Как работает тиристорный регулятор мощности

Тиристорные регуляторы мощности и их виды

Тиристорный регулятор мощности — электронная схема, используемая для изменения подводимой к нагрузке мощности с помощью тиристора. Для этого его включение задерживается на полупериоде переменного тока и чем больше параметр задержки, тем ниже мощность. Он же выступает ключевым элементом системы.

Виды регуляторов мощности

Рассматриваемые устройства делятся на две группы:

1. Циклические. Применяются в схемах, где необходима регулировка мощности для емкостной или постоянной резистивной нагрузки. Их работа начинается при прохождении тока нагрузки через ноль.
2. Фазовые. Используются для работы схемы, где наблюдается переменная резистивная или индуктивная нагрузки. Напряжение регулируется в точке выхода.

Способ регулировки мощности — один из основных факторов, отличающих модели оборудования друг от друга.

Преимущества тиристорных регуляторов

К главным преимуществам рассматриваемого оборудования стоит отнести надежность его работы, а также простую конструкцию. Приборы выпускаются в разнообразных комплектациях, правильный подбор которых позволяет применить в работе оптимальное решение, соответствующее необходимым техническим требованиям.

Другие достоинства тиристорных регуляторов мощности:

• высокая точность фиксации необходимых оператору показателей;
• нет механических контактов;
• небольшие габариты, если сравнивать с аналогами;
• доступна функция постоянной регулировки мощности;
• легкие алгоритмы работы.

Перечисленные преимущества стали причиной использования тиристорных регуляторов во множестве сфер деятельности человека. Некоторые примеры стоит рассмотреть подробнее.

Примеры использования

Прибор встраивается в схему регулировки мощности нагревательного оборудования, при этом он воздействует на активную нагрузку. Стоит знать, что высокоиндуктивная нагрузка не всегда позволяет тиристору закрыться, что приводит к поломке.

Устанавливаются тиристорные регуляторы и в устройства для строительства и ремонта, например, шлифовальные машинки, дрели и другие схожие приборы. Взаимодействие с ними происходит в момент нажатия оператором на кнопку или курок техники для регулировки количества оборотов встроенного двигателя.

Регуляторы напряжения используются в двух системах: разомкнутой и замкнутой, при этом первые не могут обеспечить удовлетворительное качество удержания определенных показателей по частоте оборотов. Куда уместнее они в динамических процессах, когда используются для получения нужного режима работы привода.

Как работают тиристоры

Тиристор — главная деталь в рассматриваемых приборах, в литературе его называют «однооперационной» радиодеталью с неполным управлением. Активная фаза его работы начинается после подачи нужного импульса, инициированного управляющим органом. Какие еще факторы влияют на работу тиристора:

• величина напряжения;
• показатель температуры среды;
• величина тока;
• импульсная скорость;
• вид нагрузки;
• импульсная амплитуда.

Для работы тиристора используются управляющие сигналы. При их подаче на деталь происходит ее переключение из одного состояния в другое. Полностью отключить элемент можно с помощью дополнительных действий, какие способы предусмотрены для этого:

• принудительные;
• естественные.

В первом случае вариантов достаточно много, во втором подразумевается естественная коммутация.

Принцип работы тиристора подразумевает возможность проведения незапланированных переключений между положениями. Это обусловлено перепадами показателей температуры среды и электроэнергии.

Характеристики

Тиристоры отличаются друг от друга по ряду характеристик, из-за чего некоторые из них позволяют коммутировать очень большой ток, другие же применяются в малоточных схемах. Такие радиодетали отличаются даже внешне, так как более мощный вариант имеет металлический корпус, а его аналог выпускается в пластиковом виде.

Подбирать тиристор нужно для выполнения конкретной задачи, для этого придется изучить характеристики доступных вариантов. Основные среди них:

1. Размер прямого напряжения. Характеристика показывает максимально допустимое снижение напряжения, когда через тиристор в открытом состоянии проходит высокий ток.
2. Допустимые параметры обратного тока. Указываются только для обратно-проводящих моделей.
3. Допустимые параметры прямого тока. Подразумевается значение тока, способного пройти через анод-катод.
4. Минимальный показатель управляющих сигналов. Нижняя планка для значения тока, когда тиристор открывается.
5. Максимальный показатель управляющих сигналов. Верхняя планка для значения тока, когда тиристор открывается.
6. Показатель напряжения включения. Нижняя планка уровня управляющих сигналов, когда тиристор поменяет положение.
7. Рассеиваемая мощность. Параметр, показывающий характеристику подключаемых нагрузок.
8. Показатель удерживающих токов. При значениях, указанных в характеристиках, тиристор закроется, когда ток пойдет через анод-катод.

В описаниях тиристоров также указываются динамические параметры, например, характеризующие время, затрачиваемое элементом для смены положения. Часто его называют типом быстродействия.

Виды тиристоров

Основные отличия между тиристорами заключаются в показателях проводимости, а также способах управления. По последней характеристике стоит выделить следующие варианты:

1. Динисторы. Диодные варианты детали, управление которыми происходит с помощью высокого напряжения импульсов на катоде и аноде. Конструкцией предусмотрено только два электрода и нет управляющей детали.
2. Тринисторы. Триодные элементы можно поделить на две категории. У одной напряжение отправляется на управляющий электрод и катод, у второй катод заменяется анодом.
3. Симисторы. Радиоэлементы, выполняющие функции двух параллельно подключенных тиристоров.
4. Оптотиристоры. Для работы этих элементов необходим световой поток, а вместо управляющего электрода устанавливается фотоэлемент.

Актуально разделение тиристоров и по показателям проводимости. В этом случае выделяют следующие группы:

1. Проводники тока для одного направления. К этой группе относятся тринисторы и динисторы несимметричного типа.
2. Проводники тока для двух направлений. Примером служат динисторы, тринисторы и симисторы с симметричным типом работы.

Отличия между разными видами стоит рассмотреть подробнее, так как от этого зависит их применяемость в определенных схемах.

Отличия видов

Рассмотреть стоит определенные тиристоры:

1. Динистор и тринистор. Между этими двумя элементами никаких существенных различий нет, при этом динистор используется там, где необходимо его открытие при достижении определенного напряжения между выходами катода и анода. В его аналоге напряжение на открытие можно снизить, подав импульс правильной длины и величины к управляющему электроду, когда разность потенциалов катода и анода положительная. Этот фактор делает тринисторы популярными деталями для составления схем из рассматриваемого набора вариантов.
2. Триодный и запираемый тиристор. У обычных элементов процесс закрытия происходит двумя способами: снижением тока до необходимых значений или же заменой полярности между анодом и катодом. В запираемых аналогах воздействие тока позволяет переводить тиристор в любое положение: закрытое и открытое. Для этого используется ток с разной полярностью.

Отдельно стоит рассмотреть симметричный тиристор. Это прибор полупроводникового типа, структура которого аналогична двум тиристорам, подключенным встречно-параллельно. Это позволяет пропускать ток в двух направлениях.

Помощь в подборе тиристоров

Самостоятельно подобрать тиристорные регуляторы напряжения достаточно просто, если есть специальные знания, позволяющие правильно интерпретировать указанные характеристики для моделей из каталога. Для покупки достаточно выбрать прибор и нажать на кнопку «Заказать», после чего откроется окно для заполнения данных.

Наши специалисты готовы помочь выбрать прибор, подходящий для установленных Вами задач, также мы можем организовать поставку оптовой партии регуляторов, если это необходимо для Вашей компании. Обратиться к менеджерам можно через форму обратной связи на сайте, а также по номеру телефона: +7 (8332) 46-00-85.

Тиристорный регулятор ТРМ-1М-30

Тиристорный регулятор мощности ТРМ-1М-30 (далее Устройство) предназначен для плавной регулировки мощности нагрузки. В основном устройство применяется для регулировки мощности активной нагрузки (тэны, инфракрасные нагреватели и т.д.). Допускается использование для регулировки мощности трансформаторов. Не рекомендовано использование для регулировки мощности систем освещения.

ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

Устройство осуществляет регулировку мощности с помощью двух включенных встречно-параллельно тиристоров, за счет чего достигается регулировка в двух полупериодах колебаний напряжения питания. Устройство имеет пять способов управления тиристорным блоком.

Числоимпульсный способ регулировки мощности. Тиристоры включаются на весь период колебания напряжения в момент его перехода через ноль. Регулировка мощности нагрузки осуществляется числом периодов активного состояния тиристоров в течении 2-х секунд (1 активный полупериод — 1% мощности, 10 — 10%; и т.д.). Алгоритмы управления тиристорами осуществляют равномерное распределение активных периодов по отношению к общему количеству.

Изменение фазового угла открытия тиристоров. В зависимости от выбранного значения мощности нагрузки тиристоры открываются на определенный угол (100% мощности — 180 градусов открытия каждого из тиристоров). Особенности функционирования тиристорного блока не позволяют осуществлять открытие тиристора менее чем на 10 градусов. Для реализации регулировки мощности нагрузки в диапазоне от 1 до 6 % тиристорные регуляторы мощности имеют функцию имитации малых углов открытия тиристоров LAP — Low Angle Phase (активируется в настройках Устройства, по умолчанию выключена). Данная функция осуществляет комбинацию минимального угла открытия тиристоров и числоимпульсного способа регулировки мощности (открытие тиристоров на минимальный угол осуществляется не на каждом периоде).

Пакетный способ регулировки мощности (возможно использование индуктивной нагрузки). Устройство осуществляет открытие тиристоров на определенное число периодов, формируя «пакет» с длительностью пропорционально установленной мощности нагрузки. Число периодов в течении которых тиристоры остаются открытыми определяется по формуле: N=TxP/100 Где:

N — число активных периодов;

Т — заданное число периодов в течении которых осуществляется регулировка мощности (устанавливается в настройках в диапазоне от 25 до 999).

P — установленное значение мощности нагрузки в %.

Для использования Устройства с индуктивной нагрузкой в настройках необходимо установить величину задержки угла открытия тиристоров с целью исключения бросков тока. Угол задержки открытия тиристоров устанавливается в диапазоне от 0 до 90 градусов (в зависимости от типа нагрузки).

Пакетный способ регулировки мощности с возможностью плавного пуска. Устройство осуществляет функционирование аналогично пакетному способу регулировки мощности. Но в данном режиме в настройках Устройства можно задать количество периодов, в течении которых, при формировании пакета, будет осуществляется плавный набор мощности от 0 до 100%. Например в настройках устройства задан уровень мощности 50% при числе заданных периодов 100 и количестве периодов разогрева 25. В данном случае Устройство с 1 по 25 период произведет плавное увеличение мощности от 0 до 100% путем регулировки угла открытия тиристоров, а затем мощность в течении 38 периодов будет удерживаться на уровне 100% (25 периодов разогрева учитываются как 12 периодов с мощностью 100%), после чего Устройство отключит нагрузку от сети на 37 периодов и цикл повторится. Таким образом с учетом разогрева нагрузки в пакете будет обеспечена средняя мощность на нагрузке в размере 50%.

Пакетный способ регулировки мощности с однократным плавным пуском. Устройство осуществляет функционирование аналогично пакетному способу регулировки мощности. Но в данном режиме в настройках Устройства можно задать время первого разогрева нагрузки (от 1 до 999 секунд), в течении которого будет осуществлен плавный набор мощности от 0 до 100%. После чего Устройство продолжит регулировку мощности нагрузки пакетным способом. Например в настройках устройства задан уровень мощности 50% при числе заданных периодов 100 и времени разогрева 10 секунд. В данном случае Устройство осуществит плавное увеличение мощности от 0 до 100% путем регулировки угла открытия тиристоров в течении 10 секунд, Затем с 1 по 50 период мощность будет удерживаться на уровне 100%, на 50 периодов тиристоры будут закрыты. После чего цикл формирования пакета повторится, но уже без разогрева нагрузки, то есть в течении 50 периодов будет выдаваться 100% мощности.

Управление Устройством возможно осуществлять несколькими способами

Управление уровнем выходной мощности органами управления непосредственно на лицевой стороне Устройства. Уровень выходной мощности задается кнопками «+» и «-«. Текущее значение уровня выходной мощности индицируется на цифровом дисплее в процентах от максимальной.

Управление уровнем выходной мощности выносным потенциометром. Устройство позволяет осуществлять регулировку уровня выходной мощности с помощью потенциометров. Для этого необходимо осуществить подключение потенциометра между клеммами «+5В» и «Общ.» разъема управления, а выход подвижного контакта в «входу №2». Рекомендуется применять потенциометр с сопротивлением от 1 до 47 кОм, с максимально близким расположением к Устройству. Если в процессе регулировки мощности возникают сбои в работе Устройства, то необходимо уменьшить длину проводов или уменьшить номинал потенциометра (но нижняя граница сопротивления должна быть не менее 1 кОм). 100% уровню выходной мощности соответствует верхнее по схеме подключения положение движка, минимальной — нижнее. Текущее значение уровня выходной мощности индицируется на цифровом дисплее в процентах от максимальной.

Управление уровнем выходной мощности с помощью внешних сигналов от датчиков (контроллеров). Устройство позволяет осуществлять регулировку уровня выходной мощности с помощью внешних устройств. Для этого предусмотрено два входа управления. Вход №1 с напряжением сигнала управления от 0 до 10 В. и вход № 2 с напряжением сигнала управления от 0 до 5 В. (не допускается подача на вход №2 сигнала управления более 5,5В). Калибровка уровней сигнала управления, соответствующих минимальной и максимальной выходной мощности осуществляется в настройках Устройства. Текущее значение уровня выходной мощности индицируется на цифровом дисплее в процентах от максимальной.

Управление по принципу «Stand-by» (по сигналу от сухого контакта). В данном случае Устройство, при получении сигнала на включение, осуществляет вывод нагрузки на заданный уровень мощности и осуществляет его поддержание до момента снятия управляющего сигнала (размыкания сухого контакта).

Устройство имеет возможность индикации на внешние цепи как аварийных состояний, так и достижения максимальной выходной мощности, посредством встроенного исполнительного реле (параметры работы реле устанавливаются в настройках Устройства). Защита о перегрузок и коротких замыканий осуществляется быстродействующим предохранителем.

ВНИМАНИЕ: Устройство не заменяет частотные преобразователи и использовать их для управления электродвигателями нельзя.

ВНИМАНИЕ: Устройство не предназначено для работы на постоянном токе.

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

• Номинальный ток нагрузки 30А;
• Диапазон напряжения питания нагрузки AC100-480В;
• Напряжение питания схемы управления AC180-250В
• 5 режимов регулировки мощности нагрузки;
• Индикаторы режима работы и состояния Устройства;
• Возможность дистанционного управления;
• Автоматическое отключение при аварийных ситуациях;
• Защита от перегрузки и коротких замыканий быстродействующим предохранителем.

КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВА

Устройство представляет собой корпус-охладитель блока тиристоров, объединенный с платой управления и органами управления, расположенными на лицевой стороне (кнопки настройки устройства, цифровой сегментированный дисплей, разъем для подключения напряжения питания и внешних устройств управления и светодиодный индикатор состояния Устройства). Корпус-охладитель в основании имеет 4 отверстия для крепления Устройства на ровную поверхность. Заземление корпуса Устройства обязательно.

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Устройство обеспечивает заданные режимы функционирования при соблюдении следующих условий:

• Окружающая среда – взрывобезопасная, не содержащая пыли в количестве, нарушающем работу устройства, а также агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;
• Допускается вибрация мест крепления с частотой от 1 до 100Гц с ускорением не более 9,8 м/с2;
• Отсутствие электромагнитных полей, создаваемых проводом с импульсным током амплитудой более 100А, расположенным на расстоянии менее 10 мм от корпуса устройства;
• Устройство устойчиво к воздействию помех степени жёсткости 3 в соответствии с требованиям ГОСТ Р 51317.4.1-2000, ГОСТ Р 51317.4.4-99, ГОСТ Р 51317.4.5-99;
• Конденсация влаги на поверхности изделия не допускается;
• Высота над уровнем моря не более 2000 м.
• При температуре окружающего воздуха выше плюс 35°С необходимо учитывать запас по току (см. паспорт стр.8 рис. 10)

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Рекомендовано использование контакторов аварийной защиты. Подключение входа синхронизация и соблюдение направления подключения Устройства обязательны!

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ

Дополнительную информацию о параметрах и режимах работы устройства Вы можете найти в паспорте изделия (вкладка «файлы») .

Как работает тиристорный регулятор мощности

Тиристоры часто используются в устройствах плавного регулирования мощности таких активных нагрузок, как нагревательные элементы (для управления температурой нагревателя); коллекторные двигатели (для изменения скорости вращения); лампы накаливания (для изменения яркости свечения и цветовой температуры, а также для плавного включения с целью увеличения срока службы). Несмотря на присущие тиристорным регуляторам недостатки (несинусоидальность выходного напряжения; высокий уровень помех), они имеют простое устройство и низкую стоимость. Лучшие показатели могут быть получены в устройствах регулировки с ШИМ с ключами на транзисторах. Но для работы с сопоставимыми по мощности нагрузками, потребуется несопоставимо более сложная схема, содержащая ключевой транзистор, цена которого на данный момент в несколько раз превышает цену тиристора, способного управлять аналогичной нагрузкой.

Оглавление
Тиристорный регулятор мощности

Принцип действия регулятора мощности

Рис. %img:i1

Основная идея тиристорного управления мощностью в цепи переменного тока состоит в том, что в каждом периоде питающего переменного тока, тиристор находится в открытом (проводящем) состоянии только часть времени. Ток через нагрузку течёт только при открытом тиристоре и, средняя за период мощность оказывается тем меньше, чем меньшую часть периода тиристор открыт. Открывается тиристор импульсом на управляющем электроде, который подаётся с задержкой относительно начала периода (за начало периода принимаем начало положительной полуволны питающего напряжения). Величина задержки как раз определяет, какую часть периода тиристор будет находиться в открытом состоянии, а значит и среднюю мощность нагрузки. Большинство используемых типов тиристоров являются незапираемыми, т.е. с помощью управляющего вывода их можно только открыть; в закрытое состояние они переходят при приложении обратного напряжения между анодом и катодом или уменьшении прямого тока ниже определённого уровня. Это может произойти, например, при переходе питающего напряжения через нулевое значение. То есть, в данном случае, закрывается тиристор сам, в конце полупериода. На протяжении тех полупериодов, когда тиристор смещён в обратном направлении, он всё время находится в закрытом состоянии (предполагается использование триодного тиристора, не проводящего в обратном направлении — это наиболее распространённый тип тиристоров).

Рис. %img:i2

На рис. %img:i2 изображены временные диаграммы, поясняющие процессы в тиристорном регуляторе мощности. Зелёным пунктиром показан график питающего напряжения; красной линией — график напряжения на нагрузке. Ниже (в другом масштабе напряжений) показана форма управляющего сигнала, в данном случае он имеет вид коротких прямоугольных импульсов. При коммутации тока с промышленной частотой, можно пренебречь инерционностью тиристора и считать, что включение происходит по нарастающему фронту управляющего сигнала; импульсы самого управляющего сигнала могут быть достаточно короткими, в качестве нижней границы их длительности можно принять время включения тиристора.

В структурной схеме на рис. %img:i1, тиристор образует управляемый однополупериодный выпрямитель. В результате, через нагрузку течёт выпрямленный (пульсирующий) ток, а максимальная мощность на нагрузке не может превышать половину от мощности при непосредственном включении нагрузки в сеть. Если это не то, что нам требуется, следует выбрать другую схему. Возможные варианты: дополнить схему мостовым выпрямителем, превращающим ключ с односторонней проводимостью в ключ с двусторонней проводимостью (рис. %img:i3); использовать два встречно включённых тиристора, каждый с собственной схемой управления (рис. %img:i4); использовать специально предназначенные для подобных случаев триаки (они же симисторы), рис %img:i5.

Рис. %img:i3

Рис. %img:i4

Рис. %img:i5

Рис. %img:i6

Вариант на рис. %img:i5 с симистором является оптимальным для большинства случаев. Ток через нагрузку получается несинусоидальным, но не содержит значительной постоянной составляющей; мощность может регулироваться от 0 до значения, практически равного мощности при непосредственном подключении нагрузки к сети; схема содержит минимум деталей. Зачастую в подобных схемах симистор используется совместно с маломощной симисторной оптопарой (рис. %img:i7), которая обеспечивает гальваническую развязку цепей управления от сети, попутно решает все вопросы с полярностью импульсов на управляющем выводе симистора и обеспечивает дополнительное усиление управляющего сигнала.

Рис. %img:i7

Здесь резистор R1 ограничивает ток через управляющий вывод симистора TRIAC; R2 обеспечивает нулевое напряжение на управляющем выводе при закрытой оптопаре IC1.

Пример схемы 1 (регулятор мощности пылесоса LG)

В качестве примера реальной схемы (рис. %img:i8) приведём схему регулятора мощности в пылесосе LG TurboX 1600W; 400W Suction Power; V-C4566HTU. В целом, это достаточно хорошая схема, обеспечивает плавное регулирование мощности в достаточно широких пределах; максимально допустимая мощность нагрузки составляет около 1.5 кВт; схема проста и надёжна. В отличие от схемы, приведённой в следующем примере, может использоваться как образец для собственных разработок.

Рис. %img:i8

На выводы ACW печатной платы подаётся напряжение сети; к выводам MOTOR подключается коллекторный электродвигатель пылесоса. Роль основного силового элемента в схеме играет симистор TRIAC. Демпферная цепь R1, C1 ограничивает скорость нарастания и величину выбросов напряжения на симисторе и тем самым защищает его от ложных включений. Необходимость демпферной цепи обусловлена тем, что электродвигатель как нагрузка может иметь реактивную (индуктивную) составляющую, на которой происходят выбросы напряжения в моменты коммутации — и внешней, и внутренней, связанной с работой щёточно-коллекторного узла. Управляется симистор через оптосимистор IC1. Схема управления питается через понижающий трансформатор с выходным переменным напряжением 12 В. Таким образом, схема управления имеет гальваническую развязку от сети, что обеспечивает безопасность пользователя при регулировке мощности пылесоса с помощью переменного резистора, встроенного в рукоятку шланга.

Схема управления работает следующим образом. На выходе мостового выпрямителя DB1, подключённого к вторичной обмотке трансформатора, формируется пульсирующее напряжение (сглаживающий фильтр отсутствует). Делитель R6, R7 и диод D5 обеспечивают смещение на базе транзистора Q2; эмиттер транзистора подключён к конденсатору C5, входящему в состав RC-цепи (R9, переменный резистор регулировки оборотов, C5). С помощью переменного резистора регулировки оборотов можно изменять постоянную времени данной RC-цепи: чем больше сопротивление переменного резистора, тем медленнее будет заряжаться конденсатор. В начале каждой полуволны питающего напряжения конденсатор C5 разряжен, транзисторы Q1, Q2 закрыты. Во время каждой полуволны напряжения происходит заряд конденсатора и в тот момент, когда напряжение на конденсаторе C5 превысит напряжение смещения на базе Q2, транзистор Q2 откроется, его коллекторный ток откроет транзистор Q1, который через оптопару включит симистор. При этом ток через светодиод оптопары IC1 вызовет падение напряжения на резисторе R8, в результате чего упадёт напряжение смещения на базе транзистора Q1, а его коллекторный ток ещё более увеличится, увеличивая и коллекторный ток транзистора Q1. То есть, Q1 и Q2 образуют схему с положительной обратной связью, которая после срабатывания, «защёлкивается»: Q1 переходит в состояние насыщения, напряжение на базе Q2 становится практически равным 0. Конденсатор достаточно быстро разряжается через резистор малого сопротивления R10, после чего транзисторы Q2 и Q1 закрываются. Напряжение смещения на базе Q2 восстанавливается, конденсатор C5 снова начинает заряжаться. Таким образом, схема формирует импульс запуска симистора IC1 (который открывает симистор TRIAC), причём временем запаздывания момента формирования импульса относительно начала полупериода мы можем управлять (изменяя сопротивление переменного резистора).

Кстати, до конца полупериода схема успевает сформировать ещё несколько импульсов запуска, но они уже ни на что не влияют: открытые первым импульсом симисторы остаются открытыми до конца полупериода. В следующем полупериоде все процессы повторяются.

Для управления регулятором мощности используется переменный резистор, а точнее приведённая на рис. %img:i9 схема, построенная на основе сдвоенного переменного резистора.

Рис. %img:i9

Немного о резисторах R12, R12-1, назначение которых, с первого взгляда, может показаться неочевидным. Ведь судя по схеме, они не входят в состав какого-либо контура, следовательно, ток через них не течёт, а значит, их можно было бы исключить. Кроме того, они создают гальваническую связь между низковольтной частью схемы и сетью, которые так тщательно развязывались с помощью оптопары и трансформатора. На самом деле резисторы необходимы и служат именно для искусственного введения гальванической связи между электрически изолированными частями схемы. При работе пылесоса, связанной с формированием интенсивных потоков воздуха, содержащих множество пылевых частиц, может происходить накопление значительных зарядов статического электричества на отдельных узлах агрегата. В частности, это могло бы происходить на всей схеме управления в целом, особенно с учётом того, что провод от схемы управления до переменного резистора для регулировки оборотов проложен внутри всасывающего шланга пылесоса. По мере накопления заряда возможен пробой трансформатора или оптопары и выход схемы из строя. Резисторы R12, R12-1 препятствуют такому накоплению заряда, а ввиду их высокого сопротивления, возможный ток утечки из сети на землю оказывается достаточно малым, чтобы устройство осталось безопасным для пользователя.

Пример схемы 2 (регулятор мощности дрели)

На следующем рисунке приведена схема регулятора оборотов дрели. Здесь уже используется тиристор, электродвигатель питается выпрямленным током. Схема предельно упрощена, отсутствует гальваническая развязка между сетью и элементами управления; сама схема формирования управляющих импульсов для тиристора построена полностью на пассивных элементах и довольно примитивна. В результате характеристики схемы оказываются весьма посредственными (регулировка не плавная, скорее грубая, скорость вращения нестабильна). Кроме того, дрель является достаточно мощным потребителем и использование однополупериодного выпрямителя, который имеет постоянную составляющую потребляемого от сети тока, нельзя признать удачным решением. Эту схему следует рассматривать не как образец для подражания, а как подтверждение того, что схема управления тиристором/симистором может быть крайне простой.

Рис. %img:i10

Трехфазный и однофазный тиристорный регулятор мощности — принцип работы, схемы

Тиристорные регуляторы мощности применяются как в быту (в аналоговых паяльных станциях, электронагревательных приборах и т.д.), так и на производстве (например, для запуска мощных силовых установок). В бытовых приборах, как правило, устанавливаются однофазные регуляторы, в промышленных установках чаще применяются трехфазные.

Эти устройства представляют собой электронную схему, работающую по принципу фазового регулирования, для управления мощностью в нагрузке (подробнее об этом методе будет рассказано ниже).

Принцип работы фазового регулирования

Принцип регулирования данного типа заключается в том, что импульс, открывающий тиристор, имеет определенную фазу. То есть, чем дальше он располагается от конца полупериода, тем большей амплитуды будет напряжение, поступающее на нагрузку. На рисунке ниже мы видим обратный процесс, когда импульсы поступают практически под окончание полупериода.

На графике показано время, когда тиристор закрыт t1 (фаза управляющего сигнала), как видите он открывается практически под конец полупериода синусоиды, в результате амплитуда напряжения минимальна, а следовательно, мощность в подключенной к прибору нагрузке будет незначительной (близкой к минимальной). Рассмотрим случай, представленный на следующем графике.

Здесь мы видим, что импульс, открывающий тиристор, приходится на середину полупериода, то есть регулятор будет выдавать половинную мощность от максимально возможной. Работа на мощности, близкой к максимальной, отображена на следующем графике.

Как видно из графика, импульс приходится на начало синусоидального полупериода. Время, когда тиристор находится в закрытом состоянии (t3) — незначительное, поэтому в данном случае мощность в нагрузке приближается к максимальной.

Заметим, что трехфазные регуляторы мощности работают по такому же принципу, но они управляют амплитудой напряжения не в одной, а сразу в трех фазах.

Такой метод регулирования прост в реализации и позволяет точно изменять амплитуду напряжения в диапазоне от 2 до 98 процентов от номинала. Благодаря этому становится возможным плавное управление мощностью электроустановок. Основной недостаток устройств данного типа — создание высокого уровня помех в электросети.

В качестве альтернативы, позволяющей сократить помехи, можно переключать тиристоры, когда синусоида переменного напряжения проходит через ноль. Наглядно работу такого регулятора мощности можно посмотреть на следующем графике.

Обозначения:

• A – график полуволн переменного напряжения;
• B – работа тиристора при 50% от максимальной мощности;
• C – график, отображающий работу тиристора при 66%;
• D – 75% от максимума.

Как видно из графика, тиристор «отрезает» полуволны, а не их части, что минимизирует уровень помех. Недостаток такой реализации – невозможность плавного регулирования, но для нагрузки с большой инерционностью (например, различных нагревательных элементов) этот критерий не основной.

Видео: Испытания тиристорного регулятора мощности

Схема простого регулятора мощности

Регулировать мощность паяльника можно используя для этой цели аналоговые или цифровые паяльные станции. Последние стоят достаточно дорого, и собрать их, не имея опыта, не просто. В то время как аналоговые устройства (являющиеся по сути регуляторами мощности) не составит труда сделать своими руками.

Приведем несложную схему прибора на тиристорах, благодаря которому можно регулировать мощность паяльника.

Радиоэлементы, обозначенные на схеме:

• VD – КД209 (или близкий ему по характеристикам)
• VS- KУ203В или его аналог;
• R₁ – сопротивление с номиналом 15кОм;
• R₂ – резистор переменного типа 30кОм;
• С –емкость электролитического типа ч номиналом 4,7мкФ и напряжением от 50В;
• R_n – нагрузка (в нашем случае в качестве нее выступает паяльник).

Данное устройство регулирует только положительный полупериод, поэтому минимальная мощность паяльника будет вполовину меньше номинальной. Управляется тиристор через цепь, включающую в себя два сопротивления и емкость. Время зарядки конденсатора (оно регулируется сопротивлением R₂) влияет на длительность «открытия» тиристора. Ниже показан график работы устройства.

Пояснение к рисунку:

• график A – показывает синусоиду переменного напряжения, поступающего на нагрузку Rn (паяльник) при сопротивлении R2 близком к 0 кОм;
• график B – отображает амплитуду синусоиды поступающего на паяльник напряжения при сопротивлении R2 равном 15 кОм;
• график C, как видно из него, при максимальном сопротивлении R2 (30 кОм) время работы тиристора (t₂) становится минимальным, то есть паяльник работает с мощностью примерно около 50% от номинальной.

Схема устройства довольно простая, поэтому собрать ее самостоятельно смогут даже те, кто не очень хорошо разбирается в схемотехнике. Необходимо предупредить, что при работе данного прибора в его цепи присутствует опасное для жизни человека напряжение, поэтому все его элементы должны быть надежно заизолированы.

Как уже описывалось выше, устройства, работающие по принципу фазового регулирования, являются источником сильных помех в электросети. Существует два варианта выхода из подобной ситуации:

• • подавать напряжение через сглаживающий фильтр (его схему несложно найти), самый простой вариант реализации – ферритовое кольцо с обмотанным вокруг него сетевым кабелем;
  • собрать устройство, не создающее помехи, приведем пример такой схемы.

Регулятор работающий без помех

Ниже представлена схема регулятора мощности, не создающего помехи, поскольку он не «обрезает» полуволны, а «отрезает» их определенное количество. Принцип работы такого устройства мы рассматривали в разделе «Принцип работы фазового регулирования», а именно, переключение тиристора через ноль.

Также как и в предыдущей схеме, регулировка мощности происходит в диапазоне от 50 процентов до величины близкой к максимальной.

Перечень используемых в приборе радиоэлементов, а также варианты их замены:

Тиристор VS – КУ103В;

Диоды:

VD₁-VD₄ – КД209 (в принципе можно использовать любые аналоги, которые допускают величину обратного напряжения более 300В, а ток свыше 0,5А); VD₅ и VD₇ – КД521 (допускается ставить любой диод импульсного типа); VD₆ – KC191 (можно использовать аналог с напряжением стабилизации равным 9В)

Конденсаторы:

С₁ – электролитического типа с емкостью 100мкФ, рассчитанный на напряжение не менее 16В; С₂ – 33Н; С₃ – 1мкФ.

Резисторы:

Микросхемы:

DD1 — K176 ЛЕ5 (или ЛА7); DD2 –K176TM2. В качестве альтернативы можно использовать логику серии 561;

R_n – паяльник, подключенный в качестве нагрузки.

Если при сборке тиристорного регулятора мощности не было допущено ошибок, то устройство начинает работать сразу после включения, настройка для него не требуется. Имея возможность измерить температуру жала паяльника, можно сделать градацию шкалы для резистора R₅.

В том случае, когда устройство не заработало, рекомендуем проверить правильность распайки радиоэлементов (не забудьте перед этим отключить его от сети).