Комутація напруги за допомогою симісторів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Годинники, таймери, реле, комутатори навантаження

 Коментарі до статті

У радіоаматорській практиці часто доводиться стикатися з проблемою комутації мережного змінного напруги. Раніше для включення і вимкнення мережного навантаження використовувалися електромагнітні реле, але як показав час - це не найнадійніший спосіб: контакти реле дуже схильні до зносу, особливо при використанні в ланцюгах змінного струму і особливо з індуктивним навантаженням. Тим більше, для включення потужних споживачів потрібні великогабаритні реле з суттєвим струмом в обмотці.

На щастя, сучасна елементна база дозволяє обійтись лише напівпровідниковими приладами, не використовуючи електромеханічні. Отже, різноманітні мережеві навантаження дуже зручно комутувати за допомогою симісторів. Ці напівпровідникові прилади дозволяють під дією потужностей, що управляють, порядку 40-50 мВт комутувати мережеве навантаження до десятків кіловат (залежно від типу приладу). Далі розглянемо найзручніші схемотехнічні рішення управління симисторами. Загальні принципи управління симістором приблизно такі ж, як і для звичайних тиристорів: якщо через керуючий електрод в катод тиристора протікає постійний струм величиною одиниці-десятки міліампер, то як тільки між анодом і катодом тиристора виникне різниця потенціалів близько 1.2-1.5В, він відкривається перебуває у відкритому стані доти, доки струм через нього не зменшиться практично до нуля (точніше до струму утримання).

Симистор відкрити трохи складніше, оскільки полярність керуючого напруги щодо " катода " (не з'єднаного з корпусом виведення) має бути такою самою, як і полярність напруги на аноді (корпусі) приладу. Отже, якщо симистор використовується для комутації змінної напруги, то керуючий пристрій повинен вміти видавати змінну керуючу напругу, що при використанні керуючих пристроїв на логічних ІМС досить проблематично. Один із варіантів вирішення цієї проблеми – використання оптрона. Струм через світлодіод оптрона може бути весь час одного і того ж напрямку, а напрям струму через фоторезистор змінюватиметься при кожному напівперіод мережевого напруги, забезпечуючи відкривання симістора. Якщо ж оптрон діодний чи транзисторний, їх треба використовувати два керувати одним симістором.

Рис.1. Управління симістором за допомогою оптрона

Не можу не згадати також про оптотиристори. В одному корпусі знаходиться тиристор та світлодіод. Але, на жаль, оптросимісторів чомусь не роблять, адже це фактично "буржуйське" твердотільне реле - ідеальний прилад для комутації напруги. Отже, використовуючи оптотиристор теж досить легко можна комутувати мережеву напругу (рис.2)

Рис.2. Комутація напруги з використанням оптотиристорів

Симистором можна керувати і імпульсами: керуюча напруга присутня на керуючому електроді тільки 5-50 мкс, в момент початку зростання мережної напруги після проходження через 0. Більш того, змінюючи тимчасове положення керуючого імпульсу в межах 0-10 мс щодо початку кожного напівперіоду можна регулювати потужність , що віддається у навантаження в межах від 100 до 0 відсотків. Імпульсне управління дозволяє зробити пристрій управління більш економічним, а застосування при цьому ще й імпульсних трансформаторів дозволить гальванічно розв'язати мережу і пристрій управління. Застосування трансформаторів має ще одну перевагу: за рахунок кидків самоіндукції під дією однополярного імпульсу формується короткий пакет різнополярних, що швидко загасають, природно, коливань, що легко відкривають будь-який симистор. Якщо пристрій, що конструюється, не призначений для регулювання потужності, а повинен тільки включати/вимикати мережеве навантаження, то керуючі імпульси можна і не синхронізувати з проходженням напруги через 0.

Достатньо лише подавати їх на керуючий електрод симістора з досить високою частотою, щоб за найнесприятливіших умов напруга на закритому симісторі не встигала вирости більш ніж до кількох вольт до приходу керуючого імпульсу. При такому способі управління, як не дивно, рівень перешкод наведених у мережу значно менше, ніж при синхронізованому управлінні. Практична схема ключа напруги, де використаний описаний вище принцип подано на рис.3.

Рис.3. Принципова схема симісторного вимикача з імпульсним керуванням

Трансформатор T1 виконується на феритовому кільці 1000-2000 НМ розміром К10Х6Х4 і містить дві однакові обмотки приблизно 50 витків кожна. Провід для намотування в емалевій ізоляції діаметром 0,1-0,2 мм. Взаємна ізоляція обмоток дуже ретельна! Фазування обмоток байдуже, оскільки завдяки діоду VD2 на вторинній обмотці наводяться різнополярні імпульси. Підбираючи резистор R2 регулюють тривалість імпульсу, що управляє. Чим вона менша, тим менше струм споживання керуючого пристрою, але при дуже короткому імпульсі не всі тиристори встигають відкриватися, тому, якщо потрібна підвищена економічність, R2 доведеться підбирати на межі чіткого відкривання симістора. Можна досягти зниження споживаного системою управління струму менше 10 мА, що дуже зручно у разі застосування джерел живлення з ємнісним баластом.

Використовуючи показану на рис.3 схему керування мережевим навантаженням можна включати і за допомогою пари звичайних тиристорів, треба тільки трансформатор доповнити ще однією такою ж обмоткою, а симистор замінити тиристорами, як на рис.4. Можна також застосувати один тиристор, але включити його до діагоналі діодного мосту відповідної потужності.

Рис.4. Заміна симістора

Зараз для радіоаматорів стали доступні багато електронних компонентів закордонного виробництва. Є серед них і симістори, які чудово підходять для включення/вимкнення мережевих навантажень. Найбільш доступними та поширеними на сьогодні є симистор (triacs) виробництва Philips типів BT134-500 та BT136-500. Ці прилади виконані в пластмасових корпусах: BT134 - як транзисторів КТ815, але без отвору, а BT136 - як у транзисторів КТ805, з фланцем кріплення.

За даними продавців BT134 розрахований на струм 6А, а BT136 - 12А, але на багатьох сайтах можна побачити, що обидва симістори розраховані на силу струму не більше 4А і витримують напругу 500 В у закритому стані. На жаль, автор не зміг переглянути документацію з сайту Philips, тому що там усі документи PDF, а переглядача для останніх версій під ДОС немає. Відмінною особливістю названих симісторів є не так їх малі розміри (такі ж корпуси мають вітчизняні ТС106-10-... у пластмасі), скільки спосіб керування ними: ці симістори відкриваються керуючою напругою негативною по відношенню до "катода" полярності при будь-якому напрямку струму через симистор. А це дозволяє відмовитися від застосування оптронів та узгоджувальних імпульсних трансформаторів.

Практична схема вимикача разом із конденсаторним блоком живлення показана на рис.5.

Рис.5. Принципова схема вимикача з використанням імпортних симісторів

Струм споживання пристрою управління в "вимкненому" стані - 1.2 мА, а у "включеному" - 5 мА, що дозволило застосувати в блоці живлення зовсім маленький конденсатор 0,2 мкФ 400 В. Пристрій (рис.5) - це фактично основа для багатьох електронних пристроїв, адже на трьох вільних логічних елементах DD1 можна зібрати багато цікавих речей. На рис. 6(a) показана схема мигалки, 6(b) - фотореле, 6(с) - автомата для включення/вимкнення насоса при дотику сенсора E1 поверхні води, 6(d) - реле часу. Досить неважко продати сенсорний вимикач (рис.7).

Рис.6. Конструкції на логічних елементах ІМС К561ТЛ1

Рис.7. Принципова схема сенсорного вимикача

Правда, при побудові на логічних елементах генераторів, при використанні світлової індикації струм, що споживається, може зрости, і тоді ємність С1 доведеться збільшувати. Необхідну ємність підібрати досить просто: у всіх робочих режимах пристрою вимірюють струм через стабілітрон, він повинен бути не менше ніж 1-2 мА і не більше 30 мА. Найчастіше ємність С1 використовується 0.47 чи 0.68 мкФ*400В. Потужність навантаження, що комутується пристроями, розглянутими в цій статті, залежить тільки від типу симистора (тиристорів) та товщини проводів :-) див. таблицю 1.

Таблиця 1. Допустима потужність навантаження для різних типів симісторів та тиристорів

У таблиці також дано орієнтовні розміри тепловідведення. Взагалі, враховуючи падіння напруги на відкритому симісторі, яке дорівнює приблизно 1 В, можна вважати, що потужність, що розсіюється на симістор чисельно дорівнює струму, що проходить через нього. Для розсіювання такої потужності потрібен тепловідведення такої ж площі, як квадратна пластина, зі стороною, чисельно рівною в сантиметрах потужності, що розсіюється. У статті не наводяться дані та схеми щодо використання симісторів КУ208Г. Це не випадково, оскільки ці симістори показали себе з найгіршого боку і надійно не працювали в жодному пристрої.

Багато зразків КУ208Г різних років випусків мали неприпустимо великий струм у закритому стані, і після тривалого перебування під напругою саме у закритому стані сильно розігрівалися і наставав пробою. Може їх якось особливо включати треба?

Вважаю своїм обов'язком також нагадати радіоаматорам про електробезпеку, тому що багато наведених схем мають гальванічну зв'язок з мережею! Не випробовуйте долю і відключайте від мережі пристрою, перш ніж лізти в них з паяльником.

література

1. Замятін В. Тиристори // На допомогу радіоаматору: Збірник. Вип. 110 с. 49
2. semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/BT134_SERIES_1.pdf

Автор: Андрій Шарий

Дивіться інші статті розділу Годинники, таймери, реле, комутатори навантаження.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі 01.05.2024

Все частіше ми чуємо про збільшення кількості космічного сміття, що оточує нашу планету. Однак не тільки активні супутники та космічні апарати сприяють цій проблемі, а й уламки старих місій. Зростання кількості супутників, які запускає компанії, як SpaceX, створює не тільки можливості для розвитку інтернету, але й серйозні загрози для космічної безпеки. Експерти тепер звертають увагу на потенційні наслідки для магнітного поля Землі. Доктор Джонатан Макдауелл з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики підкреслює, що компанії стрімко розвертають супутникові констеляції, і кількість супутників може зрости до 100 000 наступного десятиліття. Швидкий розвиток цих космічних армад супутників може призвести до забруднення плазмового середовища Землі небезпечними уламками та загрози стійкості магнітосфери. Металеві уламки від використаних ракет можуть порушити іоносферу та магнітосферу. Обидві ці системи відіграють ключову роль у захисті атмосфери і підтримують ...>>

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Випадкова новина з Архіву Найбільший динозавр Європи 11.07.2011 Останки великого динозавра знайдено у піщаному кар'єрі у департаменті Шаранта на заході Франції. Весь ящір мав довжину 35 метрів та важив близько 40 тонн. Він був рослиноїдним. Крім того, виявлено понад 400 кісткових фрагментів інших динозаврів, крокодилів, риб та черепах, які мешкали в цьому районі 130-135 мільйонів років тому.

Інші цікаві новини:

▪ Електропровідні бактерії

▪ Автономний автомобіль перетворює водія на інструктора

▪ Поліпшення електромобілів Tesla

▪ Швидкий SSD SanDisk з інтерфейсом USB 3.1 Type-C

▪ Гори ростуть у теплому кліматі

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Ефектні фокуси та їх розгадки. Добірка статей

▪ стаття Запис одразу кількох телевізійних каналів. Мистецтво відео

▪ стаття Чому ми втомлюємося? Детальна відповідь

▪ стаття Манікюрниця. Посадова інструкція

▪ стаття Охорона квартири із оповіщенням по телефонній лінії. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Маленькі секрети акумуляторного ліхтарика Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024