Thyristor-Leistungsregler

Thyristor-Leistungsregler sind eines der am häufigsten verwendeten Amateurfunkdesigns, und dies ist nicht überraschend. Schließlich ist jedem, der jemals den üblichen 25 - 40 Watt Lötkolben verwendet hat, seine Fähigkeit zur Überhitzung sogar sehr bekannt. Der Lötkolben beginnt zu rauchen und zu zischen, dann brennt der verzinnte Stich bald aus und wird schwarz. Das Löten mit einem solchen Lötkolben ist bereits völlig unmöglich.

Und hier kommt der Leistungsregler zur Hilfe, mit dessen Hilfe Sie die Temperatur zum Löten ganz genau einstellen können. Es sollte sich an der Tatsache orientieren, dass ein Lötkolben, wenn er ein Stück Kolophonium berührt, gut raucht, also mittelgroß, ohne zu zischen und zu spritzen, nicht sehr heftig. Sie sollten sich darauf konzentrieren, dass das Löten konturiert und glänzend ist.

Natürlich moderne Lötstationen Sie sind mit thermisch stabilisierten Lötkolben, einer Digitalanzeige und einer einstellbaren Heiztemperatur ausgestattet, aber im Vergleich zu einem herkömmlichen Lötkolben zu teuer. Daher ist es bei unbedeutenden Lötarbeiten durchaus möglich, mit einem herkömmlichen Lötkolben mit einem Thyristor-Leistungsregler zu arbeiten. Gleichzeitig wird die Qualität des Lötens, die sich möglicherweise nicht sofort als ausgezeichnet herausstellt, durch die Praxis erreicht.

Ein weiterer Anwendungsbereich von Thyristorreglern ist Helligkeitsregelung. Solche Regler werden in Elektrofachgeschäften in Form herkömmlicher Wandschalter mit Drehgriff verkauft. Aber hier wartet der Hinterhalt auf den Käufer: moderne Energiesparlampen (in der Literatur oft als Kompaktleuchtstofflampen (CFLs) bezeichnet) Sie wollen einfach nicht mit solchen Reglern arbeiten.

Die gleiche unvorhersehbare Option wird sich bei der Regulierung der Helligkeit von LED-Lampen herausstellen. Nun, sie sind nicht für solche Arbeiten vorgesehen, und das war's: Die Gleichrichterbrücke mit einem Elektrolytkondensator in der CFL lässt den Thyristor einfach nicht arbeiten. Ein einstellbares "Nachtlicht" mit einem solchen Regler kann daher nur mit einer Glühlampe erzeugt werden.

Hier sollten Sie sich jedoch daran erinnern elektronische TransformatorenEntwickelt für die Stromversorgung von Halogenlampen und in Amateurfunkdesigns für eine Vielzahl von Zwecken. In diesen Transformatoren ist nach der Gleichrichterbrücke aus irgendeinem Grund offenbar kein Elektrolytkondensator installiert, um die Größe zu sparen oder einfach zu verringern. Mit dieser „Einsparung“ können Sie die Helligkeit der Lampen mithilfe von Thyristorreglern einstellen.

Wenn Sie Ihre Fantasie belasten, finden Sie noch viele weitere Bereiche, in denen die Verwendung von Thyristorreglern erforderlich ist. Einer dieser Bereiche ist die Regelung der Umdrehungen von Elektrowerkzeugen: Bohrer, Schleifmaschinen, Schraubendreher, Bohrhämmer usw. usw. Natürlich befinden sich Thyristorregler in Instrumenten, die mit Wechselstrom betrieben werden.Beobachten -Arten und Anordnung der Umdrehungen der Motordrehzahl des Kollektors.

Ein solcher Regler ist in den Steuerknopf eingebaut und eine kleine Box, die in den Griff des Bohrers eingesetzt wird. Der Grad des Drückens der Taste bestimmt die Drehfrequenz der Patrone. Im Fehlerfall ändert sich die gesamte Box sofort: Bei aller scheinbaren Einfachheit der Konstruktion ist ein solcher Regler absolut nicht für eine Reparatur geeignet.

Bei Werkzeugen, die mit Gleichstrom aus Batterien betrieben werden, erfolgt die Leistungsregelung mit Transistoren Mosfet Pulsweitenmodulationsverfahren. Die PWM-Frequenz erreicht mehrere Kilohertz, sodass Sie durch den Schraubendreher ein hochfrequentes Quietschen hören können. Diese Quietschmotorwicklung.

In diesem Artikel werden jedoch nur Thyristor-Leistungsregler berücksichtigt.Bevor Sie sich mit der Reglerschaltung befassen, sollten Sie sich daher daran erinnern, wie sie funktioniert Thyristor.

Um die Geschichte nicht zu komplizieren, werden wir den Thyristor nicht in Form seiner vierschichtigen pnpn-Struktur betrachten, eine Strom-Spannungs-Kennlinie zeichnen, sondern einfach in Worten beschreiben, wie er funktioniert, den Thyristor. Zunächst in einem Gleichstromkreis, obwohl Thyristoren in diesen Kreisen fast nicht verwendet werden. Schließlich ist es ziemlich schwierig, den Thyristor auszuschalten, der mit Gleichstrom arbeitet. Es ist das gleiche wie das Stoppen des Pferdes.

Trotzdem ziehen hohe Ströme und hohe Spannungen von Thyristoren Entwickler verschiedener, in der Regel recht leistungsfähiger Gleichstromgeräte an. Um die Thyristoren auszuschalten, müssen Sie zu verschiedenen Komplikationen der Schaltkreise und Tricks gehen, aber im Allgemeinen sind die Ergebnisse positiv.

Die Thyristorbezeichnung in den Schaltplänen ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Thyristor

Es ist leicht zu erkennen, dass der Thyristor in seiner Bezeichnung auf den Schaltungen dem sehr ähnlich ist gewöhnliche Diode. Wenn Sie schauen, dann hat es, der Thyristor, auch einseitige Leitfähigkeit und kann daher Wechselstrom gleichrichten. Dies wird er jedoch nur tun, wenn eine positive Spannung an die Steuerelektrode relativ zur Kathode angelegt wird, wie in Abbildung 2 dargestellt. Nach alter Terminologie wurde der Thyristor manchmal als gesteuerte Diode bezeichnet. Solange der Steuerimpuls nicht angelegt wird, ist der Thyristor in jede Richtung geschlossen.

Abbildung 2

So schalten Sie die LED ein

Hier ist alles sehr einfach. Zur Gleichspannungsquelle 9V (Sie können die Batterie "Krona" verwenden) über den Thyristor Vsx angeschlossene LED HL1 mit einem Begrenzungswiderstand R3. Mit der Taste SB1 kann die Spannung vom Teiler R1, R2 an die Steuerelektrode des Thyristors angelegt werden. Dann öffnet sich der Thyristor und die LED beginnt zu leuchten.

Wenn Sie die Taste jetzt loslassen und nicht mehr gedrückt halten, sollte die LED weiterhin leuchten. Ein so kurzer Druck auf die Taste kann als Impuls bezeichnet werden. Wiederholtes und sogar wiederholtes Drücken dieser Taste ändert nichts: Die LED erlischt nicht, leuchtet jedoch nicht heller oder dunkler.

Gedrückt - losgelassen, und der Thyristor blieb offen. Darüber hinaus ist dieser Zustand stabil: Der Thyristor bleibt geöffnet, bis ihn äußere Einflüsse aus diesem Zustand entfernen. Dieses Verhalten der Schaltung zeigt den guten Zustand des Thyristors an, seine Eignung für die Arbeit in einem Gerät, das sich in der Entwicklung oder Reparatur befindet.

Kleine Bemerkung

Es treten jedoch häufig Ausnahmen von dieser Regel auf: Die Taste wird gedrückt, die LED leuchtet auf, und wenn die Taste losgelassen wird, erlischt sie, als wäre nichts passiert. Und was ist der Haken, was hast du falsch gemacht? Vielleicht wurde der Knopf nicht lange genug oder nicht sehr fanatisch gedrückt? Nein, alles wurde ziemlich gewissenhaft gemacht. Es ist nur so, dass der Strom durch die LED geringer war als der Haltestrom des Thyristors.

Damit das beschriebene Experiment erfolgreich ist, müssen Sie nur die LED durch eine Glühlampe ersetzen, dann wird der Strom höher oder Sie wählen einen Thyristor mit einem niedrigeren Haltestrom. Dieser Parameter für Thyristoren weist eine erhebliche Streuung auf. Manchmal ist es sogar erforderlich, einen Thyristor für eine bestimmte Schaltung auszuwählen. Außerdem eine Marke, mit einem Buchstaben und aus einer Box. Importierte Thyristoren, die kürzlich bevorzugt wurden, sind mit diesem Strom etwas besser: Es ist einfacher zu kaufen und die Parameter sind besser.

So schließen Sie einen Thyristor

Keine an die Steuerelektrode gesendeten Signale können den Thyristor schließen und die LED ausschalten: Die Steuerelektrode kann nur den Thyristor einschalten. Es gibt natürlich abschließbare Thyristoren, aber ihr Zweck unterscheidet sich etwas von banalen Leistungsreglern oder einfachen Schaltern. Ein herkömmlicher Thyristor kann nur durch Unterbrechen des Stroms durch den Anode-Kathoden-Abschnitt ausgeschaltet werden.

Dies kann auf mindestens drei Arten erfolgen. Trennen Sie zunächst dumm den gesamten Stromkreis von der Batterie. Erinnern Sie sich an Abbildung 2. Natürlich erlischt die LED.Wenn es jedoch wieder angeschlossen wird, schaltet es sich nicht von selbst ein, da der Thyristor geschlossen geblieben ist. Dieser Zustand ist auch nachhaltig. Und um ihn aus diesem Zustand zu bringen, um das Licht anzuzünden, hilft nur das Drücken der SB1-Taste.

Die zweite Möglichkeit, den Strom durch den Thyristor zu unterbrechen, besteht darin, die Anschlüsse der Kathode und Anode einfach mit einem Drahtbrücken zu verbinden und kurzzuschließen. In diesem Fall fließt der gesamte Laststrom, in unserem Fall nur eine LED, durch den Jumper, und der Strom durch den Thyristor ist Null. Nachdem der Jumper entfernt wurde, schließt der Thyristor und die LED erlischt. In Experimenten mit ähnlichen Schemata werden Pinzetten am häufigsten als Jumper verwendet.

Angenommen, anstelle einer LED in diesem Stromkreis befindet sich eine ausreichend leistungsstarke Heizspule mit hoher thermischer Trägheit. Dann stellt sich heraus, fast fertig Leistungsregler. Wenn der Thyristor so geschaltet wird, dass die Spirale 5 Sekunden lang eingeschaltet und für dieselbe Zeit ausgeschaltet wird, werden der Spirale 50 Prozent Leistung zugewiesen. Wenn das Einschalten während dieses Zehn-Sekunden-Zyklus nur 1 Sekunde dauert, ist es offensichtlich, dass die Spirale nur 10% der Wärme von ihrer Energie abgibt.

Mit ungefähr solchen Zeitzyklen, gemessen in Sekunden, arbeitet die Mikrowellenleistungsregelung. Durch einfaches Relais wird die HF-Strahlung ein- und ausgeschaltet. Thyristorregler arbeiten mit der Frequenz des Netzes, wobei die Zeit in Millisekunden gemessen wird.

Der dritte Weg, um den Thyristor auszuschalten

Es besteht darin, die Lastspannung auf Null zu reduzieren oder sogar die Polarität der Versorgungsspannung umzukehren. Dies ist genau die Situation, die erhalten wird, wenn die Thyristorschaltungen mit einem sinusförmigen Wechselstrom versorgt werden.

Wenn die Sinuskurve durch Null geht, ändert sie ihr Vorzeichen in das Gegenteil, so dass der Strom durch den Thyristor kleiner als der Haltestrom wird und dann vollständig gleich Null ist. Somit ist das Problem des Ausschaltens des Thyristors wie von selbst gelöst.

Thyristor-Leistungsregler. Phasenregelung

Die Sache bleibt also den Kleinen überlassen. Um eine Phasensteuerung zu erhalten, müssen Sie nur zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Steuerimpuls anlegen. Mit anderen Worten, der Impuls muss eine bestimmte Phase haben: Je näher er am Ende der Halbwelle der Wechselspannung liegt, desto kleiner ist die Spannungsamplitude an der Last. Das Phasenregelungsverfahren ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. Phasenregelung

Im oberen Bildfragment wird der Steuerimpuls fast ganz am Anfang der Halbwelle der Sinuskurve angelegt, die Phase des Steuersignals liegt nahe bei Null. In der Figur ist diese Zeit t1, so dass der Thyristor fast zu Beginn des Halbzyklus öffnet und eine Leistung nahe dem Maximum in der Last zugewiesen wird (wenn keine Thyristoren in der Schaltung wären, wäre die Leistung maximal).

Die Steuersignale selbst sind in dieser Figur nicht dargestellt. Idealerweise handelt es sich um kurze positive Impulse relativ zur Kathode, die in einer bestimmten Phase an die Steuerelektrode angelegt werden. In den einfachsten Schemata kann dies eine linear ansteigende Spannung sein, die durch Laden eines Kondensators erhalten wird. Dies wird unten diskutiert.

Im Durchschnittsgraphen wird der Steuerimpuls in der Mitte des Halbzyklus angelegt, was dem Phasenwinkel Π / 2 oder der Zeit t2 entspricht, daher wird nur die Hälfte der maximalen Leistung in der Last zugewiesen.

In der unteren Grafik werden die Öffnungsimpulse sehr nahe am Ende des Halbzyklus angelegt, der Thyristor öffnet fast bevor er schließen muss. In der Grafik wird diese Zeit als t3 angegeben, sodass die Leistung in der Last unbedeutend zugeordnet wird.

Thyristor-Schaltkreise

Nach einem kurzen Überblick über das Prinzip des Thyristorbetriebs können Sie wahrscheinlich mitbringen mehrere Leistungsreglerkreise. Hier wurde nichts erfunden, alles ist im Internet oder in alten Radiomagazinen zu finden. Der Artikel bietet lediglich einen kurzen Überblick und eine Stellenbeschreibung Thyristorreglerschaltungen. Bei der Beschreibung des Betriebs der Schaltungen wird darauf geachtet, wie Thyristoren verwendet werden und welche Thyristorschaltkreise existieren.

Wie ganz am Anfang des Artikels gesagt, richtet der Thyristor eine Wechselspannung wie eine reguläre Diode gleich. Es stellt sich eine Halbwellengleichrichtung heraus. Es war einmal, als durch eine Diode Glühlampen auf Treppenhäusern eingeschaltet wurden: Es gab ein wenig Licht, es blendete in meinen Augen, aber dann brannten die Lampen sehr selten aus. Das gleiche passiert, wenn der Dimmer an einem Thyristor ausgeführt wird, es erscheint nur die Möglichkeit, eine bereits unbedeutende Helligkeit zu regulieren.

Daher steuern Leistungsregler beide Halbzyklen der Netzspannung. Hierzu wird eine gegenparallele Verbindung von Thyristoren angewendet, Triacs oder die Aufnahme eines Thyristors in die Diagonale der Gleichrichterbrücke.

Zur Klarheit dieser Aussage werden wir weiter mehrere Schaltungen von Thyristor-Leistungsreglern betrachten. Manchmal werden sie Spannungsregler genannt, und welcher Name korrekter ist, ist schwer zu lösen, da neben der Spannungsregelung auch die Leistung geregelt wird.

Der einfachste Thyristorregler

Es regelt die Leistung des Lötkolbens. Die Schaltung ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. Schema des einfachsten Thyristor-Leistungsreglers

Es gibt keinen Grund, die Leistung des Lötkolbens ab Null zu regulieren. Daher können wir uns darauf beschränken, nur eine Halbwelle der Netzspannung zu regeln, in diesem Fall positiv. Die negative Halbwelle geht unverändert durch die VD1-Diode direkt zum Lötkolben, der dessen halbe Leistung sicherstellt.

Die positive Halbwelle durchläuft den Thyristor VS1 und ermöglicht eine Regelung. Die Thyristorsteuerschaltung ist extrem einfach. Dies sind die Widerstände R1, R2 und der Kondensator C1. Der Kondensator wird durch die Schaltung geladen: Der obere Draht der Schaltung, R1, R2 und der Kondensator C1, Last, der untere Draht der Schaltung.

Eine Thyristorsteuerelektrode ist mit dem Pluspol des Kondensators verbunden. Wenn die Spannung am Kondensator auf die Einschaltspannung des Thyristors ansteigt, öffnet sich dieser und leitet eine positive Halbwelle der Spannung oder vielmehr einen Teil davon in die Last. Der Kondensator C1 entlädt sich natürlich und bereitet sich so auf den nächsten Zyklus vor.

Die Ladegeschwindigkeit des Kondensators wird mit einem variablen Widerstand R1 geregelt. Je schneller der Kondensator auf die Thyristoröffnungsspannung aufgeladen wird, desto früher öffnet sich der Thyristor, und der größte Teil der positiven Halbwelle der Spannung tritt in die Last ein.

Die Schaltung ist einfach, zuverlässig, für einen Lötkolben gut geeignet, obwohl sie nur eine halbe Periode der Netzspannung regelt. Ein sehr ähnliches Diagramm ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5. Thyristor-Leistungsregler

Es ist etwas komplizierter als das vorherige, ermöglicht jedoch eine reibungslosere und genauere Einstellung, da die Steuerimpulserzeugungsschaltung auf einem KT117-Doppelbasis-Transistor aufgebaut ist. Dieser Transistor dient zur Erzeugung von Impulsgeneratoren. Mehr, so scheint es, ist zu nichts anderem fähig. Eine ähnliche Schaltung wird in vielen Leistungsreglern sowie in Schaltnetzteilen als Treiber für einen Auslöseimpuls verwendet.

Sobald die Spannung am Kondensator C1 die Schwelle des Transistors erreicht, öffnet sich dieser und ein positiver Impuls erscheint an Pin B1, wodurch der Thyristor VS1 geöffnet wird. Der Widerstand R1 kann die Laderate des Kondensators einstellen.

Je schneller der Kondensator geladen wird, je früher der Öffnungsimpuls erscheint, desto größer ist die Spannung, die in die Last eintritt. Die zweite Halbwelle der Netzspannung gelangt unverändert über die VD3-Diode in die Last. Ein Gleichrichter VD2, R5, eine Zenerdiode VD1 werden verwendet, um die Steuerimpulsformungsschaltung zu versorgen.

Hier können Sie fragen, und wenn der Transistor öffnet, wie hoch ist die Schwelle? Das Öffnen des Transistors erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung an seinem Emitter E die Spannung an der Basis von B1 überschreitet. Die Basen B1 und B2 sind nicht äquivalent. Wenn sie ausgetauscht werden, funktioniert der Generator nicht.

Abbildung 6 zeigt eine Schaltung, mit der Sie beide Spannungshalbzyklen einstellen können.

Abbildung 6

Das Diagramm ist a Dimmer. Die Netzspannung wird durch die Brücke VD1-VD4 gleichgerichtet, wonach die Welligkeitsspannung der Lampe EL1, Thyristor VS1, und über die Widerstände R3, R4 den Zenerdioden VD5, VD6 zugeführt wird, von denen die Steuerschaltung gespeist wird. Die Verwendung einer Gleichrichterbrücke in der Schaltung ermöglicht die Regelung positiver und negativer Halbzyklen mit nur einem Thyristor.

Die Steuerschaltung wird auch an einem Zwei-Basis-Transistor KT117A ausgeführt. Die Ladegeschwindigkeit des Zeitsteuerungskondensators C2 wird durch den Widerstand R6 geändert, wodurch sich die Phase des Thyristorsteuersignals ändert.

Zu dieser Schaltung kann eine kleine Bemerkung gemacht werden: Der Strom in der Last besteht nur aus den positiven Halbzyklen des Netzwerks, die nach dem Brückengleichrichter erhalten werden. Wenn es erforderlich ist, die positiven und negativen Teile der Sinuskurve in der Last zu erhalten, reicht es aus, die Last unmittelbar nach der Sicherung einzuschalten, ohne etwas im Stromkreis zu ändern. Installieren Sie anstelle der Last einfach einen Jumper. Eine solche Schaltung ist in 7 gezeigt.

Abbildung 7. Schema des Thyristor-Leistungsreglers

Der KT117-Transistor ist eine Erfindung der sowjetischen Elektronikindustrie und hat keine fremden Analoga. Er kann jedoch bei Bedarf aus zwei Transistoren gemäß der in Abbildung 8 gezeigten Schaltung zusammengesetzt werden. Plötzlich wird sich jemand verpflichten, eine ähnliche Schaltung zusammenzubauen. Wo kann ich einen solchen Transistor bekommen?

Abbildung 8

In den in den 6 und 7 gezeigten Schaltungen wird der Thyristor in Kombination mit einer Diodenbrücke verwendet. Dieser Einschluss ermöglicht es mit Hilfe eines Thyristors, beide Halbperioden der Wechselspannung zu steuern. Gleichzeitig erscheinen 4 zusätzliche Dioden, was im Allgemeinen die Abmessungen der Struktur vergrößert.

Fortsetzung des Artikels: Thyristor-Leistungsregler. Schaltungen mit zwei Thyristoren

Boris Aladyshkin