Регулирование переменного напряжения, тока

Регулирование переменного напряжения, тока

Транзисторные преобразовательные устройства и в настоящее время уступают преобразовательным устройствам на управляемых диодах –тиристорах по величинам коммутируемых напряжений и токов, по мощности управляющего сигнала в тысячи раз меньшей регулируемой мощности.

Тиристорные преобразователи применяются в электроприводах постоянного и переменного тока средней и большой до нескольких мегаватт мощности, в гальваническом и электролизном производстве до сотен тысяч ампер, в линиях передач высокого напряжения и во многих других устройствах.

Развитие технологии, полупроводниковой промышленности позволяют создавать преобразовательные устройства на транзисторах, сопоставимые по величинам регулируемой мощности, напряжениям с тиристорными преобразователями. Благодаря возможности полного управления транзистором создаются более совершенные по своим качественным показателям устройства.

Особенности работы тиристорных, транзисторных преобразователей рассматриваются на примере регуляторов переменного напрряжения.

Принцип действия

Работа тиристора по следующей простой схеме.

К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.

Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Часто на схемах его обозначают буквой «G», что обозначает gate, или по-русски затвор (управляющий вывод).

Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.

Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние.

Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.

Особенности устройства

Фиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:

Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике. И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии.

Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом. Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи.

Основные параметры тиристоров

• Максимально допустимый прямой ток. Это максимальное значение тока открытого тиристора. У мощных приборов оно достигает сотен ампер.
• Максимально допустимый обратный ток.
• Прямое напряжение. Это падение напряжения при максимальном токе.
• Обратное напряжение. Это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии, при котором тиристор может работать без нарушения его работоспособности.
• Напряжение включения. Это минимальное напряжение, приложенное к аноду. Здесь имеется ввиду минимальное напряжение, при котором вообще возможна работа тиристора.
• Минимальный ток управляющего электрода. Он необходим для включения тиристора.
• Максимально допустимый ток управления.
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Динамический параметр

Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала.

Виды тиристоров

По способу управления разделяют на:

• Диодные тиристоры, или по-другому динисторы. Они открываются импульсом высокого напряжения, которое подается на катод и анод.
• Триодные тиристоры, или тринисторы. Они открываются током управления электродом.

Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:

• Управление катодом – напряжение, образующее ток управления, поступает на электрод управления и катод.
• Управление анодом – управляющее напряжение подходит на электрод и анод.

Запирание тиристора производится:

• Уменьшением анодного тока – катод меньше тока удержания.
• Подачей напряжения запирания на электрод управления.

По обратной проводимости тиристоры делятся:

• Обратно-проводящие – имеют малое обратное напряжение.
• Обратно-непроводящие – обратное напряжение равно наибольшему прямому напряжению в закрытом виде.
• С ненормируемым обратным значением напряжения – изготовители не определяют значение этой величины. Такие приборы применяются в местах, где обратное напряжение исключено.
• Симистор – пропускает токи в двух направлениях.

Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.

По быстродействию разделяют по времени отпирания (включения) и времени запирания (отключения).

Разделение тиристоров по мощности

При действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности.

Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде.

Простая сигнализация на основе тиристора

На основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор. Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка.

Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.

Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.

Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом.

Регулятор мощности на тиристоре

Теперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Схема простая и содержит всего пять деталей.

• Полупроводниковый диод VD.
• Переменный резистор R1.
• Постоянный резистор R2.
• Конденсатор С.
• Тиристор VS.

Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. В качестве диода можно использовать КД209, тиристор КУ103В или мощнее. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт.

Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.

Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться.

К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода. Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.

На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность. Схема позволяет изменять мощность от 50 до 100%. Для паяльника это в самый раз подходит.

Изобретение относится к области электротехники и.может быть использовано для регулирования переменного напряжения Цель изобретения — расширение диапазона изменения напряжения и повышение его стабильности. Величину напряжения на нагрузке 3 меняют, изменяя время включенного состояния тиристора 2. В первой половине полупериода тиристор 2 закрыт, так как резистор 12 обеспечивает включение тиристора 2 только при напряже- НИИ, близком к максимальному. При большой величине напряжения открыт ключевой транзистор 10, шунтирующий вход тиристора 2. Во второй половине полупериода ключевой транзистор 10 закрьшается, когда напряжение на выходе делителя напряжения из резистора 7 и переменного резистора 8 равно напряжению стабилитрона 9, После закрытия ключевого транзистора Ю:,ткрк- стор 2 открывается, а конденсатор 6 разряжается по цепи диод 13 -. тирисг тор 2. Напряжение на нагрузке определяется напряжением стабилитрона 9, напряжением нижней части переменного резистора 8 и не зависит от напряжения сети, за счет чего достигается -поставленная цель. 3 з.п. ф-лы, 2 ил, 2 § (Л 7г Ю 00 isd N9 00 ф

Составитель д.Зенченко . Редактор С.Патрушева Техред В.Кадар Корректор И.Муска

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Схема тиристорного регулятора сварочного тока

Принципы дуговой сварки известны всем, кто сталкивался со сварочными работами. Для получения сварочного соединения, требуется создать электрическую дугу. Она возникает в том момент, когда напряжение подается между сварочным электродом и свариваемым материалом. Под действием тока дуги металл расплавляется, образуя между торцами своеобразную расплавленную ванну. Когда шов остывает, обе металлические детали оказываются крепко соединенными между собой.

В нашей стране частота переменного тока составляет 50 Гц, фазное напряжение питания – 220 В. В каждом сварочном трансформаторе имеется две обмотки – первичная и вторичная. Напряжение вторичной обмотки трансформатора или вторичное напряжение составляет 70 В.

Сварка может проводиться в ручном или автоматическом режиме. В домашних условиях, когда создан регулятор тока и напряжения своими руками, сварочные работы выполняются ручным способом. Автоматическая сварка используется в промышленном производстве при больших объемах работ.

Ручная сварка имеет ряд параметров, подлежащих изменениям и регулировкам. Прежде всего, это касается силы сварочного тока и напряжения дуги. Кроме того, может изменяться скорость электрода, его марка и диаметр, а также количество проходов, требующихся на один шов. В связи с этим, большое значение имеет правильный выбор параметров и поддержание их оптимальных значений в течение всего сварочного процесса. Только таким образом можно обеспечить качественное сварное соединение.

Изменение силы тока при сварке может выполняться различными способами. Наиболее простой из них заключается в установке пассивных элементов во вторичной цепи. В этом случае используется последовательное включение в сварочную цепь резистора или дросселя. В результате, сила тока и напряжение дуги изменяется за счет сопротивления и вызванного им падения напряжения. Дополнительные резисторы позволяют смягчить вольтамперные характеристики источника питания. Они изготавливаются из нихромовой проволоки диаметром 5-10 мм. Данный способ чаще всего используется, когда требуется изготовить регулятор тока. Однако такая конструкция обладает небольшим диапазоном регулировок и сложностями перестройки параметров.

Следующий способ регулировок связан с переключением количества витков трансформаторных обмоток. За счет этого происходит изменение коэффициента трансформации. Данные регуляторы просты в изготовлении и эксплуатации, достаточно всего лишь сделать отводы при намотке витков. Для коммутации применяется переключатель, способный выдерживать большие значения тока и напряжения.

Нередко регулировки осуществляются путем изменения магнитного потока трансформатора. Этот способ также применяется, когда необходимо сделать регулятор тока своими руками. В этом случае для регулировки используется подвижность обмоток, изменение зазора или ввод магнитного шунта.