Схемы управления симисторами: Схема управления симистором. Включение тиристора схема включения тиристора — Мир Антенн

Содержание

Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Симиcтop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель.

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ.

Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

1. Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

2. Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

3. Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

4. Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

5. Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

6. Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

7. Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

8. Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

9. Ток управления (IGT).

10. Максимальный ток управления электрода IGM.

11. Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора — он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление — тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Интересно:

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD.

Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Ранее ЭлектроВести писали, почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры.

По материалам electrik.info

Схема узла управления симистором » Вот схема!

Узел предназначен для управления нагрузкой мощностью до 1,5 кВт, питающейся от сети переменного тока 220В. Это может быть электронагревательный прибор, осветительные лампы, или другое электрооборудование. Питается узел постоянным напряжением 5… 15В и имеет входы, совместимые с КМОП и МОП -логикой. Управление производится подачей управляющих импульсов положительной полярности.

После прекращения действия управляющего импульса на одном из управляющих входов узел сохраняет свое состояние до поступления импульса на другой управляющий вход. Кроме того имеется возможность принудительного включения или выключения нагрузки при помощи квазисенсорных кнопок S2 и S1 соответственно. Узел обеспечивает полную гальваническую развязку управляющего устройства от электросети.

Принцип работы симистора.

Симистор включается подачей высокочастотного (примерно 80 кГц) управляющего напряжение на его управляющий электрод. Высокочастотный трансформатор Т1 служит для гальванической развязки устройства от электросети. Сигнал включения симистора получается таким образом: в то время, когда на вывод 8 элемента D1.3 поступает логический ноль мультивибратор на элементах D1.3 и D1.4 вырабатывает импульсы, частота которых зависит от номиналов элементов R6 и С3 (при указанных на схеме номиналах частота генерации получается около 70-80 кГц).

Выключается мультивибратор подачей логической единицы на вывод 8 D1.3. Когда мультивибратор включен (ноль на выв.8 D1.3) импульсы с выхода элемента D1.4 поступают на вход импульсного усилителя мощности на транзисторах VT1 и VT2. В коллекторной цепи этого усилителя включена первичная обмотка высокочастотного трансформатора (диод VD1 служит для предотвращения выхода из строя VT2 от отрицательных выбросов коллекторного напряжения).

В результате действия в ней импульсного тока во вторичной обмотке возникает высокочастотная ЭДС, которая через диод VD2 и токоограничивающий резистор R7 поступает на управляющий электрод симистора. Частота этой ЭДС значительно выше частоты сетевого напряжения, поэтому, симистор, практически будет постоянно открыт.

При выключении мультивибратора (подача единицы на вывод 8 D1.3) генерация высокочастотных импульсов прекращается, ЭДС во вторичной обмотке Т1 отсутствует и симистор VS1 остается закрытым.

Управления работой мультивибратора производится RS-триггером на элементах D1.1 и D1.2. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце внешним диаметром 23 мм, он имеет две одинаковые обмотки по 200 витков провода ПЭВ 0,16. Между обмотками должна быть надежная изоляция.

Схема управления симистором через оптрон

Определение

Тиристор (тринистор) – это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый – значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Другой подобный прибор называется симистор – двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания – это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно два импульса управляющего напряжения – на каждую полуволну синусоиды соответственно.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление – тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ – система импульсного фазового управления.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами – схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени – достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Заключение

Определение

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

Ток управления (IGT).

Максимальный ток управления электрода IGM.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление – тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ – система импульсного фазового управления.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами – схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Заключение

Коммутация сетевого напряжения с помощью симисторов

Андрей Шарый, Черниговская обл, с.Кувечичи. E-mail andr (at) chspu.edu.ua

В радиолюбительской практике довольно часто приходится сталкиваться с проблемой коммутации сетевого переменного напряжения. Ранее для включения и выключения сетевой нагрузки использовались электромагнитные реле, но как показало время — это не самый надежный способ: контакты реле очень подвержены износу, особенно при использовании в цепях переменного тока и особенно с индуктивной нагрузкой. Тем более, для включения мощных потребителей нужны крупногабаритные реле с существенным управляющим током в обмотке.

К счастью, современная элементная база позволяет обойтись только полупроводниковыми приборами, не используя электро-механических. Итак, разнообразные сетевые нагрузки очень удобно коммутировать с помощью симисторов. Эти полупроводниковые приборы позволяют под действием управляющих мощностей порядка 40-50 мВт коммутировать сетевую нагрузку до десятков киловатт (в зависимости от типа прибора). Далее рассмотрим наиболее удобные схемотехнические решения управления симисторами. Общие принципы управления симистором примерно такие же, как и для обычных тиристоров: если через управляющий электрод в катод тиристора протекает постоянный ток величиной единицы-десятки миллиампер, то как только между анодом и катодом тиристора возникнет разность потенциалов около 1.2-1.5В, он открывается и пребывает в открытом состоянии до тех пор, пока ток через него не уменьшиться практически до нуля (точнее до тока удержания).

Симистор открыть чуть сложнее, так как полярность управляющего напряжения относительно «катода» (не соединенного с корпусом вывода) должна быть такой же, как и полярность напряжения на аноде (корпусе) прибора. Следовательно, если симистор используется для коммутации переменного сетевого напряжения, то управляющее устройство должно уметь выдавать переменное управляющее напряжение, что при использовании управляющих устройств на логических ИМС довольно проблематично. Один из вариантов решения этой проблемы — использование оптрона. Ток через светодиод оптрона может быть все время одного и того же направления, а направление тока через фоторезистор будет меняться при каждом полупериоде сетевого напряжения, обеспечивая открывание симистора. Если же оптрон диодный или транзисторный, то их надо использовать два для управления одним симистором.

Рисунок 1. Управление симистором с помощью оптрона.

Не могу не упомянуть также о оптотиристорах. В одном корпусе находится тиристор и светодиод. Но, к сожалению, оптросимисторов почему-то не делают, а ведь это фактически «буржуйское» твердотельное реле — идеальный прибор для коммутации сетевого напряжения. Итак, используя оптотиристоры тоже довольно легко можно коммутировать сетевое напряжение (Рис.2)

Рисунок 2. Коммутация сетевого напряжения с использованием оптотиристоров.

Симистором можно управлять и импульсами: управляющее напряжение присутствует на управляющем электроде только 5-50 мкс, в момент начала роста сетевого напряжения после прохождения через 0. Более того, изменяя временнОе положение управляющего импульса в пределах 0-10 мс относительно начала каждого полупериода можно регулировать мощность, отдаваемую в нагрузку в пределах от 100 до 0 процентов. Импульсное управление позволяет также сделать устройство управления более экономичным, а применение при этом еще и импульсных трансформаторов позволит гальванически развязать сеть и устройство управления. Применение трансформаторов имеет еще одно преимущество: за счет бросков самоиндукции под действием однополярного импульса формируется короткий пакет быстро затухающих разнополярных, естественно, колебаний, легко открывающих любой симистор. Если конструируемое устройство не предназначено для регулирования мощности, а должно только включать/выключать сетевую нагрузку, то управляющие импульсы можно и не синхронизировать с прохождением сетевого напряжения через 0. Достаточно только подавать их на управляющий электрод симистора с достаточно высокой частотой, чтобы при самых неблагоприятных условиях напряжение на закрытом симисторе не успевало вырасти более чем до нескольких вольт до прихода управляющего импульса. При таком способе управления, как ни странно, уровень помех наводимых в сеть, значительно меньше, чем при синхронизированном управлении. Практическая схема ключа сетевого напряжения, где использован описанный выше принцип подана на рисунке 3.

Рисунок 3. Принципиальная схема симисторного выключателя с импульсным управлением.

Трансформатор T1 выполняется на ферритовом кольце 1000-2000 НМ размером К10*6*4 и содержит две одинаковые обмотки примерно по 50 витков каждая. Провод для намотки в эмалевой изоляции диаметром 0.1-0. 2 мм. Взаимная изоляция обмоток очень тщательная! Фазировка обмоток безразлична, так как благодаря диоду VD2 на вторичной обмотке наводятся разнополярные импульсы. Подбирая резистор R2 регулируют длительность управляющего импульса. Чем она меньше, тем меньше ток потребления управляющего устройства, но при очень коротком импульсе не все тиристоры успевают открываться, потому, если нужна повышенная экономичность, R2 придется подбирать на границе четкого открывания симистора. Можно добиться снижения потребляемого системой управления тока менее 10 мА, что очень удобно в случае применения источников питания с емкостным балластом.
Используя показанную на рис.3 схему управления сетевую нагрузку можно включать и с помощью пары обычных тиристоров, надо только трансформатор дополнить еще одной такой же обмоткой, а симистор заменить тиристорами, как на рисунке 4. Можно также применить один тиристор, но включить его в диагональ диодного моста соответствующей мощности.

Рисунок 4. Замена симистора.

Сейчас для радиолюбителей стали доступны многие электронные компоненты зарубежного производства. Есть среди них и симисторы, прекрасно подходящие для включения/выключения сетевых нагрузок. Наиболее доступными и распространенными на сегодня являются симисторы (triacs) производства Philips типов BT134-500 и BT136-500. Эти приборы выполнены в пластмассовых корпусах: BT134 — как у транзисторов КТ815, но без отверстия, а BT136 — как у транзисторов КТ805, с крепежным фланцем. По сведениям продавцов BT134 рассчитан на ток 6А, а BT136 — 12А, но на многих сайтах можно увидеть, что оба симистора рассчитаны на силу тока не более 4А и выдерживают напряжение 500 В в закрытом состоянии. К сожалению, автор не смог просмотреть документацию с сайта Philips, так как там все документы PDF, а просмотрщика для последних версий под ДОС нету. Отличительной особенностью названных симисторов являются не столько их малые размеры (такие же корпуса имеют отечественные ТС106-10-. в пластмассе), сколько способ управления ими: эти симисторы открываются управляющим напряжением отрицательной по отношению к «катоду» полярности при любом направлении тока через симистор. А это позволяет отказаться от применения оптронов и согласующих импульсных трансформаторов. Практическая схема выключателя вместе с конденсаторным блоком питания показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Принципиальная схема выключателя с использованием импортных симисторов.

Ток потребления устройства управления в «выключенном» состоянии — 1.2 мА, а во «включенном» — 5 мА, что позволило применить в блоке питания совсем маленький конденсатор 0.2 мкФ 400 В. Устройство (рис.5) — это фактически основа для многих электронных устройств, ведь на трех свободных логических элементах DD1 можно собрать много интересных вещей. На рисунке 6(a) показана схема мигалки, 6(b) — фотореле, 6(с) — автомата для включения/выключения насоса при касании сенсора E1 поверхности воды, 6(d) — реле времени. Довольно несложно реализовать сенсорный выключатель (рис.7).

Рисунок 6. Конструкции на логических элементах ИМС К561ТЛ1.

Рисунок 7. Принципиальная схема сенсорного выключателя.

Правда, при построении на логических элементах генераторов, при использовании световой индикации потребляемый ток может возрасти, и тогда емкость С1 придется увеличивать. Необходимую емкость подобрать довольно просто: во всех рабочих режимах устройства измеряют ток через стабилитрон, он должен быть не менее 1-2 мА и не более 30 мА. Наиболее часто емкость С1 используется 0.47 или 0.68 мкФ*400В. Мощность нагрузки, коммутируемой устройствами, рассмотренными в этой статье, зависит только от типа симистора (тиристоров) и толщины проводов 🙂 см. таблицу 1.

Таблица 1. Допустимая мощность нагрузки для разных типов симисторов и тиристоров.

В таблице также даны ориентировочные размеры теплоотводов. Вообще, учитывая падение напряжения на открытом симисторе, которое равно примерно 1 В, можно полагать, что мощность, рассеиваемая на симисторе численно равна току, проходящему через него. Для рассеивания такой мощности нужен теплоотвод такой же площади, как квадратная пластина, со стороной, численно равной в сантиметрах рассеиваемой мощности. В статье не приводятся данные и схемы касающиеся использования симисторов КУ208Г. Это не случайно, так как эти симисторы показали себя с наихудшей стороны и надежно не работали ни в одном устройстве. Многие образцы КУ208Г разных лет выпусков имели недопустимо большой ток в закрытом состоянии, и после длительного пребывания под напряжением именно в закрытом состоянии сильно разогревались и после наступал пробой. Может их как-то по особому включать надо? Считаю своим долгом также напомнить радиолюбителям о электробезопасности, так как многие из приведенных схем имеют гальваническую связь с сетью! Не испытывайте судьбу и отключайте от сети устройства, прежде чем лезть в них с паяльником.

Способы и схемы управления тиристором или симистором — АльфаМастер

Определение

Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).
Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).
Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).
Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.
Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.
Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.
Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).
Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).
Ток управления (IGT).
Максимальный ток управления электрода IGM.
Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

Интересно:

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.

Заключение

Управление мощностью на симисторе — Морской флот

С целью коммутации нагрузок в цепях переменного тока удобно использовать симисторы, представляющие собой разновидность тиристора, однако отличающиеся от тиристора возможностью в открытом состоянии проводить ток обоих направлений.

Первые конструкции симисторов рассматривались уже в 1963 году, тогда например Мордовский научно-исследовательский электротехнический институт уже подал заявку на патент на симметричный тиристор (Патент SU 349356 A, Думаневич А.Н. и Евсеев Ю.А.), а General Electric занимались коммерческим внедрением того же изделия под названием «Triac» на западе.

Тогда как у тиристора имеются четко определенные катод, анод и управляющий электрод, у симистора катод и анод в процессе его работы меняются местами, в зависимости от направления тока в текущий момент.

Безусловно, сигнал на управляющий электрод (затвор) симистора подается всегда относительно конкретного условного катода, но ток через открытый симистор может течь в любом направлении, и в этом смысле симистор в открытом состоянии можно рассматривать как два диода, включенные встречно-параллельно.

Симистор отличается пятислойной структурой полупроводника. Эквивалентно более точно его можно представить в виде двух триодных тиристоров, включённых встречно-параллельно, причем управляющий электрод, в отличие от тиристора, здесь только один.

Чтобы управлять мощной нагрузкой, симистор, подобно выключателю, включают в цепь нагрузки последовательно. И тогда: в закрытом состоянии симистор будет закрыт, нагрузка окажется обесточена, а при подаче отпирающего напряжения на управляющий электрод симистора, между основными электродами симистора появится проводимость — через нагрузку потечет ток. Причем ток может течь через открытый симистор в любом направлении, не то что у тиристора.

Для удержания симистора в открытом состоянии нет необходимости удерживать сигнал управления на управляющем электроде, достаточно подать сигнал, после чего ток установится и будет продолжать течь — в этом отличие симистора от транзистора. Когда же ток через симистор (через цепь нагрузки) станет ниже тока удержания (для переменного тока — в момент перехода тока через ноль), симистор закроется, и для его отпирания потребуется снова подать отпирающий сигнал на управляющий электрод.

Полярность управляющего напряжения, подаваемого на управляющий электрод симистора, может либо быть отрицательной, либо совпадать с полярностью напряжения, приложенного к условному аноду. По этой причине популярно такое управление, когда сигнал управления подается прямо с условного анода через ограничительную цепь и выключатель, – просто задается ток достаточный для отпирания симистора.

Из-за глубокой положительной обратной связи, например при индуктивной нагрузке, высокие скорости изменения напряжения или тока симистора могут привести к несвоевременному отпиранию симистора, и к большой мгновенной мощности, которая будет быстро рассеяна на кристалле, и окажется способна разрушить его. Для защиты от вредных выбросов, параллельно симистору в некоторых схемах ставят варистор, а для защиты от высоких значений dU/dt – применяют RC-снабберы.

Применение симистора вместо реле:

Симисторные регуляторы мощности для управления различными мощными нагрузками в цепях переменного тока очень популярны сегодня. Такие регуляторы для ламп называются диммерами, а регуляторы для разных инструментов, для коллекторных двигателей — просто симисторными регуляторами. Схемы их довольно компактны и просты, ведь на управляющий электрод симистора достаточно периодически подавать 0,7 вольт при токе порядка 10 мА, что легко реализуется при помощи RC-цепочки, а в более сложном виде — на базе ШИМ-контроллера, на том же 555 таймере.

Полупроводниковый прибор, имеющий 5 p-n переходов и способный пропускать ток в прямом и обратном направлениях, называется симистором. Из-за неспособности работы на высоких частотах переменного тока, высокой чувствительности к электромагнитным помехам и значительного тепловыделения при коммутации больших нагрузок, в настоящее время широкого применения в мощных промышленных установках они не имеют.

Сегодня схемы на симисторах можно найти во многих бытовых приборах от фена до пылесоса, ручном электроинструменте и электронагревательных устройствах – там, где требуется плавная регулировка мощности.

Принцип работы

Регулятор мощности на симисторе работает подобно электронному ключу, периодически открываясь и закрываясь, с частотой, заданной схемой управления. При отпирании симистор пропускает часть полуволны сетевого напряжения, а значит потребитель получает только часть номинальной мощности.

Делаем своими руками

На сегодняшний день ассортимент симисторных регуляторов в продаже не слишком велик. И, хотя цены на такие устройства невелики, зачастую они не отвечают требованиям потребителя. По этой причине рассмотрим несколько основных схем регуляторов, их назначение и используемую элементную базу.

Схема прибора

Простейший вариант схемы, рассчитанный для работы на любую нагрузку. Используются традиционные электронные компоненты, принцип управления фазово-импульсный.

Основные компоненты:

симистор VD4, 10 А, 400 В;
динистор VD3, порог открывания 32 В;
потенциометр R2.

Ток, протекающий через потенциометр R2 и сопротивление R3, каждой полуволной заряжает конденсатор С1. Когда на обкладках конденсатора напряжение достигнет 32 В, произойдёт открытие динистора VD3 и С1 начнёт разряжаться через R4 и VD3 на управляющий вывод симистора VD4, который откроется для прохождения тока на нагрузку.

Длительность открытия регулируется подбором порогового напряжения VD3 (величина постоянная) и сопротивлением R2. Мощность в нагрузке прямо пропорциональна величине сопротивления потенциометра R2.

Дополнительная цепь из диодов VD1 и VD2 и сопротивления R1 является необязательной и служит для обеспечения плавности и точности регулировки выходной мощности. Ограничение тока, протекающего через VD3, выполняет резистор R4. Этим достигается необходимая для открытия VD4 длительность импульса. Предохранитель Пр.1 защищает схему от токов короткого замыкания.

Подбирать симисторы следует по величине нагрузке, исходя из расчёта 1 А = 200 Вт.

Используемые элементы:

Динистор DB3;
Симистор ТС106-10-4, ВТ136-600 или другие, требуемого номинала по току 4-12А.
Диоды VD1, VD2 типа 1N4007;
Сопротивления R1100 кОм, R3 1 кОм, R4 270 Ом, R5 1,6 кОм, потенциометр R2 100 кОм;
Конденсатор С1 0,47 мкФ (рабочее напряжение от 250 В).

Отметим, что схема является наиболее распространённой, с небольшими вариациями. Например, динистор может быть заменён на диодный мост или может быть установлена помехоподавляющая RC цепочка параллельно симистору.

Более современной является схема с управлением симистора от микроконтроллера – PIC, AVR или другие. Такая схема обеспечивает более точную регулировку напряжения и тока в цепи нагрузки, но является и более сложной в реализации.

Схема симисторного регулятора мощности

Сборка

Сборку регулятора мощности необходимо производить в следующей последовательности:

Определить параметры прибора, на который будет работать разрабатываемое устройство. К параметрам относятся: количество фаз (1 или 3), необходимость точной регулировки выходной мощности, входное напряжение в вольтах и номинальный ток в амперах.
Выбрать тип устройства (аналоговый или цифровой), произвести подбор элементов по мощности нагрузки. Можно проверить своё решение в одной из программ для моделирования электрических цепей – Electronics Workbench, CircuitMaker или их онлайн аналогах EasyEDA, CircuitSims или любой другой на ваш выбор.
Рассчитать тепловыделение по следующей формуле: падение напряжения на симисторе (около 2 В) умножить на номинальный ток в амперах. Точные значения падения напряжения в открытом состоянии и номинальный пропускаемый ток указаны в характеристиках симистора. Получаем рассеиваемую мощность в ваттах. Подобрать по рассчитанной мощности радиатор.
Закупить необходимые электронные компоненты, радиатор и печатную плату.
Произвести разводку контактных дорожек на плате и подготовить площадки для установки элементов. Предусмотреть крепление на плате для симистора и радиатора.
Установить элементы на плату при помощи пайки. Если нет возможности подготовить печатную плату, то можно использовать для соединения компонентов навесной монтаж, используя короткие провода. При сборке особое внимание уделить полярности подключения диодов и симистора. Если на них нет маркировки выводов, то прозвонить их при помощи цифрового мультиметра или «аркашки».
Проверить собранную схему мультиметром в режиме сопротивления. Полученное изделие должно соответствовать изначальному проекту.
Надёжно закрепить симистор на радиатор. Между симистором и радиатором не забыть проложить изолирующую теплопередающую прокладку. Скрепляющий винт надёжно заизолировать.
Поместить собранную схему в пластиковый корпус.
Вспомнить о том, что на выводах элементов присутствует опасное напряжение.
Выкрутить потенциометр на минимум и произвести пробное включение. Измерить напряжение мультиметром на выходе регулятора. Плавно поворачивая ручку потенциометра следить за изменением напряжения на выходе.
Если результат устраивает, то можно подключать нагрузку к выходу регулятора. В противном случае необходимо произвести регулировки мощности.

Симисторный радиатор мощности

Регулировка мощности

За регулировку мощности отвечает потенциометр, через который заряжается конденсатор и разрядная цепь конденсатора. При неудовлетворительных параметрах выходной мощности следует подбирать номинал сопротивления в разрядной цепи и, при малом диапазоне регулировки мощности, номинал потенциометра.

Регуляторы мощности получили широкое применение в повседневной жизни. Их использование очень разнообразное: от регулирования величины яркости освещения до управления оборотами различных двигателей, с их помощью можно выставлять требуемую температуру различных нагревательных приборов. Таким образом, регулировать мощность можно для нагрузки любого вида как реактивной, так и активной.

Регулятор мощности представляет собой определённую электронную схему, с помощью которой можно контролировать значение энергии, подводимой к нагрузке.

Виды и характеристики регуляторов

Устройства, предназначенные для управления значениями мощности, разделяют по способу регулировки:

тиристорные;
симисторные;
фазовые (диммер).

По виду выходного сигнала:

стабилизированные;
не стабилизированные.

Регулировка осуществляется при питании как от постоянного, так и переменного напряжения. Управлять можно величиной напряжения или тока.

По своему виду расположения регуляторы могут быть портативными и стационарными, устанавливаться в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном, крепиться на специальную дин рейку или встраиваться. Конструктивно выполняются как на специализированных печатных платах, так и с помощью навесного монтажа.

Основными характеристиками, на которые следует обращать внимание, являются следующие параметры:

плавность регулировки;
рабочая и пиковая подводимая мощность;
диапазон входного рабочего напряжения;
диапазон задания напряжения, поступающего на нагрузку;
условия эксплуатации.

Тиристорный регулятор мощности

Схема и принцип работы такого устройства не отличается особой сложностью. Основное назначение тиристорного преобразователя — управление устройствами с малой мощностью, но в редких случаях и большой. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока. Главным компонентом такой схемы является тиристор, работающий в режиме ключа. При появлении разности потенциалов на управляющем контакте он открывается. Чем больше задержка при включении, тем меньше мощности поступает в нагрузку.

Простейшая схема, кроме тиристора, содержит два биполярных транзистора, два резистора, задающих рабочую точку, и конденсатор. Транзисторы, работая в режиме ключа, формируют управляющий сигнал. Как только разность потенциалов на конденсаторе достигает значения, равному рабочему, то транзисторы открываются, и подаётся сигнал на управляющий контакт. Конденсатор начинает разряжаться до следующего полупериода.

Преимущества этого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом используется как активная, так и пассивная система охлаждения.

Применяется тиристорный регулятор для управления мощностью бытовых (паяльники, электронагреватели, лампы накаливания ) и производственных приборов (плавный запуск мощных силовых установок). Агрегат может быть однофазным и трёхфазным.

Изготовление устройства самостоятельно

Если есть необходимость использовать тиристорный регулятор мощности, можно своими руками сделать прибор неплохого качества. Для этого нужно в специализированной точке продаж приобрести набор, содержащий подробную схему с описанием принципа сборки и работы. Или можно использовать любую схему из интернета или литературы и спаять устройство самостоятельно.

В качестве тиристоров можно использовать любой тип, например, отечественный КУ202Н или импортный bt151, в зависимости от необходимой мощности. Кроме тиристора, значение последней будет также зависеть от параметров диодного моста, применяемого в схеме. Регулировка мощности осуществляется с помощью переменного резистора. Если нет возможности или желания изготовить печатную плату, можно собрать прибор с помощью навесного монтажа. При этом необходимо тщательно заизолировать все места соединений во избежание короткого замыкания.

Симисторный регулятор мощности

Симистор является полупроводниковым элементом, предназначенным для использования в цепях переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, проводящего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно из-за этой способности симистор и применяется в сетях переменного тока.

Мощность регулируется в этом случае путём изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку. Главное отличие от тиристорных схем в том, что здесь не используется выпрямительное устройство. Работа схемы основана на принципе фазного управления, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода сетевого напряжения через ноль.

Этот прибор используется для управления нагревательными элементами, лампами накаливания, оборотами двигателя. Сигнал на выходе устройства имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.

Самостоятельное изготовление прибора даже проще, чем изготовление тиристорного регулятора. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа BT137−600E или MAC97A6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием этих элементов отличается простотой изготовления.

Фазовый регулятор

Фазовое регулирование используется для плавного запуска двигателей различного типа или управления током при заряде аккумулятора. Один из видов таких приборов является диммер.

Основа работы лежит в изменении угла открытия ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижается действующая величина напряжения.

Достоинство такого типа регулирования — низкая стоимость ввиду применения недорогих радиодеталей. А вот основной недостаток — значимый коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.

Нередко в конструкции такого вида регуляторов используются микросхемы низкочастотного типа. Благодаря этому регулятор способен быстро изменять мощность. Фазовые регуляторы редко стабилизируют с помощью стабилитронов, обычно роль стабилизатора выполняют попарно работающие тиристоры.

Регулятор мощности для паяльника своими руками

Рассмотрим пример изготовления регулятора тока своими руками. Например, будем регулировать мощность паяльника. Регулирование в таком устройстве позволяет не перегревать место пайки и способно защищать жало паяльника от выгорания.

Такого типа устройства выпускаются достаточно давно. Одним из видов его был отечественный прибор, носящий название «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял использовать низковольтный паяльник напряжением 36 вольт, питаемый от сети 220 В.

Регулятор на симисторе КУ208Г

Схема прибора довольно интересная и простая в реализации. Отличительной её особенностью является использование неоновой лампочки.

Конденсатор, величиной порядка 0,1 мкФ, предназначен для генерации пилообразного импульса и защиты схемы управления от помех. Резисторы применяются для ограничения тока, а с помощью переменного резистора ток регулируется, его величина составляет около 220 кОм. Неоновая лампочка позволяет выполнять линейное управление и одновременно является индикатором. По интенсивности её яркости можно контролировать регулировку.

Недостатком такой схемы будет слабая информированность о мощности паяльника. Для наглядного отображения значений выставленного значения, при достаточном уровне радиоподготовки, можно применить микроконтроллер, например, pic16f628a. На нем также возможно будет выполнить электронную регулировку мощности, отказавшись от переменного резистора.

Регулировка на интегральном стабилизаторе

Ещё одним способом управления мощностью является применение интегральных стабилизаторов. Используя такое устройство, очень легко изготовить диммер для 12 вольтового регулятора напряжения. Такое устройство простое в сборке и обладает встроенной защитой, может использоваться как для подключения паяльника на 12 В, так и светодиодной ленты. Обычно переменный резистор подключается к входу управляющего электрода микросхемы. Недостаток — сильный нагрев стабилизирующей микросхемы.

Переменное напряжение сети 220 В понижается через трансформатор до 16−18 вольт. Далее через диодный мост и сглаживающий конденсатор выпрямленное значение поступает на вход линейного стабилизатора. С помощью переменного резистора посредством изменения рабочей характеристики микросхемы выставляется требуемое напряжение на выходе. Такое напряжение будет стабилизированным и для нашего случая составит 12 вольт.

При самостоятельном изготовлении приборов соблюдайте осторожность и помните про технику безопасности при работе с сетью переменного тока 220 В. Как правило, верно выполненный регулятор из исправных деталей не требует настройки и сразу начинает работать.

Варианты реализации схем управления печкой.

Варианты реализации схем управления печкой.

Для изменения мощности, подведенной к нагрузке (нагревательный элемент печки) через симистор, может использоваться либо импульсно-фазовый метод управления, либо метод пропуска периодов (on/off).
Рассмотрим, например, типичную схему управления печкой принтера. Блок фиксации (печка) подключается (см. рис. 1) к разъему J102 (1-2 конт.). На нагревательный элемент печки подается переменное напряжение сети. Подача или отключение этого напряжения осуществляется с помощью симистора, выполняющего функцию мощного ключа в цепи переменного тока. Для обеспечения гальванической развязки первичной и вторичной цепей управление симистором осуществляется через оптопару SSR101, представляющую собой светодиод и фотосимистор. Сигнал для переключения симистора формируется микроконтроллером и носит название FSRD. В этой модели принтера симистор работает в режиме ON/OFF (пропуск периодов). Защита симистора от высокого падения напряжения на нем обеспечивается еще одним прибором — варистором. Схема защиты (FU701) от перегрева печки обеспечивает безусловное отключение нагревательного элемента печки от питающей сети в случае возникновения аварийного режима работы — чрезмерного перегрева, например, при «пробое» симистора (т.е. при его «коротком» замыкании). Размыкание цепи переменного тока осуществляется за счет отключения реле RL101. Реле управляется схемой на составном транзисторе. Перегрев определяется методом сравнения сигнала от датчика температуры печки с фиксированным опорным напряжением. Сравнение этих сигналов осуществляет компаратор на микросхеме IC302 (типа HA17324). На «прямой» вход этого компаратора подается опорное напряжение, а на «инверсный» вход подается сигнал FSRTH от датчика температуры TH701. Напряжение сигнала датчика температуры уменьшается при нагреве печки. Кроме сигнала от датчика температуры реле может управляться еще и микроконтроллером с помощью сигнала /RLYD. Этим сигналом микроконтроллер включает реле, что позволит обеспечить нагрев печки. И этим же сигналом микроконтроллер размыкает реле в периоды ожидания (когда принтер находится в состоянии «Готов»), а также при возникновении фатальных ошибок принтера.

Рис. 1. Пример схемы управления печкой принтера.

Метод «Пропуск периодов (on/off)». Одним из альтернативных методов управления мощностью является метод пропуска периодов (on/off). Для регулирования тока через нагрузку, симистор пропускает только часть периодов сетевого напряжения (рис. 2). Пропуск периодов позволяет решить проблему электромагнитной совместимости, так как включение симистора происходит в момент перехода сетевого напряжения через нуль.
Режим пропуска периодов применим для управления резистивными нагрузками, но не применим для осветительных приборов, так как вызывает мигание ламп накаливания в моменты регулировки температуры, т.е. поддержание ее в пределах 1800С. В принтерах такой метод применяется для мгновенного разогрева ТЭНа и последующего управления. В основном он применяется для печатающих устройств малой и средней производительности со скоростью печати до 30 страниц в минуту.

Рис. 2. Режим управления блоком фиксации тонера ON/OFF.

Схема формирования сигнала «Zero». Для обоих возможных методов управления мощностью необходимо знать, когда сетевое напряжение переходит через нуль. Одним из способов является подача импульсного напряжения непосредственно на вход микроконтроллера обычно через цепи гальванической развязки — оптрон. Сигнал формируется специальной схемой, обычно она обозначается «zero cross detection circuit» результатом работы донной схемы является формирование импульсного сигнала, частота которого совпадает с входным напряжением или кратная ему. На рис. 3 представлена типичная схема формирования сигнала «Zero» с гальванической развязкой цветного лазерного принтера.

Рис. 3. Пример схемы формирования сигнала «ZEROX».

Сигнал формируется на выходе оптрона, и поступает на микропроцессор принтера, который в свою очередь формирует сигналы управления блоком фиксации тонера, частота и фаза которых совпадает с сигналами «ZEROX». Импульсный сигнал поступает на микропроцессор принтера и анализируется, в случае если сигнал формируется не правильно, то выполняется обычно блокировка принтера и выставляется соответствующий код ошибки, если же сигнал сформирован правильно, микропроцессор формирует далее сигналы управления для блока фиксации тонера (FSRD).

                В принтерах могут применяться и специализированные микросхемы для управления симисторами, они могут быть двух типов:
— со случайным моментом включения и с фазо-привязанным моментом включения, эти микросхемы драйверов со случайным доступом содержат светодиод и оптосимистор;
— второй тип микросхем драйверов с фазо-привязанным моментом включения содержат светодиод и симистор, а также специальную светочувствительную схему определения перехода переменного напряжения через ноль (ZCC — Zero-Cross Circuit) — именно эта схема и включает симистор в момент перехода переменного напряжения через ноль.
                Первый тип микросхемы предназначен для высокоскоростного управления нагрузкой в схемах с широтно-импульсной модуляцией. Такие схемы в момент включения мощных симисторов (тиристоров) создают большие импульсные помехи и требуют применения эффективных сетевых фильтров. Второй тип микросхем предназначен для использования в медленнодействующих малошумящих коммутаторах, в которых мощные симисторы (тиристоры) включаются при малых напряжениях (близких к нулю) и не создают больших помех.
«Импульсно – фазовый» метод управления симистором. Для изменения мощности, подведенной к нагрузке через симистор, может использоваться импульсно-фазовый метод управления. Сущность метода заключается в пропуске части полупериода сетевого напряжения — аналогично широтно-импульсной модуляции. Ток в нагрузке пропорционален интегралу от полученного сигнала. Открывая симистор с большей или меньшей задержкой по времени, возможно «вырезать» соответствующую часть синусоиды питающего напряжения (рис. 4). Таким образом, среднее напряжение на выходе устройства изменяется пропорционально изменению времени задержки открытия симистора.
                Такой режим используется в регуляторах освещенности — диммерах, которые и используются для управления температурой в блоке фиксации тонера принтеров. В таком режиме управления не уменьшают амплитуду напряжения, а только изменяют форму синусоиды. Яркость свечения лампы накаливания, а, следовательно, и нагрев, пропорциональны площади под обрезанной синусоидой.
                Преимуществом этого метода является то, что частота пульсаций на нагрузке остается равной сетевой, включение ламп и последующий нагрев осуществляется плавно, это способствует уменьшению вероятности перегорания лампы при включении и более равномерному «запеканию» тонера на бумаге. Обратной стороной являются наводки, которые могут появиться в связи с резким переключением симистора. Эти наводки плохо сказываются на электромагнитной совместимости (EMI) полученного устройства и могут вызвать ненужные переключения симистора.

Рис. 4. Фазовый метод управления. Пример схемы управления лампой нагрева запекающего вала блока закрепления изображения (показан момент уменьшения тока через лампу).

Управление приборами 220В

Самый простой вариант — Реле

Электромагнитное реле — самый простой вариант управления микроконтроллером нагрузкой 220В. По сути это обычный электромагнит. При подаче постоянного тока на катушку возникает магнитное поле, сердечник втягивается и замыкает выводы. Для управления самим реле применимы те же методы, описанные в статье «Как управлять мотором постоянного тока». Важно обращать внимание на ток удержания реле и максимальный ток и коммутируемое напряжение. Как правило, ток удержания довольно высокий, около 100 мА, а напряжение 5 или 12В. Поэтому управлять напрямую от микроконтроллера не получится. Нужен будет транзистор.

Примерная схема подключения реле с использованием MOSFET транзистора. Как видно на схеме, обязательно наличие диода. Дополнительно можно ограничить потребляемый ток самим реле, включив его последовательно через резистор. Обычно ток удержания сильно меньше стартового тока при включении реле. Также можно добавить конденсатор, чтобы он давал стартовый ток. Примерно так можно будет выглядеть полная схема:

Основным минусом схемы с реле является наличие механической части в реле. Именно эта часть ограничивает частоту переключений реле и позволяет использовать реле с частотой 0.5 Гц или меньше. Таким образом управлять реле нагрузкой можно только в режиме включил-выключил, без возможности регулирования мощности подаваемой на нагрузку.

Управляем нагрузкой 220В с регулировкой мощности

Хотелось бы иметь возможность регулировать мощность, подаваемую на управляемый прибор в диапазоне от 0 до 100%. Вот эту задачу и будем решать.

Как известно бытовая электросеть имеет переменное напряжение 220В с частотой 50 Гц. На осциллограмме это выглядит так:

Напряжение меняется по синусоиде, меняя полярность каждые 10 мс. Ограничить полную мощность синусоиды можно двумя методами:

В фазовом методе нагрузка отключается от сети на часть времени каждого полупериода, отключение производится обычно после перехода через 0. Напряжение подаваемое на нагрузку в этом случае выглядит так:

Во втором методе, полных периодов или полупериодов, нагрузка отключается на целое количество периодов:

Например это может выглядеть так, в случае с полупериодами. При таком управлении важно следить за тем, чтобы средний ток был равен нулю.

Рассмотрим подробнее как управлять нагрузкой методом полных периодов. Он обеспечивает меньшие помехи на сеть 220В, так как ток и напряжение в нагрузке нарастают синхронно и дают меньшие выбросы в сеть.

Симистор — мощный ключ для сети 220 В

Самый простой способ управления нагрузкой 220В — использовать реле. Оно позволяет с помощью постоянного напряжения управлять мощной нагрузкой. В этой статье не будет рассматривать этот метод, он достаточно простой. Достаточно подать напряжение на магнит реле и он замкнёт контакты. К сожалению, реле не позволяет управлять нагрузкой достаточно быстро. При большом количестве включений\выключений оно быстро выходит из строя. Также, в момент переключения возникают большие импульсные помехи. Использовать реле лучше при частоте управления не больше одного раза в 2-3 секунды.

Как мы уже знаем по статье «Как управлять мотором постоянного тока» в цепях постоянного тока транзистор является электронным ключом, устройством, которое позволяет малым напряжением или током управлять более мощной нагрузкой.

Для переменного тока тоже существуют такие электронные ключи — Симисторы.

Симистор проводит ток в обоих направлениях, поэтому используется в сетях переменного тока. Для управления нагрузкой основные электроды симистора включаются в цепь последовательно с нагрузкой. В закрытом состоянии проводимость симистора отсутствует, нагрузка выключена. При подаче на управляющий электрод отпирающего сигнала между основными электродами симистора возникает проводимость, нагрузка оказывается включённой.

Для удержания симистора в открытом состоянии нет необходимости постоянно подавать сигнал на управляющий электрод (в отличие от транзистора). Он остаётся открытым, пока протекающий через основные выводы ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. Отсюда следует, что выключение нагрузки в цепи переменного тока происходит вблизи моментов времени, когда ток через основные электроды симистора меняет направление (обычно это совпадает по времени со сменой полярности напряжения в сети переменного тока). Эта точка на синусоиде называется переходом через ноль.

Симистором можно управлять напрямую от микроконтроллера, но для этого нужен довольно большой ток — 10-20 мА. Существуют также логические симисторы. У них ток управления составляет около 5 мА. В схемах лучше использовать обычные симисторы, они более защищены от самопроизвольного открытия. Что это такое и как можно управлять обычными симисторами? Читаем дальше.

Для начала посмотрим насколько мощной нагрузкой может управлять типичный симистор. Возьмём для примера симистор BT139-800. В datasheet обычно приводят графики выделяемой мощности на симисторе при управлении нагрузкой. Вот пример такого графика.

Зная выделяемую мощность, используем параметры рассеивания тепла корпусом, чтобы получить температуру нагрева симистора и оценить его работоспособность.

Из всех этих параметров следует, что без радиатора данный симистор может рассеять около 2Вт тепла. При управлении полными полупериодами нужно брать график тока для a=180 градусам. График в этой области практически линейный, поэтому можно сказать, что средний ток будет около 2А.

То есть без радиатора этот симистор сможет управлять нагрузкой в 2А * 220В = 440 Вт. В остальных случаях нужен будет радиатор.

Теперь разберёмся как микроконтроллер может управлять мощным симистором?

Оптосимистор — удобный метод управления мощным симистором микроконтроллером

Так как симистор проводит ток в обоих направлениях, то по отношению к его основным терминалам, управляющий ток может находится в четырёх квадратах.

Можно это также представить в виде таблицы:

В datasheet приводят, в каких квадрантах управляется конкретный симистор и какой для этого нужен ток. Например, выбранный симистор управляется во всех 4-х квадрантах. Но при этом различается управляющий ток и защитные свойства от ложных срабатываний.

Видно, что 4-ый квадрант самый невыгодный. Управляющий ток резко возрастает. Также и защитные свойства при таком управлении падают.

Отсюда следует вывод, что при управлении микроконтроллером лучше управлять в 1-3 квадранте.

Если управление прямое, то МК необходимо уметь менять полярность вывода, что сложно, или иметь общее с терминалом A1 плюсовое питание (управление будет во втором и третьем квадранте). Второй вариант не сложно реализовать при конденсаторном источнике питания. В этом appnote AN2986 подробно рассматривается этот случай.

Второй вариант — управлять через оптосимистор. Таких устройств довольно много и они стоят недорого. Например — MOC3041. Есть оптосимисторы со встроенной схемой контроля перехода через ноль, они могут выключаться только около нуля. Такой нам и нужен для схемы управления полными периодами. А есть без этой схемы. С их помощью можно управлять фазовым методом.

Схема управления с использование оптосимистора получается такая:

само устройство внутри выглядит так:

Управление в этом случае получается одной полярности с терминалом A2, то есть в первом и третьем квадранте.

Дополнительно оптосимистор изолирует схему работы микроконтроллера от сети, что уменьшает помехи, и повышает надёжность прибора. Если нет требований к компактности прибора, то рекомендуем использовать оптосимисторы для управления другими более мощными симисторами.

Цепь защиты симистора от помех в сети

В случае слишком быстрого изменения напряжения на основных выводах симистора или тока он может самопроизвольно открыться и начать проводить ток. Это очень неприятно. В основном это может произойти при управлении индуктивной нагрузкой (индуктивность сопротивляется изменению тока). Но также это может происходить и при работе прибора с индуктивностью рядом в сети (например, когда через одну розетку работает мотор и управляемый микроконтроллером паяльный фен). В этом случае независимо от микроконтроллера управляемая нагрузка не будет отключаться от сети и ток будет продолжать идти. Например, при управлении паяльным феном эта ситуация может привести даже к пожару.

Простой защитой от этого случая является снабберная цепь (резистор плюс конденсатор):

Но она не гарантирует работу во всех случаях. Параметры рассчитываются под конкретную индуктивность. Appnote AN-3004 подробно рассматривает расчет снаббера.

Второй вариант — использование симисторов работающих в 1-3 квадранте. Например, T405. Производитель указывает, что они могут использоваться для управления даже индуктивной нагрузкой без снаббера.

Фазовый метод

Для решения задачи фазового управления нагрузкой микроконтроллеру необходимо знать когда был совершён переход через ноль. Тогда можно будет рассчитать время задержки включения нагрузки.

Самый простой метод получения события перехода через ноль в сети переменного тока подробно описан в appnote AN521 от компании Microchip. Практически каждый микроконтроллер имеет высоковольтные защитные диоды на каждом цифровом входе. Это можно использовать, чтобы получить информацию о переходе через ноль. Достаточно на входе поставить высокоомный резистор, ограничивающий ток на выводе МК, до значений указанных в datasheet на МК. В этом случае вывод в обычном цифровом режиме будет принимать значение 0 в момент перехода через ноль. Временная задержка от реального состояния до реального будет минимальна и составляет около 50 мкс.

Минусом такой схемы является отсутствие гальванической развязки схемы управления от сети 220В. Если это необходимо, то можно использовать оптопару.

Ну а далее, уже можно управлять мощным симистором как было описано ранее, только если делать это через оптосимистр, то без схемы перехода через ноль.

В этой статье разобраны основные методы управления мощной нагрузкой сети переменного тока 220В с помощью симисторов. После прочтения теоретической части перейдём к практике. Паяльная станция — прибор, в котором микроконтроллер управляет мощным паяльным феном работающим от сети 220В.

Что такое симистор — переключатель симистора »Электроника

Симисторы — это полупроводниковые устройства, которые широко используются для коммутации переменного тока средней мощности — их преимущество в том, что они могут переключать обе половины переменного цикла.

Triac, Diac, SCR Учебное пособие включает:
Основы тиристоров Конструкция тиристорного устройства Работа тиристора Затвор отключающий тиристор, ГТО Характеристики тиристора Что такое симистор Технические характеристики симистора Обзор Diac

Симисторы — это электронные компоненты, которые широко используются в системах управления питанием переменного тока.Они могут переключать высокие напряжения и высокие уровни тока и по обеим частям сигнала переменного тока. Это делает схемы симистора идеальными для использования в различных приложениях, где требуется переключение мощности.

В частности, симисторные схемы используются в регуляторах освещенности для домашнего освещения, а также во многих других ситуациях управления мощностью, включая управление двигателем и электронные переключатели.

Благодаря своим характеристикам, симисторы, как правило, используются для электронных коммутационных устройств малой и средней мощности, оставляя тиристоры для использования при переключении мощности переменного тока в очень тепловых режимах.

Среднетоковый симистор

Основы симистора

Симистор является развитием тиристора. В то время как тиристор может управлять током только в течение одной половины цикла, симистор управляет им в течение двух половин формы волны переменного тока.

Таким образом, симистор можно рассматривать как пару параллельных, но противоположных тиристоров с двумя затворами, соединенными вместе, и анодом одного устройства, соединенным с катодом другого, и т. Д.

Форма сигнала переключения симистора

Тот факт, что действие переключения симистора происходит на обеих половинах сигнала переменного тока, означает, что для приложений электронного переключения переменного тока может использоваться полный цикл.Для базовых схем с тиристорами используется только половина формы волны, а это означает, что в базовых схемах, в которых используются тиристоры, не будут использоваться обе половины цикла. Для использования обеих половин требуются два устройства. Однако симистору требуется только одно устройство для управления обеими половинами формы волны переменного тока, и во многих отношениях это идеальное решение для электронного переключателя переменного тока.

Символ симистора

Как и другие электронные компоненты, симистор имеет свой собственный символ схемы, который используется на принципиальных схемах, и это указывает на его двунаправленные свойства.Символ симистора можно рассматривать как пару символов тиристоров в противоположных смыслах, объединенных вместе.

Обозначение схемы симистора

Симистор, как и тиристор, имеет три вывода. Однако их названия немного сложнее присвоить, потому что основные токоведущие выводы подключены к тому, что фактически является катодом одного тиристора и анодом другого в пределах всего устройства.

Есть вентиль, который действует как спусковой крючок для включения устройства. В дополнение к этому, другие клеммы оба называются анодами или главными клеммами. Обычно они обозначаются как анод 1 и анод 2 или главный вывод 1 и главный вывод 2 (MT1 и MT2).При использовании симисторов MT1 и MT2 имеют очень похожие свойства.

Как работает симистор?

Прежде чем смотреть, как работает симистор, полезно понять, как работает тиристор. Таким образом, можно понять основные концепции более простого полупроводникового прибора, а затем применить их к более сложному симистору.

Что касается работы симистора, то из условного обозначения схемы можно представить, что симистор состоит из двух тиристоров, включенных параллельно, но по-разному.Таким образом можно рассматривать работу симистора, хотя реальная работа на полупроводниковом уровне гораздо сложнее.

Эквивалентная схема симистора

Структура симистора показана ниже, и можно увидеть, что есть несколько областей материала N-типа и P-типа, которые образуют фактически пару встречных тиристоров.

Базовая структура симистора

Симистор может работать разными способами — больше, чем тиристор. Он может проводить ток независимо от полярности напряжения на клеммах MT1 и MT2.Он также может запускаться как положительными, так и отрицательными токами затвора, независимо от полярности тока MT2. Это означает, что существует четыре режима или квадранта запуска:

I + Mode Ток MT2 равен + ve, ток затвора + ve
I- Mode Ток MT2 + ve, ток затвора -ve
III + Mode: Ток MT2 -ve, ток затвора + ve
III- Режим: Ток MT2 -ve, ток затвора -ve

Установлено, что чувствительность триггерного триггера по току максимальна, когда токи MT2 и затвор имеют одинаковую полярность, т.е.е. оба положительные или оба отрицательные. Если токи затвора и MT2 имеют противоположную полярность, тогда чувствительность обычно составляет примерно половину значения, когда они одинаковы.

Типичную ВАХ симистора можно увидеть на диаграмме ниже с обозначенными четырьмя различными квадрантами.

IV характеристика симистора

Применение симистора

Симисторы

используются во многих приложениях. Эти электронные компоненты часто используются при коммутации переменного тока малой и средней мощности.Там, где требуется переключение больших уровней мощности, обычно используются два тиристора / тиристора, поскольку ими легче управлять.

Тем не менее симисторы широко используются во многих приложениях:

Управление освещением — особенно бытовые диммеры.
Управление вентиляторами и небольшими двигателями.
Электронные переключатели для общего переключения и управления переменным током

Естественно, существует множество других применений симисторов, но это одни из самых распространенных.

В одном конкретном приложении симисторы могут быть включены в модули, называемые твердотельными реле. Здесь оптическая версия этого полупроводникового устройства активируется светодиодным источником света, включающим твердотельное реле в соответствии с входным сигналом.

Обычно в твердотельных реле светодиодный источник света или инфракрасного излучения и оптический симистор содержатся в одном корпусе, при этом обеспечивается достаточная изоляция, чтобы выдерживать высокие напряжения, которые могут достигать сотен вольт или, возможно, даже больше.

Твердотельные реле бывают разных форм, но те, которые используются для переключения переменного тока, могут использовать симистор.

Использование симисторов

При использовании симисторов следует обратить внимание на ряд моментов. Хотя эти полупроводниковые устройства работают очень хорошо, чтобы получить от них максимальную производительность, необходимо понять несколько советов по использованию симисторов.

Было обнаружено, что из-за их внутренней конструкции и небольших различий между двумя половинами эти электронные компоненты не срабатывают симметрично.Это приводит к генерации гармоник: чем менее симметрично срабатывает симистор, тем выше уровень создаваемых гармоник. Обычно нежелательно иметь высокие уровни гармоник в энергосистеме, и в результате симисторы не подходят для систем большой мощности. Вместо этого для этих систем можно использовать два тиристора, так как их срабатывание легче контролировать.

Чтобы помочь в преодолении проблемы несимметричного срабатывания симистора и возникающих в результате гармоник, другое полупроводниковое устройство, известное как диак (диодный переключатель переменного тока), часто подключается последовательно с затвором симистора.Включение этого полупроводникового устройства помогает сделать переключение более равномерным для обеих половин цикла и тем самым создать более эффективный электронный переключатель.

Это происходит из-за того, что характеристика переключения диакритического усилителя намного лучше, чем у симистора. Поскольку диак предотвращает протекание тока затвора до тех пор, пока напряжение срабатывания триггера не достигнет определенного значения в любом направлении, это делает точку срабатывания симистора более равномерной в обоих направлениях.

Внутренняя схема симисторного регулятора освещенности

Примеры схем симистора

Есть много способов использования симисторов.Два приведенных ниже примера дают представление о том, что можно сделать с этими полупроводниковыми устройствами.

Простая схема электронного переключателя симистора: Симистор может функционировать как электронный переключатель — он может активировать пусковой импульс переключателя малой мощности для включения симистора для управления гораздо более высокими уровнями мощности, которые могут быть возможны с помощью простой переключатель. Схема простого симисторного переключателя
Схема регулируемой мощности симистора или диммера: Одна из самых популярных схем симистора изменяет фазу на входе симистора для управления мощностью, которая может рассеиваться в нагрузке.
Базовая схема симистора, использующая фазу входного сигнала для управления рассеиваемой мощностью в нагрузке

Можно использовать гораздо больше схем симистора. Устройство очень универсально и может использоваться в различных схемах, обычно для обеспечения различных форм переключения переменного тока.

Примечание по схемам и конструкции симистора:

Цепи симистора

могут переключать обе половины на переменную форму волны с помощью одного устройства, что делает их очень привлекательными для использования во многих коммутационных схемах переменного тока малой и средней мощности.

Подробнее о Симисторные схемы и конструкция

Характеристики симистора

Симисторы

имеют много характеристик, которые очень похожи на характеристики тиристоров, хотя, очевидно, они предназначены для работы симистора на обеих половинах цикла и должны интерпретироваться как таковые.

Однако их работа очень похожа, как и основные типы спецификаций. Такие параметры, как ток срабатывания затвора, повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии и т.п., необходимы при проектировании схемы симистора, обеспечивая достаточный запас для надежной работы схемы.

Симисторы

— идеальные устройства для использования во многих приложениях переменного тока малой мощности. Симисторные схемы для использования в качестве диммеров и небольших электронных переключателей широко распространены, и их легко и просто реализовать. При использовании симисторов диаки часто включаются в схему, как упоминалось выше, чтобы помочь снизить уровень генерируемых гармоник.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Симисторы — Рабочие и прикладные схемы

Симистор можно сравнить с реле с фиксацией. Он мгновенно включится и закроется, как только он сработает, и будет оставаться закрытым, пока напряжение питания остается выше нуля вольт или полярность питания не изменяется.

Если питание переменного тока (переменного тока), симистор будет размыкаться в те периоды, когда цикл переменного тока пересекает нулевую линию, но закроется и включится, как только он снова сработает.

Преимущества симистора в качестве статических переключателей

Симисторы можно эффективно заменить механическими переключателями или реле для управления нагрузкой в цепях переменного тока.
Симисторы можно настроить для переключения относительно более тяжелых нагрузок с помощью минимального срабатывания по току.
Когда симисторы проводят (замыкаются), они не вызывают эффекта дребезга, как в механических переключателях.
Когда симисторы выключаются (при переходе через ноль переменного тока), он делает это без каких-либо переходных процессов из-за противо-ЭДС и т. Д.
Симисторы также устраняют проблемы с плавлением контактов или искрения, а также другие формы износа, которые обычно наблюдаются в электрических переключателях на механической основе.
Симисторы имеют гибкое срабатывание, которое позволяет переключать их в любой заданной точке входного цикла переменного тока через положительный сигнал низкого напряжения на затворе и общей земле.
Это напряжение запуска может быть от любого источника постоянного тока, такого как батарея, или выпрямленный сигнал от самого источника переменного тока. В любом случае симистор будет проходить периоды выключения всякий раз, когда форма сигнала переменного тока полупериода перемещается через линию пересечения нуля (тока), как показано ниже:

Как включить симистор

Симистор состоит из трех клемм : Gate, A1, A2, как показано ниже:

Чтобы включить симистор, на его вывод затвора (G) должен быть подан ток триггера затвора.Это заставляет ток затвора течь через затвор и клемму A1. Ток затвора может быть положительным или отрицательным по отношению к выводу A1 симистора. Клемма A1 может быть соединена общим проводом с отрицательной линией VSS или положительной линией VDD источника питания управления затвором.

Следующая диаграмма показывает упрощенную схему симистора, а также его внутреннюю кремниевую структуру.

Когда триггерный ток подается на затвор симистора, он включается с помощью встроенных диодов, включенных последовательно между клеммой G и клеммой A1.Эти 2 диода установлены на переходах P1-N1 и P1-N2 симистора.

Квадранты запуска симистора

Запуск симистора осуществляется через четыре квадранта в зависимости от полярности тока затвора, как показано ниже:

Эти квадранты запуска могут применяться практически в зависимости от семейства и класса симистора, так как приведено ниже:

Q2 и Q3 — рекомендуемые квадранты запуска для симисторов, поскольку они обеспечивают минимальное потребление и надежный запуск.

Квадрант запуска Q4 не рекомендуется, так как он требует более высокого тока затвора.

Важные параметры запуска для симисторов

Мы знаем, что симистор можно использовать для переключения мощной нагрузки переменного тока через его клеммы A1 / A2 через относительно небольшой источник запуска постоянного тока на клемме затвора.

При проектировании схемы управления симистором решающее значение приобретают параметры срабатывания затвора. Параметры запуска: ток срабатывания затвора симистора IGT, напряжение срабатывания затвора VGT и ток фиксации затвора IL.

Минимальный ток затвора, необходимый для включения симистора, называется током запуска затвора IGT. Это должно быть применено к затвору и клемме A1 симистора, который является общим для источника питания триггера затвора.
Ток затвора должен быть выше номинального значения для самой низкой указанной рабочей температуры. Это обеспечивает оптимальное срабатывание симистора при любых обстоятельствах. В идеале значение IGT должно в 2 раза превышать номинальное значение в техническом паспорте.
Триггерное напряжение, приложенное к затвору и выводу A1 симистора, называется VGT.Он применяется через резистор, о котором мы вскоре поговорим.
Ток затвора, который эффективно фиксирует симистор, является током фиксации и обозначается как LT. Фиксация может произойти, когда ток нагрузки достигнет значения LT, только после этого фиксация активируется, даже если ток затвора снят.
Вышеуказанные параметры указаны для температуры окружающей среды 25 ° C и могут иметь отклонения при изменении этой температуры.

Неизолированный запуск симистора может быть выполнен в двух основных режимах, первый метод показан ниже:

Здесь положительное напряжение, равное VDD, подается на затвор и вывод A1 симистора.В этой конфигурации мы видим, что A1 также подключен к Vss или отрицательной линии источника питания затвора. Это важно, иначе симистор никогда не ответит.

Второй метод заключается в подаче отрицательного напряжения на затвор симистора, как показано ниже:

Этот метод идентичен предыдущему, за исключением полярности. Поскольку затвор запускается отрицательным напряжением, клемма A1 теперь соединена совместно с линией VDD вместо Vss напряжения затвора-истока.Опять же, если этого не сделать, симистор не сработает.

Расчет резистора затвора

Резистор затвора устанавливает IGT или ток затвора на симистор для необходимого запуска. Этот ток увеличивается, когда температура падает ниже заданной температуры перехода 25 ° C.

Например, если заданное значение IGT составляет 10 мА при 25 ° C, оно может увеличиться до 15 мА при 0 ° C.

Чтобы резистор мог обеспечивать достаточный IGT даже при 0 ° C, он должен быть рассчитан для максимально доступного VDD от источника.

Рекомендуемое значение составляет от 160 до 180 Ом на 1/4 ватта для VGT затвора с напряжением 5 В. Более высокие значения также будут работать, если температура окружающей среды достаточно постоянна.

Запуск от внешнего источника постоянного тока или существующего переменного тока : Как показано на следующем рисунке, симистор можно переключать либо через внешний источник постоянного тока, например аккумулятор или солнечную панель, либо через адаптер переменного / постоянного тока. В качестве альтернативы он также может запускаться от самого существующего источника переменного тока.

Здесь переключатель S1 имеет незначительную нагрузку на него, поскольку он переключает симистор через резистор, вызывая минимальный ток, проходящий через S1, тем самым спасая его от любого вида износа.

Переключение симистора через герконовое реле : Для переключения симистора движущимся объектом может быть включен запуск на магнитной основе. Герконовый переключатель и магнит могут использоваться для таких приложений, как показано ниже:

В этом приложении магнит прикреплен к движущемуся объекту. Всякий раз, когда движущаяся система проходит мимо герконового реле, она запускает симистор в проводимость через прикрепленный к нему магнит.

Герконовое реле

можно также использовать, когда требуется электрическая изоляция между источником срабатывания и симистором, как показано ниже.

Здесь медная катушка подходящего размера намотана на герконовое реле, а выводы катушки подключены к потенциалу постоянного тока через переключатель. Каждый раз при нажатии переключателя происходит изолированное срабатывание симистора.

Благодаря тому, что герконовые реле рассчитаны на миллионы операций включения / выключения, эта система переключения становится чрезвычайно эффективной и надежной в долгосрочной перспективе.

Другой пример изолированного срабатывания симистора можно увидеть ниже, здесь внешний источник переменного тока используется для переключения симистора через развязывающий трансформатор.

Еще одна форма изолированного запуска симисторов показана ниже с использованием фотоэлементов. В этом методе светодиод и фотоэлемент или фотодиод монтируются как единое целое внутри одного корпуса. Эти оптопары легко доступны на рынке.

Необычное переключение симистора по схеме выключено / половинная / полная мощность показано на схеме ниже. Для снижения мощности на 50% диод включен последовательно с затвором симистора. Этот метод заставляет симистор включаться только на чередующиеся полупериоды положительного переменного тока на входе.

Схема может эффективно применяться для управления нагрузками нагревателя или другими резистивными нагрузками, имеющими тепловую инерцию. Это может не сработать для управления освещением, так как половина положительной частоты циклов переменного тока приведет к раздражающему мерцанию света; Точно так же этот запуск не рекомендуется для индуктивных нагрузок, таких как двигатели или трансформаторы.

Цепь триака с фиксацией сброса и сброса

Следующая концепция показывает, как можно использовать триак для создания фиксатора сброса с помощью пары кнопок.

Нажатие кнопки настройки фиксирует симистор и нагрузку, а нажатие кнопки сброса сгибает защелку.

Цепи таймера задержки симистора

Симистор можно настроить как схему таймера задержки для включения или выключения нагрузки после заданной заданной задержки.

В первом примере ниже показана схема таймера отключения с задержкой на основе симистора. Первоначально при подаче питания симистор включается.

Тем временем начинается зарядка 100 мкФ, и при достижении порога срабатывает UJT 2N2646, включая SCR C106.

SCR замыкает затвор на массу, отключая симистор. Задержка определяется настройкой 1M и номиналом последовательного конденсатора.

Следующая схема представляет собой схему таймера симистора задержки включения. При включении симистор реагирует не сразу. Диак остается выключенным, пока конденсатор 100 мкФ заряжается до порога срабатывания.

Как только это происходит, диак срабатывает и включает симистор. Время задержки зависит от значений 1M и 100uF.

Следующая схема представляет собой еще одну версию таймера на основе симистора.При включении UJT переключается через конденсатор емкостью 100 мкФ. UJT удерживает переключатель SCR в положении ВЫКЛ, лишая симистор тока затвора, и, таким образом, симистор также остается выключенным.

Через некоторое время, в зависимости от настройки предустановки 1M, конденсатор полностью заряжается, выключая UJT. Теперь SCR включается, активируя симистор, а также нагрузку.

Цепь мигания лампы симистора

Эта схема мигания симистора может использоваться для мигания стандартной лампы накаливания с частотой, которая может регулироваться от 2 до примерно 10 Гц.Схема работает путем выпрямления сетевого напряжения диодом 1N4004 вместе с переменной RC-цепью. В момент, когда электролитический конденсатор заряжается до напряжения пробоя диака, он вынужден разрядиться через диак, который, в свою очередь, запускает симистор, что приводит к миганию подключенной лампы.

После задержки, установленной элементом управления 100 кОм, конденсатор снова перезаряжается, вызывая повторение цикла мигания. Регулятор 1 k устанавливает ток срабатывания симистора.

Заключение

Симистор — один из самых универсальных компонентов электронного семейства.Симисторы можно использовать для реализации множества полезных схем. В приведенном выше сообщении мы узнали о нескольких простых применениях схем симистора, однако существует бесчисленное множество способов, которыми симистор может быть сконфигурирован и применен для создания желаемой схемы.

На этом веб-сайте я уже размещал много схем на основе симисторов, к которым вы можете обратиться для дальнейшего изучения, вот ссылка на него:

% PDF-1.3 % 1 0 объект > поток конечный поток эндобдж 2 0 obj > / Родительский 3 0 R / Тип / Страница / Содержание 4 0 R / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Font >>> / MediaBox [0 0 595.fcq * d = SRSm} s & k + 7G / ujfchXo ~ n Շ; t

Конструкция, работа, режимы запуска и их применения

Мы знаем, что однонаправленное устройство, такое как SCR, включает в себя характеристики обратного тока блокировки, потому что оно останавливает поток тока в состоянии обратного смещения, однако для некоторых приложений этот вид управления током необходим, особенно в цепях переменного тока. Таким образом, это может быть достигнуто с помощью SCR, где соединение двух SCR должно выполняться антипараллельно для управления как положительными, так и отрицательными полупериодами входа.Но это расположение можно изменить с помощью специального полупроводникового устройства, называемого TRIAC, которое используется для достижения двунаправленного управления. Это устройство точно контролирует переменный ток и часто используется для управления скоростью двигателя, устройств управления переменного тока, цепей переменного тока, регуляторов света, систем управления давлением и т. Д.

Что такое TRIAC?

TRIAC (Триод для переменного тока) — это полупроводниковое устройство, широко используемое в системах управления питанием и коммутации. Он находит применение в коммутации, фазовом управлении, конструкциях прерывателей, регулировании яркости ламп, регулировании скорости в вентиляторах, двигателях и т. Д.Система управления питанием предназначена для управления уровнем распределения переменного или постоянного тока. Такие системы управления мощностью можно использовать для переключения питания на приборы вручную или когда температура или уровень освещенности выходят за пределы заранее установленного уровня.

TRIAC или триод для переменного тока

Это эквивалентно двум тиристорам, соединенным в обратной параллели с затворами, соединенными вместе. В результате он функционирует как двунаправленный переключатель, пропускающий ток в обоих направлениях после срабатывания затвора. Это трехконтактное устройство с главным терминалом 1 (MT1), основным терминалом 2 (MT2) и воротами.Клеммы MT1 и MT2 используются для подключения фазовой и нейтральной линий, а затвор используется для подачи запускающего импульса. Ворота могут срабатывать как положительным, так и отрицательным напряжением.

Когда клемма MT2 получает положительное напряжение по отношению к клемме MT1, а затвор получает положительный сигнал триггера, то срабатывает левый SCR триггера TRIAC и цепь замыкается. Но если полярность напряжения на выводах MT2 и MT1 поменяна местами и на затвор подается отрицательный импульс, то правый тиристор симистора становится проводящим.Когда ток затвора снимается, TRIAC выключается. Таким образом, на затворе должен поддерживаться минимальный ток удержания, чтобы TRIAC оставался проводящим.

Строительство

Конструкция TRIAC показана ниже. Он включает в себя четыре слоя, а также шесть областей легирования. Конструкция его вывода затвора может быть выполнена с помощью омического контакта с использованием двух областей, а именно области P и области N, так что это устройство может активироваться через обе полярности. Несмотря на то, что это двунаправленное устройство, в котором ток и напряжение могут быть указаны с помощью MT1, как ссылка для уменьшения путаницы.

В случае SCR, выводы TRIAC могут быть обозначены MT1 и MT2, как анод и катод, а вывод затвора может быть представлен через «G», как тиристор. Клемма затвора «G» подключена к обеим областям P2 и N4 через металлический контакт и находится близко к клемме MT1.
Подключение MT1 может быть выполнено к обеим областям P2 и N2, тогда как MT2 может быть подключено к областям P1 и N3. Следовательно, два терминала, такие как MT1 и MT2, подключены к обеим областям P и N устройства.Таким образом, поток тока между этими двумя выводами может определяться через слои в устройстве.

MT2 подключен к плюсу через открытый затвор по сравнению с MT1 для TRIAC, который подключен в прямом смещении. Таким образом, TRIAC работает в режиме прямой блокировки до тех пор, пока напряжение на TRIAC не станет низким по сравнению с перенапряжением при прямом прерывании. Аналогично, вывод MT2 становится отрицательным, когда TRIAC подключен с обратным смещением относительно вывода MT1 через открытый затвор, тогда это устройство работает в режиме обратной блокировки.TRIAC можно сделать проводящим либо через + ve, либо через отрицательное напряжение на клемме затвора.

Работа TRIAC

Когда приложенное напряжение в TRIAC эквивалентно напряжению пробоя, TRIAC переходит в состояние проводимости. Однако наиболее предпочтительный метод включения TRIAC — это подача либо положительного сигнала затвора, либо отрицательного сигнала затвора.

Если ток на клемме затвора высокий, то для включения симистора требуется меньшее напряжение, и он может переключаться через обе полярности по направлению к сигналу затвора.Работа TRIAC может осуществляться в четырех режимах, таких как следующие.

Клемма MT2 является положительной по отношению к клемме MT1 через положительную полярность затвора по отношению к клемме MT1.
MT2 является положительной по отношению к клемме MT1 через отрицательную полярность затвора по отношению к MT1.
MT2 является отрицательной по отношению к клемме MT1 через отрицательную полярность затвора по отношению к клемме MT1.
MT2 является отрицательной по отношению к клемме MT1 через положительную полярность затвора по отношению к клемме MT1.

Режим-1

В этом режиме, как только терминал MT2 находится в положении + ve по отношению к терминалу MT1, ток будет в направлении P1-N1-P2-N2. На протяжении всего этого процесса соединение между слоями, такими как P1-N1 и P2-N2, подключается с прямым смещением, в то время как переход между N1-P2 подключается с обратным смещением. Как только положительный сигнал подается на клемму затвора, соединение между P2-N2 подключается с прямым смещением и происходит пробой.

Режим-2

Если на выводе MT2 установлено + ve, а стробирующий сигнал — -ve, ток будет таким же, как и в первом режиме P1-N1-P2-N2, однако здесь соединение между P2-N2 может быть подключенными в прямом смещении, а носители тока добавляются в слой P2.

Режим-3

После того, как клемма MT2 находится в состоянии + ve и -ve, сигнал может быть подан на клемму затвора, тогда ток будет течь в направлении P2-N1-P2-N2.На протяжении всего этого процесса соединение между двумя слоями, такими как P2-N1 и P1-N4, подключается с прямым смещением, в то время как переход между слоями N1-P1 подключается с обратным смещением. Таким образом, этот ТРИАК будет действовать в области отрицательных предубеждений.

Режим-4

Когда клемма MT2 становится отрицательной и клемма затвора активируется посредством положительного сигнала, тогда соединение между P2-N2 подключается с пересылкой смещения и несущие тока добавляются, поэтому TRIAC включается.Обычно TRIAC не работает в этом режиме из-за того недостатка, что его нельзя использовать для цепей с высоким di / dt.

Чувствительность триггера TRIAC в режимах 2 и 3 высокая. Отрицательный сигнал затвора может использоваться в случае незначительной активирующей способности. Активация режима 1 чувствительна по сравнению с другими режимами, такими как 2 и 3, однако для его активации используется сигнал затвора + ve. Наиболее часто используются режимы 2 и 3.

Работа TRIAC

Показана простая схема применения TRIAC.Как правило, TRIAC имеет три клеммы M1, M2 и затвор. Триак, ламповая нагрузка и напряжение питания подключены последовательно. Когда питание включено в положительном цикле, ток протекает через лампу, резисторы и DIAC (при условии, что на выводе 1 оптопары подаются запускающие импульсы, что приводит к тому, что выводы 4 и 6 начинают проводить) затвор и достигает источника питания, и тогда только лампа светится для этого. полупериод напрямую через клеммы M2 и M1 TRIAC.

В отрицательном полупериоде повторяется то же самое.Таким образом, лампа светится в обоих циклах управляемым образом в зависимости от запускающих импульсов на оптоизоляторе, как показано на графике ниже. Если это подается на двигатель вместо лампы, мощность регулируется, что приводит к регулированию скорости.

Формы сигналов TRIAC

Запуск TRIAC

Обычно в TRIAC возможно 4 режима срабатывания:

TRIAC-SYMBOL

Положительное напряжение на MT2 и положительный импульс на затворе
Положительное напряжение на МТ2 и отрицательный импульс на затворе
Отрицательное напряжение на МТ2 и положительный импульс на затворе
Отрицательное напряжение на МТ2 и отрицательный импульс на затворе

Различные типы пакетов TRIAC

Для удобства использования и различных приложений, TRIAC спроектированы в различных корпусах, таких как штырьковый / стандартный тип, тип капсулы / диска и тип шпильки.

Штифт или стандартный тип

Этот вид TRIAC выглядит как крошечная интегральная схема через три клеммы, такие как MT1, MT2 и Gate, и радиатор на вершине. Эти TRIACS в основном используются в бытовых электронных приборах. Общие пакеты стандартного типа TRIAC включают TMA36S-L, TMA54S-L, TMA124S-L, TMA84S-L, TMA126S-L, TMA106S-L, TMA206S-L и т. Д.

Тип капсулы / диска

Капсульный тип, в противном случае триаки дискового типа будут иметь форму диска через протяженные провода к клеммам.Эти типы TRIAC обладают высокой допустимой нагрузкой по току и имеют керамическое уплотнение.

Применения капсульного или дискового типа включают быстрое управление двигателем, а также переключение переменного тока. Распространенными корпусами капсульного типа являются KS200A, KS100A, KS500A, KS300A, KS600A, KS1000A, а также KS800A.

Тип шпильки

Штыревой TRIAC в основном используется в приложениях с высокой мощностью, потому что они имеют завинчиваемое дно, чтобы работать как основные клеммы, и включают в себя две клеммы на ее вершине, которые являются другой основной клеммой, а также клеммой затвора.

Они в основном используются в приложениях управления фазой, таких как схемы освещения, преобразователи, RPS, регулирование скорости и температуры цепей и т. Д. Пакеты шпилек типа TRIAC включают TO-93, TO-118, TO-94, TO-48, ТО-48, РСД7 и ТО-65.

Факторы воздействия

В отличие от SCR, TRIACS требует правильной оптимизации для правильного функционирования. Симисторам присущи недостатки, такие как эффект скорости, эффект люфта и т. Д. Поэтому проектирование схем на основе симистора требует должного внимания.

Эффект скорости

серьезно влияет на работу TRIAC

Между выводами MT1 и MT2 симистора существует внутренняя емкость. Если на вывод МТ1 подается резко возрастающее напряжение, то это приводит к прорыву напряжения затвора. Это без надобности запускает симистор. Это явление называется эффектом скорости. Эффект скорости обычно возникает из-за переходных процессов в сети, а также из-за высокого пускового тока при включении тяжелых индуктивных нагрузок.Это можно уменьшить, подключив R-C сеть между терминалами MT1 и MT2.

RATE EFFECT

Сильный люфт в цепях диммера лампы:

Эффект люфта — это серьезный гистерезис управления, который возникает в цепях управления лампой или скоростью, использующих потенциометр для управления током затвора. Когда сопротивление потенциометра увеличивается до максимума, яркость лампы снижается до минимума. Когда горшок перевернут, лампа никогда не включается, пока сопротивление горшка не упадет до минимума.

Причина этого — разряд конденсатора в симисторе. В схемах диммера лампы используется диодный импульсный датчик, чтобы подать импульс запуска на затвор. Поэтому, когда конденсатор внутри симистора разряжается через Diac, возникает эффект люфта. Это можно исправить, используя резистор последовательно с Diac или добавив конденсатор между затвором и выводом MT1 симистора.

Эффект люфта

Влияние RFI на TRIAC

Радиочастотные помехи серьезно влияют на работу симисторов.Когда симистор включает нагрузку, ток нагрузки резко возрастает от нуля до высокого значения в зависимости от напряжения питания и сопротивления нагрузки. Это приводит к генерации импульсов RFI. Сила RFI пропорциональна проводу, соединяющему нагрузку с симистором. Подавитель LC-RFI исправит этот дефект.

VI Характеристики

Характеристика VI TRIAC обсуждается ниже. Эти характеристики относятся к SCR, однако он подходит как для положительного, так и для отрицательного напряжения TRIAC.Его работу можно рассмотреть в четырех квадрантах, которые обсуждаются ниже.

В первом квадранте напряжение на выводе MT2 положительно по сравнению с выводом MT1, а также напряжение на выводе затвора также положительно, чем на первом выводе

Во втором квадранте напряжение на втором выводе, таком как MT2, положительно, чем MT1, и напряжение на выводе затвора отрицательно, чем на выводе 1, таком как MT1.

В третьем квадранте напряжение на выводе 1, таком как MT1, положительное, чем на выводе 2, например, MT2, а напряжение на выводе затвора отрицательное.

В четвертом квадранте напряжение на выводе 2, таком как MT2, отрицательно, чем на выводе 1 MT1, и напряжение на выводе затвора положительно.

Что такое TRIAC Dimming?

Во многих системах освещения важную роль играют диммеры TRIAC. Диммеры в основном используются для регулировки уровня освещения с целью экономии энергии. Когда диммер подключен через светодиодный источник света, экономия энергии может быть довольно значительной.

Наиболее распространенными контроллерами диммирования являются диммеры с отсечкой фазы, известные как диммеры TRIAC.Изготовление светодиодных ламп с использованием диммера TRIAC было довольно сложным в прошлом, но теперь драйверы светодиодов, использующие диммер TRIAC, довольно просто.

Диммирование

TRIAC в основном работает как переключатель с высокой скоростью, используемый для управления количеством электроэнергии, протекающей через лампочку. Триггер указывает, с какого конца устройство начинает подавать электричество, в основном прерывая сигнал напряжения, прекращая подачу напряжения при полной нагрузке.

После того, как диммер TRIAC используется через светодиодную лампу, необходимо получить драйвер светодиода с регулировкой яркости TRIAC, чтобы убедиться, что устройство является полупроводниковым устройством TRIAC.Эти диммеры в основном предназначены для резистивных нагрузок, поэтому важно получить правильное значение. Если драйвер светодиода ложного затемнения TRIAC может быть получен, свет не будет работать так, как ожидалось, сокращая срок службы светодиода.

TRIAC — однонаправленный или двунаправленный?

TRIAC — однонаправленное устройство, поскольку оно может переключать обе половины сигнала переменного тока. Можно проанализировать работу TRIAC, разместив тиристоры вплотную друг к другу. Символ тиристора указывает на то, как работает TRIAC.Снаружи похоже, что тиристоры соединены спина к спине.

TRIAC — идеальное устройство для коммутации переменного тока, так как он может регулировать ток через обе пополам чередующейся серии. Тиристор просто управляет ими над половиной ряда. На протяжении оставшейся половины проводимости не происходит, и, следовательно, можно использовать просто половину сигнала.

TRIAC BT136

TRIAC BT136 — это семейство TRIAC, его текущий ток составляет 6 ампер.Мы уже видели применение TRIAC с использованием BT136 выше.

Характеристики BT136

Прямой запуск от драйверов малой мощности и логических микросхем
Высокое напряжение блокировки
Низкий ток удержания для слаботочных нагрузок и минимальных электромагнитных помех при коммутации
Планар пассивирован для повышения устойчивости к напряжению и надежности
Чувствительный вентиль
Срабатывание во всех четырех квадрантах

Приложения BT136:

Универсальное применение в управлении двигателями
Коммутатор общего назначения

TRIAC BT139

TRIAC BT139 также относится к семейству TRIAC, его текущая скорость составляет 9 ампер.Основное различие между BT139 и BT136 заключается в скорости тока, а TRIACS BT139 используются для приложений с высокой мощностью.

Особенности BT139 включают следующее.

Прямой запуск от маломощных драйверов и логики ICS
Высокое напряжение блокировки
Планар пассивирован для повышения устойчивости к напряжению и надежности
Чувствительный вентиль
Срабатывание во всех четырех квадрантах

Приложения BT139 включают следующее.

Управление двигателем
Промышленное и домашнее освещение
Нагрев и статическое переключение

В чем разница между тиристором и триаком?

Разница между SCR и TRIAC заключается в следующем.

SCR	TRIAC
Тиристор также известен как SCR или кремниевый управляемый выпрямитель	Триод для переменного тока
Это однонаправленное устройство	Устройство двустороннее
SCR или тиристор с четырьмя выводами	Включает три клеммы
Надежно	Менее надежен
Тиристор использует радиаторы с носком	Нужен просто один радиатор
Рейтинг тиристора большой	Рейтинг TRIAC мал
SCR может быть запущен через UJT	Может быть запущен через DIAC
Тиристор используется для управления мощностью постоянного тока	Управляет питанием как переменного, так и постоянного тока
В тиристоре возможен один режим работы	Включает четыре различных режима работы
Тиристор работает только в одном квадранте VI характеристики	Работает просто в двух квадрантах VI характеристики
Тиристор можно просто активировать через положительное напряжение затвора.	Может быть активирован через положительное или отрицательное напряжение затвора.
Обладает высокими токами	Обладает низкотоковыми характеристиками

Преимущества

К преимуществам TRIAC можно отнести следующее.

Он использует радиатор немного большего размера или немного большего размера, тогда как для SCR необходимо использовать два радиатора небольшого размера.
Возможен гарантированный пробой в любом направлении, однако для защиты тиристора необходимо использовать параллельный диод.
В приложениях постоянного тока тиристор должен подключаться через параллельный диод для защиты от обратного напряжения, в то время как тиристор может работать без диода, потому что возможен безопасный пробой в любом направлении.
Как только напряжение упадет до нуля, TRIAC будет выключен.
Может быть активирован через положительную или отрицательную полярность стробирующих сигналов
Может быть защищен одним предохранителем.

Недостатки

К недостаткам TRIAC можно отнести следующее.

По сравнению с SCR это ненадежно
По сравнению с SCR надежность невысока.
Он будет активирован в любом направлении, поэтому следует проявлять осторожность при включении цепи.
Высокая задержка переключения
Рейтинг dv / dt значительно меньше SCR
TRIAC будет иметь меньшие характеристики по сравнению с кремниевыми выпрямителями.
Не применяется в приложениях постоянного тока

Приложения TRIAC

TRIAC

используются во многих приложениях, таких как диммеры, регуляторы скорости для электрических вентиляторов и других электродвигателей, а также в современных компьютеризированных схемах управления многочисленными бытовыми мелкими и крупными бытовыми приборами.Их можно использовать как в цепях переменного, так и в цепях постоянного тока, однако первоначальная конструкция должна была заменить использование двух тиристоров в цепях переменного тока. Существует два семейства TRIAC, которые в основном используются для прикладных целей, это BT136, BT139.

Таким образом, это все об обзоре TRIAC, который известен как триод для переменного тока, конструкции, работы, корпусов, отличий от SCR, преимуществ, недостатков и приложений. Вот вам вопрос, в чем функция SCR?

Фото:

Цепь управления скоростью симистора для асинхронных двигателей

.Некоммутаторная электрическая машина всегда благосклонно оценивалась за его основная простота с сопутствующей простотой изготовления и исключительной ответственность и относительная свобода от радиочастот и электромагнитных вмешательство. У некоторых из этих машин есть скользящие контакты, но они в виде контактных колец, а не коммутаторов. Более того, часто это правда что токи, протекающие через контактные кольца, намного ниже, чем те, которые необходимо связанные с коммутаторами.Так, в автомобильном генераторе токосъемные кольца используются для проведения тока возбуждения к ротору. Этот ток небольшой доля зарядных токов, с которыми должны работать эти генераторы. На с другой стороны, старые генераторы постоянного тока коммутаторного типа, используемые в автомобилях, имели пропускать через его коммутатор большие зарядные токи. Как и следовало ожидать, проблема обслуживания была далеко не тривиальной.

Недостатком некоммутаторных двигателей, однако, была их неработоспособность. легко изменять свою скорость в широком диапазоне.Теперь; с твердотельным электронике этот недостаток отпадает. Новый контроль методы дают старомодным неколлекторным двигателям гибкость производительности их оригинальные дизайнеры никогда не мечтали о осуществимости.

Следующие схемы управления интересны тем, что они преодолевают ограничения производительности, которые долгое время считались присущими машинам переменного тока, особенно асинхронные двигатели. Кроме того, вы можете почувствовать острую конкуренцию вокруг выбора типов двигателей.Благодаря новым методам управления, уже недостаточно ознакомиться с текстом двигателя или даже спецификацией двигателя. В значительной степени теперь вы можете с помощью электроники «настраивать» характеристики машины. Следовательно, на решения должны в большей степени влиять другие факторы, такие как: стоимость, надежность, электрические и шумовые характеристики и т. д.

Цепь управления скоростью симистора для асинхронных двигателей

Схема управления скоростью симистора для асинхронных двигателей, показанная на фиг.1 аналогично показанному здесь, который предназначен для использования с универсальными двигателями. Схема на фиг. 1, однако, включает в себя схему с единственной постоянной времени для задержки фаза триггера гейта. Этот более простой подход допустим, потому что асинхронные двигатели обычно не могут быть достаточно замедлены, чтобы попасть в проблемная область гистерезиса, для которой схема затвора с двойной постоянной времени назначается как лечебное средство. Эта схема управления скоростью лучше всего подходит для асинхронный двигатель с постоянным разделенным конденсатором.Затененный полюс Асинхронный двигатель также поддается этой методике управления. С любого типа асинхронного двигателя, этот метод регулирования скорости наиболее эффективен когда нагрузка — вентилятор или нагнетатель. (Небольшое изменение скорости вызывает относительно большое изменение скорости воздуха.) Еще один благоприятный аспект такие нагрузки являются их требованиями к низкому пусковому моменту.

РИС. 1 Скорость симистора — цепь управления асинхронными двигателями. Автор: RCA. (А. Принципиальная схема с перечисленными компонентами для двух различных линейных напряжений.Б. М)

Асинхронные двигатели с резистивным пуском и конденсаторным пуском могут управляться симистором при определенных условиях. Как правило, необходимо ограничить диапазон регулирования скорости; скорость не следует снижать до точки, при которой центробежный выключатель повторно подключает пусковую обмотку или пусковой конденсатор. Учитывая все обстоятельства, будет получен наибольший диапазон регулирования скорости. с двигателем с постоянным разделением конденсаторов. Этот тип асинхронного двигателя не обременен центробежным переключателем.Более того, он хорошо работает в зоне повышенного скольжения. Возможен диапазон регулирования скорости от трех до одного. с вентиляторными нагрузками.

Эта схема значительно превосходит схему с одним тиристором и управляемой фазой. тиристорная схема для использования с асинхронными двигателями. SCR хорошо работает с универсальные двигатели, но компонент постоянного тока, разработанный методом полуволнового выпрямления пагубно влияет на работу асинхронных двигателей.

RC «демпферная сеть», подключенная через симистор, обычно не появляются в цепи при резистивной нагрузке, как в случае с лампы или обогреватели.Поскольку нагрузка двигателя является индуктивной, отключение симистора будет возникают при нулевом токе, но напряжение на симисторе не будет равным нулю в то время. Таким образом, на симисторе создается скачок напряжения, который может вызвать повторный запуск, несмотря на отсутствие стробирующего сигнала. Это может случиться даже если способность блокировки напряжения симистора превышает пиковое значение переменного тока напряжение с комфортным запасом. Причина не обязательно в величине шага напряжения, или «всплеска», а скорее его скорости изменения.Симисторы указаны с высоким значением dv / dt на основных клеммах, другие вещи будучи равными, как правило, снижают вероятность такого нарушения работы.

Power Control

Диммирование симистора

Доступно несколько типов диммеров. В большинстве используются симисторные или тиристорные устройства. Их можно использовать для резистивных нагрузок, таких как лампы накаливания, холодный катод и другие источники света. Для других нагрузок обязательно прочтите примечание о реактивных нагрузках.

Простой электронный переключатель может быть построен на тиристоре. Тиристор также известен как кремниевый управляемый выпрямитель (SCR). Он состоит из 4 слоев, похожих на пару перекрестно соединенных транзисторов. Устройство имеет три вывода, один общий, один подключает нагрузку и один затвор. Устройство срабатывает, когда затвор выше порогового значения, и остается включенным (т. Е. Проводящим) до тех пор, пока не будет отключено питание анода.

Структура PNPN SCR

В типичной схеме диммера используется симистор для управления количеством электроэнергии, передаваемой нагрузке.Симистор — это, по сути, два тиристора (SCR), объединенных в один корпус. Полярность сигнала на затвор может быть как положительной, так и отрицательной.

Симисторы

в основном используются в качестве высокоскоростных сетевых выключателей. Триак с синхронизацией по фазе использует сигнал запуска сети, который необходимо согласовать с концом каждого полупериода сети, чтобы активировать «симисторный вентиль» в состоянии «включено» в определенной точке каждого цикла сети. Иногда это называют «стрельбой». Когда ток нагрузки пересекает нулевой порог, TRIAC отключается до тех пор, пока не сработает в следующем полупериоде.

Для обеспечения того, чтобы произошло срабатывание, обычно используется Diac, чтобы гарантировать внезапное повышение напряжения затвора симистора. Небольшой конденсатор (например, 10 нФ) может быть заряжен, и заряд сбрасывается через диак на симисторный вентиль при срабатывании. Скорость переключения симисторов очень высока, и они могут переключаться с полного выключения на полное включение, обычно за 1 мкс. Для высокой мощности важно, чтобы симистор срабатывал чисто при срабатывании триггера и быстро выключался в конце каждого цикла.

Пример схемы для выхода с открытым коллектором.

Диак представляет собой двухконтактное устройство, подобное транзистору без базы, и действует в основном как два диода, соединенных катодом с катодом. Он рассчитан на то, чтобы иметь определенное напряжение отключения, обычно около 30 вольт, и когда напряжение ниже этого значения применяется в любой полярности, устройство остается в состоянии высокого сопротивления с протеканием только небольшого тока утечки. Однако при достижении напряжения отключения при любой полярности устройство показывает отрицательное сопротивление.

После срабатывания симистор полагается на ток, протекающий через устройство, чтобы поддерживать его проводимость.Таким образом, симистор отключается в конце каждого сетевого цикла. Чем позже устройство запускается, тем позже оно начинает проводить цикл и, следовательно, меньше мощности передается на нагрузку.

Например, сигнал запуска для 20% выхода — это последние 20% каждого полупериода (положительная и отрицательная часть цикла). Сигнал запуска для 75% выхода — это последние 75% каждого полупериода (положительная и отрицательная часть цикла). Импульс запуска должен завершиться до конца полупериода, чтобы избежать неоднозначного срабатывания в следующем цикле.Таким образом, выходной сигнал состоит из частичных периодов сигнала сети частотой 50 Гц.

Управляющее напряжение, генерируемое контроллером (например, микрокомпьютером, который генерирует последовательность включения симистора), обычно оптически изолировано от импульса, который подается на затвор схемы диммера. Обычно для этого используется оптоизолятор, часто в виде однокристального драйвера OptoTriac.

Форма сигнала драйвера симистора для запуска 95% и 50%.

Для лампы накаливания с сетевым напряжением, которая обеспечивает резистивную (нереактивную) нагрузку, формы сигналов напряжения и тока практически идентичны.Отставание тока от напряжения для индуктивной нагрузки означает, что возможно, что ток через симистор не достигнет порогового уровня триггера до окончания триггерного импульса. Это приводит к неустойчивому режиму затемнения. Чтобы избежать этого, диммеры, предназначенные для использования с нагрузками трансформатора с проволочной обмоткой, используют «жесткую» технику зажигания (например, с использованием «импульсного» конденсатора). Это гарантирует, что запускающий импульс поддерживается в течение достаточно длительного периода времени, чтобы ток достигал порогового уровня устройства.

Цепи светорегулятора

на основе симистора прерывают синусоидальную волну сети, что приводит к быстрым изменениям напряжения и тока. Это приводит к помехам, которые могут достигать МГц, и влиять на другое сетевое оборудование. Для уменьшения этих помех следует использовать фильтр! Самая простая форма — это небольшой конденсатор (обычно от 20 до 47 нФ) в качестве демпфера, включенный параллельно цепи диммера и расположенный рядом со схемой управления. Обратите внимание, что этот конденсатор должен быть рассчитан на такое применение !!!

Твердотельные реле

Твердотельные реле представляют собой схему управления сетью в простом едином корпусе.Они производятся либо с включением при нулевом напряжении (подходит для переключения), либо с случайным включением, также известным как мгновенное (подходит для диммерных приложений). Они могут управляться как переменным, так и постоянным напряжением. Версия для переменного тока может использоваться для постоянного тока, которая использует только половину устройства.

Твердотельное реле Crydom D2410-10 доступно как с нулевым напряжением, так и с мгновенным / случайным переключением. Сетевая нагрузка подключается к клеммам 1,2, а управление применяется к клеммам 3 и 4.

Чем меньше размер микросхемы, тем ниже стоимость, но это также приводит к снижению производительности, так как уменьшается импульсный ток (или перегрузка), увеличивается рассеиваемая мощность и увеличивается тепловое сопротивление.

Типовая нагрузка

Типичной нагрузкой может быть свет театра / сцены. Самый простой из них — PAR64. PAR64 (или Par Can) — один из самых распространенных и наиболее полезных осветительных приборов, используемых сегодня для освещения сцен, студий и развлечений.Светильник легкий, простой по конструкции и конструкции. Кроме того, он экономичен в производстве и прост в обслуживании. Вольфрамовые галогенные лампы доступны в вариантах мощностью 500 Вт и 1000 Вт.

Эта лампа имеет диаметр линзы 8 дюймов и доступна с 4 различными вариантами распространения луча от очень узкого пятна (VNSP) до широкого потока (WFL). Форма луча PAR64 овальная (не круглая) и обычно выравнивается путем поворота патрона лампы на задней стороне прибора. В дополнение к овальному лучу, PAR64 часто обычно характеризуются «всплывающим» лучом с горячим «пробивным» центром.Они имеют мягкую внешнюю кромку луча и дают значительные широкие блики.

Из-за высокой степени бликов от этих светильников PAR64 обычно не используется для освещения, где требуется высокая степень контроля. Для таких приложений распространены другие конструкции приспособлений.

Управление программным обеспечением

Цифровое управление может использовать простой микроконтроллер для генерации сигнала Gate. Микроконтроллер должен сначала прочитать значение настройки диммера, например.грамм. через интерфейс DMX512 (где обычно контрольное значение представляет собой 8-битное число, где 0 — свет выключен, а 255 — полностью включен).

В этой конструкции будет использоваться блок пересечения нуля, чтобы определять, когда рабочий цикл от сети питания пересекает ноль, и включать лампу.

Подходящим алгоритмом может быть:

Преобразуйте значение света в значение счетчика программного цикла
(это может означать отображение значения с использованием таблицы поиска для установки определенного профиля).
Подождите, пока не будет обнаружено событие перехода через нуль на затемненной фазе сети.
Используйте счетчик программных циклов, чтобы подождать необходимое время (или инициализировать аппаратный таймер).
По завершении цикла (или прерывания от предустановленного таймера),
посылает импульс на вентиль TRIAC, чтобы запустить TRIAC для проведения.

Что нельзя затемнять

Лампа ПАР-36 с внутренним трансформатором 6 В и точечная лампа ПАР-36 30 Вт ВНСП.

Следует проявлять осторожность при поддержке индуктивной / емкостной нагрузки, такой как оборудование, включающее двигатель, трансформатор (например,грамм. точечная лампа PAR-36) или полупроводниковый преобразователь напряжения (например, светодиодная лампа). Перед подключением проверьте диммер и оборудование!

Также необходимо проявлять осторожность в отношении стробоскопов, люминесцентных ламп (например, УФ-ламп) и любых светильников с внутренней электроникой (интеллектуальные фонари, неоновые вывески, плазменные шашки и т. Д.).

Диммеры

Доступен ряд профессиональных устройств с входами 13A / 15A для Великобритании / Европы и одно- или трехфазными источниками питания 32A.

Реактивные нагрузки

Для лампы накаливания с сетевым напряжением, которая обеспечивает резистивную (нереактивную) нагрузку, формы сигналов напряжения и тока практически идентичны. Трансформатор, используемый с лампами низкого напряжения, имеет высокую индуктивность, а некоторые формы электронных «трансформаторов» обладают высокой емкостью. Следовательно, ток и напряжение не совпадают по фазе. Для трансформатора ток имеет тенденцию отставать от напряжения; это вызывает проблемы, когда цепь перехода через ноль запускается током, а не когда напряжение достигает нуля.Если ток упадет ниже порогового уровня, устройство выключится и перестанет проводить.

«Отставание» тока от напряжения для индуктивной нагрузки означает, что возможно, что ток через симистор не достигнет порогового уровня триггера до окончания триггерного импульса. Это приводит к неустойчивому режиму затемнения. Чтобы избежать этого, диммеры, предназначенные для использования с нагрузками трансформатора с проволочной обмоткой, используют «жесткую» технику зажигания (например, с использованием «импульсного» конденсатора). Это гарантирует, что запускающий импульс поддерживается в течение достаточно длительного периода времени, чтобы ток достигал порогового уровня устройства.

Альтернативой является использование серии импульсов за цикл, а не только одного за цикл, что приводит к сигналу широтно-импульсной модуляции, который прерывает форму волны. Это в принципе проще для TRIAC, требуя только полевого транзистора с изолированным затвором или BJT для включения и выключения тока в нагрузке. Формой сигнала, генерируемой схемой ШИМ или программным обеспечением. ШИМ может быть предпочтительнее для источников питания постоянного тока (таких как драйверы светодиодов) или для индуктивных нагрузок — последнее может быть затруднительно для запуска симистора в подходящее время и управления нагрузкой.Прерывание на 100-кратной скорости линии является обычным явлением. Для более высокоскоростной ШИМ может потребоваться специальное оборудование, входящее в стандартную комплектацию многих микроконтроллеров. Для схемы на основе ШИМ частотный спектр будет показывать гармоники частоты прерывания. В обоих случаях требуется фильтрация нижних частот для удаления высокочастотных гармоник и предотвращения чрезмерных радиопомех.

Прерванный сетевой сигнал с использованием сигнала ШИМ с рабочим циклом 25%. синий сигнал показывает эффект фильтрации прерванного сигнала (красный), что приводит к синусоиде, близкой к синусоиде.

Безопасность

Вы должны принимать все обычные меры предосторожности при работе с сетевым напряжением и большими токами. Если вы не знаете, что это такое, узнайте, прежде чем приближаться к этим цепям.

Поскольку контроллеры напрямую подключены к сети, вы должны убедиться, что никакая часть цепи не может быть затронута во время ее работы! Металлический ящик необходимо заземлить.

Убедитесь, что все дорожки на печатной плате достаточно продуманы, чтобы нести требуемый ток для максимальной нагрузки.Убедитесь, что между дорожками на печатной плате достаточно места для работы с сетевым напряжением.

Любой используемый дроссель должен выдерживать полный ток нагрузки без перегрева или насыщения. Используйте конденсаторы с подходящим номинальным напряжением. Убедитесь, что у симистора достаточно вентиляции, чтобы он не перегревался при полной нагрузке (симистор падает примерно на 1,5 В при нормальной работе, поэтому рассеивает некоторое количество тепла).

Разумно разместить быстродействующий предохранитель или автоматический выключатель последовательно с нагрузкой, чтобы он сработал, если нагрузка потребляет слишком большую мощность от линии.Предохранитель может защитить нагрузку и симистор.

Как и в резистивных нагрузках, предохранитель может защищать от перегрева реактивных нагрузок, например, если сердечник трансформатора достигает насыщения (что может быть вызвано небольшим смещением постоянного тока, вызванным схемой диммера, которая не выдает равную мощность в положительном и отрицательном циклах. Это обычное дело в простых конструкциях, предназначенных для резистивных нагрузок). Этот предохранитель также может спасти подключенные трансформаторы от перегорания!

См. Также:

Проф.Горри Фэрхерст, Школа инженерии, Университет Абердина, Шотландия. (2014)

Контроллер фазы переменного тока

с использованием TRIAC

Введение

контроллеры напряжения переменного тока ( контроллеры сетевого напряжения ) используются для изменения среднеквадратичного значения переменного напряжения, приложенного к цепи нагрузки, путем введения тиристоров между нагрузкой и источником переменного тока постоянного напряжения. Среднеквадратичное значение переменного напряжения, приложенного к цепи нагрузки, регулируется путем управления углом срабатывания тиристоров в схемах контроллера переменного напряжения.

Вкратце, контроллер переменного напряжения — это тип тиристорного преобразователя мощности, который используется для преобразования входного источника переменного тока с фиксированным напряжением и частотой для получения переменного выходного напряжения переменного напряжения. Среднеквадратичное значение выходного переменного напряжения и потока мощности переменного тока к нагрузке регулируется путем изменения (регулировки) угла срабатывания «α»

Рисунок 1. Блок-схема контроллера переменного напряжения

На практике используются два разных типа тиристорного управления для управления потоком переменного тока.

☞Контроль включения-выключения

☞Фазовый контроль

Это два метода управления выходным напряжением переменного тока.В технике двухпозиционного управления тиристоры используются в качестве переключателей для подключения цепи нагрузки к источнику переменного тока на несколько циклов входного источника переменного тока, а затем для его отключения на несколько циклов входа. Таким образом, тиристоры действуют как высокоскоростной контактор (или высокоскоростной переключатель переменного тока).

УПРАВЛЕНИЕ ФАЗАМИ

При фазовом управлении тиристоры используются в качестве переключателей для подключения цепи нагрузки к входному источнику переменного тока для части каждого входного цикла. То есть напряжение питания переменного тока прерывается с помощью тиристоров в течение части каждого входного цикла.

Тиристорный переключатель включается на часть каждого полупериода, так что входное напряжение питания появляется на нагрузке, а затем выключается в течение оставшейся части входного полупериода для отключения источника переменного тока от нагрузки.

Управляя фазовым углом или углом срабатывания ‘’ (угол задержки), можно управлять среднеквадратичным выходным напряжением на нагрузке.

Угол задержки запуска ‘α’ определяется как фазовый угол (значение t), при котором тиристор включается и начинает течь ток нагрузки.

Тиристорные контроллеры напряжения переменного тока используют коммутацию линии переменного тока или коммутацию фазы переменного тока. Тиристоры в контроллерах переменного напряжения имеют линейную коммутацию (фазовую коммутацию), поскольку входное питание — переменное. Когда входное переменное напряжение меняется на противоположное и становится отрицательным в течение отрицательного полупериода, ток, протекающий через проводящий тиристор, уменьшается и падает до нуля. Таким образом, тиристор включения естественным образом отключается, когда ток устройства падает до нуля.

Тиристоры с фазовым управлением, которые являются относительно недорогими, обычно используются тиристоры преобразовательного класса, которые медленнее, чем тиристоры инверторного класса с быстрым переключением.

Для приложений с частотой до 400 Гц, если доступны симисторы, соответствующие номинальным значениям напряжения и тока конкретного приложения, чаще используются симисторы.

Благодаря коммутации линии переменного тока или естественной коммутации нет необходимости в дополнительных схемах или компонентах коммутации, а схемы для контроллеров напряжения переменного тока очень просты.

Из-за природы выходных сигналов, анализ и вывод выражений для рабочих параметров непросты, особенно для контроллеров напряжения переменного тока с фазовым управлением с нагрузкой RL.Но, однако, большинство практических нагрузок относятся к типу RL, и, следовательно, нагрузку RL следует учитывать при анализе и проектировании схем контроллера переменного напряжения.

Контроллеры переменного напряжения подразделяются на два типа в зависимости от типа входного источника переменного тока, подаваемого в схему.

☞ Однофазные контроллеры переменного тока.

☞ Трехфазные контроллеры переменного тока.

Однофазные контроллеры переменного тока работают с однофазным напряжением питания переменного тока 230 В RMS при 50 Гц в нашей стране.Трехфазные контроллеры переменного тока работают от трехфазного источника переменного тока напряжением 400 В (среднеквадратичное значение) при частоте питания 50 Гц.

☞Управление освещением / освещением в цепях переменного тока.

☞Индукционный нагрев.

☞Промышленное отопление и бытовое отопление.

☞Переключение ответвлений трансформаторов (переключение ответвлений трансформатора под нагрузкой).

☞Управление скоростью асинхронных двигателей (управление однофазными и многофазными асинхронными двигателями переменного тока).

Магнитное управление

☞AC.

Лабораторный эксперимент

Цель

Для управления напряжением нагрузки переменного тока методом фазового регулирования с помощью TRIAC .

Необходимое оборудование

☞Тренировочный комплект — регулятор напряжения переменного тока -1 №

☞Патч-аккорды — достаточные номера

☞Загрузить а. Нагрузка лампы 100 Вт (или) Внешний реостат — 200 Ом / 2 А b. 120 мГн / 2A

☞CRO — 1 №

☞10: 1 Зонд CRO — 1 №

Принципиальная схема

Однофазный полностью управляемый преобразователь переменного тока с прямой нагрузкой

Мнемосхема

Процедура

Настройки CRO

☞Убедитесь, что источник питания 230 В соответствует тестеру.

☞Убедитесь, что CRO работает правильно с проверкой датчика и правильной осью линии заземления.

Шаги эксперимента

☞Подключения выполняются согласно приведенной выше принципиальной схеме.

☞ Нагрузка R должна быть лампочкой 60 Вт или реостатом на 200 Ом / 2 А. Нагрузка составляет 120 мГн / 2 А.

☞Если нагрузка — реостат, то он должен быть в максимальном положении.

☞ Включите SW2 для запуска импульса.

☞Включите SW1 и наблюдайте за формой сигнала на нагрузке.

☞Измерьте временной интервал по оси X: время включения напряжения нагрузки и время выключения напряжения нагрузки.

☞ Отрегулируйте значение угла открытия и запишите напряжение и ток нагрузки

☞Повторите шаг 6.

☞Повторите эксперимент для других значений  и запишите Vo.

Примечание. При неправильном подключении комплект будет поврежден. Выключайте комплект, когда он не используется.

Форма сигнала модели

Наблюдение

905 905 905 905

S.NO	Время выключения (мс)	Время включения (мс)	Альфа (α в градусах)	Vo (вольт) 1	4	6	72	66
2
3
5