Регулятор мощности на симисторе и тиристоре

Регулятор мощности на симисторе и тиристоре

Практически в любом радиоэлектронном устройстве в большинстве случаев присутствует регулировка по мощности. За примерами далеко ходить не надо: это электроплиты, кипятильники, паяльные станции, различные регуляторы вращения двигателей в устройствах.

Способов, по которым можно собрать регулятор напряжения своими руками 220 В, в Сети полно. В большинстве случаев это схемы на симисторах или тиристорах. Тиристор, в отличие от симистора, более распространённый радиоэлемент, и схемы на его основе встречаются гораздо чаще. Разберём разные варианты исполнения, основанные на обоих полупроводниковых элементах.

Принцип действия регулируемого автотрансформатора

Как вы, наверное, уже догадались, нагрузка, какой-нибудь электроприбор, подключается к выводу от этого подвижного контакта а2 и к общей точке обмотки Х . Получается, что, перемещая ролик, мы изменяем количество витков вторичной обмотки автотрансформатора, и таким образом имеем возможность плавно регулировать получаемое на выходе напряжение.

Регулируемый автотрансформатор позволяет как повысить электрические показатели в определенных пределах, в частности напряжение, так и понизить их.

Код ссылки

<a href="https://patents.su/2-163664-sposob-avtomaticheskogo-regulirovaniya-moshhnosti-tyagovojj-podstancii-postoyannogo-toka.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ автоматического регулирования мощности тяговой подстанции постоянного тока</a>

Устройство для группового регулирования мощности агрегатов электростанций

Номер патента: 116737

. напряжения. Первичные обмотки датчиков 2 питаются переменным током.Вторичные обмотки датчиков 2 включены последовательно с обмотками электродвигателей 3 (исполнительных элементов), питаемых от за датчика открытия 4 и от усилителя 5 через промежуточные трансформаторы б. Правильные обмотки трансформаторов 6 включены в выходную цепь усилителя последовательно, а вторичные подключены к обмоткам электродвигателей.Исполнительные элементы 3 механически воздействуют на побудительные золотники 7 регуляторов скорости агрегатов.Усилитель б управляется измерительным 8 и задающим 9 элементами электрической мощности с тем, чтобы при неодинаковых положениях регулирующих органов или при отклонении суммарной электрической мощности станции от заданной.

Устройство для регулирования мощности двухагрегатной тяговой подстанции с кремниевыми

Номер патента: 258422

. тяговой подстанции с кремниевыми выпрямителями. едмет изобретени Устр двухаг евыми суммар совпадмощности с кремнисс датчик и, схемы ных агреПредлагаемое устройство предназначено для экономически целесообразного регулирования мощности двухагоегатной тяговой подстанции с кремниевыми выпрямителями в зависимости от нагрузки с целью снижения потерь энергии.Известно устройство для регулирования мощности двухагрегатной тяговой подстанциикремниевыми выпрямителями, содержащее датчик суммарного тока, элементы времени, схемы совпадения, контроля числа включенных агрегатов и памяти.Отличие предлагаемого устройства от известного состоит в том, что с целью упрощения схемы и повышения надежности и помехоустойчивости один выход датчика суммарного тока.

Устройство для автоматического регулирования и распределения мощности между агрегатами электростанции

Номер патента: 81227

. мостом 3 — 4 цз магнитных усилителей. Прц равенстве токов подмагннчивания дросселей мост 34 уравновешен и и диагонали его ток ранецнулю,В дизгоцз;ь моста вк;Юченз не)Ничня Оомоткз амплитуднО-фазового трансформатора 9. Вторичные обмотки этого трансформатора1 Одк 11 огы к той же фазе н 1)енного нзпря)кения, то и дроссн,ный мост 3 — 4 из магнитных усилителей Если мост не уравноьешени по его диагонали течет ток, то в зависимости от его направленияэ. д. с. и первичной обмотке находится в фазе или противоположна пофазе переменной э, д. с. вторичных обмоток трансформатора 9, в результат чего токи в этих обмотках соответственно увеличиваются 1 лиуменьшаются. Выпрямленные с помощью выпрямителей 10 токи вторичных обмоток трансформатора поступают.

Устройство для группового автоматического управления частотной и активной мощностью агрегатов гэс

Номер патента: 435756

. заданий мощности с максимально возможным быстродействием и устраняет влияние численного состава системы группового управления на коэффициент передачи ГЭС по неплановой мощности.На вход центрального (группового) регулятора частоты ЦРЧ подается сигналчастоты в энергосистеме. Сформированное этим регулятором частоты управляющее воздействие в зависимости от положения переключателя П может поступать либо на 2 УД, либо одновременно на входы интегратора и суммирующего усилителя. В первом случае система группового управления будет работать с заданным стационным, а во втором — с заданным агрегатным статизмом по частоте.Таким образом применение управляемогоделителя в канале заданий неплановой мощ ности,придает системе группового управленияновые.

Электрогидравлический регулятор частоты вращения и мощности электроэнергетического агрегата

Номер патента: 868963

. 19,При отклонении частоты в энергосистеме сигнал на выходе измерителяизменяется, равновесие на входах сумматора 3 нарушается и на его выходепоявляется соответствующий сигнал.Этот сигнал отрабатывается регулятором и по мере этой отработки равновесие на сумматоре 3 восстанавливается благодаря изменению с 1 гнала от устройства 6 статизма,В этом и заключается действие канала регулирования частоты.При этом в предлагаемом регулятореизменение сигнала от устройства 6 вызывает нарушение равновесия на входах;сумматора 12, но это равновесие восстанавливается действием интегратора16 благодаря тому, что на выход сумматора 12 соединен с входом интегратора 16 через выключатель 5, которыйвключен, а выход интегратора 16 подключен, как:отрицательная.

Схема регулятора напряжения и тока

Прежде чем рассматривать схему регулятора напряжения, необходимо хотя-бы в общих чертах ознакомиться с принципом его работы. В качестве примера можно взять тиристорный регулятор напряжения, широко распространенный во многих схемах.

Основной деталью таких устройств, как регулятор сварочного тока является тиристор, который считается одним из мощных полупроводниковых устройств. Лучше всего он подходит для преобразователей энергии с высокой мощностью. Управление этим прибором имеет свою специфику: он открывается импульсом тока, а закрывается при падении тока почти до нулевой отметки, то есть ниже тока удержания. В связи с этим, тиристоры преимущественно используются для работы с переменным током.

Регулировать переменное напряжение с помощью тиристоров можно разными способами. Один из них основан на пропуске или запрете целых периодов или полупериодов на выход регулятора. В другом случае тиристор включается не в начале полупериода напряжения, а с небольшой задержкой. В это время напряжение на выходе будет нулевым, соответственно мощность не будет передаваться на выход. Во второй части полупериода тиристором уже будет проводиться ток и на выходе регулятора появится напряжение.

Время задержки известно еще и как угол открытия тиристора. Если он имеет нулевое значение, все входное напряжение будет попадать на выход, а падение напряжения на открытом тиристоре будет потеряно. Когда угол начинает увеличиваться, под действием тиристорного регулятора выходное напряжение будет снижаться. Следовательно, если угол, равен 90 электрическим градусам, на выходе будет лишь половина входного напряжения, если же угол составляет 180 градусов – выходное напряжение будет нулевым.

Принципы фазового регулирования позволяют создать не только регулятор тока и напряжения для зарядного устройства, но и схемы стабилизации, регулирования, а также плавного пуска. В последнем случае напряжение повышается постепенно, от нулевой отметки до максимального значения.

На основе физических свойств тиристоров была создана классическая схема регулятора тока. В случае применения охладителей для диодов и тиристора, полученный регулятор сможет отдавать в нагрузку до 10 А. Таким образом, при напряжении 220 вольт появляется возможность регулировки напряжения на нагрузке, мощностью 2,2 кВт.

Подобные устройства состоят всего из двух силовых компонентов – тиристора и диодного моста, рассчитанных на ток 10 А и напряжение 400 В. Диодный мост осуществляет превращение переменного напряжения в однополярное пульсирующее напряжение. Фазовая регулировка полупериодов выполняется с помощью тиристора.

Для параметрического стабилизатора, ограничивающего напряжение, используется два резистора и стабилитрон. Это напряжение подается на систему управления и составляет 15 вольт. Резисторы включаются последовательно, увеличивая тем самым пробивное напряжение и рассеиваемую мощность. На основании самых простых деталей можно легко изготовить самодельные регуляторы тока, схема которых будет довольно простой. В качестве конкретного примера стоит подробнее рассмотреть тиристорный регулятор сварочного тока.

Пример рассчета

На практике все просто. Возьмем для примера двигатель стиральной машины мощностью 2 300 Вт. Рассчитываем по второй формуле с кпд и косинусом фи.

Кратность пускового тока у стиралки примем за 5. То есть 11,2*5 = 56 А. Это ток, который будет проходить в цепи не более 5 сек при запуске агрегата. Дальше берем небольшой запас в 10 и 20%.

Теперь смотрим какой автомат нам выбрать под эти значения. Стандартная линейка автоматов по току от производителей:

Нам подходит аппарат на 16. Далее выберем характеристику. Собственно кратность пускового тока была 5, то есть нам нужен автомат с характеристикой «С». Итог: Берем автоматический выключатель марки — ВА47-29 1Р 16А 4,5кА х-ка С. Или просто «С16».

Сравнение ПИД –регулятора с позиционным регулированием

В системах АСУ ТП наибольшее распространение получили два типа регуляторов – двухпозиционный и ПИД.

Двухпозиционный регулятор наиболее простой в использовании и широко распространенный.

Данный тип регулятора сравнивает значение входной величины с заданным параметром уставки. Если значение измеренной величины ниже заданного значения уставки, регулятор включает исполнительное устройство, при превышении заданного значения, исполнительное устройство выключается. Для предотвращения слишком частого срабатывания устройства, в следствии колебаний системы и следовательно изменении значений, задается минимальный и максимальный порог срабатывания — гистерезис, или по другому зона нечувствительности, мертвая зона, дифференциал. Например, нам необходимо поддерживать температуру в 15°С. Если гистерезис задан 2°, то регулятор будет включать нагрев при 14°С и отключать соответственно при 16°С.

Чем меньше значение гистерезиса, тем точнее будет процесс регулирования, но увеличивается частота срабатывания ,что в конечном итоге приводит к износу коммутационных аппаратов. Увеличение гистерезиса уменьшит частоту переключений, но при этом увеличивается амплитуда колебаний регулируемого параметра, что приведет к ухудшению точности регулирования.

Так или иначе, при таком типе регулирования происходят незатухающие колебания, частота и амплитуда которых зависит от параметров системы. Поэтому данный метод обеспечивает хороший результат в системах, обладающих инерционностью и малым запаздыванием. В частности, такой метод широко применяется при регулировании температуры в нагревательных печах.

В отличии от двухпозиционного с помощью ПИД-регулятора удается свести колебания системы к минимуму, благодаря тому, что при таком методе регулирования учитываются различные значения системы — фактическая величина, заданное значение, разность, скорость. Это позволяет стабилизировать систему и добиться повышения точности в десятки раз по сравнению с двухпозиционным методом. Конечно, здесь многое зависит от правильно подобранных коэффициентов ПИД регулятора.

Для того, чтобы правильно выбрать необходимый тип регулятора необходимо хотя бы приблизительно знать характеристики управляемого объекта , требования к точности регулирования, характер возмущений, воздействующих на объект регулирования.

Симисторный регулятор мощности

Простой регулятор мощности до 100Вт можно сделать всего из нескольких деталей. Его можно приспособить для регулирования температуры жала паяльника, яркости настольной лампы, скорости вентилятора и т.п. Регулятор на тиристоре получается по размерам сильно большой и конструктивно имеет недочеты и большую схему. Регулятор мощности на импортном малогабаритном симисторе mac97a (600В; 0,6А) можно коммутировать и более мощные нагрузки, простая схема, плавная регулировка, маленькие габариты.

Если у тиристора есть анод и катод, то электроды у симистора так охарактеризовать нельзя, потому что каждый электрод является и анодом и катодом одновременно. В отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Как раз простой схемой, характеризующей принцип работы симистора служит наш электронный регулятор мощности.

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса.

В данном случае изменяя управляющее напряжение мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника, а также скорость вентилятора.

Принципиальная схема регулятора на симисторе MAC97A6

Описание работы регулятора мощности на симисторе

При каждой полуволне сетевого напряжения конденсатор С заряжается через цепочку сопротивлений R1, R2, когда напряжение на С становится равным напряжению открывания динистора VD1 происходит пробой и разрядка конденсатора через управляющий электрод VS1 .

Динистор DB3 является двунаправленным диодом (триггер-диод), который специально создан для управления симистором или тиристором. В основном своем состоянии динистор DB3 не проводит через себя ток (не считая незначительный ток утечки) до тех пор, пока к нему не будет приложено напряжение пробоя.

В этот момент динистор переходит в режим лавинного пробоя и у него проявляется свойство отрицательного сопротивления. В результате этого на динисторе DB3 происходит падение напряжения в районе 5 вольт, и он начинает пропускать через себя ток, достаточный для открытия симистора или тиристора.

Диаграмма вольт-амперной характеристики (ВАХ) динистора DB3 изображена на рисунке:

Поскольку данный вид полупроводника является симметричным динистором (оба его вывода являются анодами), то нет разницы, как его подключать.

Характеристики динистора DB3

Кому нужно регулировать нагрузку более 100Вт, ниже представлена похожая схема более мощного регулятора на симисторе ВТ136-600.

Принципиальная схема регулятора на симисторе BT136-600

Приведенная схема регулятора мощности на симисторе рассчитана на достаточно большой ток нагрузки.

Если у Вас нет необходимых деталей и платы для сборки регулятора мощности на симисторе MAC97A6, Вы можете купить полный набор для его сборки в нашем магазине.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.