Jednoduchý tyristorový regulátor výkonu: popis, schéma a zařízení

S jeho pomocí můžete snížit teplotu ohřívače, žehličky, ohřev hrotu páječky a jas stolní lampy. Regulátor využívá dva tyristory a dva dinistory. Napětí na zátěži (její výkon s uvedenými tyristory by neměl přesáhnout 200 W) lze plynule měnit od 15 do 215 V.

Takto funguje regulátor. Když je na horním kolíku konektoru X1 kladné půlcyklové napětí, nabíjejí se kondenzátory C1, C2 (přes rezistor R5). Ale jen jeden z nich bude mít takovou polaritu napětí, že se dinistor otevře (samozřejmě při určitém napětí mezi vývody kondenzátoru). Mluvíme o kondenzátoru C2 a dinistoru V4. V obvodu řídicí elektrody tyristoru V2 bude protékat impuls vybíjecího proudu kondenzátoru. SCR se otevře, přivede napětí na zátěž a současně vybije druhý kondenzátor.

Při záporném půlcyklu napětí na stejném pinu síťového konektoru se zapne další dinistor a po něm se otevře tyristor V1. SCR se tedy otevřou jeden po druhém. Fázový posun otevíracího napětí na řídicích elektrodách se provádí proměnným rezistorem a největší posun bude při úplném zavedení odporu rezistoru, tedy když je motor v obvodu v nejnižší poloze.

Dinistory fungují jako elektronické spínače, které se spouštějí při určitém napětí na kondenzátorech. Použití dinistorů umožňuje dosáhnout čistého provozu tyristorů se stejným fázovým posunem bez ohledu na jejich parametry.

Rezistory R2 a R4 omezují proud řídící elektrodou a R1 a R3 umožňují stabilní provoz regulátoru při změně okolní teploty.

Místo dinistoru KN102A můžete nainstalovat KN102B nebo KN102V, ale budete muset mírně snížit kapacitu kondenzátorů (na 0,2 nebo 0,15 μF). Nejlepší je použít kondenzátory BMT se jmenovitým napětím alespoň 300 V. Pevné odpory jsou MLT-0,5, proměnné odpory SP-1. Maximální zátěžový výkon závisí na použitých SCR. S tyristory KU202K-KU202N lze k regulátoru připojit zátěž až 1000 W, ale v tomto případě je nutné tyristory namontovat na chladiče – duralové desky o tloušťce minimálně 1,5 mm a ploše 150 -200 cm2. Pro tyto účely je zvláště vhodné použít žebrové radiátory používané k chlazení výkonných tranzistorů.

Schéma č. 2 Regulátor výkonu pro elektrický sporák

Obvod umožňuje regulovat výkon v zátěži určené k připojení do sítě 220 V od 5-10 do 97-99% jmenovitého výkonu. Lze použít, když chybí nebo je rozbitý vlastní regulátor výkonu elektrického sporáku. Účinnost regulátoru je minimálně 98 %.

Schéma č. 3. Jednoduchý univerzální regulátor výkonu

Níže navržené schéma sníží výkon jakéhokoli topného elektrického spotřebiče. Obvod je vcelku jednoduchý a dostupný i začínajícím radioamatérům. Pro ovládání výkonnější zátěže musí být tyristory umístěny na radiátoru (150 cm 2 nebo více). Pro eliminaci rušení vytvářeného regulátorem je vhodné instalovat na vstup tlumivku.

Schéma č. 4. Regulátor výkonu topného zařízení

Schéma regulátoru výkonu topného zařízení původní konstrukce je na Obr. 4. Vysoké elektrické parametry bylo možné získat pouze použitím triaku VT-137-600 od PHILIPS Semiconductor.

Regulátor je osazen na desce plošných spojů z jednostranné fólie ze sklolaminátu tloušťky 1,5 mm, rozměry 80×80 mm. Provedení plošného spoje a rozmístění prvků na něm je na Obr. 5. Triak se instaluje na lamelový radiátor z hliníkové slitiny o rozměrech 70x40x25 mm.

Sestavený obvod je instalován v pouzdře z regulátoru teploty typu RT-3. Podrobnosti na http://cxem.net/house/l-109.php.

Obr. 4 Schematické schéma regulátoru

Obr. 5 Nákres plošného spoje s rozmístěním prvků

Všechno nejlepší, pište na Elremont © 2005

Časem prověřený obvod pro regulaci proudu výkonných spotřebičů se snadno nastavuje, je spolehlivý v provozu a má široké možnosti spotřebičů. Dobře se hodí pro ovládání svařovacího režimu, pro spouštění a nabíjení zařízení a pro výkonné automatizační jednotky.

Obvodový diagram

Při napájení výkonných zátěží stejnosměrným proudem se často používá usměrňovací obvod (obr. 1) se čtyřmi výkonovými ventily. Na jednu úhlopříčku „můstku“ je přiváděno střídavé napětí, z druhé úhlopříčky je výstupní konstantní (pulzující) napětí odváděno. V každém půlcyklu pracuje jeden pár diod (VD1-VD4 nebo VD2-VD3).

Tato vlastnost „můstku“ usměrňovače je významná: celková hodnota usměrněného proudu může dosáhnout dvojnásobku maximální hodnoty proudu pro každou diodu. Mezní hodnota napětí diody by neměla být nižší než amplituda vstupního napětí.

Vzhledem k tomu, že napěťová třída výkonových ventilů dosahuje čtrnácti (1400 V), nejsou s tím pro domácí elektrickou síť žádné problémy. Stávající rezerva zpětného napětí umožňuje použití ventilů s určitým přehříváním, s malými radiátory (nezneužívejte je!).

Rýže. 1. Obvod usměrňovače se čtyřmi silovými ventily.

Pozor! Výkonové diody označené „B“ vedou proud „podobně“ jako diody D226 (z ohebného vývodu do těla), diody označené „VL“ – z těla do ohebného vývodu.

Použití ventilů různé vodivosti umožňuje instalaci pouze na dva dvojité radiátory. Pokud připojíte „pouzdra“ ventilů „VL“ (mínus výstup) k tělu zařízení, pak budete muset izolovat pouze jeden radiátor, na kterém jsou instalovány diody označené „B“. Tento obvod se snadno instaluje a nastavuje, ale problémy nastávají, pokud musíte regulovat zátěžový proud.

Pokud je vše jasné s procesem svařování (připevněte „předřadník“), pak nastanou velké problémy se startovacím zařízením. Po nastartování motoru je obrovský proud zbytečný a škodlivý, proto je nutné jej rychle vypnout, protože každé zpoždění zkracuje životnost baterie (baterie často explodují!).

Pro praktickou realizaci je velmi vhodný obvod znázorněný na obr. 2, ve kterém funkce řízení proudu provádějí tyristory VS1, VS2 a výkonové ventily VD1, VD2 jsou součástí stejného usměrňovacího můstku. Instalace je usnadněna tím, že každý pár dioda-tyristor je namontován na vlastním radiátoru. Radiátory lze použít standardně (průmyslová výroba).

Dalším způsobem je samostatná výroba radiátorů z mědi a hliníku o tloušťce nad 10 mm. Chcete-li vybrat velikost radiátorů, musíte sestavit maketu zařízení a „řídit“ jej v těžkém provozu. Není špatné, když vám po 15 minutovém zatížení „nepálí“ pouzdra tyristoru a diody (v tuto chvíli vypněte napětí!).

Těleso zařízení musí být navrženo tak, aby byla zajištěna dobrá cirkulace vzduchu ohřívaného zařízením. Nebylo by na škodu nainstalovat ventilátor, který „pomáhá“ pohybovat vzduchem zdola nahoru. Pohodlné jsou ventilátory instalované ve stojanech s počítačovými deskami nebo v „sovětských“ herních automatech.

Rýže. 2. Schéma regulátoru proudu s tyristory.

Nastavitelný obvod usměrňovače je možné realizovat zcela pomocí tyristorů (obr. 3). Spodní (podle schématu) dvojice tyristorů VS3, VS4 je spouštěna impulsy z řídící jednotky.

Impulzy přicházejí současně na řídicí elektrody obou tyristorů. Tato konstrukce obvodu je „nesouhlasná“ s principy spolehlivosti, ale čas potvrdil provozuschopnost obvodu („domácí zdroj nemůže spálit“ tyristory, protože vydrží pulzní proud 1600 A).

Tyristor VS1 (VS2) je zapojen jako dioda – kladným napětím na anodě tyristoru bude přiváděn odblokovací proud přes diodu VD1 (nebo VD2) a rezistor R1 (nebo R2) do řídící elektrody tyristoru. Již při napětí několika voltů se tyristor otevře a povede proud až do konce půlvlny proudu.

Druhý tyristor, jehož anoda měla záporné napětí, se nespustí (není to nutné). Do tyristorů VS3 a VS4 přichází proudový impuls z řídicího obvodu. Hodnota průměrného proudu v zátěži závisí na otevíracích momentech tyristorů – čím dříve vypínací impuls přijde, tím větší část periody bude příslušný tyristor otevřen.

Rýže. 3. Obvody nastavitelného usměrňovače jsou zcela založeny na tyristorech.

Otevření tyristorů VS1, VS2 přes odpory poněkud „otupí“ obvod: při nízkých vstupních napětích se úhel otevření tyristorů ukazuje jako malý – do zátěže teče znatelně méně proudu než v obvodu s diodami (obr. 2).

Tento obvod je tedy docela vhodný pro úpravu svařovacího proudu přes sekundár a usměrnění síťového napětí, kde je ztráta několika voltů nevýznamná.

Obvod znázorněný na obr. 4 umožňuje efektivně využít tyristorový můstek k regulaci proudu v širokém rozsahu napájecích napětí.

Zařízení se skládá ze tří bloků:

1. moc;
2. Fázově pulzní řídicí obvody;
3. dvoulimitní voltmetr.

Transformátor T1 o výkonu 20 W zajišťuje napájení řídicí jednotky pro tyristory VS3 a VS4 a otevírání „diod“ VS1 a VS2. Otvírací tyristory s externím napájením jsou účinné při nízkém (automobilovém) napětí v silovém obvodu i při napájení indukční zátěže.

Rýže. 4. Tyristorový můstek pro řízení proudu v širokém rozsahu.

Rýže. 5. Schematické schéma tyristorové řídicí jednotky.

Vypínací proudové impulsy z 5V vinutí transformátoru jsou přiváděny v protifázi k řídicím elektrodám VS1, VS2. Diody VD1, VD2 propouštějí k řídícím elektrodám pouze kladné půlvlny proudu.

Pokud je fázování otevíracích impulzů „vhodné“, pak bude fungovat tyristorový usměrňovací můstek, jinak nebude v zátěži proud.

Tento nedostatek obvodu lze snadno odstranit: stačí otočit napájecí zástrčku T1 opačným směrem (a označit barvou, jak zapojit zástrčky a svorky zařízení do AC sítě). Při použití obvodu ve startéru-nabíječce je oproti obvodu na obr. 3 znatelný nárůst dodávaného proudu.

Velmi výhodné je mít slaboproudý obvod (síťový transformátor T1). Přerušení proudu spínačem S1 zcela odpojí zátěž. Rozběhový proud tak můžete přerušit malým koncovým spínačem, jističem nebo nízkoproudým relé (přidáním automatické vypínací jednotky).

To je velmi důležitý bod, protože je mnohem obtížnější přerušit vysokoproudé obvody, které vyžadují dobrý kontakt pro průchod proudu. Ne náhodou jsme si vzpomněli na sfázování transformátoru T1. Pokud by byl regulátor proudu „zabudován“ do nabíjecího a startovacího zařízení nebo do obvodu svářečky, pak by byl problém s fázováním vyřešen v době nastavování hlavního zařízení.

Naše zařízení je speciálně navrženo jako širokoprofilové (stejně jako je použití startovacího zařízení dáno ročním obdobím, svářečské práce musí být prováděny nepravidelně). Musíte ovládat provozní režim výkonné elektrické vrtačky a napájet nichromová ohřívače.

Obrázek 5 ukazuje schéma tyristorové řídicí jednotky. Usměrňovací můstek VD1 napájí obvod pulzujícím napětím od 0 do 20 V. Toto napětí je přiváděno přes diodu VD2 do kondenzátoru C1, který zajišťuje konstantní napájecí napětí výkonnému tranzistorovému „spínači“ na VT2, VT3.

Pulzující napětí je přiváděno přes rezistor R1 k rezistoru R2 a zenerově diodě VD6 zapojeným paralelně. Rezistor „sváže“ potenciál bodu „A“ (obr. 6) na nulu a zenerova dioda omezuje špičky pulzů na úrovni stabilizačního prahu. Impulsy omezeného napětí nabíjejí kondenzátor C2 pro napájení čipu DD1.

Tyto stejné napěťové impulsy ovlivňují vstup logického prvku. Při určitém prahu napětí se logický prvek přepne. Při zohlednění inverze signálu na výstupu logického prvku (bod „B“) budou napěťové impulsy krátkodobé – kolem okamžiku nulového vstupního napětí.

Rýže. 6. Pulzní diagram.

Další logický prvek invertuje napětí „B“, takže napěťové impulsy „C“ mají výrazně delší dobu trvání. Zatímco je aktivní napěťový impuls „C“, kondenzátor C3 se nabíjí přes odpory R4 a R3.

Exponenciálně rostoucí napětí v bodě „E“ v okamžiku překročení logického prahu „přepne“ logický prvek. Po inverzi druhým logickým prvkem odpovídá vysoké vstupní napětí v bodě “E” vysokému logickému napětí v bodě “F”.

Dvě různé hodnoty odporu R4 odpovídají dvěma oscilogramům v bodě „E“:

• nižší odpor R4 – větší strmost – E1;
• větší odpor R4 – nižší strmost – E2.

Měli byste také věnovat pozornost napájení báze tranzistoru VT1 signálem „B“, když vstupní napětí klesne na nulu, tranzistor VT1 se otevře do saturace, kolektorový přechod tranzistoru vybije kondenzátor C3 (příprava na nabíjení v; další půlcykl napětí). Logická vysoká úroveň se tedy objeví v bodě “F” dříve nebo později, v závislosti na odporu R4:

• nižší odpor R4 – impuls se objeví dříve – F1;
• větší odpor R4 – později se objeví impuls – F2.

Zesilovač na tranzistorech VT2 a VT3 „opakuje“ logické signály – bod „G“. Oscilogramy v tomto bodě opakují F1 a F2, ale napětí dosahuje 20 V.

Přes oddělovací diody VD4, VD5 a omezovací odpory R9 R10 působí proudové impulsy na řídicí elektrody tyristorů VS3 VS4 (obr. 4). Jeden z tyristorů se otevře a na výstup bloku prochází usměrněný napěťový impuls.

Menší hodnota odporu R4 odpovídá větší části půlcyklu sinusoidy – H1, větší hodnota – menší části půlcyklu sinusoidy – H2 (obr. 4). Na konci půlcyklu se proud zastaví a všechny tyristory se uzavřou.

Rýže. 7. Schéma automatického dvoulimitního voltmetru.

Různé hodnoty odporu R4 tedy odpovídají různým trváním „segmentů“ sinusového napětí na zátěži. Výstupní výkon lze nastavit prakticky od 0 do 100 %. Stabilita zařízení je určena použitím „logiky“ – spínací prahy prvků jsou stabilní.

Konstrukce a nastavení

Pokud nedojde k žádným chybám při instalaci, zařízení funguje stabilně. Při výměně kondenzátoru C3 budete muset vybrat odpory R3 a R4. Výměna tyristorů ve výkonové jednotce může vyžadovat volbu R9, R10 (stává se, že i výkonové tyristory stejného typu se výrazně liší ve spínacích proudech – ten méně citlivý je třeba vyřadit).

Napětí na zátěži můžete měřit pokaždé pomocí „vhodného“ voltmetru. Na základě mobility a univerzálnosti řídící jednotky jsme použili automatický dvoulimitní voltmetr (obr. 7).

Měření napětí do 30 V provádí hlavice PV1 typ M269 s přídavným odporem R2 (odchylka se upravuje na plný rozsah při vstupním napětí 30 V). Kondenzátor C1 je nutný pro vyhlazení napětí přiváděného do voltmetru.

Zbytek obvodu se používá k „zhrubnutí“ měřítka 10krát. Žárovka optočlenu U3 je napájena přes žárovku (barretter) HL3 a ladicí odpor R1 a vstup optočlenu chrání zenerova dioda VD1.

Velké vstupní napětí vede ke snížení odporu odporu optočlenu z megaohmů na kiloohmy, tranzistor VT1 se otevře, relé K1 se aktivuje. Kontakty relé plní dvě funkce:

• otevřete ladicí odpor R1 – obvod voltmetru se přepne na mez vysokého napětí;
• Místo zelené LED HL2 se rozsvítí červená LED HL1.

Červená, viditelnější barva, je specificky zvolena pro vysokonapěťovou stupnici.

Pozor! Nastavení R1 (stupnice 0) se provádí po nastavení R300.

Napájení obvodu voltmetru je odebíráno z tyristorové řídicí jednotky. Izolace od měřeného napětí se provádí pomocí optočlenu. Spínací práh optočlenu lze nastavit o něco vyšší než 30 V, což usnadní nastavování stupnic.

Dioda VD2 je nezbytná k ochraně tranzistoru před napěťovými rázy, když je relé bez napětí. Automatické přepínání voltmetrových stupnic má své opodstatnění při použití jednotky k napájení různých zátěží. Číslování pinů optočlenu není uvedeno: pomocí testeru není obtížné rozlišit vstupní a výstupní piny.

Odpor optočlenové lampy je stovky ohmů a fotorezistor je megaohmů (v době měření lampa není napájena). Obrázek 8 ukazuje pohled shora na zařízení (kryt je odstraněn). VS1 a VS2 jsou instalovány na společném radiátoru, VS3 a VS4 jsou instalovány na samostatných radiátorech.

Závity na radiátorech se musely vyřezat, aby pasovaly na tyristory. Ohebné vodiče výkonových tyristorů jsou odříznuty a instalace se provádí pomocí tenčího drátu.

Rýže. 8. Pohled shora na zařízení.

Obrázek 9 ukazuje pohled na přední panel zařízení. Vlevo je ovládací knoflík zátěžového proudu, vpravo stupnice voltmetru. LED diody jsou umístěny v blízkosti stupnice, horní (červená) je umístěna poblíž nápisu „300 V“.

Svorky zařízení nejsou příliš výkonné, protože se používá pro svařování tenkých dílů, kde je velmi důležitá přesnost udržování režimu. Doba spouštění motoru je krátká, takže svorkové spoje mají dostatečnou životnost.

Rýže. 9. Pohled na přední panel zařízení.

Horní kryt je připevněn ke spodnímu s mezerou několika centimetrů, aby byla zajištěna lepší cirkulace vzduchu.

Zařízení lze snadno upgradovat. Pro automatizaci režimu startování motoru automobilu tedy nejsou potřeba žádné další díly (obr. 10).

Je nutné sepnout spínací skupinu kontaktů relé K1 z obvodu dvoulimitního voltmetru mezi body „D“ a „E“ řídicí jednotky. Pokud nastavením R3 není možné přivést práh spínání voltmetru na 12 V, budete muset vyměnit žárovku HL13 za výkonnější (nastavit 3 W místo 10).

Průmyslová spouštěcí zařízení jsou nastavena na spínací práh dokonce 9 V. Spínací práh zařízení doporučujeme nastavit na vyšší napětí, jelikož ještě před zapnutím startéru se baterie mírně nabíjí proudem (až do spínací úrovně ). Nyní se startuje s mírně „nabitou“ baterií spolu s automatickým startérem.

Rýže. 10. Automatizace režimu spouštění motoru automobilu.

Jak se palubní napětí zvyšuje, automatika při opakovaných startech „uzavře“ přívod proudu ze startovacího zařízení, dobíjení se obnoví ve správných okamžicích. Regulátor proudu zařízení (pracovní faktor usměrněných impulsů) umožňuje omezit velikost zapínacího proudu.

N.P. Goreyko, V.S. Stovpets. Ladyzhin. Vinnycká oblast Elektrikář-2004-08.