Включение тиристора в цепь переменного тока – Самодельные светорегуляторы в 5 частях — Статьи по электронике — Каталог статей

работа тиристора при переменном токе

 Тиристор в цепи переменного тока. Фазовый метод.




data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»7451033986″>
♦     Известно, что электрический ток в бытовой и промышленной сети изменяется по синусоидальному закону. Форма переменного электрического тока частотой 50 герц, представлена на рис 1 а).

За один период, цикл, напряжение меняет свое значение: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0.
Если представить себе простейший генератор переменного тока (рис 1 б) с одной парой полюсов, где получение синусоидального переменного тока определяет поворот рамки ротора за один оборот, то каждое положение ротора в определенное время периода соответствует определенной величине выходного напряжения.

Или, каждому значению величины синусоидального напряжения за период, соответствует определенный угол α поворота рамки. Фазовый угол α, это угол, определяющий значение периодически изменяющейся величины в данный момент времени.

В момент фазового угла:

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

♦     Регулировка напряжения с помощью тиристора в цепях переменного тока как раз и использует эти особенности синусоидального переменного тока.
Как упоминалось ранее в статье  «Что такое динистор и тиристор?» :  тиристор, это полупроводниковый прибор, работающий по закону управляемого электрического вентиля. Он имеет два устойчивых состояния. В определенных условиях может иметь проводящее состояние (открыт) и непроводящее состояние (закрыт).
♦     Тиристор имеет катод, анод и управляющий электрод. С помощью управляющего электрода можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть изменять электрические параметры вентиля.

Тиристор может пропускать электрический ток только в одном направлении — от анода к катоду (симистор пропускает ток в обоих направлениях).
Поэтому, для работы тиристора, переменный ток необходимо преобразовать (выпрямить с помощью диодного мостика) в пульсирующее напряжение положительной полярности с переходом напряжения через ноль, как на Рис 2.

♦     Способ управления тиристором сводится к тому, чтобы в момент времени t (во время действия полупериода ) через переход Уэ – К, прошел ток включения Iвкл тиристора.


С этого момента через тиристор идет основной ток катод — анод,  до следующего перехода полупериода через ноль, когда тиристор закроется.

Ток включения Iвкл тиристора можно получить разными способами.
1. За счет тока протекающего через: +U – R1 – R2 – Уэ – K – -U (на схеме рис 3).
2. От отдельного узла формирования управляющих импульсов и подаче их между управляющим электродом и катодом.

♦     В первом случае ток управляющего электрода  протекает через переход Уэ – К, постепенно увеличивается (нарастая вместе с напряжением ), пока не достигнет величины Iвкл. Тиристор откроется.

Такой способ управления тиристором называется фазовым методом.

♦     Во втором случае сформированный в специальном устройстве, короткий импульс в нужный момент времени подается на переход Уэ – К, от которого тиристор открывается.

Такой способ управления тиристором называется

импульсно – фазовым методом.
В обоих случаях ток, управляющий включением тиристора, должен быть синхронизирован с началом перехода сетевого напряжения Uс через ноль.
Действие управляющего электрода сводится к управлению моментом включения тиристора.

Фазовый метод управления тиристором.

♦     Попробуем на простом примере тиристорного регулятора освещения (схема на рис.3) разобрать особенности работы тиристора в цепи переменного тока.

После выпрямительного мостика напряжение представляет собой пульсирующее напряжение, изменяющееся в виде:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0,    как на рис.2

♦     Начало управления тиристором сводится к следующему.
При возрастании напряжения сети , от момента перехода напряжения через ноль, в цепи управляющего электрода появляется ток управления

Iуп по цепи:
+U – R1 – R2 – Уэ – К – -U.
С ростом напряжения растет и ток управления Iуп (управляющий электрод — катод).

При достижении тока управляющего электрода величины Iвкл, тиристор включается (открывается) и замыкает точки +U и –U на схеме.

Падение напряжения на открытом тиристоре (анод — катод) составляет 1,5 – 2,0 вольта. Ток управляющего электрода упадет почти до нуля, а тиристор останется в проводящем состоянии до момента, когда напряжение сети не упадет до нуля.
С действием нового полупериода напряжения сети, все повторится сначала.

♦     В цепи протекает только ток нагрузки, то есть ток через лампочку Л1 по цепи:
Uс – предохранитель – диодный мост – анод — катод тиристора – диодный мост – лампочка Л1 — Uс.

Лампочка будет загораться с каждым полупериодом сетевого напряжения и тухнуть при переходе напряжения через ноль.

Проведем небольшие вычисления для примера рис.3. Используем данные элементов как на схеме.
По справочнику для тиристора КУ202Н ток включения Iвкл = 100 мА. В реальности же он намного меньше и составляет 10 – 20 мА, в зависимости от экземпляра.
Возьмем для примера Iвкл = 10 мА.
Управление моментом включения (регулировка яркости) происходит путем изменения величины переменного сопротивления резистора R1. Для разных значений резистора R1, будут разные напряжения пробоя тиристора. При этом момент включения тиристора будет меняться в пределах:

1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (0 + 2 = 20 вольт.


2. R1 = 14,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (13 + 2) = 150 вольт.
3. R1 = 19,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (18 + 2) = 200 вольт.
4. R1 = 29,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (28 + 2) = 300 вольт.
5. R1 = 30,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (308 + 2) = 310 вольт.

Фазовый угол α изменяется в пределах от а = 10,  до а = 90  градусов.
Примерный результат этих вычислений приведен на рис. 4.

♦     Заштрихованная часть синусоиды соответствует выделяемой мощности на нагрузке.
Регулировка мощности фазовым методом, возможна только в узком диапазоне угла управления от a = 10°,  до а = 90°.
То есть, в пределах от 90% до 50% мощности выделяемой на нагрузке.

Начало регулирования от фазового угла а = 10 градусов объясняется тем, что в момент времени t=0 – t=1, ток в цепи управляющего электрода еще не достиг значения Iвкл (Uс не достигло величины 20 вольт).

Все эти условия выполнимы в случае, если в схеме нет конденсатора С.
Если поставить конденсатор С (в схеме рис 2), диапазон регулирования напряжения (фазового угла) сместится вправо как на рис.5.

Это объясняется тем, что в первое время (t=0 – t=1), весь ток идет на зарядку конденсатора С, напряжение между Уэ и К тиристора равно нулю и он не может включится.

Как только конденсатор зарядится, ток пойдет через управляющий электрод – катод, тиристор включится.

Угол регулирования зависит от емкости конденсатора и сдвигается примерно

от а = 30 до а = 120 градусов (при емкости конденсатора 50 мкФ).
Мощность нагрузки будет изменяться приблизительно от 80% до 30%.

Разумеется, все приведенные расчеты весьма приблизительны, но общие рассуждения верны.

Все выше приведенные эпюры напряжений, в разные временные значения, хорошо просматривались на экране осциллографа.

У кого есть осциллограф, можно посмотреть самому




data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»7451033986″>

О клубе — Яхт клуб Ост-Вест

О клубе "Ост-Вест"Яхт-клуб «Ост Вест» вырос из парусной секции 93 спортивного клуба Балтийского флота. В 1985 году в Калининграде появились три уже не новые килевые парусные яхты. Две класса «Четвертьтонник» и одна «Полутонник». Все корпуса деревянные, постройки Таллинской экспериментальной верфи спортивного судостроения. Капитанами яхт были назначены в то время действующие офицеры ВМФ: Багров И.Л., Жадобко С.М., Нечасткин О.А.   Позднее, в 1987 году, появились ещё две новые яхты: деревянный «Четвертьтонник» «Норд» и пластиковый «3/4 тонник» «Аскольд» ( Типа «Телига-104», Польской постройки).

С началом перестройки в начале 90-х годов, когда было открыто более-менее свободное плавание по Мировому океану, а не только в территориальном море СССР, экипажи буквально ринулись «На Запад». «Четвертьтонники» ( капитаны Жадобко С.М., Горшков В.С.,Нечасткин О.А. ) активно осваивали Вислинский и Гданьский заливы – порты Гданьск, Элдьблонг, Гдыня, Крыница Морска, Хель и с тех пор яхтсмены нашего клуба поддерживают исключительно тёплые и дружеские отношения с польскими яхтсменами этого региона. Эти отношения никогда, ни разу за прошедшие годы не были омрачены политическими передрягами между нашими государствами.

О клубе

С появлением яхты «Аскольд» спортивные дальние походы совершались каждый год. Освоены порты и яхтенные гавани Польши, Германии, Дании, Швеции, Голландии и Великобритании. Походы имели и политическую подоплёку: мы несли на Запад  флаг нового государства – Россия. В тот период на «Аскольде», в разные годы ходили капитанами: Горшков В.С., Жадобко С.М., Багров И.Л.

Осенью 1992 года офицеры – члены парусной секции Спортклуба Балтийского флота участвовали в дерзком, по своей сути, и не безопасном, по существу, выводе двух яхт из Рижского яхтклуба ВМФ в Калининград. В этом экстремальном походе принимали участие Шуткин А.Н., Корогодский С.Н., Горшков В.С. и другие офицеры ВМФ. Несмотря на сопротивление, в том числе и силовых структур Латвии, яхты благополучно дошли до Калининграда. Это были  деревянные яхты: две — постройки Ленинградской верфи ВЦСПС типа    «Л-6», «Арктика» и «Балтика», а так же один «Четвертьтонник» Таллинской постройки «Ушкуйник». Яхта «Балтика» простояла на стенке в навигацию 1993 года пока экипаж не возглавил яхтенный капитан  Евченко С.В.

В 1993 году экипаж офицеров ВМФ с капитаном Горшковым В.С. на яхте «Арктика» был приглашён наследником Английского престола принцем Чарльзом в королевский яхт-клуб «Вулверстоун» (Порт Ипсвич) на празднование 150 — летия образования этого яхт-клуба.

Включение переменным током. Фазовое управление

Особенности работы с тирист-ми на переменном токе

Управление тиристорами в цепях переменного тока имеет ряд особенностей. Основное условие, которое необходимо выполнять при любом способе управления приборами, состоит в том, что отпирающие сигналы должны подаваться на управляющий электрод только в те моменты, когда напряжение на аноде положительное относительно катода, т. е. управляющие сигналы должны быть синхронизированы с частотой сети переменного тока. Кроме того, напряжение на управляющем электроде никогда не должно становиться отрицательным по отношению к катоду, если такой режим не разрешен для выбранного типа прибора. В устройствах, где есть вероятность возникновения отрицательного напряжения на управляющем электроде тринистора, для ограничения этого напряжения следует использовать последовательно или параллельно включенные диоды.

Рис 1. Отпирание тринисторов в цепях переменного тока и способы фазового упр-ния:

а — схема с регулированием угла задержки до 90град; б — графики, иллюстрирующие принцип регулирования; в — схема с фазодвигающей RC-цепью.

Упр-ние тринистором с помощью переменного резистора

На рис. 1,а показан простой способ получения управляющего сигнала, при котором используется напряжение источника анодного питания. Управляющий электрод тринистора через постоянный резистор R1 и переменный R2 подсоединен к аноду, и таким образом обеспечивается нужная полярность напряжений на аноде и на управляющем электроде относительно катода. Действительно, когда на аноде действует положительная полуволна напряжения источника питания, то потенциал управляющего электрода относительно катода также положителен. При закороченном резисторе R2 тринистор отпирается в течение каждого положительного полупериода напряжения на аноде в момент, когда мгновенное значение анодного напряжения Uпр достигает значения, при котором будет выполняться условие Uпр/R1>=Iу.от.

Если сопротивление резистора R1 сравнительно невелико, то прибор включается в самом начале положительного полупериода анодного напряжения и отается открытым до конца этого полупериода. При открытом приборе напряжение на его аноде падает до значения Uос, напряжение источника питания оказывается приложенным к нагрузке, управляющий ток резко уменьшается и становится равным Iу = Uос/R1 (рис 1, б).

Диод VD1 защищает цепь управляющего электрода тринистора от обратного напряжения при отрицательных полупериодах напряжения на аноде. Максимально допустимое обратное напряжение этого диода должно превышать амплитудное значение напряжения источника питания Um.

Если во время положительного полупериода напряжения на аноде в интервале 0…180град изменять момент включения тринистора, то ток через прибор и нагрузку будет протекать только в течение какой-то определенной части полупериода (рис 1, б). Так, при небольшой задержке прибор может быть открыт в начале положительного полупериода напряжения, при больших задержках — в любой точке полупериода и, наконец, — в самом его конце. Тем самым можно регулировать средний за период ток, проходящий в нагрузке, от максимального значения почти до нуля. Такой способ управления получил название фазового регулирования (или фазового управления), поскольку при этом изменяется сдвиг фазы между началом протекания прямого тока (рис 1, б). Обычно фазовый сдвиг ф может регулироваться примерно от 5 до 170град.

Простейшая схема устройства, позволяющего производить фазовое управление тринистором, приведена на рис 1, а. Здесь изменение угла отпирания осуществляется переменным резистором R2. Сопротивление резистора R1 должно обеспечивать включение тринистора в самом начале полупериода (резистор R2 закорочен) и может быть рассчитано по формуле

где Um — амплитуда напряжения источника питания.

Если резистор R1 рассчитан по формуле, то при R2=0 тринистор отпирается с углом задержки ф=5град. При включении резистора R2 и последующем увеличении его сопротивления тринистор будет открываться при больших значениях анодного напряжения, т. е. управление большими углами задержки ф, пока, наконец, при некотором значении сопротивления R2 прибор не откроется в тот момент, когда анодное напряжение станет равным амплитудному значению напряжения источника. Управляющий ток в этот момент Iу = Um/(R1 + R2) >= Iу.от и угол задержки ф станет равным 90 град. Очевидно, что большего угла задержки в цепи, показанной на рис 1, а, получить невозможно. Поэтому такое устройство позволяет изменять угол задержки примерно от 5 до 90 град и обеспечивает возможность регулировки среднего тока в нагрузке в пределах 100…50% максимального значения управления.

Упр-ние тринистором с помощью фазосдвигающей RC-цепочки

Более широкие пределы регулирования можно получать, если на управляющий электрод подавать напряжение, сдвинутое по фазе относительно анодного напряжения. Пример простой схемы с фазодвигающей RC-цепью показан на рис 1, в. Напряжение на управляющий электрод тринистора VS1 подается с конденсатора C1 через диод VD1. При отрицательном полупериоде анодного напряжения конденсатор С1 через диод VD2, резистор R1 и сопротивление нагрузки заряжается до напряжения Um (полярность этого напряжения показана на схеме в скобках). Во время положительного полупериода конденсатор С1 через резисторы R1, R2 и сопротивление нагрузки перезаряжается от напряжения -Um до некоторого положительного напряжения Uc1 (полярность которого на рис 1, в показана без скобок), достаточного для открывания тринистора. Время перезаряда конденсатора определяется постоянной времени (R1+R2)C1. Изменяя постоянную времени (с помощью переменного резистора R2), можно в широких пределах регулировать момент включения тринистора относительно начала положительного полупериода анодного напряжения, т. е. менять угол задержки ф. Пределы изменения угла задержки могут быть примерно 5…170град, что позволяет регулировать средний ток в нагрузке от максимального значения почти до нуля.

В рассмотренных схемах используется так называемый амплитудно-фазовый способ управления. При таком способе на управляющий электрод тринистора поступает напряжение, которое относительно медленно достигает уровня, необходимого для включения прибора. Амплитудно-фазовый способ управления характеризуется невысокой стабильностью момента включения тринистора (угла отпирания), так как этот момент зависит от минимального значения отпирающего тока Iу.от min, который, в свою очередь, заметно изменяется при колебаниях температуры и смене тринистора.

Значительно лучшую стабильность угла отпирания имеет импульсно-фазовый способ управления, при котором включение тринистора осуществляется импульсами, задержанными относительно начала положительного полупериода напряжения на аноде. Для формирования управляющих импульсов используется комбинация из фазосдвигающей RC-цепи и ключевого прибора (динистора, стабилитрона и др.). 

ТЕГИ: Моя ванная комната небольшая, 3 кв. метра, но всё-таки решил сделать электрический тёплый пол. Из экономических соображений, регулятор купил самый дешёвый, без индикации температуры. На панели у него только крутилка по шкале. Поэтому в блок управления моего таймера ввёл ещё и режим измерения температуры, благо контроллер позволяет. Теперь температуру в ванной на уровне примерно 1,2 метр от пола мерит мой прибор. Микротумблер сбоку, чтобы полностью обесточить прибор, например, если вам надо уехать на месяц. При повседневной жизни «работа-дом-дача» обесточивать прибор нет смысла. Можно посмотреть температуру в любое время, в том числе и когда на индикаторах идёт отсчёт. У меня в ванной постоянно стоит режим индикации температуры. А если, например, покурю, то могу нажать кнопку «Смена режима», включив вентилятор на ранее установленное время, и уйти. Таймер сам отключит вентилятор и перейдёт на паузу. На мой взгляд, таймер получился максимально функциональным. Пользователь может сменить в любое время нужный режим нажатием всего одной кнопки. Надеюсь, кому-то пригодится такое решение. Необходимое условие — прокладка проводки от вентилятора до таймера и наличие напряжения 220 В в месте установки таймера. В процессе переключения динистора в открытое состояние незначительное увеличение тока сопровождается быстрым уменьшением напряжения на аноде прибора (участок 2), так как составляющие транзисторы переходят в режим насыщения (рис. 1,6, 3). Сопротивление динистора в пределах участка 2 становится отрицательным. Причину этого можно пояснить следующим образом. Произведение в процессе переключения не может становиться больше единицы, поскольку ток через динистор не меняет своего направления. Таким образом, возрастание суммы a1+a2 должно сопровождаться снижением значения коэффициента умножения, что возможно лишь при уменьшении напряжения на коллекторном переходе. T. e. на аноде динистора. Участок 3 вольтамперной характеристики соответствует открытому состоянию прибора. В пределах этого участка все три р-п перехода полупроводниковой структуры включены в прямом направлении и относительно малое напряжение, приложенное к прибору, может создать большой ток Ioc в открытом со- стоянии, который при данном напряжении источника питания практически определяется только сопротивлением внешней цепи. Падение напряжения на открытом приборе-напряжение в открытом состоянии Uoc, как и у обычного диода, незначительно зависит от прямого тока. Что касается значения наибольшего постоянного тока, который может пропускать прибор в этом режиме, то, как обычно в полупроводниковых структурах, он определяется площадью! p-n перехода и условиями охлаждения прибора. Динистор сохраняет открытое состояние, пока прямой ток пр будет больше некоторого минимального значения-удерживающего тока (точка б на характеристике). При снижении тока до значения Iдр

Уроки по тиристорам


   Известно, что электрический ток в бытовой и промышленной сети изменяется по синусоидальному закону. Форма переменного электрического тока частотой 50 герц, представлена на рис 1 а).
      
   За один период, цикл, напряжение меняет свое значение: 0 > (+Umax) > 0 > (-Umax) > 0.
Если представить себе простейший генератор переменного тока (рис 1 б) с одной парой полюсов, где получение синусоидального переменного тока определяет поворот рамки ротора за один оборот, то каждое положение ротора в определенное время периода соответствует определенной величине выходного напряжения. Или, каждому значению величины синусоидального напряжения за период, соответствует определенный угол ? поворота рамки. Фазовый угол ?, это угол, определяющий значение периодически изменяющейся величины в данный момент времени. В момент фазового угла: ? = 0? величина напряжения U = 0; ? = 90? напряжение — U = +Umax; ? =180?- напряжение U = 0; ? = 270? – напряжение U = -Umax; ? = 360?– напряжение U = 0.
   Регулировка напряжения с помощью тиристора в цепях переменного тока как раз и использует эти особенности синусоидального переменного тока.
   Как упоминалось ранее в статье…. Тиристор, это полупроводниковый прибор, работающий по закону управляемого электрического вентиля. Он имеет два устойчивых состояния. В определенных условиях может иметь проводящее состояние (открыт) и непроводящее состояние (закрыт).
   Тиристор имеет катод, анод и управляющий электрод. С помощью управляющего электрода можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть изменять электрические параметры вентиля.
   Тиристор может пропускать электрический ток только в одном направлении — от анода к катоду (симистор пропускает ток в обоих направлениях).
   Поэтому, для работы тиристора, переменный ток необходимо преобразовать (выпрямить с помощью диодного мостика) в пульсирующее напряжение положительной полярности с переходом напряжения через ноль, как на Рис 2.

   Способ управления тиристором сводится к тому, чтобы в момент времени t (во время действия полупериода Uс) через переход Уэ – К, прошел ток включения Iвкл тиристора.
  С    этого  момента  через тиристор идет  основной ток К – А, до следующего перехода полупериода через ноль, когда тиристор закроется.
   Ток включения Iвкл тиристора можно получить разными способами.
   1. За счет тока протекающего через: +U – R1 – R2 – Уэ – K – -U (на схеме рис 3).
   2. От отдельного узла формирования управляющих импульсов и подаче их между Уэ и катодом.
   В первом случае ток управляющего электрода Уэ протекает через переход Уэ – К, постепенно увеличивается (нарастая вместе с напряжением Uс), пока не достигнет величины Iвкл. Тиристор откроется.   Такой способ называется фазовым методом.
   Во втором случае сформированный в специальном устройстве, короткий импульс в нужный момент подается на переход Уэ – К, от которого тиристор открывается.
   Такой способ называется импульсно – фазовым методом.
   В обоих случаях ток, управляющий включением тиристора, должен быть синхронизирован с началом перехода сетевого напряжения Uс через ноль.
   Действие управляющего электрода сводится к управлению моментом включения тиристора.
  
      Фазовый метод управления тиристором.
   Попробуем на простом примере тиристорного регулятора освещения (схема на рис.3) разобрать особенности работы тиристора в цепи переменного тока.

   После выпрямительного мостика напряжение представляет собой пульсирующее напряжение, изменяющееся в виде: 0 > (+Umax) > 0 > (+Umax) > 0. Как на рис.2
Начало управления тиристором сводится к следующему.
   При возрастании напряжения сети Uс, от момента перехода напряжения через ноль, в цепи управляющего электрода появляется ток управления Iуп   по цепи:
   +U – R1 – R2 – Уэ – К – -U.
   С ростом напряжения Uс растет и ток управления Iуп (управляющий электрод — катод). При достижении тока управляющего электрода величины Iвкл, тиристор включается и замыкает точки +U и –U на схеме.
   Падение напряжения на открытом тиристоре (анод — катод) составляет 1,5 – 2,0 вольта. Ток управляющего электрода упадет почти до нуля, а тиристор останется в проводящем состоянии до момента, когда напряжение Uс сети не упадет до нуля. С действием нового полупериода напряжения сети, все повторится сначала.
   В цепи протекает только ток нагрузки, то есть ток через лампочку Л1 по цепи:
   Uс – предохранитель – диодный мост – анод — катод тиристора – диодный мост – лампочка Л1 — Uс.
Лампочка загорится.
   Проведем небольшие вычисления для примера рис.3. Используем данные элементов как на схеме.
   По справочнику для тиристора КУ202Н ток включения Iвкл = 100 мА. В реальности же он намного меньше и составляет 10 – 20 мА, в зависимости от экземпляра.
   Возьмем для примера Iвкл = 10 мА.
   Управление моментом включения (регулировка яркости) происходит путем изменения величины переменного сопротивления резистора R1. Для разных значений резистора R1, будут разные напряжения пробоя тиристора. При этом момент включения тиристора будет меняться в пределах:
   1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (0 + 2 = 20 вольт.
   2. R1 = 14,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (13 + 2) = 150 вольт.
   3. R1 = 19,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (18 + 2) = 200 вольт.
   4. R1 = 29,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (28 + 2) = 300 вольт.
   5. R1 = 30,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (308 + 2) = 310 вольт.
   Фазовый угол а изменяется в пределах от а = 10 до а = 90 градусов.

Примерный результат этих вычислений приведен на рис. 4.


   Заштрихованная часть синусоиды соответствует выделяемой мощности на нагрузке.
Регулировка мощности фазовым методом, возможна только в узком диапазоне угла управления от a = 10 градусов до а = 90 градусов. То есть, в пределах от 90% до 50% мощности выделяемой на нагрузке.
   Начало регулирования от фазового угла а = 10 градусов объясняется тем, что в момент времени t=0 – t=1, ток в цепи управляющего электрода еще не достиг значения Iвкл (Uс не достигло величины 20 вольт).
   Все эти условия выполнимы в случае, если в схеме нет конденсатора С.
   Если поставить конденсатор, диапазон регулирования напряжения (фазового угла) сместится вправо как на рис.5.

   Это объясняется тем, что в первое время (t=0 – t=1), весь ток идет на зарядку конденсатора, напряжение между Уэ и К тиристора равно нулю и он не может включится.

   Как только конденсатор зарядится, ток пойдет через управляющий электрод – катод, тиристор включится.

   Угол регулирования зависит от емкости конденсатора и сдвигается примерно от а = 30 до а = 120 градусов (при емкости конденсатора 50 мкФ).
  Мощность нагрузки будет изменяться приблизительно от 80% до 30%.

Разумеется, все приведенные расчеты весьма приблизительны, но общие рассуждения верны.

   Все выше приведенные эпюры напряжений в разные временные значения, в процессе регулирования, хорошо просматривались на экране осциллографа. У кого есть осциллограф, можно посмотреть самому

ток управления тиристором | Электрознайка. Домашний Электромастер.

 Тиристор в цепи переменного тока. Фазовый метод.




data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»7451033986″>
♦     Известно, что электрический ток в бытовой и промышленной сети изменяется по синусоидальному закону. Форма переменного электрического тока частотой 50 герц, представлена на рис 1 а).

За один период, цикл, напряжение меняет свое значение: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0.
Если представить себе простейший генератор переменного тока (рис 1 б) с одной парой полюсов, где получение синусоидального переменного тока определяет поворот рамки ротора за один оборот, то каждое положение ротора в определенное время периода соответствует определенной величине выходного напряжения.

Или, каждому значению величины синусоидального напряжения за период, соответствует определенный угол α поворота рамки. Фазовый угол α, это угол, определяющий значение периодически изменяющейся величины в данный момент времени.

В момент фазового угла:

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

♦     Регулировка напряжения с помощью тиристора в цепях переменного тока как раз и использует эти особенности синусоидального переменного тока.
Как упоминалось ранее в статье  «Что такое динистор и тиристор?» :  тиристор, это полупроводниковый прибор, работающий по закону управляемого электрического вентиля. Он имеет два устойчивых состояния. В определенных условиях может иметь проводящее состояние (открыт) и непроводящее состояние (закрыт).
♦     Тиристор имеет катод, анод и управляющий электрод. С помощью управляющего электрода можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть изменять электрические параметры вентиля.
Тиристор может пропускать электрический ток только в одном направлении — от анода к катоду (симистор пропускает ток в обоих направлениях).
Поэтому, для работы тиристора, переменный ток необходимо преобразовать (выпрямить с помощью диодного мостика) в пульсирующее напряжение положительной полярности с переходом напряжения через ноль, как на Рис 2.

♦     Способ управления тиристором сводится к тому, чтобы в момент времени t (во время действия полупериода ) через переход Уэ – К, прошел ток включения Iвкл тиристора.


С этого момента через тиристор идет основной ток катод — анод,  до следующего перехода полупериода через ноль, когда тиристор закроется.
Ток включения Iвкл тиристора можно получить разными способами.
1. За счет тока протекающего через: +U – R1 – R2 – Уэ – K – -U (на схеме рис 3).
2. От отдельного узла формирования управляющих импульсов и подаче их между управляющим электродом и катодом.

♦     В первом случае ток управляющего электрода  протекает через переход Уэ – К, постепенно увеличивается (нарастая вместе с напряжением ), пока не достигнет величины Iвкл. Тиристор откроется.

Такой способ управления тиристором называется фазовым методом.

♦     Во втором случае сформированный в специальном устройстве, короткий импульс в нужный момент времени подается на переход Уэ – К, от которого тиристор открывается.

Такой способ управления тиристором называется импульсно – фазовым методом.
В обоих случаях ток, управляющий включением тиристора, должен быть синхронизирован с началом перехода сетевого напряжения Uс через ноль.
Действие управляющего электрода сводится к управлению моментом включения тиристора.

Фазовый метод управления тиристором.

♦     Попробуем на простом примере тиристорного регулятора освещения (схема на рис.3) разобрать особенности работы тиристора в цепи переменного тока.

После выпрямительного мостика напряжение представляет собой пульсирующее напряжение, изменяющееся в виде:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0,    как на рис.2

♦     Начало управления тиристором сводится к следующему.
При возрастании напряжения сети , от момента перехода напряжения через ноль, в цепи управляющего электрода появляется ток управления Iуп по цепи:
+U – R1 – R2 – Уэ – К – -U.
С ростом напряжения растет и ток управления Iуп (управляющий электрод — катод).

При достижении тока управляющего электрода величины Iвкл, тиристор включается (открывается) и замыкает точки +U и –U на схеме.

Падение напряжения на открытом тиристоре (анод — катод) составляет 1,5 – 2,0 вольта. Ток управляющего электрода упадет почти до нуля, а тиристор останется в проводящем состоянии до момента, когда напряжение сети не упадет до нуля.
С действием нового полупериода напряжения сети, все повторится сначала.

♦     В цепи протекает только ток нагрузки, то есть ток через лампочку Л1 по цепи:
Uс – предохранитель – диодный мост – анод — катод тиристора – диодный мост – лампочка Л1 — Uс.
Лампочка будет загораться с каждым полупериодом сетевого напряжения и тухнуть при переходе напряжения через ноль.

Проведем небольшие вычисления для примера рис.3. Используем данные элементов как на схеме.
По справочнику для тиристора КУ202Н ток включения Iвкл = 100 мА. В реальности же он намного меньше и составляет 10 – 20 мА, в зависимости от экземпляра.
Возьмем для примера Iвкл = 10 мА.
Управление моментом включения (регулировка яркости) происходит путем изменения величины переменного сопротивления резистора R1. Для разных значений резистора R1, будут разные напряжения пробоя тиристора. При этом момент включения тиристора будет меняться в пределах:

1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (0 + 2 = 20 вольт.
2. R1 = 14,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (13 + 2) = 150 вольт.
3. R1 = 19,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (18 + 2) = 200 вольт.
4. R1 = 29,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (28 + 2) = 300 вольт.
5. R1 = 30,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (308 + 2) = 310 вольт.

Фазовый угол α изменяется в пределах от а = 10,  до а = 90  градусов.
Примерный результат этих вычислений приведен на рис. 4.

♦     Заштрихованная часть синусоиды соответствует выделяемой мощности на нагрузке.
Регулировка мощности фазовым методом, возможна только в узком диапазоне угла управления от a = 10°,  до а = 90°.
То есть, в пределах от 90% до 50% мощности выделяемой на нагрузке.

Начало регулирования от фазового угла а = 10 градусов объясняется тем, что в момент времени t=0 – t=1, ток в цепи управляющего электрода еще не достиг значения Iвкл (Uс не достигло величины 20 вольт).

Все эти условия выполнимы в случае, если в схеме нет конденсатора С.
Если поставить конденсатор С (в схеме рис 2), диапазон регулирования напряжения (фазового угла) сместится вправо как на рис.5.

Это объясняется тем, что в первое время (t=0 – t=1), весь ток идет на зарядку конденсатора С, напряжение между Уэ и К тиристора равно нулю и он не может включится.

Как только конденсатор зарядится, ток пойдет через управляющий электрод – катод, тиристор включится.

Угол регулирования зависит от емкости конденсатора и сдвигается примерно от а = 30 до а = 120 градусов (при емкости конденсатора 50 мкФ).
Мощность нагрузки будет изменяться приблизительно от 80% до 30%.

Разумеется, все приведенные расчеты весьма приблизительны, но общие рассуждения верны.

Все выше приведенные эпюры напряжений, в разные временные значения, хорошо просматривались на экране осциллографа.

У кого есть осциллограф, можно посмотреть самому




data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»7451033986″>

работа тиристора на переменном токе

Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод.




data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»1544101189″>

♠     Система управления тиристорами в цепях переменного и пульсирующего тока использует, синхронизированную с сетью, бесконечную серию управляющих импульсов и осуществляет сдвиг фазы фронтов управляющих импульсов относительно перехода напряжения сети через ноль.
Сформированный специальным устройством управляющий импульс подается на переход управляющий электрод – катод тиристора, которым и подключает электрическую сеть в нагрузку.
Разберем работу такой системы на примере регулятора температуры жала электрического паяльника мощностью до 100 ватт и напряжением 220 вольт. Схема этого устройства изображена на рис 1.

 

♠     Регулятор температуры электрического паяльника в сети переменного тока 220 вольт, состоит из диодного мостика на КЦ405А, тиристора КУ202Н, стабилитрона , узла формирования импульсов управления.
С помощью мостика переменное напряжение превращается в пульсирующее напряжение (Umax = 310 B) положительной полярности (точка Т1).

Узел формирования состоит :
— стабилитрон,  формирует за каждый полупериод трапецевидное напряжение (точка Т2);
— временная зарядно-разрядная цепочка R2, R3, C;
— аналог динистора Тр1, Тр2.

С резистора R4 снимается напряжение импульса для запуска тиристора (точка 4).

На графиках (рис 2) показан процесс формирования напряжений в точках Т1 – Т5  при изменении переменного резистора R2 от нуля до максимума.

Через резистор R1 пульсирующее напряжение сети поступает на стабилитрон КС510.
На стабилитроне формируется напряжение трапецевидной формы величиной 10 вольт (точка Т2). Оно определяет начало и конец участка регулирования.


♠     Параметры временной цепочки (R2, R3, C) подобраны так, чтобы за время одного полупериода конденсатор С успел зарядиться полностью.
С началом перехода напряжения сети Uc через ноль, с появлением трапецеидального напряжения, начинает расти напряжение на конденсаторе С.  При достижении напряжения на конденсаторе Uк = 10 вольт, пробивается аналог тиристора (Тр1, Тр2). Конденсатор С через аналог разряжается на резистор R4 и, включенный параллельно ему, переход Уэ – К тиристора (точка Т3) и включает тиристор.
Тиристор КУ202 пропускает основной ток нагрузи по цепи:  сеть – КЦ405 – спираль паяльника – анод – катод тиристора – КЦ405 – предохранитель — сеть.
Резисторы R5 — R6 служат для устойчивой работы устройства.

♠      Запуск управляющего узла автоматически синхронизирован с напряжением Uc сети.
Стабилитрон может быть Д814В,Г,Д. или КС510,КС210 на напряжение 9 – 12 вольт.
Переменный резистор  R2 – 47 — 56 Ком мощностью не менее 0,5 ватт.
Конденсатор С – 0,15 — 0,22 мкФ, не более.
Резистор R1 – желательно набрать из трех резисторов по 8,2 Ком, двух ваттных, чтобы не сильно нагревались.
Транзисторы Тр1, Тр2 – пары КТ814А, КТ815А; КТ503А, КТ502А и др.

♠     Если регулируемая мощность не превысит 100 ватт, можно использовать тиристор без радиатора. Если мощность нагрузки больше 100 ватт необходим радиатор площадью 10 – 20 см.кв.
♠     В данном импульсно – фазовом методе импульс запуска для тиристора вырабатывается в пределах всего полупериода.
Т.е. происходит регулировка мощности почти от ноля до 100%, при регулировании фазового угла от а=0 до а=180 градусов.
На графиках в точке №5 показаны формы напряжений на нагрузке при выборочных фазовых углах: а = 160, а = 116, а = 85, а = 18 градусов.
При значении а = 160 градусов, тиристор закрыт почти во все время прохождения полупериода сетевого напряжения (мощность в нагрузке очень мала).
При значении а = 18 градусов, тиристор открыт почти во все время действия полупериода (мощность в нагрузке равна почти 100%).
В графиках в точке  №4 во время открытия тиристора, вместе с появлением запускающего импульса, добавляется падение напряжения на открытом тиристоре (Uп на графике в точке №4).

Все показанные эпюры напряжений в точках Т1 — Т5, относительно точки Т6, можно посмотреть на осциллографе.




data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»1544101189″>

Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод.

Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод.




data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»1544101189″>

♠     Система управления тиристорами в цепях переменного и пульсирующего тока использует, синхронизированную с сетью, бесконечную серию управляющих импульсов и осуществляет сдвиг фазы фронтов управляющих импульсов относительно перехода напряжения сети через ноль.
Сформированный специальным устройством управляющий импульс подается на переход управляющий электрод – катод тиристора, которым и подключает электрическую сеть в нагрузку.
Разберем работу такой системы на примере регулятора температуры жала электрического паяльника мощностью до 100 ватт и напряжением 220 вольт. Схема этого устройства изображена на рис 1.

 

♠     Регулятор температуры электрического паяльника в сети переменного тока 220 вольт, состоит из диодного мостика на КЦ405А, тиристора КУ202Н, стабилитрона , узла формирования импульсов управления.
С помощью мостика переменное напряжение превращается в пульсирующее напряжение (Umax = 310 B) положительной полярности (точка Т1).

Узел формирования состоит :
— стабилитрон,  формирует за каждый полупериод трапецевидное напряжение (точка Т2);
— временная зарядно-разрядная цепочка R2, R3, C;
— аналог динистора Тр1, Тр2.

С резистора R4 снимается напряжение импульса для запуска тиристора (точка 4).

На графиках (рис 2) показан процесс формирования напряжений в точках Т1 – Т5  при изменении переменного резистора R2 от нуля до максимума.

Через резистор R1 пульсирующее напряжение сети поступает на стабилитрон КС510.
На стабилитроне формируется напряжение трапецевидной формы величиной 10 вольт (точка Т2). Оно определяет начало и конец участка регулирования.


♠     Параметры временной цепочки (R2, R3, C) подобраны так, чтобы за время одного полупериода конденсатор С успел зарядиться полностью.
С началом перехода напряжения сети Uc через ноль, с появлением трапецеидального напряжения, начинает расти напряжение на конденсаторе С.  При достижении напряжения на конденсаторе Uк = 10 вольт, пробивается аналог тиристора (Тр1, Тр2). Конденсатор С через аналог разряжается на резистор R4 и, включенный параллельно ему, переход Уэ – К тиристора (точка Т3) и включает тиристор.
Тиристор КУ202 пропускает основной ток нагрузи по цепи:  сеть – КЦ405 – спираль паяльника – анод – катод тиристора – КЦ405 – предохранитель — сеть.
Резисторы R5 — R6 служат для устойчивой работы устройства.

♠      Запуск управляющего узла автоматически синхронизирован с напряжением Uc сети.
Стабилитрон может быть Д814В,Г,Д. или КС510,КС210 на напряжение 9 – 12 вольт.
Переменный резистор  R2 – 47 — 56 Ком мощностью не менее 0,5 ватт.
Конденсатор С – 0,15 — 0,22 мкФ, не более.
Резистор R1 – желательно набрать из трех резисторов по 8,2 Ком, двух ваттных, чтобы не сильно нагревались.
Транзисторы Тр1, Тр2 – пары КТ814А, КТ815А; КТ503А, КТ502А и др.

♠     Если регулируемая мощность не превысит 100 ватт, можно использовать тиристор без радиатора. Если мощность нагрузки больше 100 ватт необходим радиатор площадью 10 – 20 см.кв.
♠     В данном импульсно – фазовом методе импульс запуска для тиристора вырабатывается в пределах всего полупериода.
Т.е. происходит регулировка мощности почти от ноля до 100%, при регулировании фазового угла от а=0 до а=180 градусов.
На графиках в точке №5 показаны формы напряжений на нагрузке при выборочных фазовых углах: а = 160, а = 116, а = 85, а = 18 градусов.
При значении а = 160 градусов, тиристор закрыт почти во все время прохождения полупериода сетевого напряжения (мощность в нагрузке очень мала).
При значении а = 18 градусов, тиристор открыт почти во все время действия полупериода (мощность в нагрузке равна почти 100%).
В графиках в точке  №4 во время открытия тиристора, вместе с появлением запускающего импульса, добавляется падение напряжения на открытом тиристоре (Uп на графике в точке №4).

Все показанные эпюры напряжений в точках Т1 — Т5, относительно точки Т6, можно посмотреть на осциллографе.




data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″
data-ad-slot=»1544101189″>

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *