Aparatele de uz casnic din casele noastre sunt conectate la una dintre fazele curentului alternativ trifazat de tensiune de 220 V și frecvență de 50 Hz. Este adesea necesar să se regleze puterea și tensiunea la intrare.
Cel mai simplu regulator de putere poate fi realizat pe un transformator.
Tabelul de conținut:
Cuprins
Metode de reglare a puterii
Raportul dintre tensiunea de intrare și cea de ieșire este determinat de numărul de spire din înfășurările primare și secundare. Prin realizarea mai multor prize pe înfășurarea secundară, se poate realiza o reglare în trepte. Stabilizatoarele de tensiune cu releu funcționează conform acestei scheme.
Avantajele unei astfel de scheme sunt numeroase. În primul rând, este vorba de simplitatea sa. Și, de asemenea, eficiența ridicată a transformatorului, izolarea galvanică a intrării și ieșirii, forma pur sinusoidală a curentului de ieșire.
Cu toate acestea, la o frecvență de rețea de 50 Hz, transformatoarele de mare putere devin grele și voluminoase, este imposibil să se regleze puterea fără probleme și apar anumite probleme la comutarea înfășurărilor.
O altă metodă de reglare a puterii se numește metoda de reglare a fazelor. În această metodă, sarcina este conectată la sursă prin intermediul unei chei electronice.
Cheia întrerupe circuitul de alimentare pentru o anumită fracțiune din perioada undei sinusoidale de curent alternativ. Prin modificarea timpului stării închise a cheii, este posibilă reglarea cantității de energie transmisă către sarcină și a valorii efective a tensiunii la ieșire.
Specialiștii recomandă cunoașterea particularităților de funcționare a releului termic pentru motorul electric.
Principiul de funcționare a cheii tiristorului
Pentru a lucra în modul de control al fazei, este necesar să deschideți cheia cu o anumită întârziere față de începutul semiperioadei și să o lăsați deschisă până la sfârșitul semiperioadei, când curentul va trece prin 0.
Dispozitivele din familia tiristoarelor sunt cele mai potrivite pentru acest scop.
Un tiristor este foarte asemănător cu un tranzistor bipolar. Și acesta are trei electrozi: anod, catod și bază. De asemenea, este controlat de curentul de bază. Dar, spre deosebire de tranzistorul bipolar, tiristorul rămâne deschis chiar și după eliminarea semnalului de control, până când curentul care îl traversează scade aproape la zero. Acest lucru este necesar pentru realizarea circuitului de control al fazei.
Triac ca tiristor simetric
Tiristorul este un dispozitiv cu trei joncțiuni p-n. Structura unui tiristor are forma p-n-p-n sau n-p-n-p. Adică, la fel ca tranzistoarele, tiristoarele vin în conducție directă și inversă. O cheie tiristor conduce curentul într-un singur sens, în funcție de tipul său.
Dacă conectăm două tiristoare cu tipuri diferite de conductivitate în paralel, combinând intrările de comandă, obținem un tiristor simetric — un triac. Acesta funcționează în același mod ca un tiristor, dar permite curentului să circule în ambele direcții.
Ca exemplu, putem lua un triac domestic KU208G.
Caracteristicile triacistorului sunt:
- Tensiunea maximă este de 400V;
- Curentul maxim în stare deschisă (puls) — 10 A;
- Tensiunea cheie deschisă — 2 V;
- Curentul maxim de deblocare nu mai mare de — 160 mA;
- Rata maximă de creștere a tensiunii — 10 V/µs;
- Frecvența maximă de funcționare — 400 Hz.
Dinistor ca triac fără intrare de comandă
Un triac fără o intrare de control se numește dinistor. Caracteristica unui dinistor este prezentată în figura de mai jos.
Aceasta arată că dinistorul funcționează ca un opritor. Atunci când tensiunea dintre catodul și anodul său depășește o anumită valoare, acesta trece în starea deschisă și începe să conducă curent. Dinistorul este convenabil de utilizat pentru a controla comutatoarele tiristor.
Cel mai simplu circuit al regulatorului triac
Să luăm în considerare cel mai simplu circuit al unui regulator de tensiune triac.
Există doar cinci elemente în acest circuit, dar este destul de funcțional. Timpul de încărcare a condensatorului este reglat de un rezistor variabil.
Când tensiunea pe condensator atinge un nivel de aproximativ 30 V, dinistorul începe să conducă curentul și deschide triacul, care rămâne deschis până la sfârșitul semiperioadei, când curentul începe să treacă prin 0. Apoi ciclul se repetă cu cealaltă polaritate.
Acesta este un circuit universal. Acesta poate fi utilizat pentru o mare varietate de sarcini. Pentru a controla sarcinile inductive, cum ar fi un motor de aspirator, este necesar să se protejeze triac-ul de supratensiuni la deconectare cu un varistor și un lanț RC conectate în paralel la triac.
Utilizarea cipului K1182 PM1
Un microcircuit special K1182 PM1 este produs pentru construirea regulatoarelor cu tiristor și triac. Pe cristalul cipului este realizată schema aproape completă a regulatorului de putere de fază.
Două tiristoare sunt comutate în paralel și unul față de celălalt. Intrările lor de comandă sunt conectate prin diode de decuplare la ieșirea unității de comandă. O punte de diode integrată generează tensiunea de alimentare pentru unitatea de control.
Pinii AC1 și AC2 sunt alimentați cu 220 V. Condensatoarele sunt conectate la pinii UST1+ și UST2+ pentru a forma întârzierea de conectare a tiristoarelor. Un element de control — o rezistență variabilă sau un lanț RC — este conectat la pinii C+ și C-.
Mai jos sunt prezentate schemele recomandate de producător pentru conectarea sarcinilor de mică putere direct la cip.
Dacă este necesar să se conecteze sarcini puternice, se utilizează tiristoare sau triacuri externe.
Variantă cu două tiristoare.
Variantă cu un triac.
Cipul este disponibil în trei tipuri de pachete:
- 16 pini Power DIP-(12+4);
- DIP-8 cu 8 pini;
- SO-8 planar cu 8 pini.
Orice radioamator poate asambla cu propriile mâini un regulator de putere cu triac.
Regulator de putere pe microcontroler
Recent, a devenit la modă utilizarea microcontrolerelor pentru a controla diverse dispozitive. Microcontrolerele, care sunt microcalculatoare pe un cip, echipate cu temporizatoare integrate, ADC, DAC și dispozitive similare, oferă dezvoltatorilor posibilități aproape nelimitate.
Varianta de realizare a regulatorului de putere triac pe microcontrolerul ATmega 8 este prezentată mai jos.
Particularitatea circuitului este utilizarea microcircuitelor optoelectronice pentru izolarea galvanică a circuitului de comandă și a circuitelor de alimentare. Microcontrolerul are propria sa sursă de alimentare, marcată convențional pe schemă de o baterie. Puntea de diode servește drept redresor cu două jumătăți de perioadă, la ieșirea căruia este conectată intrarea controlerului prin intermediul unui optocuplor. La această intrare a regulatorului se formează un semnal la începutul fiecărei semiperioade a frecvenței rețelei. Un tiristor puternic este conectat la ieșirea regulatorului prin intermediul unui element optic — optosimistor.
Butoanele sunt utilizate pentru a semnala creșterea sau scăderea puterii. Elementele optice asigură nivelul necesar de izolare a circuitelor de control de partea de înaltă tensiune a circuitului. Inteligența microcontrolerului permite construirea de circuite mai complexe, de exemplu, un circuit regulator de putere trifazat.