Тиристорные регуляторы напряжения представляют собой устройства, предназначенные для регулирования частоты вращения и момента электродвигателей. Регулирование частоты вращения и момента производится за счет изменения напряжения, подводимого к статору двигателя, и осуществляется изменением угла открытия тиристоров. Такой способ управления электродвигателем получил название фазового управления. Этот способ является разновидностью параметрического (амплитудного) управления.
Могут выполняться как с замкнутой, так и с разомкнутой системой регулирования. Регуляторы с разомкнутой системой не обеспечивают удовлетворительного качества процесса регулирования частоты вращения. Основное их назначение- регулирование момента для получения нужного режима работы привода в динамических процессах.
В силовую часть однофазного тиристорного регулятора напряжения включены два управляемых тиристора, которые обеспечивают протекание электрического тока на на1рузке в двух направлениях при синусоидальном напряжении на входе.
Тиристорные регуляторы с замкнутой системой регулирования используются, как правило, с отрицательной обратной связью по скорости, что позволяет иметь достаточно жесткие механические характеристики привода в зоне малых частот вращения.
Наиболее эффективно использование тиристорных регуляторов для регулирования частоты вращения и момента .
Силовые цепи тиристорных регуляторов
На рис. 1, а-д показаны возможные схемы включения выпрямительных элементов регулятора в одной фазе. Наиболее распространенной из них является схема на рис1,а. Она может быть использована при любой схеме соединения обмоток статора. Допустимый ток через нагрузку (действующее значение) в этой схеме в режиме непрерывного тока равен:
где I т - допустимое среднее значение тока через тиристор.
Максимальное прямое и обратное напряжения тиристора
где k
зап - коэффициент запаса, выбираемый с учетом возможных коммутационных перенапряжений в схеме; - действующее значение линейного напряжения сети.
Рис. 1. Схемы силовых цепей тиристорных регуляторов напряжения.
В схеме на рис. 1,б имеется только один тиристор, включенный в диагональ моста из неуправляемых диодов. Соотношение между токами нагрузки и тиристора для этой схемы имеет вид:
Неуправляемые диоды выбираются на ток вдвое меньший, чем для тиристора. Максимальное прямое напряжение на тиристоре
Обратное напряжение на тиристоре близко к нулю.
Схема на рис. 1,б имеет некоторые отличия от схемы на рис. 1,а по построению системы управления. В схеме на рис. 1, а управляющие импульсы на каждый из тиристоров должны следовать с частотой питающей сети. В схеме на рис. 1,б частота импульсов управления вдвое больше.
Схема на рис. 1, в, состоящая из двух тиристоров и двух диодов, по возможности управления, загрузке, по току и максимальному прямому напряжению тиристоров аналогична схеме на рис. 1, а.
Обратное напряжение в этой схеме из-за шунтирующего действия диода близко к нулю.
Схема на рис. 1, г по току и максимальному прямому и обратному напряжению тиристоров аналогична схеме на рис. 1, а. Схема на рис. 1, г отличается от рассмотренных требованиями к системе управления по обеспечению необходимого диапазона изменения угла регулирования тиристоров. Если угол отсчитывать от нуля фазного напряжения, то для схем на рис. 1, а-в справедливо соотношение
где φ - фазовый угол нагрузки.
Для схемы на рис. 1, г аналогичное соотношение приобретает вид:
Необходимость увеличения диапазона изменения угла усложняет . Схема на рис. 1, г может быть применена при включении обмоток статора в звезду без нулевого провода и в треугольник с включением выпрямительных элементов в линейные провода. Область применения указанной схемы ограничена нереверсивными, а также реверсивными электроприводами с контактным реверсом.
Схема на рис. 4-1, д по своим свойствам аналогична схеме на рис. 1, а. Ток симистора здесь равен току нагрузки, а частота импульсов управления равна двойной частоте питающего напряжения. Недостаток схемы на симисторах - значительно меньше, чем у обычных тиристоров, допустимые значения du/dt и di/dt .
Для тиристорных регуляторов наиболее рациональна схема на рис. 1, а с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами.
Силовые схемы регуляторов выполняются с встречно-параллельно включенными тиристорами во всех трех фазах (симметричная трехфазная схема), в двух и одной фазах двигателя, как показано на рис. 1, е, ж и з соответственно.
В регуляторах, применяемых в крановых электроприводах, наибольшее распространение получила симметричная схема включения, показанная на рис. 1, е, которая характеризуется наименьшими потерями от высших гармонических токов. Более высокие значения потерь в схемах с четырьмя и двумя тиристорами определяются несимметрией напряжения в фазах двигателя.
Основные технические данные тиристорных регуляторов серии РСТ
Тиристорные регуляторы серии РСТ представляют собой устройства для изменения (по заданному закону) напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя с фазным ротором. Тиристорные регуляторы серии РСТ выполняются по симметричной трехфазной схеме включения (рис. 1, е). Применение регуляторов указанной серии в крановых электроприводах позволяет осуществлять регулирование частоты вращения в диапазоне 10:1 и регулирование момента двигателя в динамических режимах при пуске и торможении.
Тиристорные регуляторы серии РСТ выполняются на длительные токи 100, 160 и 320 А (максимальные токи соответственно 200, 320 и 640 А) и напряжение 220 и 380 В переменного тока. Регулятор представляет собой собранные на общей раме три силовых блока (по числу фаз встречно-параллельно включенных тиристоров), блок датчиков тока и блок автоматики. В силовых блоках используются таблеточные тиристоры с охладителями из тянутого алюминиевого профиля. Охлаждение воздушное - естественное. Блок автоматики - единый для всех исполнений регуляторов.
Тиристорные регуляторы выполнены со степенью защиты IP00 и предназначены для установки на стандартные рамы магнитных контроллеров типа ТТЗ, которые по конструкции аналогичны контроллерам серий ТА и ТСА. Габаритные размеры и масса регуляторов серии РСТ указаны в табл. 1.
Таблица 1 Габаритные размеры и масса регуляторов напряжения серии РСТ
В магнитных контроллерах ТТЗ установлены контакторы направления для реверсирования двигателя, контакторы роторной цепи и другие релейно-контактные элементы электропривода, осуществляющие связь командоконтроллера с тиристорным регулятором. Структура построения системы управления регулятора видна из функциональной схемы электропривода, показанной на рис. 2.
Трехфазный симметричный тиристорный блок Т управляется системой фазового управления СФУ. С помощью командоконтроллера КК в регуляторе производится изменение задания скорости БЗС, Через блок БЗС в функции времени осуществляется управление контактором ускорения КУ2 в цепи ротора. Разность сигналов задания и тахогенератора ТГ усиливается усилителями У1 и УЗ. К выходу усилителя УЗ подключено логическое релейное устройство, имеющее два устойчивых состояния: одно соответствует включению контактора направления вперед KB, второе - включению контактора направления назад КН.
Одновременно с изменением состояния логического устройства реверсируется сигнал в цепи управления РУ. Сигнал с согласующего усилителя У2 суммируется с сигналом задержанной обратной связи по току статора двигателя, который поступает с блока токоограничения ТО и подается на вход СФУ.
На блок логики БЛ воздействует также сигнал с блока датчиков тока ДТ и блока наличия тока НТ, запрещающий переключение контакторов направления под током. Блоком БЛ осуществляется также нелинейная коррекция системы стабилизации частоты вращения для обеспечения устойчивости работы привода. Регуляторы могут быть использованы в электроприводах механизмов подъема и передвижения.
Регуляторы серии РСТ выполнены с системой ограничения тока. Уровень токоограничения для защиты тиристоров от перегрузок и для ограничения момента двигателя в динамических режимах плавно изменяется от 0,65 до 1,5 номинального тока регулятора, уровень токоограничения для максимально-токовой защиты- от 0,9 до. 2,0 номинального тока регулятора. Широкий диапазон изменения уставок защиты обеспечивает работу регулятора одного типоразмера с двигателями, отличающимися по мощности примерно в 2 раза.
Рис. 2. Функциональная схема электропривода с тиристорным регулятором типа РСТ: КК - командоконтроллер; ТГ - тахогенератор; КН, KB - контакторы направления; БЗС - блок задания скорости; БЛ - блок логики; У1, У2. УЗ - усилители; СФУ- система фазового управления; ДТ - датчик тока; ИТ - блок наличия тока; ТО - блок токоограничения; МТ - блок защиты; КУ1, КУ2 - контакторы ускорения; КЛ - линейный контактор: Р - рубильник.
Рис. 3. Тиристорный регулятор напряжения РСТ
Чувствительность системы наличия тока составляет 5-10 А действующего значения тока в фазе. В регуляторе предусмотрены также защиты: нулевая, от коммутационных перенапряжений, от исчезновения тока хотя бы в одной из фаз (блоки ИТ и МТ), от помех радиоприему. Быстродействующими плавкими предохранителями типа ПНБ 5М осуществляется защита от токов короткого замыкания.
Друзья, приветствую вас! Сегодня я хочу рассказать о самой распространенной самоделки радиолюбителей. Речь пойдет о тиристорном регуляторе мощности.Благодаря способности тиристора мгновенно открываться и закрываться, его с успехом применяют в различных самоделках. При этом он обладает низким тепловыделением. Схема тиристорного регулятора мощности достаточно известна, но она имеет отличительную особенность от подобных схем. Схема построена таким образом, что при первоначальном включении устройства в сеть отсутствует скачок тока через тиристор, благодаря чему через нагрузку не протекает опасный ток.
Ранее я рассказывал о , в котором в качестве регулирующего устройства используется тиристор. Данный регулятор может управлять нагрузкой мощностью 2 киловатта. Если силовые диоды и тиристор заменить на более мощные аналоги, то нагрузку можно увеличить в несколько раз. И можно будет использовать этот регулятор мощности для электрического тэна. Я же использую данную самоделку для пылесоса.
Схема регулятора мощности на тиристоре
Сама схема проста до безобразия. Я думаю, что не стоит объяснять принцип её работы:
Детали устройства:
- Диоды; КД 202Р, четыре выпрямительных диода на ток не меньше 5 ампер
- Тиристор; КУ 202Н, или другой с током не меньше 10 ампер
- Транзистор; КТ 117Б
- Резистор переменный; 10 Ком, один
- Резистор подстроечный; 1 Ком, один
- Резисторы постоянные; 39 Ком, мощностью два ватта, два штуки
- Стабилитрон: Д 814Д, один
- Резисторы постоянные; 1,5 Ком, 300 Ом, 100 Ком
- Конденсаторы; 0,047 Мк, 0,47 Мк
- Предохранитель; 10 А, один
Тиристорный регулятор мощности своими руками
Готовое устройство, собранное по этой схеме выглядит вот так:
Так как деталей в схеме используется не очень много, можно применить навесной монтаж. Я же использовал печатный:
Регулятор мощности собранный по этой схеме очень надежен. Сначала этот тиристорный регулятор использовался для вытяжного вентилятора. Эту схему я реализовал около 10 лет назад. Первоначально я не использовал радиаторы охлаждения, так как ток потребления вентилятора очень мал. Затем я стал использовать эту для пылесоса мощностью 1600 ватт. Без радиаторов силовые детали нагревались значительно, рано или поздно они вышли бы из строя. Но и без радиаторов это устройство проработало целых 10 лет. Пока не пробило тиристор. Первоначально я использовал тиристор марки ТС-10:
Теперь я решил поставить теплоотводы. Не забываем нанести тонкий слой теплопроводящей пасты КПТ-8 на тиристор и 4 диода:
Если у вас не окажется однопереходного транзистора КТ117Б:
то его можно заменить двумя биполярными собранными по схеме:
Сам я такую замену не производил, но должно получиться.
По данной схеме в нагрузку поступает постоянный ток. Это не критично, если нагрузка активная. Например: лампы накаливания, нагревательные тэны, паяльник, пылесос, электродрель и другие устройства, имеющие коллектор и щетки. Если же вы планируете, данный регулятор использовать для реактивной нагрузки, например электродвигателя вентилятора, то нагрузку стоит включить перед диодным мостом, как это показано на схеме:
Резистором R7 регулируют мощность на нагрузке:
а резистором R4 устанавливают границы интервала регулирования:
При таком положении движка резистора на лампочку приходит 80 вольт:
Внимание! Будьте внимательны, эта самоделка не имеет трансформатора, поэтому некоторые радиодетали могут находиться под высоким потенциалом сети. Будьте осторожны при настройке регулятора мощности.
Обычно тиристор не открывается из-за малости напряжение на нём и скоротечности процесса, а если и откроется, то будет закрыт при первом же переходе напряжения сети через 0. Таким образом, использование однопереходного транзистора решает задачу принудительной разрядки накопительного конденсатора, в конце каждого полупериода питающей сети.
Собранное устройство я поместил в старый ненужный корпус от трансляционного радио. Переменный резистор R7 я установил на штатное место. Осталось поставить на него ручку и проградуировать шкалу напряжения:
Корпус слегка великоват, но зато тиристор и диоды охлаждаются просто великолепно:
С боку устройства я поместил розетку, чтобы можно было подключить вилку от любой нагрузки. Для подключения собранного устройство к электросети я использовал шнур от старого утюга:
Как я говорил ранее, этот тиристорный регулятор мощности очень надёжен. Я им пользуюсь уже не один год. Схема очень проста, её сможет повторить даже начинающий радиолюбитель.
Трансформаторы, так же как и электродвигатели, имеют стальной сердечник. В нем верхняя и нижняя полуволна напряжения должны быть обязательно симметричны. Именно с этой целью используются регуляторы. Тиристоры сами по себе занимаются сменой фазы. Использоваться они могут не только на трансформаторах, но и на лампах накаливания, а также на нагревателях.
Если рассматривать активное напряжение, то тут требуются схемы, которые способны справиться с большой нагрузкой для осуществления индуктивного процесса. Некоторые специалисты в цепях используют симисторы, однако они не подходят для трансформаторов с мощностью более 300 В. В данном случае проблема заключается в разбросе положительной и отрицательной полярностей. На сегодняшний день с высокой активной нагрузкой позволяют справиться выпрямительные мосты. Благодаря им управляющий импульс в конечном счете достигает тока удержания.
Схема простого регулятора
Схема простого регулятора включает в себя непосредственно тиристор запирающего типа и контроллер для управления предельным напряжением. Для стабилизации тока в начале цепи используются транзисторы. Перед контроллером в обязательном порядке применяются конденсаторы. Некоторые используют комбинированные аналоги, однако это спорный вопрос. В данном случае оценивается емкость конденсаторов, исходя из мощности трансформатора. Если говорить об отрицательной полярности, то катушки индуктивности устанавливаются только с первичной обмоткой. Соединение с микроконтроллером в схеме может происходить через усилитель.
Реально ли сделать регулятор самостоятельно?
Тиристорный регулятор напряжения своими руками можно сделать, придерживаясь стандартных схем. Если рассматривать высоковольтные модификации, то резисторы лучше всего использовать герметизированного типа. Предельное сопротивление они способны выдерживать на уровне 6 Ом. Как правило, вакуумные аналоги более стабильны в работе, но активные параметры у них занижены. Резисторы общего назначения в данном случае лучше вообще не рассматривать. Номинальное сопротивление они в среднем выдерживают только на уровне 2 Ом. В связи с этим у регулятора будут серьезные проблемы с преобразованием тока.
Для высокой мощности рассеивания применяются конденсаторы класса РР201. Они отличаются хорошей точностью, высокоомная проволока для них подходит идеально. В последнюю очередь подбирается микроконтроллер со схемой. Низкочастотные элементы в данном случае не рассматриваются. Одноканальные модуляторы следует использовать только на пару с усилителями. Устанавливаются они у первого, а также у второго резисторов.
Устройства постоянного напряжения
Тиристорные регуляторы постоянного напряжения хорошо подходят для импульсных цепей. Конденсаторы в них, как правило, используются только электролитического типа. Однако их вполне можно заменить твердотельными аналогами. Хорошая пропускная способность тока обеспечивается за счет выпрямительного моста. Для высокой точности регулятора применяются резисторы комбинированного типа. Сопротивление максимум они способны поддерживать на отметке в 12 Ом. Аноды в схеме присутствовать могут только алюминиевые. Проводимость у них довольно хорошая, нагрев конденсатора не происходит очень быстро.
Использование элементов вакуумного типа в устройствах вообще не оправданно. В этой ситуации тиристорные регуляторы напряжения постоянного тока ощутят существенное снижение частоты. Для настройки параметров устройства применяют микросхемы класса СР1145. Как правило, они рассчитаны на многоканальность и портов имеют как минимум четыре. Всего разъемов у них предусмотрено шесть. Интенсивность отказов в такой схеме можно сократить за счет использования предохранителей. К источнику питания их следует подключать только через резистор.
Регуляторы переменного напряжения
Тиристорный регулятор переменного напряжения выходную мощность в среднем имеет на уровне 320 В. Достигается это за счет быстрого протекания процесса индуктивности. Выпрямительные мосты в стандартной схеме применяются довольно редко. Тиристоры для регуляторов обычно берутся четырехэлектродные. Выходов у них предусмотрено только три. За счет высоких динамических характеристик предельное сопротивление они выдерживают на уровне 13 Ом.
Максимальное напряжение на выходе равняется 200 В. За счет высокой теплоотдачи усилители в схеме абсолютно не нужны. Управление тиристором осуществляется при помощи микроконтроллера, который соединяется с платой. Запираемые транзисторы устанавливаются перед конденсаторами. Также высокая проводимость обеспечивается за счет анодной цепи. Электрический сигнал в данном случае быстро передается от микроконтроллера на выпрямительный мост. Проблемы с отрицательной полярностью решаются за счет повышения предельной частоты до 55 Гц. Управление оптическим сигналом происходит при помощи электродов на выходе.
Модели для зарядки аккумуляторов
Тиристорный регулятор напряжения зарядки аккумулятора (схема показана ниже) отличается своей компактностью. Максимум сопротивление в цепи он способен выдерживать на уровне 3 Ом. При этом токовая нагрузка может составлять только 4 А. Все это говорит о слабых характеристиках таких регуляторов. Конденсаторы в системе часто используются комбинированного типа.
Емкость во многих случаях у них не превышает 60 пФ. Однако многое в данной ситуации зависит от их серии. Транзисторы в регуляторах используют маломощные. Это необходимо для того, чтобы показатель рассеивания не был таким большим. Баллистические транзисторы в данном случае подходят плохо. Связано это с тем, что ток они способны пропускать только в одном направлении. В результате напряжение на входе и выходе будет сильно отличаться.
Особенности регуляторов для первички трансформаторов
Тиристорный регулятор напряжения для первички трансформатора резисторы использует эммитерного типа. Благодаря этому показатель проводимости довольно хороший. В целом такие регуляторы отличаются своей стабильностью. Стабилизаторы на них устанавливаются самые обычные. Для управления мощностью используются микроконтроллеры класса ИР22. Коэффициент усиления тока в данном случае будет высоким. Транзисторы одной полярности для регуляторов указанного типа не походят. Также специалисты советуют избегать изолированных затворов для соединения элементов. В этом случае динамические характеристики регулятора значительно снизятся. Связано это с тем, что на выходе из микроконтроллера повысится отрицательное сопротивление.
Регулятор на тиристоре КУ 202
Тиристорный регулятор напряжения КУ 202 оснащается двухканальным микроконтроллером. Всего разъемов у него предусмотрено три. Диодные мосты в стандартной схеме используются довольно редко. В некоторых случаях можно встретить различные стабилитроны. Применяются они исключительно для увеличения предельной выходной мощности. Также они способны стабилизировать рабочую частоту в регуляторах. Конденсаторы в таких устройствах целесообразнее использовать комбинированного типа. За счет этого можно значительно понизить коэффициент рассеивания. Также следует учитывать пропускную способность тиристоров. Для выходной анодной цепи лучше всего подходят биполярные резисторы.
Модификация с тиристором КУ 202Н
Тиристорный регулятор напряжения КУ 202Н способен довольно быстро передавать сигнал. Таким образом, управлять предельным током можно с большой скоростью. Теплоотдача в данном случае будет невысокой. Максимум нагрузку устройство должно держать на отметке в 5 А. Все это позволит беспрепятственно справляться с помехами различной амплитуды. Также не следует забывать про номинальное сопротивление на входе цепи. С использованием данных тиристоров в регуляторах процесс индукции осуществляется при выключенных запирающих механизмах.
Схема регулятора КУ 201л
Тиристорный регулятор напряжения КУ 201л включает биполярные транзисторы, а также многоканальный микроконтроллер. Конденсаторы в системе используются только комбинированного типа. Электролитические полупроводники в регуляторах встречаются довольно редко. В конечном счете это сильно отражается на проводимости катода.
Твердотельные резисторы необходимы только для стабилизации тока в начале цепи. Резисторы с диэлектриками могут использоваться на пару с выпрямительными мостами. В целом указанные тиристоры способны похвастаться высокой точностью. Однако они довольно чувствительные и рабочую температуру держат на низком уровне. За счет этого интенсивность отказов может быть фатальной.
Регулятор с тиристором КУ 201а
Конденсаторы предусматривает тиристорный регулятор напряжения подстроечного типа. Номинальная емкость у них находится на уровне 5 пФ. В свою очередь, предельное сопротивление они выдерживают ровно 30 Ом. Высокая проводимость тока обеспечивается за счет интересного построения транзисторов. Располагаются они по обе стороны от источника питания. При этом важно отметить, что ток проходит через резисторы во всех направлениях. В качестве замыкающего механизма представлен микроконтроллер серии ППР233. Периодическую подстройку системы с его помощью делать можно.
Параметры устройства с тиристором КУ 101г
Для подключения к высоковольтным трансформаторам используются указанные тиристорные регуляторы напряжения. Схемы их предполагают использование конденсаторов с предельной емкостью на уровне 50 пФ. Подстрочные аналоги не способны похвастаться такими показателями. Выпрямительные мосты в системе играют важную роль.
Для стабилизации напряжения дополнительно могут использоваться биполярные транзисторы. Микроконтроллеры в устройствах предельное сопротивление должны выдерживать на уровне 30 Ом. Непосредственно индукционный процесс протекает довольно быстро. Использовать усилители в регуляторах допустимо. Во многом это поможет повысить порог проводимости. Чувствительность таких регуляторов оставляет желать лучшего. Предельная температура тиристоров доходит до 40 градусов. В связи с этим они нуждаются в вентиляторах для охлаждения системы.
Свойства регулятора с тиристором КУ 104а
С трансформаторами, мощность которых превышает 400 В, работают указанные тиристорные регуляторы напряжения. Схемы расположения основных элементов у них могут различаться. В данном случае предельная частота должна находиться на уровне 60 Гц. Все это в конечном счете оказывает огромную нагрузку на транзисторы. Тут они используются закрытого типа.
За счет этого производительность таких устройств значительно повышается. На выходе рабочее напряжение в среднем находится на уровне 250 В. Использовать керамические конденсаторы в данном случае нецелесообразно. Также большой вопрос у специалистов вызывает применение подстроечных механизмов для регулировки уровня тока.
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 , 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 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 . Стабилитрон Д814Г меняется на любой, с напряжением 12-15В.
Тиристорные регуляторы мощности применяются как в быту (в аналоговых паяльных станциях, электронагревательных приборах и т.д.), так и на производстве (например, для запуска мощных силовых установок). В бытовых приборах, как правило, устанавливаются однофазные регуляторы, в промышленных установках чаще применяются трехфазные.
Эти устройства представляют собой электронную схему, работающую по принципу фазового регулирования, для управления мощностью в нагрузке (подробнее об этом методе будет рассказано ниже).
Принцип работы фазового регулирования
Принцип регулирования данного типа заключается в том, что импульс, открывающий тиристор, имеет определенную фазу. То есть, чем дальше он располагается от конца полупериода, тем большей амплитуды будет напряжение, поступающее на нагрузку. На рисунке ниже мы видим обратный процесс, когда импульсы поступают практически под окончание полупериода.
На графике показано время, когда тиристор закрыт t1 (фаза управляющего сигнала), как видите он открывается практически под конец полупериода синусоиды, в результате амплитуда напряжения минимальна, а следовательно, мощность в подключенной к прибору нагрузке будет незначительной (близкой к минимальной). Рассмотрим случай, представленный на следующем графике.
Здесь мы видим, что импульс, открывающий тиристор, приходится на середину полупериода, то есть регулятор будет выдавать половинную мощность от максимально возможной. Работа на мощности, близкой к максимальной, отображена на следующем графике.
Как видно из графика, импульс приходится на начало синусоидального полупериода. Время, когда тиристор находится в закрытом состоянии (t3) – незначительное, поэтому в данном случае мощность в нагрузке приближается к максимальной.
Заметим, что трехфазные регуляторы мощности работают по такому же принципу, но они управляют амплитудой напряжения не в одной, а сразу в трех фазах.
Такой метод регулирования прост в реализации и позволяет точно изменять амплитуду напряжения в диапазоне от 2 до 98 процентов от номинала. Благодаря этому становится возможным плавное управление мощностью электроустановок. Основной недостаток устройств данного типа – создание высокого уровня помех в электросети.
В качестве альтернативы, позволяющей сократить помехи, можно переключать тиристоры, когда синусоида переменного напряжения проходит через ноль. Наглядно работу такого регулятора мощности можно посмотреть на следующем графике.
Обозначения:
- A – график полуволн переменного напряжения;
- B – работа тиристора при 50% от максимальной мощности;
- C – график, отображающий работу тиристора при 66%;
- D – 75% от максимума.
Как видно из графика, тиристор «отрезает» полуволны, а не их части, что минимизирует уровень помех. Недостаток такой реализации – невозможность плавного регулирования, но для нагрузки с большой инерционностью (например, различных нагревательных элементов) этот критерий не основной.
Видео: Испытания тиристорного регулятора мощности
Схема простого регулятора мощности
Регулировать мощность паяльника можно используя для этой цели аналоговые или цифровые паяльные станции. Последние стоят достаточно дорого, и собрать их, не имея опыта, не просто. В то время как аналоговые устройства (являющиеся по сути регуляторами мощности) не составит труда сделать своими руками.
Приведем несложную схему прибора на тиристорах, благодаря которому можно регулировать мощность паяльника.
Радиоэлементы, обозначенные на схеме:
- VD – КД209 (или близкий ему по характеристикам)
- VS- KУ203В или его аналог;
- R 1 – сопротивление с номиналом 15кОм;
- R 2 – резистор переменного типа 30кОм;
- С –емкость электролитического типа ч номиналом 4,7мкФ и напряжением от 50В;
- R n – нагрузка (в нашем случае в качестве нее выступает паяльник).
Данное устройство регулирует только положительный полупериод, поэтому минимальная мощность паяльника будет вполовину меньше номинальной. Управляется тиристор через цепь, включающую в себя два сопротивления и емкость. Время зарядки конденсатора (оно регулируется сопротивлением R 2) влияет на длительность «открытия» тиристора. Ниже показан график работы устройства.
Пояснение к рисунку:
- график A – показывает синусоиду переменного напряжения, поступающего на нагрузку Rn (паяльник) при сопротивлении R2 близком к 0 кОм;
- график B – отображает амплитуду синусоиды поступающего на паяльник напряжения при сопротивлении R2 равном 15 кОм;
- график C, как видно из него, при максимальном сопротивлении R2 (30 кОм) время работы тиристора (t 2) становится минимальным, то есть паяльник работает с мощностью примерно около 50% от номинальной.
Схема устройства довольно простая, поэтому собрать ее самостоятельно смогут даже те, кто не очень хорошо разбирается в схемотехнике. Необходимо предупредить, что при работе данного прибора в его цепи присутствует опасное для жизни человека напряжение, поэтому все его элементы должны быть надежно заизолированы.
Как уже описывалось выше, устройства, работающие по принципу фазового регулирования, являются источником сильных помех в электросети. Существует два варианта выхода из подобной ситуации:
Регулятор работающий без помех
Ниже представлена схема регулятора мощности, не создающего помехи, поскольку он не «обрезает» полуволны, а «отрезает» их определенное количество. Принцип работы такого устройства мы рассматривали в разделе «Принцип работы фазового регулирования», а именно, переключение тиристора через ноль.
Также как и в предыдущей схеме, регулировка мощности происходит в диапазоне от 50 процентов до величины близкой к максимальной.
Перечень используемых в приборе радиоэлементов, а также варианты их замены:
Тиристор VS – КУ103В;
Диоды:
VD 1 -VD 4 – КД209 (в принципе можно использовать любые аналоги, которые допускают величину обратного напряжения более 300В, а ток свыше 0,5А); VD 5 и VD 7 – КД521 (допускается ставить любой диод импульсного типа); VD 6 – KC191 (можно использовать аналог с напряжением стабилизации равным 9В)
Конденсаторы:
С 1 – электролитического типа с емкостью 100мкФ, рассчитанный на напряжение не менее 16В; С 2 – 33Н; С 3 – 1мкФ.
Резисторы:
R 1 и R 5 – 120кОм; R 2 -R 4 – 12кОм; R 6 – 1кОм.
Микросхемы:
DD1 – K176 ЛЕ5 (или ЛА7); DD2 –K176TM2. В качестве альтернативы можно использовать логику серии 561;
R n – паяльник, подключенный в качестве нагрузки.
Если при сборке тиристорного регулятора мощности не было допущено ошибок, то устройство начинает работать сразу после включения, настройка для него не требуется. Имея возможность измерить температуру жала паяльника, можно сделать градацию шкалы для резистора R 5 .
В том случае, когда устройство не заработало, рекомендуем проверить правильность распайки радиоэлементов (не забудьте перед этим отключить его от сети).
