Тиристорный регулятор напряжения как работает: Как работает однофазный тиристорный регулятор

Как работает однофазный тиристорный регулятор

В электротехнике довольно часто приходиться встречаться с задачами регулирования переменного напряжения, тока или мощности. Например, для регулирования частоты вращения вала коллекторного двигателя необходимо регулировать напряжение на его зажимах, для управления температурой внутри сушильной камеры нужно регулировать мощность, выделяемую в нагревательных элементах, для достижения плавного безударного пуска асинхронного двигателя – ограничивать его пусковой ток. Распространенным решением является устройство, называемое тиристорный регулятор.

Устройство и принцип действия однофазного тиристорного регулятора напряжения

Тиристорные регуляторы бывают однофазные и трехфазные соответственно для однофазных и трехфазных сетей и нагрузок. В этой статье мы рассмотрим простейший однофазный тиристорный регулятор, трехфазные – в других статьях. Итак, на рисунке 1 ниже представлен однофазный тиристорный регулятор напряжения:

Рисунок 1 Простой однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой

Сам тиристорный регулятор обведен голубыми линиями и включает в себя тиристоры VS1-VS2 и систему импульсно-фазового управления (далее – СИФУ). Тиристоры VS1-VS2 – полупроводниковые приборы, имеющие свойство быть закрытыми для протекания тока в нормальном состоянии и быть открытыми для протекания тока одной полярности при подаче напряжения управления на его управляющий электрод. Поэтому для работы в сетях переменного тока необходимо два тиристора, включенных разнонаправлено – один для протекания положительной полуволны тока, второй – отрицательной полуволны. Такое включение тиристоров называется встречно-параллельным.

Однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой

Работает тиристорный регулятор так. В начальный момент времени подается напряжение L-N (фаза и ноль в нашем примере), при этом импульсы управляющего напряжения на тиристоры не подаются, тиристоры закрыты, ток в нагрузке Rн отсутствует. После получения команды на запуск СИФУ начинает формировать импульсы управления по определенному алгоритму (см.рис. 2). 

Рисунок 2 Диаграмма напряжения и тока в активной нагрузке

Сначала система управления синхронизируется с сетью, то есть определяет момент времени, в который напряжение сети L-N равно нулю.  Эта точка называется моментом перехода через ноль (в иностранной литературе – Zero Cross). Далее отсчитывается определенное время T1 от момента перехода через ноль и подается импульс управления на тиристор VS1. При этом тиристор VS1 открывается и через нагрузку протекает ток по пути L-VS1-Rн-N. При достижении следующего перехода через ноль тиристор автоматически закрывается, так как не может проводить ток в обратном направлении. Далее начинается отрицательный полупериод сетевого напряжения. СИФУ снова отсчитывает время Т1 относительно уже нового момента перехода напряжения через ноль и формирует второй импульс управления уже тиристором VS2, который открывается, и через нагрузку протекает ток по пути N-Rн-VS2-L. Такой способ регулирования напряжения называется фазо-импульсный.

Время Т1 называется временем задержки отпирания тиристоров, время Т2 – время проводимости тиристоров. Изменяя время задержки отпирания T1 можно регулировать величину выходного напряжения от нуля (импульсы не подаются, тиристоры закрыты) до полного сетевого, если импульсы подаются сразу в момент перехода через ноль. Время задержки отпирания T1 варьируется в пределах 0..10 мс (10 мс – это длительность одного полупериода напряжения стандартной сети 50 Гц). Также иногда говорят о временах T1 и Т2, но оперируют при этом не временем, а электрическими градусами. Один полупериод составляет 180 эл.градусов.

Что представляет выходное напряжение тиристорного регулятора? Как видно из рисунка 2, оно напоминает  «обрезки» синусоиды. Причем чем больше время Т1, тем меньше этот „обрезок“ напоминает синусоиду. Из этого следует важный практический вывод – при фазо-импульсном регулировании выходного напряжение несинусоидально. Это обуславливает ограничение области применения — тиристорный регулятор не может быть применен для нагрузок, не допускающих питание несинусоидальным напряжением и током. Так же на рисунке 2 красным цветом показана диаграмма тока в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная, то форма тока повторяет форму напряжения в соответствии с законом Ома I=U/R.

Случай активной нагрузки является наиболее распространенным. Одно из самых частых применений тиристорного регулятора – регулирование напряжения в ТЭНах. Регулируя напряжение, изменяется ток и выделяемая в нагрузке мощность. Поэтому иногда такой регулятор также называют тиристорным регулятором мощности. Это верно, но все-таки более верное название – тиристорный регулятор напряжения, так как именно напряжение регулируется в первую очередь, а ток и мощность – это величины уже производные. 

Регулирование напряжения и тока в активно-индуктивной нагрузке

Мы рассмотрели простейший случай активной нагрузки. Зададимся вопросом, что изменится, если нагрузка будет иметь помимо активной еще и индуктивную составляющую? Например, активное сопротивление подключено через понижающий трансформатор (рис.3). Это кстати очень распространенный случай.

Рисунок 3 Тиристорный регулятор работает на RL-нагрузку

Посмотрим внимательно на рисунок 2 из случая чисто активной нагрузки. На нем видно, что сразу после включения тиристора ток в нагрузке почти мгновенно нарастает от нуля до своего предельного значения, обусловленного текущим значением напряжения и сопротивления нагрузки. Из курса электротехники известно, что индуктивность препятствует такому скачкообразному нарастанию тока, поэтому диаграмма напряжения и тока будет иметь несколько отличный характер:

Рисунок 4 Диаграмма напряжения и тока для RL-нагрузки

После включения тиристора ток в нагрузке нарастает постепенно, благодаря чему кривая тока сглаживается. Чем больше индуктивность, тем более сглаженная кривая тока. Что это дает практически?

• Наличие достаточной индуктивности позволяет приблизить форму тока к синусоидальной, то есть индуктивность выполняет роль синус фильтра. В данном случае это наличие индуктивности обусловлено свойствами трансформатора, но часто индуктивность вводят преднамеренно в виде дросселя.
• Наличие индуктивности уменьшает величину помех, распространяемых тиристорным регулятором по проводам и в радиоэфир. Резкое, почти мгновенное (в течение нескольких микросекунд) нарастание тока вызывает помехи которые могут препятствовать нормальной работе другого оборудования. А если питающая сеть «слабая», то бывает и совсем курьез – тиристорный регулятор может „глушить“ сам себя своими же помехами.
• У тиристоров есть важный параметр – величина критической скорости нарастания тока di/dt. Например, для тиристорного модуля SKKT162 эта величина составляет 200 А/мкс. Превышение этой величины опасно, так как может привести к выходу тиристору из строя. Так вот наличие индуктивности дает возможность тиристору остаться в области безопасной работы, гарантированно не превысив предельную величину di/dt. Если же это условие не выполняется, то может наблюдаться интересное явление – выход тиристоров из строя, притом что ток тиристоров не превышает их номинального значения. Например, тот же SKKT162 может выходить из строя при токе в 100 А, хотя он может нормально работать до 200 А. Причиной будет превышение именно скорости нарастания тока di/dt.

Кстати, надо оговориться, что индуктивность в сети есть всегда, даже если нагрузка носит чисто активный характер. Ее наличие обусловлено, во-первых, индуктивностью обмоток питающей трансформаторной подстанции, во вторых, собственной индуктивностью проводов и кабелей и, в третьих, индуктивностью петли, образованной питающими и нагрузочными проводами и кабелями. И чаще всего этой индуктивности хватает, чтобы обеспечить условие непревышения di/dt критического значения, поэтому производители обычно не ставят в тиристорные регуляторы дроссели, предлагая их как опцию тем, кого беспокоит «чистота» сети и электромагнитная совместимость устройств к ней подключенных.

Также обратим внимание диаграмму напряжения на рисунке 4. На ней также видно, что после перехода через ноль на нагрузке появляется небольшой выброс напряжения обратной полярности. Причина его возникновения – затягивание спадания тока в нагрузке индуктивностью, благодаря чему тиристор продолжает быть открытым даже при отрицательной полуволне напряжения. Запирание тиристора происходит при спадания тока до нуля с некоторым запаздыванием относительно момента перехода через ноль.

Случай индуктивной нагрузки

Что будет если индуктивная составляющая много больше составляющей активной? Тогда можно говорить о случае чисто индуктивной нагрузки. Например, такой случай можно получить, отключив нагрузку с выхода трансформатора из предыдущего примера:

Рисунок 5 Тиристор регулятор с индуктивной нагрузкой

Трансформатор, работающий в режиме холостого хода – почти идеальная индуктивная нагрузка. В этом случае из-за большой индуктивности момент запирания тиристоров смещается ближе к середине полупериода, а форма кривой тока максимально сглаживается до почти синусоидальной формы:

Рисунок 6 Диаграммы тока и напряжение для случая индуктивной нагрузки

При этом напряжение на нагрузке почти равно полному сетевому, хотя время задержки отпирания составляет всего половину полупериода (90 эл. градусов) То есть при большой индуктивности можно говорить о смещении регулировочной характеристики. При активной нагрузке максимальное выходное напряжение будет при угле задержки отпирания 0 эл.градусов, то есть в момент перехода через ноль. При индуктивной нагрузке максимум напряжения можно получить при угле задержки отпирания 90 эл.градусов, то есть при отпирании тиристора в момент максимума сетевого напряжения. Соответственно, случаю активно-индуктивной нагрузки максимум выходного напряжения соответствует углу задержки отпирания в промежуточном диапазоне 0..90 эл.градусов.

Тиристорный регулятор напряжения принцип работы

В статье рассказывается о том, как работает тиристорный регулятор мощности, схема которого будет представлена ниже

В повседневной жизни очень часто возникает необходимость регулирования мощности бытовых приборов, например электроплиты, паяльника, кипятильников и ТЭНов, на транспорте – оборотов двигателя и т.д. На помощь приходит простейшая радиолюбительская конструкция – регулятор мощности на тиристоре. Собрать такое устройство не составит труда, оно может стать тем самым первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала паяльника начинающего радиолюбителя. Стоит отметить, что готовые паяльные станции с контролем температуры и прочими приятными функциями стоят на порядок дороже простого паяльника. Минимальный набор деталей позволяет собрать простой тиристорный регулятор мощности навесным монтажом.

К сведению, навесной монтаж — это способ сборки радиоэлектронных компонентов без применения печатной платы, а при хорошем навыке он позволяет быстро собрать электронные устройства средней сложности.

Вы также можете заказать электронный конструктор тиристорного регулятора, а для тех, кто хочет разобраться во всём самостоятельно, ниже будет представлена схема и объяснён принцип работы.

Область применения тиристорных регуляторов

Между прочим, это однофазный тиристорный регулятор мощности. Такой прибор может быть использован для управления мощностью или количеством оборотов. Однако для начала следует разобраться в принципе работы тиристора, ведь это позволит нам понять, на какую нагрузку лучше использовать такой регулятор.

Как работает тиристор?

Тиристор – это управляемый полупроводниковый прибор, способный проводить ток в одном направлении. Слово «управляемый» употреблено неспроста, поскольку с его помощью, в отличие от диода, который тоже проводит ток только к одному полюсу, можно выбирать момент, когда тиристор начнет проводить ток. Тиристор имеет три вывода:

Для того чтобы ток начал течь через тиристор, необходимо выполнить следующие условия: деталь должна стоять в цепи, находящейся под напряжением, на управляющий электрод должен быть подан кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление тиристором не требует удержания управляющего сигнала. На этом нюансы не заканчиваются: тиристор можно закрыть, лишь прервав ток в цепи, или сформировав обратное напряжение анод – катод. Это значит, что использование тиристора в цепях постоянного тока весьма специфично и часто неблагоразумно, а вот цепях переменного, например в таком приборе как тиристорный регулятор мощности, схема построена таким образом, что обеспечено условие для закрытия. Каждая из полуволн будет закрывать соответствующий тиристор.

Вам, скорее всего, не всё понятно? Не стоит отчаиваться – ниже будет подробно описан процесс работы готового устройства.

Область применения тиристорных регуляторов

В каких цепях эффективно использовать тиристорный регулятор мощности? Схема позволяет отлично регулировать мощность нагревательных приборов, то есть воздействовать на активную нагрузку. При работе с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры могут просто не закрыться, что может привести к выходу регулятора из строя.

Можно ли регулировать обороты двигателя?

Я думаю, многие из читателей видели или пользовались дрелями, углошлифовальными машинами, которые в народе именуют «болгарками», и прочим электроинструментом. Вы могли заметить, что количество оборотов зависит от глубины нажатия на кнопку-курок прибора. Вот в этот элемент как раз и встроен такой тиристорный регулятор мощности (схема которого приведена ниже), с помощью которого осуществляется изменение количества оборотов.

Обратите внимание! Тиристорный регулятор не может изменять обороты асинхронных двигателей. Таким образом, напряжение регулируется на коллекторных двигателях, оборудованных щёточным узлом.

Схема тиристорного регулятора мощности на одном и двух тиристорах

Типовая схема для того, чтобы собрать тиристорный регулятор мощности своими руками изображена на рисунке ниже.

Выходное напряжение у данной схемы от 15 до 215 вольт, в случае применения указанных тиристоров, установленных на теплоотводах, мощность составляет порядка 1 кВт. Кстати выключатель с регулятором яркости света сделан по подобной схеме.

Если у вас нет необходимости полной регулировки напряжения и достаточно получать на выходе от 110 до 220 вольт, воспользуйтесь этой схемой, которая показывает однополупериодный регулятор мощности на тиристоре.

Как это работает?

Описанная ниже информация справедлива для большинства схем. Буквенные обозначения будут браться в соответствии первой схемы тиристорного регулятора

Тиристорный регулятор мощности, принцип работы которого основан на фазовом управлении величиной напряжения, изменяет и мощность. Данный принцип заключается в том, что в нормальных условиях на нагрузку действует переменное напряжение бытовой сети, изменяющееся по синусоидальному закону. Выше, при описании принципа работы тиристора, было сказано, что каждый тиристор работает в одном направлении, то есть управляет своей полуволной от синусоиды. Что это значит?

Если с помощью тиристора периодически подключать нагрузку в строго определенный момент, величина действующего напряжения будет ниже, поскольку часть напряжения (действующая величина, которая «попадёт» на нагрузку) будет меньше, чем сетевое. Данное явление проиллюстрировано на графике.

Заштрихованная область – это и есть область напряжения, которое оказалось под нагрузкой. Буквой «а» на горизонтальной оси обозначен момент открытия тиристора. Когда положительная полуволна закончится и начнется период с отрицательной полуволной, один из тиристоров закрывается, и в тот же момент открывается второй тиристор.

Разберемся, как работает конкретно наш тиристорный регулятор мощности

Оговорим заранее, что вместо слов «положительная» и «отрицательная» будут использованы «первая» и «вторая» (полуволна).

Итак, когда на нашу схему начинает действовать первая полуволна, начинают заряжаться ёмкости C1 и C2. Скорость их заряда ограничена потенциометром R5. данный элемент является переменным, и с его помощью задаётся выходное напряжение. Когда на конденсаторе C1 появляется необходимое для открытия динистора VS3 напряжение, динистор открывается, через него поступает ток, с помощью которого будет открыт тиристор VS1. Момент пробоя динистора и есть точка «а» на графике, представленном в предыдущем разделе статьи. Когда значение напряжения переходит через ноль и схема оказывается под второй полуволной, тиристор VS1 закрывается, и процесс повторяется заново, только для второго динистора, тиристора и конденсатора. Резисторы R3 и R3 служат для ограничения тока управления, а R1 и R2 – для термостабилизации схемы.

Принцип работы второй схемы аналогичен, но в ней идёт управление только одной из полуволн переменного напряжения. Теперь, зная принцип работы и схему, вы можете собрать или починить тиристорный регулятор мощности своими руками.

Применение регулятора в быту и техника безопасности

Нельзя не сказать о том, что данная схема не обеспечивает гальванической развязки от сети, поэтому существует опасность поражения электрическим током. Это значит, что не стоит касаться руками элементов регулятора. Необходимо использовать изолированный корпус. Следует проектировать конструкцию вашего прибора так, чтобы по возможности вы могли спрятать её в регулируемом устройстве, найти свободное место в корпусе. Если регулируемый прибор располагается стационарно, то вообще имеет смысл подключить его через выключатель с регулятором яркости света. Такое решение частично обезопасит от поражения током, избавит от необходимости поиска подходящего корпуса, имеет привлекательный внешний вид и изготовлено промышленным методом.

В электротехнике довольно часто приходиться встречаться с задачами регулирования переменного напряжения, тока или мощности. Например, для регулирования частоты вращения вала коллекторного двигателя необходимо регулировать напряжение на его зажимах, для управления температурой внутри сушильной камеры нужно регулировать мощность, выделяемую в нагревательных элементах, для достижения плавного безударного пуска асинхронного двигателя – ограничивать его пусковой ток. Распространенным решением является устройство, называемое тиристорный регулятор.

Устройство и принцип действия однофазного тиристорного регулятора напряжения

Тиристорные регуляторы бывают однофазные и трехфазные соответственно для однофазных и трехфазных сетей и нагрузок. В этой статье мы рассмотрим простейший однофазный тиристорный регулятор, трехфазные – в других статьях. Итак, на рисунке 1 ниже представлен однофазный тиристорный регулятор напряжения:

Рис.1 Простой однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой

Сам тиристорный регулятор обведен голубыми линиями и включает в себя тиристоры VS1-VS2 и систему импульсно-фазового управления ( далее – СИФУ). Тиристоры VS1-VS2 – полупроводниковые приборы, имеющие свойство быть закрытыми для протекания тока в нормальном состоянии и быть открытыми для протекания тока одной полярности при подаче напряжения управления на его управляющий электрод. Поэтому для работы в сетях переменного тока необходимо два тиристора, включенных разнонаправлено – один для протекания положительной полуволны тока, второй – отрицательной полуволны. Такое включение тиристоров называется встречно-параллельным.

Однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой

Работает тиристорный регулятор так. В начальный момент времени подается напряжение L-N ( фаза и ноль в нашем примере), при этом импульсы управляющего напряжения на тиристоры не подаются, тиристоры закрыты, ток в нагрузке Rн отсутствует. После получения команды на запуск СИФУ начинает формировать импульсы управления по определенному алгоритму ( см.рис. 2).

Рис.2 Диаграмма напряжения и тока в активной нагрузке

Сначала система управления синхронизируется с сетью, то есть определяет момент времени, в который напряжение сети L-N равно нулю. Эта точка называется моментом перехода через ноль ( в иностранной литературе – Zero Cross). Далее отсчитывается определенное время T1 от момента перехода через ноль и подается импульс управления на тиристор VS1. При этом тиристор VS1 открывается и через нагрузку протекает ток по пути L-VS1-Rн-N. При достижении следующего перехода через ноль тиристор автоматически закрывается, так как не может проводить ток в обратном направлении. Далее начинается отрицательный полупериод сетевого напряжения. СИФУ снова отсчитывает время Т1 относительно уже нового момента перехода напряжения через ноль и формирует второй импульс управления уже тиристором VS2, который открывается, и через нагрузку протекает ток по пути N-Rн-VS2-L. Такой способ регулирования напряжения называется фазо-импульсный.

Время Т1 называется временем задержки отпирания тиристоров, время Т2 – время проводимости тиристоров. Изменяя время задержки отпирания T1 можно регулировать величину выходного напряжения от нуля ( импульсы не подаются, тиристоры закрыты) до полного сетевого, если импульсы подаются сразу в момент перехода через ноль. Время задержки отпирания T1 варьируется в пределах 0..10 мс (10 мс – это длительность одного полупериода напряжения стандартной сети 50 Гц). Также иногда говорят о временах T1 и Т2, но оперируют при этом не временем, а электрическими градусами. Один полупериод составляет 180 эл.градусов.

Что представляет выходное напряжение тиристорного регулятора? Как видно из рисунка 2, оно напоминает « обрезки» синусоиды. Причем чем больше время Т1, тем меньше этот „обрезок“ напоминает синусоиду. Из этого следует важный практический вывод – при фазо-импульсном регулировании выходного напряжение несинусоидально. Это обуславливает ограничение области применения — тиристорный регулятор не может быть применен для нагрузок, не допускающих питание несинусоидальным напряжением и током. Так же на рисунке 2 красным цветом показана диаграмма тока в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная, то форма тока повторяет форму напряжения в соответствии с законом Ома I=U/R.

Случай активной нагрузки является наиболее распространенным. Одно из самых частых применений тиристорного регулятора – регулирование напряжения в ТЭНах. Регулируя напряжение, изменяется ток и выделяемая в нагрузке мощность. Поэтому иногда такой регулятор также называют тиристорным регулятором мощности. Это верно, но все-таки более верное название – тиристорный регулятор напряжения, так как именно напряжение регулируется в первую очередь, а ток и мощность – это величины уже производные.

Регулирование напряжения и тока в активно-индуктивной нагрузке

Мы рассмотрели простейший случай активной нагрузки. Зададимся вопросом, что изменится, если нагрузка будет иметь помимо активной еще и индуктивную составляющую? Например, активное сопротивление подключено через понижающий трансформатор ( рис.3). Это кстати очень распространенный случай.

Рис.3 Тиристорный регулятор работает на RL-нагрузку

Посмотрим внимательно на рисунок 2 из случая чисто активной нагрузки. На нем видно, что сразу после включения тиристора ток в нагрузке почти мгновенно нарастает от нуля до своего предельного значения, обусловленного текущим значением напряжения и сопротивления нагрузки. Из курса электротехники известно, что индуктивность препятствует такому скачкообразному нарастанию тока, поэтому диаграмма напряжения и тока будет иметь несколько отличный характер:

Рис.4 Диаграмма напряжения и тока для RL-нагрузки

После включения тиристора ток в нагрузке нарастает постепенно, благодаря чему кривая тока сглаживается. Чем больше индуктивность, тем более сглаженная кривая тока. Что это дает практически?

— Наличие достаточной индуктивности позволяет приблизить форму тока к синусоидальной, то есть индуктивность выполняет роль синус фильтра. В данном случае это наличие индуктивности обусловлено свойствами трансформатора, но часто индуктивность вводят преднамеренно в виде дросселя.

— Наличие индуктивности уменьшает величину помех, распространяемых тиристорным регулятором по проводам и в радиоэфир. Резкое, почти мгновенное ( в течение нескольких микросекунд) нарастание тока вызывает помехи которые могут препятствовать нормальной работе другого оборудования. А если питающая сеть « слабая», то бывает и совсем курьез – тиристорный регулятор может „глушить“ сам себя своими же помехами.

— У тиристоров есть важный параметр – величина критической скорости нарастания тока di/dt. Например, для тиристорного модуля SKKT162 эта величина составляет 200 А/мкс. Превышение этой величины опасно, так как может привести к выходу тиристору из строя. Так вот наличие индуктивности дает возможность тиристору остаться в области безопасной работы, гарантированно не превысив предельную величину di/dt. Если же это условие не выполняется, то может наблюдаться интересное явление – выход тиристоров из строя, притом что ток тиристоров не превышает их номинального значения. Например, тот же SKKT162 может выходить из строя при токе в 100 А, хотя он может нормально работать до 200 А. Причиной будет превышение именно скорости нарастания тока di/dt.

Кстати, надо оговориться, что индуктивность в сети есть всегда, даже если нагрузка носит чисто активный характер. Ее наличие обусловлено, во-первых, индуктивностью обмоток питающей трансформаторной подстанции, во вторых, собственной индуктивностью проводов и кабелей и, в третьих, индуктивностью петли, образованной питающими и нагрузочными проводами и кабелями. И чаще всего этой индуктивности хватает, чтобы обеспечить условие непревышения di/dt критического значения, поэтому производители обычно не ставят в тиристорные регуляторы дроссели, предлагая их как опцию тем, кого беспокоит « чистота» сети и электромагнитная совместимость устройств к ней подключенных.

Также обратим внимание диаграмму напряжения на рисунке 4. На ней также видно, что после перехода через ноль на нагрузке появляется небольшой выброс напряжения обратной полярности. Причина его возникновения – затягивание спадания тока в нагрузке индуктивностью, благодаря чему тиристор продолжает быть открытым даже при отрицательной полуволне напряжения. Запирание тиристора происходит при спадания тока до нуля с некоторым запаздыванием относительно момента перехода через ноль.

Случай индуктивной нагрузки

Что будет если индуктивная составляющая много больше составляющей активной? Тогда можно говорить о случае чисто индуктивной нагрузки. Например, такой случай можно получить, отключив нагрузку с выхода трансформатора из предыдущего примера:

Рисунок 5 Тиристор регулятор с индуктивной нагрузкой

Трансформатор, работающий в режиме холостого хода – почти идеальная индуктивная нагрузка. В этом случае из-за большой индуктивности момент запирания тиристоров смещается ближе к середине полупериода, а форма кривой тока максимально сглаживается до почти синусоидальной формы:

Рисунок 6 Диаграммы тока и напряжение для случая индуктивной нагрузки

При этом напряжение на нагрузке почти равно полному сетевому, хотя время задержки отпирания составляет всего половину полупериода (90 эл. градусов) То есть при большой индуктивности можно говорить о смещении регулировочной характеристики. При активной нагрузке максимальное выходное напряжение будет при угле задержки отпирания 0 эл.градусов, то есть в момент перехода через ноль. При индуктивной нагрузке максимум напряжения можно получить при угле задержки отпирания 90 эл.градусов, то есть при отпирании тиристора в момент максимума сетевого напряжения. Соответственно, случаю активно-индуктивной нагрузки максимум выходного напряжения соответствует углу задержки отпирания в промежуточном диапазоне 0..90 эл.градусов.

Тиристор это один из мощнейших полупроводниковых приборов, именно поэтому он часто используется в мощных преобразователях энергии. Но он обладает своей спецификой управления: его можно открыть импульсом тока, а вот закроется он только когда ток опуститься почти до нуля (если быть точнее, то ниже тока удержания). Из этого тиристор в основном применяются для коммутирования переменного тока.

Фазовое регулирование напряжения

Существует несколько способов регулирования переменного напряжения тиристорами: можно пропускать или запрещать на выход регулятора целые полупериоды (или периоды) переменного напряжения. А можно включать не в начале полупериода сетевого напряжения, а с некоторой задержкой — ‘a’. В течении этого времени напряжение на выходе регулятора будет равно нулю, а мощность не будет передаваться на выход. Вторую часть полупериода тиристор будет проводить ток и на выходе регулятора появиться входное напряжение.

Время задержки ещё часто называют углом открывания тиристора, так вот при нулевом угле практически всё напряжение со входа будет попадать на выход, только падение на открытом тиристоре будет теряться. При увеличении угла тиристорный регулятор напряжения будет снижать выходное напряжение.

Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя при работе на активную нагрузку приведена на следующем рисунке. При угле равном 90 электрических градусов на выходе будет половина входного напряжения, а при угле 180 эл. градусов на выходе будет ноль.

На основе принципов фазового регулирования напряжения можно построить схемы регулирования, стабилизации, а также плавного пуска. Для плавного пуска напряжение нужно повышать постепенно от нуля до максимального значения. Таким образом угол открывания тиристора должен изменяться от максимального значения до нуля.

Схема тиристорного регулятора напряжения

Таблица номиналов элементов

• C1 – 0,33мкФ напряжение не ниже 16В;
• R1, R2 – 10 кОм 2Вт;
• R3 – 100 Ом;
• R4 – переменный резистор 33 кОм;
• R5 – 3,3 кОм;
• R6 – 4,3 кОм;
• R7 – 4,7 кОм;
• VD1 .. VD4 – Д246А;
• VD5 – Д814Д;
• VS1 – КУ202Н;
• VT1 – КТ361B;
• VT2 – КТ315B.

Схема построена на отечественной элементной базе, собрать её можно из тех деталей, которые провалялись у радиолюбителей 20-30 лет. Если тиристор VS1 и диоды VD1-VD4 установить на соответствующие охладители, то тиристорный регулятор напряжения будет способен отдавать в нагрузку 10А, то есть при напряжении 220 В получаем возможность регулировать напряжение на нагрузке в 2,2 кВт.

В устройстве всего два силовых компонента диодный мост и тиристор. Они рассчитаны на напряжение 400В и ток 10А. Диодный мост превращает переменное напряжение в однополярное пульсирующее, а фазовое регулирование полупериодов осуществляет тиристор.

Параметрический стабилизатор из резисторов R1, R2 и стабилитрона VD5 ограничивает напряжение, которое подается на систему управления на уровне 15 В. Последовательное включение резисторов нужно для увеличения пробивного напряжения и увеличения рассеиваемой мощности.

В самом начале полупериода переменного напряжения С1 разряжен и в точке соединения R6 и R7 тоже нулевое напряжение. Постепенно напряжения в этих двух точках начинают расти и чем меньше сопротивление резистора R4, тем быстрее напряжение на эмиттере VT1 перегонит напряжение на его базе и откроет транзистор.
Транзисторы VT1, VT2 составляют маломощный тиристор. При появлении напряжения на база-эмиттерном переходе VT1 больше порогового, транзистор открывается и открывает VT2. А VT2 отпирает тиристор.

Представленная схема достаточно проста, её можно перевести на современною элементную базу. Также можно при минимальных переделках снизить мощность или напряжение работы.

25 thoughts on “ Тиристорный регулятор напряжения простая схема, принцип работы ”

Раз уж мы заговорили о электрических углах, то хочется уточнить: при задержке «а» до 1/2 полупериода (до 90 эл. градусов) напряжение на выходе регулятора будет равным практически максимальному, а уменьшаться начнет только при «а» > 1/2 (>90). На графике — красным по серому начертано! Половина полупериода — не половина напряжения.
У данной схемы один плюс — простота, но фаза на управляющих элементах может привести к непростым последствиям. Да и помехи наводящиеся в электросети тиристорной отсечкой немалые. Особенно при большой нагрузке, что ограничивает область применения данного устройства.
Я вижу только одно: регулировать нагревательные элементы и освещение в складских и подсобных помещениях.

На первом рисунке ошибка, 10 мс должно соответствовать — полупериоду, а 20 мс соответствует периоду сетевого напряжения.
Добавил, график регулировочной характеристики при работе на активную нагрузку.
Вы видимо пишите про регулировочную характеристику когда нагрузкой является выпрямитель с емкостным фильтром? Тогда да, конденсаторы будут заряжаться на максимуме напряжения и диапазон регулирования будет от 90 до 180 градусов.

подобные схемы собирал…все работают безупречно, только больше нравится на кт 117

Залежи советских радиодеталей есть далеко не у каждого. Почему бы не указать «буржуйские» аналоги старых отечественных полупроводниковых приборов (например, 10RIA40M для КУ202Н)?

Тиристор КУ202Н сейчас продают меньше чем за доллар (не знаю, производят ли или старые запасы распродают). А 10RIA40M дорогой, на алиэкспрессе его продают примерно за 15$ плюс доставка от 8$. 10RIA40M имеет смысл использовать только когда нужно отремонтировать устройство с КУ202Н, а КУ202Н не найти.
Для промышленного применения более удобны тиристоры в корпусах TO-220, TO-247.
Два года назад делал преобразователь на 8кВт, так тиристоры покупал по 2,5$ (в корпусе TO-247).

Это и имелось в виду, если ось напряжения (почему-то помечена Р) провести, как на 2-м графике, то станет яснее с градусами, периодами и полупериодами приведенными в описании. Осталось убрать знак переменного напряжения на выходе (оно уже выпрямлено мостом) и моя дотошность будет удовлетворена полностью.
КУ202Н продают сейчас на радиорынках действительно за копейки, причем в исполнении 2У202Н. Кто в теме, поймет, что это военное производство. Наверное распродаются складские НЗ, которым все сроки вышли.

На рынке, если брать с рук могут среди новых подложить и выпаянную деталь.
Быстро проверить тиристор, например КУ202Н можно простым стрелочным тестером, включенным на измерение сопротивлений по шкале в единицы ом.
Анод тиристора соединяем на плюс, катод на минус тестера, в исправном КУ202Н утечки быть не должно.
После замыкания управляющего электрода тиристора на анод стрелка омметра должна отклониться, и остаться в таком положении после размыкания.
В редких случаях такой метод не срабатывает, и тогда для проверки понадобится низковольтный блок питания, желательно регулируемый, лампочка от фонарика, и сопротивление.
Вначале устанавливаем напряжение блока питания и проверяем светится ли лампочка, затем последовательно с лампочкой, соблюдая полярность соединяем наш тиристор.
Лампочка должна загореться лишь после кратковременного замыкания анода тиристора с управляющим электродом через резистор.
При этом резистор нужно подбирать, исходя из номинального открывающего тока тиристора и напряжения питания.
Это самые простейшие методы, но возможно существуют и специальные приборы для проверки тиристоров и симисторов.

кратковременно проверку выдерживают без сопротивления

На выходе напряжение не выпрямлено мостом.Оно выпрямлено только для схемы управления.

На выходе переменка,мост выпрямляет только для схемы управления.

Я бы назвал не регулирование напряжения, а регулирование мощности. Это стандартная схема регулятора освещения, которую раньше собирали почти все. И про радиатор к тиристору загнули. В теории конечно можно, но в практике думаю тяжело обеспечить тепло обмен между радиатором и тиристором для обеспечения 10А.

А какие сложности с теплообменом у КУ202? Вкрутил торцевым болтом в радиатор и все! Если радиатор новый, точнее, резьба не разболтана, даже КТП мазать не надо. Площадь стандартного радиатора (иногда и в комплекте шли), как раз и расчитана на нагрузку 10 А. Никакой теории, сплошная практика. Единственно, что радиаторы должны были находится на открытом воздухе (по инструкции), а при таком подключении сети — чревато. Поэтому закрываем, но ставим кулер. Да, мостовые друг к другу не прислоняем.

Вполне согласен с регулированием отдаваемоей мощности в нагрузку. Тиристор, конечно, не нужно ставить в предельные режимы. А так, моя любимая схема. даже использовал успешно для регулировки в первичной обмотке трансформатора.

Подскажите, что за конденсатор С1 -330нФ?

Наверное правильнее будет написать C1 — 0,33мкФ, можно устанавлиявать керамический или пленочный на напряжение не меньше 16В.

Всем самого доброго! Сначала собирал без транзисторов схемы… Одно плохо — регулировочное сопротивление грелось и выгорал слой графитовой дорожки. Потом собрал эту схему на кт. Первая неудачно — вероятно из-за большого усиления самих транзисторов. Собрал на МП с усилением около 50. Заработала без проблем! Однако есть вопросы…

Я тоже собирал без транзисторов,но ничего не грелось.Это было два резистора и конденсатор,В последствии убрал и конденсатор.Фактически остался переменник между анодом и управляющим,ну и естественно мостик.Использовал для регулировки мощности паяльника,причем как на 220 вольт,так и на первичку трансформатора для паяльника на 12 вольт и все работало и не грелось.Сейчас до сих пор в кладовке лежит в исправном состоянии.У Вас возможно была утечка в конденсаторе между катодом и управляющим для схемы без транзисторов.

Собрал на МП с усилением около 50. Работает! Но стало больше вопросов…

Номиналы R4 и R5 явно перепутаны. Никто не собирал схему в железе?

Можно поконкретнее о диодном мосте. Как направлены диоды?

плюс на право ,минус на лево ))

График неправильный. При 90 градусах *мощность* будет половина. А напряжение будет в корень из двух меньше исходного. Типа от 220 останется 155, а не 110.

А заменить транзисторы на динистор DB3 (стоит 4 рубля) можно? Дайте схему пожалуйста

…а если его — регулировать обороты вентилятора?, (но там индуктивная нагрузка,…. это вопрос).

ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

   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 регулятор мощности, 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 тиристорном регуляторе 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 качаем тут. Стабилитрон Д814Г меняется на любой, с напряжением 12-15В.

   В качестве корпуса использовал первый попавшийся — подходящий по размерам. Для подключения нагрузки вывел наружу разъем для вилки. Регулятор работает надежно и действительно изменяет напряжение от 0 до 220 В. Автор конструкции: SssaHeKkk.

   Форум по радиосхемам

   Форум по обсуждению материала ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Тиристорный регулятор напряжения сети. — Радиомастер инфо

Эти регуляторы напряжения сети широко известны и успешно применяются для регулировки яркости свечения ламп, температуры нагревателей, кипятильников, жала паяльника, регулировки тока заряда аккумулятора и так далее. В этой статье рассмотрены самые простые схемы таких регуляторов, показаны испытания в работе.

В основном наиболее распространены три схемы:

1. Тиристорный регулятор на двух тиристорах, четырех диодах и двух конденсаторах.

2. Тиристорный регулятор на двух тиристорах, двух динисторах и двух конденсаторах.

3. Симисторный регулятор. Эта схема имеет минимальное количество деталей, так как симистор, это в принципе два тиристора в одном корпусе и он один работает на две полуволны, отрицательную и положительную, в то время как тиристор только на одну полуволну, и мы вынуждены были включать их встречно-параллельно, как и видно из предыдущих схем. Динистор DB3, также двунаправленный, в отличие от КН102.

Все схемы рабочие, выбрать можно ту, детали которой для вас доступнее. В свое время, очень давно, я выбрал схему 1, она по описанию регулирует напряжение от 40 В до 220В. Когда собрал, попробовал расширить пределы регулировки. Удалось добиться регулировки от 2 В до 215 В при напряжении сети 220 В. Изменены всего несколько номиналов резисторов и емкость одного конденсатора. Для удобства добавлен выключатель, предохранитель и вольтметр. Получилась вот такая схема, своего рода маленький ЛАТР (лабораторный автотрансформатор).

Недостатком является то, что при включении напряжение скачет до максимума, а затем устанавливается в соответствии с выставленным переменным резистором значением. Но это не слишком мешает если вы регулируете нагреватель, паяльник или лампу. Большим достоинством является плавная регулировка напряжения на нагрузке от 2-3 вольт до максимального значения, которое, как уже говорилось, всего на несколько вольт ниже напряжения сети. Если планируете регулировать напряжение на нагрузке с большими токами (5-7) А, тиристоры нужно установить на радиаторы. Их максимальный ток 10 А, но на пределе использовать не желательно.

Конструктивно тиристорный регулятор выполнен в алюминиевом корпусе, без печатной платы, навесным монтажом, на куске гетинакса.

Расположение основных деталей:

Минимальное напряжение на нагрузке несколько вольт, около 0 В.

Максимальное напряжение на нагрузке, на несколько вольт ниже напряжения сети.

Достоинство этой схемы – простота и надежность. Собрана в свое время из подручных деталей. Отработала без отказов много лет. В основном подключал нагрузки до 300 Вт, хотя иногда и больше.

Материал статьи продублирован на видео:

Схема тиристорного регулятора напряжения

В статье рассказывается о том, как работает тиристорный регулятор мощности, схема которого будет представлена ниже

В повседневной жизни очень часто возникает необходимость регулирования мощности бытовых приборов, например электроплиты, паяльника, кипятильников и ТЭНов, на транспорте – оборотов двигателя и т.д. На помощь приходит простейшая радиолюбительская конструкция – регулятор мощности на тиристоре. Собрать такое устройство не составит труда, оно может стать тем самым первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала паяльника начинающего радиолюбителя. Стоит отметить, что готовые паяльные станции с контролем температуры и прочими приятными функциями стоят на порядок дороже простого паяльника. Минимальный набор деталей позволяет собрать простой тиристорный регулятор мощности навесным монтажом.

К сведению, навесной монтаж — это способ сборки радиоэлектронных компонентов без применения печатной платы, а при хорошем навыке он позволяет быстро собрать электронные устройства средней сложности.

Вы также можете заказать электронный конструктор тиристорного регулятора, а для тех, кто хочет разобраться во всём самостоятельно, ниже будет представлена схема и объяснён принцип работы.

Область применения тиристорных регуляторов

Между прочим, это однофазный тиристорный регулятор мощности. Такой прибор может быть использован для управления мощностью или количеством оборотов. Однако для начала следует разобраться в принципе работы тиристора, ведь это позволит нам понять, на какую нагрузку лучше использовать такой регулятор.

Как работает тиристор?

Тиристор – это управляемый полупроводниковый прибор, способный проводить ток в одном направлении. Слово «управляемый» употреблено неспроста, поскольку с его помощью, в отличие от диода, который тоже проводит ток только к одному полюсу, можно выбирать момент, когда тиристор начнет проводить ток. Тиристор имеет три вывода:

Для того чтобы ток начал течь через тиристор, необходимо выполнить следующие условия: деталь должна стоять в цепи, находящейся под напряжением, на управляющий электрод должен быть подан кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление тиристором не требует удержания управляющего сигнала. На этом нюансы не заканчиваются: тиристор можно закрыть, лишь прервав ток в цепи, или сформировав обратное напряжение анод – катод. Это значит, что использование тиристора в цепях постоянного тока весьма специфично и часто неблагоразумно, а вот цепях переменного, например в таком приборе как тиристорный регулятор мощности, схема построена таким образом, что обеспечено условие для закрытия. Каждая из полуволн будет закрывать соответствующий тиристор.

Вам, скорее всего, не всё понятно? Не стоит отчаиваться – ниже будет подробно описан процесс работы готового устройства.

Область применения тиристорных регуляторов

В каких цепях эффективно использовать тиристорный регулятор мощности? Схема позволяет отлично регулировать мощность нагревательных приборов, то есть воздействовать на активную нагрузку. При работе с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры могут просто не закрыться, что может привести к выходу регулятора из строя.

Можно ли регулировать обороты двигателя?

Я думаю, многие из читателей видели или пользовались дрелями, углошлифовальными машинами, которые в народе именуют «болгарками», и прочим электроинструментом. Вы могли заметить, что количество оборотов зависит от глубины нажатия на кнопку-курок прибора. Вот в этот элемент как раз и встроен такой тиристорный регулятор мощности (схема которого приведена ниже), с помощью которого осуществляется изменение количества оборотов.

Обратите внимание! Тиристорный регулятор не может изменять обороты асинхронных двигателей. Таким образом, напряжение регулируется на коллекторных двигателях, оборудованных щёточным узлом.

Схема тиристорного регулятора мощности на одном и двух тиристорах

Типовая схема для того, чтобы собрать тиристорный регулятор мощности своими руками изображена на рисунке ниже.

Выходное напряжение у данной схемы от 15 до 215 вольт, в случае применения указанных тиристоров, установленных на теплоотводах, мощность составляет порядка 1 кВт. Кстати выключатель с регулятором яркости света сделан по подобной схеме.

Если у вас нет необходимости полной регулировки напряжения и достаточно получать на выходе от 110 до 220 вольт, воспользуйтесь этой схемой, которая показывает однополупериодный регулятор мощности на тиристоре.

Как это работает?

Описанная ниже информация справедлива для большинства схем. Буквенные обозначения будут браться в соответствии первой схемы тиристорного регулятора

Тиристорный регулятор мощности, принцип работы которого основан на фазовом управлении величиной напряжения, изменяет и мощность. Данный принцип заключается в том, что в нормальных условиях на нагрузку действует переменное напряжение бытовой сети, изменяющееся по синусоидальному закону. Выше, при описании принципа работы тиристора, было сказано, что каждый тиристор работает в одном направлении, то есть управляет своей полуволной от синусоиды. Что это значит?

Если с помощью тиристора периодически подключать нагрузку в строго определенный момент, величина действующего напряжения будет ниже, поскольку часть напряжения (действующая величина, которая «попадёт» на нагрузку) будет меньше, чем сетевое. Данное явление проиллюстрировано на графике.

Заштрихованная область – это и есть область напряжения, которое оказалось под нагрузкой. Буквой «а» на горизонтальной оси обозначен момент открытия тиристора. Когда положительная полуволна закончится и начнется период с отрицательной полуволной, один из тиристоров закрывается, и в тот же момент открывается второй тиристор.

Разберемся, как работает конкретно наш тиристорный регулятор мощности

Оговорим заранее, что вместо слов «положительная» и «отрицательная» будут использованы «первая» и «вторая» (полуволна).

Итак, когда на нашу схему начинает действовать первая полуволна, начинают заряжаться ёмкости C1 и C2. Скорость их заряда ограничена потенциометром R5. данный элемент является переменным, и с его помощью задаётся выходное напряжение. Когда на конденсаторе C1 появляется необходимое для открытия динистора VS3 напряжение, динистор открывается, через него поступает ток, с помощью которого будет открыт тиристор VS1. Момент пробоя динистора и есть точка «а» на графике, представленном в предыдущем разделе статьи. Когда значение напряжения переходит через ноль и схема оказывается под второй полуволной, тиристор VS1 закрывается, и процесс повторяется заново, только для второго динистора, тиристора и конденсатора. Резисторы R3 и R3 служат для ограничения тока управления, а R1 и R2 – для термостабилизации схемы.

Принцип работы второй схемы аналогичен, но в ней идёт управление только одной из полуволн переменного напряжения. Теперь, зная принцип работы и схему, вы можете собрать или починить тиристорный регулятор мощности своими руками.

Применение регулятора в быту и техника безопасности

Нельзя не сказать о том, что данная схема не обеспечивает гальванической развязки от сети, поэтому существует опасность поражения электрическим током. Это значит, что не стоит касаться руками элементов регулятора. Необходимо использовать изолированный корпус. Следует проектировать конструкцию вашего прибора так, чтобы по возможности вы могли спрятать её в регулируемом устройстве, найти свободное место в корпусе. Если регулируемый прибор располагается стационарно, то вообще имеет смысл подключить его через выключатель с регулятором яркости света. Такое решение частично обезопасит от поражения током, избавит от необходимости поиска подходящего корпуса, имеет привлекательный внешний вид и изготовлено промышленным методом.

Из-за использования в повседневной жизни большого количества электрических приборов (микроволновок, электрочайников, компьютеров и т.д.) нередко возникает необходимость регулировки их мощностей. Для этого применяют регулятор напряжения на тиристоре. Оно имеет простую конструкцию, поэтому собрать его самостоятельно несложно.

Нюансы в конструкции

Тиристор – это управляемый полупроводник. При необходимости он может очень быстро провести ток в нужном направлении. От привычных диодов устройство отличается тем, что имеет возможность контролировать момент подачи напряжения.

Регулятор состоит из трех компонентов:

• катод – проводник, подключаемый к отрицательному полюсу источника питания;
• анод – элемент, присоединяемый к положительному полюсу;
• управляемый электрод (модулятор), который полностью охватывает катод.

Регулятор функционирует при соблюдении нескольких условий:

• тиристор должен попадать в схему под общее напряжение;
• модулятор должен получать кратковременный импульс, позволяющий устройству контролировать мощность электроприбора. В отличие от транзистора регулятору не требуется удержание этого сигнала.

Тиристор не применяется в схемах с постоянным током, поскольку он закрывается, если нет напряжения в цепи. В то же время в приборах с переменным током регистр необходим. Это связано с тем, что в подобных схемах имеется возможность полностью закрыть полупроводниковый элемент. С этим справится любая полуволна, если возникнет такая потребность.

Существует несколько схем монтажа устройства. Самый несложный – это навесной тип. При его сборке не используют печатную плату. Не потребуется также специальные навыки при монтаже. Сам процесс занимает мало времени. Поняв принцип работы регистра, будет просто разобраться в схемах и рассчитать оптимальную мощность для идеальной работы оборудования, где тиристор установлен.

Область применения и цели использования

Используют тиристор во многих электроинструментах: строительных, столярных бытовых и прочих. Он играет в схемах роль ключа при коммутации токов, при этом работая от малых импульсов. Выключается только при нулевом уровне напряжении в цепи. К примеру, тиристор контролирует скорость работы ножей в блендере, регулирует быстроту нагнетания воздуха в фене, координирует мощность нагревательных элементов в приборах, а также выполняет другие не менее важные функции.

В схемах с высокоиндуктивной нагрузкой, где ток отстает от напряжения, тиристоры могут не закрываться полностью, что приведет к поломке оборудования. В строительных приборах (дрелях, шлифовальных машинах, болгарках и т.д.) тиристор переключается при нажатии кнопки, которая находится в общем с ним блоке. При этом происходят изменения в работе двигателя.

Тиристорный регулятор отлично работает в коллекторном двигателе, где есть щёточный узел. В асинхронных движках устройство менять обороты не сможет.

Принцип действия

Специфика работы прибора заключается в том, что напряжение в нем регулируется мощностью, в также электроперебоями в сети. Регулятор тока на тиристоре при этом пропускает его только в одном конкретном направлении. Если устройство не отключить, оно так и будет продолжать работать, пока его не выключат после определенных действий.

Изготавливая тиристорный регулятор напряжения своими руками, в конструкции следует предусмотреть достаточно свободного места для установки управляющей кнопки или рычага. При сборке по классической схеме имеет смысл использовать в конструкции специальный выключатель, который при изменении уровня напряжения светит разными цветами. Это обезопасит человека от возникновения неприятных ситуаций, поражений током.

Способы закрывания тиристора

Подача импульса на управляющий электрод неспособна прекратить его работу или закрыть. Модулятор только включает тиристор. Прекращение действия последнего происходит только после того, как на ступени катод-анод прерывается подача тока.

Регулятор напряжения на тиристоре ку202н закрывается следующими способами:

• Отключить схему от блока питания (батарейки). Устройство при этом не заработает до тех пор, пока не будет нажата специальная кнопка.
• Размокнуть соединение анод-катод с помощью проволоки или пинцета. Через эти элементы идет все напряжение, поступая в тиристор. Если перемычку разомкнуть, уровень тока окажется нулевым и устройство выключится.
• Уменьшить напряжение до минимального.

Простой регулятор напряжения

Даже самая простая радиодеталь состоит из генератора, выпрямителя, аккумулятора, а также переключателя напряжения. Такие устройства обычно не содержат стабилизаторов. Сам же тиристорный регулятор тока состоит из таких элементов:

• диод – 4 шт.;
• транзистор – 1 шт;
• конденсатор – 2 шт.;
• резистор – 2 шт.

Чтобы избежать перегрева транзистора, к нему устанавливают систему охлаждения. Желательно, чтобы последняя имела большой запас мощности, которая позволит заряжать в дальнейшем аккумуляторы с невысокой емкостью.

Способы регулирования фазового напряжения в сети

Изменяют переменное электрическое напряжение при помощи таких электрических приборов, как: тиратрон, тиристор и прочие. При изменении угла этих структур на нагрузку подаются неполными полуволнами, а в результате регулируется действующее напряжение. Искажение вызывает возрастание тока и падение напряжения. Последнее меняет форму из синусоидальной в несинусоидальную.

Схемы на тиристорах

Система включится после того, как на конденсаторе соберется достаточно напряжения. При этом момент открытия контролируется при помощи резистора. На схеме он обозначен как R2. Чем медленнее заряжается конденсатор, тем больше сопротивления у этого элемента. Регулируется электроток через управляющий электрод.

Эта схема дает возможность контролировать полную мощность в устройстве, так как регулируются два полупериода. Это возможно благодаря установке в диодном мосте тиристора, который воздействует на одну из полуволн.

Регулятор напряжения, схема которого представлена выше, имеет упрощенную конструкцию. Контролируется здесь одна полуволна, в то время как другая без изменений проходит через VD1. Работает по аналогичному сценарию.

При работе с тиристором импульс на управляющий электрод следует подавать в определенный момент, чтобы срез фаз достиг требуемой величины. Нужно определять переход полуволны в нулевой уровень, иначе регулировка не будет эффективной.

Устройства, позволяющие управлять работой электрических приборов, подстраивая их под оптимальные характеристики для пользователя, прочно вошли в обиход. Одним из таких приспособлений является регулятор мощности. Применение таких регуляторов востребовано при использовании электронагревательных и осветительных приборов и в устройствах с двигателями. Схемотехника регуляторов разнообразна, поэтому порой бывает затруднительно подобрать себе оптимальный вариант.

Простейший регулятор энергии

Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название — реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.

Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:

• металлическими;
• жидкостными;
• угольными;
• керамическими.

Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.

Реостат — довольно универсальное приспособление. Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.

Для его изготовления понадобится константовая или нихромовая проволока, которая наматывается на оправку. Регулирование электрической мощности происходит путём изменения длины проволоки.

Виды современных устройств

Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.

На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:

1. Фазовые. Используются для управления яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп. Другое их название — диммеры.
2. Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.
3. Симисторные. Мощность регулируется вследствие изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку.
4. Регулятор хода. Позволяет плавно изменять электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.

При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:

• плавность регулировки;
• рабочую и пиковую подводимую мощность;
• диапазон входного рабочего сигнала;
• КПД.

Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.

Тиристорный прибор управления

Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.

Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.

Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.

Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.

Симисторный преобразователь мощности

Симистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.

Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.

Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.

Фазовый способ трансформации

Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.

Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.

При работе диммеров в широком спектре частот возбуждаются электромагнитные помехи. Такие излучения приводят к снижению КПД из-за появления паразитного тока в проводниках. Для борьбы с такими токами в конструкцию добавляются индуктивно-ёмкостные фильтры.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Принцип работы тиристорного регулятора напряжения

В статье стоит раскрыть тему того, как совершает работу тиристорный регулятор напряжения, схему которого можно более подробно осмотреть в интернете.

В повседневной жизни в большинстве случаев может развиться особая необходимость в регулировании общей мощности бытовых приборов, к примеру, электроплит, паяльника, кипятильника, а также ТЭНов, на транспорте — оборотов двигателя и прочего. В этом случае на помощь нам придёт простая и радиолюбительская конструкция — это особый регулятор мощности на тиристоре.

Создать такое устройство не составит особого труда, оно может стать тем первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала в паяльнике у любого начинающего радиолюбителя. Нужно отметить и тот факт, что готовые паяльники на станции с общим контролем температуры и остальными особенными функциями стоят намного больше, чем самые простые модели паяльников. Минимальное число деталей в конструкции поможет собрать несложный тиристорный регулятор мощности с навесным монтажом.

Следует отметить, что навесной тип монтажа — это вариант осуществления сборки радиоэлектронных компонентов без использования при этом специальной печатной платы, а при качественном навыке он помогает быстро собрать электронные устройства со средней сложностью производства.

Также вы можете заказать электронный тип конструктора тиристорного типа регулятора, а тот, кто хочет полностью разобраться во всём самостоятельно, должен изучить некоторые схемы и принцип функционирования прибора.

Между прочим, такое устройство является регулятором общей мощности. Такое устройство может быть применимо для управления общей мощностью либо управлением числа оборотов. Но для начала нужно полностью разобраться в общем принципе функционирования такого устройства, ведь это поможет понять, на какую нагрузку стоит рассчитывать при использовании такого регулятора.

Как совершает свою работу тиристор?

Тиристор — это управляемый полупроводниковый прибор, который способен быстро провести ток в одну сторону. Слово управляемый обозначает тиристор не просто так, так как с его помощью, в отличие от диода, который также проводит общий ток лишь к одному полюсу, можно выбирать отдельный момент, когда тиристор начнёт процесс проведения тока.

Тиристор обладает сразу тремя выводами тока:

Чтобы осуществить течение тока через такой тиристор, стоит выполнить следующие условия: деталь обязана в обязательном порядке расположена на самой цепи, которая будет находиться под общим напряжением, на управляющую часть электрода должен быть подан нужный кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление таким тиристор не будет требовать от пользователя удержания управляющего сигнала.

Но в этом все трудности использования такого прибора заканчиваться не будут: тиристор можно легко закрыть, если прервать поступление в него тока по цепи, либо создав обратное напряжение анод — катод. Это будет значить то, что применение тиристора в цепях постоянного тока считается довольно специфичным и в большинстве случаев полностью неблагоразумно, а в цепях переменного, к примеру, в таком устройстве как тиристорный регулятор, схема создана таким методом, чтобы было полностью обеспечено условие для закрытия прибора. Любая данная полуволна будет полностью закрывать соответствующий отдел тиристора.

Вам, скорее всего, сложно понять схему его строения. Но, не нужно расстраиваться — ниже будет более подробно описан процесс функционирования такого устройства.

Область использования тиристорных устройств

В каких целях можно использовать такое устройство, как регулятор мощности тиристор. Такой прибор позволяет более эффективно регулировать мощность нагревательных приборов, то есть осуществлять нагрузку на активные места. Во время работы с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры способны просто не закрыться, что может приводить к выходу такого оборудования из нормальной работы.

Можно ли самостоятельно осуществить регулирование оборотов в двигателе прибора?

Многие из пользователей, которые видели или даже на практике применяли дрели, углошлифовальные машины, которые по-другому называются болгарками, и другими электроинструментами. Они могли легко увидеть, что число оборотов в таких изделиях зависит, главным образом, от общей глубины нажатия на кнопку-курок в устройстве. Такой элемент как раз и будет находиться в тиристорном регуляторе мощности (общая схема такого прибора указана в интернете), при помощи которого и происходит изменение общего числа оборотов.

Стоит обратить своё внимание на то, что регулятор не может самостоятельно менять свои обороты в асинхронных двигателях. Таким образом, напряжение будет полноценно регулироваться на коллекторном двигателе, который оборудован специальным щелочным узлом.

Как работает такое устройство?

Описанные ниже характеристики будет соответствовать большинству схем.

1. Тиристорный регулятор общей мощности, принцип и особенности работы которого будут основаны на фазовости управления величиной напряжения, изменяет и общую мощность в приборах. Данная особенности заключена в том, что в нормальных производственных условиях на нагрузку могут воздействовать примерные показатели напряжения бытовой сети, которая будет меняться в соответствии с синусоидальным законом. Выше, при описании принципа функционирования работы тиристора было сказано о том, что любой тиристор включает в себя функционирование лишь в одном направлении, то есть осуществляет управление своей полуволной от синусоидов. Что же это может означать?
2. Если при помощи такого прибора, как тиристор со временем подключать нагрузку в строго определённое время, то показатель действующего напряжения будет довольно низким, так как половина от напряжения (действующее значение, которое и воспроизводит нагрузку) будет намного меньше, чем световое. Такое явление можно рассмотреть на графиках движения.

При этом происходит определённая область, которая будет находиться под особым напряжением. Когда воздействие положительной полуволны окончится и начнётся новый период движения с отрицательно полуволной, то один из таких тиристоров начнёт закрываться, и в это же время откроется новый тиристор.

Вместо слов положительная и отрицательная волна стоит использовать первая и вторая (полуволна).

В то время как на схему начинает своё воздействие первая полуволна, происходит особая зарядка ёмкости С1, а также С2. Скорость их полной зарядки будет ограничена потенциометром R 5. Такой элемент будет полностью переменным, и при его помощи будет задаваться выходное напряжение. В тот момент, когда на поверхности конденсатора С1 появится нужное для открытия диристора VS 3 напряжения, весь динистор откроется, а через него начнёт проходить ток, при помощи которого откроется тиристор VS 1.

Во время пробоя динистра и образуется точка на общем графике. После того как значение напряжение перейдёт нулевую отметку, и схема будет находиться под воздействием второй полуволны, тиристор VS 1, закроется, а процесс будет повторяться, только уже для второго динистра, тиристора, а также конденсатора. Резисторы R 3 и R 3 нужны для ограничения общего тока управления, а R 1 и R 2 — для процесса термостабилизации всей схемы.

Принцип действия второй схемы будет точно такой же, но в ней будет происходить управление лишь одной из полуволн переменного тока. После того, как пользователь будет понимать принцип работы устройства и его общую схему строение, он сможет понять как собрать или же в случае необходимости починить тиристорный регулятор мощности самостоятельно.

Тиристорный регулятор напряжения своими руками

Нельзя сказать о том, что данная схема не обеспечит гальваническую развязку от источника питания, поэтому есть определённая опасность поражения электрическими разрядами тока. Это будет означать то, что не нужно касаться руками элементов регулятора.

Следует спроектировать конструкцию вашего прибора таким образом, чтобы по возможности вы смогли спрятать её в регулируемом устройстве, а также найти более свободное место внутри корпуса. Если регулируемое устройство будет расположено на стационарном уровне, то имеет определённой смысл осуществить его подключение через выключатель с особым регулятором уровня яркости света. Такое решение сможет частично обезопасить человека от поражения током, а также избавит его от необходимости поиска подходящего корпуса у прибора, обладает привлекательным внешним строением, а также создано с использованием промышленных технологий.

Способы регулирования фазового напряжения в сети

1. Есть сразу несколько способов осуществления регуляции переменного напряжения в тиристорах: можно совершать пропуск или же запрещать выход на регуляторе целых четыре полупериода (либо периода) переменного напряжения. Можно включать не в начале совершения полупериода сетевого напряжения, а с совершением некоторой задержки. В течение данного времени напряжение на выходе из регулятора будет равняется отметки нуль, а общая мощность не будет передаваться на выход устройства. Вторую часть полупериода тиристор начнёт проводить ток и на выходе регулятора будет возникать особое входное напряжение.
2. Время задержки в большинстве случаев именуют углом открывания тиристора, так как во время нулевого значения угла почти всё напряжение от входа будет переходить к выходу, только падение на открытой области тиристора начнёт теряться. Во время увеличения общего тиристорного угла регулятор напряжения будет значительно снижать выходной параметр напряжения.
3. Регулировочная характеристика у такого прибора во время своей работы, во время активной нагрузки осуществляется особо интенсивно. При угле равному 90 градусов (электрических) на выходе из разъёма будет половина входного напряжения, а при общем угле в 180 электрических градусов на выходе будет показатель нуль.

На основе принципов и особенностей фазового регулирования напряжения можно построить определённые схемы регулирования, стабилизации, а в отдельных случаях с плавного пуска. Для осуществления более плавного пуска напряжение стоит со временем повышать от нуля до максимального показателя. Таким образом, во время открывания тиристора максимальный показатель значения должен изменяться до отметки нуль.

Схемы на тиристорах

Регулировать общую мощность паяльника можно довольно просто, если использовать для этого аналоговые или же цифровые паяльные станции. Последние довольно дорогие совершать использование, и собрать их, не имея особого опыта, довольно сложно. В то время как аналоговые приборы (считаются по своей сути регуляторами общей мощности) не составит труда создать самостоятельно.

Довольно простая схема прибора, которая поможет регулировать показатель мощности на паяльнике.

1. VD — КД209 (либо близкие по его общим характеристикам).
2. R 1 — сопротивление с особым номиналом в 15 кОм.
3. R 2 — это резистор, который обладает особым показателем переменного тока около 30 кОм.
4. Rn — это общая нагрузка (в этом случае вместо неё будет использован особый маятник).

Такое устройство для регуляции может контролировать не только положительный полупериод, по этой причине мощность паяльника будет в несколько раз меньше номинальной. Управляется такой тиристор с помощью специальной цепи, которая несёт в себе два сопротивления, а также ёмкость. Время зарядки конденсата (оно будет регулироваться особым сопротивлением R2) влияет на длительность открытия такого тиристора.

В статье стоит раскрыть тему того, как совершает работу тиристорный регулятор напряжения, схему которого можно более подробно осмотреть в интернете.

В повседневной жизни в большинстве случаев может развиться особая необходимость в регулировании общей мощности бытовых приборов, к примеру, электроплит, паяльника, кипятильника, а также ТЭНов, на транспорте — оборотов двигателя и прочего. В этом случае на помощь нам придёт простая и радиолюбительская конструкция — это особый регулятор мощности на тиристоре.

Создать такое устройство не составит особого труда, оно может стать тем первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала в паяльнике у любого начинающего радиолюбителя. Нужно отметить и тот факт, что готовые паяльники на станции с общим контролем температуры и остальными особенными функциями стоят намного больше, чем самые простые модели паяльников. Минимальное число деталей в конструкции поможет собрать несложный тиристорный регулятор мощности с навесным монтажом.

Следует отметить, что навесной тип монтажа — это вариант осуществления сборки радиоэлектронных компонентов без использования при этом специальной печатной платы, а при качественном навыке он помогает быстро собрать электронные устройства со средней сложностью производства.

Также вы можете заказать электронный тип конструктора тиристорного типа регулятора, а тот, кто хочет полностью разобраться во всём самостоятельно, должен изучить некоторые схемы и принцип функционирования прибора.

Между прочим, такое устройство является регулятором общей мощности. Такое устройство может быть применимо для управления общей мощностью либо управлением числа оборотов. Но для начала нужно полностью разобраться в общем принципе функционирования такого устройства, ведь это поможет понять, на какую нагрузку стоит рассчитывать при использовании такого регулятора.

Как совершает свою работу тиристор?

Тиристор — это управляемый полупроводниковый прибор, который способен быстро провести ток в одну сторону. Слово управляемый обозначает тиристор не просто так, так как с его помощью, в отличие от диода, который также проводит общий ток лишь к одному полюсу, можно выбирать отдельный момент, когда тиристор начнёт процесс проведения тока.

Тиристор обладает сразу тремя выводами тока:

Чтобы осуществить течение тока через такой тиристор, стоит выполнить следующие условия: деталь обязана в обязательном порядке расположена на самой цепи, которая будет находиться под общим напряжением, на управляющую часть электрода должен быть подан нужный кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление таким тиристор не будет требовать от пользователя удержания управляющего сигнала.

Но в этом все трудности использования такого прибора заканчиваться не будут: тиристор можно легко закрыть, если прервать поступление в него тока по цепи, либо создав обратное напряжение анод — катод. Это будет значить то, что применение тиристора в цепях постоянного тока считается довольно специфичным и в большинстве случаев полностью неблагоразумно, а в цепях переменного, к примеру, в таком устройстве как тиристорный регулятор, схема создана таким методом, чтобы было полностью обеспечено условие для закрытия прибора. Любая данная полуволна будет полностью закрывать соответствующий отдел тиристора.

Вам, скорее всего, сложно понять схему его строения. Но, не нужно расстраиваться — ниже будет более подробно описан процесс функционирования такого устройства.

Область использования тиристорных устройств

В каких целях можно использовать такое устройство, как регулятор мощности тиристор. Такой прибор позволяет более эффективно регулировать мощность нагревательных приборов, то есть осуществлять нагрузку на активные места. Во время работы с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры способны просто не закрыться, что может приводить к выходу такого оборудования из нормальной работы.

Можно ли самостоятельно осуществить регулирование оборотов в двигателе прибора?

Многие из пользователей, которые видели или даже на практике применяли дрели, углошлифовальные машины, которые по-другому называются болгарками, и другими электроинструментами. Они могли легко увидеть, что число оборотов в таких изделиях зависит, главным образом, от общей глубины нажатия на кнопку-курок в устройстве. Такой элемент как раз и будет находиться в тиристорном регуляторе мощности (общая схема такого прибора указана в интернете), при помощи которого и происходит изменение общего числа оборотов.

Стоит обратить своё внимание на то, что регулятор не может самостоятельно менять свои обороты в асинхронных двигателях. Таким образом, напряжение будет полноценно регулироваться на коллекторном двигателе, который оборудован специальным щелочным узлом.

Как работает такое устройство?

Описанные ниже характеристики будет соответствовать большинству схем.

1. Тиристорный регулятор общей мощности, принцип и особенности работы которого будут основаны на фазовости управления величиной напряжения, изменяет и общую мощность в приборах. Данная особенности заключена в том, что в нормальных производственных условиях на нагрузку могут воздействовать примерные показатели напряжения бытовой сети, которая будет меняться в соответствии с синусоидальным законом. Выше, при описании принципа функционирования работы тиристора было сказано о том, что любой тиристор включает в себя функционирование лишь в одном направлении, то есть осуществляет управление своей полуволной от синусоидов. Что же это может означать?
2. Если при помощи такого прибора, как тиристор со временем подключать нагрузку в строго определённое время, то показатель действующего напряжения будет довольно низким, так как половина от напряжения (действующее значение, которое и воспроизводит нагрузку) будет намного меньше, чем световое. Такое явление можно рассмотреть на графиках движения.

При этом происходит определённая область, которая будет находиться под особым напряжением. Когда воздействие положительной полуволны окончится и начнётся новый период движения с отрицательно полуволной, то один из таких тиристоров начнёт закрываться, и в это же время откроется новый тиристор.

Вместо слов положительная и отрицательная волна стоит использовать первая и вторая (полуволна).

В то время как на схему начинает своё воздействие первая полуволна, происходит особая зарядка ёмкости С1, а также С2. Скорость их полной зарядки будет ограничена потенциометром R 5. Такой элемент будет полностью переменным, и при его помощи будет задаваться выходное напряжение. В тот момент, когда на поверхности конденсатора С1 появится нужное для открытия диристора VS 3 напряжения, весь динистор откроется, а через него начнёт проходить ток, при помощи которого откроется тиристор VS 1.

Во время пробоя динистра и образуется точка на общем графике. После того как значение напряжение перейдёт нулевую отметку, и схема будет находиться под воздействием второй полуволны, тиристор VS 1, закроется, а процесс будет повторяться, только уже для второго динистра, тиристора, а также конденсатора. Резисторы R 3 и R 3 нужны для ограничения общего тока управления, а R 1 и R 2 — для процесса термостабилизации всей схемы.

Принцип действия второй схемы будет точно такой же, но в ней будет происходить управление лишь одной из полуволн переменного тока. После того, как пользователь будет понимать принцип работы устройства и его общую схему строение, он сможет понять как собрать или же в случае необходимости починить тиристорный регулятор мощности самостоятельно.

Тиристорный регулятор напряжения своими руками

Нельзя сказать о том, что данная схема не обеспечит гальваническую развязку от источника питания, поэтому есть определённая опасность поражения электрическими разрядами тока. Это будет означать то, что не нужно касаться руками элементов регулятора.

Следует спроектировать конструкцию вашего прибора таким образом, чтобы по возможности вы смогли спрятать её в регулируемом устройстве, а также найти более свободное место внутри корпуса. Если регулируемое устройство будет расположено на стационарном уровне, то имеет определённой смысл осуществить его подключение через выключатель с особым регулятором уровня яркости света. Такое решение сможет частично обезопасить человека от поражения током, а также избавит его от необходимости поиска подходящего корпуса у прибора, обладает привлекательным внешним строением, а также создано с использованием промышленных технологий.

Способы регулирования фазового напряжения в сети

1. Есть сразу несколько способов осуществления регуляции переменного напряжения в тиристорах: можно совершать пропуск или же запрещать выход на регуляторе целых четыре полупериода (либо периода) переменного напряжения. Можно включать не в начале совершения полупериода сетевого напряжения, а с совершением некоторой задержки. В течение данного времени напряжение на выходе из регулятора будет равняется отметки нуль, а общая мощность не будет передаваться на выход устройства. Вторую часть полупериода тиристор начнёт проводить ток и на выходе регулятора будет возникать особое входное напряжение.
2. Время задержки в большинстве случаев именуют углом открывания тиристора, так как во время нулевого значения угла почти всё напряжение от входа будет переходить к выходу, только падение на открытой области тиристора начнёт теряться. Во время увеличения общего тиристорного угла регулятор напряжения будет значительно снижать выходной параметр напряжения.
3. Регулировочная характеристика у такого прибора во время своей работы, во время активной нагрузки осуществляется особо интенсивно. При угле равному 90 градусов (электрических) на выходе из разъёма будет половина входного напряжения, а при общем угле в 180 электрических градусов на выходе будет показатель нуль.

На основе принципов и особенностей фазового регулирования напряжения можно построить определённые схемы регулирования, стабилизации, а в отдельных случаях с плавного пуска. Для осуществления более плавного пуска напряжение стоит со временем повышать от нуля до максимального показателя. Таким образом, во время открывания тиристора максимальный показатель значения должен изменяться до отметки нуль.

Схемы на тиристорах

Регулировать общую мощность паяльника можно довольно просто, если использовать для этого аналоговые или же цифровые паяльные станции. Последние довольно дорогие совершать использование, и собрать их, не имея особого опыта, довольно сложно. В то время как аналоговые приборы (считаются по своей сути регуляторами общей мощности) не составит труда создать самостоятельно.

Довольно простая схема прибора, которая поможет регулировать показатель мощности на паяльнике.

1. VD — КД209 (либо близкие по его общим характеристикам).
2. R 1 — сопротивление с особым номиналом в 15 кОм.
3. R 2 — это резистор, который обладает особым показателем переменного тока около 30 кОм.
4. Rn — это общая нагрузка (в этом случае вместо неё будет использован особый маятник).

Такое устройство для регуляции может контролировать не только положительный полупериод, по этой причине мощность паяльника будет в несколько раз меньше номинальной. Управляется такой тиристор с помощью специальной цепи, которая несёт в себе два сопротивления, а также ёмкость. Время зарядки конденсата (оно будет регулироваться особым сопротивлением R2) влияет на длительность открытия такого тиристора.

В статье рассказывается о том, как работает тиристорный регулятор мощности, схема которого будет представлена ниже

В повседневной жизни очень часто возникает необходимость регулирования мощности бытовых приборов, например электроплиты, паяльника, кипятильников и ТЭНов, на транспорте – оборотов двигателя и т.д. На помощь приходит простейшая радиолюбительская конструкция – регулятор мощности на тиристоре. Собрать такое устройство не составит труда, оно может стать тем самым первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала паяльника начинающего радиолюбителя. Стоит отметить, что готовые паяльные станции с контролем температуры и прочими приятными функциями стоят на порядок дороже простого паяльника. Минимальный набор деталей позволяет собрать простой тиристорный регулятор мощности навесным монтажом.

К сведению, навесной монтаж — это способ сборки радиоэлектронных компонентов без применения печатной платы, а при хорошем навыке он позволяет быстро собрать электронные устройства средней сложности.

Вы также можете заказать электронный конструктор тиристорного регулятора, а для тех, кто хочет разобраться во всём самостоятельно, ниже будет представлена схема и объяснён принцип работы.

Область применения тиристорных регуляторов

Между прочим, это однофазный тиристорный регулятор мощности. Такой прибор может быть использован для управления мощностью или количеством оборотов. Однако для начала следует разобраться в принципе работы тиристора, ведь это позволит нам понять, на какую нагрузку лучше использовать такой регулятор.

Как работает тиристор?

Тиристор – это управляемый полупроводниковый прибор, способный проводить ток в одном направлении. Слово «управляемый» употреблено неспроста, поскольку с его помощью, в отличие от диода, который тоже проводит ток только к одному полюсу, можно выбирать момент, когда тиристор начнет проводить ток. Тиристор имеет три вывода:

Для того чтобы ток начал течь через тиристор, необходимо выполнить следующие условия: деталь должна стоять в цепи, находящейся под напряжением, на управляющий электрод должен быть подан кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление тиристором не требует удержания управляющего сигнала. На этом нюансы не заканчиваются: тиристор можно закрыть, лишь прервав ток в цепи, или сформировав обратное напряжение анод – катод. Это значит, что использование тиристора в цепях постоянного тока весьма специфично и часто неблагоразумно, а вот цепях переменного, например в таком приборе как тиристорный регулятор мощности, схема построена таким образом, что обеспечено условие для закрытия. Каждая из полуволн будет закрывать соответствующий тиристор.

Вам, скорее всего, не всё понятно? Не стоит отчаиваться – ниже будет подробно описан процесс работы готового устройства.

Область применения тиристорных регуляторов

В каких цепях эффективно использовать тиристорный регулятор мощности? Схема позволяет отлично регулировать мощность нагревательных приборов, то есть воздействовать на активную нагрузку. При работе с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры могут просто не закрыться, что может привести к выходу регулятора из строя.

Можно ли регулировать обороты двигателя?

Я думаю, многие из читателей видели или пользовались дрелями, углошлифовальными машинами, которые в народе именуют «болгарками», и прочим электроинструментом. Вы могли заметить, что количество оборотов зависит от глубины нажатия на кнопку-курок прибора. Вот в этот элемент как раз и встроен такой тиристорный регулятор мощности (схема которого приведена ниже), с помощью которого осуществляется изменение количества оборотов.

Обратите внимание! Тиристорный регулятор не может изменять обороты асинхронных двигателей. Таким образом, напряжение регулируется на коллекторных двигателях, оборудованных щёточным узлом.

Схема тиристорного регулятора мощности на одном и двух тиристорах

Типовая схема для того, чтобы собрать тиристорный регулятор мощности своими руками изображена на рисунке ниже.

Выходное напряжение у данной схемы от 15 до 215 вольт, в случае применения указанных тиристоров, установленных на теплоотводах, мощность составляет порядка 1 кВт. Кстати выключатель с регулятором яркости света сделан по подобной схеме.

Если у вас нет необходимости полной регулировки напряжения и достаточно получать на выходе от 110 до 220 вольт, воспользуйтесь этой схемой, которая показывает однополупериодный регулятор мощности на тиристоре.

Как это работает?

Описанная ниже информация справедлива для большинства схем. Буквенные обозначения будут браться в соответствии первой схемы тиристорного регулятора

Тиристорный регулятор мощности, принцип работы которого основан на фазовом управлении величиной напряжения, изменяет и мощность. Данный принцип заключается в том, что в нормальных условиях на нагрузку действует переменное напряжение бытовой сети, изменяющееся по синусоидальному закону. Выше, при описании принципа работы тиристора, было сказано, что каждый тиристор работает в одном направлении, то есть управляет своей полуволной от синусоиды. Что это значит?

Если с помощью тиристора периодически подключать нагрузку в строго определенный момент, величина действующего напряжения будет ниже, поскольку часть напряжения (действующая величина, которая «попадёт» на нагрузку) будет меньше, чем сетевое. Данное явление проиллюстрировано на графике.

Заштрихованная область – это и есть область напряжения, которое оказалось под нагрузкой. Буквой «а» на горизонтальной оси обозначен момент открытия тиристора. Когда положительная полуволна закончится и начнется период с отрицательной полуволной, один из тиристоров закрывается, и в тот же момент открывается второй тиристор.

Разберемся, как работает конкретно наш тиристорный регулятор мощности

Оговорим заранее, что вместо слов «положительная» и «отрицательная» будут использованы «первая» и «вторая» (полуволна).

Итак, когда на нашу схему начинает действовать первая полуволна, начинают заряжаться ёмкости C1 и C2. Скорость их заряда ограничена потенциометром R5. данный элемент является переменным, и с его помощью задаётся выходное напряжение. Когда на конденсаторе C1 появляется необходимое для открытия динистора VS3 напряжение, динистор открывается, через него поступает ток, с помощью которого будет открыт тиристор VS1. Момент пробоя динистора и есть точка «а» на графике, представленном в предыдущем разделе статьи. Когда значение напряжения переходит через ноль и схема оказывается под второй полуволной, тиристор VS1 закрывается, и процесс повторяется заново, только для второго динистора, тиристора и конденсатора. Резисторы R3 и R3 служат для ограничения тока управления, а R1 и R2 – для термостабилизации схемы.

Принцип работы второй схемы аналогичен, но в ней идёт управление только одной из полуволн переменного напряжения. Теперь, зная принцип работы и схему, вы можете собрать или починить тиристорный регулятор мощности своими руками.

Применение регулятора в быту и техника безопасности

Нельзя не сказать о том, что данная схема не обеспечивает гальванической развязки от сети, поэтому существует опасность поражения электрическим током. Это значит, что не стоит касаться руками элементов регулятора. Необходимо использовать изолированный корпус. Следует проектировать конструкцию вашего прибора так, чтобы по возможности вы могли спрятать её в регулируемом устройстве, найти свободное место в корпусе. Если регулируемый прибор располагается стационарно, то вообще имеет смысл подключить его через выключатель с регулятором яркости света. Такое решение частично обезопасит от поражения током, избавит от необходимости поиска подходящего корпуса, имеет привлекательный внешний вид и изготовлено промышленным методом.

Тиристорные регуляторы напряжения

С амплитуднофазовым управлением
В регуляторе, схема которого показана на рис. 1, использованы два тринистора,
открывающиеся один в положительный, а другой — в отрицательный полуперноды сетевого
напряжения. Действующее напряжение на нагрузке Rн регулируют переменным резистором
R3.

Рисунок 1 — Тиристорный регулятор напряжения

Регулятор работает следующим образом. В начале положительного полупериода (плюс на верхнем по схеме проводе) тринисторы закрыты. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор. С1 заряжается через резисторы R2 и R3. Увеличение напряжения на конденсаторе отстает (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов R2 и R3 и емкости конденсатора С1. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога открывания тринистора Д1. Когда тринистор откроется, через нагрузку Rн потечет ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого тринистора и Rн. Тринистор Д1 остается открытым до конца полупериода. Подбором резистора R1 устанавливают желаемые пределы регулирования. При указанных на схеме номиналах резисторов и конденсаторов напряжение на нагрузке можно изменять в пределах 40- 220 В.

В течение отрицательного полупериода аналогично работает тринистор Д4. Однако, конденсатор С2, частично заряженный в течение положительного полупериода (через резисторы R4 и R5 и диод Д6), должен перезаряжаться, а значит и время задержки включения тринистора должно быть большим. Чем дольше был закрыт тринистор Д1 в течение положительного полупериода, тем большее напряжение будет на конденсаторе С2 к началу отрицательного и
тем дольше будет закрыт тринистор Д4.

Синфазность работы тринисторов зависит от правильного подбора номиналов элементов R4, R5, С2. Мощность нагрузки может быть любой в пределах от 50 до 1000 Вт.

И.ЧУШАНОК г. Гродно

С фазоимпульсным управлением

Регулятор, схема которого показана на рис. 2, управляется автоматически сигналом
Uynp. В регуляторе использованы два тиристора — тринистор Д5 и динистор Д7.
Тринистор открывается импульсами, которые формируются цепочкой, состоящей из
динистора Д7 и конденсатора С1. В начале каждого полупериода тринистор и динистор
закрыты и конденсатор С1 заряжается током коллектора транзистора Т1. Когда напряжение
на конденсаторе достигнет порога открывания динистора, он откроется и конденсатор
быстро разрядится через резистор R2 и первичную обмотку трансформатора Тр1.
Импульс тока со вторичной обмотки трансформатора откроет тринистор. При этом
управляющее устройство будет обесточено (так как падение напряжения на открытом
тринисторе очень мало), динистор закроется. По окончании полупериода триннстор
выключится и с началом следующего полупериода начнется новый цикл работы регулятора.

Рисунок 2 — Тиристорный регулятор напряжения с фазоимпульсным управлением

Время задержки импульса, открывающего тринистор, относительно начала полупериода определяется скоростью заряда конденсатора С1, которая пропорциональна току коллектора транзистора Т1. Изменяя управляющее напряжение Uynp, можно управлять этим током и, в конечном итоге, регулировать напряжение на нагрузке. Источником сигнала Uynp может быть полосовой фильтр (с выпрямителем) цветомузыкальнои установки, программное устройство. В системах автоматического регулирования в качестве Uупр используют напряжение обратной связи.

Резистор R5 необходимо подобрать таким, чтобы при Uynp=0 тринистор открывался в каждый полупериод в момент времени, близкий к окончанию полупериода.

Для того, чтобы перейти на ручное регулирование, достаточно заменить резистор R5 последовательной цепочкой из переменного резистора и постоянного сопротивлением 10- 12 кОм.

Напряжение стабилизации стабилитрона Д6 должно быть на 5-10 В больше максимального напряжения включения динистора.

Транзистор Т1. может быть любым из серий МП21, МП25, МП26. Динистор можно применить типов КН102Б, Д227А, Д227Б, Д228А, Д228Б. Резистор R1 составлен из двух мощностью по 2 Вт.

Импульсный трансформатор Тр1 намотан на кольцевом сердечнике, имеющем размеры 26Х18Х4 мм, из пермаллоя 79НМА (или такого же сечения из феррита М2000НМ1). Обмотка I содержит 70 витков, а обмотка II — 50 витков провода ПЭВ-2 0,33 мм. Межобмоточная изоляция должна выдерживать напряжение, близкое к сетевому.

Вместо динистора в регуляторе можно использовать транзистор, работающий в лавинном режиме. О работе транзисторов, в этом режиме подробно рассказывалось в «Радио», 1974, № 5, С. 38-41. Схема одного из таких регуляторов показана на рис. 3.

Рисунок 3 — Транзисторный регулятор напряжения

По принципу работы регулятор с транзистором, работающим в лавинном режиме, не отличается от предыдущего. Используемый транзистор типа ГТ311И имеет напряжение лавинного пробоя около 30 В (при сопротивлении резистора R3 равном 1 кОм). В случае применения других транзисторов — номиналы элементов R4, R5, С1 потребуется изменить.

В регуляторе (рис. 3) могут быть использованы и другие транзисторы, в том числе и структуры р-п-р, например П416. В этом случае нужно у транзистора Т1 (см. рис. 3) поменять местами выводы эмиттера и коллектора. Резистор R3 во всех случаях должен быть включен между базой и эмиттером. Напряжение на нагрузке регулируют переменным резистором R4.

Инж. Е. ФУРМАНСКИЙ Москва

С аналогом однопереходного транзистора
В регуляторе, схема которого показана на рис. 4, применен фазоимпульсный
метод управления тринистором. В управляющем устройстве регулятора использован
транзисторный аналог однопереходного транзистора (двухбазового диода). О работе
однопереходных транзисторов можно прочитать в «Радио», 1972, № 7,
с. 56.

Рисунок 4 — Тиристорный регулятор напряжения

Силовая цепь регулятора построена так же, как у регулятора, опубликованного в «Радио», 1972, № 9, с. 55. При разомкнутых контактах выключателя В’2 действующее значение напряжения на нагрузке можно изменять в пределах от нескольких вольт до 110 В, а при замкнутых — от 110 до 220 В.

По принципу работы управляющее устройство описываемого регулятора не отличается от устройств на динисторе или лавинном транзисторе (рис. 2 и 3). Мощность, подводимую к нагрузке, регулируют переменным резистором R5.

Тринистор ДЗ и диод Д1 установлены на общем радиаторе площадью 50-80 см2. Резистор R1 составлен из двух резисторов мощностью 2 Вт.

Инж. В. ПОПОВИЧ г. Ижевск.

На симисторе
Описываемый регулятор построен по схеме фазоимпульсного регулирования с
использованием симистора (симметричного тирнстора). Схема регулятора показана
на рис. 5. В управляющем устройстве применен транзисторный аналог однопереходного
транзистора n-типа.

Рисунок 5 — Регулятор напряжения
на симисторе

При включении регулятора (выключателем В1) транзисторы Т1 ч Т2 закрыты и конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R4 (с помощью которого регулируют мощность, выделяемую на нагрузке Rн). Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не превысит порог открывания транзистора Т1. В этот момент транзисторы открываются и переходят в режим насыщения. Конденсатор быстро разряжается через них на первичную обмотку импульсного трансформатора Тр1. Импульс тока со вторичной обмотки открывает симистор Д5. Порог открывания транзисторов определяется сопротивлениями резисторов делителя R2R3.

Импульсный трансформатор Тр1 намотан на кольце из феррита М2000НМ1-15 типоразмера К20х 12х6. Обмотка I содержит 50 витков, а II — 30 витков провода ПЭЛШО 0,25 мм. Конденсатор С1 — МБМ с рабочим напряжением 160 В.

Максимально допустимый ток нагрузки регулятора 5 А. Пределы регулирования напряжения от нескольких вольт до 215 В.

Инж. В. ПОНОМАРЕНКО. инж. В. ФРОЛОВ г. Воронеж

C улучшенной регулировочной характеристикой
В тиристорных регуляторах с фазоимпульсным управлением напряжение на конденсаторе
RС-цепи во время его заряда увеличивается по экспоненциальному закону. При синусоидальной
форме сетевого напряжения регулировочная характеристика, выражающая зависимость
напряжения на нагрузке от сопротивления переменного резистора, оказывается резко
нелинейной, что затрудняет плавную регулировку напряжения на нагрузке.

Рисунок 6 — Тиристорный регулятор напряжения

Тиристорный регулятор, схема которого показана на рис. 6, в значительной степени свободен от этого недостатка. В регуляторе использован однопереходный транзистор. Улучшение линейности регулировочной характеристики достигается тем, что конденсатор С1 заряжается от напряжения сети (через резистор R4) и одновременно от источника постоянного стабилизированного напряжения (через делитель R5R6 и диод Д6}. Изменяя резистором R6 уровень постоянного напряжения, можно управлять моментом открывания тринистора и, следовательно, напряжением на нагрузке. Диод Д6 исключает возможность разряда конденсатора через резистор R6.

Сопротивление резистора R4 выбирают таким, чтобы при замкнутом накоротко резисторе R6 напряжение на нагрузке было минимальным. Тогда при крайнем нижнем (по схеме) положении движка резистора R6 напряжение на нагрузке будет максимальным.

Со стабилизацией выходного напряжения
Особенностью описываемого регулятора является способность стабилизировать
напряжение на нагрузке при изменении напряжения питающей сети. Управляющее устройство
построено на однопереходном транзисторе по схеме фазоимпульсного регулирования
(см. рис. 7).

Рисунок 7 — Тиристорный регулятор напряжения со стабилизацией выходного напряжения

% PDF-1.3
%
2686 0 объект
>
endobj
xref
2686 137
0000000016 00000 н.
0000003096 00000 н.
0000003339 00000 н.
0000004021 00000 н.
0000004241 00000 н.
0000004754 00000 н.
0000005070 00000 н.
0000005092 00000 н.
0000005242 00000 н.
0000005264 00000 н.
0000005416 00000 н.
0000005438 00000 п.
0000005590 00000 н.
0000005863 00000 н.
0000006964 00000 н.
0000006986 00000 п.
0000007137 00000 н.
0000007159 00000 н.
0000007309 00000 н.
0000007331 00000 п.
0000007483 00000 н.
0000007505 00000 н.
0000007657 00000 н.
0000007679 00000 н.
0000007831 00000 н.
0000007853 00000 п.
0000008002 00000 н.
0000008024 00000 н.
0000008175 00000 п.
0000008197 00000 н.
0000008350 00000 н.
0000008372 00000 п.
0000008524 00000 н.
0000008546 00000 н.
0000008699 00000 н.
0000008721 00000 н.
0000008873 00000 н.
0000008895 00000 н.
0000009046 00000 н.
0000009068 00000 н.
0000009221 00000 п.
0000009243 00000 п.
0000009396 00000 н.
0000009418 00000 п.
0000009571 00000 н.
0000009593 00000 п.
0000009743 00000 н.
0000009765 00000 н.
0000009916 00000 н.
0000009938 00000 н.
0000010091 00000 п.
0000010113 00000 п.
0000010266 00000 п.
0000010288 00000 п.
0000010441 00000 п.
0000010463 00000 п.
0000010615 00000 п.
0000010637 00000 п.
0000010788 00000 п.
0000010810 00000 п.
0000010963 00000 п.
0000010985 00000 п.
0000011138 00000 п.
0000011160 00000 п.
0000011313 00000 п.
0000011335 00000 п.
0000011486 00000 п.
0000011508 00000 п.
0000011658 00000 п.
0000011680 00000 п.
0000011834 00000 п.
0000011857 ​​00000 п.
0000012554 00000 п.
0000012577 00000 п.
0000012965 00000 п.
0000012988 00000 п.
0000014191 00000 п.
0000014214 00000 п.
0000015180 00000 п.
0000015203 00000 п.
0000016404 00000 п.
0000016428 00000 п.
0000017946 00000 п.
0000017970 00000 п.
0000019760 00000 п.
0000019783 00000 п.
0000020613 00000 п.
0000020636 00000 п.
0000021163 00000 п.
0000021187 00000 п.
0000022729 00000 п.
0000022752 00000 п.
0000023482 00000 п.
0000023505 00000 п.
0000024509 00000 п.
0000024533 00000 п.
0000025857 00000 п.
0000025881 00000 п.
0000027196 00000 п.
0000027219 00000 п.
0000027907 00000 н.
0000027930 00000 н.
0000028586 00000 п.
0000028610 00000 п.
0000030915 00000 п.
0000030938 00000 п.
0000031545 00000 п.
0000031568 00000 п.
0000032581 00000 п.
0000032605 00000 п.
0000034198 00000 п.
0000034221 00000 п.
0000035026 00000 п.
0000035049 00000 п.
0000035613 00000 п.
0000035637 00000 п.
0000037182 00000 п.
0000037205 00000 п.
0000037695 00000 п.
0000037718 00000 п.
0000038889 00000 п.
0000038912 00000 п.
0000039928 00000 н.
0000039951 00000 н.
0000040324 00000 п.
0000040347 00000 п.
0000040895 00000 п.
0000040918 00000 п.
0000041385 00000 п.
0000041409 00000 п.
0000042909 00000 п.
0000042932 00000 п.
0000043940 00000 п.
0000043963 00000 п.
0000044355 00000 п.
0000003397 00000 н.
0000003998 00000 н.
трейлер
]
>>
startxref
0
%% EOF

2687 0 объект
>
/ PageMode / UseNone
/ OpenAction 2688 0 R
>>
endobj
2688 0 объект
>
endobj
2821 0 объект
>
транслировать
Hb«a`ue`g`ogd @

Какова функция регулятора напряжения?

Назначение регулятора напряжения — поддерживать напряжение в цепи относительно близким к желаемому значению.Стабилизаторы напряжения являются одними из наиболее распространенных электронных компонентов, поскольку источник питания часто вырабатывает чистый ток, который в противном случае повредил бы один из компонентов в цепи. Регуляторы напряжения имеют множество специфических функций в зависимости от их конкретного применения.

Пассивное регулирование напряжения

Пассивный регулятор напряжения может использоваться, если источник питания постоянно выдает напряжение, превышающее то, что требуется компонентам в цепи. Этот тип регулятора напряжения по существу состоит из резистора с определенным набором рабочих характеристик.Пассивный регулятор напряжения снижает входящее напряжение до желаемого выходного уровня и сбрасывает избыточную энергию в виде тепла. Пассивным регуляторам часто требуется радиатор для отвода ненужного тепла.

Активное регулирование напряжения

Для цепей, требующих увеличения напряжения, потребуется активный регулятор напряжения. Такие регуляторы напряжения обычно используют какой-либо тип контура отрицательной обратной связи для управления напряжением. Это означает, что напряжение за пределами желаемого диапазона заставляет регулятор напряжения возвращать напряжение в заданный диапазон.В свою очередь, это действие заставляет регулятор напряжения перестать изменять напряжение цепи.

Регулирование электроснабжения

Регуляторы напряжения на главной линии переменного тока для управления очень большими изменениями напряжения в этих типах цепей. Трансформатор в сети имеет несколько ответвлений, которые регулируют напряжение цепи. Когда выходное напряжение сетевого регулятора падает ниже минимального значения, регулятор подключается к ответвлению с более высоким напряжением. Точно так же, когда выходное напряжение поднимается выше максимального значения, регулятор подключается к ответвлению с более низким напряжением.

Стабилизация переменного напряжения

Стабилизация переменного напряжения относится к регулированию относительно небольших колебаний переменного напряжения. Эти регуляторы напряжения обычно используются в домашних условиях, чтобы поддерживать напряжение в диапазоне, необходимом для бытовой техники. В регуляторах переменного напряжения используется сервомеханизм, который постоянно реагирует на мельчайшие изменения напряжения трансформатора, чтобы поддерживать напряжение в доме в узком диапазоне.

Стабилизация напряжения постоянного тока

Стабилизаторы напряжения постоянного тока регулируют напряжение в цепи, в которой используется аккумулятор.Они используют шунтирующее устройство, такое как лавинный пробойный диод, трубка регулятора напряжения или стабилитрон, чтобы проводить только при заданном напряжении. Шунт будет пропускать столько тока, сколько необходимо для вывода этого напряжения. Для безопасной работы стабилизатора постоянного напряжения ток от источника питания не должен превышать максимально безопасный предел напряжения шунтирующего устройства. Обычно это достигается включением в схему последовательного резистора.

Что такое регулятор напряжения и как он работает?

Большинству интегрированных ИС требуется постоянное напряжение, с которым они могут работать.Будь то простой логический вентиль или сложный микропроцессор, у них есть собственное рабочее напряжение. Наиболее распространенные рабочие напряжения — 3,3 В, 5 В и 12 В. Хотя у нас есть батареи и адаптеры постоянного тока, которые могут действовать как источник напряжения, в большинстве случаев они не могут быть напрямую подключены к нашей схеме, поскольку напряжение от них не регулируется.

Скажем, например, у нас есть батарея на 9 В, но нам нужно запустить реле 5 В, которое, очевидно, работает на 5 В. Что мы здесь делаем?

Что такое регулятор напряжения и почему мы его используем?

Вспомните школьные годы, нас учили, что на резисторах падает напряжение.Разве не было бы простым решением просто использовать резисторы для падения напряжения в соответствии с законом Ома? Но затем на резисторах падает напряжение в зависимости от протекающего через них тока. В тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять меньше тока, напряжение резко возрастает и убивает его.

Вам нужно что-то получше — напряжение не должно зависеть от тока нагрузки, по крайней мере, не сильно. Следующее простейшее решение, которое приходит вам в голову, — это делитель напряжения. Для этого нужны два резистора, но, эй, если их можно втиснуть, они также могут работать.Еще одна неприятная проблема — в тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять слишком большой ток, выход делителя проседает — верхний резистор не может удовлетворить текущую потребность. Теперь вы действительно начинаете желать, чтобы вы узнали об этом в школе. Вы можете исправить это, уменьшив номиналы резисторов, но это приведет к тому, что два резистора потребляют слишком большой ток, что, вероятно, разрушит ваш текущий бюджет и станет слишком горячим с непосредственным риском отказа.

Что еще можно было сделать? Усиление! Конечно, вам пришлось потратить на это много часов лекций! Почему бы не добавить транзистор NPN в качестве повторителя напряжения? Делитель напряжения смещения можно подключить к базе, вход шины 12 В — к коллектору, а выход к компоненту — к эмиттеру, и бинго, вы решили проблему!

Конечно, исправление работает, но оставляет неприятное ощущение — вы использовали три части, и при тестировании обнаруживаете, что сбои в шине питания 12 В идеально воспроизводятся на выходе.Конечно, это усилитель, у него нет интеллекта для автокомпенсации. Вы можете заменить нижний резистор делителя напряжения на стабилитрон, но ток, необходимый для правильного смещения стабилитрона (против таких вещей, как температурные коэффициенты и дрейф), почти равен потреблению вашего компонента, что совершенно бессмысленно.

Нет лучшего способа сделать это? Разве нет волшебного черного ящика, в котором было бы все необходимое для эффективного сброса напряжения? Миллионы EEE по всему миру пережили подобные периоды стресса (включая меня!).Конечно, не все проблемы связаны с падением напряжения, но подобные ситуации обычны в лабораториях EEE повсюду!

Но вам повезло — нужный вам компонент существует. Фактически, это одна из первых коммерческих реализаций технологии ИС (не считая операционных усилителей) — скромный стабилизатор напряжения .

Если вы когда-нибудь просмотрите техническое описание регулятора напряжения, вы будете поражены схемой, в которой они были упакованы для снижения напряжения и поддержания его в чистоте — хороший стабильный регулятор напряжения, усилители с обратной связью и компенсацией. — приличный силовой каскад.Конечно, если мы смогли вместить столько технологий в эти наши телефоны, почему бы не сделать регулировку напряжения в красивом корпусе TO-92?

Они становятся лучше с каждым днем ​​- некоторые из них потребляют не более нескольких наноампер, то есть тысячных миллионных ампер! Более того, другие поставляются с защитой от короткого замыкания и перегрева, что делает их надежными.

Регуляторы напряжения — подробный обзор

Как мы видели в разделе выше, основная задача регулятора напряжения — понижать большее напряжение до меньшего и поддерживать его стабильность, поскольку это регулируемое напряжение используется для питания (чувствительной) электроники.

Регулятор напряжения в основном доукомплектован эмиттерный повторитель, как описано выше, — транзистор, соединенный с ссылкой стабильной, что выкладывает постоянное напряжение, опуская остальное.

Они также имеют встроенный усилитель ошибки, который измеряет выходное напряжение (опять же через делитель), сравнивает его с опорным напряжением, вычисляет разность и соответственно управляет выходным транзистором. Это далеко от делителя напряжения, который точно воспроизводит входной сигнал, хотя и немного меньше.Вы не хотите, чтобы пульсации переменного тока накладывались на вашу шину постоянного напряжения.

Желательно иметь транзистор с высоким коэффициентом усиления, так как управлять силовыми транзисторами очень сложно, с жалким коэффициентом усиления в пределах двух цифр. Это было преодолено с помощью транзисторов Дарлингтона, а в последнее время — полевых МОП-транзисторов. Поскольку эти типы требуют меньшего тока для управления, общее потребление тока уменьшается. Это дополняется тем, что опорное напряжение используется внутри и потребляет очень малый ток.

Ток, который регулятор потребляет для управления всей этой внутренней схемой, когда выход не нагружен, называется током покоя. Чем меньше ток покоя, тем лучше.

Эти регуляторы построены с использованием трех транзисторов на силовом выходном каскаде — два из них в конфигурации Дарлингтона, а другой — в качестве устройства ограничения тока. Последовательные переходы CE в сумме дают падение напряжения на регуляторе около 2 В.

Это напряжение известно как напряжение падения, напряжение, ниже которого регулятор перестает регулировать.

Вы можете найти устройства, называемые LDO или стабилизаторы с малым падением напряжения, с падением напряжения около 0,4 В, поскольку они используют переключатель MOSFET.

Три клеммных регулятора

Достаточно поговорить, теперь о реальных номерах деталей.

Наиболее распространенной серией регуляторов напряжения является серия 78XX .Две цифры после 78 представляют собой выходное напряжение регулятора, например, 7805 — это регулятор 5 В, а 7812 — регулятор 12 В. Выходные напряжения, доступные с фиксированными регуляторами, охватывают широкий диапазон от 3,3 В до 24 В с хорошими значениями, такими как 5 В, 6 В, 9 В, 15 В и 18 В.

Стабилизаторы этой серии отлично подходят для большинства целей, они могут выдерживать почти 30 В на входе и, в зависимости от корпуса, выходной ток до 1 А. Они исключительно просты в использовании — подключите входной контакт к входному напряжению, а выходной контакт — к устройству, которому требуется более низкое напряжение, и, конечно же, контакт заземления к земле.

Здесь развязывающие конденсаторы необязательны, поскольку усилители обратной связи «отклоняют» входные пульсации и шум, следя за тем, чтобы они не передавались на выход. Однако, если ваше устройство потребляет более нескольких десятков миллиампер, рекомендуется не менее 4,7 мкФ на входе и выходе, предпочтительно из керамики.

Любопытно, что люди делают примитивные зарядные устройства для телефонов, используя эти регуляторы. Просто подключите батарею 9 В ко входу и соответствующий USB-разъем к выходу, и вуаля, у вас есть аварийное зарядное устройство для телефона.Эта конструкция достаточно прочная, поскольку на микросхеме встроена термозащита.

Хорошая особенность таких регуляторов напряжения заключается в том, что их распиновка практически универсальна, поэтому возможна их замена. В настоящее время большинство «транзисторных» корпусов на печатных платах представляют собой регуляторы напряжения, которые можно использовать для других проектов, поскольку они очень просты в использовании.

Увеличение выходного тока регуляторов напряжения

Одно ограничение, которое быстро преодолевает полезность, — это выходной ток, который сильно ограничен корпусом и способом его установки.

Существуют сильноточные варианты этих регуляторов, но их сложно найти.

Единственные устройства, способные выдавать большие токи, — это импульсные преобразователи постоянного тока в постоянный, но показатели выходного шума ужасны.

Возможно создание собственного сильноточного линейного стабилизатора, но в конечном итоге вы столкнетесь со всеми проблемами, упомянутыми выше.

К счастью, есть способ «захватить» стандартный регулятор с помощью нескольких дополнительных деталей и увеличить выходной ток.

Большинство этих модификаций включают добавление обходного транзистора через регулятор и управление базой с входом, как показано на рисунке ниже.

Регулируемые регуляторы

Три концевых стабилизатора довольно хороши и просты в использовании, но что, если вам нужно нестандартное выходное напряжение, такое как 10,5 В или 13 В?

Конечно, более или менее возможно захватить фиксированные регуляторы, но требуемая схема довольно сложна и превосходит основную цель простоты.

Существует

устройств, которые могут выполнять эту работу за нас, наиболее популярным из которых является LM317.

LM317 похож на любой другой линейный регулятор с входным и выходным контактами, но вместо контакта заземления есть контакт, называемый «Adjust». Этот вывод предназначен для получения обратной связи от делителя напряжения на выходе так, чтобы на выводе всегда было 1,25 В, изменяя значения сопротивления, мы можем получить разные напряжения. В техническом описании даже говорится: «устраняет запасы множества фиксированных напряжений», но, конечно, это применимо только в том случае, если вы можете позволить себе иметь эти два резистора на борту.

В таких регулируемых регуляторах хорошо то, что при небольшом изменении конфигурации они также могут служить в качестве источников постоянного тока.

Подключив резистор к выходному контакту, а регулировочный контакт — к другому концу резистора, как показано на рисунке, регулятор пытается поддерживать постоянное напряжение 1,25 В на выходном резисторе и, следовательно, постоянный ток на выходе. Эта простая схема довольно популярна среди диодных лазеров.

Фиксированные регуляторы тоже могут это делать, но напряжения падения неоправданно высоки (фактически, номинальное выходное напряжение). Однако они сработают в крайнем случае, если вы в отчаянии.

Ограничения регулятора напряжения

Самым большим преимуществом линейных регуляторов является их простота; больше нечего сказать.

Однако, как и все хорошие чипы, они имеют свой набор ограничений.

Линейные регуляторы работают как переменный резистор с обратной связью, сбрасывая ненужное напряжение.При рисовании того же тока, что и нагрузка. Эта потраченная впустую энергия преобразуется в тепло, что делает эти регуляторы горячими и неэффективными при высоких токах.

Например, регулятор 5 В с входом 12 В, работающий на токе 1 А, имеет потерю мощности (12 В — 5 В) * 1 А, что составляет 7 Вт! Это много энергии, а КПД всего 58%!

Значит, при больших перепадах входного и выходного напряжения или при больших токах регуляторы имеют жалкую энергоэффективность.

Проблема дифференциального напряжения на входе-выходе может быть решена путем последовательного подключения нескольких регуляторов с понижением выходного напряжения (до желаемого значения напряжения), так что напряжение падает ступенчато.Хотя общая рассеиваемая мощность такая же, как при использовании одного регулятора, тепловая нагрузка распределяется по всем устройствам, что снижает общую рабочую температуру.

Ограничения по мощности и эффективности можно преодолеть с помощью импульсного источника питания, но выбор зависит от области применения, нет четких правил относительно того, где и какой тип источника питания использовать.

(PDF) Конструкция трехфазного регулятора переменного напряжения с тиристором упрощает схему на основе микроконтроллера STM32

Конструкция трехфазного регулятора переменного напряжения с тиристором упрощает схему

На основе микроконтроллера STM32

Гуошун Чжоу

1 , a

, Tu Ya

1, b

, Shen Hua

1, c

, и Shukun Zhao

1, d

1

Даляньский информационный университет Neusoft, Далянь, Китай

a

zhouguoshun @ neusoft.edu.cn,

b

[email protected],

c

[email protected],

d

[email protected]

Ключевые слова: схема запуска , трехфазный асинхронный двигатель, микропроцессор STM32.

Аннотация: В данной статье представлена ​​новая конструкция схемы триггера регулирования трехфазного переменного напряжения

, использующая кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), и представлено ее применение в энергосберегающей конструкции системы управления экстрактором масла

.В конструкции используется технология фотоэлектрической развязки и межфазное соединение самого трехфазного источника питания

, для управления углами проводимости шести тиристоров

требуются только три группы запускающих сигналов. Генерация высокоточных сигналов запуска и функции регулятора PID control

реализованы путем программирования нескольких высокопроизводительных таймеров и интерфейса AD

микропроцессора STM32. Эксперименты и полевые испытания показали выполнимость предложенной схемы

.

Введение

Ключевым моментом тиристорного регулятора трехфазного источника питания является расчет угла срабатывания в

в соответствии с межфазным регулярным током трехфазного источника питания, а затем запуск

соответствующих шести тиристоры надежно и эффективно собирают сигнал синхронизации напряжения питания или тока

точно. Традиционная схема запуска тиристора разделена на режимы запуска аналоговой схемы и цифровой схемы

.Кроме того, режим цифрового запуска подразделяется на двухимпульсный триггер

, синхронизирующий с напряжением питания, синхронизирующий с напряжением питания широкий импульсный триггер, синхронизирующий двухимпульсный триггер

с током фазы питания и т. Д. Эти режимы триггера управление на спусковом крючке

тиристоров включения и выключения, при необходимости сигнала синхронизации в качестве эталона, в соответствии с заранее разработанными последовательностями

. Последовательность не должна изменяться, даже если ее нарушают снаружи.

[1, 2]

.

Для достижения высокой надежности, высокая точность регулирования трехфазного напряжения должна удовлетворять

следующим условиям: точное получение синхронизирующего сигнала, высокая точность и сильная

помехоустойчивость триггерного импульса тиристора и изоляция выхода . Для достижения целей

, указанных выше, после обращения к другим исследованиям, мы предложили эту конструкцию с использованием 32-разрядного микроконтроллера STM32 с высокой производительностью

, сочетающего в себе особую синтетическую схему запуска основной схемы

.Этот метод был проверен на реальных экспериментах и ​​подтвердил надежность управления напряжением нагрузки трехфазного двигателя

.

Общие конструкции схемы триггера по сдвигу фазы

Система регулирования напряжения триггера по сдвигу фазы состоит из выходного фазного напряжения

, цепи обнаружения сигнала синхронизации перехода через нуль, схемы обнаружения последовательности фаз

, ядро ​​STM32 и периферийная схема, генерация импульсов запуска и выходная схема, схема

фотоэлектрической развязки и возбуждения SCR и схема регулирования напряжения SCR, как показано в

Рис.1. Система может рассчитать угол коэффициента мощности в соответствии с обнаруженными сигналами нулевой синхронизации

и разностью фаз тока и напряжения нагрузки. Кроме того, он может регулировать выходное напряжение

, регулируя угол срабатывания выходной последовательности импульсов запуска, чтобы значительно улучшить коэффициент мощности

.

Прикладная механика и материалы Тт. 433-435 (2013) pp 1271-1275

Он-лайн доступен с 15 октября 2013 г. на www.Scientific.net

© (2013) Trans Tech Publications, Швейцария

doi: 10.4028 / www.scientific.net / AMM.433-435.1271

Все права защищены. Никакая часть содержания этого документа не может быть воспроизведена или передана в любой форме и любыми средствами без письменного разрешения TTP,

www.ttp.net. (ID: 59.46.174.226, Neusoft Institute of Information, Далянь, Китай-10/11 / 13,08: 28: 47)

Тиристорные регуляторы напряжения (TVR) — Kitashiba Electric Co., Ltd.

Тиристорные регуляторы напряжения (TVR)

Благодаря высокой скорости отклика и возможности частого переключения, TVR быстро реагируют на обратные потоки тока и колебания напряжения, которые происходят в распределенных источниках питания, способствуя стабильному электроснабжению.

Характеристики

• Подходит для распределенных источников питания

  Тиристорные регуляторы напряжения рассчитывают изменения первичного и вторичного напряжений из-за каждой операции переключения для определения направления потока мощности и обеспечения соответствующего управления в случае обратного потока мощности в солнечных фотоэлектрических и других системах выработки электроэнергии.

• Быстрая реакция на частые колебания напряжения

  Минимальная скорость отклика 140 мс (без переключения ответвлений, отклонение напряжения 500 В)

• Тиристорные регуляторы напряжения уменьшают колебания напряжения за счет переключения отводов.

  Функция переключения ответвлений мгновенно устраняет отклонения напряжения.

• Возможность переключения ответвлений, поддерживающая частые управляющие воздействия

  Нет ограничений на количество сделанных переключений.

• Не требует обслуживания

  Из-за использования бесконтактных переключателей для тиристоров, тиристорные регуляторы напряжения не требуют проверки устройства РПН.

TVR Характеристики

Типы регуляторов напряжения

В этом руководстве мы узнаем об одном из самых важных компонентов конструкции системы: регуляторах напряжения.Они являются неотъемлемой частью системы или, в частности, частью системы электропитания. Мы узнаем о регуляторах напряжения, о различных типах регуляторов напряжения, о принципе работы некоторых важных регуляторов напряжения.

Роль источника питания

Прежде чем углубляться в детали регулятора напряжения и различных типов регуляторов напряжения, мы сначала рассмотрим важность источника питания в конструкции системы.

Возьмите любую работающую систему: электронные наручные часы, современный смартфон или портативный компьютер.Что вы думаете о самом большом предприятии в целом? Это блок питания.

Роль источника питания заключается в обеспечении системы надежным, постоянным и повторяемым питанием для ее компонентов. В контексте электронных устройств источник питания должен обеспечивать постоянную, стабильную и регулируемую мощность для правильной работы схем.

Итак, каковы источники питания?

Двумя основными источниками питания являются: 1. Электропитание переменного тока от наших сетевых розеток и 2.Питание постоянного тока от батарей.

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенный выше список основан на доступных источниках энергии и источниках энергии.

Несмотря на то, что источник питания доступен, он еще не «готов к работе». Что это значит? Давайте разберемся в этом на примере компьютерной системы.

Обычно компьютерная система или, скорее, электроника компьютерной системы требует регулируемого постоянного напряжения. ЦП работает от 1,2 В до 1,8 В постоянного тока (зависит от ЦП), порты USB работают от 5 В постоянного тока, механическим жестким дискам требуется как 5 В, так и 12 В постоянного тока и так далее.

Если напряжение выше или ниже требуемой величины, компонент может не работать или, в худшем случае, он может выйти из строя и не подлежит ремонту. Поэтому важно «регулировать» напряжение до приемлемого диапазона.

Вот где на сцену выходят регуляторы напряжения. Источником может быть переменный ток от сетевой розетки или постоянный ток от батарей, требования для любой электронной системы одинаковы: регулируемое постоянное напряжение.

Регуляторы напряжения

Регулятор напряжения — это устройство или схема, которая отвечает за обеспечение постоянного напряжения постоянного тока для электронной нагрузки.На следующем изображении показан типичный блок питания с регулятором напряжения.

Как упоминалось ранее, работа источника питания постоянного тока состоит в том, чтобы получать питание переменного тока от сетевых розеток (обычно 240 В при 50 Гц) и преобразовывать его в постоянный выходной ток постоянного тока. В этом процессе переменное напряжение из сети сначала выпрямляется с помощью схемы выпрямителя, чтобы создать пульсирующее постоянное напряжение.

Этот пульсирующий постоянный ток затем фильтруется для получения относительно плавного напряжения. Наконец, регулятор напряжения обеспечивает постоянное выходное напряжение.

Компоненты регулятора напряжения

Вообще говоря, каскад регулятора напряжения источника питания обычно состоит из трех компонентов:

• Цепь обратной связи
• Стабильная Опорное напряжение
• Цепь управления проходным элементом

Процесс регулирования напряжения прост. Цепь обратной связи помогает обнаруживать изменения выходного постоянного напряжения. В зависимости от обратной связи и опорного напряжения, сигнал управления затем производится для приведения в действие элемента Pass, чтобы компенсировать вариации.

Если говорить о проходном элементе, то это твердотельное полупроводниковое устройство, такое как диод с PN переходом, транзистор BJT или полевой МОП-транзистор. Теперь выходное напряжение D остается почти постоянным.

Различные типы регуляторов напряжения

Стабилизаторы напряжения

могут быть реализованы с использованием дискретных компонентных схем или ИС. В зависимости от исполнения регуляторы напряжения можно разделить на два типа:

• Линейные регуляторы напряжения
• Импульсные регуляторы напряжения

Принимая во внимание приведенное выше обсуждение компонентов регулятора напряжения и его основных функций, предположим, что проходным элементом в цепи регулятора напряжения является транзистор.

Этот транзистор может работать как в активной области, так и как переключатель для регулирования выходного напряжения. Если транзистор остается в активной или омической области или линейной области своей работы во время регулирования напряжения, то регулятор называется линейным регулятором напряжения.

Когда транзистор работает в состоянии отсечки и состояния насыщения, то есть он переключается между состоянием выключения и состоянием насыщения, то регулятор называется регулятором напряжения переключения.

Теперь давайте погрузимся в оба этих регулятора напряжения и более подробно рассмотрим их работу и типы.

Линейные регуляторы напряжения

Первоначальной формой регуляторов в регулирующих источниках питания являются линейные регуляторы напряжения. В линейном регуляторе напряжения переменная проводимость активного проходного элемента (обычно BJT или MOSFET) отвечает за регулирование выходного напряжения.

Когда нагрузка подключена, изменения входа или нагрузки приведут к изменению тока через транзистор, так что выходной сигнал будет оставаться постоянным.Чтобы транзистор мог изменять свой ток (ток коллектор-эмиттер в случае BJT), он должен работать в активной или омической области (также известной как линейная область).

Во время этого процесса линейный регулятор напряжения тратит много энергии, так как сетевое напряжение, то есть разница между входом и выходом падает в транзисторе и рассеивается в виде тепла.

Обычно линейные регуляторы напряжения делятся на пять категорий. Их:

• Положительные регулируемые регуляторы
• Регулируемые отрицательные регуляторы
• Регуляторы с фиксированным выходом
• Регуляторы слежения
• Плавающие регуляторы

Примером положительных регулируемых линейных регуляторов напряжения является знаменитая ИС регулятора LM317.Выходное напряжение LM317 можно регулировать в пределах от 1,2 В до 37 В.

Переходя к линейным регуляторам напряжения с фиксированным выходом, знаменитая серия ИС регуляторов напряжения 78XX попадает в эту категорию. 7805 — это обычно используемый стабилизатор постоянного напряжения с выходом 5 В.

Преимущества линейных регуляторов напряжения

Преимущества линейных регуляторов напряжения следующие:

• Реализация линейных регуляторов напряжения очень проста и удобна в использовании.
• Несмотря на рассеиваемую мощность, линейные регуляторы напряжения обладают надежной защитой от перегрузки по току и тепловой защитой.

Для работы регуляторов регулируемого напряжения

• требуется очень мало внешних компонентов. Стабилизаторы постоянного напряжения почти не требуют внешних компонентов (может быть пара байпасных конденсаторов).
• При невысокой стоимости у вас есть широкий выбор напряжения и тока.

Недостатки линейных регуляторов напряжения

Недостатки линейных регуляторов напряжения следующие:

• Обычно линейные регуляторы напряжения понижают только i.е. выходное напряжение всегда меньше входного.
• При работе от сети переменного тока требуется понижающий трансформатор для доведения напряжения до рабочего уровня. Следовательно, они обычно громоздкие.
• Поскольку регулирование осуществляется путем рассеивания избыточной мощности в виде тепла, они имеют тенденцию сильно нагреваться, и использование радиатора неизбежно.
• Кроме того, у линейных регуляторов обычно очень низкий КПД, где-то от 20% до 60%.

Кроме того, линейные регуляторы напряжения снова классифицируются в зависимости от способа подключения нагрузки.Их:

Регуляторы напряжения серии
• Шунтирующие регуляторы напряжения

Давайте теперь кратко рассмотрим оба этих типа линейных регуляторов напряжения.

Регулятор напряжения серии

В линейных регуляторах напряжения, если активный проходной элемент, то есть, например, транзистор, подключен последовательно с нагрузкой, то он известен как последовательные регуляторы напряжения.

На следующей схеме показан типичный линейный последовательный регулятор напряжения.

В этой схеме выходное напряжение регулятора измеряется через сеть делителей напряжения R1 и R2. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением V _REF . Результирующий сигнал ошибки будет контролировать проводимость проходного транзистора.

В результате напряжение на транзисторе изменяется, а выходное напряжение на нагрузке по существу поддерживается постоянным.

Тип последовательного регулятора напряжения — стабилизатор напряжения на стабилитроне, который может поддерживать постоянное напряжение на нагрузке.

Этот тип регулятора напряжения может уменьшить пульсации в источнике питания и улучшить регулирование. Но из-за ненулевого сопротивления стабилитрона эффективность невысока. Это можно улучшить, ограничив ток Зенера.

Шунтирующий регулятор напряжения

Шунтирующий регулятор напряжения отличается от последовательного регулятора напряжения. Если проходной транзистор в линейном регуляторе напряжения подключен параллельно нагрузке, то этот регулятор называется шунтирующим регулятором напряжения.

Дополнительно имеется резистор ограничения напряжения, включенный последовательно с нагрузкой. На следующем изображении показан типичный шунтирующий стабилизатор напряжения.

В этой схеме, проводимость транзистора управляется на основе обратной связи и опорного напряжения таким образом, что ток через резистор остается постоянным. При изменении тока через транзистор напряжение на нагрузке остается практически постоянным.

По сравнению с последовательными регуляторами, шунтирующие регуляторы немного менее эффективны, но имеют более простую реализацию.

Импульсные регуляторы напряжения

В обоих линейных регуляторах напряжения, то есть последовательном регуляторе и шунтирующем регуляторе, активный проходной элемент, то есть транзистор, работает в своей линейной области. Изменяя проводимость транзистора, выходное напряжение поддерживается на желаемом уровне.

Напротив, импульсный регулятор работает немного иначе, чем линейный регулятор, в том смысле, что проходной транзистор действует как переключатель, то есть он либо остается в выключенном состоянии (область отсечки), либо во включенном состоянии (область насыщения).

Регулируя время включения проходного транзистора, выходное напряжение поддерживается на постоянном уровне.

Блок-схема типичного импульсного источника питания показана ниже.

На самом деле, есть отдельное руководство по импульсному источнику питания или SMPS с рабочими, типами и их работой. Для получения дополнительной информации прочтите « Импульсный источник питания ».

Преимущества импульсного регулятора напряжения

• Основное преимущество импульсных источников питания или импульсных регуляторов напряжения — это эффективность.Обычно с лучшей конструкцией можно достичь эффективности до 95%.
• Поскольку транзистор колеблется между состояниями ВКЛЮЧЕНО и ВЫКЛЮЧЕНО, и время, в течение которого он остается в активной области, очень мало, количество потерянной мощности очень меньше.
• Выходное напряжение может быть выше или ниже входного.
• Не требуется понижающий или повышающий трансформатор, но требуется крошечный высокочастотный переключающий трансформатор.

Недостатки импульсных регуляторов напряжения

• Сложность конструкции импульсного блока питания очень высока.
• Из-за частого переключения транзистора и, как следствие, тока транзистора, возникают высокие помехи и шум.

По конструкции схемы импульсные регуляторы напряжения можно разделить на две топологии.

• Преобразователи без изоляции
• Изолированные преобразователи

В неизолированных преобразователях снова есть несколько типов, но наиболее важными из них являются:

• Понижающий регулятор напряжения (понижающий преобразователь)
• Повышающий регулятор напряжения (повышающий преобразователь)
• Понижающий / повышающий преобразователь

В изолированных преобразователях существует два основных типа.Их:

• Обратные преобразователи
• Прямые преобразователи

Все эти типы обсуждаются в разделе Импульсный источник питания. Так что обратитесь к этому документу для получения дополнительной информации.

Понижающий регулятор напряжения (понижающий преобразователь)

В понижающем регуляторе напряжения или понижающем преобразователе выходное напряжение меньше входного. На следующем изображении показан типичный понижающий преобразователь.

Повышающий регулятор напряжения (повышающий преобразователь)

В отличие от понижающего преобразователя, повышающий преобразователь или регулятор повышающего напряжения обеспечивает напряжение на выходе выше, чем на входе.

На следующем изображении показан типичный повышающий преобразователь.

Существует множество других топологий импульсных регуляторов напряжения, таких как непрерывный, прерывистый, полумостовой, полный мост и т. Д.

AVR Guide: Электронный регулятор напряжения с переключением ответвлений

Электронный регулятор напряжения с переключением ответвлений

Типичный электронный регулятор напряжения с переключением ответвлений работает очень похоже на механический регулятор с переключением ответвлений, за исключением того, что он заменяет механические сервоприводы и щетки твердотельными полупроводниковыми переключателями.Вместо использования двигателя для перемещения щеток, подключенных к выходу регулятора, электронный регулятор напряжения будет иметь ответвления на вторичной стороне трансформатора, управляемые (вкл. Или выкл.) Полупроводниковыми переключателями (например, кремниевым выпрямителем — «SCR»).

В классификации электронных регуляторов напряжения с переключением ответвлений существует два различных типа: полупроводниковый тип полной мощности и тип последовательного трансформатора.

Полнофункциональный полупроводниковый (FPS) тип электронного регулятора напряжения с переключением ответвлений наиболее аналогичен сервопереключателю и является наиболее распространенным типом электронного регулятора напряжения.Во время работы все переключатели SCR, кроме одного, будут «выключены», поэтому ток течет только через нужный отвод. Когда контроллер обнаруживает необходимость в переключении ответвлений, он «выключает» переключатель SCR одним нажатием, а затем включает SCR для соответствующего ответвления. Благодаря отсутствию механических компонентов, которые необходимо перемещать, и сверхбыстрому непоследовательному переключению отводов SCR, электронный регулятор напряжения отводов может корректировать уровни напряжения намного быстрее, чем его механический аналог. Скорость и простота электронного регулятора напряжения с переключением ответвлений действительно имеют свою цену: в отличие от механических регуляторов напряжения, тиристоры легко повреждаются высокими токами, такими как броски тока, токи перегрузки или короткого замыкания.

В электронном регуляторе напряжения с переключением ответвлений в серийном трансформаторе (ST) используются тиристоры, подключенные к ответвлениям аналогично конструкции FPS, однако в конструкции ST используются дополнительные компоненты трансформатора для изоляции тиристоров от пути тока нагрузки. Эта изоляция обеспечивает электронному регулятору напряжения с переключением ответвлений типа ST скорость и простоту EVR типа FPS, а также высокую устойчивость к чрезмерным токам механического регулятора напряжения.