Jednoduchý tyristorový regulátor výkonu: popis, schéma a zařízení

Tyristorový regulátor je speciální zařízení, které umožňuje regulovat a řídit výkon elektrické energie. Použití tohoto zařízení pomáhá udržovat požadovanou hodnotu elektrického proudu, který je nutný k dosažení dané úrovně výkonu a napětí v zařízení.

Jaké další úkoly zvládá regulátor výkonu?

• Prevence přepětí a přehřátí zařízení během provozu.
• Sledování činnosti tyristorů.
• Bezšokový, měkký start zařízení.

Tyristorový regulátor výkonu

Tyristor je řízené polovodičové zařízení, kterým je veden elektrický proud v jednom směru. Má tři vývody: anodu, katodu a řídící elektrodu.

Aby elektrický proud procházel tyristorem, je důležité splnit řadu požadavků. Anoda a katoda zařízení musí být připojeny k napájecímu obvodu a řídicí elektroda musí přijímat napětí z řídicího obvodu.

Jaké typy regulátorů výkonu existují?

Existují následující typy takových zařízení:

• Fáze. Tento typ regulátoru výkonu lze použít pro indukční nebo proměnnou odporovou zátěž. Během provozu tato zařízení regulují napětí na výstupu zařízení.
• Cyklický. Takové regulátory výkonu se používají pro konstantní odporové nebo kapacitní zátěže. Spínají zátěžový proud při překročení nuly.

Jak funguje tyristorový regulátor výkonu?

V závislosti na typu taková zařízení fungují odlišně. Provozní algoritmus výkonových regulátorů je založen na způsobu spínání tyristorů a může být dvou typů:

• Fáze. Tato metoda závisí na době a stupni otevření tyristorů. Čím déle se otevřou od okamžiku odeslání signálu do řídicí elektrody, tím nižší je výkon dodávaný do zařízení.
• Cyklický. Tato metoda je založena na principu zapínání a vypínání tyristorů při průchodu signálu nulou. Úroveň výkonu je v tomto případě ovlivněna počtem půlcyklů, během kterých jsou tyristory ve vypnuté poloze.

Kde se používají regulátory výkonu?

Taková zařízení mají širokou škálu aplikací. Použití tohoto zařízení je opodstatněné, pokud jde o udržování určitých teplotních ukazatelů během provozu různých typů pecí (sušení, pečení atd.), elektrických ohřívačů a dalších podobných zařízení. Regulátory výkonu také umožňují ovládat úroveň napětí elektrických lamp.

Takové zařízení se používá v následujících odvětvích:

• Ropný a plynárenský průmysl;
• výroba plastového zboží;
• výroba skleněných a keramických výrobků;
• výroba barev a laků;
• celulóza a papír, hutní průmysl a další.

Tyristorové regulátory výkonu: hlavní výhody

Jednou z klíčových výhod tohoto zařízení je jeho jednoduchá konstrukce a spolehlivý provoz. Různorodost modifikací takových zařízení vám zároveň umožňuje zvolit optimální řešení, které bude plně odpovídat stanoveným technologickým požadavkům.

Mezi další výhody takového zařízení je třeba zdůraznit následující:

• Zvýšená přesnost udržování určitých indikátorů teploty.
• Poměrně jednoduchý operační algoritmus.
• Žádné mechanické kontakty.
• Dostupnost funkce spojité regulace.
• Relativně malé rozměry.

Obvod tyristorového regulátoru

Jako příklad uveďme poměrně jednoduchý obvod pro nastavení výkonu běžné páječky. V popsaném případě je regulována jedna půlperioda kladného síťového napětí. Negativní půlcyklus přechází do páječky přes diodu. Zůstává však téměř beze změny. Kladný půlcyklus prochází tyristorem, díky kterému probíhá proces regulace.

Součástí tyristorového řídicího systému jsou také odpory a kondenzátor. Řídicí elektroda tyristoru je připojena ke kladné svorce kondenzátoru. Když se úroveň napětí zvýší a dosáhne určitého bodu, otevře se. V důsledku toho určitá část kladného půlcyklu napětí spadá do zátěže. V tomto případě se kondenzátor vybije a připraví na vstup do dalšího cyklu. Proměnný odpor umožňuje regulovat rychlost nabíjení kondenzátoru. Čím rychleji je kondenzátor nabitý, tím rychleji se otevře tyristor.

Firma Aries Komplekt Avtomatika nabízí na objednávku jednofázové tyristorové výkonové regulátory různých modifikací. Pracujeme pouze s certifikovaným zařízením, které plně odpovídá zavedeným standardům kvality, spolehlivosti a bezpečnosti.

Jednofázové regulátory výkonu a další zařízení, která jsou prezentována na stránkách společnosti OvenKomplektAvtomatika, podléhají před uvedením do prodeje povinnému testování. Díky tomuto přístupu si naše organizace získala důvěru zákazníků. V současné době je zařízení, které prodáváme, aktivně používáno v celém Rusku.

Objednávání produktů u nás je pohodlné a ziskové. Naše společnost spolupracuje s výrobci prodávaných zařízení přímo, tedy obchází externí dodavatele. To nám umožňuje eliminovat vysoké obchodní přirážky a nastavit příznivé ceny pro celý sortiment. Naši zákazníci mohou počítat i s dalšími bonusy ve formě slev. Jsou poskytovány pro velkoobchodní objednávky a průběžnou spolupráci.

Společnost OvenKomplektAvtomatika nabízí službu rozvozu produktů. Zařízení dodáme zcela zdarma na jakékoli místo v hlavním městě (pokud si objednáte produkty v celkové hodnotě nad 35 000 rublů) a regionu (pokud je celková částka šeku alespoň 100 000 rublů). Našim zákazníkům nabízíme také záruční a pozáruční servis na zařízení.

Chcete se dozvědět více o vlastnostech jednofázových tyristorových regulátorů výkonu? Naši specialisté vám poskytnou odborné poradenství. Kontaktujte číslo uvedené na stránce. Zařízení si můžete objednat online na našem webu.

Ceny, dostupnost a další údaje uvedené na stránce nepředstavují veřejnou nabídku. Pro upřesnění informací kontaktujte naše specialisty jakýmkoli způsobem, který vám vyhovuje.

Tyristorové regulátory výkonu jsou jedním z nejběžnějších návrhů amatérských rádií, a to není překvapující. Ostatně každý, kdo někdy používal běžnou 25-40 wattovou páječku, dobře ví o její schopnosti přehřátí. Pájka začne kouřit a syčet, pak pocínovaný hrot brzy vyhoří a zčerná. Pájení s takovou páječkou již není možné.

A zde přichází na řadu regulátor výkonu, pomocí kterého lze poměrně přesně nastavit teplotu pro pájení. Měli byste se řídit tím, že když se dotknete kousku kalafuny páječkou, kouří dobře, středně, bez syčení a šplouchání a nepříliš energicky. Měli byste se zaměřit na to, aby bylo pájení tvarované a lesklé.

Moderní pájecí stanice jsou samozřejmě vybaveny páječkami se stabilizací teploty, digitálním displejem a regulací teploty ohřevu, které jsou však oproti běžné páječce příliš drahé. Proto je pro malé množství pájecích prací docela možné vystačit si s obyčejnou páječkou s tyristorovým regulátorem výkonu. Kvalita pájení přitom nemusí být hned excelentní – dosahuje se jí praxí.

Další oblastí použití tyristorových regulátorů je ovládání jasu lamp. Takové regulátory se prodávají v elektroprodejnách ve formě běžných nástěnných vypínačů s otočnou rukojetí. Zde však na kupujícího čeká přepadení: moderní energeticky úsporné zářivky (v literatuře se často nazývají kompaktní zářivky (CFL)) s takovými regulátory prostě nechtějí pracovat.

Stejný nepředvídatelný scénář nastane v případě úpravy jasu LED lamp. No, nejsou určeny pro takovou práci a to je vše: usměrňovací můstek s elektrolytickým kondenzátorem umístěným uvnitř CFL prostě nedovolí tyristoru pracovat. Proto lze nastavitelné „noční světlo“ s takovým regulátorem vytvořit pouze pomocí žárovky.

Zde bychom však měli pamatovat na elektronické transformátory určené k napájení halogenových žárovek a v amatérských rádiových provedeních pro různé účely. Z nějakého důvodu, zjevně z důvodů hospodárnosti nebo jednoduše pro zmenšení velikosti, v těchto transformátorech za usměrňovacím můstkem není instalován elektrolytický kondenzátor. Právě tato „úspora“ umožňuje upravit jas lamp pomocí tyristorových regulátorů.

Pokud zapojíte fantazii, můžete najít mnohem více oblastí, kde je použití tyristorových regulátorů vyžadováno. Jednou z těchto oblastí je regulace otáček elektrického nářadí: vrtačky, brusky, šroubováky, příklepové vrtačky atd. atd. Tyristorové regulátory jsou přirozeně umístěny uvnitř přístrojů napájených střídavým proudem. Viz – Typy a provedení regulátorů otáček pro komutátorové motory.

Celý tento regulátor je zabudován do ovládacího tlačítka a je to malá krabička, která se vkládá do rukojeti vrtačky. Míra stisknutí tlačítka určuje rychlost otáčení sklíčidla. V případě poruchy je celá krabice vyměněna najednou: navzdory zjevné jednoduchosti konstrukce není takový regulátor absolutně vhodný pro opravu.

V případě nářadí pracujícího na stejnosměrný proud z baterií se regulace výkonu provádí pomocí MOSFET tranzistorů metodou pulzně šířkové modulace. Frekvence PWM dosahuje několika kilohertzů, takže skrz tělo šroubováku je slyšet vysokofrekvenční skřípání. Jsou to vinutí motoru, které skřípe.

Ale v tomto článku budou zvažovány pouze tyristorové regulátory výkonu. Proto před zvažováním regulačních obvodů byste si měli pamatovat, jak funguje tyristor.

Abychom příběh nekomplikovali, nebudeme tyristor uvažovat v podobě jeho čtyřvrstvé pnpn struktury, budeme kreslit proudově-napěťovou charakteristiku, ale jednoduše slovy popíšeme, jak on, tyristor, funguje. Pro začátek ve stejnosměrných obvodech, i když tyristory se v těchto obvodech téměř nikdy nepoužívají. Koneckonců, vypnout tyristor pracující na stejnosměrný proud je poměrně obtížné. Je to jako zastavit cválajícího koně.

A přesto vysoké proudy a vysoké napětí tyristorů přitahují vývojáře různých, obvykle dosti výkonných, stejnosměrných zařízení. Chcete-li vypnout tyristory, musíte se uchýlit k různým komplikacím a trikům s obvody, ale obecně jsou výsledky pozitivní.

Označení tyristoru na schématech zapojení je na obrázku 1.

Obrázek 1. Tyristor

Je snadné si všimnout, že podle označení na schématech je tyristor velmi podobný běžné diodě. Když se na to podíváte, ten, tyristor, má také jednosměrnou vodivost, a proto může usměrňovat střídavý proud. Ale udělá to pouze tehdy, když je na řídicí elektrodu přivedeno kladné napětí vzhledem ke katodě, jak ukazuje obrázek 2. Podle staré terminologie se tyristoru někdy říkalo řízená dioda. Dokud není aplikován řídicí impuls, je tyristor uzavřen v libovolném směru.

Jak zapnout LED

Vše je zde velmi jednoduché. LED HL9 s omezovacím rezistorem R1 je připojena ke zdroji konstantního napětí 3V (lze použít baterii Krona) přes tyristor Vsx. Tlačítkem SB1 lze přivést napětí z děliče R1, R2 na řídící elektrodu tyristoru a následně se tyristor otevře a rozsvítí se LED.

Pokud nyní tlačítko uvolníte a přestanete jej držet, LED by měla svítit dál. Takové krátké stisknutí tlačítka lze nazvat pulzní. Opakovaným nebo i opakovaným stisknutím tohoto tlačítka se nic nezmění: LED dioda nezhasne, ale nebude svítit jasněji ani tlumeněji.

Stiskly a uvolnily a tyristor zůstal otevřený. Tento stav je navíc stabilní: tyristor bude otevřený, dokud jej vnější vlivy z tohoto stavu neodstraní. Toto chování obvodu ukazuje na dobrý stav tyristoru, jeho vhodnost pro provoz ve vyvíjeném nebo opravovaném zařízení.

Malá poznámka

Ale často existují výjimky z tohoto pravidla: tlačítko bylo stisknuto, LED se rozsvítila a po uvolnění tlačítka zhaslo, jako by se nic nestalo. A v čem je háček, co udělali špatně? Možná nebylo tlačítko stisknuto dostatečně dlouho nebo ne příliš fanaticky? Ne, vše bylo provedeno zcela svědomitě. Je to tak, že proud přes LED se ukázal být menší než přídržný proud tyristoru.

Aby byl popsaný experiment úspěšný, stačí vyměnit LED za žárovku, poté se proud zvýší, nebo zvolit tyristor s nižším přídržným proudem. Tento parametr u tyristorů má značný rozptyl, někdy je dokonce nutné vybrat tyristor pro konkrétní obvod. A stejné značky, se stejným písmenem a ze stejné krabice. Importované tyristory, které byly nedávno preferovány, jsou s tímto proudem o něco lepší: je jednodušší koupit a parametry jsou lepší.

Jak zavřít tyristor

Žádné signály odeslané do řídicí elektrody nemohou uzavřít tyristor a zhasnout LED: řídicí elektroda může pouze zapnout tyristor. Existují samozřejmě uzamykatelné tyristory, ale jejich účel je poněkud jiný než banální regulátory výkonu nebo jednoduché spínače. Klasický tyristor lze vypnout pouze přerušením proudu anodově-katodovou sekcí.

To lze provést nejméně třemi způsoby. Za prvé, je hloupé odpojit celý obvod od baterie. Připomeňme si obrázek 2. LED dioda přirozeně zhasne. Po opětovném připojení se však sám nezapne, protože tyristor zůstává v uzavřeném stavu. Tento stav je také stabilní. A dostat ho z tohoto stavu, rozsvítit světlo, pomůže pouze stisknutí tlačítka SB1.

Druhým způsobem, jak přerušit proud tyristorem, je prosté zkratování vývodu katody a anody propojovacím vodičem. V tomto případě bude propojkou protékat celý zátěžový proud, v našem případě jen LED, a proud tyristorem bude nulový. Po odstranění propojky se tyristor sepne a LED zhasne. Při experimentech s takovými obvody se nejčastěji jako propojka používá pinzeta.

Předpokládejme, že místo LED v tomto obvodu bude poměrně výkonná topná spirála s velkou tepelnou setrvačností. Pak získáte téměř hotový regulátor výkonu. Pokud tyristor sepnete tak, že spirála je zapnutá 5 sekund a stejně dlouho vypnutá, tak se ve spirále uvolní 50 procent výkonu. Pokud během tohoto desetisekundového cyklu sepne spínač pouze na 1 sekundu, pak je zcela zřejmé, že cívka uvolní pouze 10 % tepla svého výkonu.

Řízení výkonu v mikrovlnné troubě funguje přibližně v těchto časových cyklech, měřeno v sekundách. Jednoduše pomocí relé se VF záření zapíná a vypíná. Tyristorové regulátory pracují na frekvenci napájecí sítě, kde se čas měří v milisekundách.

Třetí způsob, jak vypnout tyristor

Spočívá ve snížení napájecího napětí zátěže na nulu, případně i úplné změně polarity napájecího napětí na opačnou. Přesně k této situaci dochází, když jsou tyristorové obvody napájeny střídavým sinusovým proudem.

Když sinusoida prochází nulou, změní znaménko na opačné, takže proud tyristorem je menší než přídržný proud a pak je zcela roven nule. Tím je problém s vypínáním tyristoru vyřešen jakoby sám od sebe.

Tyristorové regulátory výkonu. Fázová regulace

Takže záležitost zůstává malá. Chcete-li dosáhnout fázového řízení, musíte jednoduše aplikovat řídicí impuls v určitém čase. Jinými slovy, puls musí mít určitou fázi: čím blíže ke konci půlcyklu střídavého napětí, tím menší bude amplituda napětí na zátěži. Způsob řízení fáze je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3. Řízení fáze

Na horním fragmentu obrázku je řídicí impuls přiveden téměř na samém začátku půlcyklu sinusoidy, fáze řídicího signálu je blízká nule. Na obrázku je to čas t1, takže tyristor se otevírá téměř na začátku půlcyklu a zátěž uvolňuje výkon blízko maxima (pokud by v obvodu nebyly tyristory, byl by výkon maximální).

Samotné řídicí signály nejsou na tomto obrázku znázorněny. Ideálně jsou to krátké pulsy kladné vzhledem ke katodě, aplikované v určité fázi na řídící elektrodu. V nejjednodušších obvodech to může být lineárně rostoucí napětí získané při nabíjení kondenzátoru. O tom bude řeč níže.

V prostředním grafu je řídicí impuls aplikován uprostřed půlcyklu, který odpovídá fázovému úhlu Π/2 nebo času t2, takže do zátěže se uvolňuje pouze polovina maximálního výkonu.

Ve spodním grafu jsou otevírací impulsy přiváděny velmi těsně před koncem půlcyklu, tyristor se otevírá téměř před uzavřením, podle grafu je tato doba označena jako t3, podle toho se uvolňuje nevýznamný výkon v zátěž.

Tyristorové spínací obvody

Po krátké úvaze o principu činnosti tyristorů asi můžeme dát několik obvodů regulátoru výkonu. Nic nového se tu nevymyslelo, vše se dá najít na internetu nebo ve starých radiotechnických časopisech. Článek poskytuje pouze stručný přehled a popis práce obvody tyristorových regulátorů. Při popisu činnosti obvodů bude věnována pozornost tomu, jak se tyristory používají, jaké obvody pro připojení tyristorů existují.

Jak bylo řečeno na samém začátku článku, tyristor usměrňuje střídavé napětí jako běžná dioda. To má za následek půlvlnnou rektifikaci. Kdysi se takto rozsvěcovaly žárovky na schodištích přes diodu: světla bylo velmi málo, oslňovalo to oči, ale lampy vyhořely velmi zřídka. Totéž se stane, pokud je stmívač vyroben na jednom tyristoru, pouze je možné regulovat již nevýznamný jas.

Regulátory výkonu tedy řídí oba půlcykly síťového napětí. K tomuto účelu se používá protiparalelní zapojení tyristorů, triaků nebo připojení tyristoru k diagonále usměrňovacího můstku.

Aby bylo toto tvrzení jasnější, bude níže uvedeno několik obvodů tyristorových regulátorů výkonu. Někdy se jim říká regulátory napětí a je těžké rozhodnout, který název je správnější, protože spolu s regulací napětí je regulován i výkon.

Nejjednodušší tyristorový regulátor

Je určen k regulaci výkonu páječky. Jeho schéma je na obrázku 4.

Obrázek 4. Schéma jednoduchého tyristorového regulátoru výkonu

Nemá smysl nastavovat výkon páječky od nuly. Můžeme se tedy omezit na regulaci pouze jednoho půlcyklu síťového napětí, v tomto případě kladného. Negativní půlcyklus prochází beze změn přes diodu VD1 přímo do páječky, která poskytuje její poloviční výkon.

Kladný půlcyklus prochází tyristorem VS1, který umožňuje regulaci. Tyristorový řídicí obvod je extrémně jednoduchý. Jedná se o rezistory R1, R2 a kondenzátor C1. Kondenzátor se nabíjí přes obvod: horní vodič obvodu, R1, R2 a kondenzátor C1, zátěž, spodní vodič obvodu.

Řídicí elektroda tyristoru je připojena ke kladné svorce kondenzátoru. Když se napětí na kondenzátoru zvýší na spínací napětí tyristoru, tyristor se otevře a projde kladným půlcyklem napětí, nebo spíše jeho částí, do zátěže. Současně se přirozeně vybíjí kondenzátor C1, čímž se připravuje na další cyklus.

Rychlost nabíjení kondenzátoru je řízena pomocí proměnného odporu R1. Čím rychleji se kondenzátor nabíjí na otevírací napětí tyristoru, tím dříve se tyristor otevře, tím větší část kladného půlcyklu napětí jde do zátěže.

Obvod je jednoduchý, spolehlivý a docela vhodný pro páječku, i když reguluje pouze jeden poloviční cyklus síťového napětí. Velmi podobný obvod je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5. Tyristorový regulátor výkonu

Je poněkud složitější než předchozí, ale umožňuje plynulejší a přesnější nastavení, protože obvod pro generování řídicích impulsů je sestaven na dvoubázovém tranzistoru KT117. Tento tranzistor je určen k vytváření pulzních generátorů. Zdá se, že není schopen ničeho jiného. Podobný obvod se používá v mnoha regulátorech výkonu, stejně jako ve spínacích zdrojích jako tvarovač spouštěcích impulsů.

Jakmile napětí na kondenzátoru C1 dosáhne provozního prahu tranzistoru, tranzistor se otevře a na svorce B1 se objeví kladný impuls, který otevře tyristor VS1. Rezistor R1 lze použít k regulaci rychlosti nabíjení kondenzátoru.

Čím rychleji se kondenzátor nabíjí, tím dříve se objeví otevírací impuls, tím větší je napětí dodávané do zátěže. Druhá půlvlna síťového napětí přechází do zátěže přes diodu VD3 beze změn. Pro napájení obvodu tvarovače řídicích impulsů se používá usměrňovač VD2, R5 a zenerova dioda VD1.

Zde se můžete zeptat, kdy se tranzistor otevře, jaký je provozní práh? K otevření tranzistoru dochází v okamžiku, kdy napětí na jeho emitoru E překročí napětí na bázi B1. Báze B1 a B2 nejsou ekvivalentní, pokud jsou prohozeny, generátor nebude fungovat.

Obrázek 6 ukazuje obvod, který umožňuje regulovat obě půlcykly napětí.

Obvod je stmívač. Síťové napětí je usměrněno můstkem VD1-VD4, po kterém je pulzující napětí přiváděno do lampy EL1, tyristoru VS1 a přes odpory R3, R4 do zenerových diod VD5, VD6, ze kterých je napájen řídicí obvod. Použití usměrňovacího můstku v obvodu umožňuje regulovat kladné a záporné půlcykly pouze jedním tyristorem.

Řídicí obvod je rovněž proveden na dvoubázovém tranzistoru KT117A. Rychlost nabíjení časovacího kondenzátoru C2 je měněna odporem R6, který mění fázi signálu ovládajícího tyristor.

K tomuto obvodu lze učinit malou poznámku: proud v zátěži se skládá pouze z kladných půlcyklů sítě získaných za můstkovým usměrňovačem. Pokud chcete do zátěže dostat kladnou a zápornou část sinusoidy, stačí, aniž byste cokoli v obvodu měnili, zapnout zátěž ihned po pojistce. Stačí nainstalovat propojku v místě zatížení. Takový diagram je znázorněn na obrázku 7.

Obrázek 7. Schéma tyristorového regulátoru výkonu

Tranzistor KT117 je vynálezem sovětského elektronického průmyslu a nemá žádné zahraniční obdoby, ale v případě potřeby jej lze sestavit ze dvou tranzistorů podle zapojení na obrázku 8. Co když se někdo rozhodne sestavit podobný obvod, kde se dá sehnat takový tranzistor?

V obvodech znázorněných na obrázcích 6 a 7 je použit tyristor v kombinaci s diodovým můstkem. Toto zapojení umožňuje ovládat oba půlcykly střídavého napětí pomocí jednoho tyristoru. Zároveň se ale objevují 4 přídavné diody, které celkově zvětšují rozměry konstrukce.

• Obvody operačních zesilovačů se zpětnou vazbou
• Obvody pro spínání operačních zesilovačů bez zpětné vazby
• Operační zesilovače. Část 2: Ideální operační zesilovač

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Praktická elektronika

Přihlaste se k odběru kanálu Telegram o elektronice pro profesionály i amatéry: Praktická elektronika pro každý den

Sdílejte tento článek se svými přáteli: