Тиристорные коммутаторы переменного тока | Электротехника

Для коммутации силовых цепей переменного тока используются преиму­щественно тиристоры. Они способны пропускать большие токи при малом падении напряжения, включаются сравнительно просто подачей на управляющий электрод маломощного импульса управления. При этом их основной недоста­ток – трудность выключения – в цепях переменного тока не играет роли, так как переменный ток обязательно два раза за период проходит через нуль, что обеспечивает автоматическое выключение тиристора.

Схема однофазного тиристорного ключа приведена на рис. 8.7. Им­пульсы управления формируются из анодных напряжений тиристоров.

Если на аноде тиристора Д1 положительная полуволна напряжения, то при замыкании ключа К через диод ДЗ и резистор К пройдет импульс тока управления тиристором Д1. В результате тиристор Д1 включится, анодное напряжение упадет почти до нуля, сигнал управления исчезнет, но тири­стор останется в проводящем состоянии до конца полупериода, пока анодный ток не пройдет через нуль.

В другой полупериод, при противоположной полярности напряжения сети, аналогично включается тиристор Д2. Пока ключ К будет замкнут, тиристоры будут автома­тически поочередно включаться, обеспечивая прохождение тока от источника к нагрузке.

Такие тиристорные ключи являются основой однофазных и трехфазных коммутирующих устройств.

В качестве примера рассмотрим тиристорный контактор переменного тока с управлением от анодного напряжения.

Особенность полупроводниковых коммутационных устройств состоит в том, что они без принципиальных изменений в сило­вой части могут выполнять различные функции. Так, тиристорный блок, выполненный по схеме на рис. 8.5, одинаково успешно может работать и в качестве контактора, и в качестве выклю­чателя. Только заменой тиристоров (изменяется тип, класс по напряжению или группа прибора по динамическим параметрам) обеспечивается расширение области применения аппаратов по току или напряжению. Существенно можно повлиять на работу схемы и с помощью системы управления, что будет показано на примере работы тиристорного контактора (рис.

8.8).

Силовой блок контактора выполнен по схеме с встречно-па­раллельным соединением тиристоров VS1 и VS2. Управление им осуществляется с помощью цепи, состоящей из резисторов

R1, R2, R3 и механического контакта S. Эта цепь подключена парал­лельно тиристорам, поэтому при замкнутом ключе S напряже­ние на ее элементах, и в частности на резисторах R1 и R3, из­меняется синхронно с анодным напряжением на тиристорах. А так как эти резисторы подключены параллельно управляю­щим цепям тиристоров, то напряжение одной полярности одно­временно нарастает и на аноде тиристора, и на его управляю­щем электроде.

Если это напряжение является положительным, например, по отношению к тиристору VS1, и снимаемое с рези­стора R1 напряжение превышает значение отпирающего напря­жения, тиристор

VS1 включается. При изменении полярности напряжения таким же образом происходит включение тири­стора VS2.

Диоды VD1 и VD2 в схеме необходимы для защиты управляющих цепей тиристоров от обратного напряжения при отрицательном напряжении на их анодах.

Регулируемый резистор R2 в управляющей цепи выбирается из условия ограничения амплитуды импульса тока управления до допустимого для используемых тиристоров значения. Учитывая, что контакт S может быть замкнут в интервале полу­периода в любой момент времени, в том числе и в момент до­стижения напряжением сети амплитудного значения

Um, сопро­тивление резистора определяем из выражения

,

где  R_{G –} собственное сопротивление управляющей цепи тири­стора.

Изменением сопротивления резистора R2 можно управлять током во входных цепях тиристоров и, следовательно, моментом включения их по отношению к началу полупериода напряжения (рис. 8.9). В результате контактор становится способным вы­полнять еще одну функцию – регулирование тока в нагрузке. Предельный угол задержки включения тиристоров a_max, который можно обеспечить резисторной управляющей цепью, равен 90°. Сам процесс регулирования тока (напряжения, мощности) в цепи посредством изменения угла задержки включения тиристора

a называют фазовым регулированием.

Зависимости изменения напряжения на активной нагрузке и тока в ней от угла a для рассматриваемой схемы определяются выраже­ниями

при

Минимальный угол задержки включения тиристоров при ак­тивной нагрузке         a » 2°. Это объясняется тем, что все тиристоры имеют порог чувствительности по управляющей цепи, и, кроме того, изменяющееся по синусоидальному закону анод­ное напряжение тоже должно превысить пороговое значение, по крайней мере, в два раза.

Эти факторы приводят к по­явлению бестоковых пауз в кривой тока нагрузки      (t_п на рис. 8.9). Из-за разброса характеристик управления тиристо­ров эти паузы могут быть неодинаковы по длительности, что приводит к появлению постоянной составляющей в токе на­грузки.

При необходимости углы задержки включения тиристо­ров выравнивают регулированием токов управления посредством изменения сопротивления подстроечных резисторов R1 и R3 (рис. 8. 8).

Работа симистора в цепи переменного тока

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки. Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы он будет описан ниже. Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.

Поиск данных по Вашему запросу:

Работа симистора в цепи переменного тока

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Продолжение саги о тиристорах — Лента новостей
• Разбираемся в характерных особенностях симисторов, их устройстве и принципе работы
• Не полностью открывается симистор в цепи переменного тока 220в
• Что такое симистор, как он работает и для чего нужен
• Primary Menu
• Базовая схема регулирования напряжения на нагрузке
• Тиристоры и Триаки (симисторы) — Десять Золотых Правил
• Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Симистор ардуино, управление нагрузкой переменного тока, 220В.

Продолжение саги о тиристорах — Лента новостей

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки. Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы он будет описан ниже.

Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение. Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока.

По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно см. А на рис. Теперь рассмотрим структуру полупроводника см. Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.

Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене — р1-n2-p2-n3. Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны.

К первым можно отнести следующие факторы:. По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату.

В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью. Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники.

Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 TE1 или A1 и управляющим электродом. Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась.

Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:. Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения.

К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны. В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов.

Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:. Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное. Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства. Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке. Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:. То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности положения переключателя S3.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:. Вам также может быть интересно. Комментарии и отзывы Комментарии: 4.

Как симисторы включать в параллель? А в первой схеме регулятора мощности паяльника, регулировка фиксированная? Владимир Владимир. Добрый день! Подскажите пожалуйста каким аналогом можна заменить симистор TLL?

Еще б видео, как собирается заарядное устройство. Для полной уверенности. Добавить комментарий Отменить ответ. Политика конфиденциальности Пользовательское соглашение О нас Карта сайта.

Разбираемся в характерных особенностях симисторов, их устройстве и принципе работы

Симистор — прибор, имеющий пять p-n переходов. Изобретен он был в Советском Союзе на Саранском заводе еще в х годах прошлого столетия. Его работа подобна функционированию тиристора, откуда и взялось название симистор в иностранной литературе — триак , что означает симметричный тиристор. Особенность симистора, по сравнению с тиристором, состоит в том, что этот прибор проводит электрический ток в двух направлениях.

Наиболее часто принцип их действия сравнивается с работой больше;; Если работа цепи построена на действии переменного тока.

Не полностью открывается симистор в цепи переменного тока 220в

Для этой цели нам придется применить один электронный прибор, который мы до сих пор не рассматривали, — тиристор , представляющий собой управляемый диод и соединяющий в себе свойства диода и транзистора. По схеме включения тиристор несколько напоминает транзистор в, ключевом режиме — у него тоже три вывода, которые работают аналогично соответствующим выводам транзистора рис. В обычном состоянии тиристор заперт и представляет собой бесконечное сопротивление, а для его открывания достаточно подать напряжение на управляющий электрод — аналог базы у транзистора. Разница между тиристором и транзистором заключается в том, что для удержания транзистора в открытом состоянии через базу нужно все время гнать управляющий ток, а тиристору для открывания достаточно короткого импульса. Величина тока через управляющий электрод составляет несколько единиц или дeсятков миллиампер в зависимости от мощности тиристора — для очень мощных приборов она может составлять единицы ампер причем в ряде случаев ограничительный резистор можно не ставить — на схеме рис. В отсутствие открывающего импульса тиристор все равно можно открыть, если подать на анод достаточно высокое напряжение — ток через управляющий электрод всего лишь снижает это открывающее анодное напряжение практически до нуля но при этом управляющий импульс также должен иметь напряжение не ниже некоторого порога. Существует даже отдельный класс приборов под названием динисторы, представляющие собой тиристоры без управляющего электрода — они открываются при превышении анодным напряжением определенной величины, которая обычно составляет несколько десятков вольт. В настоящее время выпускаются специальные тиристоры и симисторы о них рассказано далее , лишенные этого недостатка и предназначенные для работы в импульсных цепях. Как и все диоды, тиристоры выдерживают большие перегрузки по току при условии, что они кратковременны. Если использовать его в цепи переменного тока, то это произойдет почти сразу, в конце ближайшего полу периода, при переходе напряжения через ноль.

Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

В большей части нагревательных приборов и электроплит применяются механические термостаты — устройства, обеспечивающие периодическое включение нагревательного элемента. Механический термостат является дешевым решением, но он имеет ряд существенных недостатков: — возможность калибровки прибора только на этапе производства; — плохая работа при низком уровне регулирования; — низкая точность регулирования; — большое количество механических деталей. Управление током через нагревательный элемент осуществляется с помощью симистора, основы управления которым также рассмотрены в статье. Для питания микроконтроллера используется бестрансформаторный источник питания.

Симистор симметричный триодный тиристор или триак от англ. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель ключ.

Primary Menu

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток. Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

Базовая схема регулирования напряжения на нагрузке

Симистор является полупроводниковым прибором. Его полное название — симметричный триодный тиристор. Его особенность — возможно проводить ток в обе стороны. Данный элемент цепи имеет три вывода: один является управляющим, а два других силовыми. В этой статье мы рассмотрим принцип работы, устройство и назначение симистора в различных схемах электроприборов.

Давайте рассмотрим работу симистора при подаче на его управляющий вход на управляющий электрод ток, задаваемый значением переменного при котором открытый симистор шунтирует цепь управления, не допуская .

Тиристоры и Триаки (симисторы) — Десять Золотых Правил

Работа симистора в цепи переменного тока

Промышленный ряд тиристоров и триаков симисторов Philips предоставляет широкие возможности для создания устройств управления мощностью. Соблюдение же десяти несложных правил по использованию тиристоров и триаков поможет избежать трудностей и ошибок при проектировании. Тиристор — управляемый диод, в котором управление током от анода к катоду происходит за счет малого тока управляющего электрода затвора. Тиристор переходит в открытое состояние при подаче на затвор положительного смещения относительно катода.

Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

Дневники Файлы Справка Социальные группы Все разделы прочитаны. Изображения АГА. Оценка 0. Крупнейшее в Китае предприятие по производству прототипов печатных плат, более , клиентов и более 10, онлайн-заказов ежедневно.

На рисунке 1 приведены полупроводниковая структура симистора и квадранты с указанием напряжений на электродах для каждого режима работы. Полупроводниковая структура симистора и напряжения на электродах при работе в четырех квадрантах.

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Категории: Практическая электроника , Начинающим электрикам Количество просмотров: Комментарии к статье: Симисторы: от простого к сложному.

В различных электронных устройствах в цепях переменного тока в качестве силовых ключей широко применяют тринисторы и симисторы. Данная статья призвана помочь в выборе схемы управления подобными приборами. Самый простой способ управления тиристорами — это подача на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения рис. Ключ SA1 на рис.

Тиристор, Тиристор, Как ты тиристор?

Тиристор подобен диоду; он может пропускать электричество в прямом направлении, но блокирует его в обратном направлении. Разница между диодом и тиристором заключается в том, что тиристор представляет собой устройство с тремя выводами, состоящее из анода , катода и затвора , который также будет блокировать протекание тока в прямом направлении до тех пор, пока его затвор не подаст сигнал на открытие или , говоря более техническим жаргоном, тиристор «выстрелил». После включения сигнал затвора снимается, а тиристор остается включенным до тех пор, пока ток через него не упадет до нуля, что обычно происходит во время каждого цикла основного источника питания. Тиристоры чаще всего известны как кремниевые управляемые выпрямители (SCR), симисторы, тиристорные устройства защиты от перенапряжений и SIDAC, а также программируемые однопереходные транзисторы (PUT). Хотя это может принимать различные формы, все они имеют определенные общие черты. «Нормально выключенные» переключатели, небольшой импульс тока в электрод затвора может привести к включению тиристоров. После срабатывания компонент остается в проводящем состоянии даже при удалении сигнала включения затвора. Он возвращается в состояние «выключено» (блокировка) только в том случае, если ток падает ниже определенного минимума или если направление тока меняется на противоположное. Символ цепи показан ниже.

Когда ток затвора отсутствует, устройство находится в непроводящем состоянии и будет удерживать положительное и отрицательное напряжения смещения. Токовая характеристика нулевого затвора:

Вот некоторые вещи, для которых используются тиристоры:

Coilgun – Тиристоры являются предпочтительным устройством при использовании основного койлгана для разрядки конденсаторов. Тиристор будет удерживать напряжение на конденсаторе до тех пор, пока он не перейдет в зону прямой проводимости сигналом тока затвора. Затем конденсатор разряжается через тиристор в катушку, и ток спадает до нуля. Нет возможности отключить ток, когда устройство работает. *Койлганы не используются в промышленности*

Линии переменного тока с защитой от всплесков (демпфирующая цепь) – Линии передачи переменного тока чувствительны к всплескам. Использование тиристоров на первичной стороне трансформатора устраняет выбросы. Целью использования тиристоров для снижения напряжения (dv/dt) является улучшение управляемости. Исторически сложилось так, что замена ртутно-дуговых вентилей тиристорами приводила к созданию надежных преобразователей переменного тока в постоянный, сводила к минимуму потери преобразования и позволяла быстро регулировать передаваемую мощность — настолько, что устранение замыкания на землю стало возможным без использования автоматических выключателей. Вместо этого, путем быстрого достижения нулевого тока за счет использования регуляторов тока и, кроме того, путем быстрого восстановления электромагнитной энергии, запасенной в линии под напряжением, поврежденная линия постоянного тока может быть изолирована с помощью изоляторов с низким уровнем прерывания –. А именно, если скорость нарастания напряжения достаточно велика (достаточно высока), тиристоры включатся, контролируя ток без перерыва.

Медицинские устройства. Тиристоры используются в энергопоглощающих схемах для защиты испытуемых имплантируемых устройств (ИУ). Как показано на схеме, тиристоры удерживаются на границе проводимости, которые реагируют за наносекунды, чтобы ограничить выброс, передаваемый на входы инструментального усилителя, до нескольких вольт. По мере того, как тиристоры проводят ток, напряжение на резисторах R1-4 падает. Использование этих тиристоров защищает схемы, ограничивая разрушительное воздействие ошибочных импульсов высокой энергии, возникающих либо из-за неисправности испытательного оборудования, либо из-за неисправности ICD. Решение представляет собой набор энергопоглощающих цепей, настроенных на быстрое шунтирование напряжения более 16 В, при этом минимально нагружая цепь. Шунтирование осуществляется тиристорами Д5-8. Для обеспечения быстрого срабатывания и минимальной емкостной нагрузки они удерживаются при напряжении смещения вблизи точки их срабатывания шинами питания +15 В и -15 В. Диоды D1-4 с обратным смещением изолируют шины от цепи в нормальных условиях и предотвратить токи утечки в тиристорах от нагрузки сигнальной линии.

Эти схемы защиты применяются в чувствительных цепях для отвода непреднамеренной энергии (пиков). Без них надежность интерфейса была бы под вопросом после любого отказа тестируемого УИУ. Аналогичная, но более простая схема защиты используется в ИКД для защиты его чувствительных входных цепей от ударов внешнего дефибриллятора.

Выключатели питания — при использовании в случае питания с частотой 50 Гц полупроводниковые переключатели (тиристоры) будут включаться и выключаться пятьдесят раз в секунду (60 раз в случае питания с частотой 60 Гц). Возьмем в качестве примера двигатель. Помните, что крутящий момент, создаваемый двигателем, пропорционален квадрату приложенного напряжения. Что ж, по принципу электронного плавного пуска вы увеличиваете напряжение двигателя от нуля до полного вольта контролируемым образом и в течение заданного периода времени. При этом напряжение изменяется, пропуская к двигателю только часть синусоиды. Это достигается использованием тиристоров для включения и выключения в заданных точках в каждом цикле частоты сети питания. Чтобы получить полную волну (360º), подключите два тиристора параллельно и в противоположных направлениях, тогда при правильном контроле зажигания вся или часть волны переменного тока может быть передана на двигатель. Один тиристор пройдет положительную часть цикла, а другой — отрицательную.

Самое удивительное в тиристорах то, что они устаревают. JFET и MOS заменяют тиристоры из-за их способности усиливать и переключать. Тиристорные полупроводниковые устройства с запиранием затвора (GTO) облегчают включение тока, а также выключение с помощью управляющих сигналов. Эта технология развивалась очень быстро; следовательно, теперь доступны мощные ГТО (100 мм, 6 кВ или 150 мм, 9 кВ). Full on – off управление, предлагаемое GTO, сделало ширину импульса 9Преобразователи с модуляцией 0019 – (PWM) просты в реализации. Достижения в области полупроводниковых технологий позволяют создавать новые эффективные и простые в эксплуатации устройства. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) и тиристор, управляемый металлоксид-полупроводником (MOS), контролируют электроэнергию, используя низкие уровни энергии от своих МОП-затворов с высоким импедансом, по сравнению с сильноточными импульсами, необходимыми для тиристоров или ГТО.

МОП-тиристор отключения (МТО) сочетает в себе преимущества как тиристоров, так и МОП-устройств за счет использования управляемого током включения (тиристора) и управляемого напряжением выключения, имеющих структуру МОП с высоким импедансом. Предлагаются гибридные MTO, которые демонстрируют существенно низкие потери в устройстве по сравнению с GTO. Поскольку в MTO используется почти половина деталей GTO, их применение обещает значительное повышение надежности.

Тиристоры теперь доступны в больших размерах, что устраняет необходимость их параллельного подключения для сильноточных приложений. Их номинальное напряжение также увеличилось, так что относительно небольшое количество требуется для последовательного соединения, чтобы получить переключатели или преобразователи для приложений передачи энергии. На самом деле, современная тенденция заключается в производстве мощных электронных блоков (HPEBB) для конфигурирования мощных переключателей и преобразователей, что устраняет потребность в индивидуальном проектировании на уровне устройства.

Спасибо Wentworth John-NASA, Coilgun Systems, A.G. Bolt Fluidrive Engineering Co. Ltd. и Мохамеду Э. Эль-Хавари, редактору серии, IEEE Press Power Series of Power Engineering

Тиристорные регуляторы мощности

Тиристорные регуляторы мощности являются одним из самых распространенных радиолюбительских конструкций, и это неудивительно. Ведь всем, кто хоть раз пользовался обычным паяльником на 25 — 40 ватт, его способность перегреваться даже очень хорошо известна. Паяльник начинает дымить и шипеть, затем, достаточно скоро, залуженное жало выгорает, чернеет. Паять таким паяльником уже совсем невозможно.

И тут на помощь приходит регулятор мощности, с помощью которого можно достаточно точно установить температуру для пайки. Следует руководствоваться тем, что при прикосновении паяльника к кусочку канифоли он дымит хорошо, а значит, средне, без шипения и брызг, не очень бурно. Следует ориентироваться на то, чтобы пайка была контурной, блестящей.

Конечно, современные паяльные станции оснащены термостабилизированными паяльниками, цифровыми дисплеями и регулируемой температурой нагрева, но они слишком дороги по сравнению с обычным паяльником. Поэтому при незначительных объемах паяльных работ вполне можно обойтись обычным паяльником с тиристорным регулятором мощности. При этом качество пайки, которое может не сразу получиться отличным, достигается практикой.

Еще одна область применения тиристорных регуляторов – управление яркостью. Такие регуляторы продаются в магазинах электротоваров в виде обычных настенных выключателей с поворотной рукояткой. Но тут покупателя подстерегает засада: современные энергосберегающие лампы (часто именуемые в литературе компактными люминесцентными лампами (КЛЛ)) просто не хотят работать с такими регуляторами.

Такой же непредсказуемый вариант получится и в случае с регулировкой яркости светодиодных ламп. Ну не предназначены они для такой работы, и все: выпрямительный мост с электролитическим конденсатором, расположенным внутри КЛЛ, просто не даст работать тиристору. Поэтому регулируемый «ночник» с таким регулятором можно создать только с помощью лампы накаливания.

Однако здесь следует помнить об электронных трансформаторах, предназначенных для питания галогенных ламп, а в радиолюбительских конструкциях различного назначения. В этих трансформаторах после выпрямительного моста почему-то, видимо в целях экономии, или просто для уменьшения габаритов не установлен электролитический конденсатор. Именно эта «экономия» позволяет регулировать яркость ламп с помощью тиристорных регуляторов.

Если напрячь воображение, то можно найти еще много областей, где требуется применение тиристорных регуляторов. Одним из таких направлений является регулирование оборотов электроинструмента: дрелей, шлифовальных машин, шуруповертов, перфораторов и т.д. и т.п. Естественно, тиристорные регуляторы располагаются внутри приборов, питающихся от сети переменного тока. .

Все подобные регуляторы встроены в кнопку управления и представляют собой небольшую коробочку, вставленную в рукоятку дрели. Степень нажатия на кнопку определяет частоту вращения картриджа. В случае выхода из строя меняется сразу вся коробка: при всей кажущейся простоте конструкции такой регулятор абсолютно не пригоден для ремонта.

В случае инструментов, работающих от постоянного тока от аккумуляторов, регулирование мощности осуществляется с помощью транзисторов MOSFET методом широтно-импульсной модуляции. Частота ШИМ достигает нескольких килогерц, поэтому сквозь корпус отвертки слышен высокочастотный писк. Это писк обмотки двигателя.

Но в этой статье будут рассмотрены только тиристорные регуляторы мощности. Поэтому, прежде чем рассматривать схему регулятора, следует вспомнить, как работает тиристор.

Чтобы не усложнять рассказ, мы не будем рассматривать тиристор в виде его четырехслойной p-n-p-n структуры, рисовать вольт-амперную характеристику, а просто словами опишем, как он работает, тиристор. Начнем с того, что в цепи постоянного тока, хотя тиристоры в этих цепях почти не используются. Ведь отключить тиристор, работающий на постоянном токе, достаточно сложно. Это то же самое, что остановить лошадь.

Тем не менее большие токи и большие напряжения тиристоров привлекают разработчиков различной, как правило, достаточно мощной аппаратуры постоянного тока. Чтобы отключить тиристоры, приходится идти на различные усложнения схем, ухищрения, но в целом результаты положительные.

Обозначение тиристора на принципиальных схемах показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Тиристор

Нетрудно заметить, что по своему обозначению на схемах тиристор очень похож на обычный диод. Если разобраться, то он, тиристор, тоже имеет одностороннюю проводимость, а значит, может выпрямлять переменный ток. Но он сделает это только в том случае, если на управляющий электрод будет подано положительное напряжение относительно катода, как показано на рисунке 2. По старой терминологии тиристор иногда называли управляемым диодом. Пока управляющий импульс не подан, тиристор закрыт в любом направлении.

Рисунок 2

Как включить светодиод

Здесь все очень просто. К источнику постоянного напряжения 9В (можно использовать аккумулятор «Крона») через тиристор Vsx подключен светодиод HL1 с ограничительным резистором R3. Кнопкой SB1 напряжение с делителя R1, R2 можно подать на управляющий электрод тиристора, и тогда тиристор откроется, светодиод начнет светиться.

Если сейчас отпустить кнопку, перестать удерживать ее нажатой, то светодиод должен продолжать гореть. Такое короткое нажатие на кнопку можно назвать импульсным. Многократное и даже многократное нажатие этой кнопки ничего не изменит: светодиод не погаснет, но и не станет светить ярче или тусклее.

Нажал — отпустил, а тиристор остался открытым. Причем это состояние устойчиво: тиристор будет открыт до тех пор, пока внешние воздействия не выведут его из этого состояния. Такое поведение схемы свидетельствует об исправности тиристора, его пригодности для работы в разрабатываемом или ремонтируемом устройстве.

Небольшое замечание

Но часто случаются исключения из этого правила: при нажатии кнопки загорается светодиод, а при отпускании кнопки он гаснет, как ни в чем не бывало. А в чем подвох, что ты сделал не так? Может кнопку нажимали недостаточно долго или не очень фанатично? Нет, все было сделано достаточно добросовестно. Просто ток через светодиод оказался меньше тока удержания тиристора.

Для того, чтобы описываемый эксперимент прошел успешно, нужно просто заменить светодиод на лампу накаливания, тогда ток станет больше, или подобрать тиристор с меньшим током удержания. Этот параметр для тиристоров имеет значительный разброс, иногда приходится даже подбирать тиристор под конкретную схему. Причём одним брендом, одной буквой и из одной коробки. Импортные тиристоры, которым последнее время отдают предпочтение, с этим током несколько лучше: и купить проще, и параметры лучше.

Как закрыть тиристор

Никакие сигналы, подаваемые на управляющий электрод, не могут закрыть тиристор и выключить светодиод: управляющий электрод может только включить тиристор. Есть, конечно, запираемые тиристоры, но назначение у них несколько иное, чем у банальных регуляторов мощности или простых выключателей. Обычный тиристор можно выключить, только прервав ток через участок анод — катод.

Это можно сделать как минимум тремя способами. Сначала тупо отключите всю схему от аккумулятора. Вспомним рисунок 2. Светодиод, естественно, погаснет. Но при повторном подключении сам по себе не включится, так как тиристор остался закрытым. Это состояние также является устойчивым. А вывести его из этого состояния, зажечь свет поможет только нажатие кнопки SB1.

Второй способ прерывания тока через тиристор — просто взять и закоротить выводы катода и анода проволочной перемычкой. При этом через перемычку будет протекать весь ток нагрузки, в нашем случае это только светодиод, а ток через тиристор будет равен нулю. После снятия перемычки тиристор закроется и светодиод погаснет. В опытах с подобными схемами в качестве перемычки чаще всего используется пинцет.

Предположим, что вместо светодиода в этой схеме будет достаточно мощный нагревательный змеевик с высокой тепловой инерцией. Тогда получается почти готовый регулятор мощности. Если тиристор включить так, что спираль включается на 5 секунд и выключается на такое же количество времени, то в спирали выделяется 50 процентов мощности. Если при этом десятисекундном цикле включение занимает всего 1 секунду, то очевидно, что спираль выделит только 10% тепла от своей мощности.

Примерно с такими временными циклами, измеряемыми в секундах, работает регулятор мощности микроволн. Просто используя реле, радиочастотное излучение включается и выключается. Тиристорные регуляторы работают на частоте сети, где время измеряется в миллисекундах.

Третий способ выключения тиристора

заключается в снижении напряжения нагрузки до нуля, а то и вовсе в изменении полярности питающего напряжения. Именно такая ситуация получается при питании тиристорных цепей переменным синусоидальным током.

При переходе синусоиды через ноль она меняет знак на противоположный, поэтому ток через тиристор становится меньше тока удержания, а затем и вовсе равен нулю. Таким образом, проблема отключения тиристора решается как бы сама собой.

Тиристорные регуляторы мощности. Фазовое регулирование

Итак, дело осталось за малым. Чтобы получить управление фазой, нужно всего лишь подать управляющий импульс в определенное время. Другими словами, импульс должен иметь определенную фазу: чем ближе он к концу полупериода переменного напряжения, тем меньше будет амплитуда напряжения на нагрузке. Метод управления фазой показан на рисунке 3.9.0009

Рисунок 3. Регулировка фазы

В верхнем фрагменте рисунка управляющий импульс подается практически в самом начале полуволны синусоиды, фаза управляющего сигнала близка к нулю. На рисунке это время равно t1, поэтому тиристор открывается почти в начале полупериода, и в нагрузке выделяется мощность, близкая к максимальной (если бы в схеме не было тиристоров, мощность была бы максимальной ).

Сами управляющие сигналы на этом рисунке не показаны. В идеале это короткие импульсы, положительные по отношению к катоду, подаваемые в определенной фазе на управляющий электрод. В простейших схемах это может быть линейно нарастающее напряжение, получаемое при зарядке конденсатора. Это будет обсуждаться ниже.

На среднем графике управляющий импульс подается в середине полупериода, что соответствует фазовому углу Π/2 или времени t2, поэтому в нагрузке выделяется только половина максимальной мощности.

На нижнем графике открывающие импульсы подаются очень близко к концу полупериода, тиристор открывается почти до того, как должен закрыться, согласно графику это время обозначено как t3, поэтому мощность в нагрузке выделяется незначительно.

Цепи включения тиристоров

После краткого ознакомления с принципом работы тиристоров можно наверное привести несколько схем регулятора мощности . Здесь ничего не придумано; все можно найти в интернете или в старых радиожурналах. В статье просто представлен краткий обзор и описание работы тиристорного регулятора схемы . При описании работы схем будет обращено внимание на то, как используются тиристоры, какие существуют схемы включения тиристоров.

Как было сказано в самом начале статьи, тиристор выпрямляет переменное напряжение подобно обычному диоду. Получается полуволновое выпрямление. Когда-то через диод включались лампы накаливания на лестничных клетках: света было немного, слепило глаза, но тогда лампы перегорают очень редко. То же самое происходит, если диммер выполнить на одном тиристоре, только появляется возможность регулирования и без того незначительной яркости.

Таким образом, регуляторы мощности контролируют оба полупериода сетевого напряжения. Для этого применяют встречно-параллельное соединение тиристоров, симисторов или включение тиристора в диагональ выпрямительного моста.

Для ясности этого утверждения далее рассмотрим несколько схем тиристорных регуляторов мощности. Иногда их называют стабилизаторами напряжения, и какое название правильнее, решить сложно, так как наряду с регулированием напряжения регулируется и мощность.

Простейший тиристорный регулятор

Предназначен для регулирования мощности паяльника. Его схема показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема простейшего тиристорного регулятора мощности

Регулировать мощность паяльника, начиная с нуля, нет смысла. Поэтому можно ограничиться регулированием только одного полупериода сетевого напряжения, в данном случае положительного. Отрицательный полупериод проходит без изменений через диод VD1 непосредственно на паяльник, что обеспечивает его половинную мощность.

Положительный полупериод проходит через тиристор VS1, позволяющий регулировать. Схема управления тиристором предельно проста. Это резисторы R1, R2 и конденсатор С1. Конденсатор заряжается по схеме: верхний провод схемы, R1, R2 и конденсатор С1, нагрузка, нижний провод схемы.

Электрод управления тиристором подключен к положительному выводу конденсатора. При повышении напряжения на конденсаторе до напряжения включения тиристора последний открывается, пропуская в нагрузку положительный полупериод напряжения, а точнее его часть. Конденсатор С1 естественным образом разряжается, тем самым подготавливаясь к следующему циклу.

Скорость заряда конденсатора регулируется переменным резистором R1. Чем быстрее зарядится конденсатор до напряжения открытия тиристора, тем раньше откроется тиристор, тем большая часть положительного полупериода напряжения попадет в нагрузку.

Схема простая, надежная, вполне пригодна для паяльника, правда регулирует только один полупериод сетевого напряжения. Очень похожая схема показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Тиристорный регулятор мощности

Несколько сложнее предыдущего, но позволяет регулировать более плавно и точно, за счет того, что генерация управляющих импульсов Схема собрана на двухбазовом транзисторе КТ117. Этот транзистор предназначен для создания генераторов импульсов. Больше, похоже, ни на что другое не способен. Подобная схема используется во многих контроллерах питания, а также в импульсных источниках питания в качестве формирователя запускающего импульса.

Как только напряжение на конденсаторе С1 достигает порога срабатывания транзистора, последний открывается и на выводе В1 появляется положительный импульс, открывающий тиристор VS1. Резистором R1 можно регулировать скорость заряда конденсатора.

Чем быстрее заряжается конденсатор, чем раньше появляется импульс открытия, тем большее напряжение будет поступать на нагрузку. Вторая полуволна сетевого напряжения проходит в нагрузку через диод VD3 без изменений. Выпрямитель VD2, R5, стабилитрон VD1 служат для питания схемы формирователя импульсов управления.

Тут можно спросить, а когда открывается транзистор, какой порог? Открытие транзистора происходит в момент, когда напряжение на его эмиттере Е превышает напряжение на базе В1. Базы В1 и В2 не равнозначны, если их поменять местами, то генератор работать не будет.

На рис. 6 показана схема, позволяющая регулировать оба полупериода напряжения.

Рисунок 6

На схеме диммер. Сетевое напряжение выпрямляется мостом VD1-VD4, после чего напряжение пульсаций подается на лампу EL1, тиристор VS1 и через резисторы R3, R4 на стабилитроны VD5, VD6, от которых питается схема управления. Использование в схеме выпрямительного моста позволяет регулировать положительные и отрицательные полупериоды с помощью всего одного тиристора.

Схема управления также выполнена на двухбазовом транзисторе КТ117А. Скорость заряда времязадающего конденсатора С2 изменяется резистором R6, что вызывает изменение фазы сигнала управления тиристором.

К этой схеме можно сделать небольшое замечание: ток в нагрузке состоит только из положительных полупериодов сети, полученных после мостового выпрямителя. Если требуется получить положительную и отрицательную части синусоиды в нагрузке, то достаточно, ничего не меняя в схеме, включить нагрузку сразу после предохранителя. Вместо нагрузки просто установите перемычку. Такая схема показана на рис. 7.9.0009

Рисунок 7. Схема тиристорного регулятора мощности

Транзистор КТ117 является изобретением советской электронной промышленности и не имеет зарубежных аналогов, но при необходимости его можно собрать из двух транзисторов по схеме, показанной на рисунке 8.