Tyristorové regulátory výkonu » Info pro elektrikáře

Pro získání kvalitního a krásného pájení je nutné správně zvolit výkon páječky a zajistit určitou teplotu jejího hrotu v závislosti na značce použité pájky. Nabízím několik okruhů domácích tyristorových regulátorů teploty pro ohřev páječky, které úspěšně nahradí mnoho průmyslových, které jsou cenově a složitě nesrovnatelné.

Pozor, následující obvody tyristorového regulátoru teploty nejsou galvanicky odděleny od elektrické sítě a dotyk s proudovými prvky obvodu může způsobit úraz elektrickým proudem!

Pro regulaci teploty hrotu páječky se používají pájecí stanice, ve kterých je udržována optimální teplota hrotu páječky v ručním nebo automatickém režimu. Dostupnost pájecí stanice pro domácího kutila je omezena její vysokou cenou. Pro sebe jsem vyřešil problematiku regulace teploty vývojem a výrobou regulátoru s ruční plynulou regulací teploty. Obvod lze upravit tak, aby automaticky udržoval teplotu, ale nevidím v tom smysl a praxe ukázala, že ruční nastavení je zcela dostačující, protože napětí v síti je stabilní a teplota v místnosti také.

Klasický obvod tyristorového regulátoru

Klasický tyristorový obvod regulátoru výkonu páječky nesplňoval jeden z mých hlavních požadavků, absenci vyzařovaného rušení do napájecí sítě a ovzduší. A radioamatérovi takové rušení znemožňuje naplno se věnovat tomu, co miluje. Pokud je obvod doplněn filtrem, design se stane objemným. Ale v mnoha případech použití lze takový obvod tyristorového regulátoru úspěšně použít například k regulaci jasu žárovek a topných zařízení s výkonem 20-60 wattů. Proto jsem se rozhodl prezentovat toto schéma.

Abych pochopil, jak obvod funguje, budu se podrobněji zabývat principem činnosti tyristoru. Tyristor je polovodičové zařízení, které je buď otevřené nebo uzavřené. Chcete-li jej otevřít, musíte na řídicí elektrodu přivést kladné napětí 2-5 V v závislosti na typu tyristoru vzhledem ke katodě (na schématu označeno k). Po otevření tyristoru (odpor mezi anodou a katodou se rovná 0) není možné jej uzavřít přes řídící elektrodu. Tyristor bude otevřený, dokud se napětí mezi jeho anodou a katodou (v diagramu označené aak) nepřiblíží nule. Je to tak jednoduché.

Klasický obvod regulátoru funguje následovně. Střídavé síťové napětí je přiváděno přes zátěž (žárovku nebo vinutí páječky) do obvodu můstkového usměrňovače, vyrobeného na diodách VD1-VD4. Diodový můstek převádí střídavé napětí na stejnosměrné napětí, měnící se podle sinusového zákona (schéma 1). Když je střední vývod rezistoru R1 v krajní levé poloze, jeho odpor je 0 a když napětí v síti začne narůstat, kondenzátor C1 se začne nabíjet. Při nabití C1 na napětí 2-5 V protéká proud přes R2 do řídící elektrody VS1. Tyristor se otevře, zkratuje diodový můstek a zátěží proteče maximální proud (horní schéma).

Když otočíte rukojetí proměnného rezistoru R1, zvýší se jeho odpor, sníží se nabíjecí proud kondenzátoru C1 a bude trvat déle, než napětí na něm dosáhne 2-5 V, proto se tyristor neotevře okamžitě, ale po nějaké době. Čím větší je hodnota R1, tím delší bude doba nabíjení C1, tyristor se otevře později a výkon přijímaný zátěží bude úměrně menší. Otáčením rukojeti proměnného odporu se tedy řídí teplota ohřevu páječky nebo jas žárovky.

Nahoře je klasické schéma tyristorového regulátoru vyrobeného na tyristoru KU202N. Protože je k ovládání tohoto tyristoru potřeba vyšší proud (dle katalogového listu 100 mA, reálně asi 20 mA), hodnoty rezistorů R1 a R2 se snižují, R3 je vyloučen a hodnota elektrolytického kondenzátoru je zvýšena. Při opakování obvodu může být nutné zvýšit hodnotu kondenzátoru C1 na 20 μF.

Nejjednodušší obvod tyristorového regulátoru

Zde je další velmi jednoduchý obvod tyristorového regulátoru výkonu, zjednodušená verze klasického regulátoru. Počet dílů je snížen na minimum. Místo čtyř diod VD1-VD4 je použita jedna VD1. Princip jeho fungování je stejný jako u klasického schématu. Jediný rozdíl mezi okruhy je v tom, že regulátor teploty v tomto okruhu se nastavuje pouze kladnou periodou sítě a záporná perioda prochází VD1 beze změn, takže výkon lze regulovat pouze v rozsahu od 50 do 100 %. K regulaci teploty ohřevu hrotu páječky není potřeba nic dalšího. Pokud je dioda VD1 vyloučena, rozsah nastavení výkonu bude od 0 do 50 %.

Pokud se do mezery mezi R1 a R2 přidá dinistor, například KN102A, pak lze elektrolytický kondenzátor C1 vyměnit za běžný s kapacitou 0,1 mF. Tyristory vhodné pro výše uvedené obvody jsou KU103V, KU201K (L), KU202K (L, M, N), určené pro propustné napětí větší než 300 V. Diody jsou také téměř libovolné, určené pro zpětné napětí alespoň 300 V.

Výše uvedené obvody tyristorového regulátoru výkonu lze úspěšně použít k regulaci jasu žárovek, které obsahují žárovky. U žárovek, které mají nainstalované úsporné nebo LED žárovky, není možné regulovat jas, protože takové žárovky mají vestavěné elektronické obvody a regulátor jednoduše naruší jejich normální provoz. Žárovky budou svítit na plný výkon nebo blikat, což může vést i k jejich předčasnému selhání.

Obvody lze použít pro regulaci s napájecím napětím 36 V nebo 24 V AC, stačí řádově snížit hodnoty rezistoru a použít tyristor odpovídající zátěži. Takže páječka o výkonu 40 W při napětí 36 V spotřebuje proud 1,1 A.

Moderní obvod tyristorového regulátoru

Níže je uvedeno moderní základní schéma elektrického obvodu tyristorového regulátoru výkonu. Abyste pochopili princip fungování regulátoru výkonu na triaku, musíte pochopit, jak funguje.

Na rozdíl od tyristorů mohou triaky pracovat nejen ve stejnosměrných, ale i střídavých obvodech. To je jejich hlavní rozdíl. Tyristor také pracuje v režimu klíče – buď otevřený nebo zavřený. Pro otevření přechodu A1-A2 je nutné přivést napětí 2-5 V na řídicí elektrodu G vzhledem ke svorce A1. Triak se otevře a nezavře, dokud napětí mezi svorkami A1-A2 nebude nulové.

Obvod tyristorového regulátoru výkonu funguje následovně. Střídavé síťové napětí je přiváděno přes zátěž (žárovku nebo vinutí páječky) na svorku A1 triaku VS2 a jednu ze svorek R2. Když je střední vývod rezistoru R2 v krajní levé poloze, jeho odpor je 0 a když napětí v síti začne narůstat, kondenzátor C1 se rychle nabije. Při nabití C1 na napětí 30 V dojde k průrazu dinistoru VS1 a proud půjde do řídící elektrody G VS2 a otevře se přechod triaku A1-A2 (graf 1).

Když otočíte rukojetí proměnného rezistoru R2, zvýší se jeho odpor, sníží se nabíjecí proud kondenzátoru C1 a bude trvat déle, než napětí na něm dosáhne 30 V. Triak se tedy po nějaké době otevře. Čím větší je hodnota R2, tím delší bude doba nabíjení C1 a triak se otevře s větším zpožděním. Tímto způsobem bude do zátěže dodáváno méně energie.

Daný klasický obvod tyristorového regulátoru výkonu může pracovat i při síťovém napětí 127, 24 nebo 12 V. Stačí jednoduše snížit jmenovitý výkon proměnného odporu. V daném obvodu je výkon regulován nikoliv od 0 voltů, ale od 30, což je pro praktické použití více než dostačující. Toto schéma bylo úspěšně zopakováno při opravě elektronického obvodu pro řízení rychlosti otáčení elektromotoru mixéru.

Obvod tyristorového regulátoru, který nevyzařuje rušení

Hlavním rozdílem mezi obvodem prezentovaného regulátoru výkonu páječky a obvody uvedenými výše je úplná absence rádiového rušení v elektrické síti, protože všechny přechodné procesy se vyskytují v době, kdy je napětí v napájecí síti nulové.

Když jsem začal vyvíjet regulátor teploty pro páječku, řídil jsem se následujícími úvahami. Obvod musí být jednoduchý, snadno opakovatelný, součástky musí být levné a dostupné, vysoká spolehlivost, minimální rozměry, účinnost blížící se 100 %, žádné vyzařující rušení, možnost modernizace.

Obvod regulátoru teploty funguje následovně. Střídavé napětí z napájecí sítě je usměrněno diodovým můstkem VD1-VD4. Ze sinusového signálu se získá konstantní napětí, měnící se v amplitudě jako polovina sinusoidy s frekvencí 100 Hz (schéma 1). Dále proud prochází omezovacím rezistorem R1 do zenerovy diody VD6, kde je napětí omezeno amplitudou na 9 V a již má jiný tvar (schéma 2). Přijaté impulsy nabíjejí elektrolytický kondenzátor C5 přes diodu VD1 a vytvářejí napájecí napětí asi 9 V pro mikroobvody DD1 a DD2. R2 plní ochrannou funkci, omezuje maximální možné napětí na VD5 a VD6 na 22 V a zajišťuje vytvoření hodinového impulsu pro provoz obvodu. Z R1 je vygenerovaný signál přiveden na 5. a 6. vývod prvku 2OR-NOT logického číslicového mikroobvodu DD1.1, který invertuje příchozí signál a převádí jej na krátké obdélníkové impulsy (schéma 3). Z pinu 4 DD1 jsou impulsy posílány na pin 8 spouštěče D DD2.1, který pracuje v režimu spouštění RS. DD2.1, stejně jako DD1.1, vykonává funkci invertování a generování signálu (schéma 4).

Všimněte si, že signály v diagramech 2 a 4 jsou téměř totožné a zdálo se, že signál z R1 by mohl být přiveden přímo na pin 5 DD2.1. Studie však ukázaly, že signál za R1 obsahuje mnoho rušení přicházejících z napájecí sítě a bez dvojitého tvarování obvod nefungoval stabilně. Ale není vhodné instalovat další LC filtry, když jsou volné logické prvky.

Spoušť DD2.2 se používá k sestavení řídicího obvodu regulátoru teploty páječky a funguje následovně. Obdélníkové pulsy jsou posílány na kolík 3 DD2.2 z kolíku 13 DD2.1, který s kladnou hranou přepíše úroveň na kolíku 1 DD2.2, která je aktuálně přítomna na vstupu D mikroobvodu (pin 5). Na pinu 2 je signál opačné úrovně. Podívejme se podrobně na fungování DD2.2. Řekněme, že na pinu 2 je logická jednička. Přes rezistory R4, R5 bude kondenzátor C2 nabíjen na napájecí napětí. Když je přijat první impuls s kladným rozdílem, objeví se 2 na kolíku 0 a kondenzátor C2 se rychle vybije přes diodu VD7. Další kladný pokles na kolíku 3 nastaví logickou jedničku na kolíku 2 a kondenzátor C4 se začne nabíjet přes odpory R5, R2.

Doba nabíjení je určena časovou konstantou R5 a C2. Čím větší je hodnota R5, tím déle bude nabíjení C2 trvat. Dokud nebude C2 nabito na polovinu napájecího napětí, bude na pinu 5 logická nula a kladné poklesy pulzu na vstupu 3 nezmění logickou úroveň na pinu 2. Jakmile je kondenzátor nabitý, proces se opakuje.

Na výstupy DD2.2 tak bude procházet pouze počet impulsů z napájecí sítě určený rezistorem R5 a hlavně ke změnám těchto impulsů dojde při přechodu napětí v napájecí síti přes nulu. Proto nedochází k žádnému rušení z provozu regulátoru teploty.

Z pinu 1 mikroobvodu DD2.2 jsou impulsy přiváděny do měniče DD1.2, který slouží k eliminaci vlivu tyristoru VS1 na činnost DD2.2. Rezistor R6 omezuje řídicí proud tyristoru VS1. Při přivedení kladného potenciálu na řídicí elektrodu VS1 se tyristor otevře a na páječku se přivede napětí. Regulátor umožňuje nastavit výkon páječky od 50 do 99 %. Přestože je rezistor R5 proměnný, seřízení v důsledku provozu DD2.2 ohřevu páječky se provádí v krocích. Když se R5 rovná nule, dodává se 50 % výkonu (schéma 5), ​​při otáčení pod určitým úhlem je to již 66 % (schéma 6), poté 75 % (schéma 7). Čím blíže k vypočítanému výkonu páječky, tím hladší nastavení funguje, což usnadňuje nastavení teploty hrotu páječky. Například 40W páječku lze upravit na výkon 20 až 40W.

Konstrukce a detaily regulátoru teploty

Všechny části tyristorového regulátoru teploty jsou umístěny na desce plošných spojů ze sklolaminátu. Protože obvod nemá galvanické oddělení od elektrické sítě, je deska umístěna v malém plastovém pouzdře bývalého adaptéru s elektrickou zástrčkou. Na ose proměnného odporu R5 je umístěna plastová rukojeť. Kolem rukojeti na těle regulátoru je pro pohodlí regulace stupně ohřevu páječky stupnice s konvenčními čísly.

Šňůra vycházející z páječky je připájena přímo k desce plošných spojů. Připojení páječky je možné učinit rozebíratelným, k regulátoru teploty pak bude možné připojit další páječky. Proud odebíraný obvodem regulátoru teploty překvapivě nepřesahuje 2 mA. To je méně než energie spotřebovaná LED v obvodu podsvícení spínače světla. Proto není třeba provádět zvláštní opatření k zajištění teplotního režimu zařízení.

Mikroobvody DD1 a DD2 libovolné řady 176 nebo 561. Sovětský tyristor KU103V lze nahradit např. moderním tyristorem MCR100-6 nebo MCR100-8, určeným pro spínací proud do 0,8 A. V tomto případě bude možné řídit ohřev páječky s výkonem až 150 W. Diody VD1-VD4 jsou libovolné, určené pro zpětné napětí minimálně 300 V a proud minimálně 0,5 A. Perfektní je IN4007 (Urev=1000 V, I=1 A). Diody VD5 a VD7 jsou libovolné pulzní. Zenerova dioda VD6 jakákoliv nízkopříkonová se stabilizačním napětím cca 9 V. Kondenzátory libovolného typu. Libovolné rezistory, R1 o výkonu 0,5W.

Regulátor výkonu není třeba nastavovat. Pokud jsou díly v dobrém stavu a nevyskytují se žádné chyby při instalaci, začne okamžitě fungovat.

Schéma bylo vyvinuto před mnoha lety, kdy ještě neexistovaly počítače a zejména laserové tiskárny, a proto jsem výkres plošného spoje provedl technologií mého dědečka na diagramový papír s roztečí rastru 2,5 mm. Poté jsem kresbu lepidlem Moment nalepil na silný papír a samotný papír na sklolaminát potažený fólií. Dále byly na domácí vrtačce vyvrtány otvory a ručně nakresleny cesty pro budoucí vodiče a kontaktní plošky pro pájení dílů.

Nákres tyristorového regulátoru teploty zůstal zachován. Tady je jeho fotka. Zpočátku byl usměrňovací diodový můstek VD1-VD4 vyroben na mikrosestavě KC407, ale poté, co mikrosestava dvakrát praskla, jsem jej nahradil čtyřmi diodami KD209.

Jak snížit úroveň rušení tyristorovými regulátory

Pro snížení rušení emitovaného tyristorovými regulátory výkonu do elektrické sítě se používají feritové filtry, které jsou feritovým kroužkem s vinutými závity drátu. Takové feritové filtry lze nalézt ve všech pulzních napájecích zdrojích počítačů, televizorů a dalších produktů. Jakýkoli tyristorový regulátor lze dodatečně vybavit účinným feritovým filtrem potlačujícím rušení. Stačí protáhnout vodič připojující se k elektrické síti přes feritový kroužek.

Feritový filtr by měl být instalován co nejblíže ke zdroji rušení, tedy k místu, kde je instalován tyristor. Feritový filtr může být umístěn buď uvnitř těla zařízení, nebo na jeho vnější straně. Čím více závitů, tím lépe bude feritový filtr potlačovat rušení, ale stačí protáhnout napájecí kabel kroužkem.

Feritový kroužek lze odebrat z propojovacích vodičů počítačového vybavení, monitorů, tiskáren, skenerů. Pokud věnujete pozornost vodiči spojujícímu počítačovou systémovou jednotku s monitorem nebo tiskárnou, všimnete si válcového zesílení izolace na vodiči. Zde je umístěn feritový filtr pro vysokofrekvenční rušení.

Plastovou izolaci stačí naříznout nožem a odstranit feritový kroužek. Určitě máte vy nebo vaši přátelé nepotřebný kabel rozhraní od inkoustové tiskárny nebo starého CRT monitoru.

Zeptejte se autora článku, zanechte komentář

Vitalij Alexandrovič 15.12.2016

Alexander Nikolaevich, dobrý večer.
Dnes jsem sestavil regulátor podle vašeho obvodu pod názvem v článku „Nejjednodušší obvod tyristorového regulátoru“. Ale to mi nefunguje, respektive kondenzátor se velmi zahřívá, dva prostě explodovaly, pokud možno, řekněte mi, jaký je důvod.

Dobrý den, Vitaly Alexandroviči!
Elektrolytický kondenzátor se může zahřát nebo explodovat, pokud není dodržena polarita jeho připojení nebo je překročeno použité napětí. V tomto obvodu je napětí na kondenzátoru určeno hodnotou zatěžovacího odporu R2 a polohou jezdce odporu R1. Jeho vypočtená hodnota by neměla překročit 25 V.

Proto je instalován kondenzátor určený pro napětí 25 V Kondenzátor selže, pokud se dioda VD1 rozpadne.
Jakékoli beztransformátorové obvody, které pracují přímo ze sítě 220 V, musí být sestaveny velmi pečlivě, protože chyby mohou způsobit okamžité selhání prvků.

Vitalij Alexandrovič

Ukázalo se, že napětí kondenzátoru je skutečně pod 25 V a druhá otázka. Jak moc lze zvýšit nebo snížit jeho kapacitu?

Kapacita kondenzátoru nemá velký vliv na provoz zařízení a určuje pouze rozsah nastavení. Kapacita elektrolytických kondenzátorů má obvykle rozptyl až 50 %, takže její hodnotu nejlépe určíte experimentálně zapojením elektrické žárovky místo páječky. Na základě jeho jasu lze snadno vybrat požadovanou kapacitu kondenzátoru a v případě potřeby i jmenovité hodnoty rezistoru.

Tyristorové regulátory výkonu jsou jedním z nejběžnějších návrhů amatérských rádií, a to není překvapující. Ostatně každý, kdo někdy používal běžnou 25-40 wattovou páječku, dobře ví o její schopnosti přehřátí. Pájka začne kouřit a syčet, pak pocínovaný hrot brzy vyhoří a zčerná. Pájení s takovou páječkou již není možné.

A zde přichází na řadu regulátor výkonu, pomocí kterého lze poměrně přesně nastavit teplotu pro pájení. Měli byste se řídit tím, že když se dotknete kousku kalafuny páječkou, kouří dobře, středně, bez syčení a šplouchání a nepříliš energicky. Měli byste se zaměřit na to, aby bylo pájení tvarované a lesklé.

Moderní pájecí stanice jsou samozřejmě vybaveny páječkami se stabilizací teploty, digitálním displejem a regulací teploty ohřevu, které jsou však oproti běžné páječce příliš drahé. Proto je pro malé množství pájecích prací docela možné vystačit si s obyčejnou páječkou s tyristorovým regulátorem výkonu. Kvalita pájení přitom nemusí být hned excelentní – dosahuje se jí praxí.

Další oblastí použití tyristorových regulátorů je ovládání jasu lamp. Takové regulátory se prodávají v elektroprodejnách ve formě běžných nástěnných vypínačů s otočnou rukojetí. Zde však na kupujícího čeká přepadení: moderní energeticky úsporné zářivky (v literatuře se často nazývají kompaktní zářivky (CFL)) s takovými regulátory prostě nechtějí pracovat.

Stejný nepředvídatelný scénář nastane v případě úpravy jasu LED lamp. No, nejsou určeny pro takovou práci a to je vše: usměrňovací můstek s elektrolytickým kondenzátorem umístěným uvnitř CFL prostě nedovolí tyristoru pracovat. Proto lze nastavitelné „noční světlo“ s takovým regulátorem vytvořit pouze pomocí žárovky.

Zde bychom však měli pamatovat na elektronické transformátory určené k napájení halogenových žárovek a v amatérských rádiových provedeních pro různé účely. Z nějakého důvodu, zjevně z důvodů hospodárnosti nebo jednoduše pro zmenšení velikosti, v těchto transformátorech za usměrňovacím můstkem není instalován elektrolytický kondenzátor. Právě tato „úspora“ umožňuje upravit jas lamp pomocí tyristorových regulátorů.

Pokud zapojíte fantazii, můžete najít mnohem více oblastí, kde je použití tyristorových regulátorů vyžadováno. Jednou z těchto oblastí je regulace otáček elektrického nářadí: vrtačky, brusky, šroubováky, příklepové vrtačky atd. atd. Tyristorové regulátory jsou přirozeně umístěny uvnitř přístrojů napájených střídavým proudem. Viz – Typy a provedení regulátorů otáček pro komutátorové motory.

Celý tento regulátor je zabudován do ovládacího tlačítka a je to malá krabička, která se vkládá do rukojeti vrtačky. Míra stisknutí tlačítka určuje rychlost otáčení sklíčidla. V případě poruchy je celá krabice vyměněna najednou: navzdory zjevné jednoduchosti konstrukce není takový regulátor absolutně vhodný pro opravu.

V případě nářadí pracujícího na stejnosměrný proud z baterií se regulace výkonu provádí pomocí MOSFET tranzistorů metodou pulzně šířkové modulace. Frekvence PWM dosahuje několika kilohertzů, takže skrz tělo šroubováku je slyšet vysokofrekvenční skřípání. Jsou to vinutí motoru, které skřípe.

Ale v tomto článku budou zvažovány pouze tyristorové regulátory výkonu. Proto před zvažováním regulačních obvodů byste si měli pamatovat, jak funguje tyristor.

Abychom příběh nekomplikovali, nebudeme tyristor uvažovat v podobě jeho čtyřvrstvé pnpn struktury, budeme kreslit proudově-napěťovou charakteristiku, ale jednoduše slovy popíšeme, jak on, tyristor, funguje. Pro začátek ve stejnosměrných obvodech, i když tyristory se v těchto obvodech téměř nikdy nepoužívají. Koneckonců, vypnout tyristor pracující na stejnosměrný proud je poměrně obtížné. Je to jako zastavit cválajícího koně.

A přesto vysoké proudy a vysoké napětí tyristorů přitahují vývojáře různých, obvykle dosti výkonných, stejnosměrných zařízení. Chcete-li vypnout tyristory, musíte se uchýlit k různým komplikacím a trikům s obvody, ale obecně jsou výsledky pozitivní.

Označení tyristoru na schématech zapojení je na obrázku 1.

Obrázek 1. Tyristor

Je snadné si všimnout, že podle označení na schématech je tyristor velmi podobný běžné diodě. Když se na to podíváte, ten, tyristor, má také jednosměrnou vodivost, a proto může usměrňovat střídavý proud. Ale udělá to pouze tehdy, když je na řídicí elektrodu přivedeno kladné napětí vzhledem ke katodě, jak ukazuje obrázek 2. Podle staré terminologie se tyristoru někdy říkalo řízená dioda. Dokud není aplikován řídicí impuls, je tyristor uzavřen v libovolném směru.

Jak zapnout LED

Vše je zde velmi jednoduché. LED HL9 s omezovacím rezistorem R1 je připojena ke zdroji konstantního napětí 3V (lze použít baterii Krona) přes tyristor Vsx. Tlačítkem SB1 lze přivést napětí z děliče R1, R2 na řídící elektrodu tyristoru a následně se tyristor otevře a rozsvítí se LED.

Pokud nyní tlačítko uvolníte a přestanete jej držet, LED by měla svítit dál. Takové krátké stisknutí tlačítka lze nazvat pulzní. Opakovaným nebo i opakovaným stisknutím tohoto tlačítka se nic nezmění: LED dioda nezhasne, ale nebude svítit jasněji ani tlumeněji.

Stiskly a uvolnily a tyristor zůstal otevřený. Tento stav je navíc stabilní: tyristor bude otevřený, dokud jej vnější vlivy z tohoto stavu neodstraní. Toto chování obvodu ukazuje na dobrý stav tyristoru, jeho vhodnost pro provoz ve vyvíjeném nebo opravovaném zařízení.

Malá poznámka

Ale často existují výjimky z tohoto pravidla: tlačítko bylo stisknuto, LED se rozsvítila a po uvolnění tlačítka zhaslo, jako by se nic nestalo. A v čem je háček, co udělali špatně? Možná nebylo tlačítko stisknuto dostatečně dlouho nebo ne příliš fanaticky? Ne, vše bylo provedeno zcela svědomitě. Je to tak, že proud přes LED se ukázal být menší než přídržný proud tyristoru.

Aby byl popsaný experiment úspěšný, stačí vyměnit LED za žárovku, poté se proud zvýší, nebo zvolit tyristor s nižším přídržným proudem. Tento parametr u tyristorů má značný rozptyl, někdy je dokonce nutné vybrat tyristor pro konkrétní obvod. A stejné značky, se stejným písmenem a ze stejné krabice. Importované tyristory, které byly nedávno preferovány, jsou s tímto proudem o něco lepší: je jednodušší koupit a parametry jsou lepší.

Jak zavřít tyristor

Žádné signály odeslané do řídicí elektrody nemohou uzavřít tyristor a zhasnout LED: řídicí elektroda může pouze zapnout tyristor. Existují samozřejmě uzamykatelné tyristory, ale jejich účel je poněkud jiný než banální regulátory výkonu nebo jednoduché spínače. Klasický tyristor lze vypnout pouze přerušením proudu anodově-katodovou sekcí.

To lze provést nejméně třemi způsoby. Za prvé, je hloupé odpojit celý obvod od baterie. Připomeňme si obrázek 2. LED dioda přirozeně zhasne. Po opětovném připojení se však sám nezapne, protože tyristor zůstává v uzavřeném stavu. Tento stav je také stabilní. A dostat ho z tohoto stavu, rozsvítit světlo, pomůže pouze stisknutí tlačítka SB1.

Druhým způsobem, jak přerušit proud tyristorem, je prosté zkratování vývodu katody a anody propojovacím vodičem. V tomto případě bude propojkou protékat celý zátěžový proud, v našem případě jen LED, a proud tyristorem bude nulový. Po odstranění propojky se tyristor sepne a LED zhasne. Při experimentech s takovými obvody se nejčastěji jako propojka používá pinzeta.

Předpokládejme, že místo LED v tomto obvodu bude poměrně výkonná topná spirála s velkou tepelnou setrvačností. Pak získáte téměř hotový regulátor výkonu. Pokud tyristor sepnete tak, že spirála je zapnutá 5 sekund a stejně dlouho vypnutá, tak se ve spirále uvolní 50 procent výkonu. Pokud během tohoto desetisekundového cyklu sepne spínač pouze na 1 sekundu, pak je zcela zřejmé, že cívka uvolní pouze 10 % tepla svého výkonu.

Řízení výkonu v mikrovlnné troubě funguje přibližně v těchto časových cyklech, měřeno v sekundách. Jednoduše pomocí relé se VF záření zapíná a vypíná. Tyristorové regulátory pracují na frekvenci napájecí sítě, kde se čas měří v milisekundách.

Třetí způsob, jak vypnout tyristor

Spočívá ve snížení napájecího napětí zátěže na nulu, případně i úplné změně polarity napájecího napětí na opačnou. Přesně k této situaci dochází, když jsou tyristorové obvody napájeny střídavým sinusovým proudem.

Když sinusoida prochází nulou, změní znaménko na opačné, takže proud tyristorem je menší než přídržný proud a pak je zcela roven nule. Tím je problém s vypínáním tyristoru vyřešen jakoby sám od sebe.

Tyristorové regulátory výkonu. Fázová regulace

Takže záležitost zůstává malá. Chcete-li dosáhnout fázového řízení, musíte jednoduše aplikovat řídicí impuls v určitém čase. Jinými slovy, puls musí mít určitou fázi: čím blíže ke konci půlcyklu střídavého napětí, tím menší bude amplituda napětí na zátěži. Způsob řízení fáze je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3. Řízení fáze

Na horním fragmentu obrázku je řídicí impuls přiveden téměř na samém začátku půlcyklu sinusoidy, fáze řídicího signálu je blízká nule. Na obrázku je to čas t1, takže tyristor se otevírá téměř na začátku půlcyklu a zátěž uvolňuje výkon blízko maxima (pokud by v obvodu nebyly tyristory, byl by výkon maximální).

Samotné řídicí signály nejsou na tomto obrázku znázorněny. Ideálně jsou to krátké pulsy kladné vzhledem ke katodě, aplikované v určité fázi na řídící elektrodu. V nejjednodušších obvodech to může být lineárně rostoucí napětí získané při nabíjení kondenzátoru. O tom bude řeč níže.

V prostředním grafu je řídicí impuls aplikován uprostřed půlcyklu, který odpovídá fázovému úhlu Π/2 nebo času t2, takže do zátěže se uvolňuje pouze polovina maximálního výkonu.

Ve spodním grafu jsou otevírací impulsy přiváděny velmi těsně před koncem půlcyklu, tyristor se otevírá téměř před uzavřením, podle grafu je tato doba označena jako t3, podle toho se uvolňuje nevýznamný výkon v zátěž.

Tyristorové spínací obvody

Po krátké úvaze o principu činnosti tyristorů asi můžeme dát několik obvodů regulátoru výkonu. Nic nového se tu nevymyslelo, vše se dá najít na internetu nebo ve starých radiotechnických časopisech. Článek poskytuje pouze stručný přehled a popis práce obvody tyristorových regulátorů. Při popisu činnosti obvodů bude věnována pozornost tomu, jak se tyristory používají, jaké obvody pro připojení tyristorů existují.

Jak bylo řečeno na samém začátku článku, tyristor usměrňuje střídavé napětí jako běžná dioda. To má za následek půlvlnnou rektifikaci. Kdysi se takto rozsvěcovaly žárovky na schodištích přes diodu: světla bylo velmi málo, oslňovalo to oči, ale lampy vyhořely velmi zřídka. Totéž se stane, pokud je stmívač vyroben na jednom tyristoru, pouze je možné regulovat již nevýznamný jas.

Regulátory výkonu tedy řídí oba půlcykly síťového napětí. K tomuto účelu se používá protiparalelní zapojení tyristorů, triaků nebo připojení tyristoru k diagonále usměrňovacího můstku.

Aby bylo toto tvrzení jasnější, bude níže uvedeno několik obvodů tyristorových regulátorů výkonu. Někdy se jim říká regulátory napětí a je těžké rozhodnout, který název je správnější, protože spolu s regulací napětí je regulován i výkon.

Nejjednodušší tyristorový regulátor

Je určen k regulaci výkonu páječky. Jeho schéma je na obrázku 4.

Obrázek 4. Schéma jednoduchého tyristorového regulátoru výkonu

Nemá smysl nastavovat výkon páječky od nuly. Můžeme se tedy omezit na regulaci pouze jednoho půlcyklu síťového napětí, v tomto případě kladného. Negativní půlcyklus prochází beze změn přes diodu VD1 přímo do páječky, která poskytuje její poloviční výkon.

Kladný půlcyklus prochází tyristorem VS1, který umožňuje regulaci. Tyristorový řídicí obvod je extrémně jednoduchý. Jedná se o rezistory R1, R2 a kondenzátor C1. Kondenzátor se nabíjí přes obvod: horní vodič obvodu, R1, R2 a kondenzátor C1, zátěž, spodní vodič obvodu.

Řídicí elektroda tyristoru je připojena ke kladné svorce kondenzátoru. Když se napětí na kondenzátoru zvýší na spínací napětí tyristoru, tyristor se otevře a projde kladným půlcyklem napětí, nebo spíše jeho částí, do zátěže. Současně se přirozeně vybíjí kondenzátor C1, čímž se připravuje na další cyklus.

Rychlost nabíjení kondenzátoru je řízena pomocí proměnného odporu R1. Čím rychleji se kondenzátor nabíjí na otevírací napětí tyristoru, tím dříve se tyristor otevře, tím větší část kladného půlcyklu napětí jde do zátěže.

Obvod je jednoduchý, spolehlivý a docela vhodný pro páječku, i když reguluje pouze jeden poloviční cyklus síťového napětí. Velmi podobný obvod je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5. Tyristorový regulátor výkonu

Je poněkud složitější než předchozí, ale umožňuje plynulejší a přesnější nastavení, protože obvod pro generování řídicích impulsů je sestaven na dvoubázovém tranzistoru KT117. Tento tranzistor je určen k vytváření pulzních generátorů. Zdá se, že není schopen ničeho jiného. Podobný obvod se používá v mnoha regulátorech výkonu, stejně jako ve spínacích zdrojích jako tvarovač spouštěcích impulsů.

Jakmile napětí na kondenzátoru C1 dosáhne provozního prahu tranzistoru, tranzistor se otevře a na svorce B1 se objeví kladný impuls, který otevře tyristor VS1. Rezistor R1 lze použít k regulaci rychlosti nabíjení kondenzátoru.

Čím rychleji se kondenzátor nabíjí, tím dříve se objeví otevírací impuls, tím větší je napětí dodávané do zátěže. Druhá půlvlna síťového napětí přechází do zátěže přes diodu VD3 beze změn. Pro napájení obvodu tvarovače řídicích impulsů se používá usměrňovač VD2, R5 a zenerova dioda VD1.

Zde se můžete zeptat, kdy se tranzistor otevře, jaký je provozní práh? K otevření tranzistoru dochází v okamžiku, kdy napětí na jeho emitoru E překročí napětí na bázi B1. Báze B1 a B2 nejsou ekvivalentní, pokud jsou prohozeny, generátor nebude fungovat.

Obrázek 6 ukazuje obvod, který umožňuje regulovat obě půlcykly napětí.

Obvod je stmívač. Síťové napětí je usměrněno můstkem VD1-VD4, po kterém je pulzující napětí přiváděno do lampy EL1, tyristoru VS1 a přes odpory R3, R4 do zenerových diod VD5, VD6, ze kterých je napájen řídicí obvod. Použití usměrňovacího můstku v obvodu umožňuje regulovat kladné a záporné půlcykly pouze jedním tyristorem.

Řídicí obvod je rovněž proveden na dvoubázovém tranzistoru KT117A. Rychlost nabíjení časovacího kondenzátoru C2 je měněna odporem R6, který mění fázi signálu ovládajícího tyristor.

K tomuto obvodu lze učinit malou poznámku: proud v zátěži se skládá pouze z kladných půlcyklů sítě získaných za můstkovým usměrňovačem. Pokud chcete do zátěže dostat kladnou a zápornou část sinusoidy, stačí, aniž byste cokoli v obvodu měnili, zapnout zátěž ihned po pojistce. Stačí nainstalovat propojku v místě zatížení. Takový diagram je znázorněn na obrázku 7.

Obrázek 7. Schéma tyristorového regulátoru výkonu

Tranzistor KT117 je vynálezem sovětského elektronického průmyslu a nemá žádné zahraniční obdoby, ale v případě potřeby jej lze sestavit ze dvou tranzistorů podle zapojení na obrázku 8. Co když se někdo rozhodne sestavit podobný obvod, kde se dá sehnat takový tranzistor?

V obvodech znázorněných na obrázcích 6 a 7 je použit tyristor v kombinaci s diodovým můstkem. Toto zapojení umožňuje ovládat oba půlcykly střídavého napětí pomocí jednoho tyristoru. Zároveň se ale objevují 4 přídavné diody, které celkově zvětšují rozměry konstrukce.

• Obvody operačních zesilovačů se zpětnou vazbou
• Obvody pro spínání operačních zesilovačů bez zpětné vazby
• Operační zesilovače. Část 2: Ideální operační zesilovač

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Praktická elektronika

Přihlaste se k odběru kanálu Telegram o elektronice pro profesionály i amatéry: Praktická elektronika pro každý den

Sdílejte tento článek se svými přáteli: