În diferite dispozitive electronice din circuitele de curent alternativ, tiristoarele și triacurile sunt utilizate pe scară largă ca întrerupătoare de alimentare. Acest articol are scopul de a ajuta la alegerea unei scheme de control pentru astfel de dispozitive.
Cel mai simplu mod de a controla tiristoarele este de a alimenta electrodul de control al dispozitivului cu un curent continuu de mărimea necesară pentru a-l porni (Fig. 1). Cheia SA1 din fig. 1 și în figurile ulterioare - acesta este orice element care asigură închiderea circuitului: un tranzistor, treapta de ieșire a unui microcircuit, un optocupler etc. Această metodă este simplă și convenabilă, dar are un dezavantaj semnificativ - necesită un putere mare a semnalului de control. În tabel 1 prezintă cei mai importanți parametri pentru asigurarea controlului fiabil al unora dintre cele mai comune tiristoare (primele trei poziții sunt ocupate de tiristoare, restul de triacuri). La temperatura camerei, pentru a garanta pornirea tiristoarelor enumerate, este necesar un curent electrod de control Iу on de 70–160 mA. În consecință, la o tensiune de alimentare tipică pentru unitățile de control asamblate pe microcircuite (10–15 V), este necesară o putere constantă de 0,7–2,4 W.
Rețineți că polaritatea tensiunii de control pentru SCR este pozitivă în raport cu catodul, iar pentru triacuri este fie negativă pentru ambele semicicluri, fie coincide cu polaritatea tensiunii la anod. De asemenea, puteți adăuga că adesea, în conformitate cu instrucțiunile de aplicare, joncțiunea de control a SCR-urilor cu o rezistență de 51 ohmi (R2 în Fig. 1) trebuie să fie ocolită și nu este necesară o bypass pentru triac-uri.
Valorile reale ale curentului electrodului de control, suficiente pentru a porni tiristorul, sunt de obicei mai mici decât cifrele date în tabel. 1, prin urmare, adesea merg să-l reducă în raport cu valorile garantate: pentru tiristoare - la 7–40 mA, pentru triac - la 50–60 mA. O astfel de scădere duce adesea la funcționarea nesigură a dispozitivelor și la necesitatea testării preliminare sau a selecției tiristoarelor. O scădere a curentului de control poate duce, de asemenea, la interferențe cu recepția radio, deoarece tiristoarele sunt pornite la curenți scăzuti ai electrodului de control la o tensiune relativ mare la anod - câteva zeci de volți, ceea ce duce la supratensiuni de curent prin sarcină și, în consecință, la interferențe puternice.
Dezavantajul controlului cu curent continuu al tiristoarelor este conexiunea galvanică dintre sursa semnalului de control și rețea. Dacă într-un circuit cu un triac (Fig. 1, b), cu conexiunea corespunzătoare a firelor de rețea, sursa semnalului de control poate fi conectată la firul neutru, atunci când se utilizează un trinistor (Fig. 1, a) această posibilitate apare numai dacă puntea redresoare VD1–VD4 este exclusă. Acesta din urmă duce la o alimentare cu tensiune în jumătate de undă a sarcinii și la o reducere de două ori a puterii furnizate acesteia.
În prezent, din cauza consumului mare de energie, pornirea tiristoarelor cu curent continuu cu alimentare fără transformator la unitățile de pornire (cu rezistor de stingere sau condensator) nu este practic utilizată.
Una dintre opțiunile de reducere a puterii consumate de unitatea de comandă este utilizarea unei secvențe continue de impulsuri cu un ciclu de lucru relativ ridicat în locul curentului continuu. Deoarece timpul de pornire al tiristoarelor tipice este de 10 μs sau mai puțin, este posibil să se aplice impulsuri de aceeași durată electrodului lor de control cu un ciclu de lucru, de exemplu, 5–10–20, care corespunde unei frecvențe de 20. -10-5 kHz. În acest caz, consumul de energie este, de asemenea, redus de 5–10–20 de ori, respectiv.
Cu toate acestea, această metodă de control dezvăluie câteva noi deficiențe. În primul rând, tiristorul este pornit nu chiar la începutul semiciclului de tensiune de rețea, ci în momente arbitrare de timp separate de începutul semiciclului de un timp care nu depășește perioada impulsurilor de declanșare, adică 50–100–200 μs.
În acest timp, tensiunea rețelei poate crește la aproximativ 5–10–20 V. Acest lucru duce la interferențe cu recepția radio și la o scădere ușoară a tensiunii de ieșire, cu toate acestea, este greu de observat.
Mai este o problemă. Dacă, atunci când este pornit la începutul semiciclului în timpul impulsului de declanșare, curentul prin tiristor nu atinge curentul de menținere (Isp, Tabelul 1), tiristorul se va opri după sfârșitul pulsului. Următorul impuls va porni din nou tiristorul și nu se va opri numai dacă până la sfârșitul impulsului curentul prin acesta este mai mare decât curentul de menținere. Astfel, curentul prin sarcină va lua mai întâi forma mai multor impulsuri scurte și abia apoi o formă sinusoidală.
Dacă sarcina este activ inductivă (de exemplu, un motor electric), curentul prin ea în timpul impulsului scurt de comutare poate să nu aibă timp să atingă valoarea curentului de menținere, chiar și atunci când tensiunea instantanee în rețea este maximă. Tiristorul se va opri după sfârșitul fiecărui impuls. Acest dezavantaj limitează durata impulsurilor de declanșare de jos și poate anula reducerea consumului de energie.
Circuit de comutare pentru un tiristor și triac cu declanșare impuls
Utilizarea pornirii prin impuls facilitează izolarea galvanică între unitatea de control și rețea, deoarece chiar și un transformator mic cu un raport de transformare apropiat de 1:1 o poate asigura. De obicei, este înfășurat pe un inel de ferită cu un diametru de 16–20 mm, cu izolație atentă între înfășurări. Trebuie avută grijă împotriva utilizării transformatoarelor industriale mici de impulsuri. În general, au o tensiune de izolație scăzută (aproximativ 50-100 V) și pot provoca șoc electric dacă se consideră că circuitul de comandă este izolat de rețea atunci când acționează dispozitivul.
Circuit de comutare pentru un tiristor și triac cu declanșare impuls.
Reducerea puterii necesare pentru controlul impulsurilor și posibilitatea introducerii izolației galvanice fac posibilă utilizarea sursei de alimentare fără transformator în unitățile de control cu tiristoare.
Pornirea tiristorului printr-o cheie și un rezistor de limitare
Al treilea mod răspândit de a porni tiristoarele este de a furniza un semnal electrodului de control de la anodul său printr-un comutator și un rezistor de limitare (Fig. 2). Într-un astfel de nod, curentul trece prin comutator timp de câteva microsecunde în timp ce tiristorul pornește, dacă tensiunea la anod este suficient de mare. Releele electromagnetice cu zgomot redus, tranzistoarele bipolare de înaltă tensiune, fotodinistoarele sau fototriacurile sunt folosite ca chei (circuite din Fig. 2, respectiv). Metoda de pornire a unui tiristor este simplă și convenabilă, nu este critică pentru prezența unei componente inductive în sarcină, dar are un dezavantaj care este adesea ignorat.
Dezavantajul se datorează cerințelor contradictorii pentru rezistența de limitare R1. Pe de o parte, rezistența sa ar trebui să fie cât mai mică posibil, astfel încât tiristorul să pornească cât mai aproape posibil de începutul semiciclului de tensiune de rețea. Pe de altă parte, atunci când cheia este deschisă pentru prima dată, dacă nu este sincronizată cu momentul în care tensiunea rețelei trece prin zero, tensiunea de pe rezistența R1 poate atinge amplitudinea tensiunii de rețea, adică 310–350 V. Impulsul de curent prin acest rezistor nu trebuie să depășească valorile permise pentru cheia și tranziția de control a tiristorului. În tabel Tabelul 2 prezintă câțiva parametri ai celor mai frecvent utilizate fototiristoare domestice (dispozitive din seriile AOU103/3OU103 și AOU115 - fotodinistoare, AOU - fototriac). Pe baza valorilor curentului maxim admisibil de control al impulsului (Tabelul 1) și al curentului maxim al impulsului prin comutator (Tabelul 2), este posibil să se determine rezistența minimă admisă a rezistenței de limitare pentru fiecare pereche specifică de dispozitive. De exemplu, pentru o pereche de KU208G (Iу, incl max = 1 A) și AOU160A (Imax, imp = 2 A), puteți selecta R1 = 330 Ohm. Dacă curentul electrodului de control la care triacul este pornit corespunde valorii sale maxime de 160 mA, triacul se va porni la o tensiune anodică de 0,16 330 = 53 V.
Ca și în cazul furnizării de impulsuri de control cu un ciclu de lucru relativ mare, acest lucru duce la interferențe și la o scădere ușoară a tensiunii de ieșire. Deoarece sensibilitatea reală a tiristoarelor la electrodul de control este de obicei mai bună, întârzierea deschiderii tiristorului față de începutul semiciclului este mai mică decât valoarea limită calculată mai sus.
Rezistența rezistorului de limitare R1 poate fi redusă cu valoarea rezistenței de sarcină, deoarece în momentul pornirii sunt conectate în serie.
În plus, dacă sarcina este garantată a fi de natură inductivă-rezistivă, rezistența rezistenței specificate poate fi redusă și mai mult. Totuși, dacă sarcina sunt lămpi cu incandescență, trebuie să ne amintim că rezistența lor la rece este de aproximativ zece ori mai mică decât cea de lucru.
De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că curentul de comutare al triacilor are o valoare diferită pentru semi-undele pozitive și negative ale tensiunii de rețea. Prin urmare, în tensiunea de ieșire poate apărea o componentă DC mică.
Dintre fotodinistoarele din seria AOU103/3OU103, doar 3OU103G sunt potrivite pentru controlul tiristoarelor într-o rețea de 220 V la tensiunea maximă admisă, dar s-a verificat în mod repetat că atât AOU103B, cât și AOU103V sunt potrivite pentru funcționarea în acest mod.
Diferența dintre dispozitivele cu indici B și C este că nu este permisă furnizarea tensiunii de polaritate inversă la AOU103B. Diferența dintre AOU115G și AOU115D este similară: dispozitivele cu indice D permit furnizarea de tensiune inversă, cele cu indice G nu.
O reducere semnificativă a puterii consumate de circuitele de control poate fi realizată prin pornirea curentului electrodului de control în momentul în care tiristorul este pornit. Două variante ale diagramelor nodurilor de control care oferă acest mod sunt prezentate în Fig. 3.
Pornirea SCR în circuitul din Fig. 3, și are loc în momentul închiderii contactelor cheii SA1. După ce SCR este pornit, elementul DD1.1 este oprit și curentul electrodului de control se oprește, ceea ce economisește semnificativ consumul în circuitul de control. Dacă tensiunea tiristorului în momentul în care este pornit SA1 este mai mică decât pragul de comutare al DD1.1, tiristorul nu se va porni până când tensiunea de pe el nu atinge acest prag, adică devine puțin mai mare de jumătate din tensiunea de alimentare. a microcircuitului. Tensiunea de prag poate fi reglată prin selectarea rezistenței brațului inferior al divizorului rezistorului R6. Rezistorul R2 oferă un nivel logic scăzut la intrarea 1 a elementului DD1.1 când tiristorul VS1 și puntea de diode VD2 sunt închise.
Pentru a porni un triac într-un mod similar, este necesară o unitate de control bipolară pentru elementul de potrivire DD1.1 (Fig. 3, b). Această unitate este asamblată folosind tranzistoarele VT1, VT2 și rezistențele R2–R4. Tranzistorul VT1 este conectat conform unui circuit de bază comun, iar tensiunea de pe colectorul său devine mai mică decât pragul de comutare al elementului DD1.1 atunci când tensiunea la anodul triacului VS1 este pozitivă în raport cu catodul și o depășește cu aproximativ 7 V. În mod similar, tranzistorul VT2 intră în saturație atunci când tensiunea negativă la anod devine mai mare ca mărime decât –6 V.
O astfel de unitate pentru separarea momentului în care tensiunea trece prin zero este utilizată pe scară largă în diferite dezvoltări. În ciuda întregii lor atractive aparente, unitățile realizate conform diagramelor prezentate în Fig. 3 și altele similare au un dezavantaj semnificativ: dacă din anumite motive tiristorul nu pornește, curentul prin electrodul său de control va curge la nesfârșit. Prin urmare, este necesar să se ia măsuri speciale pentru a limita durata impulsului sau pentru a proiecta sursa de alimentare pentru curent complet, adică pentru aceeași putere ca și pentru nodurile conform diagramei din Fig. 1.
Cele mai economice scheme de control folosesc formarea unui singur impuls de comutare în apropierea trecerii cu zero a tensiunii rețelei. Două diagrame simple ale unor astfel de modelatori sunt prezentate în Fig. 4, iar diagramele de timp ale funcționării lor sunt în Fig. 5 (a și, respectiv, b). Dezavantajul, deși complet nesemnificativ în majoritatea cazurilor, este că prima pornire nu are loc chiar la începutul semiciclului de tensiune de rețea, ci chiar la sfârșitul celui în care întrerupătorul SA1 a fost închis.
Durata dublă a impulsului de comutare 2T0 este determinată de pragul de comutare al elementului OR NOT, ținând cont de divizorul R2R3 (Fig. 4, a) sau de pragul de formare la VT1, VT2 (Fig. 4, b), și se calculează prin formula
13.jpg (613 octeți)
Viteza de modificare a tensiunii de rețea în timpul trecerii la zero
14.jpg (926 de octeți)
iar la Uthr = 50 V, durata dublă va fi 2T0 = 1 ms. Ciclul de funcționare al impulsurilor este de 10, iar consumul mediu de curent este de 10 ori mai mic decât valoarea amplitudinii necesară pentru a porni în mod fiabil tiristorul.
Durata minimă a impulsului de comutare este determinată de faptul că acesta trebuie să se termine nu mai devreme de când curentul prin sarcină ajunge la curentul de menținere al tiristorului. De exemplu, dacă sarcina are o putere de 200 W (Rn = 2202/200 = 242 Ohm), iar curentul de menținere al triacului KU208 este de 150 mA, atunci acest curent se realizează la o tensiune de rețea instantanee de 242 0,15 = 36 V, adică la o rată de creștere de 100 V/ms, sfârșitul impulsului de declanșare nu trebuie să fie mai devreme de 360 μs din momentul în care tensiunea trece de zero. Consumul de energie poate fi redus de aproximativ zece ori mai mult prin alimentarea elementelor SAU - NU circuitele din Fig. 1 - la a treia intrare. 4 secvență continuă de impulsuri (indicată prin linii întrerupte), așa cum a fost menționat la începutul articolului în raport cu nodurile conform diagramelor din Fig. 1. În acest caz, apar aceleași dezavantaje ca și la furnizarea continuă de impulsuri la electrodul de control.
Pentru a reduce pierderile de putere, este posibil să se formeze în noduri conform diagramelor din Fig. 4 impuls, diferențiază-l și folosește marginea de fugă diferențiată ca declanșator pentru tiristor (Fig. 6). Parametrii acestui impuls de declanșare Ti ar trebui aleși după cum urmează. Ar trebui să înceapă cât mai curând posibil după ce tensiunea de rețea trece prin zero, astfel încât creșterea curentului prin sarcină în momentul pornirii la începutul fiecărui semiciclu să fie minimă, iar interferența și pierderile de putere să fie minime. Aici, lățimea impulsului generat în momentul trecerii tensiunii rețelei prin zero este limitată de jos doar de timpul de reîncărcare a circuitului de diferențiere C1R7 și poate fi destul de mică, dar finită. Impulsul ar trebui să se termine, ca și pentru opțiunea anterioară, nu mai devreme decât atunci când curentul prin sarcină atinge curentul de menținere al tiristorului.
Când nodurile funcționează conform diagramelor din Fig. 7 și 8, aplicarea unui impuls de pornire electrodului de comandă redresează caracteristica de ieșire a tiristorului în momentul în care tensiunea rețelei trece prin zero și, cu durata impulsului selectată corect, menține tiristorul în starea de pornire până la curentul de menținere. este atins, chiar și în prezența unei mici componente inductive a sarcinii. Sursa de alimentare pentru astfel de unități poate fi asamblată folosind un circuit fără transformator cu o rezistență de stingere sau, chiar mai bine, un condensator. Această conexiune a tiristoarelor nu creează interferențe cu recepția radio și poate fi recomandată pentru toate cazurile de control al sarcinilor cu o componentă inductivă mică.
Dacă sarcina are o natură inductivă pronunțată, putem recomanda circuitele de control prezentate în Fig. 2. Pentru a reduce interferența cu recepția radio, este necesar să includeți filtre de suprimare a zgomotului în firele de rețea, iar dacă firele de la regulator la sarcină au o lungime vizibilă, atunci și aceste fire.
Opțiunile pentru controlul tiristoarelor atunci când sunt utilizate ca întrerupătoare au fost discutate mai sus. Când controlul fază-impuls al puterii de sarcină, puteți utiliza soluțiile de circuit descrise mai sus pentru generarea de impulsuri în momentele în care tensiunea rețelei trece prin zero pentru a porni unitatea de temporizare pentru pornirea tiristorului. Rețineți că un astfel de nod trebuie să ofere o întârziere stabilă pentru pornirea tiristorului, independent de tensiunea și temperatura rețelei, iar durata impulsului generat trebuie să asigure că curentul de menținere este atins indiferent de momentul în care sarcina este pornită în semiciclu.
V. Krylov
În prezent, tiristoarele sunt utilizate pe scară largă în diferite dispozitive automate de monitorizare, semnalizare și control. Un tiristor este o diodă semiconductoare controlată, care se caracterizează prin două stări stabile: deschisă, când rezistența directă a tiristorului este foarte mică, iar curentul din circuitul său depinde în principal de tensiunea sursei de alimentare și de rezistența de sarcină și închis. , când rezistența sa directă este mare și curentul este de câțiva miliamperi.
În fig. Figura 1 prezintă o caracteristică tipică curent-tensiune a unui tiristor, unde secțiunea O A corespunde stării închise a tiristorului, iar secțiunea BB corespunde stării deschise.
La tensiuni negative, tiristorul se comportă ca o diodă obișnuită (secțiune OD).
Dacă creșteți tensiunea directă pe un tiristor închis cu curentul electrodului de control egal cu zero, atunci când se atinge valoarea Uon, tiristorul se va deschide. Această comutare a tirostorului se numește comutare de-a lungul anodului. Funcționarea unui tiristor în acest caz este similară cu funcționarea unei diode semiconductoare necontrolate cu patru straturi - un dinistor.
Prezența unui electrod de control permite tiristorului să se deschidă la o tensiune anodică mai mică decât Uon. Pentru a face acest lucru, este necesar să treceți curentul de control Iу prin circuitul electrod-catod de control. Caracteristica curent-tensiune a tiristorului pentru acest caz este prezentată în Fig. 1 linie punctată. Curentul minim de control necesar pentru deschiderea tiristorului se numește curent de redresare Irev. Curentul de redresare depinde foarte mult de temperatură. În cărțile de referință este indicat la o anumită tensiune anodică. Dacă în timpul funcționării curentului de control curentul anodului depășește valoarea curentului de deconectare Ioff, atunci tiristorul va rămâne deschis chiar și după terminarea curentului de control; dacă acest lucru nu se întâmplă, tiristorul se va închide din nou.
Dacă tensiunea la anodul tiristorului este negativă, nu este permisă aplicarea tensiunii electrodului său de control. De asemenea, este inacceptabilă o tensiune negativă (față de catod) la care curentul invers al electrodului de control depășește câțiva miliamperi.
Un tiristor deschis poate fi comutat într-o stare închisă doar prin reducerea curentului său anodic la o valoare mai mică decât Ioff. În dispozitivele de curent continuu se folosesc circuite speciale de stingere în acest scop, iar într-un circuit de curent alternativ, tiristorul se închide independent în momentul în care valoarea curentului anodic trece prin zero.
Acesta este motivul pentru cea mai largă utilizare a tiristoarelor în circuitele de curent alternativ. Toate circuitele discutate mai jos se referă numai la tiristoare conectate la circuitul de curent alternativ.
Pentru a asigura funcționarea fiabilă a tiristorului, sursa de tensiune de control trebuie să îndeplinească anumite cerințe. În fig. 2 prezintă circuitul echivalent al sursei de tensiune de comandă, iar Fig. 3 - un grafic cu care puteți determina cerințele pentru linia sa de încărcare.
Pe grafic, liniile A și B limitează zona de răspândire a caracteristicilor curent-tensiune de intrare ale tiristorului, care reprezintă dependența tensiunii de pe electrodul de control Uу de curentul acestui electrod Iу cu circuitul anodic deschis. Direct B determină tensiunea minimă Uу la care orice tiristor de un anumit tip se deschide la o temperatură minimă. Direct Г determină curentul minim Iу suficient pentru a deschide orice tiristor de un anumit tip la o temperatură minimă. Fiecare tiristor specific se deschide la un anumit punct al caracteristicii sale de intrare. Zona umbrită este locația geometrică a unor astfel de puncte pentru toate tiristoarele de acest tip care îndeplinesc condițiile tehnice. Liniile directe D și E determină valorile maxime admise ale tensiunii Uy și respectiv curentului Iy și curba K - valoarea maximă admisă a puterii disipate la electrodul de control. Linia de sarcină L a sursei de semnal de control este trasată prin punctele care determină tensiunea în circuit deschis a sursei Ey.xx și curentul ei de scurtcircuit Iу.кз = Eу.хх/Rinternal, unde Rinternal este rezistența internă a sursa. Punctul de intersecție S al dreptei de sarcină L cu caracteristica de intrare (curba M) a tiristorului selectat ar trebui să fie situat în zona situată între zona umbrită și liniile A, D, K, E și B.
Această zonă se numește zona de deschidere preferată. Linia dreaptă orizontală H determină cea mai mare tensiune la tranziția de control, la care nu se deschide un singur tiristor de acest tip la temperatura maximă admisă. Astfel, această valoare, zecimi de volt, determină amplitudinea maximă admisă a tensiunii de interferență în circuitul de control al tiristoarelor.
După deschiderea tiristorului, circuitul de control nu îi afectează starea, astfel încât tiristorul poate fi controlat prin impulsuri de scurtă durată (zeci sau sute de microsecunde), ceea ce simplifică circuitele de control și reduce puterea disipată la electrodul de control. Durata impulsului, totuși, trebuie să fie suficientă pentru a crește curentul anodului la o valoare care depășește curentul de oprire Ioff pentru diferite tipuri de sarcină și mod de funcționare a tiristorului.
Simplitatea comparativă a dispozitivelor de control la operarea tiristoarelor în circuite de curent alternativ a condus la utilizarea pe scară largă a acestor dispozitive ca elemente de control în dispozitivele de stabilizare și reglare a tensiunii. Valoarea medie a tensiunii de sarcină este reglată prin modificarea momentului de alimentare (adică a fazei) a semnalului de comandă în raport cu începutul semiciclului de tensiune de alimentare. Rata de repetiție a impulsurilor de control în astfel de circuite trebuie să fie sincronizată cu frecvența rețelei.
Există mai multe metode de control al tiristoarelor, dintre care trebuie remarcate amplitudinea, fază și impulsul de fază.
Metoda de control al amplitudinii constă în aplicarea unei tensiuni pozitive care variază ca valoare la electrodul de control al tiristorului. Tiristorul se deschide în momentul în care această tensiune devine suficientă pentru ca curentul de redresare să circule prin joncțiunea de comandă. Schimbând tensiunea pe electrodul de control, puteți modifica momentul de deschidere al tiristorului. Cel mai simplu circuit al unui regulator de tensiune construit pe acest principiu este prezentat în Fig. 4.
O parte a tensiunii anodice a tiristorului, adică tensiunea semiciclului pozitiv al rețelei, este utilizată aici ca tensiune de control. Rezistorul R2 modifică momentul de deschidere al tiristorului D1 și, în consecință, tensiunea medie pe sarcină. Când rezistorul R2 este introdus complet, tensiunea pe sarcină este minimă. Dioda D2 protejează joncțiunea de control a tiristorului de tensiune inversă. Trebuie remarcat faptul că circuitul de control nu este conectat direct la rețea, ci în paralel cu tiristorul. Acest lucru se face astfel încât tiristorul deschis să oprească circuitul de control, prevenind disiparea inutilă a puterii asupra elementelor sale.
Principalele dezavantaje ale dispozitivului în cauză sunt dependența puternică a tensiunii de sarcină de temperatură și necesitatea selectării individuale a rezistențelor pentru fiecare instanță de tiristor. Primul se explică prin dependența de temperatură a curentului de redresare a tiristoarelor, al doilea prin răspândirea mare a caracteristicilor lor de intrare. În plus, dispozitivul este capabil să ajusteze momentul de deschidere al tiristorului numai în prima jumătate a semiciclului pozitiv al tensiunii rețelei.
Dispozitivul de control, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 5, vă permite să extindeți domeniul de control la 180 °, iar includerea unui tiristor în diagonala punții redresoare vă permite să reglați tensiunea pe sarcină în timpul ambelor semicicluri ale tensiunii rețelei.
Condensatorul C1 este încărcat prin rezistențele R1 și R2 la o tensiune la care trece un curent egal cu curentul de redresare prin joncțiunea de control a tiristorului. În acest caz, tiristorul se deschide, trecând curent prin sarcină. Datorită prezenței unui condensator, tensiunea de sarcină este mai puțin dependentă de fluctuațiile de temperatură, dar, cu toate acestea, acest dispozitiv are și aceleași dezavantaje.
Cu metoda fază de control a tiristoarelor folosind o punte de defazare, faza tensiunii de control este schimbată în raport cu tensiunea de la anodul tiristorului. În fig. Figura 6 prezintă o diagramă a unui regulator de tensiune cu jumătate de undă, în care schimbarea tensiunii pe sarcină este efectuată de rezistorul R2, conectat la unul dintre brațele podului, din diagonala căreia este furnizată tensiunea către joncțiunea de control a tiristorului.
Tensiunea pe fiecare jumătate a înfășurării de control III ar trebui să fie de aproximativ 10 V. Parametrii rămași ai transformatorului sunt determinați de tensiune și puterea de sarcină. Principalul dezavantaj al metodei de control de fază este panta mică a tensiunii de control, motiv pentru care stabilitatea momentului de deschidere a tiristorului este scăzută.
Metoda fază-impuls de control a tiristoarelor diferă de cea anterioară prin aceea că, pentru a crește precizia și stabilitatea momentului de deschidere al tiristorului, electrodului său de control este aplicat un impuls de tensiune cu o margine abruptă. Această metodă este în prezent cea mai răspândită. Schemele care implementează această metodă sunt foarte diverse.
În fig. Figura 7 prezintă o diagramă a unuia dintre cele mai simple dispozitive care utilizează metoda fază-impuls de control al tiristorului.
Cu o tensiune pozitivă la anodul tiristorului D3, condensatorul C1 este încărcat prin dioda D1 și rezistența variabilă R1. Când tensiunea de pe condensator atinge tensiunea de pornire a dinistorului D2, se deschide și condensatorul este descărcat prin joncțiunea de control a tiristorului. Acest impuls de curent de descărcare deschide tiristorul D3 și curentul începe să curgă prin sarcină. Prin schimbarea curentului de încărcare a condensatorului cu rezistorul R1, puteți modifica momentul de deschidere al tiristorului în jumătatea ciclului de tensiune de rețea. Rezistorul R2 previne autodeschiderea tiristorului D3 din cauza curenților de scurgere la temperaturi ridicate. In functie de conditiile tehnice, atunci cand tiristoarele functioneaza in modul standby, instalarea acestui rezistor este obligatorie. Arată în Fig. 7, circuitul nu a găsit o aplicație largă din cauza răspândirii mari a tensiunii de pornire a dinistorului, ajungând până la 200% și a dependenței semnificative a tensiunii de pornire de temperatură.
Una dintre varietățile metodei fază-impuls de control a tiristoarelor este așa-numitul control vertical, care este în prezent cel mai răspândit. Constă în faptul că la intrarea generatorului de impulsuri se face o comparație (Fig. 8) a unei tensiuni constante (1) și a unei tensiuni care variază în mărime (2). În momentul egalității acestor tensiuni, se generează un impuls de control tiristor (3). Tensiunea variabilă poate avea o formă sinusoidală, triunghiulară sau dinți de ferăstrău (așa cum se arată în Fig. 8).
După cum se poate observa din figură, schimbarea momentului de apariție a impulsului de control, adică schimbarea fazei acestuia, se poate face în trei moduri diferite:
modificarea ratei de creștere a tensiunii alternative (2a),
modificându-și nivelul inițial (2b) și
modificarea valorii tensiunii constante (1a).
În fig. Figura 9 prezintă o diagramă bloc a unui dispozitiv care implementează metoda verticală de control a tiristoarelor.
Ca orice alt dispozitiv de control al impulsurilor de fază, acesta constă dintr-un dispozitiv de defazare FSU și un generator de impulsuri GI. Dispozitivul de defazare, la rândul său, conține un dispozitiv de intrare VU care percepe tensiunea de control Uу, un generator de tensiune alternativă (în mărime) GPG și un dispozitiv de comparare SU. Ca aceste elemente pot fi utilizate o varietate de dispozitive.
În fig. Figura 10 prezintă o diagramă schematică a unui dispozitiv de control tiristor (D5) conectat în serie cu un redresor în punte (D1 - D4).
Dispozitivul constă dintr-un generator de tensiune din dinți de ferăstrău cu un comutator tranzistor (T1), un declanșator Schmitt (T2, T3) și un amplificator de comutare de ieșire (T4). Sub influența tensiunii îndepărtate din înfășurarea de sincronizare III a transformatorului Tr1, tranzistorul T1 este închis. În acest caz, condensatorul C1 este încărcat prin rezistențele R3 și R4. Tensiunea pe condensator crește de-a lungul unei curbe exponențiale, a cărei secțiune inițială, cu o anumită aproximare, poate fi considerată liniară (2, vezi Fig. 8).
În acest caz, tranzistorul T2 este închis și T3 este deschis. Curentul emițătorului tranzistorului T3 creează o cădere de tensiune pe rezistorul R6, care determină nivelul de funcționare al declanșatorului Schmitt (1 în Fig. 8). Suma tensiunilor la rezistorul R6 și la tranzistorul deschis T3 este mai mică decât tensiunea la dioda Zener D10, astfel încât tranzistorul T4 este închis. Când tensiunea la condensatorul C1 atinge nivelul de declanșare Schmitt, tranzistorul T2 se deschide și T3 se închide. În același timp, tranzistorul T4 se deschide și un impuls de tensiune apare pe rezistorul R10, deschizând tiristorul D5 (pulsul 3 în Fig. 8). La sfârșitul fiecărui semiciclu al tensiunii de rețea, tranzistorul T1 este deschis de curentul care trece prin rezistorul R2. În acest caz, condensatorul C1 este descărcat aproape la zero și dispozitivul de control revine la starea inițială. Tiristorul se închide în momentul în care amplitudinea curentului anodic trece prin zero. Odată cu începutul următoarei jumătate de ciclu, ciclul de funcționare al dispozitivului se repetă.
Schimbând rezistența rezistorului R3, puteți modifica curentul de încărcare al condensatorului C1, adică rata de creștere a tensiunii pe el și, prin urmare, în momentul în care apare pulsul care deschide tiristorul. Prin înlocuirea rezistenței R3 cu un tranzistor, puteți regla automat tensiunea pe sarcină. Astfel, acest dispozitiv folosește prima dintre metodele de mai sus de deplasare a fazei impulsurilor de control.
O ușoară modificare a circuitului prezentat în Fig. 11 vă permite să obțineți reglementare folosind a doua metodă. În acest caz, condensatorul C1 este încărcat printr-un rezistor constant R4 și rata de creștere a tensiunii din dinte de ferăstrău este aceeași în toate cazurile. Dar când tranzistorul T1 se deschide, condensatorul este descărcat nu la zero, ca în dispozitivul anterior, ci la tensiunea de control Uу.
În consecință, încărcarea condensatorului în ciclul următor va începe de la acest nivel. Prin schimbarea tensiunii Uу se reglează momentul de deschidere al tiristorului. Dioda D11 deconectează sursa de tensiune de control de la condensator în timpul încărcării acestuia.
Etapa de ieșire de pe tranzistorul T4 asigură câștigul de curent necesar. Folosind un transformator de impulsuri ca sarcină, mai multe tiristoare pot fi controlate simultan.
În dispozitivele de control luate în considerare, tensiunea este aplicată tranziției de control a tiristorului pentru o perioadă de timp din momentul egalității tensiunilor directe și dinți de ferăstrău până la sfârșitul semiciclului tensiunii rețelei, adică până la momentul descarcarii condensatorului C1. Durata impulsului de control poate fi redusă prin pornirea unui circuit de diferențiere la intrarea amplificatorului de curent, realizat pe tranzistorul T4 (vezi Fig. 10).
Una dintre variantele metodei verticale de control a tiristoarelor este metoda numărului de impulsuri. Particularitatea sa este că nu un impuls, ci un pachet de impulsuri scurte este aplicat electrodului de control al tiristorului. Durata exploziei este egală cu durata impulsului de control prezentat în Fig. 8.
Rata de repetare a impulsurilor într-o explozie este determinată de parametrii generatorului de impulsuri. Metoda de control al numărului de impulsuri asigură deschiderea fiabilă a tiristorului pentru orice tip de sarcină și face posibilă reducerea puterii disipate la tranziția de control a tiristorului. În plus, dacă la ieșirea dispozitivului este inclus un transformator de impulsuri, este posibil să se reducă dimensiunea acestuia și să se simplifice proiectarea.
În fig. Figura 12 prezintă o diagramă a unui dispozitiv de control utilizând metoda numărului de impulsuri.
Ca unitate de comparație și generator de impulsuri este utilizat aici un comparator echilibrat cu diodă regenerativă, constând dintr-un circuit de comparație pe diodele D10, D11 și generatorul de blocare însuși, asamblat pe tranzistorul T2. Diodele D10, D11 controlează funcționarea circuitului de feedback al generatorului de blocare.
Ca și în cazurile anterioare, când tranzistorul T1 este închis, condensatorul C1 începe să se încarce prin rezistorul R3. Dioda D11 este deschisă cu tensiunea Uу, iar dioda D10 este închisă. Astfel, circuitul de înfășurare cu reacție pozitivă IIa al generatorului de blocare este deschis, iar circuitul de înfășurare cu reacție negativă IIb este închis și tranzistorul T2 este închis. Când tensiunea la condensatorul C1 atinge tensiunea Uу, dioda D11 se va închide și D10 se va deschide. Circuitul de feedback pozitiv va fi închis, iar generatorul de blocare va începe să genereze impulsuri care vor fi trimise de la înfășurarea I a transformatorului Tr2 la tranziția de control a tiristorului. Generarea impulsurilor va continua până la sfârșitul semiciclului de tensiune de rețea, când tranzistorul T1 se deschide și condensatorul C1 este descărcat. Dioda D10 se va închide și D11 se va deschide, procesul de blocare se va opri, iar dispozitivul va reveni la starea inițială. Schimbând tensiunea de comandă Uу, puteți modifica momentul începerii generării față de începutul semiciclului și, în consecință, momentul deschiderii tiristorului. Astfel, în acest caz, se utilizează a treia metodă de deplasare a fazei impulsurilor de control.
Utilizarea unui circuit echilibrat al unității de comparație asigură stabilitatea temperaturii în funcționarea acestuia. Diodele de siliciu D10 și D11 cu curent invers scăzut fac posibilă obținerea unei rezistențe mari de intrare a unității de comparare (aproximativ 1 MΩ). Prin urmare, practic nu are niciun efect asupra procesului de încărcare a condensatorului C1. Sensibilitatea unității este foarte mare și se ridică la câțiva milivolți. Rezistoarele R6, R8, R9 și condensatorul C3 determină stabilitatea temperaturii punctului de funcționare al tranzistorului T2. Rezistorul R7 servește la limitarea curentului de colector al acestui tranzistor și la îmbunătățirea formei impulsului oscilatorului de blocare. Dioda D13 limitează creșterea tensiunii pe înfășurarea colectorului III a transformatorului Tr2, care apare atunci când tranzistorul este oprit. Transformatorul de impulsuri Tr2 poate fi realizat pe un inel de ferită de 1000NN de dimensiune standard K15X6X4.5. Înfășurările I și III conțin fiecare 75, iar înfășurările II a și II b conțin fiecare 50 de spire de sârmă PEV-2 0,1.
Dezavantajul acestui dispozitiv de control este rata de repetare a pulsului relativ scăzută (aproximativ 2 kHz cu o durată a impulsului de 15 μs). Puteți crește frecvența, de exemplu, prin reducerea rezistenței rezistorului R4, prin care condensatorul C2 este descărcat, dar, în același timp, stabilitatea temperaturii sensibilității unității de comparare este oarecum deteriorată.
Metoda numărului de impulsuri de control a tiristoarelor poate fi utilizată și în dispozitivele discutate mai sus (Fig. 10 și 11), deoarece cu o anumită alegere a valorilor elementului (C1, R4-R10, vezi Fig. 10) declanșatorul Schmitt atunci când tensiunea condensatorului C1 depășește nivelul Când declanșatorul este declanșat, acesta generează nu un singur impuls, ci o secvență de impulsuri. Durata și frecvența lor sunt determinate de parametri și de modul de declanșare. Acest dispozitiv se numește „multivibrator cu un declanșator de descărcare”.
În concluzie, trebuie remarcat faptul că o simplificare semnificativă a circuitelor dispozitivelor de control a tiristoarelor, menținând în același timp indicatorii de înaltă calitate, poate fi realizată folosind tranzistori unijunction.
Uneori trebuie să porniți o sarcină puternică, cum ar fi o lampă într-o cameră, cu un semnal slab de la microcontroler. Această problemă este relevantă în special pentru dezvoltatori. casă inteligentă. Primul lucru care îmi vine în minte este releu. Dar nu te grăbi, există o cale mai bună :)
De fapt, releul este o mizerie completă. În primul rând, sunt scumpe și, în al doilea rând, pentru a alimenta înfășurarea releului aveți nevoie de un tranzistor de amplificare, deoarece piciorul slab al microcontrolerului nu este capabil de o astfel de performanță. Ei bine, în al treilea rând, orice releu este un design foarte voluminos, mai ales dacă este un releu de putere proiectat pentru curent ridicat.
Dacă vorbim despre curent alternativ, atunci este mai bine să folosiți triaci sau tiristoare. Ce este? Și acum vă spun.
Dacă pe degete, atunci tiristor arată ca diodă, chiar și denumirea este similară. Permite curentului să circule într-o direcție și nu îi permite să curgă în cealaltă. Dar are o caracteristică care o diferențiază fundamental de o diodă - intrare de control.
Dacă intrarea de control nu este aplicată curent de deschidere, Acea tiristor nu va trece curent nici măcar în direcția înainte. Dar de îndată ce dai chiar și un impuls scurt, acesta se deschide imediat și rămâne deschis atâta timp cât există tensiune continuă. Dacă eliminați tensiunea sau schimbați polaritatea, tiristorul se va închide. Polaritatea tensiunii de control ar trebui să se potrivească, de preferință, cu polaritatea tensiunii anodului.
Dacă conectați paralelă spate în spate două tiristoare, atunci se va rezolva triac- un lucru grozav pentru comutarea sarcinilor AC.
Pe semiundă pozitivă a sinusoidei trece una, pe semiundă negativă cealaltă. Mai mult, trec doar dacă există un semnal de control. Dacă semnalul de control este eliminat, atunci în perioada următoare ambele tiristoare se vor opri și circuitul se va rupe. Frumusețe și nimic mai mult. Deci, ar trebui să fie folosit pentru a controla încărcăturile casnice.
Dar există o subtilitate aici - comutăm un circuit de alimentare de înaltă tensiune, 220 de volți. Și avem controlerul Voltaj scazut, funcționează pe cinci volți. Prin urmare, pentru a evita excesele, este necesar să se efectueze rezultat potențial. Adică, asigurați-vă că nu există o conexiune electrică directă între părțile de înaltă tensiune și de joasă tensiune. De exemplu, face separare optică. Există un ansamblu special pentru aceasta - un optodriver triac MOC3041. Lucru minunat!
Priviți schema de conectare - doar câteva părți suplimentare și aveți părțile de putere și de control separate una de cealaltă. Principalul lucru este că tensiunea pentru care este proiectat condensatorul este de una și jumătate până la două ori mai mare decât tensiunea din priză. Nu trebuie să vă faceți griji cu privire la interferența cu puterea atunci când porniți și opriți triacul. În optodriver propriu-zis, semnalul este furnizat de un LED, ceea ce înseamnă că îl puteți aprinde în siguranță de la pinul microcontrolerului fără trucuri suplimentare.
În general, este posibil fără decuplare și va funcționa și, dar este considerată o formă bună face întotdeauna un rezultat potențialîntre părțile de putere și de control. Aceasta include fiabilitatea și siguranța întregului sistem. Soluțiile industriale sunt pur și simplu umplute cu optocuple sau tot felul de amplificatoare izolante.
♦ Se știe că curentul electric într-o rețea gospodărească și industrială variază după o lege sinusoidală. Forma de frecvență a curentului electric alternativ 50 hertzi, prezentat pe Fig 1 a).
Într-o perioadă, ciclu, tensiunea își schimbă valoarea: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0
.
Dacă vă imaginați un simplu generator de curent alternativ (Figura 1 b) cu o pereche de poli, unde primirea unui curent alternativ sinusoidal determină rotația cadrului rotorului pe rotație, apoi fiecare poziție a rotorului la un anumit moment al perioadei corespunde unei anumite cantități de tensiune de ieșire.
Sau, fiecare valoare a tensiunii sinusoidale pe perioadă corespunde unui anumit unghi α rotirea cadrului. Unghiul de fază α , acesta este unghiul care determină valoarea unei mărimi care se schimbă periodic la un moment dat.
În momentul unghiului de fază:
- α = 0° Voltaj U = 0;
- α = 90° Voltaj U = +Umax;
- α=180° Voltaj U = 0;
- α = 270° Voltaj U = — Umax;
- α = 360° Voltaj U = 0.
♦ Reglarea tensiunii folosind un tiristor în circuitele de curent alternativ utilizează aceste caracteristici ale curentului alternativ sinusoidal.
După cum sa menționat mai devreme în articolul „”: un tiristor este un dispozitiv semiconductor care funcționează conform legii unei supape electrice controlate. Are două stări stabile. În anumite condiții poate avea o stare de conducere (deschis) si stare neconductoare (închis).
♦ Un tiristor are un catod, un anod și un electrod de control. Folosind electrodul de control, puteți modifica starea electrică a tiristorului, adică modificați parametrii electrici ai supapei.
Un tiristor poate trece curentul electric doar într-o singură direcție - de la anod la catod (triacul trece curentul în ambele sensuri).
Prin urmare, pentru ca tiristorul să funcționeze, curentul alternativ trebuie convertit (redresat folosind o punte de diode) într-o tensiune pulsatorie de polaritate pozitivă cu tensiunea care trece de zero, ca în Fig 2.
♦ Metoda de control a unui tiristor este de a asigura că la momentul respectiv t(în timpul semiciclului Uс) prin tranziție Ue – K, curentul de comutare a trecut Ion tiristor.
Din acest moment, curentul catod-anod principal trece prin tiristor, până la următoarea tranziție de jumătate de ciclu prin zero, când tiristorul se închide.
Curent de pornire Ion Un tiristor poate fi obținut în diferite moduri.
1. Datorită curentului care trece prin: +U – R1 – R2 – Ue – K – -U (pe diagramă, Fig. 3)
.
2. Dintr-o unitate separată pentru generarea impulsurilor de control și alimentarea acestora între electrodul de control și catod.
♦ În primul caz, curentul electrodului de control trece prin joncțiune Ue – K, crește treptat (crește odată cu tensiunea Uс), până când atinge valoarea Ion. Se va deschide tiristorul.
metoda fazelor.
♦ În cel de-al doilea caz, se aplică trecerii la momentul potrivit un impuls scurt generat într-un dispozitiv special Ue – K, din care se deschide tiristorul.
Această metodă de control a tiristorului se numește metoda puls-fază
.
În ambele cazuri, curentul care controlează pornirea tiristorului trebuie să fie sincronizat cu începutul trecerii tensiunii de rețea Uc la zero.
Acțiunea electrodului de control se reduce la controlul momentului în care tiristorul este pornit.
Metoda fază de control a tiristoarelor.
♦ Să încercăm un exemplu simplu de controler de iluminare cu tiristoare (diagrama pe Fig.3) analizează caracteristicile funcționării unui tiristor într-un circuit de curent alternativ.
După puntea redresorului, tensiunea este o tensiune pulsatorie, schimbându-se sub forma:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0, ca în Fig. 2
♦ Începutul controlului tiristorului se reduce la următoarele.
Când tensiunea rețelei crește Uс, din momentul în care tensiunea trece de zero, în circuitul electrodului de control apare un curent de control Iup de-a lungul lanțului:
+U – R1 – R2 – Ue – K – -U.
Odată cu creșterea tensiunii Uс Crește și curentul de control Iup(electrod de control - catod).
Când curentul electrodului de control atinge valoarea Ion, tiristorul pornește (se deschide) și închide punctele +U și –U pe diagramă.
Căderea de tensiune pe un tiristor deschis (anod - catod) este 1,5 – 2,0
Volt. Curentul electrodului de control va scădea aproape la zero, iar tiristorul va rămâne într-o stare conductivă până când tensiunea Uс rețeaua nu va scădea la zero.
Odată cu acțiunea unui nou semiciclu al tensiunii rețelei, totul se va repeta de la început.
♦ În circuit circulă doar curentul de sarcină, adică curentul prin lampa L1 de-a lungul circuitului:
Uс - siguranță - punte de diode - anod - catod tiristor - punte de diode - bec L1 - Uс.
Va fi un bec a lumina cu fiecare semiciclu al tensiunii de rețea și se stinge când tensiunea trece prin zero.
Să facem câteva calcule ca exemplu. Fig.3. Folosim datele elementului ca în diagramă.
Conform cărții de referință ale tiristorilor KU202N curent de comutare Ion = 100 mA. În realitate, este mult mai puțin și se ridică la 10 – 20 mA, in functie de instanta.
Să luăm de exemplu Ion = 10 mA
.
Controlul momentului de pornire (reglarea luminozității) are loc prin modificarea valorii rezistenței variabile a rezistenței R1. Pentru diferite valori ale rezistenței R1, vor exista tensiuni diferite de defalcare ale tiristorului. În acest caz, momentul pornirii tiristorului va varia în limitele:
1. R1 = 0, R2 = 2,0 Com. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (0 + 2 = 20 volți.
2. R1 = 14,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (13 + 2) = 150 volți.
3. R1 = 19,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (18 + 2) = 200 volți.
4. R1 = 29,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (28 + 2) = 300 volți.
5. R1 = 30,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (308 + 2) = 310 volți.
Unghiul de fază α
variază de la a = 10, până la a = 90 grade.
Un rezultat aproximativ al acestor calcule este dat în orez. 4.
♦ Partea umbrită a undei sinusoidale corespunde puterii eliberate la sarcină.
Controlul puterii prin metoda fază, posibil numai într-un interval restrâns de unghi de control de la a = 10°, la a = 90°.
Adică înăuntru de la 90% la 50% puterea alocată sarcinii.
Începutul reglării din unghiul de fază a = 10 grade se explică prin faptul că la momentul de timp t=0 – t=1, curentul din circuitul electrodului de control nu a atins încă valoarea Ion(Uc nu a ajuns la 20 volți).
Toate aceste condiții sunt îndeplinite dacă nu există un condensator în circuit CU.
Dacă instalați un condensator CU(în diagrama din Fig. 2), domeniul de reglare a tensiunii (unghiul de fază) se va deplasa spre dreapta ca în Fig.5.
Acest lucru se explică prin faptul că la început (t=0 – t=1), tot curentul merge la încărcarea condensatorului CU, tensiunea dintre Ue și K a tiristorului este zero și nu se poate porni.
De îndată ce condensatorul este încărcat, curentul trece prin electrodul de control - catod, iar tiristorul se pornește.
Unghiul de reglare depinde de capacitatea condensatorului și se mișcă aproximativ de la a = 30 la a = 120 grade (cu capacitatea condensatorului 50 uF).
Puterea de sarcină va varia aproximativ de la 80% la 30%.
Desigur, toate calculele date sunt foarte aproximative, dar raționamentul general este corect.
Toate diagramele de tensiune de mai sus, la diferite valori de timp, au fost clar vizibile pe ecranul osciloscopului.
Dacă aveți un osciloscop, puteți vedea singur
Articolul descrie utilizarea tiristoarelor și oferă experimente simple și vizuale pentru a studia principiile funcționării acestora. Sunt oferite și instrucțiuni practice pentru verificarea și selectarea tiristoarelor.
Dimmere de casă
În ciuda varietății și disponibilității unor astfel de dispozitive la vânzare, puteți asambla un dimmer folosind un circuit de amatori destul de simplu.
in afara de asta dimmer Nu este deloc necesar să reglați lumina; o puteți adapta, de exemplu, la un fier de lipit. În general, există o mulțime de aplicații; un dispozitiv gata făcut poate fi întotdeauna la îndemână.
Aproape toate astfel de dispozitive sunt realizate folosind tiristoare, despre care merită să vorbim separat, sau cel puțin pe scurt, astfel încât principiul de funcționare regulatoare cu tiristoare a fost clar și de înțeles.
Să repetăm ceva!
Tipuri de tiristoare
Nume tiristor implică mai multe varietăți sau, după cum se spune, o familie de dispozitive semiconductoare. Astfel de dispozitive sunt o structură de patru straturi p și n, formând trei joncțiuni consecutive p-n (litere latine p-n: din pozitiv și negativ).
Orez. 1. Tiristoare
Dacă se trag concluzii din regiunile extreme p n, dispozitivul rezultat se numește tiristor cu diodă, în alt mod dinistor. Este similar ca aspect cu dioda din seria D226 sau D7Zh, doar diodele au o singură joncțiune p-n. Designul și circuitul dinistorului de tip KN102 sunt prezentate în Figura 2.
O diagramă a conexiunii sale este de asemenea prezentată acolo. Dacă tragem o concluzie dintr-o altă joncțiune pn, obținem un tiristor triodă, numit trinistor. O carcasă poate conține două SCR-uri simultan, conectate spate la spate - în paralel. Acest design se numește triac și este proiectat să funcționeze în circuite de curent alternativ, deoarece poate trece atât semicicluri pozitive, cât și negative de tensiune.
Figura 2. Structura internă și circuitul de conectare al tiristorului cu diode KN102
Terminalul catodic, regiunea n, este conectat la carcasă, iar terminalul anodului printr-un izolator de sticlă este conectat la regiunea p, așa cum se arată în Figura 1. Includerea unui dinistor în circuitul de putere este de asemenea prezentată acolo. O sarcină trebuie conectată la circuitul de putere în serie cu dinistorul, ca și cum ar fi o diodă obișnuită. Figura 3 prezintă caracteristica volt-amperi a dinistorului.
Figura 3. Caracteristica volt-amperi a dinistorului
Din această caracteristică este clar că tensiunea poate fi aplicată dinistorului atât în direcția inversă (în sfertul din stânga jos al figurii), cât și în direcția înainte, așa cum se arată în sfertul din dreapta sus al figurii. În direcția opusă, caracteristica este similară cu cea a unei diode convenționale: un curent invers nesemnificativ trece prin dispozitiv și se poate presupune practic că nu există deloc curent.
De mai mare interes este ramura directă a caracteristicii. Dacă tensiunea este aplicată pe dinistor în direcția înainte și o crește treptat, atunci curentul prin dinistor va fi mic și se va modifica ușor. Dar numai până când atinge o anumită valoare, numită tensiune de pornire a dinistorului. În figură, aceasta este indicată ca Uincl.
La această tensiune, are loc o creștere a curentului asemănătoare unei avalanșe în structura internă cu patru straturi, dinistorul se deschide și intră într-o stare de conducție, așa cum demonstrează zona cu rezistență negativă pe caracteristică. Tensiunea secțiunii catod-anod scade brusc, iar curentul prin dinistor este limitat doar de sarcina externă, în acest caz, rezistența rezistorului R1. Principalul lucru este că curentul este limitat la un nivel care nu este mai mare decât maximul admis, care este specificat în datele de referință.
Curentul sau tensiunea maximă admisă este valoarea la care funcționarea normală a dispozitivului este garantată pentru o perioadă lungă de timp. Mai mult, ar trebui să acordați atenție faptului că doar unul dintre parametri atinge valoarea maximă admisă: dacă dispozitivul funcționează în modul de curent maxim admisibil, atunci tensiunea de funcționare ar trebui să fie mai mică decât cea maximă admisă. În caz contrar, funcționarea normală a dispozitivului semiconductor nu este garantată. Desigur, nu este nevoie să ne străduim în mod special pentru a atinge parametrii maximi admisi, dar dacă acest lucru se întâmplă...
Acest curent continuu va curge prin dinistor până când dinistorul este oprit într-un fel. Pentru a face acest lucru, este necesar să opriți fluxul de curent continuu. Acest lucru se poate face în trei moduri: deschideți circuitul de alimentare, scurtcircuitați dinistorul folosind un jumper (tot curentul va trece prin jumper, iar curentul prin dinistor va fi zero) sau schimbați polaritatea tensiunii de alimentare la polaritatea opusă. Acest lucru se întâmplă dacă alimentați dinistorul și sarcina cu curent alternativ. Aceleași metode de comutare se aplică unui tiristor triodă - un trinistor.
Marcare din distor
Este format din mai multe litere și numere; cele mai comune și mai accesibile dispozitive casnice sunt seria KN102 (A, B... I). prima literă K indică faptul că acesta este un dispozitiv semiconductor de siliciu, N că este un dinistor, numerele 102 sunt numărul de dezvoltare, dar ultima literă determină tensiunea de pornire.
Întreaga carte de referință nu se va potrivi aici, dar trebuie remarcat că KN102A are o tensiune de comutare de 20V, KN102B 28V și KN102I deja până la 150V. Când dispozitivele sunt pornite în serie, se adună tensiunea de pornire, de exemplu, două KN102A vor da o tensiune totală de pornire de 40V. Dinistorii produși pentru industria de apărare au numărul 2 în loc de prima literă K. Aceeași regulă este folosită și la marcarea tranzistoarelor.
Această logică a funcționării dinistorului vă permite să colectați suficient generatoare de impulsuri simple. O diagramă a uneia dintre opțiuni este prezentată în Figura 4.
Figura 4. Generator pe un dinistor
Principiul de funcționare a unui astfel de generator este destul de simplu: tensiunea de rețea rectificată de dioda VD1 prin rezistorul R1 încarcă condensatorul C1 și, de îndată ce tensiunea de pe acesta atinge tensiunea de comutare a dinistorului VS1, acesta din urmă se deschide și condensatorul este descărcat. prin becul EL1, care dă o clipire scurtă, după care procesul se repetă la început. În circuitele reale, în locul unui bec, poate fi instalat un transformator, din înfășurarea de ieșire a căruia impulsurile pot fi îndepărtate, utilizate într-un anumit scop, de exemplu, ca impulsuri de deschidere.
