Jednoduchý tyristorový regulátor výkonu: popis, schéma a zařízení

Zařízení, která umožňují řídit provoz elektrických spotřebičů a upravovat je tak, aby byly pro uživatele optimální, se pevně etablovaly. Jedním z takových zařízení je regulátor výkonu. Použití takových regulátorů je žádané při použití elektrických topných a osvětlovacích zařízení a v zařízeních s motory. Návrh obvodu regulátorů je různorodý, takže může být někdy obtížné vybrat tu nejlepší možnost.

Nejjednodušší regulátor energie

První návrhy zařízení, které měnily výkon dodávaný do zátěže, byly založeny na Ohmově zákoně: elektrický výkon se rovná proudu krát napětí nebo odpor krát proud na druhou. Na tomto principu bylo navrženo zařízení zvané reostat. Je umístěn jak v sérii, tak paralelně s připojenou zátěží. Změnou jeho odporu se upravuje i výkon.

Proud vstupující do reostatu je rozdělen mezi něj a zátěž. Při sériovém zapojení se řídí proud a napětí, při paralelním zapojení se řídí pouze hodnota rozdílu potenciálů. V závislosti na materiálu, ze kterého je odpor vyroben, mohou být reostaty:

Podle zákona zachování energie nemůže absorbovaná elektrická energie jednoduše zmizet, proto se v rezistorech výkon přeměňuje na teplo, a pokud je jeho hodnota velká, musí se z nich odebrat. K zajištění odstranění se používá chlazení, které se provádí foukáním nebo ponořením reostatu do oleje.

Reostat je poměrně univerzální zařízení.. Jeho jedinou, ale podstatnou nevýhodou je vývin tepla, který neumožňuje vyrobit zařízení s malými rozměry, pokud je třeba jím propouštět velké množství energie. Řízením proudu a napětí se reostat často používá v nízkoenergetických vedeních domácích spotřebičů. Například v audio zařízení pro nastavení hlasitosti. Není vůbec obtížné vyrobit takový regulátor proudu vlastními rukama, to platí ve větší míře pro drátový reostat.

K jeho výrobě budete potřebovat konstantní nebo nichromový drát, který je navinutý na trnu. Elektrický výkon je regulován změnou délky drátu.

Typy moderních zařízení

Rozvoj polovodičové technologie umožnil řídit výkon pomocí radioprvků s účinností osmdesát procent. To umožnilo jejich pohodlné použití v síti s napětím 220 voltů, aniž by byly vyžadovány velké chladicí systémy. A nástup integrovaných obvodů umožnil dosáhnout miniaturních velikostí celého regulátoru jako celku.

V současné době se ve výrobě vyrábí následující typy zařízení:

1. Fáze. Používá se k ovládání jasu žárovek nebo halogenových žárovek. Dalším názvem pro ně jsou stmívače.
2. Tyristor. Provoz je založen na využití zpoždění sepnutí tyristorového spínače během půlcyklu střídavého proudu.
3. triak. Výkon je regulován změnou počtu půlcyklů napětí, které působí na zátěž.
4. Cestovní regulátor. Umožňuje plynule měnit elektrický výkon dodávaný do elektromotoru.

Čtěte také: Metody desulfatace kyselé autobaterie

V tomto případě dojde k úpravě bez ohledu na tvar vstupního signálu. Podle umístění se ovládací zařízení dělí na přenosná a stacionární. Mohou být provedeny buď v samostatném krytu, nebo integrovány do zařízení. Mezi hlavní parametry charakterizující regulátory elektrické energie patří:

• plynulé nastavení;
• provozní a špičkový příkon;
• rozsah vstupního provozního signálu;
• Účinnost.

Moderní regulátor elektrického výkonu je tedy elektronický obvod, jehož použití vám umožňuje řídit množství energie, která jím prochází.

Tyristorové řídicí zařízení

Princip fungování takového zařízení není nijak zvlášť komplikovaný. V zásadě se tyristorový měnič používá k ovládání zařízení s nízkým výkonem. Typický obvod tyristorového regulátoru výkonu se skládá přímo ze samotného tyristoru, bipolárních tranzistorů a rezistorů, které nastavují jejich pracovní bod, a kondenzátoru.

Tranzistory pracující ve spínacím režimu generují pulzní signál. Jakmile se hodnota napětí na kondenzátoru porovná s provozním napětím, tranzistory se otevřou. Signál je přiveden na řídicí výstup tyristoru, který jej také otevírá. Kondenzátor je vybitý a klíč je uzamčen. Toto se opakuje v cyklu. Čím delší je zpoždění, tím méně energie jde do zátěže.

Výhody tohoto typu regulátoru je, že nevyžaduje seřízení, ale nevýhodou je nadměrné zahřívání. Pro boj s přehříváním tyristoru se používá aktivní nebo pasivní chladicí systém.

Tento typ regulátoru se používá k přeměně energie dodávané jak domácím spotřebičům (páječka, elektrický ohřívač, spirálová lampa), tak průmyslovým (soft start výkonných elektráren). Spínací obvody mohou být jednofázové nebo třífázové. Nejpoužívanější: ku202n, VT151, 10RIA40M.

Triakový výkonový měnič

Triak je polovodičové zařízení určené pro použití v obvodu střídavého proudu. Charakteristickým rysem zařízení je, že jeho svorky nejsou rozděleny na anodu a katodu. Na rozdíl od tyristoru, který propouští proud pouze v jednom směru, triak vede proud v obou směrech. Proto se používá v AC sítích.

Důležitým rozdílem mezi triakovými obvody a tyristorovými obvody je to, že není potřeba usměrňovací zařízení. Princip činnosti je založen na fázovém řízení, to znamená na změně otevíracího momentu triaku vzhledem k přechodu střídavého napětí nulou. Toto zařízení umožňuje ovládat ohřívače, žárovky a otáčky elektromotoru. Signál na výstupu triaku má pilovitý tvar s řízenou dobou trvání pulzu.

Nezávislá výroba tohoto typu zařízení je jednodušší než tyristorová. Velkou oblibu si získaly triaky se středním výkonem následujících typů: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Obvod regulátoru výkonu založený na triaku využívající takové prvky se vyznačuje snadnou výrobou a bez nutnosti konfigurace.

Metoda fázové transformace

Samotný stmívač má širokou škálu aplikací. Jednou z možností použití je nastavení intenzity osvětlení. Elektrický obvod zařízení je nejčastěji realizován na specializovaných mikrokontrolérech, které při své činnosti využívají vestavěný elektronický obvod redukce napětí. Díky tomu jsou stmívače schopny plynule měnit výkon, ale jsou citlivé na rušení.

Čtěte také: Kontrola zapalovací cívky motorové pily pomocí multimetru

Fázové regulátory výkonu nejsou stabilizovány pomocí zenerových diod, ale jako stabilizátor používají tyristory pracující ve dvojicích. Základ jejich činnosti spočívá ve změně úhlu otevření klíčového tyristoru, v důsledku čehož zátěž přijímá signály s odříznutou počáteční částí půlcyklu, čímž se snižuje efektivní hodnota napětí. Nevýhody stmívačů zahrnují vysoký faktor zvlnění a nízký účiník výstupního signálu.

Když stmívače pracují v širokém rozsahu frekvencí, vzniká elektromagnetické rušení. Takové záření vede ke snížení účinnosti v důsledku výskytu parazitního proudu ve vodičích. Pro boj proti takovým proudům jsou do návrhu přidány indukčně-kapacitní filtry.

Praktické příklady k nahlédnutí

Nejoblíbenější mezi radioamatéry jsou obvody určené k ovládání jasu lampy a změně výkonu páječky. Takové obvody se snadno opakují a lze je sestavit bez použití desek plošných spojů jednoduchou montáží nad hlavou.

Obvody vyrobené nezávisle nejsou v žádném případě horší než ty tovární, protože nevyžadují nastavení a s funkčními rádiovými komponenty jsou okamžitě připraveny k použití. Pokud nejste schopni nebo chcete zařízení vyrobit sami od začátku, můžete si zakoupit sady pro vlastní výrobu. Takové stavebnice obsahují všechny potřebné rádiové prvky, desku plošných spojů a obvod s návodem k sestavení.

Dominantní schéma

Nejjednodušší způsob sestavení takového zařízení je s tyristorem. Činnost obvodu je založena na schopnosti tyristoru otevřít se při průchodu vstupní sinusoidy nulou, v důsledku čehož je signál přerušen a napětí na zátěži se mění.

Obvod pro replikaci tyristorového regulátoru výkonu je založen na použití tyristoru VS1, který se používá jako KU202N. Tento rádiový prvek je vyroben z křemíku a má strukturu typu pnp. Používá se jako symetrický spínač pro signály středního výkonu a spínání střídavých napájecích obvodů.

Čtěte také: Stojan na vrtačku: vytvoření vrtačky vlastníma rukama

Po přivedení napětí 220V je vstupní signál usměrněn a odeslán do kondenzátoru C1. Jakmile se úbytek napětí na C1 rovná rozdílu potenciálů, v bodě mezi odpory R3 a R4 se otevřou bipolární tranzistory VT1 a VT2. Úroveň napětí je omezena zenerovou diodou VD1. Signál je odeslán na řídicí svorku KU202N a kondenzátor C1 je vybit. Když se na řídicí svorce objeví signál, tyristor se odblokuje. Jakmile je kondenzátor vybitý, VT1 a VT2 se uzavřou a odpovídajícím způsobem se uzavře i tyristor. Při dalším půlcyklu vstupního signálu se vše opakuje znovu.

Jako tranzistory jsou použity KT814 a KT815. Doba vybíjení se nastavuje pomocí R5 a také výkon. Zenerova dioda se používá se stabilizačním napětím od 7 do 14 voltů.

Takový regulátor lze použít nejen jako stmívač, ale také pro řízení výkonu komutátorového motoru. Dominantní obvod může pracovat při proudech až 10 ampérů, tato hodnota přímo závisí na vlastnostech použitého tyristoru a musí být instalován na radiátoru.

Regulátor ohřevu páječky

Řízení výkonu páječky má nejen pozitivní vliv na její životnost, zabraňuje přehřátí hrotu a jeho vnitřních prvků, ale také umožňuje pájet radioprvky, které jsou kritické pro teplotu zařízení.

Zařízení pro sledování teploty páječky se vyrábí již dlouhou dobu. Jedním z jeho typů bylo domácí zařízení, vyráběné pod názvem „Přídavné zařízení pro elektrickou páječku typu P223“. Umožňoval připojení nízkonapěťové páječky do sítě 220V.

Nejjednodušší způsob, jak vyrobit regulátor pro páječku, je pomocí triaku KU208G.

Výkonové kontakty jsou zapojeny do série se zátěží. Proto se proud protékající triakem shoduje se zatěžovacím proudem. Pro ovládání režimu klíče se používá dinistor VS2. Kondenzátor C1 se nabíjí přes odpory: R1 a R2. Indikace provozu je organizována pomocí VD1 a LED. Protože změna napětí na kondenzátoru nějakou dobu trvá, dochází k fázovému posunu mezi síťovým napětím a napětím kondenzátoru. Změnou hodnoty odporu R2 se upraví velikost fázového posunu. Čím déle je kondenzátor nabíjen, tím méně je triak v otevřeném stavu, a proto je hodnota výkonu nižší.

Tento regulátor je určen pro připojení zátěže o výkonu až 300 wattů. Při použití páječky s výkonem vyšším než 100 wattů by měl být triak instalován na radiátor. Vyrobená deska se snadno vejde na DPS o rozměru 25×30 mm a je volně umístěna v interní napájecí zásuvce.

Původně zveřejněno 2018-07-04 07:13:04.

Článek stojí za to pokrýt téma, jak vykonává svou práci tyristorový regulátor napětí, jehož obvod si můžete podrobněji prohlédnout na internetu.

V každodenním životě může ve většině případů existovat zvláštní potřeba regulovat celkový výkon domácích spotřebičů, například elektrických sporáků, páječek, bojlerů a topných těles, v dopravě – otáčky motoru a další věci. V tomto případě nám pomůže jednoduchý a amatérský rádiový design – jedná se o speciální regulátor výkonu na tyristoru.

Vytvoření takového zařízení nebude obtížné; mohlo by se stát prvním domácím zařízením, které bude fungovat funkce nastavení teploty hrotu v páječce pro každého začínajícího radioamatéra. Je třeba také poznamenat, že hotové páječky na stanici s obecnou regulací teploty a dalšími speciálními funkcemi stojí mnohem více než nejjednodušší modely páječek. Minimální počet dílů v provedení vám pomůže sestavit jednoduchý tyristorový regulátor výkonu s povrchovou montáží.

Je třeba poznamenat, že namontovaný typ instalace je možností pro montáž radioelektronických součástek bez použití speciální desky s plošnými spoji a s vysoce kvalitními dovednostmi pomáhá rychle sestavit elektronická zařízení s průměrnou výrobní složitostí.

K regulátoru tyristorového typu si můžete objednat i elektronický typ konstruktoru a ti, kteří chtějí vše úplně pochopit sami, by si měli prostudovat některé obvody a princip fungování zařízení.

Mimochodem, takové zařízení je regulátor celkového výkonu. Takové zařízení lze použít k řízení celkového výkonu nebo řízení rychlosti. Nejprve však musíte plně porozumět obecnému principu fungování takového zařízení, protože to vám pomůže pochopit, jaké zatížení byste měli očekávat při použití takového regulátoru.

Jak funguje tyristor?

Tyristor je řízené polovodičové zařízení, které je schopné rychle vést proud v jednom směru. Slovo řízený znamená z nějakého důvodu tyristor, protože s jeho pomocí, na rozdíl od diody, která také vede celkový proud pouze do jednoho pólu, můžete vybrat samostatný okamžik, kdy tyristor zahájí proces vedení proudu.

Tyristor má tři proudové výstupy najednou:

1. Katoda.
2. Anoda.
3. Řízená elektroda.

Aby proud mohl takovým tyristorem protékat, musí být splněny následující podmínky: součást musí být umístěna na samotném obvodu, který bude pod obecným napětím a požadovaný krátkodobý impuls musí být přiveden na řídicí část elektroda. Na rozdíl od tranzistoru nebude ovládání takového tyristoru vyžadovat, aby uživatel držel řídicí signál.

Ale všechny potíže s použitím takového zařízení nekončí: tyristor lze snadno uzavřít přerušením toku proudu do něj přes obvod nebo vytvořením reverzního napětí anoda-katoda. To bude znamenat, že použití tyristoru ve stejnosměrných obvodech je považováno za zcela specifické a ve většině případů zcela nerozumné a ve střídavých obvodech, například v zařízení, jako je tyristorový regulátor, je obvod vytvořen tak, že podmínka pro uzavření zařízení je plně zajištěna. Jakákoli daná půlvlna zcela pokryje odpovídající část tyristoru.

S největší pravděpodobností budete je obtížné porozumět schématu jeho struktury. Není však třeba se rozčilovat – proces fungování takového zařízení bude podrobněji popsán níže.

Oblast použití tyristorových zařízení

K jakým účelům lze zařízení jako je tyristorový regulátor výkonu použít? Takové zařízení umožňuje efektivněji regulovat výkon topných zařízení, to znamená zatížení aktivních oblastí. Při práci s vysoce indukční zátěží nemusí tyristory jednoduše zavřít, což může vést k tomu, že takové zařízení nebude fungovat normálně.

Je možné nezávisle regulovat otáčky motoru zařízení?

Mnoho z uživatelů, kteří viděli nebo dokonce skutečně používali vrtačky, úhlové brusky, kterým se jinak říká brusky, a další elektrické nářadí. Snadno viděli, že počet otáček u takových produktů závisí hlavně na z celkové hloubky stisknutí spouštěcího tlačítka v zařízení. Takový prvek bude umístěn v tyristorovém regulátoru výkonu (obecné schéma takového zařízení je uvedeno na internetu), pomocí kterého se změní celkový počet otáček.

Je třeba věnovat pozornost skutečnosti, že regulátor nemůže samostatně měnit svou rychlost u asynchronních motorů. Napětí tak bude plně regulováno na komutátorovém motoru, který je vybaven speciální alkalickou jednotkou.

Jak takové zařízení funguje?

Níže popsané charakteristiky budou odpovídat většině obvodů.

1. Celkový výkon v zařízeních mění i tyristorový regulátor celkového výkonu, jehož princip a provozní vlastnosti budou založeny na fázovém řízení hodnoty napětí. Tato vlastnost spočívá ve skutečnosti, že za normálních výrobních podmínek může být zatížení ovlivněno přibližnými indikátory napětí domácí sítě, které se budou měnit v souladu se sinusovým zákonem. Výše při popisu principu činnosti tyristoru bylo řečeno, že každý tyristor zahrnuje činnost pouze v jednom směru, to znamená, že svou půlvlnu řídí ze sinusoid. Co to může znamenat?
2. Pokud je pomocí zařízení, jako je tyristor, v průběhu času v přesně definovaném čase připojena zátěž, pak bude indikátor efektivního napětí poměrně nízký, protože polovina napětí (efektivní hodnota, která reprodukuje zátěž) bude mnohem vyšší. menší než světelné napětí. Tento jev lze vidět na pohybových grafech.

V tomto případě existuje určitá oblast, která bude pod zvláštním stresem. Když skončí účinek kladné půlvlny a začíná nová perioda pohybu se zápornou půlvlnou, jeden z těchto tyristorů se začne zavírat a zároveň se otevře nový tyristor.

Místo slov pozitivní a negativní vlna byste měli použít první a druhou (půlvlnu).

Zatímco první půlvlna začíná ovlivňovat obvod, existuje speciální nabíjení kapacity C1, stejně jako C2. Rychlost jejich plného nabití bude omezena potenciometrem R 5. Takový prvek bude zcela variabilní a s jeho pomocí se nastaví výstupní napětí. V okamžiku, kdy se na povrchu kondenzátoru C1 objeví napětí potřebné k otevření diristoru VS 3, otevře se celý dinistor a začne jím procházet proud, pomocí kterého se otevře tyristor VS 1.

Během členění dinistra se na celkovém grafu vytvoří bod. Poté, co hodnota napětí překročí nulovou značku a obvod je pod vlivem druhé půlvlny, tyristor VS 1 se uzavře a proces se opakuje pouze pro druhý dinistor, tyristor a také kondenzátor. Rezistory R 3 a R 3 jsou potřebné pro omezení celkového řídicího proudu a R 1 a R 2 jsou potřebné pro proces tepelné stabilizace celého obvodu.

Princip činnosti druhého schématu bude úplně stejný, ale bude v něm řízena pouze jedna z půlvln střídavého proudu. Poté, co uživatel pochopí princip fungování zařízení a jeho obecnou strukturu, bude schopen pochopit, jak sestavit nebo v případě potřeby opravit tyristorový regulátor výkonu sám.

DIY tyristorový regulátor napětí

Nedá se říci, že by tento obvod nezajistil galvanické oddělení od zdroje energie, takže existuje určité nebezpečí úrazu elektrickým proudem. To znamená, že se nemusíte dotýkat prvků regulátoru rukama.

Svůj spotřebič byste měli navrhnout tak, abyste, kde je to možné, mohli skryjte jej v nastavitelném zařízenía také najít více volného místa uvnitř pouzdra. Pokud je nastavitelné zařízení umístěno na stacionární úrovni, pak má smysl jej připojit pomocí spínače se speciálním ovládáním jasu světla. Takové řešení může člověka částečně ochránit před úrazem elektrickým proudem a také ho zbaví nutnosti hledat vhodné pouzdro pro zařízení, má atraktivní vnější strukturu a navíc je vytvořeno pomocí průmyslových technologií.

Metody regulace fázového napětí v síti

1. Existuje několik způsobů, jak regulovat střídavé napětí v tyristorech: můžete přeskočit nebo deaktivovat výstup na regulátoru až čtyři půlcykly (nebo periody) střídavého napětí. Lze jej zapnout nikoli na začátku půlcyklu síťového napětí, ale s určitým zpožděním. Během této doby bude napětí na výstupu regulátoru rovno nule a celkový výkon nebude převeden na výstup zařízení. Během druhé části půlcyklu začne tyristor vést proud a na výstupu regulátoru se objeví speciální vstupní napětí.
2. Doba zpoždění se ve většině případů nazývá úhel otevření tyristoru, protože během hodnoty nulového úhlu půjde téměř všechno napětí ze vstupu na výstup, začne být pouze pokles v otevřené oblasti tyristoru. ztracený. Když se celkový úhel tyristoru zvětší, regulátor napětí výrazně sníží parametr výstupního napětí.
3. Obzvláště intenzivně se provádí regulační charakteristika takového zařízení během jeho provozu, při aktivní zátěži. Při úhlu 90 stupňů (elektrický) bude výstup z konektoru poloviční než vstupní napětí a při celkovém úhlu 180 elektrických stupňů bude výstup nulový.

Na základě principů a vlastností regulace fázového napětí je možné sestrojit určitá schémata regulace, stabilizace a v některých případech i pozvolného rozběhu. Pro dosažení hladšího startu by se mělo napětí v průběhu času zvyšovat z nuly na maximální hodnotu. Během otevírání tyristoru by se tedy měla maximální hodnota změnit na nulu.

Tyristorové obvody

Celkový výkon páječky můžete poměrně jednoduše upravit, pokud používáte analogové nebo digitální pájecí stanice. Ty jsou poměrně drahé na použití a je docela obtížné je sestavit bez velkých zkušeností. Zatímco analogová zařízení (považovaná v podstatě za regulátory celkového výkonu) není těžké vytvořit sami.

Poměrně jednoduchý obvod zařízení, který pomůže regulovat indikátor napájení na páječce.

1. VD – KD209 (nebo podobný v jeho obecných charakteristikách).
2. R 1 – odpor se speciální hodnotou 15 kOhm.
3. R 2 je odpor, který má speciální jmenovitý střídavý proud asi 30 kOhm.
4. Rn je celkové zatížení (v tomto případě bude místo toho použito speciální kyvadlo).

Takové regulační zařízení může řídit nejen kladný půlcyklus, z tohoto důvodu bude výkon páječky několikanásobně menší než jmenovitý. Takový tyristor je řízen pomocí speciálního obvodu, který nese dva odpory a také kapacitu. Doba nabíjení kondenzátu (bude regulován speciálním odporem R2) ovlivňuje dobu otevření takového tyristoru.