Тиристорный регулятор мощности: схема, принцип работы и применение. Тиристорные коммутаторы нагрузки (10 схем) Уровнемеры на тиристорах
1 Назначение
1.1 Блок тиристорных усилителей БТУ (далее «прибор»), выполненный на основе твердотельного полупроводникового оптоэлектронного трехфазного реле, предназначен для коммутации одно- или трехфазного напряжения, поступающего на электропривод исполнительного механизма.
Дискретные входы прибора «Открыть», «Закрыть» и «Блокировка», обеспечивающие управление, предназначены для работы со схемами, состоящими из «сухих контактов», и не требуют дополнительных источников питания.
Прибор имеет дискретный выход индикации перегрузки по току в виде нормально разомкнутого «сухого контакта».
Прибор выполняет контроль за током потребления электропривода по фазам В и С. При возникновении аварийных ситуаций, а также снятии питания со схемы защиты, силовые цепи размыкаются электромагнитным реле, включенным до полупроводникового реле.
1.2
Условия эксплуатации и степень защиты прибора
1.2.1 Номинальные значения климатических факторов – согласно ГОСТ 15150 для вида климатического исполнения УХЛ4, тип атмосферы II (промышленная).
1.2.2 Степень защиты прибора IP20 по ГОСТ 14254 (защита от попадания посторонних твердых тел диаметром более 12,5 мм).
2 Технические данные
2.1
Характеристики прибора:
– число дискретных входов для подключения внешнего управления – три;
– число дискретных выходов для индикации перегрузки в силовых цепях прибора – один;
– число коммутируемых фаз – три;
– реверсируемые фазы – В и С.
2.2 На передней панели прибора размещены светодиоды РАБОТА зеленого цвета и ПЕРЕГРУЗКА красного цвета, кнопка СБРОС и клеммные соединители УПРАВЛЕНИЕ, ВХОД 380 В и ВЫХОД 380 В.
2.3
Электрические параметры и характеристики
2.3.1 Питание прибора осуществляется от внешнего источника постоянного напряжения (24 ± 0,24) В.
2.3.2 Ток потребления прибора по цепи +24 В не более 180 мА.
2.3.3 Время установления рабочего режима – не более 10 с.
2.3.4 По степени защиты от поражения электрическим током прибор относится к классу защиты 0 в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.007.0.
2.3.5 Напряжение изоляции между силовыми цепями прибора и цепями управления, а также цепью +24 В выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение ~1500 В, 50 Гц в нормальных климатических условиях.
2.3.6 Сопротивление изоляции силовых цепей относительно цепей управления и цепи +24 В не менее 20 МОм в нормальных климатических условиях.
2.4 Прибор предназначен для непрерывной работы.
2.5
Параметры дискретных входов прибора:
– логическому нулю (единице) на входах «Открыть», «Закрыть» соответствует разомкнутое (замкнутое) состояние контактов подключенного к прибору устройства;
– напряжение логического нуля на входе «Блокировка» от 0 до 1 В;
– логической единице на входе «Блокировка» соответствует разомкнутое состояние контактов подключенного к прибору устройства;
– минимальная длительность логической единицы или логического нуля 0,1 с;
– ток в цепях «Открыть», «Закрыть» и «Блокировка» от 15 до 24 мА.
2.6
Предельные параметры ключей прибора:
– напряжение коммутации силового ключа не более 380 В, 50 Гц;
– коммутируемый ток силового ключа не более 3 А;
– напряжение коммутации ключа перегрузки не более ± 36 В;
– коммутируемый ток ключа перегрузки не более 0,5 А.
2.7 Прибор обеспечивает защиту от перегрузок и короткого замыкания по фазам В и С.
2.8 Значение тока срабатывания защиты цепей питания электропривода (4,3 ± 0,5) А, время срабатывания от 2,0 до 20 с.
Примечание
Допускается сокращение времени срабатывание защиты при увеличении тока нагрузки.
2.9
Надежность
2.9.1 Средняя наработка на отказ прибора не менее 100000 ч.
2.9.2 Срок службы прибора составляет 14 лет.
3 Общее устройство и принцип работы прибора
3.1 Прибор выполнен на основе твердотельного полупроводникового оптоэлектронного трехфазного реле (далее «ПР») и ориентирован на управление одно- или трехфазным исполнительным электроприводом.
3.2 Силовое трехфазное напряжение для трехфазных исполнительных механизмов или однофазное напряжение для однофазных исполнительных механизмов поступает на электромагнитное реле, обеспечивающее обесточивание силовых цепей и обмоток двигателя электропривода при выключенном питании прибора или при возникновении аварийных ситуаций.
3.3 Управляющее напряжение для ПР формируется схемой согласования с внешними цепями. Соответствующий порядок коммутации силовых цепей определяется таблицей 1.
Таблица 1
| Дискретные входы прибора (цепи разъёма «УПРАВЛЕНИЕ») | Силовые цепи (вход/выход) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Прямой ход | Обратный ход | ||||||
| Блокировка | Открыть | Закрыть | Фаза А | Фаза В | Фаза С | Фаза С (В) | Фаза В (С) |
| Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р | Р |
| З | З | Р | З | З | З | Р | Р |
| З | Р | З | З | Р | Р | З | З |
| З | З | З | Р | Р | Р | Р | Р |
| З | Р | P | Р | Р | Р | Р | Р |
Примечания:
1. Р - разомкнуто;
2. З - замкнуто
3.4 Прибор содержит нелинейные элементы (варисторы), используемые в качестве защиты ПР, и токовые трансформаторы, позволяющие контролировать текущее значение тока в фазах В и С.
3.5 Формирование алгоритма работы прибора обеспечивается микроконтроллером.
3.6 На лицевой панели прибора расположены клеммные соединители для подключения входных и выходных цепей прибора, светодиод РАБОТА зеленого цвета и светодиод ПЕРЕГРУЗКА красного цвета.
3.7 Прибор состоит из двух плат: платы ячейки силовых цепей ЯСЦ и платы ячейки защиты ЯЗ. На плате ЯСЦ установлены клеммные соединители, электромагнитное реле, элементы защиты ПР. ПР устанавливается на металлической панели, связанной с ЯСЦ через полистироловые втулки. На плате ЯЗ установлены элементы схемы согласования и токового датчика, светодиоды РАБОТА и ПЕРЕГРУЗКА, кнопка СБРОС.
В качестве корпуса прибора использована пластмассовая коробка СМ175 фирмы Phoenix Contact GmbH & Co. Основание корпуса прибора с установленными в нем печатными платами закрывается крышкой с защелками. На лицевой панели (крышке) размещен декоративный шильдик с описанием основных характеристик прибора. Крышка имеет окна для подключения входных и выходных цепей прибора через клеммные соединители, отверстия для светодиодов и кнопки.
Установка прибора производится на монтажный рельс EN 50 02235x7,5 Phoenix Contact GmbH & Co. (DIN–рельс).
4 Устройство и работа составных частей прибора
4.1 Питание прибора и его управление осуществляется через разъем «УПРАВЛЕНИЕ», выполненный на основе клеммных соединителей FRONT 2,5–H/SA5 фирмы Phoenix Contact GmbH & Co. Названия и назначения цепей приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Номер контакта | Название сигнала | Назначение |
|---|---|---|
| 1 | Открыть | Выход цепи питания контакта 2 |
| 2 | ||
| 3 | Закрыть | Выход цепи питания контакта 4 |
| 4 | Вход нормально разомкнутых «сухих контактов» | |
| 5 | Блокировка | Выход цепи питания контакта 6 |
| 6 | Вход нормально разомкнутых «сухих контактов» | |
| 7, 8 | Перегрузка | Выход нормально разомкнутых «сухих контактов» |
| 9 | +24 В | Цепи питания блока |
| 10 | Общий |
4.2 Ячейка силовых цепей ЯСЦ
ЯСЦ выполнена на основе твердотельного полупроводникового оптоэлектронного трехфазного реле переменного тока с контролем перехода фазы через «ноль» 5П55.30ТМА–10–8–Д8 ЕСНК.431162.001 ТУ.
В составе ячейки имеются цепи защиты внутренних коммутирующих семисторов ПР в период реверса нагрузки от бросков трехфазного сетевого напряжения и межфазного замыкания.
Контроль текущего значения тока фаз В и С обеспечивается двумя трансформаторами тока. Подключение силовых цепей осуществляется через клеммные соединители FRONT 4–H–7,62 фирмы Phoenix Contact GmbH & Co.
4.3 Ячейка защиты ЯЗ
В составе ЯЗ имеются следующие узлы:
– два канала двухполупериодного выпрямителя;
– два канала компараторов тока;
– микроконтроллер, обеспечивающий алгоритм функционирования БТУ;
– оптопара, обеспечивающая гальваническую развязку между цепями БТУ и цепью сигнализации перегрузки пользователя;
– формирователь индикации нормального функционирования ячейки (светодиод РАБОТА);
– формирователь индикации перегрузки прибора (светодиод ПЕРЕГРУЗКА);
– формирователь возврата прибора в режим нормального функционирования (кнопка СБРОС);
– узел сопряжения и защиты цепей управления ПР;
– вторичный источник стабилизированного напряжения, формирующий из напряжения + 24 В напряжение питания + 5 В;
– разъем для подключения цепей управления и питания.
5 Комплектность поставки
В комплект поставки прибора входят:
6 Габаритные размеры и масса
6.1 Габаритные размеры прибора не превышают 175х155х159 мм.
6.2 Масса не более 1,8 кг.
7 Установка прибора
7.1 Прибор устанавливается на стандартный DIN–рельс, который крепится внутри шкафа или на стене в горизонтальном положении.
7.2 Cведения по установке и схемы подключений к прибору внешних устройств даны в руководстве по эксплуатации УНКР.468364.002 РЭ.
8 Дополнительная информация
Подробно сведения по техническим характеристикам, принципу действия, установке, подготовке к работе и порядке работы с прибором даны в руководстве по эксплуатации УНКР.468364.002 РЭ.
В радиаторе (см. схему), имеет то преимущество, перед аналогичными устройствами, что при его использовании не возникает электролиза, приводящего к постепенному разрушению стенок радиатора. Применение кремниевых транзисторов делает прибор мало чувствительным к значительным перепадам температуры. Основа прибора - мультивибратор с одним устойчивым состоянием на транзисторах Т2 и Т3. Схемы удвоения постоянного напряжения на 2кв Его нагрузкой служит сигнальная лампа Л7. Транзистор Т4 способствует более четкой фиксации рабочего состояния (открыт - закрыт) транзистора Т2.Когда щуп в радиаторе погружен в воду, на базу транзистора Т1 поступает напряжение смещения и он открыт. При этом база и эмиттер транзистора Т2 имеют одинаковый потенциал и тот самый транзистор будет закрыт. В результате мультивибратор не работает, а сигнальная лампа Л1 обесточена. Диод Д1 защищает базу транзистора T2 от перенапряжений. При понижении в радиаторе, щуп оказывается в воздухе. В результате этого транзистор Т1 закрывается, а Т2 открывается. Теперь мультивибратор будет работать с часто...
Для схемы "Схема управления насосом"
Это устройство может пригодиться на даче или в фермерском хозяйстве, а также во многих других случаях, когда требуется контроль и поддержание определенного в резервуаре. Так, при пользовании погружным насосом для откачки воды из колодца на полив, нужно следить, чтобы уровень воды не снизился ниже положения насоса. В противном случае, насос, работая на холостом ходу (без воды), будет перегреваться и выйдет из строя. Избавиться от всех этих проблем вам поможет универсального автоматического устройства (рис.1). Она отличается простотой и надежностью, а также предусматривает вероятность многофункционального использования (водоподъем или дренаж). Цепи схемы никак не связаны с корпусом резервуара, что исключает электрохимическую коррозию поверхности резервуара, в отличие от многих опубликованных ранее схем аналогичного назначения. Принцип работы схемы основан на использовании электропроводности воды, которая, попадая между пластинами датчиков, замыкает цепь базового тока транзистора VT1. При этом срабатывает реле К1 и своими контактами К1.1 включает или выключает (зависит от положения 82) насос. ...
Для схемы "Емкостное реле для управления освещением"
В часто посещаемых помещениях для экономии электроэнергии удобно применить емкостное реле для менеджмента освещением. При входе в помещение, если надобно включить свет, проходят вблизи емкостного датчика, который подает сигнал в емкостное реле, и лампа включается. Выходя из помещения, если надобно отключить свет, проходят вблизи емкостного на выключение, и реле выключает лампу. В ждущем режиме устройство потребляет ток приблизительно 2 мА.Принципиальная схема емкостного реле изображена на рисунке. Устройство по схеме подобно реле времени, у которого времязадающий узел заменен триггером на логических элементах DD1.1, DD1.2. При включении тумблера S1 через лампу HL1 будет протекать ток, если на базу транзистора VT1 с выхода элемента DD1.1 поступает напряжение высокого уровня. Транзистор VT1 при этом открыт, и тринистор VD6 открывается в начале каждого полупериода напряжения. Триггер переключается от емкостного тока утечки, при приближении человека на некоторое расстояние к одному из емкостных датчиков, если до этого он переключился от приближения к другому. Каталок схема печатни плата золотаискателязе При смене напряжения высокого уровня на базе транзистора VT1 на напряжение низкого уровня тринистор VD6 закроется, и лампа погаснет.Емкостные датчики Е1 и Е2 представляют собой отрезки коаксиального кабеля (например, РК-100. ИКМ-2), со свободного конца которых на длину приблизительно 0.5 м снят экран. Изоляцию с центрального провода снимать не надобно. Край экрана надобно изолировать. Датчики можно прикрепить к дверной раме. Длину неэкрани-рованной части датчиков и сопротивление резисторов R5. R6 подбирают при налаживании устройства так. чтобы триггер надежно переключался при прохождении человека на расстоянии 5...10см от датчика.При налаживании устройства надобно соблюдать меры предосторожности, так как элементы устройства находятся под напряжением...
Для схемы "ТЕРМОРЕГУЛЯТОР НА ТИРИСТОРЕ"
Бытовая электроникаТЕРМОРЕГУЛЯТОР НА Терморегулятор, схема которого изображена на рисунке, предназначен для поддержания постоянной температуры воздуха в помещения, воды в аквариуме и т. п. К нему можно подключать нагреватель мощностью до 500 Вт. Терморегулятор состоит из порогового устройства (на транзисторе Т1 и Т1). электронного реле (на транзисторе ТЗ и тиристоре Д10) и блока питания. Датчиком температуры служит терморезистор R5, включенный в поставленная проблема подачи напряжения на базу транзистора Т1 порогового устройства. Если окружающая среда имеет необходимую температуру, транзистор Т1 порогового устройства закрыт, а Т1 открыт. Транзистор ТЗ и тиристор Д10 электронного реле в этом случае закрыты и напряжение сети не поступает на нагреватель. При понижении температуры среды сопротивление терморезистора увеличивается, в результате чего напряжение на базе транзистора Т1 повышается. Схемы конвертера радиолюбителя Когда оно достигает порога срабатывания устройства, транзистор Т1 откроется, а T2 - закроется. Это приведет к открыванию транзистора T3. Напряжение, возникающее на резисторе R9, приложено между катодом и управляющим электродом тиристора Д10 и будет довольно для открывания его. Напряжение сети через тиристор и диоды Д6-Д9 поступит на нагреватель.Когда температура среды достигнет необходимой величины, терморегулятор отключит напряжение от нагревателя. Переменный резистор R11 служит для установки пределов поддерживаемой температуры. В терморегуляторе применен терморезистор ММТ-4. Трансформатор Тр1 выполнен на сердечнике Ш12Х25. Обмотка I его содержит 8000 витков провода ПЭВ-1 0,1, а обмотка II-170 витков провода ПЭВ-1 0,4.А.СТОЯНОВ г. Загорск...
Для схемы "Детектор переменного тока"
Устройство предназначено для контроля проводника с протекающим по нему переменным током. Чувствительность прибора такова, что позволяет бесконтактным способом контролировать проводники с током 250 мА и более.На рис. 1 приведена принципиальная электрическая схема прибора.Датчиком переменного электрического тока с частотой бытовой сети (50 Гц) является катушка индуктивности L1. L1 выполнена в виде U-образного сердечника диаметром 2,5см, на который намотано 800 витков провода из магнитного материала диаметром 0.15...0,25 мм (рис. 2).Сердечник катушки может быть взят от центральной части межкаскадных или согласующих трансформаторов НЧ, или малогабаритных электромагнитных звонков. Главное требование к сердечнику - при намотанной обмотке L1 через центр катушки должен свободно продеваться контролируемый проводник (ее диаметр может составлять несколько единиц, а то и десятков миллиметров). Следует отметить, что через датчик должен быть пропущен только один из исследуемых проводов (фазный или нулевой), так как в случае наличия двух проводников внутри датчика может предстать компенсация магнитного поля и прибор не отреагирует должным образом на протекающий в проводнике ток. Блок питания на тиристорах схемы При экспериментировании с прибором брался сдвоенный сетевой кабель, в котором делался продольный разрез изоляции, образуя при этом два раздельных проводника, один из которых и помещался в U-образный захват.В обмотке магнитного захвата (U-образный датчик) наводится, приблизительно, напряжение приблизительно 4 мВ при исследовании сетевого провода с током 250 мА (соответствует мощности, потребляемой нагрузкой 55 Вт при напряжении сети 220 В). Сигнал с магнитного усиливается в 200 раз операционным усилителем DA1.1, далее детектируется пиковым детектором VD1, С2 и посту...
Для схемы "АВТОМАТ ДЛЯ ПОЛИВКИ РАСТЕНИЙ"
Бытовая электроникаАВТОМАТ ДЛЯ ПОЛИВКИ РАСТЕНИЙПринципиальная схема простого автомата, включающего подачу воды на контролируемый участок почвы (например, в теплице) при уменьшении ее влажности ниже определенного уровня, приведена на рисунке. Устройство состоит из эмиттерного повторителя на транзисторе V1 и триггера Шмитта (транзисторы V2 и V4). Исполнительным механизмом управляет электромагнитное реле К1. Датчиками влажности служат два металлических или угольных электрода. погруженные в грунт.При довольно влажной почве сопротивление между электродами небольшое н поэтому транзистор V2 будет открыт, транзистор V4 - закрыт, а реле К1 - обесточено.По мере высыхания почвы сопротивление грунта между электродами возрастает, напряжение смещения на базе транзисторов V1 и V3 уменьшается, Наконец, при определенном напряжении на базе транзистора V1 открывается транзистор V4 н срабатывает реле К1. Его контакты (на рисунке не показаны) замыкают цепь включения заслонки или электрического насоса, осуществляющих подачу для поливки контролируемого участка почвы. Как подключить реостат к зарядному устройству При повышении влажности сопротивление почвы между электродами уменьшается, после достижения требуемого открывается транзистор V2, транзистор V4 закрывается и реле обесточивается. Поливка прекращается. Переменным резистором R2 устанавливают порог срабатывания устройства, отчего в конечном итоге зависит влажность почвы на контролируемом участке. Защита транзистора V4 от бросков напряжения отрицательной полярности при выключении реле К1 осуществляется диодом V3."Elecnronique pratique" (Франция), N 1461Примечание. В устройстве можно применить транзисторы КТ316Г (V1, V2), KТ602A (V4) и диоды Д226 (V3)....
Для схемы "Простой индикатор уровня сигнала на ИН13"
Радиолюбителю-конструкторуПростой индикатор сигнала на ИН13Схемка довольна старая, но довольно простая и может кому-то пригодится в качестве индикатора выходного сигнала УНЧ. В принципе можно использовать и в качестве линейного вольтметра изменив входную часть.ИН13 представляет собой газоразрядный индикатор в виде стеклянной трубки длиной около13 см. Транзистор можно применить и какой-нибудь современный высоковольтный....
Для схемы "УЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСОМ"
Бытовая электроникаУЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСОМДля периодического заполнения резервуара или, наоборот, удаления из него жидкости можно использовать устройство, принципиальная схема которого изображена на рис. 1, а конструкция - на рис.2. Применение в нем герконовых датчиков имеет некоторые преимущества - тут нет электрического контакта между жидкостью и электронным блоком, что позволяет использовать его для откачки конденсационной воды, смеси с маслами и др. Кроме того, использование этих датчиков повышает надежность узла и долговечность его работы. Puc.1В автоматическом режиме устройство работает следующим образом. При повышении жидкости в баке кольцевой постоянный магнит 8 (рис. 2), который закреплен на штоке 6, связанном с поплавком 9, приближается снизу к геркону 3 верхнего (SF2 на схеме) и вызывает его замыкание. Автоматическое отключение радиоаппаратуры Тринистор VS1 открывается, реле К1 срабатывает, включая электродвигатель насоса контактами К1.1 и К1.2 и самоблокируясь контактами К1.3 (если реле нечетко самоблокируется, его обмотку надобно зашунтировать оксидным конденсатором емкостью 10... 50 мкФ).Puc2Насос откачивает жидкость, ее уровень в резервуаре понижается, приближаясь к установленному нижнему. Магнит приближается к горкому 2 (SF3 по схеме) нижнего появления жидкости (щупов) В1; - схемы сброса C5-R4; - резистивного делителя напряжения R1-R2 с помехогасящим конденсатором С1.- первого таймера-одновибратора на элементах DD1.1. Описание микросхемы 0401 С2. R3, VD2, VD3; - второго таймера-одновибратора - DD1.2, С6, VD6, R8 с устройством запуска на элементах VT2, R5; - логического элемента 2ИЛИ - VD4, VD5, R6; - токового ключа на полевом транзисторе VT1 с комбинированной нагрузкой на элементах HL1, HL2. С4и активном зуммере А1 с встроенным генератором и излучателем в одном корпусе.При замыкании тумблера SA1 "Питание" ИУВ устанавливается в дежурный режим и пребывает в таком состоянии, пока сопротивление его датчика велико, т.е. датчик сухой. Когд...
Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.
Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.
Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.
Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.
Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора .
Схема однокнопочного управления тиристором
На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.
Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.
Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.
Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см. диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.
Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.
Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.
Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.
Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.
Простые силовые ключи на тиристорах
На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.
Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.
Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5...3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.
Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.
Тиристорный коммутатор с двумя кнопками
Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.
При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.
Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.
После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.
Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.
Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.
Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах
При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).
Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.
Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах
Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим.
Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.
В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.
В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.
Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.
Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.
Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров
Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.
Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.
В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.
Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.
Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 - 9, а также на рис. 10 - 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.
Недостатком схемных решений (рис. 7 - 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.
Схемы многопозиционных переключателей
На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.
При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.
Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.
Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.
Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.
Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.
При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.
Схема усовершенствованного электронного переключателя
Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.
В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.
Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.
Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.
Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10... 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.
Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.
В статье рассказано об использовании тиристоров, приведены простые и наглядные опыты для изучения принципов их работы. Также даны практические указания по проверке и подбору тиристоров.
Самодельные светорегуляторы
Несмотря на разнообразие и наличие в продаже таких устройств можно собрать светорегулятор по достаточно простой любительской схеме.
К тому же светорегулятор вовсе не обязательно должен регулировать свет, можно приспособить его, например, к паяльнику. В общем, применений предостаточно, готовое устройство может всегда пригодиться.
Практически все подобные устройства выполнены с применением тиристоров, о которых стоит рассказать отдельно, ну хотя бы вкратце, чтобы принцип действия тиристорных регуляторов был ясен и понятен.
Кое- что давайте повторим!
Разновидности тиристоров
Название тиристор подразумевает под собой несколько разновидностей, или как принято говорить, семейство полупроводниковых приборов. Такие приборы представляют собой структуру из четырех p и n слоев, образующих три последовательных p-n (p-n буквы латинские: от positive и negative) перехода.
Рис. 1. Тиристоры
Если от крайних областей p n сделать выводы, получившийся прибор называется диодным тиристором, по-другому динистор . Он и внешним видом похож на диод серии Д226 или Д7Ж, только диоды имеют всего лишь один p-n переход. Конструкция и схема динистора типа КН102 показана на рисунке 2.
Там же показана и схема его включения. Если сделать вывод еще от одного p-n перехода, то получится триодный тиристор, называемый тринистором. В одном корпусе может находиться сразу два тринистора, включенных встречно – параллельно. Такая конструкция называется симистором и предназначена для работы в цепях переменного тока, поскольку может пропускать как положительные, так и отрицательные полупериоды напряжения.
Рисунок 2. Внутреннее устройство и схема включения диодного тиристора КН102
Вывод катода, область n, соединен с корпусом, а вывод анода через стеклянный изолятор соединен в областью p, как показано на рисунке 1. Там же показано включение динистора в цепи питания. В цепь питания последовательно с динистором обязательно должна быть включена нагрузка , так же как если бы это был обычный диод. На рисунке 3 показана вольт - амперная характеристика динистора.
Рисунок 3. Вольт - амперная характеристика динистора
Из этой характеристики видно, что напряжение к динистору может быть приложено как в обратном направлении (на рисунке в нижней левой четверти), так и в прямом, как показано в правой верхней четверти рисунка. В обратном направлении характеристика похожа на характеристику обычного диода: через прибор протекает незначительный обратный ток, практически можно считать что и нет никакого тока.
Больший интерес представляет прямая ветвь характеристики. Если на динистор подать напряжение в прямом направлении и постепенно его увеличивать, то ток через динистор будет невелик, и изменяться будет незначительно. Но лишь до тех пор, пока не достигнет определенного значения, называемого напряжением включения динистора. На рисунке это обозначено как Uвкл.
При этом напряжении во внутренней четырехслойной структуре происходит лавинообразное увеличение тока, динистор открывается, переходит в проводящее состояние, о чем свидетельствует участок с отрицательным сопротивлением на характеристике. Напряжение участка катод – анод резко уменьшается, а ток через динистор ограничивается только лишь внешней нагрузкой, в данном случае сопротивлением резистора R1. Главное, чтобы ток был ограничен на уровне не выше предельно допустимого, который оговаривается в справочных данных.
Предельно допустимый ток или напряжение, это та величина, при которой гарантируется нормальная работа прибора в течение длительного времени. Причем следует обратить внимание на то, чтобы предельно допустимого значения достигал лишь один из параметров: если прибор работает в режиме предельно допустимого тока, то рабочее напряжение должно быть ниже, чем предельно допустимое. В противном случае нормальная работа полупроводникового прибора не гарантируется. К достижению предельно допустимых параметров специально, конечно, стремиться не надо, но уж если так получилось…
Этот прямой ток через динистор будет протекать до тех пор, пока каким - либо образом динистор будет выключен. Для этого необходимо прекратить прохождение прямого тока. Это можно сделать тремя способами: разомкнуть цепь питания, замкнуть накоротко динистор при помощи перемычки (весь ток пройдет через перемычку, а ток через динистор будет равен нулю), или изменить на противоположную полярность питающего напряжения. Такое получается если питать динистор и нагрузку переменным током. Такие же методы выключения и у триодного тиристора – тринистора.
Маркировка динисторов
Она состоит из нескольких букв и цифр, наиболее распространены и доступны отечественные приборы серии КН102 (А,Б…И). первая буква К, говорит о том, что это кремниевый полупроводниковый прибор, Н что это динистор, цифры 102 номер разработки, а вот последняя буква определяет напряжение включения.
Весь справочник тут не поместится, однако следует отметить, что КН102А имеет напряжение включения 20В, КН102Б 28В, а КН102И уже целых 150В. При последовательном включении приборов напряжение включения складывается, например два КН102А дадут в сумме напряжение включения 40В. Динисторы выпускавшиеся для оборонной промышленности вместо первой буквы К имеют цифру 2. Это же правило используется и в маркировке транзисторов.
Такая логика работы динистора позволяет на его базе собирать достаточно простые генераторы импульсов . Схема одного из вариантов показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Генератор на динисторе
Принцип работы такого генератора достаточно прост: выпрямленное диодом VD1 сетевое напряжение через резистор R1 заряжает конденсатор C1, и как только напряжение на нем достигнет напряжения включения динистора VS1, последний открывается, и конденсатор разряжается через лампочку EL1, которая дает кратковременную вспышку, после которой процесс повторяется сначала. В реальных схемах вместо лампочки может устанавливаться трансформатор, с выходной обмотки которого могут сниматься импульсы, используемые для каких-либо целей, например, в качестве открывающих импульсов.