Самодельный регулятор напряжения на тиристоре — схема для изготовления

Нюансы в конструкции

Регулятор напряжения на тиристоре

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.

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.

Регуляторы для активной нагрузки

Схема регулятора тока для активной нагрузки тиристоры предполагает использовать триодного типа. Сигнал они способны пропускать в обоих направлениях. Снижение тока анода в цепи происходит за счет понижения предельной частоты устройства. В среднем данный параметр колеблется в районе 5 Гц. Напряжение максимум на выходе должно составлять 5 В. С этой целью резисторы применяются только полевого типа. Дополнительно используются обычные конденсаторы, которые в среднем способны выдерживать сопротивление 9 Ом.

Импульсные стабилитроны в таких регуляторах не редкость. Связано это с тем, что амплитуда электромагнитных колебаний довольно большая и бороться с ней нужно. В противном случае температура транзисторов быстро возрастает, и они приходят в негодность. Чтобы решить проблему с понижающимся импульсом, преобразователи используются самые разнообразные. В данном случае специалистами также могут применяться коммутаторы. Устанавливаются они в регуляторах за полевыми транзисторами. При этом с конденсаторами они соприкасаться не должны.

Современная симисторная схема регулятора

Ниже приведена современная принципиальная электрическая схема симисторного регулятора мощности. Для того, чтобы разобраться в принципе работы регулятора мощности на симисторе нужно представлять, как он работает.

Симисторы в отличии от тиристоров, могут работать не только в цепях постоянного тока, а и переменного. В этом их главное отличие. Симистор также работает в ключевом режиме – или открыт, или закрыт. Для открытия перехода А1-А2 нужно подать на управляющий электрод G напряжение величиной 2-5 В относительно вывода А1. Симистор откроется и не закроется до тех пор, пока напряжение между выводами А1-А2 не станет равным нулю.

Работает схема симисторного регулятора мощности следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника) на вывод А1 симистора VS2 и один из выводов R2. При нахождении среднего вывода резистора R2 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 быстро заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 30 В произойдет пробой динистора VS1 и ток пойдет на управляющий электрод G VS2 и переход симистора А1-А2 откроется (график 1).

При повороте ручки переменного резистора R2, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 30 В. Поэтому симистор откроется через некоторое время. Чем больше будет величина R2, тем больше будет время заряда С1 и симистор будет открываться с большей задержкой. Таким образом на нагрузку будет поступать меньше энергии.

Приведенная классическая схема симисторного регулятора мощности может работать и при напряжении сети 127, 24 или 12 В. Достаточно только уменьшить номинал переменного резистора. В приведенной схеме мощность регулируется не от 0 вольт, а от 30, что более чем достаточно для практического применения. Это схема была успешно повторена при ремонте электронной схемы управления скоростью вращения электродвигателя блендера.

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.

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.

Регулятор мощности на симисторе

Симистор, по большому счету, – это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков – это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит.

Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка. Схема регулятора мощности на симисторе выглядит следующим образом.

• Пр. 1 – предохранитель (выбирается в зависимости от требуемой мощности).
• R3 – токоограничительный резистор – служит для того чтобы при нулевом сопротивлении потенциометра остальные элементы не выгорели.
• R2 – потенциометр, подстроечный резистор, которым и осуществляется регулировка.
• C1 – основной конденсатор, заряд которого до определённого уровня отпирает динистор, вместе с R2 и R3 образует RC-цепь
• VD3 – динистор, открытие которого управляет симистором.
• VD4 – симистор – главный элемент, производящий коммутацию и, соответственно, регулировку.

Основная работа возложена на динистор и симистор. Сетевое напряжение подаётся на RC-цепочку, в которой установлен потенциометр, им в итоге и регулируется мощность. Производя регулировку сопротивления, мы меняем время зарядки конденсатора и тем самым порог включения динистора, который, в свою очередь, включает симистор. Демпферная RC-цепь, подключённая параллельно симистору, служит для сглаживания помех на выходе, а также при реактивной нагрузке (двигатель или индуктивность) предохраняет симистор от скачков высокого обратного напряжения.

Симистор включается, когда ток, проходящий через динистор, превышает ток удержания (справочный параметр). Отключается, соответственно, когда ток становится меньше тока удержания. Проводимость в обе стороны позволяет настроить более плавную регулировку, чем это возможно, например, на одном тиристоре, при этом используется минимум элементов.

Осциллограмма регулировки мощности представлена ниже. Из неё видно, что после включения симистора оставшаяся полуволна поступает на нагрузку и при достижении 0, когда ток удержания уменьшается до такой степени, что симистор отключается. Во втором «отрицательном» полупериоде происходит тот же процесс, т. к. симистор обладает проводимостью в обе стороны.

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

1. Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
2. Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
3. При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, чтобы понять, как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Пролог

Я уже описывал конструкцию Некоторые радиолюбители приспособили этот регулятор напряжения для управления яркостью осветительных ламп. При правильном подборе элементов, регулятор позволяет управлять мощностью ламп накаливания и даже оборотами асинхронных двигателей, но всё же не так хорошо, как бы этого хотелось.

В связи с ремонтом подобных регуляторов, я испытал одну из схем, которая оказалось более помехоустойчивой и простой в настройке, чем описанная ранее.

Но, расскажу обо всём по порядку.

Так вот, пришлось мне ремонтировать электропроводку вдали от родного дома. А именно, нужно было поменять выключатели с регуляторами мощности, или, как их там называют, диммеры (Dimmer).

В магазине новые выключатели с индикацией и регулировкой мощности стоили слишком дорого (45$ до налога). Так что, было решено временно заменить их более дешёвыми и менее функциональными выключателями, а неисправные диммеры отремонтировать. Ну, а так как на месте не было ни радиодеталей, ни необходимого инструмента, пришлось привести их домой. Вот в связи с этими мытарствами и родилась статья.

Приехав домой, я первым делом купил на местном радиорынке симисторы подходящей мощности BT139-800 всего по 0,65$ за штуку и вычертил электрическую схему диммера.

Простой регулятор напряжения

Для производства простейшей системы, работающей на 12 вольтах, понадобятся такие ключевые элементы, как выпрямитель, генератор и аккумулятор. Генератор является одним из главных компонентов. Для изготовления понадобятся вышеупомянутые радиодетали, а также схема простейшего регулятора мощности. Стоит отметить, что в ней нет стабилизаторов.

Для изготовления необходимо подготовить такие элементы:

• 2 резистора;
• 1 транзистор;
• 2 конденсатора;
• 4 диода.

Специально для транзистора лучше устанавливать систему охлаждения. Это позволит избежать перегрузок системы. Устройство лучше устанавливать с хорошим запасом мощности, чтобы заряжать в последующем аккумуляторы с небольшой ёмкостью.

Проверка тиристора

Многих интересует, тиристор КУ202Н как проверить и как правильно включить в устройстве для проверки его работоспособности. Дело в том, что довольно часто он оказывается неисправен по различным причинам. Притом дефекты встречаются и у новых изделий.

Проверить тиристор можно несколькими способами:

• Использовать специальное устройство, которое анализирует параметры всех переходов.
• Применить мегомметр для проверки состояния основного перехода в обоих направлениях. В обратном направлении должен прозваниваться как обычный диод, в прямом включении он закрыт, в идеальном состоянии его сопротивление должно быть равно бесконечности.

Второй способ применим только к серии устройств с буквенным индексом М и Н. При этом можно устанавливать напряжение прозвонки до 400 В. Устройства с буквами К и Л только до 300 В, Ж и И – до 200 В и так далее. Прежде чем проверять таким способом изделие, необходимо сверить его технические характеристики со справочной таблицей. Иначе можно повредить устройство, даже не использовав его по назначению.

Менее мощные тиристоры могут быть проверены обычным мультиметром в режиме прозвонки (значок диода и звукового сигнала). В обратном направлении он звонится как диод, в прямом – бесконечность.

Важно! При осуществлении проверки тиристора в режиме диода, необходимо УЭ объединить с А

Регулятор тока и напряжения

Основными рабочими элементами регуляторов служат тиристоры, а также различные типы конденсаторов и резисторов. В высоковольтных устройствах дополнительно используются магнитные усилители. Модуляторы обеспечивают плавность регулировок, а специальные фильтры способствуют сглаживанию помех в цепи. В результате, электрический ток на выходе приобретает более высокую стабильность, чем на входе.

Регуляторы постоянного и переменного тока имеют свои особенности и отличаются основными параметрами и характеристиками. Например, регулятор напряжения постоянного тока имеет более высокую проводимость, при минимальных потерях тепла. Основой прибора является тиристор диодного типа, обеспечивающий высокую подачу импульса за счет ускоренного преобразования напряжения. Резисторы, используемые в цепи, должны выдерживать значение сопротивления до 8 Ом. За счет этого снижаются тепловые потери, предохраняя модулятор от быстрого перегрева.

Регулятор постоянного тока может нормально функционировать при максимальной температуре 40С. Этот фактор следует обязательно учитывать в процессе эксплуатации. Полевые транзисторы располагаются следом за тиристорами, поскольку они пропускают ток лишь в одном направлении. За счет этого отрицательное сопротивление будет сохраняться на уровне, не превышающем 8 Ом.

Основным отличием регулятора переменного тока является использование в его конструкции тиристоров исключительно триодного типа. Однако полевые транзисторы применяются такие же, как и в регуляторах постоянного тока. Конденсаторы, установленные в цепь, выполняют лишь стабилизирующие функции. Фильтры высокой частоты встречаются очень редко. Все проблемы, связанные с высокими температурами, решаются установкой импульсных преобразователей, расположенных следом за модуляторами. В регуляторах переменного тока, мощность которых не превышает 5 В, применяются фильтры с низкой частотой. Управление по катоду в таких приборах выполняется путем подавления входного напряжения.

Во время регулировок в сети должна быть обеспечена плавная стабилизация тока. При высоких нагрузках схема дополняется стабилитронами обратного направления. Для их соединения между собой используются транзисторы и дроссель. Таким образом, регулятор тока на транзисторе выполняет преобразование тока быстро и без потерь.

Модели с плавным пуском

Для того чтобы сконструировать тиристорный регулятор тока с плавным пуском, нужно позаботиться о модуляторе. Наиболее популярными на сегодняшний день принято считать поворотные аналоги. Однако они между собой довольно сильно отличаются. В данном случае многое зависит от платы, которая применяется в устройстве.

Если говорить про модификации серии КУ, то они работают на самых простых регуляторах. Особой надежностью они не выделяются и определенные сбои все же дают. Иначе обстоят дела с регуляторами для трансформаторов. Там, как правило, применяются цифровые модификации. В результате уровень искажений сигнала значительно сокращается.

Принцип действия

Особенность работы заключается в том, что в любом приборе напряжение будет регулироваться мощностью и перебоями в электросети согласно синусоидальным законам.

Любой тиристор общей мощности может пропускать ток только в одном направлении. Если тиристор не отключить, то он будет продолжать работать и отключится только после совершения определённых действий.

При самостоятельном изготовлении необходимо спроектировать конструкцию таким образом, чтобы внутри было достаточно свободного места для установки регулирующего рычага или кнопки. В том случае когда устройство устанавливается по классической схеме, целесообразно подключение через особый выключатель, который будет изменять цвет при разном уровне мощности.

Кроме этого, такое дополнение позволяет частично предотвратить возникновение ситуаций с поражением человека током. Не нужно будет искать подходящий корпус, а также прибор будет иметь привлекательный внешний вид.

Особенности схемного подключения

Тиристор предназначен для коммутации напряжения в различных устройствах. Но при этом имеется стандартная схема его подключения, которую нарушать крайне не рекомендуется. Например, между катодом (вывод под пайку) и управляющим электродом необходимо подключить резистор в качестве шунтирующего компонента. Благодаря его присутствию управляющая цепь замыкается и обеспечивается насыщение перехода. Его сопротивление должно быть не более и не менее 51 Ом.

Если на аноде присутствует напряжение отрицательной полярности, то управляющий ток должен быть равен нулю. Иначе произойдет электрический пробой перехода, что приведет к неисправности всего устройства в целом. Дальнейшая его работа невозможна, как и обратное восстановление.

Основные соотношения для выпрямителя

Выведем некоторые важные формулы, которые описывают процессы, существующие в этой схеме. Будем считать, что заданными величинами являются средние значения напряжения на нагрузку Ud и среднее значение тока в нем Id.

Запомним это выражение на дальнейшее. В нашем случае m=2 и . Поскольку Ud считаем заданным, то

Из предыдущего выражения имеем:

Этот коэффициент определяет отношения питающей сети к напряжению на обмотке вторичной стороны:

Действующее значение тока вторичной обмотки

Ток вторичной обмотки в то же время есть током в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная и ток в ней повторяет по форме пульсирующее напряжение, то между его средним значением и его действующим значением существует такая же зависимость, что и для напряжений, то есть

Ток в первичной обмотке повторяет с учетом n ток вторичной обмотки :

Мощности первичной и вторичной сторон трансформатора в этой схеме одинаковые, поэтому:

Пульсация выпрямленного напряжения

Пульсирующее напряжение состоит из среднего значения Ud и бесконечного количества гармоничных составляющих, амплитуды которых можно определить по формулам Фурье. Если начало координат выбрать так как на рисунке, то в гармоничном составе будут присутствовать только косинусные гармоники (т.к. кривая симметрична относительна оси координат). Амплитуда k-ой гармоники определяется по формуле:

Где: l – полупериод π/m;

Наибольшую амплитуду будет иметь первая гармоника U(1)m, поэтому определим только ее, предположив, что k=1:

Заменив получим:

Отношение первой гармоники к среднему значению называют коэффициентом пульсаций:

Запомним эту формулу на будущее, а сейчас отметим, что в нашем случае при m – 2, q – 2/3. Это большие пульсации – амплитуда первой гармоники составляет 67% от среднего значения выпрямленного напряжения.

Средний ток диодов

Как мы уже видели диоды работают по очереди – каждый из них проводит в среднем половину общего тока , который есть в нагрузке. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ток Iв = Id/2

Наибольшее обратное напряжение на диоде

В то время когда диод B1 проводит его можно считать замкнутым, и тогда к диоду B2 будет приложено в обратном направлении напряжение вторичной обмотки. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ее амплитудное значение:

Полноволновой полууправляемый мостовой выпрямитель

Двухполупериодное выпрямление имеет много преимуществ по сравнению с более простым полуволновым выпрямителем, например, выходное напряжение более согласовано, имеет более высокое среднее выходное напряжение, входная частота удваивается в процессе выпрямления и требует меньшего значения емкости сглаживающего конденсатора, если таковой требуется. Но мы можем улучшить конструкцию мостового выпрямителя, используя тиристоры вместо диодов в его конструкции.

Заменив диоды внутри однофазного мостового выпрямителя тиристорами, мы можем создать фазо-управляемый выпрямитель переменного тока в постоянный для преобразования постоянного напряжения питания переменного тока в контролируемое выходное напряжение постоянного тока. Фазоуправляемые выпрямители, полууправляемые или полностью управляемые, имеют множество применений в источниках питания переменного тока и в управлении двигателями.

Однофазный мостовой выпрямитель — это то, что называется «неуправляемым выпрямителем» в том смысле, что приложенное входное напряжение передается непосредственно на выходные клеммы, обеспечивая фиксированное среднее значение эквивалентного значения постоянного тока. Чтобы преобразовать неуправляемый мостовой выпрямитель в однофазную полууправляемую выпрямительную цепь, нам просто нужно заменить два диода тиристорами (SCR), как показано на рисунке.

В конфигурации с полууправляемым выпрямителем среднее напряжение нагрузки постоянного тока контролируется с использованием двух тиристоров и двух диодов. Как мы узнали из нашего урока о тиристорах, тиристор будет проводить (состояние «ВКЛ») только тогда, когда его анод (A) более положительный, чем его катод (K) и импульс запуска подается на его затвор (G). В противном случае он остается неактивным.

Таким образом, задерживая импульс запуска, подаваемый на клемму затвора тиристоров, на контролируемый период времени или угол ( α ) после того, как напряжение питания переменного тока прошло пересечение нулевого напряжения между анодным и катодным напряжением, мы можем контролировать, когда тиристор начинает проводить ток и, следовательно, контролировать среднее выходное напряжение.

Во время положительного полупериода входного сигнала ток течет по пути: SCR 1 и D 2 и обратно к источнику питания. Во время отрицательного полупериода V INпроводимость проходит через SCR 2 и D 1 и возвращается к источнику питания.

Понятно, что один тиристор из верхней группы ( SCR 1 или SCR 2 ) и соответствующий ему диод из нижней группы ( D 2 или D 1 ) должны проводить вместе, чтобы протекать ток любой нагрузки.

Таким образом, среднее выходное напряжение V AVE зависит от угла включения α для двух тиристоров, включенных в полууправляемый выпрямитель, поскольку два диода неуправляются и пропускают ток всякий раз, когда смещено вперед. Таким образом, для любого угла срабатывания затвора α среднее выходное напряжение определяется как:

Обратите внимание, что максимальное среднее выходное напряжение возникает, когда α = 1, но все еще равно 0,637 * V MAX, как для однофазного неуправляемого мостового выпрямителя. Мы можем использовать эту идею для контроля среднего выходного напряжения моста на один шаг вперед, заменив все четыре диода тиристорами, что дает нам полностью управляемую схему мостового выпрямителя. Мы можем использовать эту идею для контроля среднего выходного напряжения моста на один шаг вперед, заменив все четыре диода тиристорами, что дает нам полностью управляемую схему мостового выпрямителя

Мы можем использовать эту идею для контроля среднего выходного напряжения моста на один шаг вперед, заменив все четыре диода тиристорами, что дает нам полностью управляемую схему мостового выпрямителя .

Нюансы расчета стабилизатора тока

Расчет стабилизатора производится на основании напряжения стабилизации U и тока (среднего) I. К примеру, напряжение входного делителя составляет 25 В, на выходе нужно получить 9 В. Вычисления предусматривают:

1. Подбор по справочнику стабилитрона. Ориентируются на напряжение стабилизации: Д814В.
2. Поиск среднего тока I по таблице. Он равен 5 мА.
3. Вычисление подающего напряжения как разности стабильного напряжения входа и выхода: UR1 = Uвx — Uвых, или 25-9=16 В.
4. Деление полученного значение по закону Ома на ток стабилизации по формуле R1 = UR1 / Iст, или 16/0,005=3200 Ом, или 3,2 кОм. Номинал элемента будет 3,3 кОм.
5. Вычисление максимальной мощности по формуле РR1 = UR1 * Iст, или 16х0,005=0,08.

Через резистор проходит ток стабилитрона и выходной, поэтому его мощность должна быть в 2 раза больше (0,16 кВт). На основании таблицы данному номиналу соответствует 0,25 кВт.

Принцип работы простого регулятора напряжения

На заре электротехники инженеры пытались регулировать мощность нагрузки, изменяя напряжение на ней и ток в цепи посредством реостата. Реостат и нагрузка включались последовательно, образуя делитель напряжения. Чем больше сопротивление реостата, тем меньше напряжение на нагрузке, и наоборот.

Принцип регулирования напряжения и тока с помощью реостата

У такого принципа регулировки есть существенный недостаток. Через реостат идет полный ток нагрузки, на нем падает существенное напряжение, поэтому на нем бесполезно рассеивается значительная мощность.

По мере развития твердотельной электроники выяснилось, что регулирование с помощью мощных ключей более надежно и экономично. Ключ (в его качестве может выступать мощный симистор, транзистор, тиристор и т.п.) имеет два положения – включен и выключен. В первом случае на нем не падает напряжение, во втором – через него не идет ток. В обеих ситуациях на ключевом элементе мощность не рассеивается.

При регулировке с помощью ключа изменение среднего напряжения происходит за счет изменения среднего времени включенного состояния коммутирующего элемента. Сделать это можно двумя способами:

• фазовым;
• циклическим.

В первом случае ограничение времени происходит внутри каждого периода. Ключ открывается в определенный момент времени после прохождения напряжения через ноль. Участок синусоиды от нуля до момента включения «вырезается», ток через нагрузку идет большее или меньшее время. Такой регулятор всегда будет понижающим- напряжение можно менять в пределах от 0% до 100%.

Принцип фазового регулирования

Этот способ относительно просто реализуется, он позволяет избежать мигания ламп накаливания при использовании регулятора в качестве диммера. Но у него есть существенный минус – ток потребления нагрузки становится резко несинусоидальным, отчего в питающей сети возникают помехи.

Циклический способ свободен от данного недостатка. Ключ включается и выключается в момент перехода сетевого напряжения через ноль, за счет чего в течение одного или нескольких полупериодов нагрузка оказывается обесточенной. Среднее значение напряжения и тока зависит от количества пропущенных полупериодов.

Циклический способ управления напряжением

В цепях постоянного напряжения удобно использовать метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом напряжение источника остается стабильным, а нагрузка запитывается импульсами, следующими с одинаковой частотой и амплитудой, но разной ширины. В зависимости от ширины импульсов меняется среднее напряжение (а значит, и средний ток) на нагрузке. Такой метод применяют, например, для управления яркостью свечения светодиодов.

Принцип широтно-импульсной модуляции

В большинстве случаев ШИМ применяют в низковольтных устройствах. Но этот способ применим и для построения устройств на 220 вольт – в них сетевое напряжение сначала выпрямляется, затем «нарезается» на импульсы. ШИМ-регуляторы также не генерируют помехи в питающую сеть. Для работы в качестве ключа тиристоры в цепях постоянного тока непригодны – их сложно выключить. Поэтому для коммутации в схемах ШИМ обычно применяют транзисторы.