202N;
VT1 - KT361B;
VT2 - KT315B.

Obvod je postaven na domácí elementové základně, lze jej sestavit z těch dílů, které se radioamatérům povalují 20-30 let. Pokud jsou tyristor VS1 a diody VD1-VD4 instalovány na příslušných chladičích, pak bude tyristorový regulátor napětí schopen dodat 10A do zátěže, to znamená, že při napětí 220 V můžeme regulovat napětí při zátěži o výkonu 2,2 kW.

Zařízení má pouze dvě výkonové součásti diodový můstek a tyristor. Jsou určeny pro napětí 400V a proud 10A. Diodový můstek mění střídavé napětí na unipolární pulzující a fázovou regulaci půlcyklů provádí tyristor.

Parametrický stabilizátor rezistorů R1, R2 a zenerova dioda VD5 omezuje napětí dodávané do řídicího systému na úrovni 15 V. Sériové zapojení rezistorů je nutné pro zvýšení průrazného napětí a zvýšení ztrátového výkonu.

Na samém začátku půlcyklu střídavého napětí se vybije C1 a na přechodu R6 a R7 je také nulové napětí. Postupně začnou napětí v těchto dvou bodech růst a čím nižší je odpor rezistoru R4, tím rychleji napětí na emitoru VT1 předběhne napětí na jeho bázi a otevře tranzistor.
Tranzistory VT1, VT2 tvoří tyristor s nízkým výkonem. Když je napětí na přechodu báze-emitor VT1 větší než prahová hodnota, tranzistor se otevře a otevře VT2. A VT2 odblokuje tyristor.

Prezentované schéma je poměrně jednoduché, lze jej přeložit do moderního elementová základna. Je také možné, s minimálními úpravami, snížit výkon nebo provozní napětí.

V Nedávno V našem každodenním životě se stále častěji používají elektronická zařízení pro plynulé nastavení síťového napětí. Pomocí těchto zařízení je řízen jas svitu lamp, teplota elektrických ohřívačů a rychlost elektromotorů.

Naprostá většina regulátorů napětí sestavených na tyristorech má značné nevýhody, které omezují jejich možnosti. Za prvé, zavádějí docela znatelné rušení elektrické sítě, což často nepříznivě ovlivňuje provoz televizorů, rádií, magnetofonů. Za druhé, lze je použít pouze k ovládání zátěže pomocí aktivní odpor- elektrická lampa nebo topné těleso a nelze je použít ve spojení s indukční zátěží - elektromotor, transformátor.

Mezitím lze všechny tyto problémy snadno vyřešit sběrem elektronické zařízení, ve kterém by roli regulačního prvku neplnil tyristor, ale výkonný tranzistor.

Kruhový diagram

Tranzistorový regulátor napětí (obr. 9.6) obsahuje minimum rádiových prvků, neruší elektrickou síť a pracuje na zátěži s aktivním i indukční reaktance. Lze jím upravit jas lustru popř stolní lampa, teplota ohřevu páječky nebo elektrického sporáku, rychlost otáčení motoru ventilátoru nebo vrtačky, napětí na vinutí transformátoru. Zařízení má následující parametry: rozsah nastavení napětí - od 0 do 218 V; maximální výkon zatížení při použití jednoho tranzistoru v řídicím obvodu - ne více než 100 wattů.

Regulačním prvkem zařízení je tranzistor VT1. Diodový můstek VD1 ... VD4 usměrňuje síťové napětí tak, že na kolektor VT1 je vždy přivedeno kladné napětí. Transformátor T1 snižuje napětí 220 V na 5 ... 8 V, které je usměrněno diodovým blokem VD6 a vyhlazeno kondenzátorem C1.

Rýže. Schematické schéma výkonného regulátoru síťového napětí 220V.

Proměnný rezistor R1 slouží k nastavení velikosti řídicího napětí a rezistor R2 omezuje proud báze tranzistoru. Dioda VD5 chrání VT1 před vstupem záporné polarity do jeho základny. Zařízení se připojuje k elektrické síti pomocí zástrčky XP1. Zásuvka XS1 slouží k připojení zátěže.

Regulátor funguje následovně. Po zapnutí napájení páčkovým spínačem S1 je síťové napětí přivedeno současně na diody VD1, VD2 a primární vinutí transformátoru T1.

V tomto případě usměrňovač sestávající z diodového můstku VD6, kondenzátoru C1 a proměnného odporu R1 generuje řídicí napětí, které je přiváděno do báze tranzistoru a otevírá jej. Pokud má v okamžiku zapnutí regulátoru síť zápornou polaritu napětí, proud zátěže protéká obvodem VD2 - emitor-kolektor VT1, VD3. Pokud je polarita síťového napětí kladná, proud protéká obvodem VD1 - kolektor-emitor VT1, VD4.

Hodnota zatěžovacího proudu závisí na velikosti řídicího napětí na základě VT1. Otáčením motoru R1 a změnou hodnoty řídicího napětí řídí kolektorový proud VT1. Tento proud, a tedy i proud protékající zátěží, bude tím větší, čím vyšší bude úroveň řídicího napětí, a naopak.

Při krajně pravé poloze motoru s proměnným odporem podle schématu bude tranzistor plně otevřený a „dávka“ elektřiny spotřebované zátěží bude odpovídat jmenovité hodnotě. Pokud je posuvník R1 posunut do levé krajní polohy, VT1 se zablokuje a zátěží neprotéká žádný proud.

Řízením tranzistoru vlastně regulujeme amplitudu střídavého napětí a proudu působícího v zátěži. Současně tranzistor pracuje v kontinuálním režimu, díky čemuž je takový regulátor bez nevýhod, které jsou vlastní tyristorovým zařízením.

Konstrukce a detaily

Nyní přejdeme k designu zařízení. Diodové můstky, kondenzátor, rezistor R2 a dioda VD6 jsou namontovány na desce plošných spojů o velikosti 55x35 mm, vyrobené z fólií potaženého getinaxu nebo textolitu o tloušťce 1 ... 2 mm (obr. 9.7).

V zařízení lze použít následující díly. Tranzistor - KT812A (B), KT824A (B), KT828A (B), KT834A (B, V), KT840A (B), KT847A nebo KT856A. Diodové můstky: VD1 ... VD4 - KTs410V nebo KTs412V, VD6 - KTs405 nebo KTs407 s libovolným písmenným indexem; dioda VD5 - řada D7, D226 nebo D237.

Variabilní odpor - typ SP, SPO, PPB o výkonu minimálně 2 W, konstantní - VS, MJIT, OMLT, S2-23. Oxidový kondenzátor - K50-6, K50-16. Síťový transformátor - TVZ-1-6 z trubkových televizorů, TS-25, TS-27 - z televizoru Yunost nebo jakéhokoli jiného nízkoenergetického s napětím sekundárního vinutí 5 ... 8 V.

Pojistka je dimenzována na max. proud 1 A. Přepínač - TZ-S nebo jakákoli jiná síť. XP1 je standardní zástrčka, XS1 je zásuvka.

Všechny prvky regulátoru jsou umístěny v plastovém pouzdře o rozměrech 150x100x80 mm. Na horní panel pouzdro, páčkový spínač a proměnný odpor vybavený ozdobnou rukojetí. Zásuvka pro připojení zátěže a pojistková zásuvka jsou namontovány na jedné z bočních stěn skříně.

Na stejné straně je otvor pro napájecí kabel. Ve spodní části skříně je instalován tranzistor, transformátor a obvodová deska. Tranzistor musí být vybaven radiátorem se ztrátovou plochou minimálně 200 cm2 a tloušťkou 3...5 mm.

Rýže. Plošný spoj pro výkonný regulátor síťového napětí 220V.

Regulátor nepotřebuje seřízení. Se správnou instalací a opravitelnými díly začne fungovat ihned po připojení k síti.

Nyní několik doporučení pro ty, kteří chtějí zařízení vylepšit. Změny se týkají především zvýšení výstupního výkonu regulátoru. Takže například při použití tranzistoru KT856 může být výkon spotřebovaný zátěží ze sítě 150 W, pro KT834 - 200 W a pro KT847 - 250 W.

Pokud potřebujete dále zvýšit výstupní výkon zařízení, jako regulační prvek, můžete použít několik tranzistorů zapojených paralelně připojením jejich odpovídajících závěrů.

Pravděpodobně v tomto případě bude muset být regulátor vybaven malým ventilátorem pro intenzivnější chlazení vzduchem polovodičová zařízení. Kromě toho bude nutné vyměnit diodový můstek VD1 ... VD4 za čtyři výkonnější diody, navržené pro provozní napětí nejméně 600 V a hodnotu proudu v souladu se spotřebovanou zátěží.

K tomuto účelu jsou vhodné přístroje řady D231 ... D234, D242, D243, D245 ..D248. Dále bude nutné vyměnit VD5 za výkonnější diodu, dimenzovanou na proud do I A. Také pojistka musí vydržet větší proud.

Další regulátor výkonu

Když se mi opět nepodařilo poprvé připájet kontakt mikroobvodu přehřátou páječkou, uvědomil jsem si, že bez regulátoru výkonu by v životě nebylo žádné štěstí. A rozhodl jsem se, že si takovou věc vyrobím, ale abych byl jednodušší a univerzální (pro různé druhy zátěže). Líbilo se mi schéma populární na internetu na triaku.

Tento regulátor výkonu je určen k nastavení výkonu zátěže až do 500 W ve střídavých obvodech s napětím 220 V. Takovými zátěžemi mohou být elektrické topení, osvětlovací zařízení, asynchronní elektromotory střídavý proud (ventilátor, elektrická šmirka, elektrická vrtačka atd.). S širokým rozsahem nastavení a vysoký výkon Regulátor najde široké uplatnění v každodenním životě.

Regulátor výkonu triaku využívá principu fázové regulace. Princip činnosti takového regulátoru je založen na změně okamžiku zapnutí triaku vzhledem k přechodu síťového napětí přes nulu.

Na začátku kladného půlcyklu je triak uzavřen. S nárůstem síťového napětí se kondenzátor C1 nabíjí přes dělič R1, R2. Nárůst napětí na kondenzátoru C1 se zpožďuje (fázově posune) ze sítě o hodnotu, která závisí na celkovém odporu děliče R1 + R2 a kapacitě C1. Nabíjení kondenzátoru pokračuje, dokud napětí na něm nedosáhne prahu "průrazu" dinistoru (asi 32 V). Jakmile se otevře dinistor (tedy se otevře i triak), bude zátěží protékat proud určený celkovým odporem otevřeného triaku a zátěže. Triak zůstává otevřený až do konce půlcyklu. Rezistor R1 nastavuje otevírací napětí dinistoru a triaku. Tito. Tento odpor řídí výkon. Při působení negativní půlvlny je princip fungování podobný. VEDENÝ indikuje provozní režim regulátoru výkonu. Triak je namontován na hliníkovém radiátoru o rozměrech 40x25x3 mm.

Schéma nevyžaduje nastavení. Pokud je vše správně namontováno, okamžitě začne fungovat. Při pokusech se 100W žárovkou bylo odhaleno mírné zahřívání tyristoru (bez radiátoru). A vizuální výsledky experimentů, stejně jako hotové zařízení, můžete vidět na fotografiích níže.

Teplota hrotu páječky závisí na mnoha faktorech.

Síťové vstupní napětí, které není vždy stabilní;
Odvod tepla v masivních drátech nebo kontaktech, na kterých se provádí pájení;
Teploty okolního vzduchu.

Pro vysoce kvalitní práci je nutné udržovat tepelný výkon páječky na určité úrovni. V prodeji je velký výběr elektrických spotřebičů s regulátorem teploty, ale náklady na taková zařízení jsou poměrně vysoké.

Ještě pokročilejší jsou pájecí stanice. Tyto komplexy obsahují mocný blok napájecí zdroj, se kterým můžete regulovat teplotu a výkon v širokém rozsahu.

Cena odpovídá funkčnosti.
Ale co když už páječku máte a nechcete si kupovat novou s regulátorem? Odpověď je jednoduchá – pokud umíte používat páječku, můžete si k ní vyrobit doplněk.

DIY regulátor páječky

Toto téma již dávno ovládají radioamatéři, kteří jako nikdo nemají zájem o kvalitní pájecí nástroj. Nabízíme vám několik oblíbených řešení se schématy zapojení a objednávkou montáže.

Dvoustupňový regulátor výkonu

Tento obvod funguje na zařízeních napájených střídavým napětím 220 voltů. V otevřeném obvodu jednoho z napájecích vodičů jsou paralelně k sobě zapojeny dioda a spínač. Když jsou kontakty spínače sepnuté, páječka je napájena ve standardním režimu.

Při otevření prochází diodou proud. Pokud jste obeznámeni s principem toku střídavého proudu, bude obsluha zařízení jasná. Dioda, která prochází proudem pouze jedním směrem, odpojí každou druhou polovinu cyklu a sníží napětí na polovinu. V souladu s tím je výkon páječky poloviční.

V zásadě se tento režim napájení používá pro dlouhé pauzy při práci. Pájka je v pohotovostním režimu a hrot moc nechladí. Chcete-li dosáhnout 100% hodnoty teploty, zapněte páčkový vypínač - a po několika sekundách můžete pokračovat v pájení. S poklesem tepla měděný hrot méně oxiduje, čímž se prodlužuje životnost zařízení.

DŮLEŽITÉ! Zkouška se provádí pod zátěží, to znamená s připojenou páječkou.

Při otáčení rezistoru R2 by se napětí na vstupu do páječky mělo plynule měnit. Obvod je umístěn v pouzdru nástěnné zásuvky, díky čemuž je design velmi pohodlný.

DŮLEŽITÉ! Součásti je nutné bezpečně izolovat smršťovací bužírkou, aby nedošlo ke zkratu v pouzdru zásuvky.

Spodní část zásuvky je uzavřena vhodným krytem. Perfektní možnost- nejen nákladní list, ale zapečetěná pouliční prodejna. V tento případ je vybrána první možnost.
Ukazuje se jakousi prodlužovací šňůru s regulátorem výkonu. Použití je velmi pohodlné, na páječce nejsou žádná další zařízení a knoflík regulátoru je vždy po ruce.

Triakové výkonové regulátory fungují pomocí fázové řízení. Lze je použít ke změně síly různých elektrických zařízení pracující se střídavým napětím.

Nástroje mohou zahrnovat elektrické lampy děrování, topné spotřebiče, střídavé motory, transformátor svářeči, a mnoho dalších. Mají velký rozsah nastavení, který jim poskytuje širokou škálu aplikací, včetně každodenního života.

Popis a princip činnosti

Činnost zařízení je založena na regulaci zpoždění zapnutí triaku při průchodu síťového napětí nulou. Triak na začátku půlcyklu je v uzavřené poloze. Po vzestupu napětí kladné půlvlny se kondenzátor nabíjí s fázovým posunem od síťového napětí.

Tento posun je určen hodnotami odporu rezistorů P1, R1, R2 a kapacitou kondenzátoru C1. Po dosažení prahové hodnoty na kondenzátoru se triak zapne. Stává se vodivým, procházejícím napětím, čímž přepíná obvod s odpory a kondenzátory. Když půlcyklus projde 0, triak se vypne.

Poté, když je kondenzátor nabitý, opět se otevře se zápornou napěťovou vlnou. Taková práce triaku je možná díky jeho struktuře. Má pět vrstev polovodičů s hradlovou elektrodou. To mu dává možnost vyměnit anodu za katodu. Zjednodušeně jej lze reprezentovat jako dva tyristory s antiparalelním zapojením.

Oblast použití

Triakové výkonové regulátory našly své uplatnění nejen v běžném životě, ale také v mnoha průmyslových odvětvích. Zejména úspěšně nahrazují objemné reléové kontaktní řídicí obvody. Pomáhají nastavit optimální proudy v automatických svařovacích linkách a v mnoha dalších průmyslových odvětvích.

Co se týče využití těchto zařízení v běžném životě, je jeho využití nejrozmanitější. Od úpravy napětí na žárovky až po úpravu otáček ventilátoru. Stručně řečeno, sortiment je tak rozmanitý, že je těžké ho popsat.

Typy regulátorů výkonu triaku

Když už mluvíme o těchto zařízeních, je třeba poznamenat, že všechny fungují na stejném principu. Jejich hlavním rozdílem je výkon, pro který jsou určeny. Druhým rozdílem bude schéma ovládání. Některé typy triaků mohou vyžadovat více doladěnířídicí signály. Ovládání může být velmi rozmanité, od kondenzátoru a dvojice rezistorů až po moderní mikrokontrolér.

Systém

V regulátorech výkonu lze použít mnoho různých obvodů. Nejjednodušší obvod je použití proměnného odporu a nejsložitější moderní mikrokontrolér. Pokud jej používáte doma, můžete se zastavit na nejjednodušším.

Pro většinu potřeb to bude stačit. Kromě úpravy osvětlení se regulátor často používá pro. Kdo rád dělá doma elektro práce, má potřebu regulovat teplotu páječky.

Je to nepohodlné dělat to pomocí proměnných rezistorů a navíc dochází k velkým ztrátám elektřiny. nejlepší cesta ven bude používat triakový regulátor.

Jak sestavit regulátor

Pro montáž bereme to nejjednodušší Kruhový diagram. Tento obvod využívá triak VD2 - VTV 12-600V (600 - 800 V, 12 A), odpory: R1 -680 kOhm, R2 - 47 kOhm, R3 - 1,5 kOhm, R4 - 47 kOhm. Kondenzátory: C1 - 0,01 mF, C2 - 0,039 mF.

Chcete-li sestavit takový obvod vlastníma rukama, budete muset provést určité kroky ve správném pořadí:

Musíte zakoupit všechny díly z výše uvedeného seznamu.
Druhou etapou bude vývoj desky plošných spojů. Při vývoji je třeba počítat s tím, že některé díly budou vyrobeny závěsnou instalací. A některé díly budou instalovány přímo na desce.
Vytvoření desky začíná nakreslením obrázku s umístěním dílů a kontaktními drahami mezi díly. Poté se výkres přenese na polotovar desky. Když se kresba přenese na desku, pak už jde vše podle známé metody. Leptání desky, vrtání otvorů pro díly, cínování drah na desce. Mnozí používají moderní počítačové programy, jako Rozložení sprintu ale pokud je nemáš, nevadí. V tomto případě máme malý obvod. Lze to provést ručně.
Když je deska hotová, vložíme do připravených otvorů potřebné rádiové součástky, zkrátíme délku kontaktů řezačkami na drát na požadovanou délku a začneme pájet. K tomu nahřejeme kontaktní místo na desce páječkou, přivedeme k němu pájku, když se pájka rozlije po povrchu v místě kontaktu, vyjmeme páječku, necháme pájku vychladnout. V tomto případě musí všechny části zůstat na místě, nesmí se pohybovat. Při pájení je třeba dodržovat bezpečnostní opatření. V první řadě je třeba dávat pozor na popáleniny, ty mohou vzniknout kontaktem s páječkou, nebo potřísněním horké pájky či tavidla. Měli byste nosit oblečení, které co nejvíce chrání všechny části těla. A abyste si chránili oči, musíte nosit brýle. Místo pájení musí být ve větraném prostoru, protože během provozu se mohou uvolňovat korozivní plyny.
Poslední fází montáže bude umístění výsledné desky do krabice. Kterou krabici si vyberete, bude přímo záviset na typu vašeho regulátoru. V případě našeho obvodu postačí krabička velikosti plastové zásuvky. Malý počet dílů, z nichž největší je proměnný rezistor, zabírá málo místa a vejde se do malého prostoru.
Posledním krokem je kontrola a konfigurace přístroje. K tomu potřebujete měřící přístroj na kontrolu napětí a přístroj na zátěž, v našem případě páječku. Otáčením knoflíku regulátoru je nutné zkoumat, jak plynule se mění výstupní napětí. V případě potřeby můžete v blízkosti nastavovacího odporu umístit značky.

Cena

Trh přetéká velké množství návrhy, s různé úrovně ceny. Cenu triakových výkonových regulátorů ovlivňuje především několik parametrů:

Výkon produktu, čím výkonnější je výkon, tím dražší bude vaše zařízení.
Složitost řídicího obvodu, v nejjednodušších obvodech jsou hlavní náklady triaky. V složitá schémata ovládání, kde se používají mikrokontroléry, může kvůli nim stoupnout cena. Dávají další funkce, respektive za vysokou cenu. Takže regulátor na rezistoru s napětím 220 V, výkonem 2500 wattů. stojí 1200 rublů a na mikrokontroléru se stejnými parametry 2450 rublů.
Značka výrobce. Někdy můžete za propagovanou značku zaplatit o 50 % více.

Nyní můžete najít regulátory výkonu sestavené podle různá schémata. Každý z nich bude mít své výhody a nevýhody. Moderní regulátory se dělí na dva typy, mikroprocesorové a analogové. Analogové regulátory lze klasifikovat jako systémy ekonomické třídy. Jsou známé již z dob SSSR, jsou nenáročné na provedení a levné. Jejich hlavní nevýhodou je neustálá kontrola majitele, případně provozovatele.

Uveďme si jednoduchý příklad, na výstupu potřebujete mít napětí 170 V. Když toto napětí nastavíte, napájecí napětí bylo 225 V a nyní si představte, že se vstupní napětí změnilo o 10 V, výstupní napětí se změní podle toho.

Pokud velikost výstupního napětí ovlivňuje proces, mohou nastat problémy. Kromě poklesu napájecího napětí mohou výkon ovlivnit parametry samotného regulátoru. Vzhledem k tomu, že kapacita kondenzátoru se v průběhu času mění, vlhkost prostředí může ovlivnit proměnný odpor, není možné dosáhnout stabilního provozu.

U mikroprocesorových ovladačů takový problém není. Realizovali Zpětná vazba, což vám umožní rychle upravit řídicí signál.

Jeden z důležité body dlouhodobý provoz bude oprava a servis. Mikroprocesorové ovladače jsou složité produkty a vyžadují specializované servisní střediska. Analogové regulátory se snáze opravují. Zvládne to každý radioamatér doma.

Proveďte konečnou volbu triakový ovladač napájení je možné po prostudování podmínek pro jeho provoz. Když nepotřebujete velkou přesnost výstupu, je rozumné zvolit analogový nástroj a zároveň ušetřit peníze. Když je na výstupu potřeba přesnost, nešetřete, kupte si mikroprocesorové zařízení.