Regulator de putere tiristor: circuit, principiu de funcționare și aplicare. Control tiristor Pentru circuitul „termostat pe bază de tiristoare”.

În diferite dispozitive electronice din circuitele de curent alternativ, tiristoarele și triacurile sunt utilizate pe scară largă ca întrerupătoare de alimentare. Acest articol are scopul de a ajuta la alegerea unei scheme de control pentru astfel de dispozitive.

Cel mai simplu mod de a controla tiristoarele este de a alimenta electrodul de control al dispozitivului cu un curent continuu de mărimea necesară pentru a-l porni (Fig. 1). Cheia SA1 din fig. 1 și în figurile ulterioare - acesta este orice element care asigură închiderea circuitului: un tranzistor, treapta de ieșire a unui microcircuit, un optocupler etc. Această metodă este simplă și convenabilă, dar are un dezavantaj semnificativ - necesită un putere mare a semnalului de control. În tabel 1 prezintă cei mai importanți parametri pentru asigurarea controlului fiabil al unora dintre cele mai comune tiristoare (primele trei poziții sunt ocupate de tiristoare, restul de triacuri). La temperatura camerei, pentru a garanta pornirea tiristoarelor enumerate, este necesar un curent electrod de control Iу on de 70–160 mA. În consecință, la o tensiune de alimentare tipică pentru unitățile de control asamblate pe microcircuite (10–15 V), este necesară o putere constantă de 0,7–2,4 W.

Rețineți că polaritatea tensiunii de control pentru SCR este pozitivă în raport cu catodul, iar pentru triacuri este fie negativă pentru ambele semicicluri, fie coincide cu polaritatea tensiunii la anod. De asemenea, puteți adăuga că adesea, în conformitate cu instrucțiunile de aplicare, joncțiunea de control a SCR-urilor cu o rezistență de 51 ohmi (R2 în Fig. 1) trebuie să fie ocolită și nu este necesară o bypass pentru triac-uri.

Valorile reale ale curentului electrodului de control, suficiente pentru a porni tiristorul, sunt de obicei mai mici decât cifrele date în tabel. 1, prin urmare, adesea merg să-l reducă în raport cu valorile garantate: pentru tiristoare - la 7-40 mA, pentru triac - la 50-60 mA. O astfel de scădere duce adesea la funcționarea nesigură a dispozitivelor și la necesitatea testării preliminare sau a selecției tiristoarelor. O scădere a curentului de control poate duce, de asemenea, la interferențe cu recepția radio, deoarece tiristoarele sunt pornite la curenți scăzuti ai electrodului de control la o tensiune relativ mare la anod - câteva zeci de volți, ceea ce duce la supratensiuni de curent prin sarcină și, în consecință, la interferențe puternice.

Dezavantajul controlului cu curent continuu al tiristoarelor este conexiunea galvanică dintre sursa semnalului de control și rețea. Dacă într-un circuit cu un triac (Fig. 1, b), cu conexiunea corespunzătoare a firelor de rețea, sursa semnalului de control poate fi conectată la firul neutru, atunci când se utilizează un trinistor (Fig. 1, a) această posibilitate apare numai dacă puntea redresoare VD1–VD4 este exclusă. Acesta din urmă duce la o alimentare cu tensiune în jumătate de undă a sarcinii și la o reducere de două ori a puterii furnizate acesteia.

În prezent, din cauza consumului mare de energie, pornirea tiristoarelor cu curent continuu cu alimentare fără transformator la unitățile de pornire (cu rezistor de stingere sau condensator) nu este practic utilizată.

Una dintre opțiunile de reducere a puterii consumate de unitatea de control este utilizarea unei secvențe continue de impulsuri cu un ciclu de lucru relativ ridicat în locul curentului continuu. Deoarece timpul de pornire al tiristoarelor tipice este de 10 μs sau mai puțin, este posibil să se aplice impulsuri de aceeași durată electrodului lor de control cu ​​un ciclu de lucru, de exemplu, 5–10–20, care corespunde unei frecvențe de 20. -10-5 kHz. În acest caz, consumul de energie este, de asemenea, redus de 5-10-20 de ori, respectiv.

Cu toate acestea, această metodă de control dezvăluie câteva noi deficiențe. În primul rând, acum tiristorul este pornit nu chiar la începutul semiciclului de tensiune de rețea, ci în momente arbitrare de timp separate de începutul semiciclului de un timp care nu depășește perioada impulsurilor de declanșare, adică 50–100–200 μs.

În acest timp, tensiunea rețelei poate crește la aproximativ 5–10–20 V. Acest lucru duce la interferențe cu recepția radio și la o scădere ușoară a tensiunii de ieșire, cu toate acestea, este greu de observat.

Mai este o problemă. Dacă, atunci când este pornit la începutul semiciclului în timpul impulsului de declanșare, curentul prin tiristor nu atinge curentul de menținere (Isp, Tabelul 1), tiristorul se va opri după sfârșitul pulsului. Următorul impuls va porni din nou tiristorul și nu se va opri numai dacă până la sfârșitul impulsului curentul prin acesta este mai mare decât curentul de menținere. Astfel, curentul prin sarcină va lua mai întâi forma mai multor impulsuri scurte și abia apoi o formă sinusoidală.

Dacă sarcina este activ inductivă (de exemplu, un motor electric), curentul prin ea în timpul impulsului scurt de comutare poate să nu aibă timp să atingă valoarea curentului de menținere, chiar și atunci când tensiunea instantanee în rețea este maximă. Tiristorul se va opri după sfârșitul fiecărui impuls. Acest dezavantaj limitează durata impulsurilor de declanșare de jos și poate anula reducerea consumului de energie.

Circuit de comutare pentru un tiristor și triac cu declanșare impuls

Utilizarea pornirii prin impuls facilitează izolarea galvanică între unitatea de control și rețea, deoarece chiar și un transformator mic cu un raport de transformare apropiat de 1:1 o poate asigura. De obicei, este înfășurat pe un inel de ferită cu un diametru de 16–20 mm, cu izolație atentă între înfășurări. Trebuie avută grijă împotriva utilizării transformatoarelor industriale mici de impulsuri. În general, au o tensiune de izolație scăzută (aproximativ 50-100 V) și pot provoca șoc electric dacă se consideră că circuitul de comandă este izolat de rețea atunci când acționează dispozitivul.

Circuit de comutare pentru un tiristor și triac cu declanșare impuls.

Reducerea puterii necesare pentru controlul impulsurilor și posibilitatea introducerii izolației galvanice fac posibilă utilizarea sursei de alimentare fără transformator în unitățile de control cu ​​tiristoare.

Pornirea tiristorului printr-o cheie și un rezistor de limitare

Al treilea mod răspândit de a porni tiristoarele este de a furniza un semnal electrodului de control de la anodul său printr-un comutator și un rezistor de limitare (Fig. 2). Într-un astfel de nod, curentul trece prin comutator timp de câteva microsecunde în timp ce tiristorul pornește, dacă tensiunea la anod este suficient de mare. Releele electromagnetice cu zgomot redus, tranzistoarele bipolare de înaltă tensiune, fotodinistoarele sau fototriacurile sunt folosite ca chei (circuite din Fig. 2, respectiv). Metoda de pornire a unui tiristor este simplă și convenabilă, nu este critică pentru prezența unei componente inductive în sarcină, dar are un dezavantaj care este adesea ignorat.

Dezavantajul se datorează cerințelor contradictorii pentru rezistența de limitare R1. Pe de o parte, rezistența sa ar trebui să fie cât mai mică posibil, astfel încât tiristorul să pornească cât mai aproape posibil de începutul semiciclului de tensiune de rețea. Pe de altă parte, atunci când cheia este deschisă pentru prima dată, dacă nu este sincronizată cu momentul în care tensiunea rețelei trece prin zero, tensiunea de pe rezistența R1 poate atinge amplitudinea tensiunii de rețea, adică 310–350 V. Impulsul de curent prin acest rezistor nu trebuie să depășească valorile permise pentru cheia și tranziția de control a tiristorului. În tabel Tabelul 2 prezintă câțiva parametri ai celor mai frecvent utilizate fototiristoare domestice (dispozitive din seriile AOU103/3OU103 și AOU115 - fotodinistoare, AOU - fototriac). Pe baza valorilor curentului maxim admisibil de control al impulsului (Tabelul 1) și al curentului maxim al impulsului prin comutator (Tabelul 2), este posibil să se determine rezistența minimă admisă a rezistenței de limitare pentru fiecare pereche specifică de dispozitive. De exemplu, pentru o pereche de KU208G (Iу, incl max = 1 A) și AOU160A (Imax, imp = 2 A), puteți selecta R1 = 330 Ohm. Dacă curentul electrodului de control la care triacul este pornit corespunde valorii sale maxime de 160 mA, triacul se va porni la o tensiune anodică de 0,16 330 = 53 V.

Ca și în cazul furnizării de impulsuri de control cu ​​un ciclu de lucru relativ mare, acest lucru duce la interferențe și la o scădere ușoară a tensiunii de ieșire. Deoarece sensibilitatea reală a tiristoarelor la electrodul de control este de obicei mai bună, întârzierea deschiderii tiristorului față de începutul semiciclului este mai mică decât valoarea limită calculată mai sus.

Rezistența rezistorului de limitare R1 poate fi redusă cu valoarea rezistenței de sarcină, deoarece în momentul pornirii sunt conectate în serie.

În plus, dacă sarcina este garantată a fi de natură inductivă-rezistivă, rezistența rezistenței specificate poate fi redusă și mai mult. Totuși, dacă sarcina sunt lămpi cu incandescență, trebuie să ne amintim că rezistența lor la rece este de aproximativ zece ori mai mică decât cea de lucru.

De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că curentul de comutare al triacurilor are o valoare diferită pentru semi-undele pozitive și negative ale tensiunii de rețea. Prin urmare, în tensiunea de ieșire poate apărea o componentă DC mică.

Dintre fotodinistoarele din seria AOU103/3OU103, doar 3OU103G sunt potrivite pentru controlul tiristoarelor într-o rețea de 220 V la tensiunea maximă admisă, dar s-a verificat în mod repetat că atât AOU103B, cât și AOU103V sunt potrivite pentru funcționarea în acest mod.

Diferența dintre dispozitivele cu indici B și C este că nu este permisă furnizarea tensiunii de polaritate inversă la AOU103B. Diferența dintre AOU115G și AOU115D este similară: dispozitivele cu indicele D permit alimentarea cu tensiune inversă, cele cu indicele G nu.

O reducere semnificativă a puterii consumate de circuitele de control poate fi realizată prin pornirea curentului electrodului de control în momentul în care tiristorul este pornit. Două variante ale diagramelor nodurilor de control care oferă acest mod sunt prezentate în Fig. 3.

Pornirea SCR în circuitul din Fig. 3, și are loc în momentul închiderii contactelor cheii SA1. După ce SCR este pornit, elementul DD1.1 este oprit și curentul electrodului de control se oprește, ceea ce economisește semnificativ consumul în circuitul de control. Dacă tensiunea tiristorului în momentul în care SA1 este pornit este mai mică decât pragul de comutare al DD1.1, tiristorul nu se va porni până când tensiunea de pe el nu atinge acest prag, adică devine puțin mai mult de jumătate din tensiunea de alimentare. a microcircuitului. Tensiunea de prag poate fi reglată prin selectarea rezistenței brațului inferior al divizorului rezistorului R6. Rezistorul R2 oferă un nivel logic scăzut la intrarea 1 a elementului DD1.1 când tiristorul VS1 și puntea de diode VD2 sunt închise.

Pentru a porni un triac într-un mod similar, este necesară o unitate de control bipolară pentru elementul de potrivire DD1.1 (Fig. 3, b). Această unitate este asamblată folosind tranzistoarele VT1, VT2 și rezistențele R2–R4. Tranzistorul VT1 este conectat conform unui circuit de bază comun, iar tensiunea de pe colectorul său devine mai mică decât pragul de comutare al elementului DD1.1 atunci când tensiunea la anodul triacului VS1 este pozitivă față de catod și o depășește cu aproximativ 7 V. În mod similar, tranzistorul VT2 intră în saturație atunci când tensiunea negativă la anod devine mai mare ca mărime decât –6 V.

O astfel de unitate pentru separarea momentului în care tensiunea trece prin zero este utilizată pe scară largă în diferite dezvoltări. În ciuda întregii lor atractive aparente, unitățile realizate conform diagramelor prezentate în Fig. 3 și altele similare au un dezavantaj semnificativ: dacă din anumite motive tiristorul nu pornește, curentul prin electrodul său de control va curge la nesfârșit. Prin urmare, este necesar să se ia măsuri speciale pentru a limita durata impulsului sau pentru a proiecta sursa de alimentare pentru curent complet, adică pentru aceeași putere ca și pentru nodurile conform diagramei din Fig. 1.

Cele mai economice scheme de control folosesc formarea unui singur impuls de comutare în apropierea trecerii cu zero a tensiunii rețelei. Două diagrame simple ale unor astfel de modelatori sunt prezentate în Fig. 4, iar diagramele de timp ale funcționării lor sunt în Fig. 5 (a și, respectiv, b). Dezavantajul, deși complet nesemnificativ în majoritatea cazurilor, este că prima pornire nu are loc chiar la începutul semiciclului de tensiune de rețea, ci chiar la sfârșitul celui în care întrerupătorul SA1 a fost închis.

Durata dublă a impulsului de comutare 2T0 este determinată de pragul de comutare al elementului OR NOT, ținând cont de divizorul R2R3 (Fig. 4, a) sau de pragul de formare la VT1, VT2 (Fig. 4, b), și se calculează prin formula

13.jpg (613 octeți)

Viteza de modificare a tensiunii de rețea în timpul trecerii la zero

14.jpg (926 de octeți)

iar la Uthr = 50 V, durata dublă va fi 2T0 = 1 ms. Ciclul de funcționare al impulsurilor este de 10, iar consumul mediu de curent este de 10 ori mai mic decât valoarea amplitudinii necesară pentru a porni în mod fiabil tiristorul.

Durata minimă a impulsului de comutare este determinată de faptul că acesta trebuie să se termine nu mai devreme de când curentul prin sarcină ajunge la curentul de menținere al tiristorului. De exemplu, dacă sarcina are o putere de 200 W (Rn = 2202/200 = 242 Ohm), iar curentul de menținere al triacului KU208 este de 150 mA, atunci acest curent se realizează la o tensiune de rețea instantanee de 242 0,15 = 36 V, adică la o rată de creștere de 100 V/ms, sfârșitul impulsului de declanșare nu trebuie să fie mai devreme de 360 ​​μs din momentul în care tensiunea trece de zero. Consumul de energie poate fi redus de aproximativ zece ori mai mult prin alimentarea elementelor SAU - NU circuitele din Fig. 1 - la a treia intrare. 4 secvență continuă de impulsuri (indicată prin linii întrerupte), așa cum a fost menționat la începutul articolului în raport cu nodurile conform diagramelor din Fig. 1. În acest caz, apar aceleași dezavantaje ca și la furnizarea continuă de impulsuri la electrodul de control.

Pentru a reduce pierderile de putere, este posibil să se formeze în noduri conform diagramelor din Fig. 4 impuls, diferențiază-l și folosește marginea de fugă diferențiată ca declanșator pentru tiristor (Fig. 6). Parametrii acestui impuls de declanșare Ti ar trebui aleși după cum urmează. Ar trebui să înceapă cât mai curând posibil după ce tensiunea de rețea trece prin zero, astfel încât creșterea curentului prin sarcină în momentul pornirii la începutul fiecărui semiciclu să fie minimă, iar interferența și pierderile de putere să fie minime. Aici, lățimea impulsului generat în momentul trecerii tensiunii rețelei prin zero este limitată de jos doar de timpul de reîncărcare a circuitului de diferențiere C1R7 și poate fi destul de mică, dar finită. Impulsul ar trebui să se termine, ca și pentru opțiunea anterioară, nu mai devreme decât atunci când curentul prin sarcină atinge curentul de menținere al tiristorului.

Când nodurile funcționează conform diagramelor din Fig. 7 și 8, aplicarea unui impuls de pornire electrodului de comandă redresează caracteristica de ieșire a tiristorului în momentul în care tensiunea rețelei trece prin zero și, cu durata impulsului selectată corect, menține tiristorul în starea de pornire până la curentul de menținere. este atins, chiar și în prezența unei mici componente inductive a sarcinii. Sursa de alimentare pentru astfel de unități poate fi asamblată folosind un circuit fără transformator cu o rezistență de stingere sau, chiar mai bine, un condensator. Această conexiune a tiristoarelor nu creează interferențe cu recepția radio și poate fi recomandată pentru toate cazurile de control al sarcinilor cu o componentă inductivă mică.

Dacă sarcina are o natură inductivă pronunțată, putem recomanda circuitele de control prezentate în Fig. 2. Pentru a reduce interferența cu recepția radio, este necesar să includeți filtre de suprimare a zgomotului în firele de rețea, iar dacă firele de la regulator la sarcină au o lungime vizibilă, atunci și aceste fire.

Opțiunile pentru controlul tiristoarelor atunci când sunt utilizate ca întrerupătoare au fost discutate mai sus. Când controlul fază-impuls al puterii de sarcină, puteți utiliza soluțiile de circuit descrise mai sus pentru generarea de impulsuri în momentele în care tensiunea rețelei trece prin zero pentru a porni unitatea de temporizare pentru pornirea tiristorului. Rețineți că un astfel de nod trebuie să ofere o întârziere stabilă pentru pornirea tiristorului, independent de tensiunea și temperatura rețelei, iar durata impulsului generat trebuie să asigure că curentul de menținere este atins indiferent de momentul în care sarcina este pornită în semiciclu.

- un dispozitiv cu proprietățile unui semiconductor, al cărui proiect se bazează pe un semiconductor monocristal având trei sau mai multe joncțiuni p-n.

Funcționarea sa implică prezența a două faze stabile:

• „închis” (nivelul de conductivitate este scăzut);
• „deschis” (nivelul de conductivitate este ridicat).

Tiristoarele sunt dispozitive care îndeplinesc funcțiile întrerupătoarelor electronice de putere. Un alt nume pentru ei este tiristoare cu o singură operație. Acest dispozitiv vă permite să reglați impactul sarcinilor puternice prin impulsuri minore.

Conform caracteristicii curent-tensiune a tiristorului, o creștere a curentului în acesta va provoca o scădere a tensiunii, adică va apărea o rezistență diferențială negativă.

În plus, aceste dispozitive semiconductoare pot conecta circuite cu tensiuni de până la 5000 Volți și curenți de până la 5000 Amperi (la o frecvență de cel mult 1000 Hz).

Tiristoarele cu două și trei terminale sunt potrivite pentru funcționare atât cu curent continuu, cât și cu curent alternativ. Cel mai adesea, principiul funcționării lor este comparat cu funcționarea unei diode de redresare și se crede că sunt un analog cu drepturi depline al unui redresor, într-un fel și mai eficient.

Tipurile de tiristoare diferă unele de altele:

• Metoda de control.
• Conductivitate (unilaterală sau bilaterală).

Principii generale de management

Structura tiristoarelor are 4 straturi semiconductoare într-o conexiune în serie (p-n-p-n). Contactul conectat la stratul p exterior este anodul, iar contactul conectat la stratul n exterior este catodul. Ca urmare, cu un ansamblu standard, un tiristor poate avea maximum doi electrozi de control, care sunt atașați la straturile interne. În funcție de stratul conectat, conductorii sunt împărțiți în catod și anod în funcție de tipul de control. Primul tip este cel mai des folosit.

Curentul din tiristoare curge spre catod (din anod), deci conexiunea la sursa de curent se face intre anod si borna pozitiva, precum si intre catod si borna negativa.

Tiristoarele cu electrod de control pot fi:

• Blocabil;
• Deblocabil.

O proprietate indicativă a dispozitivelor care nu se blochează este lipsa lor de răspuns la un semnal de la electrodul de control. Singura modalitate de a le închide este reducerea nivelului de curent care curge prin ele, astfel încât să fie inferior curentului de reținere.

Când controlați un tiristor, trebuie luate în considerare unele puncte. Un dispozitiv de acest tip schimbă fazele de funcționare de la „oprit” la „pornit” și înapoi în salturi și numai sub condiția unei influențe externe: folosind curent (manipularea tensiunii) sau fotoni (în cazurile cu un fototiristor).

Pentru a înțelege acest punct, trebuie să rețineți că un tiristor are în principal 3 ieșiri (tiristor): anod, catod și electrod de control.

UE (electrodul de control) este tocmai responsabil pentru pornirea și oprirea tiristorului. Deschiderea tiristorului are loc cu condiția ca tensiunea aplicată între A (anod) și K (catod) să devină egală cu sau să depășească tensiunea de funcționare a tiristorului. Adevărat, în al doilea caz, va fi necesară expunerea la un impuls de polaritate pozitivă între Ue și K.

Cu o alimentare constantă a tensiunii de alimentare, tiristorul poate fi deschis la nesfârșit.

Pentru a-l comuta într-o stare închisă, puteți:

• Reduceți nivelul de tensiune între A și K la zero;
• Reduceți valoarea curentului A, astfel încât puterea curentului de menținere să fie mai mare;
• Dacă funcționarea circuitului se bazează pe acțiunea curentului alternativ, dispozitivul se va opri fără intervenție externă atunci când nivelul curentului în sine scade la citirea zero;
• Aplicați o tensiune de blocare UE (relevant numai pentru tipurile de dispozitive semiconductoare blocabile).

Starea închisă durează și ea la nesfârșit până când apare un impuls de declanșare.

Metode specifice de control

• Amplitudine .

Reprezintă furnizarea unei tensiuni pozitive de mărime variabilă către Ue. Deschiderea tiristorului are loc atunci când valoarea tensiunii este suficientă pentru a întrerupe tranziția de control a curentului de redresare (Irect). Prin schimbarea tensiunii pe UE, devine posibilă modificarea timpului de deschidere al tiristorului.

Principalul dezavantaj al acestei metode este influența puternică a factorului de temperatură. În plus, fiecare tip de tiristor va necesita un tip diferit de rezistor. Acest punct nu adaugă ușurință în utilizare. În plus, timpul de deschidere al tiristorului poate fi reglat numai cât durează prima jumătate din semiciclul pozitiv al rețelei.

• Fază.

Constă în schimbarea fazei Ucontrol (în raport cu tensiunea la anod). În acest caz, se utilizează o punte de defazare. Principalul dezavantaj este panta scăzută a Ucontrolului, astfel încât este posibilă stabilizarea momentului de deschidere al tiristorului doar pentru o perioadă scurtă de timp.

• Faza de impuls .

Conceput pentru a depăși deficiențele metodei fazei. În acest scop, la Ue se aplică un impuls de tensiune cu o margine abruptă. Această abordare este în prezent cea mai comună.

Tiristoare și siguranță

Datorită naturii de impuls a acțiunii lor și a prezenței curentului de recuperare inversă, tiristoarele cresc foarte mult riscul de supratensiune în funcționarea dispozitivului. În plus, pericolul de supratensiune în zona semiconductoare este mare dacă nu există deloc tensiune în alte părți ale circuitului.

Prin urmare, pentru a evita consecințele negative, se obișnuiește să se utilizeze scheme CFTP. Ele previn apariția și reținerea valorilor critice ale tensiunii.

Model tiristor cu două tranzistoare

Din două tranzistoare este foarte posibil să se asambla un dinistor (tiristor cu două terminale) sau un triistor (tiristor cu trei terminale). Pentru a face acest lucru, unul dintre ele trebuie să aibă conductivitate p-n-p, celălalt - conductivitate n-p-n. Tranzistoarele pot fi fabricate fie din siliciu, fie din germaniu.

Conexiunea dintre ele se realizează prin două canale:

• Anod de la al 2-lea tranzistor + Electrod de control de la primul tranzistor;
• Catod de la primul tranzistor + Electrod de control de la al 2-lea tranzistor.

Dacă nu folosiți electrozi de control, atunci ieșirea va fi un dinistor.

Compatibilitatea tranzistoarelor selectate este determinată de aceeași cantitate de putere. În acest caz, citirile de curent și tensiune trebuie neapărat să fie mai mari decât cele necesare pentru funcționarea normală a dispozitivului. Datele privind tensiunea de defectare și curentul de menținere depind de calitățile specifice ale tranzistorilor utilizați.

Scrie comentarii, completări la articol, poate am omis ceva. Uitați-vă la, mă voi bucura dacă veți găsi ceva util la al meu.

♦ Se știe că curentul electric într-o rețea gospodărească și industrială variază după o lege sinusoidală. Forma frecvenței curentului electric alternativ 50 hertzi, prezentat pe Fig 1 a).

Într-o perioadă, ciclu, tensiunea își schimbă valoarea: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0 .
Dacă vă imaginați un simplu generator de curent alternativ (Figura 1 b) cu o pereche de poli, unde primirea unui curent alternativ sinusoidal determină rotația cadrului rotorului pe rotație, apoi fiecare poziție a rotorului la un anumit moment al perioadei corespunde unei anumite cantități de tensiune de ieșire.

Sau, fiecare valoare a tensiunii sinusoidale pe perioadă corespunde unui anumit unghi α rotirea cadrului. Unghiul de fază α , acesta este unghiul care determină valoarea unei mărimi care se schimbă periodic la un moment dat.

În momentul unghiului de fază:

• α = 0° Voltaj U = 0;
• α = 90° Voltaj U = +Umax;
• α=180° Voltaj U = 0;
• α = 270° Voltaj U = — Umax;
• α = 360° Voltaj U = 0.

♦ Reglarea tensiunii folosind un tiristor în circuitele de curent alternativ utilizează aceste caracteristici ale curentului alternativ sinusoidal.
După cum sa menționat mai devreme în articolul „”: un tiristor este un dispozitiv semiconductor care funcționează conform legii unei supape electrice controlate. Are două stări stabile. În anumite condiții poate avea o stare de conducere (deschis) si stare neconductoare (închis).
♦ Un tiristor are un catod, un anod și un electrod de control. Folosind electrodul de control, puteți modifica starea electrică a tiristorului, adică modificați parametrii electrici ai supapei.
Un tiristor poate trece curentul electric doar într-o singură direcție - de la anod la catod (triacul trece curentul în ambele sensuri).
Prin urmare, pentru ca tiristorul să funcționeze, curentul alternativ trebuie convertit (redresat folosind o punte de diode) într-o tensiune pulsatorie de polaritate pozitivă cu tensiunea care trece de zero, ca în Fig 2.

♦ Metoda de control a unui tiristor este de a asigura că la momentul respectiv t(în timpul semiciclului Uс) prin tranziție Ue – K, curentul de comutare a trecut Ion tiristor.

Din acest moment, curentul catod-anod principal trece prin tiristor, până la următoarea tranziție de jumătate de ciclu prin zero, când tiristorul se închide.
Curent de pornire Ion Un tiristor poate fi obținut în diferite moduri.
1. Datorită curentului care trece prin: +U – R1 – R2 – Ue – K – -U (pe diagramă, Fig. 3) .
2. Dintr-o unitate separată pentru generarea impulsurilor de control și alimentarea acestora între electrodul de control și catod.

♦ În primul caz, curentul electrodului de control trece prin joncțiune Ue – K, crește treptat (crește odată cu tensiunea Uс), până când atinge valoarea Ion. Se va deschide tiristorul.

metoda fazelor.

♦ În cel de-al doilea caz, se aplică trecerii la momentul potrivit un impuls scurt generat într-un dispozitiv special Ue – K, din care se deschide tiristorul.

Această metodă de control a tiristorului se numește metoda puls-fază .
În ambele cazuri, curentul care controlează pornirea tiristorului trebuie să fie sincronizat cu începutul trecerii tensiunii de rețea Uс la zero.
Acțiunea electrodului de control se reduce la controlul momentului în care tiristorul este pornit.

Metoda fază de control a tiristoarelor.

♦ Să încercăm un exemplu simplu de controler de iluminare cu tiristoare (diagrama pe Fig.3) analizează caracteristicile funcționării unui tiristor într-un circuit de curent alternativ.

După puntea redresorului, tensiunea este o tensiune pulsatorie, schimbându-se sub forma:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0, ca în Fig. 2

♦ Începutul controlului tiristorului se reduce la următoarele.
Când tensiunea rețelei crește Uс, din momentul în care tensiunea trece de zero, în circuitul electrodului de control apare un curent de control Iup de-a lungul lanțului:
+U – R1 – R2 – Ue – K – -U.
Odată cu creșterea tensiunii Uс Crește și curentul de control Iup(electrod de control - catod).

Când curentul electrodului de control atinge valoarea Ion, tiristorul pornește (se deschide) și închide punctele +U și –U pe diagramă.

Căderea de tensiune pe un tiristor deschis (anod - catod) este 1,5 – 2,0 Volt. Curentul electrodului de control va scădea aproape la zero, iar tiristorul va rămâne într-o stare conductivă până când tensiunea Uс rețeaua nu va scădea la zero.
Odată cu acțiunea unui nou semiciclu al tensiunii rețelei, totul se va repeta de la început.

♦ În circuit circulă doar curentul de sarcină, adică curentul prin lampa L1 de-a lungul circuitului:
Uс - siguranță - punte de diode - anod - catod tiristor - punte de diode - bec L1 - Uс.
Va fi un bec a lumina cu fiecare semiciclu al tensiunii de rețea și se stinge când tensiunea trece prin zero.

Să facem câteva calcule ca exemplu. Fig.3. Folosim datele elementului ca în diagramă.
Conform cărții de referință ale tiristorilor KU202N curent de comutare Ion = 100 mA. În realitate, este mult mai puțin și se ridică la 10 – 20 mA, in functie de instanta.
Să luăm de exemplu Ion = 10 mA .
Controlul momentului de pornire (reglarea luminozității) are loc prin modificarea valorii rezistenței variabile a rezistenței R1. Pentru diferite valori ale rezistenței R1, vor exista tensiuni diferite de defalcare ale tiristorului. În acest caz, momentul pornirii tiristorului va varia în limitele:

1. R1 = 0, R2 = 2,0 Com. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (0 + 2 = 20 volți.
2. R1 = 14,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (13 + 2) = 150 volți.
3. R1 = 19,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (18 + 2) = 200 volți.
4. R1 = 29,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (28 + 2) = 300 volți.
5. R1 = 30,0 Kom, R2 = 2,0 Kom. Uon = Ion x (R1 + R2) = 10 x (308 + 2) = 310 volți.

Unghiul de fază α variază de la a = 10, până la a = 90 grade.
Un rezultat aproximativ al acestor calcule este dat în orez. 4.

♦ Partea umbrită a undei sinusoidale corespunde puterii eliberate la sarcină.
Controlul puterii prin metoda fază, posibil doar într-un interval restrâns de unghi de control de la a = 10°, la a = 90°.
Adică înăuntru de la 90% la 50% puterea alocată sarcinii.

Începerea reglării din unghiul de fază a = 10 grade se explică prin faptul că la momentul de timp t=0 – t=1, curentul din circuitul electrodului de control nu a atins încă valoarea Ion(Uc nu a ajuns la 20 volți).

Toate aceste condiții sunt îndeplinite dacă nu există un condensator în circuit CU.
Dacă instalați un condensator CU(în diagrama din Fig. 2), domeniul de reglare a tensiunii (unghiul de fază) se va deplasa spre dreapta ca în Fig.5.

Acest lucru se explică prin faptul că la început (t=0 – t=1), tot curentul merge la încărcarea condensatorului CU, tensiunea dintre Ue și K a tiristorului este zero și nu se poate porni.

De îndată ce condensatorul este încărcat, curentul trece prin electrodul de control - catod, iar tiristorul se pornește.

Unghiul de reglare depinde de capacitatea condensatorului și se mișcă aproximativ de la a = 30 la a = 120 grade (cu capacitatea condensatorului 50 uF).
Puterea de sarcină va varia aproximativ de la 80% la 30%.

Desigur, toate calculele date sunt foarte aproximative, dar raționamentul general este corect.

Toate diagramele de tensiune de mai sus, la diferite valori de timp, au fost clar vizibile pe ecranul osciloscopului.

Dacă aveți un osciloscop, puteți vedea singur

1. Scop

1.1 Blocul de amplificatoare tiristoare BTU (denumit în continuare „dispozitiv”), realizat pe baza unui releu optoelectronic optoelectronic cu semiconductor în stare solidă, este proiectat pentru comutarea tensiunii monofazate sau trifazate furnizate la unitatea electrică a actuatorul.

Intrările discrete ale dispozitivului „Deschidere”, „Închidere” și „Blocare”, care oferă control, sunt proiectate să funcționeze cu circuite formate din „contacte uscate” și nu necesită surse de alimentare suplimentare.

Dispozitivul are o ieșire discretă de indicare a supracurentului sub forma unui „contact uscat” normal deschis.

Aparatul monitorizează consumul de curent al acționării electrice în fazele B și C. În cazul unor situații de urgență, precum și în cazul întreruperii alimentării din circuitul de protecție, circuitele de putere sunt deschise printr-un releu electromagnetic conectat înaintea releului semiconductor.

1.2 Condițiile de funcționare și gradul de protecție a dispozitivului
1.2.1 Valorile nominale ale factorilor climatici - conform GOST 15150 pentru tipul de modificare climatică UHL4, atmosferă tip II (industrială).
1.2.2 Gradul de protecție a dispozitivului IP20 conform GOST 14254 (protecție împotriva corpurilor solide străine cu un diametru mai mare de 12,5 mm).

2 Date tehnice

2.1 Caracteristicile dispozitivului:
– număr de intrări discrete pentru conectarea controlului extern – trei;
– număr de ieșiri discrete pentru indicarea suprasarcinii în circuitele de putere ale dispozitivului – unu;
– numărul de faze comutate – trei;
– faze reversibile – B și C.

2.2 Pe panoul frontal al dispozitivului se află LED-urile OPERATION verzi și OVERLOAD roșu, un buton RESET și conectorii terminali CONTROL, INTRARE 380 V și IEȘIRE 380 V.

2.3 Parametri și caracteristici electrice
2.3.1 Dispozitivul este alimentat de la o sursă externă de tensiune constantă (24 ± 0,24) V.
2.3.2 Consumul de curent al dispozitivului prin circuitul +24 V nu este mai mare de 180 mA.
2.3.3 Timpul pentru stabilirea modului de funcționare nu este mai mare de 10 s.
2.3.4 În ceea ce privește gradul de protecție împotriva șocurilor electrice, dispozitivul aparține clasei de protecție 0 în conformitate cu cerințele GOST 12.2.007.0.
2.3.5 Tensiunea de izolație dintre circuitele de putere ale dispozitivului și circuitele de comandă, precum și circuitul de +24 V, poate rezista la tensiunea de încercare de ~1500 V, 50 Hz în condiții climatice normale fără avarie și suprapunere a suprafeței.
2.3.6 Rezistența de izolație a circuitelor de putere în raport cu circuitele de control și circuitul +24 V nu este mai mică de 20 MOhm în condiții climatice normale.

2.4 Dispozitivul este proiectat pentru funcționare continuă.

2.5 Parametrii intrărilor discrete ale dispozitivului:
– zero logic (unu) la intrările „Deschis”, „Închidere” corespunde stării deschise (închise) a contactelor dispozitivului conectat la dispozitiv;
– tensiune zero logic la intrarea „Blocare” de la 0 la 1 V;
– unul logic la intrarea „Blocare” corespunde stării deschise a contactelor dispozitivului conectat la dispozitiv;
– durata minimă a unei unități logice sau zero logic este de 0,1 s;
– curent în circuitele „Deschidere”, „Închidere” și „Blocare” de la 15 la 24 mA.

2.6 Parametrii limită ai tastelor dispozitivului:
– tensiunea de comutare a comutatorului de alimentare nu mai mult de 380 V, 50 Hz;
– curentul comutat al comutatorului de alimentare nu este mai mare de 3 A;
– tensiunea de comutare a comutatorului de suprasarcină nu este mai mare de ± 36 V;
– curentul de comutare al comutatorului de suprasarcină nu este mai mare de 0,5 A.

2.7 Dispozitivul asigură protecție împotriva supraîncărcărilor și scurtcircuitelor în fazele B și C.

2.8 Valoarea curentului de funcționare a protecției circuitelor de alimentare a motorului electric este (4,3 ± 0,5) A, timpul de funcționare este de la 2,0 la 20 s.

Notă
Este permisă reducerea timpului de răspuns al protecției atunci când crește curentul de sarcină.

2.9 Fiabilitate
2.9.1 Timpul mediu dintre defecțiuni ale dispozitivului este de cel puțin 100.000 de ore.
2.9.2 Durata de viață a dispozitivului este de 14 ani.

3 Structura generală și principiul de funcționare a dispozitivului

3.1 Dispozitivul este realizat pe baza unui releu optoelectronic trifazat optoelectronic cu semiconductor în stare solidă (denumit în continuare „PR”) și are scopul de a controla o acționare electrică cu actuator monofazat sau trifazat.

3.2 Tensiunea de putere trifazată pentru actuatoarele trifazate sau tensiunea monofazată pentru actuatoarele monofazate este furnizată unui releu electromagnetic, care asigură deconectarea circuitelor de putere și a înfășurărilor motorului acționării electrice atunci când alimentarea dispozitivului este oprit sau în caz de situații de urgență.

3.3 Tensiunea de control pentru PR este generată de un circuit de potrivire cu circuite externe. Ordinea adecvată a circuitelor de alimentare de comutare este determinată de Tabelul 1.

tabelul 1

Intrări discrete ale dispozitivului (circuite ale conectorului „CONTROL”)			Circuite de alimentare (intrare/ieșire)
			Lovitură dreaptă			Cursa inversa
Lacăt	Deschis	Închide	Faza A	Faza B	Faza C	Faza C (B)	Faza B (C)
R	R	R	R	R	R	R	R
Z	Z	R	Z	Z	Z	R	R
Z	R	Z	Z	R	R	Z	Z
Z	Z	Z	R	R	R	R	R
Z	R	P	R	R	R	R	R

Note:
1. P - deschis;
2. Z - închis

3.4 Dispozitivul conține elemente neliniare (varistoare) folosite ca protecție a PR și transformatoare de curent care vă permit să controlați valoarea curentă a curentului în fazele B și C.

3.5 Formarea algoritmului de funcționare a dispozitivului este asigurată de un microcontroler.

3.6 Pe panoul frontal al dispozitivului există conectori terminali pentru conectarea circuitelor de intrare și ieșire ale dispozitivului, un LED verde OPERATION și un LED roșu OVERLOAD.

3.7 Dispozitivul este format din două plăci: placa celulei circuitului de alimentare NSC și placa celulei de protecție YaZ. Placa YSC conține conectori terminali, un releu electromagnetic și elemente de protecție PR. PR este instalat pe un panou metalic conectat la YSC prin bucșe din polistiren. Placa YAZ conține elemente ale unui circuit de potrivire și un senzor de curent, LED-uri OPERATION și OVERLOAD și un buton RESET.

Ca corp a dispozitivului a fost folosită o cutie de plastic CM175 de la Phoenix Contact GmbH & Co. Baza carcasei dispozitivului cu plăci de circuite imprimate instalate în ea este închisă cu un capac cu zăvoare. Pe panoul frontal (capac) există o plăcuță decorativă care descrie principalele caracteristici ale dispozitivului. Capacul are ferestre pentru conectarea circuitelor de intrare și ieșire ale dispozitivului prin conectori terminali, orificii pentru LED-uri și butoane.

Dispozitivul este instalat pe șină de montare EN 50 02235x7,5 Phoenix Contact GmbH & Co. (șină DIN).

4 Proiectarea și funcționarea componentelor dispozitivului

4.1 Dispozitivul este alimentat și controlat prin conectorul „CONTROL”, realizat pe baza conectorilor terminali FRONT 2.5–H/SA5 de la Phoenix Contact GmbH & Co. Numele și scopurile circuitelor sunt date în Tabelul 2.

masa 2

Numar de contact	Numele semnalului	Scop
1	Deschis	Ieșire sursă de alimentare pin 2
2
3	Închide	Ieșire sursă de alimentare pin 4
4		Intrare de contact uscat în mod normal deschisă
5	Lacăt	Ieșire sursă de alimentare pin 6
6		Intrare de contact uscat în mod normal deschisă
7, 8	Supraîncărcare	Ieșire de contact uscat normal deschis
9	+24 V	Circuitele de putere ale unității
10	General

4.2 Celula circuitului de putere NSC

NSC este realizat pe baza unui releu optoelectronic trifazat de curent alternativ cu semiconductor cu control al tranziției de fază prin „zero” 5P55.30TMA-10-8-D8 ESNK.431162.001 TU.

Celula conține circuite de protecție pentru semistoarele de comutare interne ale PR în timpul inversării sarcinii de la supratensiunea de rețea trifazată și scurtcircuite fază la fază.

Controlul valorii curentului a curentului fazelor B și C este asigurat de două transformatoare de curent. Circuitele de alimentare sunt conectate prin conectorii terminali FRONT 4–H–7.62 de la Phoenix Contact GmbH & Co.

4.3 Celulă de protecție YaZ

YaZ include următoarele componente:
– două canale ale unui redresor cu undă întreagă;
– două canale de comparatoare de curent;
– un microcontroler care asigură algoritmul de funcționare BTU;
– un optocupler care asigură izolarea galvanică între circuitele BTU și circuitul de semnalizare a suprasarcinii utilizatorului;
– driver care indică funcționarea normală a celulei (FUNȚIONARE LED);
– driver de indicare a supraîncărcării dispozitivului (LED OVERLOAD);
– driver pentru readucerea dispozitivului în modul normal de funcționare (buton RESET);
– unitate pentru interfata si protectia circuitelor de control PR;
– o sursă secundară de tensiune stabilizată, care formează o tensiune de alimentare de + 5 V dintr-o tensiune de + 24 V;
– conector pentru conectarea circuitelor de comandă și putere.

5 Conținutul livrării

Aparatul este livrat cu:

6 Dimensiuni și greutate

6.1 Dimensiunile totale ale dispozitivului nu depășesc 175x155x159 mm.

6.2 Greutate nu mai mult de 1,8 kg.

7 Instalarea dispozitivului

7.1 Dispozitivul este instalat pe o șină DIN standard, care este montată în interiorul dulapului sau pe perete în poziție orizontală.

7.2 Informațiile de instalare și diagramele pentru conectarea dispozitivelor externe la dispozitiv sunt date în manualul de utilizare UNKR.468364.002 RE.

8 Informații suplimentare

Informații detaliate despre caracteristicile tehnice, principiul de funcționare, instalare, pregătirea pentru funcționare și procedura de operare a dispozitivului sunt date în manualul de utilizare UNKR.468364.002 RE.

Uneori trebuie să porniți o sarcină puternică, cum ar fi o lampă într-o cameră, cu un semnal slab de la microcontroler. Această problemă este relevantă în special pentru dezvoltatori. casă inteligentă. Primul lucru care îmi vine în minte este releu. Dar nu te grăbi, există o cale mai bună :)

De fapt, releul este o mizerie completă. În primul rând, sunt scumpe și, în al doilea rând, pentru a alimenta înfășurarea releului aveți nevoie de un tranzistor de amplificare, deoarece piciorul slab al microcontrolerului nu este capabil de o astfel de performanță. Ei bine, în al treilea rând, orice releu este un design foarte voluminos, mai ales dacă este un releu de putere proiectat pentru curent ridicat.

Dacă vorbim despre curent alternativ, atunci este mai bine să folosiți triaci sau tiristoare. Ce este? Și acum vă spun.

Dacă pe degete, atunci tiristor arată ca diodă, chiar și denumirea este similară. Permite curentului să circule într-o direcție și nu îi permite să curgă în cealaltă. Dar are o caracteristică care o diferențiază fundamental de o diodă - intrare de control.
Dacă intrarea de control nu este aplicată curent de deschidere, Acea tiristor nu va trece curent nici măcar în direcția înainte. Dar de îndată ce dai chiar și un impuls scurt, acesta se deschide imediat și rămâne deschis atâta timp cât există tensiune continuă. Dacă eliminați tensiunea sau schimbați polaritatea, tiristorul se va închide. Polaritatea tensiunii de control ar trebui să se potrivească, de preferință, cu polaritatea tensiunii anodului.

Dacă conectați paralelă spate în spate două tiristoare, atunci se va rezolva triac- un lucru grozav pentru comutarea sarcinilor AC.

Pe semiundă pozitivă a sinusoidei trece una, pe semiundă negativă cealaltă. Mai mult, trec doar dacă există un semnal de control. Dacă semnalul de control este eliminat, atunci în perioada următoare ambele tiristoare se vor opri și circuitul se va rupe. Frumusețe și nimic mai mult. Deci, ar trebui să fie folosit pentru a controla încărcăturile casnice.

Dar există o subtilitate aici - comutăm un circuit de alimentare de înaltă tensiune, 220 de volți. Și avem controlerul Voltaj scazut, funcționează pe cinci volți. Prin urmare, pentru a evita excesele, este necesar să se efectueze rezultat potențial. Adică, asigurați-vă că nu există o conexiune electrică directă între părțile de înaltă tensiune și de joasă tensiune. De exemplu, face separare optică. Există un ansamblu special pentru aceasta - un optodriver triac MOC3041. Lucru minunat!
Priviți schema de conectare - doar câteva părți suplimentare și aveți părțile de putere și de control separate una de cealaltă. Principalul lucru este că tensiunea pentru care este proiectat condensatorul este de una și jumătate până la două ori mai mare decât tensiunea din priză. Nu trebuie să vă faceți griji cu privire la interferența cu puterea atunci când porniți și opriți triacul. În optodriver propriu-zis, semnalul este furnizat de un LED, ceea ce înseamnă că îl puteți aprinde în siguranță de la pinul microcontrolerului fără trucuri suplimentare.

În general, este posibil fără decuplare și va funcționa și, dar este considerată o formă bună face întotdeauna un rezultat potențialîntre părțile de putere și de control. Aceasta include fiabilitatea și siguranța întregului sistem. Soluțiile industriale sunt pur și simplu umplute cu optocuple sau tot felul de amplificatoare izolante.