Блок регулювання великих випрямлених струмів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Регулятори струму, напруги, потужності

 Коментарі до статті

Випробувана часом схема регулювання струму потужних споживачів відрізняється простотою в налагодженні, надійністю в експлуатації та широкими споживчими можливостями. Вона добре підходить для керування режимом зварювання, пуско-зарядних пристроїв і потужних вузлів автоматики.

При живленні потужних навантажень постійним струмом часто застосовується схема (рис.1) випрямляча чотирьох силових вентилях.

Змінна напруга підводиться до однієї діагоналі "моста", вихідна постійна (пульсуюча) напруга знімається з іншої діагоналі. У кожному напівперіоді працює одна пара діодів (VD1-VD4 або VD2-VD3). Ця властивість випрямного "моста" суттєво: сумарна величина випрямленого струму може досягати подвоєної величини граничного струму для кожного діода.

Гранична напруга діода не повинна бути нижчою за амплітудну вхідну напругу. Оскільки клас напруги силових вентилів сягає чотирнадцятого (1400 В), з цим для побутової електромережі проблем немає. Існуючий запас по зворотному напрузі дозволяє використовувати вентилі з деяким перегріванням, з малими радіаторами (не зловживати!).

Увага! Силові діоди з маркуванням "В" проводять струм, "подібно" до діодів Д226 (від гнучкого виведення до корпусу), діоди з маркуванням "ВЛ" - від корпусу до гнучкого виведення.

Використання вентилів різної провідності дозволяє виконати монтаж лише на двох подвійних радіаторах. Якщо ж з корпусом пристрою з'єднати "корпуси" вентилів "ПЛ" (вихід "мінус"), то залишиться ізолювати лише один радіатор, на якому встановлені діоди з маркуванням "В".

Така схема проста в монтажі та "налагодженні", але виникають труднощі, якщо доводиться регулювати струм навантаження. Якщо зі зварювальним процесом все зрозуміло (приєднувати "баласт"), то з пусковим пристроєм виникають величезні проблеми. Після пуску двигуна величезний струм не потрібен і шкідливий, тому необхідно його швидко відключити, оскільки кожне зволікання скорочує термін служби батареї (нерідко вибухають батареї!).

Дуже зручна для практичного виконання схема, показана на рис.2, в якій функції регулювання струму виконують тиристори VS1, VS2, в цей випрямний міст включені силові вентилі VD1, VD2.

Монтаж полегшується тим, що кожна пара діод-тиристор кріпиться на своєму радіаторі. Радіатори можна застосувати стандартні (промислове виготовлення). Інший шлях - самостійне виготовлення радіаторів із міді, алюмінію завтовшки понад 10 мм. Для підбору розмірів радіаторів необхідно зібрати макет пристрою і поганяти його у важкому режимі. Непогано, якщо після 15-хвилинного навантаження корпусу тиристорів і діодів не "випалюватимуть" руку (напругу в цей момент відключити!). Корпус пристрою необхідно виконати так, щоб забезпечити хорошу циркуляцію нагрітого пристроєм повітря. Не завадить установка вентилятора, який допомагає проганяти повітря знизу вгору. Зручні вентилятори, що встановлюються у стійках з комп'ютерними платами або "радянських" гральних автоматах.

Можливе виконання схеми регульованого випрямляча повністю на тиристорах (рис.3). Нижня (за схемою) пара тиристорів VS3, VS4 запускається імпульсами блоку управління.

Імпульси приходять одночасно на електроди, що управляють, обох тиристорів. Така побудова схеми "дисонує" з принципами надійності, але час підтвердив працездатність схеми ("спалити" тиристори побутова мережа не може, оскільки вони витримують імпульсний струм 1600 А).

Тиристор VS1 (VS2) включений як діод - при позитивному напрузі на аноді тиристора через діод VD1 (або VD2) і резистор R1 (або R2) на керуючий електрод тиристора буде поданий струм, що відпирає. Вже при напрузі кілька вольт тиристор відкриється і до закінчення напівхвилі струму проводитиме струм. Другий тиристор, на аноді якого була негативна напруга, не запускатиметься (це й не потрібно). На тиристори VS3 і VS4 зі схеми керування надходить імпульс струму. Величина середнього струму в навантаженні залежить від моментів відкривання тиристорів - чим раніше приходить відкриваючий імпульс, тим більшу частину періоду відповідний тиристор буде відкритий. Відкриття тиристорів VS1, VS2 через резистори дещо "притупляє" схему: при низьких вхідних напругах кут відкритого стану тиристорів виявляється малим - у навантаження проходить помітно менший струм, ніж у схемі з діодами (рис.2). Таким чином, дана схема цілком придатна для регулювання зварювального струму по "вторинці" і випрямлення напруги, де втрата декількох вольт несуттєва.

Ефективно використовувати тиристорний міст для регулювання струму в широкому діапазоні напруги живлення дозволяє схема, показана на рис.4.

Пристрій складається з трьох блоків:

• силового;
• схеми фазоімпульсного регулювання;
• двограничного вольтметра.

Трансформатор Т1 потужністю 20 Вт забезпечує живлення блоку управління тиристорами VS3 та VS4 та відкривання "діодів" VS1 і VS2. Відкриття тиристорів зовнішнім блоком живлення ефективно при низькій (автомобільній) напрузі в силовому ланцюзі, а також при живленні індуктивного навантаження. Відкриваючі імпульси струму з 5-вольтових обмоток трансформатора підводяться в протифазі до керуючих електродів VS1, VS2. Діоди VD1, VD2 пропускають до електродів, що управляють, тільки позитивні напівхвилі струму. Якщо фазування імпульсів "підходить", то тиристорний випрямний міст буде працювати, інакше струму в навантаженні не буде.

Цей недолік схеми легко усунемо: достатньо повернути навпаки мережеву вилку живлення Т1 (і позначити фарбою, як потрібно підключати вилки та клеми пристроїв до мережі змінного струму). При використанні схеми в пуско-зарядному пристрої помітно збільшення струму, що віддається в порівнянні зі схемою рис.3.

Дуже вигідна наявність слаботочного ланцюга (мережевого трансформатора Т1). Розрив струму вимикачем S1 повністю знеструмлює навантаження. Таким чином, перервати пусковий струм можна маленьким кінцевим вимикачем, автоматичним вимикачем або слаботочним реле (додавши вузол автоматичного відключення). Це дуже суттєвий момент, оскільки розривати сильноточні ланцюги, що вимагають проходження струму хорошого контакту, набагато важче. Ми не випадково згадали про фазування трансформатора Т1. Якби регулятор струму був "вбудований" у зарядно-пусковий пристрій або в схему зварювального апарата, то проблема фазування була б вирішена в момент налагодження основного пристрою.

Наш пристрій спеціально виконаний широкопрофільним (як користування пусковим пристроєм визначається сезоном року, так і зварювальні роботи доводиться вести нерегулярно). Доводиться керувати режимом роботи потужної електродрилі та живити ніхромові обігрівачі.

На рис.5 показано схему блоку управління тиристорами. Випрямляючий місток VD1 подає в схему пульсуючу напругу від 0 до 20 Ст.

Ця напруга через діод VD2 підводиться до конденсатора С1 забезпечується постійна напруга живлення потужного транзисторного "ключа" на VT2, VT3.

Пульсуюча напруга через резистор R1 підводиться до паралельно з'єднаних резистори R2 і стабілітрону VD6. Резистор "прив'язує" потенціал точки "А" (рис.6) до нульового, а стабілітрон обмежує вершини імпульсів на рівні порога стабілізації. Обмежені імпульси напруги заряджають конденсатор С2 живлення мікросхеми DD1. Ці імпульси напруги впливають на вхід логічного елемента. При деякому порозі напруги логічний елемент перемикається. З урахуванням інвертування сигналу на виході логічного елемента (точка "В") імпульси напруги будуть короткочасними близько моменту вхідної нульової напруги.

Наступний елемент логіки інвертує напругу "В", тому імпульси напруги "С" мають значно більшу тривалість. Поки діє імпульс напруги "З", через резистори R3 та R4 відбувається заряд конденсатора C3.

Експонентно наростаюча напруга в точці "Е", в момент переходу через логічний поріг, "перемикає" логічний елемент. Після інвертування другим логічним елементом високій вхідній напругі точки "Е" відповідає висока логічна напруга в точці "F".

Двом різним величинам опору R4 відповідають дві осцилограми в точці "Е":

• менший опір R4 - більша крутість - Е1;
• більший опір R4 - менша крутість - Е2.

Слід звернути увагу також живлення бази транзистора VT1 сигналом "В, під час зниження вхідної напруги до нуля транзистор VT1 відкривається до насичення, колекторний перехід транзистора розряджає конденсатор С3 (підготовка до зарядки в наступному напівперіоді напруги).

Таким чином, логічний високий рівень з'являється у точці "F" раніше чи пізніше, залежно від опору R4:

• менший опір R4 – раніше з'являється імпульс – F1;
• більший опір R4 - пізніше утворюється імпульс - F2.

Підсилювач на транзисторах VT2 та VT3 "повторює" логічні сигнали точка "G". Осцилограми в цій точці повторюють F1 і F2, але величина напруги досягає 20 В. Через роздільні діоди VD4, VD5 і обмежувальні резистори R9 R10 імпульси струму впливають на електроди тиристорів VS3 VS4 (рис.4).

Один із тиристорів відкривається, і на вихід блоку проходить імпульс випрямленої напруги. Найменшому значенню опору R4 відповідає більша частина напівперіоду синусоїди - Н1, більшому - менша частина напівперіоду синусоїди - Н2 (рис.4). Наприкінці напівперіоду струм припиняється і всі тиристори закриваються.

Таким чином, різним величинам опору R4 відповідає різна тривалість "відрізків" синусоїдальної напруги на навантаженні. Вихідну потужність можна регулювати майже від 0 до 100%. Стабільність роботи пристрою визначається застосуванням "логіки" - пороги перемикання елементів є стабільними.

Якщо помилок у монтажі немає, пристрій працює стабільно. При заміні конденсатора С3 буде потрібно підбір резисторів R3 і R4. Заміна тиристорів у силовому блоці може вимагати підбору R9, R10 (буває, навіть силові тиристори одного типу різко відрізняються за струмами включення – доводиться менш чутливий відбраковувати).

Вимірювати напругу на навантаженні можна щоразу "відповідним" вольтметром. Виходячи з мобільності та універсальності блоку регулювання, ми застосували автоматичний двограничний вольтметр (рис.7).

Вимірювання напруги до 30 В здійснюється головкою PV1 типу М269 з додатковим опором R2 (регулюється відхилення на всю шкалу при 30 В вхідної напруги). Конденсатор С1 необхідний згладжування напруги, що підводиться до вольтметру.

Для "загрублення" шкали в 10 разів служить решта схеми. Через лампу розжарювання (бареттер) HL3 та підстроювальний резистор R3 запитується лампа розжарювання оптопари U1, стабілітрон VD1 захищає вхід оптрона. Велика вхідна напруга призводить до зниження опору резистора оптопари від мегаом до кіло, транзистор VT1 відкривається, реле К1 спрацьовує. Контакти реле при цьому виконують дві функції: розмикають опір підлаштування R1 - схема вольтметра перемикається на високовольтну межу; замість зеленого світлодіода HL2 вмикається червоний світлодіод HL1.

Червоний, більш помітний колір спеціально обраний для шкали великої напруги.

Увага! Підстроювання R1 (шкала 0...300) здійснюється після підстроювання R2.

Живлення до схеми вольтметра взято з блоку керування тиристорами. Розв'язка від вимірюваної напруги здійснена за допомогою оптрона. Поріг перемикання оптрона можна встановити трохи вище 30 В, що полегшить підстроювання шкал.

Діод VD2 необхідний захисту транзистора від сплесків напруги у момент знеструмлення реле. Автоматичне перемикання шкал вольтметра виправдане при використанні блоку живлення різних навантажень.

Нумерація висновків оптрона не дано: за допомогою тестера неважко розрізнити вхідні та вихідні висновки. Опір лампи оптрона дорівнює сотням, а фоторезистора - мегаом (у момент вимірювання лампа не запитана).

На рис.8 показаний вид зверху (кришка знята). VS1 та VS2 встановлені на загальному радіаторі, VS3 та VS4 - на окремих радіаторах. Різьблення на радіаторах довелося нарізати під тиристори. Гнучкі висновки силових тиристорів обрізані, монтаж здійснено тоншим дротом.

На рис.9 показаний вид на лицьову панель пристрою.

Зліва розташована ручка регулювання струму навантаження, справа – шкала вольтметра. Біля шкали закріплені світлодіоди, верхній (червоний) розташований біля напису "300 В". Клеми пристрою не дуже потужні, оскільки застосовується воно для зварювання тонких деталей, де дуже важлива точність підтримки режиму. Час пуску двигуна невеликий, тому ресурсу клемних з'єднань вистачає.

Верхня кришка кріпиться до нижньої із зазором у пару сантиметрів для забезпечення кращої циркуляції повітря.

Пристрій легко піддається модернізації. Так, для автоматизації режиму запуску двигуна автомобіля не потрібні додаткові деталі (рис.10).

Необхідно між точками D і E блоку управління включити нормально замкнуту контактну групу реле К1 зі схеми двограничного вольтметра.

Якщо перебудовою R3 не вдасться довести поріг перемикання вольтметра до 12...13 В, доведеться замінити лампу HL3 потужнішою (замість 10 встановити 15 Вт). Пускові пристрої промислового виготовлення налаштовуються на поріг включення навіть 9 ст.

Ми рекомендуємо налаштовувати поріг перемикання пристрою на більш високу напругу, оскільки ще до включення стартера акумулятор підживлюється струмом (до рівня перемикання). Тепер пуск проводиться трохи "зарядженим" акумулятором разом із автоматичним пусковим пристроєм.

У міру збільшення бортової напруги автоматика "закриває" подачу струму від пускового пристрою, при повторних пусках у потрібні моменти підживлення відновлюється. Наявний у пристрої регулятор струму (шпаруватості випрямлених імпульсів) дозволяє обмежити величину пускового струму.

Автори: Н.П. Горейко, В.С. Стовпець

Дивіться інші статті розділу Регулятори струму, напруги, потужності.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

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. ...>>

Випадкова новина з Архіву Сліди ісландських вивержень 22.03.2012 Геологи університету англійського міста Лідса вивчили земні пласти Північної Європи, розшукуючи там відкладення вулканічного попелу з вогнедишних гір Ісландії. За 7000 років на територію сучасної Німеччини цей попіл залітав 11 разів, Англії – 14 разів, Скандинавії – 38 разів. У середньому за останні 1000 років виверження в Ісландії відбувалися із частотою один раз на 56 років.

Інші цікаві новини:

▪ Пастка для комарів

▪ Камера, що працює як сітківка людського ока

▪ Агросеквестрація для подолання кліматичної кризи

▪ Попіл чистить воду

▪ Промислові датчики CMOS від Canon із функцією глобального затвора

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Побутові електроприлади. Добірка статей

▪ стаття Павлов Іван Петрович. Знамениті афоризми

▪ стаття Як з'явилися перші лампи? Детальна відповідь

▪ стаття Завідувач загального відділу адміністрації міста. Посадова інструкція

▪ стаття AC Sven HP-830B з двосмуговими УМЗЧ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Займиста вода. Секрет фокусу

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