Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ПРЕДГОВОР
Тиристорите представляват мощни полупроводникови ключове с голяма скорост на прсвключване. Те могат да работят при аа- прежения до няколко стотици волтове и токове до десетки и стотици ампери. Поради това тиристорите намират многобройни приложения в промишлеността и за любителски цели, като например за регулиране на силата на светенс на електрически лампи, честотата на въртене на електродвигатели, тока през нагреватели и за управление на различии системи за сигнализация.
Настоящата книга е предназначена както за радиолюбители, така и за студенти и инженери. Поради това най-напред са раз» гледани основните лараметри и характеристики на триодните ти- ристори и симетричните триодни тиристори, след което се разглеж- дат 110 разнообразии практически схеми, реализирани с тези прибори — от прости електронни схеми за сигнализация до сложни схеми за автоматично поддържане на темнературата. Всички тези схеми са проектирани, реализирани и изцяло изследвани от автора. В някои от тях са използувани модерни схемни решения, конто могат да представляват определен интерес за специалистите. Принципы1 на действие на всяка схема е обяснен накратко, но достатъчно ясно, а където е необходимо, са дадени сведения и за конструктивного оформление.
Всички схеми са реализирани с елементи, намиращи се на па- зара, като полупроводниковитс прибори са американско производство. В случайте, когато за мрежови напрежения 120 и 240 V се използуват различии схемни елементи, стойностите на елемен- тите или означенията на приборите за напрежение 240 V са дадени в скоби. В приложение 1 е дадено разположението на изводите на използуваните полупроводникови прибори. Всички използувани резистори, освен специално означените, са с мощност 0,5 W.
Р. М. М а р с т ъ н
Глава
ОСНОВНИ ПРИНЦИПИ И СХЕМИ
Обикновениге и симетричните тиристори са мощни превключ- ватели с голяма скорост на превключване. Те представляват по- лупроводникови прибори, работещи с напрежения до няколко сто- тици волта и токове до десетки и стотици ампери. Тиристорите могат да се използуват за заместване на обикновените механични ключове и релета в различии постоянвотокови и променливотоко- ви системи за регулиране на мощности, както и за улравляване на електрически лампи, електродвигатели, нагреватели и системи за сигнализация. Тиристорите намират многобройни приложения в промишлеността и бита.
В тази глава са разгледани основните параметри на тиристори- тс и са дадени някои основни схеми за тяхното използуване, конто изясняват принципите на действието им.
ОСНОВНИ СВЕДЕНИЯ ЗА ТИРИСТОРИТЕ
Тиристорът (управляемият изправител) представлява четири- слоен полупроводников силициев PNPN прибор, чието символично означение е показано на фиг. 1.1а. Трябва да се подчертае, че символичното означение на тиристора е подобно на означение- то на полупроводниковия диод, като е прибавен допълнителен извод, наречен „управляващ електрод". Тиристорът може да бъ- де използуван като ключ или като силициев изправител в зависимост от това, дали на управляващия електрод е подаден или не сигнал.
На фиг. 1.1 б е показана транзисторната еквивалентна схема на тиристор. Особено съществено е, че тя представлява двутранзисторен регенеративен ключ с PNP и NPN транзистор. Както се вижда от схемата, колекторният ток на NPN транзистора Тх се подава не- посредствено в базата на PNP транзистора Тг, а колекторният ток ^ се подава в базата на Tv Еквивалентната схема е много полезна при обясняването на действието и характеристиките на тиристора.
На фиг. 1.1 в е показана основната схема за използуване на тиристора като постояннотоков ключ. Товарът е свързан последо- вателно в анодната верига на тиристора, а захранващото напре-
жепие е подадено така, че анодът да бъде с положително напре- женис снрямо катода. Управляващият електрод е свързан към положителната клема на захранващото напрежение през резистора RT и бутона Ка.
УПРАВЛЯВ»!! ЕЛЕКТРОДУПРАВЛЯВ»!! ЕЛЕКТРОДКАТОДКАТОДR, (ИЗКЛR, (ИЗКЛа (ВКЛ)а (ВКЛ)ХПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОДХПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОДФиг. 1.1:а) Символично означение па тиристорб) Транзисторна еювиваленпк схема на тиристорв) Осиовна схема за използуване на тиристора като иостояннотоков ключФиг. 1.1:а) Символично означение па тиристорб) Транзисторна еювиваленпк схема на тиристорв) Осиовна схема за използуване на тиристора като иостояннотоков ключ
УПРАВЛЯВ»!! ЕЛЕКТРОД
УПРАВЛЯВ»!! ЕЛЕКТРОД
КАТОД
КАТОД
R, (ИЗКЛ
R, (ИЗКЛ
а (ВКЛ)
а (ВКЛ)
ХПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
ХПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
Фиг. 1.1:
а) Символично означение па тиристор
б) Транзисторна еювиваленпк схема на тиристор
в) Осиовна схема за използуване на тиристора като иостояннотоков ключ
Фиг. 1.1:
а) Символично означение па тиристор
б) Транзисторна еювиваленпк схема на тиристор
в) Осиовна схема за използуване на тиристора като иостояннотоков ключ
Действието на тиристора се обяснява въз основа на схемите от фиг. 1.1 б и 1.1 в по следния начин.
При първоначално подаване на тиристора на захранващо напрежение (чрез затваряне на ключа Ki на фиг. 1.1 в) той е запушен и действува (между анода и катода) като отворен ключ. От фиг. 1.1 б се вижда, че този начин на действие се обяснява с факта, че базата на транзистора Tt е евързана към неговия емитер посредством Rx и R2. В резултат на това 7\ е запушен и в колектор.чата му верига протича незначителен обратен ток, който е и базов ток на Т^. Поради това Т2 също е запушен й пропуска незначителен ток през базата на Tv Следователчо двата транзистора са запушени и от анода към катода на тиристора протича само малък обратен ток.
Тиристорът може да бъде отпушен и да започне работа като обикиовен силициев токоизправителен диод чрез пропускане на ток през управляващия електрод, което на схемата от фиг. 1.1 в се получава при затваряче на бутона К^. Протичането на ток през управляващия електрод предизвиква възчикването на регенеративен процес, в резултат на който тиристорът включва много бър- зо и от анода към катода протича ток. В този случай, както и при обикновен силициев изправител, постояннотоковият пад на напрежение между анода и катода е 1—2 V. Наличието на регенеративен процес може лесно да бъде обяснено чрез фиг. 1.1 б.
Когато управляващият електрод стаче положителен по отношение на катода, през R2 и през RL и емитерния преход на 7\
протича управляващ ток. При достатъчно голям управляващ ток транзисторът Тх се отпушва и колекторният му ток протича през базата на Та. Този ток се усилва от Г2 и се връща в базата на ТХ1 където отново се усилва и връща към Т2. Настъпва регенеративен процес, в резултат на който двата транзистора бързо се насищат. Напрежението на насищане анод.— катод е равно на су- мата от напрежението на насищане колектор — емитер на Т, и напрежението на отпушения емитерен преход на 7\. Типичната стой- ност на напрежението на насищане е от 1 до 2 V. Времето на включване на съвременните тиристори е няколко микросекунди.
След като тиристорът включи и през пего започне да тече ток в права посока, управляващият електрод губи своего управля- ващо действие и тиристорът остава включен дори ако управляващият ток стане равен на нула. Следователно за включването на тиристора е необходим само къс положителен импулс. Между управляващия електрод и анода на прибора съществува значителен коефициент на усилване по ток, така че голсми мощности във външния товар могат да бъдат управлявани с малки мощности в управляващия електрод.
Този извод може лесно да бъде направсн от фиг. 1.1 б. Зада започне рсгенеративният процес, трябва да се пропусне малък ток през Rx в базата па Tv Но след като процесът вече е започнал, необходимият базов ток на насищане на Тх се осигурява от ко- лектора на 72, така че приборът остава в това състояние дори ако напрежението на управляващия електрод се премахне. Рези- сторът Rx осигурява протичането на базовия ток на Тх дори ако управляващият електрод и катодът се свържат накъсо или на управляващия електрод се подаде отрицателно папрежение по отношение иа катода. Това означава, че след като тиристорът се е включил, управляващият електрод губи управляващите си свойства.
Транзисторите Тг и Г2 са свързани така, чс образу ват верига на положителна обратна връзка, косфициентът на усилване в коя- то е равен на произведението от коефициентите на усилване на двата транзистора. Типичната стойност на косфициента на усилване по ток между управляващия електрод и анода е около 1000. Това означава, че за получаванс на аноден ток от порядъка "на ампери е необходим управляващ ток от порядъка на милиампери. Волт-амперната характеристика на управляващия електрод на тиристора е нелинейна и подобна на волт-амперната характеристика на емитерния преход на обикновен силициев транзистор (както се вижда от фиг. 1.1 б). Поради това за включване на тиристора е необходимо на управляващия електрод да се подаде папрежение около 1 V по отношение на катода. Тъй като тиристорът може
да се използува за превключване на напрежения до няколко сто- тици волтове, коефициентът му на усилване по напрежение е голям. В резултат се получава извънредно голям коефициент на усилване по мощност (произведение на коефициентите на усилване по ток и по напрежение), което позволява в анодната верига на тиристорите да се управляват мощности от порядъка на кило- вати с помощта на мощности в управляващия електрод от порядъка на миливати.
След включването на тиристора той може да бъде изключен чрез намаляване за момент на анодния ток до 0 или по-точно под определена стойност, наречена ток на изключване. Тъй като изключването на тиристора се получава при намаляване на тока под критичната стойност, то при променливотокови схеми ще се получава автоматично изключване в края на всеки полупериод, когато токът рриближава към 0. Фактът, че изключването настъп- ва под дадена критична стойност на анодния ток, а не при 0, се обяснява с това, че при намаляване на тока коефициентите на усилване на двата транзистора от фиг. 1.1 б намаляват и изключване настъпва при тази стойност на анодния ток, при конто су- мата от коефициентите на усилване на двата транзистора намаля- ва под 1. Типичната стойност на тока на изключване е от порядъка на няколко милиампера.
Между анода и управляващия електрод на тиристора съ- ществува вътрешен паразитен капацитет. Следователно при рязко нарастване на анодного напрежение част от него ще се прехвър- ли през капацитета в управляващия електрод, което ще предиз- вика включването на тиристора. Това явление се нарича ефект на бързо нарастване на анодного напрежение и може да настъпи при преходни процеси по линията на захранващото напрежение (понякога това става при включване на анода на тиристора към захранващото напрежение). Влиянието на ефекта на бързо нарастване на анодного напрежение обикновено се премахва чрез включване на изглаждаща /?С-верига между анода и катода на тиристора, конто ограничава скоростта на нарастване на анодного напрежение.
ОСНОВНИ ПОСТОЯННОТОКОВИ ТИРИСГОРНИ СХЕМИ
След като бе изяснен принципът на действие на тиристорите, ще бъдат разгледани няколко основни схеми, чрез конто се из- ясняват практически техните свойства.
На фиг. 1.2 а е показана проста постояннотокова схема за включване и изключване на електрическа лампа 12 V/500 mA. При нужда лампата може да бъде заме стена с какъвто и да е друг товар, но ако той има индуктивен характер, необходимо е
Фиг. 1.2:
а) Проста постояннотокова схема »а включване и изключване на електрическа лампа
б) Вариант на сыцата схема
да се шунтира със затихвателен диод (Д^, който предотвратява повреждането на схемата от обратните електродвижещи напре- жения при включването и изключването на тиристора. Използува- ният в схемата тиристор има максимален ток 2 А и се управля- ва с ток от порядъка на-няколко стотици микроампери. Управ- ляващият ток се определи от ограничаващия резистор Дх и бутона Кр Резисторът /?2 е свързан между управляващия електрод и катода на тиристора за подобряване на стабилността на схемата. По същия начин между базата и емитера на обикновен биполярен транзистор се свързва резистор за стабилизация.
Схемата от фиг. 1.2 а може да се включи чрез краткотрайно натискане на бутона Кр След включването на схемата и самоза- държането й в това състояние бутонът Ki може отново да се отпуске. По аналогичен начин схемата може да се изключи чрез краткотрайно даване накъсо на анода и катода на тиристора (чрез бутона Ka от фиг. 1.2 б\
На фиг. 1.3 е показан трети начин за изключване на тиристор. При тази схема след включването на тиристора кондензаторът Сг се зарежда до захранващото напрежение през резистора R3 и отпушения тиристор, като десният електрод става положителен. При натискане на бутона Ka този електрод се свързва към земя, напрежението на кондензатора се подава на тиристора и анодът
става отрицателен спрямо катода. Подаденото обратно напреже- ние на тиристора предизвиква запушването му. При това положение кондензаторът се разрежда бързо, но за стабилноте эапуш- ване на тиристора е достатъчно анодът да бъде отрицателен
Фиг. 1.3. Схема за изключване на тиристор с помощта на кондензаторФиг. 1.3. Схема за изключване на тиристор с помощта на кондензаторспрямо катода само няколко ми- кросекунди. Трябва да се отбе- лежи, че ако след разреждането на кондензатора бутонът Кг про- дължава да се държи натиснат, кондензаторът започва да се за- режда в обратна посокапрез анод- ния товар (електрическата лампа). Поради това CY не трябва да бъде електролитен. Подходящо е да се използуват книжни или стиро- флексяи кондензатори.
Фиг. 1.3. Схема за изключване на тиристор с помощта на кондензатор
Фиг. 1.3. Схема за изключване на тиристор с помощта на кондензатор
Една разновидност на кояден-
заторна схема за изключване на тиристор е показана на фиг. 1.4. Тук бутонът Кг от фиг. 1.3 е заместен със спомагателния тиристор Т2 и кондензаторзото изключване на Г] се осътествява чрез краткотраен импулс, пода- ден на Г2 през бутона /(2. Тирясторът Т2 се изключвз след от- пускането на Кг, тъй като анодчият му ток, определяй от Кз, е
К] (ВКА)К] (ВКА)Фиг. 1.4. Схема за изключване на тиристор с помощта на допълнителен тиристорФиг. 1.4. Схема за изключване на тиристор с помощта на допълнителен тиристорпо-малък от тока на изключване.
К] (ВКА)
К] (ВКА)
Фиг. 1.4. Схема за изключване на тиристор с помощта на допълнителен тиристор
Фиг. 1.4. Схема за изключване на тиристор с помощта на допълнителен тиристор
На фиг. 1.5 е пока, эан тригер с тиристори чрез който се заХранват’ две отделяй ламм. Нека предположим, че Т\ е включен, а Т^—иэ- ключен, при к&оо кондензаторът Ct (веелек- тролитен) е заредей до иапрежение, равно на за- храигэгнцото с плюс от-
към Л2. Състоянието на схемата може да бъде промеяеяо чрез крат- котрайно натискане на бутона Кг, пери коего Г2 се отпушма поради положителния потенциал на неговия уиравляващ електрод. От- пушването на Г2 води до капацитивно эапушигне на Tv след което Сх се зарежда в обратна посока. Когато Ct се зареди из- цяло, състоянието на схемата може отново да бъде применено чрез краткотрайно натискане на бутона Kv При това Тг се от-
пушва поради положителното напрежение на неговия управляващ електрод, което води до капацитивно запушване на Т^. Този пронес на превключване може да се повтаря неограничен брой пъти. Разгледаните дотук постояннотокови схеми са от самозадър-
жащ се тип и използу- ват постоянни анодни товари. На фиг. 1.6 е показана проста постоян- нотокова схема за сигнализация, конто се използува за захранва- не на самопрекъсващи се анодни товари, като звънец, зумер или сирена. При включване на някое от тези самопрекъсващи се устройства към захранващо напре-
Фиг. 1.5. Тригер с тиристорФиг. 1.5. Тригер с тиристоржение през бобината им и последователно свързания с нея контакт протича ток. Този ток създаВа магнитно поле, привлича котвата и отваря контакта, поради което токът намалява до 0 и магнит- ното поле изчезва. Това води до отпускане на котвата, затваряне на контакта и протичане на ток, който отново създава магнитно
Фиг. 1.5. Тригер с тиристор
Фиг. 1.5. Тригер с тиристор
СИГНАЛИЗАЦИЯСИГНАЛИЗАЦИЯсигнализациясигнализацияполе и процесът се повтаря.
СИГНАЛИЗАЦИЯ
СИГНАЛИЗАЦИЯ
сигнализация
сигнализация
о)8)
Фиг. 1.6: ^Проста схема за сигнализация без самозадвржане rf) Проста схема за сигнализация съе самозалт-ржане
Следователно този тип товари действуват като ключ, който непрекъснато се отваря и затваря. При свързване на такъв товар в анодната верига на тиристора от фиг. 1.6 а схемата не може
да се самозадържа по обикновения начин и действува, докато е натиснат бутонът Kv Индуктивният характер на описаните товари
налага при включването им в анодната верига на тиристори пара- лелно на тях да се свързва диод за затихване (Д от фиг. 1.6).
Фиг. 1.7. Схема за демонстрнране на ефекта на бързо нарастване па анодното напрежениеФиг. 1.7. Схема за демонстрнране на ефекта на бързо нарастване па анодното напрежениеПри нужда схемите за сигнализация могат да бъдат направени със самозадържане чрез включване на резистор със съпротивление 470 й паралелно на сигналното устройство (фиг. 1.6 б). В тозч случай анодният
Фиг. 1.7. Схема за демонстрнране на ефекта на бързо нарастване па анодното напрежение
Фиг. 1.7. Схема за демонстрнране на ефекта на бързо нарастване па анодното напрежение
ток на тиристора няма да намалее до нула, когато контактът на сиг
налното устройство се прекъсне, а ще се определя от съпротивлснието на Ra и напре- жението на захранващата батерия. Ако този ток е по-голям от
тока на изключване на тиристора, схемата ще се самозадържи. Схемата може да се изключи чрез просто натискане на бутона Л2, при което анодният ток намалява до 0 при отваряне на контакта на сигналното устройство и тиристорът изключва.
Устройствата за сигнализация от фиг. 1.6 могат да бъдат ка- къвто и да е самопрекъсващ се звънец, зумер или сирена с работ- но напрежение между 3 и 12 V и работен ток, не по-голям от 2 А. Напрежението па захранващата батерия трябва да бъде с около 1,5 V по-високо от нормалното работно напрежение на сигналното устройство,'за да може да компенсира пада на напрежение върху отпущения тиристор.
Схемата от фиг. 1.7 може да се използува за демонстрнране на ефекта на бързо нарастване на анодното напрежение на тиристора и за изясняване на начина за намаляване на неговото влияние. Тук като аноден товар се използува лампа за напрежение 3 V и схемата е свързана към захранваща батерия с напрежение 4,5 V през ключа Кл._ Към батерията може да бъде свързан и домашен звънец за напрежение 4,5 V (през ключа К^, който съз- дава при включването и изключването си импулси, достигащи до анода на тиристора по проводника на захранващото напрежение. Тези импулси могат да предизвикат включване на тиристора IR106Y1, чиято критична скорост на нарастване на анодното напрежение е 20 V/ps.
За да се демонстрира ефектът на бързо нарастване на анод-
ното напрежение, се отваря ключът Кз- с конто се изключва верига* та за потискане на преходиите процеси в тиристора, свързва се захранващото напрежение чрез ключа Кх и се затваря ключът К^ при което звънецът започва да звъни. Когато звънецът рабо- ти, се получават значителни импулси, конто се наслагват върху захранващото напрежение и се подават на анода на тиристора. В резултат на това тиристоры се включва и лампата светва. Ако лампата не светне, това може да означава, че батерията има мал- ко вътрешно съпротивление. В такъв случай последователно с батерията се свързва резистор със съпротивление 0,5 Q, при което тиристоры ще се включи сигурно. След включването на тиристора и лампата те могат да се изключат чрез краткотрайно отваря- не на ключа Ку
След наблюдаването на ефекта на бързо нарастване на анод- ното напрежение може да се изследва и действието на веригата за намаляване на неговото влияние. Това се постига чрез затваря- не на ключа Кз и задействуване на звънеца чрез Ку При затва- ряне на Кз съпротивлението на лампата и кондензаторът Сх дейст- вуват като изглаждаща верига, конто намалява стръмността на фронтовете на импулсите на анодното напрежение до стойност, при конто тиристоры не може да се включи. Ако все пак при затваряне на Кз тиристоры се включи, трябва да се увеличи ка- пацитетът на Сх до изключването на тиристора. При затваряне на ключа Ку кондензаторът Сх се зарежда до захранващото напрежение, поради което последователно с Сг се свързва резисторът R2, за да ограничи тока на разреждане през анодната верига на тиристора до безопасна стойност. При резки нараствания на анодното напрежение диодът Дх ги дава накъсо и те не протичат през /?3, в резултат на което R^ не влияе върху времеконстантата на веригата за намаляване на стръмността на фронтовете на импулсите, образувана от Сх и съпротивлението на лампата. В много схеми диодът Дх може да не се включва.
ОСНОВНИ ПРОМЕНЛИВОТОКОВИ ТИРИСТОРНИ СХЕМИ
На фиг. 1.8 е показана една основна еднополупериодна схема за включване и изключване на лампа с мощност 100 W към про- менливотокова захранваща мрежа с напрежение 220 или ПО V. При отворен ключ К\ по веригата на управляващия електрод на тиристора не протича никакъв ток, тиристоры е запушен и лампата не свети. Ако Кх се затвори, в началото на всеки положителен полупериод тиристоры е запушен и цялото мрежово на-
прежение се прилага на управляващия електрод през диода Ду и резистора Rv Малко след началото на положителния полупе-прежение се прилага на управляващия електрод през диода Ду и резистора Rv Малко след началото на положителния полупе-риод се получава достатъчно напрежение за включване на тиристора и запалване на лампата. В резултат на това анодното напрежение на тиристора намалява почти до О V, което води до нама- ляване почти до 0 и на управляващия му ток. По време на целия полупериод през тиристора протича доста- тъчен аноден ток, за да го поддържа във включено състояние, и едва в края на полупериода токът намалява до 0 и тиристорът автоматично се изключва.Този процес на включване на тиристора в началото на всеки положителен полупериод продължава, дока- то ключът Ку е затворен. При това лампата свети с половината си мощност. Тиристорът и лампата се изриод се получава достатъчно напрежение за включване на тиристора и запалване на лампата. В резултат на това анодното напрежение на тиристора намалява почти до О V, което води до нама- ляване почти до 0 и на управляващия му ток. По време на целия полупериод през тиристора протича доста- тъчен аноден ток, за да го поддържа във включено състояние, и едва в края на полупериода токът намалява до 0 и тиристорът автоматично се изключва.Този процес на включване на тиристора в началото на всеки положителен полупериод продължава, дока- то ключът Ку е затворен. При това лампата свети с половината си мощност. Тиристорът и лампата се из*1 ЛАМПА 01OOW*1 ЛАМПА 01OOW220 V~ИЛИ(11GV)220 V~ИЛИ(11GV)К,К,ТИРИСТОР<7 2N3525 ~Т\ (2N3228)ТИРИСТОР<7 2N3525 ~Т\ (2N3228)1N4004(1N4G03)R139Ся(18ОЛ)1N4004(1N4G03)R139Ся(18ОЛ)R?1kR?1kФиг. 1.8. Еднополупериодна схема за включване и изключване на електрическа лампа към мрежатаФиг. 1.8. Еднополупериодна схема за включване и изключване на електрическа лампа към мрежата
прежение се прилага на управляващия електрод през диода Ду и резистора Rv Малко след началото на положителния полупе-
прежение се прилага на управляващия електрод през диода Ду и резистора Rv Малко след началото на положителния полупе-
риод се получава достатъчно напрежение за включване на тиристора и запалване на лампата. В резултат на това анодното напрежение на тиристора намалява почти до О V, което води до нама- ляване почти до 0 и на управляващия му ток. По време на целия полупериод през тиристора протича доста- тъчен аноден ток, за да го поддържа във включено състояние, и едва в края на полупериода токът намалява до 0 и тиристорът автоматично се изключва.
Този процес на включване на тиристора в началото на всеки положителен полупериод продължава, дока- то ключът Ку е затворен. При това лампата свети с половината си мощност. Тиристорът и лампата се из
риод се получава достатъчно напрежение за включване на тиристора и запалване на лампата. В резултат на това анодното напрежение на тиристора намалява почти до О V, което води до нама- ляване почти до 0 и на управляващия му ток. По време на целия полупериод през тиристора протича доста- тъчен аноден ток, за да го поддържа във включено състояние, и едва в края на полупериода токът намалява до 0 и тиристорът автоматично се изключва.
Този процес на включване на тиристора в началото на всеки положителен полупериод продължава, дока- то ключът Ку е затворен. При това лампата свети с половината си мощност. Тиристорът и лампата се из
*1 ЛАМПА 01OOW
*1 ЛАМПА 01OOW
220 V~ИЛИ(11GV)
220 V~ИЛИ(11GV)
К,
К,
ТИРИСТОР
<7 2N3525 ~Т\ (2N3228)
ТИРИСТОР
<7 2N3525 ~Т\ (2N3228)
1N4004(1N4G03)
R1
39Ся(18ОЛ)
1N4004(1N4G03)
R1
39Ся(18ОЛ)
R?
1k
R?
1k
Фиг. 1.8. Еднополупериодна схема за включване и изключване на електрическа лампа към мрежата
Фиг. 1.8. Еднополупериодна схема за включване и изключване на електрическа лампа към мрежата
ключва т, когато ключът Ку се отвори, тъй като тиристорът се изключва автоматично в края на всеки положителен полупериод. Диодът Дх предпазва управляващия електрод на тиристора от подаване на отрицателни импулси върху него по време на отри- цателните полупериоди на мрежовото напрежение. Резисторът Ry
е нискоомен, така че тиристорът може да се включи лесно в началото на всеки положителен полупериод, но същевременно е и достатъчно високоомен, за да ограничи токът през управляващия електрод под максималю допустимия дори в случайте, когато ключът Ку се затваря в момента па максимум на мрежовото напрежение. Трябва да се отбележи, че въпреки много го- лемите моментни стойности на тока и напрежението върху Rx те се прилагат само за няколко микросекунди, докато тиристорът се включи, така че средната разсеяна мощност от Ry е малка и той спокойно може да бъде с максимално допустима мощност 0,5 W.
Съществуват различии начини за използуване на тиристорите за подаване и на двата полупериода на мрежовото напрежение на различии товари. На фиг. 1.9 и 1.10 променливото напрежение се превръща чрез мостовия токоизправител Ду—Ду в двуполу- периодно изправено (неизгладено) напрежение, което се подава на тиристора. При отворен ключ ^ тиристорът е запушен и през моста и товара не протича никакъв ток. Когато Ку се за-
твори, тиристорът се включва малко след началото на вески полупериод на изправеното напрежение и върху товара се при- лага пълната мощност. След включването на тиристора в началото на вески полупериод токът през управляващия електрод
Фиг. 1.9. Двуполупериодна схема за включване и изключане на по- стояннотоков товарФиг. 1.9. Двуполупериодна схема за включване и изключане на по- стояннотоков товарФиг 1.10. Схема за двуполупериод- но захранване на променливотоков товарФиг 1.10. Схема за двуполупериод- но захранване на променливотоков товар
Фиг. 1.9. Двуполупериодна схема за включване и изключане на по- стояннотоков товар
Фиг. 1.9. Двуполупериодна схема за включване и изключане на по- стояннотоков товар
Фиг 1.10. Схема за двуполупериод- но захранване на променливотоков товар
Фиг 1.10. Схема за двуполупериод- но захранване на променливотоков товар
Д4—Д*— силициеви изправителни дио- ди с допустимо обратно напрежение 400 V и максимален ток в права лосока 3 А (силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напржение 200 V и максимален ток в права посока 3 А)Д4—Д*— силициеви изправителни дио- ди с допустимо обратно напрежение 400 V и максимален ток в права лосока 3 А (силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напржение 200 V и максимален ток в права посока 3 А)Дх—Л^— силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напрежение 400V и максимален ток в права посока ЗА (силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напрежение 200V и максимален ток в права посска 3 А)Дх—Л^— силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напрежение 400V и максимален ток в права посока ЗА (силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напрежение 200V и максимален ток в права посска 3 А)
Д4—Д*— силициеви изправителни дио- ди с допустимо обратно напрежение 400 V и максимален ток в права лосока 3 А (силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напржение 200 V и максимален ток в права посока 3 А)
Д4—Д*— силициеви изправителни дио- ди с допустимо обратно напрежение 400 V и максимален ток в права лосока 3 А (силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напржение 200 V и максимален ток в права посока 3 А)
Дх—Л^— силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напрежение 400V и максимален ток в права посока ЗА (силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напрежение 200V и максимален ток в права посска 3 А)
Дх—Л^— силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напрежение 400V и максимален ток в права посока ЗА (силициеви изправителни диоди с допустимо обратно напрежение 200V и максимален ток в права посска 3 А)
автоматично става равен на 0, но тиристорът продължава да е включен през целия полупериод, както вече бе изяснено. Тъй като тиристорът се изключва автоматично в края на всеки полупериод поради намаляването на анодния му ток до 0, товарът ще се изключи след отваряне на ключа Kv
Трябва да се отбележи, че в схемата от фиг. 1.9 товарът е включен в постояннотоковата страна на моста, т. е. той трябва да бъде постоянно! оков. Предпазителят, поставен в променливо- токовата страна на моста, осигурява защита при повреда на един или повече от диодите. Товарът на фиг. 1.10 е поставен в про- менливотоковата страна на моста, което означава, че схемата се използува за захранване на променливотокови товари. В този случай не е необходим предпазител, тъй като самият товар огра- ничава тока в случай на повреда на някой от диодите.
1717На схемата от фиг. 1.11 е показано паралелното противопо- сочно евързване на два тиристора, чрез което на товара се по- дават и двата полупериода на променливото напрежение. Когато ключът Кх е отворен, през управляващите електроди на двата
17
17
2 ПО тиристорни схеми
тиристора не протича ток, тиристорите не са включени и на товара не се подава никаква мощност. При затваряче на Кх през управ
ляващия електрод протича ток по време на положителните по- лупериоди на мрежовото напрежение по веригата Дх— R^ в ре-
Фиг. 1.11. Двуполупериодна схема за включване към мрежата с два тиристораФиг. 1.11. Двуполупериодна схема за включване към мрежата с два тиристоразултат на което ти- ристорът Тх се от- пушва. По време на отрицателните полу- периоди през управ- ляващия електрод на Т2 протича ток по веригата Д2—Ri и Т2 се отпушва. Така
Фиг. 1.11. Двуполупериодна схема за включване към мрежата с два тиристора
Фиг. 1.11. Двуполупериодна схема за включване към мрежата с два тиристора
през товара протича ток по време и на двата полупериода на
мрежовото жение.мрежовото жение.напре-напре-
мрежовото жение.
мрежовото жение.
напре-
напре-
СИМЕТРИЧНИ ТИРИСТОРИ—ОСНОВНИ ПРИНЦИПИ И СХЕМИ
Обикновените тиристори представляват прибори с едностран- на проводимост, тъй като пропускат ток само в една посока — от анода към катода. Симетричните тиристори също принадлежат към семейството на тиристорите, но пропускат ток в двете посоки. В много практически случаи симетричните тиристори мо- гат да бъдат разглеждани като паралелно противопосочно свърз- ване на два тиристора, монтирани в един корпус с три извода и притежаващи общ управляващ електрод. Симетричният тиристор може да бъде използуван като мощен полупроводников ключ, който в нормално състояние е отворен и се затваря при пода- ване на подходящ сигнал на управляващия електрод.
На фиг. 1.12 а е показано символичною означение на симе- тричния тиристор, а на фиг. 1.12 б е дадена основната схема за използуването му като мощен променливотоков ключ. Мрежовото напрежение се подава на последователно свързаннте товар и анодна верига на симетричния тиристор. Постояннотоковото за- хранване на управляващия електрод се осъществява при затва- ряне на ключа Kv
Характеристиките на симетричния тиристор са много подобии на характеристиките на два паралелно противопосочно свързани тиристора. Като се използува фиг. 1.12 5, тези характеристики мо- гат да се обобщит по следния начин:
В нормално състояние, когато на управляващия електрод не е подаден сигнал, симетричният^тиристор не е включен и действува (между Дх и Аг) като отворен ключ. В одна от двете
мощността върхумощността върхумалък ток ималък ток иФиг. 1.12:Фиг. 1.12:о) Символично означение на симетричен тиристорб) Основна схема на свързване симетричен тиристор с постояв нотоково захранване ъа управляващия електродо) Символично означение на симетричен тиристорб) Основна схема на свързване симетричен тиристор с постояв нотоково захранване ъа управляващия електродпосоки протича пренебрежимо товара е равна на 0.
мощността върху
мощността върху
малък ток и
малък ток и
Фиг. 1.12:
Фиг. 1.12:
о) Символично означение на симетричен тиристор
б) Основна схема на свързване симетричен тиристор с постояв нотоково захранване ъа управляващия електрод
о) Символично означение на симетричен тиристор
б) Основна схема на свързване симетричен тиристор с постояв нотоково захранване ъа управляващия електрод
нанауправляващияуправляващияАко напреже- нието на А^ е доста- тъчно положително или отрицателно по отношение на А, и
на
на
управляващия
управляващия
е от порядъка на няколко микросекунди.е от порядъка на няколко микросекунди.електрод се подаде чрез Ki подходящ сигнал, симетричният тиристор се включва и действува между Ах и Аг като затворен ключ. Времето на включване на прибора
е от порядъка на няколко микросекунди.
е от порядъка на няколко микросекунди.
След като симетричният тиристор се включи чрез своя управляващ електрод, той се самозадържа в това състояние, до- като между двата анода тече ток. Това означава, че за включва- нето на симетричния тиристоренеобходим къс импулс на управ-
ляващия електрод.
След включването на симетричния тиристор управляващият електрод губи управляващите си свойства и приборът може да се изключи само чрез краткотрайно намаляване на анодния ток под тока на изключване. Следователно при използуване на симетричния тиристор като променливотоков ключ изключването на- стъпва автоматично в края на всеки полупериод на мрежовото напрежение, тъй като тогава анодният ток намалява до 0.
Във включено състояние на симетричния тиристор падът на напрежение между двата анода е от 1 до 2 V. Така, ако симетричният тиристор се използува за пропускане на ток 10 А през товара и мрежовото напрежение е 220 V, а падът на напрежение върху включения тиристор е 1,5 V, симетричният тиристор може да се използува за включване на мощност 2200 W, докато отделената върху него мощност ще бъде само 15 W. Тези 15 W могат да бъдат разсеяни чрез поставяне върху тиристора на подходящ радиатор. От дадения пример става ясно, че симетричните тиристори могат да се използуват като ефикасни мощни променливотокови ключове.
Симетричният тиристор може да се включи от положително
или отрицателно напрежение на управляващия електрод независимо от полярността на напрежението между двата електрода. Следователно приборът има следните четири възможни режима
на включване:
Режим 1+ — напрежението на Л2 е положително, напрежението на управляващия електрод е положително.
Режим I- — напрежението на Д2 е положително, напрежението на управляващия електрод е отрицателно.
Режим Ш+—напрежението на Д2 е отрицателно, напрежението на управляващия електрод е положително.
Режим Ш~ — напрежението на Д2 е отрицателно, напреже
нието на управляващия електрод е отрицателно.
Чувствителностите на управляващия електрод в режим 1+ и III- са сравнително високи и приблизително равни. При съвре- менните симетрични тиристори чувствителноситте в режим I- и Ш+ също са приблизително равни, но са около два пъти по-малки от чувствителностите в режими 1+ и III-. Волт-амперната характеристика на управляващия електрод е нелинейна и подобна
на характеристиката на управляващия електрод на тиристорите. За включване на симетричните тиристори и управляване на токо-
ве от порядъка на няколко ампера еуправляващия електрод 1—2 V и токве от порядъка на няколко ампера еуправляващия електрод 1—2 V и токЛ, 100WЛ, 100WФиг. 1.13. Мрежов ключ със симетричен тирйетор с постояннотоково управлениеФиг. 1.13. Мрежов ключ със симетричен тирйетор с постояннотоково управлениедостатъчно напрежение на няколко десети от мили- ампера. Следователно между управляващия електрод на симетричния тиристор и товара съществува голям коефициент на усил- ване по мощнаст.
ве от порядъка на няколко ампера еуправляващия електрод 1—2 V и ток
ве от порядъка на няколко ампера еуправляващия електрод 1—2 V и ток
Л, 100W
Л, 100W
Фиг. 1.13. Мрежов ключ със симетричен тирйетор с постояннотоково управление
Фиг. 1.13. Мрежов ключ със симетричен тирйетор с постояннотоково управление
След като бяха разгле- дани основните характеристики на симетричните тиристори, ще бъдат даде- нй няколко схемн, с конто се показват пракТнческите
приложения на те зи характеристики.
На фиг. 1.13 е показана проста нрактичеека схема на мощен ключ с постояямотойово управление. При отворен ключ Кх през управляващия електрод «е тече ток и тиристорът не е включен. В резултат на това на товара не се подава никаква мощност. Когато Кх ее затвори, По верйгаТа батерия— Кх—Rx—управляващ електрод протича ток, симетричнийг тиристор се включва и дей- ствува като затворен ключ. При това положение на товара се
подава пълна мощност.
Трябва да се отбележи, че при тази схема на управляващия електрод на тиристора се подава положително напрежение независимо от полярността на напрежението върху Л2. В резултат на това симетричният тиристор ще работи поеледователио в режи- ми Г и Ш+. Поради това съпротивлението на резистора Rx трябва да се направи достатъчно малко, за да се осъществи включ- ване на тиристора в сравнително нечувствителния режим Ш+.
Ако е необходимо, електрическата лампа от схемата на фиг. 1.13 може да бъде заместена с какъвто и да е друг про- менливотоков товар. При индуктивен характер на товара (например електродвигател) трябва да се включи означената с прекъс- ната линия веригата /?2—Ср При всички индуктивни товари то- ковете и напреженията се различават по фаза. Поради това, ко- гато анодният ток се понижава в края на всеки полупериод до О, споменатата фазова разлика предизвиква големи импулсни на- прежения, конто се наслагват върху мрежовото напрежение и се прилагат върху симетричния тиристор. Ако при това предният фронт на тези импулсни напрежения има стръмност, по-висока от критичиата скорост на нарастваие на анодното напрежение на тиристора, той, вместо да се изключи, ще остане във включено състояние. Тази опасност може да се избегне чрез включване паралелно на симетричния тиристор на изглаждаща верига R2— С], която ограничава скоростта на нарастване на анодното напрежение до около 1 V/ps.
На фиг. 1.14 е показано иэполэуването на симетричния тиристор като прост мрежов ключ, чието управляващо напрежение също се взема от мрежата. Когато ключът Кх е отворен, токът през управляващия електрод е 0 и симетричният тиристор и лам- пата са изключеяи. Ако ключът се затвори, в началото на всеки полупериод симетричният тиристор е изключен и цялото мрежо- во напрежение се подава па управляващия електрод през лампата и резистора Rv Малко след началото на полупериода се получа- ва достатъчно напрежение за включване на тиристора и лампа та светва. При това напрежението върху тиристора намалява почти до О V, поради което и токът през управляващия елекирод на- малява почти до 0. Следователно след включването тиристорът се самозадържа и остава в това състояние до края на полупериода, когато автоматично се изключва поради намаляването на анодния ток до 0.
Процесът се повтаря, като симетричният тиристор се включва отново в началото на всеки полупериод, докато ключът Кг е затворен. При това положение на лампата се подава пълна мощност. При отваряне на ключа Кх тиристорът и лампата се из-
ключват. Трябва да се отбележи, че при таэи схема симетричиият тиристор се включва последователно в режим 1+ и III™. Резисто- рът Rv трябва да бъде достатъчно нискоомен, за да осигури включване на тиристора в началото на всеки полупериод, но съ-
Фиг. 1.14. Мрежов ключ със симетричен тиристор и управление от същата мрежаФиг. 1.14. Мрежов ключ със симетричен тиристор и управление от същата мрежа1-ИЭКЛ2- ЕДНОПОЛГ- ПЕРИОДЕН РЕЖИМз-вкл1-ИЭКЛ2- ЕДНОПОЛГ- ПЕРИОДЕН РЕЖИМз-вклФиг. 1.15 Трипозиционен мрежов ключФиг. 1.15 Трипозиционен мрежов ключ
Фиг. 1.14. Мрежов ключ със симетричен тиристор и управление от същата мрежа
Фиг. 1.14. Мрежов ключ със симетричен тиристор и управление от същата мрежа
1-ИЭКЛ
2- ЕДНОПОЛГ- ПЕРИОДЕН РЕЖИМ
з-вкл
1-ИЭКЛ
2- ЕДНОПОЛГ- ПЕРИОДЕН РЕЖИМ
з-вкл
Фиг. 1.15 Трипозиционен мрежов ключ
Фиг. 1.15 Трипозиционен мрежов ключ
повременно да има достатъчно голямо съпротивление, което да ограничава тока през управляващия електрод до стойност под максимално допустимата, дори ако ключът Кх се включи в момента на максимум на мрежовото напрежение.
На фиг. 1.15 е показано свързването на симетричния тиристор като трипозиционен мрежов ключ с положения „Изключено*, „Еднополупериоден режим* и „Включено*. Когато ключът Ку е в положение 1, на управляващия електрод на симетричния тиристор не се подана никакво напрежение, в резултат на което ти- ристорът и лампата са изключени. При положение 2 на управляващия електрод се подават само положителните полупериоди на мрежовото напрежение през диода Д^ и лампата свети с полови- ната си мощност. В положение 3 на управляващия електрод се подават и Двата полупериода на мрежовото напрежение и лампата свети с пълната си мощност (схемата работи по аналогичен начин както схемата на фиг. 1.14).
ПРИНЦИПИ НА ФАЗОВОЮ РЕГУЛИ РАНЕ
Разгледаните дотук тиристорни схеми са предназначени само за обикновено включване и изключване на товара, т. е. за пода- ване на товара на нулева или на цялата мощност. Но тиристо-
рите могат да осигуряват и плавно регулиране на мощността в променливотокови товари в границите от нула до максималната мощност. Това ги прави подходящи за използуване вместо рео- стаги за регулиране на силата на светене на електрически лам-
Фиг. 1.16
а) Осяовна схема за регулиране на мощюстта чрез промяна на фазата ^ Времедиаграми на схемата при различно фазово закъснение
пи, за регулиране на честотата на въртене на електродвигатели и за регулиране на мощността на електрически нагреватели.
Най-често използуваният начин за регулиране на мощността в променливотокови вериги с помощта на тиристори е фазовото регулиране. Неговият принцип е изяснен на фиг.- 1.16.
На фиг. 1.16 а е показана основната схема за фазово регулиране, при конто като регулиращ елемент се използува симетри- чен тиристор. Товары и тиристоры са свързани последователно спрямо мрежовото напрежение. Сигналы за управление на тиристора се взема от неговия анод Л2 посредством схемата за изменяемо фазово закъснение и пусковото устройство. Схемата за изменяемо фазово закъснение подава на входа на пусковото устройство променливо напрежение, чиято фаза по отношение на напрежението на анода Л2 на симетричния тиристор може да се
измени от 0 до 180° (в идеален случай), т. е. един полупериод на мрежовото напрежение.
Пускового устройство представлява „ключ", управляван с напрежение, който се включва и задействува симетричния тиристор, когато изходното напрежение на схемата за фазово за- къснение достигне определена стойност, т. е. след изтичане на предварителпо определеното време.
На фиг. 1.16(5 са показани времедиаграмите в различии точки на схемата при три различии времена на закъснение. При фазово закъснение 10° симетричният тиристор се включва 10° след началото на всеки полупериод и се самоизключва след изминава- не на останалите 170° от полупериода. При това положение на товара се подава почти пълвата мощност.
Когато схемата за фазово закъснение е регулирана да дава закъснение 90°, симетричният тиристор се включва чак по среда- та на всеки полупериод и на товара се подава половината от максимално възможната мощност. На последната колона време- диаграми е показано включването на симетричния тиристор на 170° от началото на полупериода, т. е. тиристорът е включен само през 10° от полу периода и върху товара се отделя много малка част от мощността. Следователно чрез промяна на фазового закъснение може да се изменя мощността върху товара от 0 до максимално възможната. При това грез времето, когато тиристорът е включен, върху него се отделя много малко „загуб- на“ мощност, косто осигурява много голям коефициент на полезно действие на системата за регулиране.
Схемата на блока за фазово закъснение от фиг. 1.16 може да се реализира по два основыи начина. Единият се състои в използуване на еднозвенна или многозвенна фазоотместваша изменяема 7?С-група, а при втория начин се използува закъснителна изменяема /?С-верига, която преуръща закъснението на фазата в закъснение по време. Например един полупериод от мрежовото напрежение с честота 50 Hz им а продължителност 10 ps, при косто на един градус отговаря време 55,5 ps, а при фазово закъснение 90° еквивалентното закъснение по време е 5 ms.
Използуваните пускови устройства обикновено са някакви по- лупроводникови ключове и могат да се реализират по различии начини. В последната точка на тази глава са разгледани някои пуско-ви устройства и различии специални видове тиристори.
ВИСОКОЧЕСТОТНИ СМУЩЕНИЯ
Както вече видяхме, тиристорите представляват мощни клю- чове с голяма скорост на превключване. Типичните стойности на времето им на включване са от порядъка на няколко микросе- кунди. Когато мощността върху товара се превключва с толкова голяма скорост, възиикват серия от хармоиични високочестотни трептения. Амплитудата на основния им хармоник е пропорцио- нална на стойността на тока, яревключван от тиристора, и може да бъде толкова голяма, че да предизвика смущения в радио- приемането с амплитудиа модуляция.
При използуване на тиристорите за превключване на мощни източници, захранвани от мрежата, могат да се получат два ос- новни вида високочестотни смущения. Първият вид смущения се разпространяват по воздуха под формата на радиовълни и в по- вечето случаи амплитудата им е толкова малка, че не оказва влияние на радиоприемниците, освеы ано не са раэположени много близо до тиристора. В случайте, когато тези смущения все пак оказват влияние, то може да се избегве чрез подходящо екраниране на тиристориата схема.
Вторият и много но-съществен вид смущения са смущенията, конто се разпространяват по захранващата мрежа и могат да предизвикат раэстройване на работата на радиоприемниците и телевизорите, включени към същата мрежа. Намаляването на този вид смущения се поетига чрез свързване на прост £С-филтър между мрежата и тиристориата схема, така че да се получи до- статъчно намаляване на смущенията.
Ще се върнем на разгледаните схема съе сйметрични тиристора, за да отбележим. следиите няколко- особености във връзка с високочестотните радиосмущения.
При отворен ключ Кх в схемата от фиг. 1.13 симетричният тиристор е изключен и пяма никакви мискочестотни смущения. Когато ключът е затворен, тиристорът е включен и не извършва никакви превключвания с голяма скорост, поради което отново няма високочестотни смущения. Тиристорът се включва бързо само в момента, когато ключът Кх се затвори, при което в този момент се генерира къе високочестотей импулс. Амплитудата на импулса е пропорциоиалиа на амплитудата на тока, който се включва от тиристора, и на мрежовото напрежение в момеита на затваряне на Kv Тъй като импулсът е много къс и се получава само при затваряне на ключа Кх, получените високочестотни смущения могат да бъдат пренебрегнати. Смущенията в момента на включване на тиристора могат да бъдат избягнати чрез верига
за синхронизация, конто позволява да се подава напрежение на управляващия електрод само когато мрежовото напрежение е О или близо до 0, т. е. в началото на всеки полупериод.
При схемата от фиг. 1.14 се генерира къс високочестотен импулс, когато се затвори ключът Kv по същия начин както в предишната схема. Но освен това схемата генерира непрекъснат високочестотен сигнал с малка амплитуда при затворен ключ Kv Това се дължи на факта, че симетричният тиристор не се включ- ва в началото на всеки полупериод на мрежовото напрежение, докато това напрежение не достигне определена стойност (обик- новено няколко волта), необходима за включване на тиристора през /?р след което той много бързо минава във включено съ- стояние. Следователно през цялото време, докато Кг е затворен, се получава генериране на импулси малко след началото на всеки полупериод на мрежовото напрежение. Все пак тези импулси са с малка амплитуда и не оказват влияние на радиоприемниците освен ако те не са разположени много близо до тиристорната схема.
Накрая ще бъдат разгледани смущенията, създадени от схемата с фазово регулиране от фиг. 1.16. При тази схема се получава включване на тригера известно време след началото на всеки полупериод, което създава непрекъснато високочестотни смущения. Токовете на включване могат да достигнат до много големи стойности, особено когато включването се извършва със закъснение 90°, което създава и силни високочестотни смущения. Този вид смущения са преди всичко мултипликативни* и могат да бъдат потиснати само ако не се смесят със сигналите от радиоприемника. Когато тиристорната схема работи върху индуктивен товар (например електродвигател), самата индуктивност потиска много ефективно смущенията. При съпротивителен товар (например електрическа лампа) смущенията могат да бъдат потиснати с прост АС-филтър.
ДРУГИ ВИДОВЕ ТИРИСТОРИ И ПРЕВКЛЮЧВАЩИ СЕ ПРИБОРИ
Разгледаните дотук обикновени и симетрични тиристори са два от многобройните видове тиристори. В тази последна точка на главата ще бъдат разгледани накратко шест други вида тиристори и два специални превключващи се прибора, конто се из- ползуват за тяхното включване.
* Мултипликативни са смущенията, конто се умножават с полезния сигнал- приеман от смущавания радиоприемник, (бел. прев.)
Фототиристори. Това са тиристори, чисто включване става с помощта на светлина. Известно е, че поцечето PN преходи са чувствителии към светлина и че при по-голямата част; от полу- проводниковите прибори кристалът се обвива с непрозрачен
ЕЛЕКТРОДЕЛЕКТРОДАНОДЕН УПРАВАЯВАШ ЕЛЕКТРОДАНОДЕН УПРАВАЯВАШ ЕЛЕКТРОДКАТОДКАТОДАНОДЕН УПРАВЛЯЕМАНОДЕН УПРАВЛЯЕМКАТОДЕН УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОДКАТОДЕН УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОДАНОДАНОД
ЕЛЕКТРОД
ЕЛЕКТРОД
АНОДЕН УПРАВАЯВАШ ЕЛЕКТРОД
АНОДЕН УПРАВАЯВАШ ЕЛЕКТРОД
КАТОД
КАТОД
АНОДЕН УПРАВЛЯЕМ
АНОДЕН УПРАВЛЯЕМ
КАТОДЕН УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
КАТОДЕН УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
КАТОДЕН
УПРАВЛЯЕМЪ
КАТОДКАТОД1 ЕЛЕКТРОД(NPN)
КАТОД
КАТОД
о)
Фиг. 1.17
Символично означение на тетролен тиристор б) Приблизителна схема на тегроден тиристор
материал за избягване на влиянието на светлината. Фототиристо- рите са конструирани така, че върху един или няколко от техни- те PN прехода да попада светлина, което осигурява включване на фототиристора непосредствено от светлинния източник.
Тетроден тиристор. Символичното означение на тетродния тиристор е показано на фиг. 1.17 а. Трябва да се отбележи, че означението е подобно на това на обикновения тиристор, като е прибавен само допълнителен аноден управляващ електрод. На фиг. 1.17 бе показана приблизителната еквивалеятна схема на прибора. Тя е подобна на еквивалентната схема на обикновения тиристор от фиг. 1.1 б, като е прибавен само допълнителен управляващ електрод. Параметрите на тетродния тиристор са много подобии на параметрите на триодния тиристор със следните разлики:
а. Приборът може да се включва чрез подаване на напреже- ние в права посока на емитерния преход на единия от двата транзистора чрез съответиия управляващ електрод. Това означава, че за да се включи приборът, на катодния управляващ електрод трябва да се подаде положителен импулс или на анодния управляващ електрод — отрицателен импулс.
б. След включването на тиристора той може да бъде изклю- чен чрез подаване на обратно напрежение на емитерния преход на единия от двата транзистора, т. е. отрицателен импулс на ка-
тодния управляващ електрод или положителен импулс на анодния управляващ електрод
лчодлчодКАХДКАХДКАТОД б)КАТОД б)УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОДУПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОДАНОДАНОДКАТОДКАТОДА? (UZ*74V)А? (UZ*74V)Тетроден фототиристор. Това е фототиристор, чисто включ- ване става с помощта на светлина, т. е. на обикновен тетроден
лчод
лчод
КАХД
КАХД
КАТОД б)
КАТОД б)
УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
АНОД
АНОД
КАТОД
КАТОД
А? (UZ*74V)
А? (UZ*74V)
УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
Фиг. 1.18
с) Символично означение на еднопосочен силициев ключ
и 6) Еквива лентня схемн на еднопосочен силу^ев ключ
тиристор е направен отвор в корпуса, така че на един или пове- че от неговите преходи да попада светлина.
Еднопосочен силициев ключ. Символичното означение на ключа е показано на фиг. 1.18 а, а на фиг. 1.18 б и в са дадени две възможни еквивалентни схеми. От тези схеми се виж- да, че по същество прибор ьт представлява триоден тиристор с аноден управляващ електрод (вместо катоден управляващ електрод) и вграден ценеров диод между управляващия електрод и катода. Обикновено при§орът се използува при отворен управляващ електрод, при което действува като ключ, управ- ляван с напрежение Включването и насищачето на прибора настънва, когато анодното напрежение стане достатъчно поЛо- жително и предизвиква отпушване на ценеровия диод, чийто ток протича през емитерния преход на Т^. Типичната стойност на напрежението на включване е 8 V. Възможно е напрежението на включване да се намали, като между управляващия електрод и катода се свърже ценеров диод с по-ниско напрежение на от- пушване.
Двупосочен силициев ключ. Символичното означение на дву- посочния силициев ключ е показано на фиг. 1.19 а*. Приборът се
състои от два еднакви еднопосочни силициеви ключа, свързани паралелно противопосочно и монтирани в един корпус, което се вижда от еквивалентната схема от^фиг. 1.19 б. Приборът се включва и насища при достигане на определена стойност на анод-
,AZ
УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОДУПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОДА2А2AlAlУПРАВЛЯВАЦ1 ЕЛЕКТРОДУПРАВЛЯВАЦ1 ЕЛЕКТРОД
УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
УПРАВЛЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
А2
А2
Al
Al
УПРАВЛЯВАЦ1 ЕЛЕКТРОД
УПРАВЛЯВАЦ1 ЕЛЕКТРОД
б)б)ФИ1. 1.20. Символично означение на диоден симе- тричен тиристорФИ1. 1.20. Символично означение на диоден симе- тричен тиристор
б)
б)
ФИ1. 1.20. Символично означение на диоден симе- тричен тиристор
ФИ1. 1.20. Символично означение на диоден симе- тричен тиристор
а)
Фиг. 1.19.
л) Символично означение на двупосочен силициев ключ
б) Эквивалентна схема на двупосочен силициев ключ
ното напрежение (това и напрежението между двата анода) независимо от неговата полярност.
Диоден симетричен тиристор. Това е двупосочен превключ- ващ се прибор, чието символично означение е показано на фиг. 1.20. Символичното означение не дава ясна представа за структурата и параметрите на прибора, тъй като в действител- ност това не е истински тиристор, а специална трислойна транзисторна структура, която след точката на включване притежава облает с отрицателно съпротивление.
Независимо от това за повечето приложения диодният симетричен тиристор може да се разглежда като двупосочен силициев ключ с високо напрежение на включване (около 35 V) и високо напрежение в наситено състояние (около 30 V). Следователно, ако на прибора се подаде през ограничаващ резистор нарастващо напрежение, той ще се държи като отворен ключ до напрежение 35 V, след което включва и подава на товара импулс с амплитуда 5 V, а останалите 30 V остават като пад на напрежение върху отпу- шения прибор. Симетричният диоден тиристор се изключва, ко- гато токът през него намалее под определна стойност, наречена ток на задържане. Посоката на включване на прибора в схеми не е от значение. Приложението му е главно в пусковите устройства на симетрични тиристори за плавно регулиране на мощността върху товара.
Двойка симетрични тиристора.* Това представлява един
триоден симетричен тиристор, във веригата на управляващия електрод на който е включен диоден симетричен тиристор, като двата тиристора са монтирани в един корпус. Двойката симет-
рични тиристори е специално предназначе
Фиг. 1.21. Символично означение на двйка симе-
на за използуване в схеми за плавно ре- гулиране на мощността с фазово управление. Символичното й означение е дадено на фиг. 1.21.
Еднопреходни транзистора. Символичното означение на еднопреходните тран- зистори е показано на фиг. 1.22 а. Едно-
преходният транзистор е двуслоен полупроводников спусков прибор и в действи-
трични тиристорителност не принадлежи към семейството
на тиристорите. Независимо от това за повечето практически случаи действието му може да бъде пред- ставено чрез еквивалентяите схеми от фиг. 1.22 б и в. Вижда се,
че еднопреходният транзистор прилича на тиристор с аноден управляващ електрод, на който е подадено фиксирано напрежение от съпротивителния делител Rx— R2.
При в <лючване на
УЕ
УПРАВ- АЯВАЩ ЕЛЕКТРОД
К КАТОД
А АНОД
Фиг. 1.22:
а) Символично означение на еднопреходен транзистор; б) Транзисторна еквивалентна схема на еднопреходен транзистор;
д) Тиристорна эквивалентна схема
ляващия електрод) е по-ниско от опорното,
транзистора в схеми обикновено на анода А се подана определено положително напрежение, а промен- ливото входно напрежение се включва към управляващия електрод. При това положение благодарение на съпротивител- ния делител RA—R^ на базата на транзистора Т^ се подава опорно напрежение. Когато входното напрежение (на управ- емитерният преход на
k В БДС 5852—75 не е предвидено символично означение за двойка симе- трични тиристори, поради коего ще бъде използувано американского означение (бел. прев.)
Тг е свързан в обратна посока и двата транзистора са запуше- ни. При това входното съпротивление на еднопреходния транзистор за управляващия сигнал е високо. Когато напрежението на управляващия електрод стане пэ-високо от опорното напрежение, определе ю от делителя Rv—R2> емитерният преход на Г2 се оказ- ва свързан в права посока, което предизвиква развитие на регенеративен процес и бързо насищане на двата транзистора. При
това положение съпротивление-
Фиг. 1.23. Проста схема на релаксационен генератор с еднопреходен транзистор и осцилограми в различии точкиФиг. 1.23. Проста схема на релаксационен генератор с еднопреходен транзистор и осцилограми в различии точкито на управляващия електрод спрямо катода става ниско. Напрежението, при което еднопре, ходният транзистор се отпушва се парича напрежение на включ. ване.
Фиг. 1.23. Проста схема на релаксационен генератор с еднопреходен транзистор и осцилограми в различии точки
Фиг. 1.23. Проста схема на релаксационен генератор с еднопреходен транзистор и осцилограми в различии точки
На фиг. 1.23 е показана проста схема на релаксационен генератор с еднопреходен транзистор. При първоначалното включване на схемата към за- хранващото напрежение кон- дензаторът Cv е изцяло раз-
реден и еднопреходният транзистор е запушен. След при- лагане на захранващото напрежение С\ започва да се зарежда по експоненциален закон през резистора Rv След определено
време напрежението на кондензатора достига напрежението на включване на еднопреходния транзистор, транзисторът се включва и входното му съпротивление (между управляващия електрод и катода) рязко намалява. В резултат на това кондензаторът се разрежда бързо през наситения преход управляващ електрод- катод и резистора R3. Когато в процеса на разреждане на Сх анодният ток на еднопреходния транзистор достигне до тока на задържане, транзисторът се изключва. При това Сг започва от- ново да се зарежда през Rv и процесът се повтаря. Схемата действува като генератор и дава трионообразно напрежение върху кондензатора Сг и къси импулси върху резистора R3. Резисторът Ra се използува за подобряване на температурната стабилност на схемата.
При реализирането на схемата от фиг. 1.23 е много важен правилният избор на съпротивлението на RP То трябва да бъде Достатъчно голямо, за да позволи изключване на еднопреходния транзистор при разреждането на С-ь т. е. максималният ток през Aj трябва да бъде по-малък от тока на задържане на транзисто-
ра, чиято типична стойност е около 5 mA. На практика минимал- ното съпротивление на 7?t обикновено е от порядъка на няколко килоома. От друга страна, 7?t трябва да бъде достатъчно писко- омно, за да може при достигане на напрежението на включване на транзистора през него да протече ток, по-голям от тока на включване. При най-лошите еднопреходни транзистори токът на включване е от порядъка на няколко микроампера, така че мак- сималното съпротивление на /?г обикновено е по-малко от няколко стотици килоомове. Става ясно, че при тази проста схема съпротивлението на /?t може да се променя в обхват, не по-малък от 100 : 1, и следователно честотата на генерациите и периодът ще могат да се променят в същите граници само като RT се реализира като потенциометър
Глава II
15 СХЕМИ ЗА ВКЛЮЧВАНЕ НА ПРОМЕНЛИВОТОКОВИ ТОВАРИ
Както видяхме в глава I, симетричните тиристори представ- ляват мощни полупроводникови променливотокови ключове с го- ляма скорост на превключване. Те нямат движещи се части, конто да създават електрически искри и да се износват, и имат голям коефициент ла усилване по мощност между управляващия електрод и анодите. Поради това те са по-добри от обикновените механичпи ключове и релета и могат да се използуват за замест- ването им в много схеми за управление на мощности. Освен това симетричните тиристори се използуват за различии специални превключвания.
В тази глава са описани 15 схеми за включване на промснли- вотокози товари. Разгледани са прости ключове, ключове със самозадържане, схеми за включване на променливотоков товар кьм мрежата при наличие на вода или пара, синхронии ключове и схеми за автоматично изключване или претоварване. Всички схеми са реализирани със симетрични тиристори IRT84 или IRT82, производство па фирмата International Rectifier. Тиристорът IRT82 е с максимално обратно напрежение 200 V и максимален ток в права посока 8 А и във всички описани схеми може да включва мощности до 880 W при мрежово напрежение НО V. Тиристорът IRT84 е с максимално обратно напрежение 400 V и максимален ток в права посока 10 А и може да включва мощности до 2200 W при мрежово напрежение 220 V. ЕстествеНо при превключване на такива мощности тиристорите трябва да бъдат монтирани върху подходящ радиатор, тъй като типовата им разсейвана мощиост при максимален товар е около 18 W.
ПРОСТИ СХЕМИ ЗА ВКЛЮЧВАНЕ
3333На фиг. 2.1 е показана принципната схема на прост променливотоков мощен ключ с управление от мрежовото напрежение. Действието на тази схема вече бе подробно описано в глава I и се състои в това, че при затворен ключ Kv симетричният тиристор се включва малко след началото на вески полупериод, като то-
33
33
3 ПО тиристорни схеми
кът през управляващия електрод се осигурява от резистора R^ След включването на тиристора през управляващия електрод и Rx престава да тече ток, така че средната стойност на тока през Кх е само няколко милиампера независимо от това, че в момента
ТОВАР ' (-*-
R2A 220V* 100 Ц или ,।
(110V1 с, | 01 -J- zti)ovT (200V)
Фиг. 2.1. Проста схема на променливо- токов мощен ключ с управление от мрежовото напрежение
на включване на ключа се иолучава токов им- пуле до 2 А.
Амплитудата на то- ковия импулс през Кг може да бъде намалена на по-малко от 100 mA,
220V"или
I110V")
I Iт
100 Ит’
Т IRT82 с 2 ; urts 0.1 -и доо v Т (200V) I
Фиг.2.2 Променливотоков мощен ключ с двупо- сочен силициев ключ във веригата на управляващия електрод
ако се използува схема- та от фиг. 2.2. Тук управ- ляващият електрод на симетричння тиристор се захранва от групата 7?1—Сх и двупосочния силициев ключ (ДОК). В началото на всеки полупериод кондензато- рът Сл започва да се за- режда през резистора /?и като напрежението му следва измененията на мрежовото напреже- нис. Когато зарядът на Сх достигне напрежението на включване па
ДСК (около 8 V), последният се задействува и предизвиква разреж- дане на Сх през управляващия електрод на симетричння тиристор и ограничаващия резистор R^. В резултат на това симетричпият
тиристор се включва, на товара се подава пълната мощност и напрежението на управляващия електрод става равно на нула. В края на полупериода симетричпият тиристор се изключва автоматично и в началото на следващия полупериод процесът се повтаря.
Трябва да се отбележи, че при тази схема токът на включване на управляващия електрод се определя предимно от капа- цитета на Cv а не от съпротивлението на Rv Поради това Rx може да бъде достатъчно високоомно, за да ограничи импулса на тока през Кх, без да предизвика твърде късно включване на симетричння тиристор в началото на всеки полупериод.
Схемите от фиг. 2.1 и 2.2 действуват много ефикасно като мощни ключове, но включват в началото на всеки полупериод
едва когато мрежовото напрежение достигне стойност няколко волта. Поради това при затворен ключ Кх се получава непрекъс- нато генериране на високочестотни смущения с малка амплитуда, конто пречат на работата на радиоприемниците с амплитудна мо-
дулация, разполо- жени близо до ти- ристорната схема. Смущенията могат да се избягнат чрез използуване на постояннотоково управление.на уп- равляващия елек- трод на симетрич- ния тиристор (фиг. 2.3 и 2.4).
При схемата от фиг. 2.3 управля-
TOBA° l-r
220V-ИАИ(110V-I
Кги 100 у
Cz I o.i sis
,«№v T
200V! 1
IIRT821 I
к.
IN (.001
Al
Пр 1А
TPi
1000.0 25V
БАЭЮДЕЙСТВУВАЩ ПРЕДПАЗИТЕЛ.
б/зу}!
Ri A 68n t, wL
Фиг. 2. 3. Прост промеяливотоков мощен ключ с постоянотоково управление
ващият електрод се
захранва с постоянно напрежение през ключа Kv и резистора Rv като във включено състояние през Кг протича ток около 120 mA. Управляващият електрод на тиристора в схемата от фиг. 2.4 се захранва с помощта на транзисторния ключ Г2, конто от своя
БАВНОДЕЙСТВУВАЦ.
ПРЕДПАЗИТЕЛ. 1N4001 J
—| ТОВА’ [—г
220 V" 1Л L'или;
I110V") с2 ।
!400VТ
I(ZOOvil
Фиг. 2.4. Променливотоков мощен ключ с допълнителен транзистор в постоянотоковото управление
страна се задействува от ключа Кх. В случая във включено състояние на тиристора през Kv протича ток под 3 mA. Възможно е по-нататъшно намаляване на тока през Кх чрез прибавяне на до- пълнително транзисторно стъпало. Ако ключът Кх се замести с Подходяща електронна схема, може да се осъществи включване на тиристора при повишаване на температурата, от осветяване, звук и т. н. Постояннотоковото захранване на управляващите
електроди на тиристорите на двете схема може да се осъществи с батерии или от мрежата с подходящ понижаващ трансформатор, токоизправител и изглаждащ филтър, както е показано на схемите.
Схемите от фиг. 2.1 до 2.4 могат еднакво добре да работят с активен или индуктивен товар. При индуктивен товар е необходимо паралелно на симетричния тиристор да се свърже гасяща 7?С-верига, показана на фигуритс с прекъсната линия.
СПЕЦИАЛНИ СХЕМИ ЗА ПРЕВКЛЮЧВАНЕ НА МОЩНОСТИ
Фиг. 2.5.Променливотоков мощен ключ, включван пУТСИ Честотата на с едиопреходен транзисторгенерациите е от по-рядъка на няколкоФиг. 2.5.Променливотоков мощен ключ, включван пУТСИ Честотата на с едиопреходен транзисторгенерациите е от по-рядъка на няколкоНедостатъкът на постояннотоковото управление на тиристорите в схемите от фиг. 2.3 и 2.4 се състои в значителния постоянен ток (около 120 mA), консумиран от захранващия токоизточ- ник при затворен ключ К,. Този недостатък е избягнат в схема- та от фиг. 2.5. С ед- нопреходния транзистор Т2 е реализиран импулсен генератор, който при затворен ключ К^ подава на управляващия елек- трод на симетричния тиристор серия от мощни пускови им-
Фиг. 2.5.Променливотоков мощен ключ, включван пУТСИ Честотата на с едиопреходен транзисторгенерациите е от по-
рядъка на няколко
Фиг. 2.5.Променливотоков мощен ключ, включван пУТСИ Честотата на с едиопреходен транзисторгенерациите е от по-
рядъка на няколко
килохерца, в резултат на което през един полупериод на мре- жовото напрежение се получават около 50 импулса. Симет- ричният тиристор се включва от първия импулс след началото на всеки полупериод. Този импулс се генерира не по-късно от няколко градуса от началото на полупериода. Поради това ти- ристорът практически е включен през цялото време, докато клю- чът Kv е затворен и на променливотоковия товар се подава пъл- на мощност.
Тиристорът се включва от токовия импулс в управляващия електрод, а не от неговата средна стойност, поради което необ- ходимата за управление мощност се намалява значително. В дей- ствителност еднопреходният транзистор консумира от захранващия токоизточник ток от порядъка само на 4 mA. Постоянното напрежение може да се получи от батерии или от променливотоко-
вата мрежа чрез подходящ понижаващ трансформатор, токоиз- правител и изглаждащ филтър.
На фиг. 2.6 е показано просто, но много полезно подобрение на схемата от фиг. 2.5. По принцип схемата е същата, като раз-
(ВЖ ТЕКСТА)(ВЖ ТЕКСТА)Фиг. 2.6. Променливотоков мощен ключ с транс- форматорен входФиг. 2.6. Променливотоков мощен ключ с транс- форматорен входликата се състои само в подаването на пусковите импулсина управляващия елек- трод на симетричния тиристор чрез импул- сен трансформатор с преводно отношение 1:1. В резултат на това генераторът с еднопреходен транзистор осъществява управление на тиристора по същия на-
(ВЖ ТЕКСТА)
(ВЖ ТЕКСТА)
Фиг. 2.6. Променливотоков мощен ключ с транс- форматорен вход
Фиг. 2.6. Променливотоков мощен ключ с транс- форматорен вход
чи I, както в предишната схема, но е отделен галванично от мре- жата. Това позволява при нужда да се заземи единият край на
генератора.
Възможно е преобразуване на разгледаната схема с цел включ- ване при наличие на влага (вода или пара), което е показано на фиг. 2.7. Тук транзисторът Т3 е включен между положителния полюс на захранващия токоизточник и резистора Ra (който служи за определяне на честотата на генерациите на еднопреходния транзистор), а базата на транзистора е свързана към металните сонди през ограничаващия резистор Rp Когато между сондите ня- ма електрически контакт, базовият ток на Т3 е равен на нула и транзисторът е запушен. При това положение еднопреходният транзистор не генерира и тиристорът е изключен. Когато съпротивле- нието между двете сонди намалее под няколко мегаома, през Их към отрицателния полюс на токоизточника протича базов ток, Т3 се насища, еднопреходният транзистор започва да генерира и ти- ристорът включва. Следователно, когато между двете сонди по- падне вода или пара, симетричният тиристор се включва и схемата действува като променливотоков ключ, задействуващ се с вода или пара.
Възможно е да се получи обратно действие (т. е. в нормално състояние симетричният тиристор да е включен и да се изключва при наличие на вода или пара) чрез използуване на схемата от фиг. 2.8. Тук паралелно на транзистора Т3 е включен кондензато- рът СР В резултат на това при наличие на влага между сондите
T8 e наситен и дава кондензатора накъсо, коего премахва генера- циите на еднопреходния транзистор и осигурява изключено състоя- ние на симетричния тиристор. Следователно тиристорът е изклю- чен, когато между сондите се появи съпротивление от няколко мегаома или по-малко.
Фиг. 2.7. Променливотоков ключ, задействуващ се от вода или пара (включва се при наличие на влага)
(ВЖ.ТЕКСТА)
Фиг. 2.8. Променливотоков ключ, задействуващ се от вода или пара (изключва се при наличие на влага)
При нужда чувствителностите на схемите от фиг. 2.7 и 2.8 могат да бъдат намалени до предварително определено ниво, като паралелно на емитерния преход на транзистора Т3 се свърже резистор със съпротивление 100 кй (показан на двете фигури с
прекъсната линия). Във всяка от схемите една от двете сонди мо- же да бъде заземена, ако това се окаже необходимо. Трансфор- маторът Трк е импулсен с преводно отношение 1:1’и може да бъде изработен в домашни условия по следния начин.
Взема се феритна пръчка с диаметър 8 mm (например от антена за дълги и средни вълни на транзисторен радиоприемник) и от нея се отрязва парче с дължи- на 2,5 ст. Навиват се около 25 навивки от изо- лиран меден проводник с диаметър около 0,5 mm, конто образуват
първичната намотка. фиг- 2.9. Самозадържащ се променливотоков Върху нея се ПОСТавя ключ, задействуващ се с бутон хартиена изолация и отпово се навиват 25
навивки от същия проводник, конто образуват вторичната намотка. Отгоре пак се поставя хартиена изолация и с омметър се проверява дали изолацията между двете намотки е добра. С това трансформаторът е готов.
На фиг. 2.9 е показана друга специална схема за превключва- не на мощности. Това е самозадържащ се променливотоков ключ, задействуващ се с бутон, който действува по следния начин. ПреД- полага се, че първоначално симетричният тиристор е изключен, при което напрежението върху товара е нула, тъй като потечци- алът па Д е равен на потенциала на управляващия електрод, а той се определи от веригата Сх—R^ и е нула.
Нека предположим, че ключът Ki се затваря за кратко време, при което на управляващия електрод на симетричния тиристор през Rv се подава импулс и тиристорът се включва. В резултат на това върху товара се получава цялата мощност и Ст започва да се зарежда и разрежда през R2 в такт с мрежовото напреже- ние. Но при това токът през Сг избързва с 90° по отношение на напрежението върху кондензатора. Следователно, когато в края на всеки полупериод мрежовото напрежение намалее до нула, токът на разреждане на Сг има максимум, тече през управляващия електрод на тиристора и предизвиква отново отпушването му в
началото на следващия полупериод. В резултат на това веригата C^—Ra предизвиква самозадържане на схемата след първоначал- ното натискане на бутона Kv Изключването се осъществява чрез натискане на бутона Кг, конто предизвиква разреждане на Сх през управляващия електрод на тиристора и товара, Филтърът Rt— С2, свързан паралелно на мрежата, предпазва симетричния тиристор от погрешни включвания поради преходни процеси в нея.
СИНХРОНИИ СХЕМИ НА ПРЕВКЛЮЧВАНЕ НА МОЩНОСТИ
Всички разгледапи досега схеми излъчват високочестотни смущения или само в момента, когато тиристорът се включи, или непрекъснато, когато върху товара е подадена цялата мощност. Големината на смущенията епропорционална на моментната стой- ност на тока на превключване на симетричния тиристор и мож$ да достигне значителни стойности при съпротивителни товари а голям ток (например нагреватели) и при импулсен характер па тока през товара (например зареждане на фотосветкавици) и др. под. случаи на захранване на съпротивителни товари.
Високочестотните смущения могат изцяло да бъдат избягнатц чрез използуване на синхронии схеми за превключване при нулево напрежение, при конто на управляващия електрод на симетричния тиристор се подава напрежение само в кратките интервали от време, когато мрежовото напрежение става равно на нула (между два полупериода). На фиг. 2.10 е показана практическа схема от този тип за включение и изключване.
В основата си схемата съдържа нулев детектор на мрежовото напрежение и схема за постояннотоково захранване на управляващия електрод на симетричния тиристор. Тези две части на схемата са свързаии така, че на управляващия електрод на симетричния тиристор се подава къс токов импулс само когато мрежовото напрежение стане равно на нула в края на всеки полупериод. Ну- левият детектор на мрежовото напрежение е образуван от транзит сторите Г2иТ3и се захранва от мрежата през токоограничаващия1 съпротивителен делител Ra—Ra. Транзисторите Г2 и Т8 са свърза- ни така, че единият или другият от тях се включва, когато мрежовото напрежение надхвърли определено опорно ниво, което се регулира чрез R3 на стойност, не по-голяма от 4,2 V. При мрежо- во напрежение под това ниво двата транзистора са запушени. Ко- лекторите на Т2 и Т3 са свързаии към базата па Т4 през резистора Rt. Резисторът R5 се включва като колекторен товар на Т4 при
затваряне на ключа Кг и същевременно осигурява протичането на базов ток на транзистора 7Б. Като колекторен товар на 7Б се из- ползува резисторът R6 и управляващият електрод на симетрнчния тиристор. Постояннотоковото захранване на транзисторите 74 и
Фиг. 2.10. Синхронна променливотокова схема за превключване при нулево напрежение (включена при затворен ключ К^
Ть е стабилизирано с ценеров диод и се осигурява от променли- вото мрежово напрежение чрез изправяне и изглаждане от ^, Д1$ ценеровия диод и Сх.
За да се изясни действието на схемата, се предполага, че клю- чът Кх е затворен и че моментната стойност на мрежовото напрежение надхвърля опорного ниво (например е равна на 5 V). При тона положение транзисторите Т2 и 73 са отпушени и осигуряват наситено състояние на Т4 посредством резистора R4. Напреже- нието върху паситения транзистор Т4 е по-малко от напрежението на отпушваие база — емитер на 76, поради което базовият ток на Г6 е пула, транзисторът е запушен и през управляващия електрод на симетрнчния тиристор не тече ток.
Когато моментната стойност на мрежовото напрежение нама- лее под опориото напрежение, т. е. когато мрежовото напрежение в края на полупериода стане много близко по стойност до 0 V, транзисторите 72 и 7а се запушват, което води и до запушване на транзистора 74. Запушването на Т4 увеличава напрежението база — емнтер на 76 и базовия му ток, с което 76 се насища. В резултат на това от постоянного захранващо напрежение 10 V протича ток през Ть и R6 в управляващия електрод на симетрич- вня тиристор, който се включва и остава в това състояние през
целия полупериод. Протичането иа управляващ ток на тиристора само през къси периоди от време, когато мрежовото напрежение е близо до пула (при преминаване на един полупериод в друг), обуславя слаби високочестотни смущения.
Фиг. 2.Н. Синхронна променливотокова схема за”превключване при нулево напрежение включена при отворен ключ К^
От описаното”действие на схемата се вижда, че прсз управля- ващия електрод на симетричния тиристор протича ток само когато в базата на Т6 тече ток през R6. Това позволява симетричният тиристор да се изключва чрез прекъсване на базовия ток на ТБ, което може Да- се извърши по различии начини. В схемата от фиг. 2.10 това се постига чрез свързване на ключа КА последо- вателно на резистора R6, така че симетричният тиристор се включ- ва само когато ключът е затворен. При схемата от фиг. 2.11 пре- късването на базовия ток на ТБ се постига чрез насищане на Т4 през R^ което осигурява включване иа симетричния тиристор само когато ключът Кк е отворен.
Широчината иа импулсите в управляващия електрод на симетричния тиристор в синхроннитс схеми за прсвключванс може да се регулира чрез потенциометъра R3. Регулировката трябва да се извърши така, че импулсът да нс прекъсва, преди анодният ток през тиристора в началото на всеки полупериод да е достигиал до тока на включване. В противен случай симетричният тиристор ще се са- моизключи. Регулирането се извършва, като най-напред към схемата се свързва товарът, поставя се R3 на максимум и се подава мре- жово напрежение. След това се намалява Rs, докато симетричният
тиристор се включи и подаде цялата мощност на товара. При това положение трябва да се измери напрежението върху кондензатора С„ за да се уверим, че то не с спаднало забележимо под номинал- ната стойност 10 V. С това рсгулировката е завършена. Ако симет- ричният тиристор се използува за включване на товари с различно съпротивление, регулирането трябва да се извърши само при минимален товар.
Фирмата General Electric произвежда синхронна схема за пре- включване при нулево напрежение в интегрално изпълнение с означение РА424. Тази схема е показана на фиг. 2.12 а, а на фиг. 2.12d е показан основният начин за евързването й към симетричния тиристор. За да се обясни действието на схемата, може пай-напред да се предположи, че транзисторите 7\ и Г2 и резисторите RVs R^ R3 и R9 липсват и че между колектора на транзистора Т4 и извод 7 на интегралната схема с евързан резистор съе съпротивление 16 кЙ. Действието на схсмата е следното.
Мрежовото напрежение се подава между изводи 5 и 7 на интегралната схема през ограничаващия резистор R3. Освен това между изводи 2 и 7 е евързан заглаждащ електролитен кондензатор. Мак- сималната стойност на променливото напрежение на извод 5 се ог- раничава на около 10 V от ценеровия диод и мостовия токоизпра- вител, образуван от диодите Дх—Д4. Напрежението на извод 5 се изправя от диода Д6 и се изглажда от кондензатора Сх, така че между изводи 2 и 7 има стабилно постоянно напрежение. Трапзис- торът Т3 е евързан паралелно на изхода на мостовия токоизправи- тсл Ду—Д4, поради което се отпушва при нарастване на променливото мрежово напрежение над няколко волта. По такъв начин мостовият токоизправител и транзисторът Т3 действуват като нулев детектор. При отпушен Т3 се осигурява базов ток на транзистора Т4 през резистора RB, а за колекторен товар на Т4 служи спомена- тия1 въображаем резистор 16 кЙ. Този резистор осигурява базов ток на съставния транзистор ТБ—Т3, който от своя страна захранва управляващия електрод на симетричния тиристор през резистора R7.
При увеличаване на моментната стойност на мрежовото напрежение малко на нула транзисторът Т3 се огпушва и предизвиква насищане на Т4. Това от своя страна води до прекъеване на базо- вия ток на Тв, който заедно с Т3 се запушва и през управляващия електрод на симетричния тиристор не протича никакъв ток. От друга страна, когато мрежовото напрежение е много близко до нула (в края на вески полупериод), транзисторът Т3 се запушва, базови- ят ток Т4 става равен па нула и този транзистор също се запушва. В резултат на това през въображаемия резистор 16 кЙ протича голям базов ток за ТБ, което води до насищане на Тв и Т6, и през
управляващия електрод на симетричния тиристор и резистора ^7 протича значителен ток. Следователно през управляващия електрод на тиристора протича ток само през кратките интервали от време, когато моментната стойност на мрежовото напрежение с близка до
Фиг. 2.12:
о) Приннипна схема на интегрална схема РА424
б) Осиовно свързване на РА424
О V (в началото и края на всеки полупериод), т. е осигурява се синхронен режим на работа без високочестотни смущения. Трябва да се отбележи, че схемата може да бъде изключена или блокйра- на чрез пропускане на базов ток през Т3, който да го поддържа постоянно в отпущено състояние.
Фиг. 2.13. Синхронна променливотокова схема за превключ- ване при нулево напрежение с интегрална схема (включена при затворен ключ Ki)
След като бе разгледан основният принцип на действие на схемата, трябва да се раэгледа и предназначението на транзисторите Тг и Г2 и резисторите Ri,R3, R3 и Rg. В нормален режим на работа изводи 9, 10 и 11 на интегралната схема са евързани накъсо, извод 7 е евързан към извод 8, а извод 13 е евързан към средната точка на напрежителния делител (потенциометъра Rg), краищата на който са евързани към изводи 2 и 8. Транзисторите Т\ и Т^ об- разуват диференциален усилвател, като колекторният ток на Т\ тече непосредствено в базата на Т3. По такъв начин транзисторът Тг може да осигури ток за блокиране на схемата.
Ако потенциометърът R9 се регулира така, че напрежението на извод 13 да бъде доста отрицателно спрямо фиксираното напрежение на извод 9, получено от делителя /?j—R», транзисторът Тг се оказва запушен. При това положение той не подава базов.ток на транзистора Т3 и схемата осигурява синхронно действие на симетричния тиристор. От друга страна, ако Rg се регулира така, че извод 13 да бъде положителен спрямо извод 9, транзисторът 7\ е отпущен и подава ток в базата на транзистора Т3 за блокиране на цялата схема. При това положение през управляващия електрод на симетричния тиристор не протича ток и тиристорът е изключен. При всички режими на работа на емитерите на Т\ и 7г се подава стабилно постоянно напрежение, равно точно на по-
ловината от захранващото напрежение. Освен това в интегрална- та схема между емитерите на ^ и Т2 и колектора на Г4 е свър- зан резисторът 7?3, конто служи едновременно като генератор на ток за диференциалния усилвател и като колекторен товарен ре-
Фиг. 2.14. Синхронна променливотокова схема за пре- включване при нулево напрежение с интегрална схема (включена при отворен ключ К^
зистор на транзистора Т4 (на мястото па споменатия въображаем резистор 16 kQ).
Две практически синхронии схеми за превключване при нулево напрежение, реализирани с интегралната схема РА424, са показа- ни на фиг. 2.13 и 2.14. И в двете схеми между изводи 2 и 7 е свързан делител на напрежение, който осигурява стабилен по- стояннотоков потенциал на извод 13. Този потенциал може да се променя с помощта на ключа Кх, което осигурява блокиране на цялата схема. Симетричният тиристор на фиг. 2.13 се включая при затворен ключ Кх, а тиристорът от фиг. 2.14—при отворен ключ Kv
Трябва да се отбележи, че при двете схеми не е възможно регулиране на широчината на импулсите на управляващия елек- трод и тиристорът няма да се самозадържа при нискоомни това- ри. Показаните на схемата тиристори работят стабилно при мощности в товара над няколко стотици вата. Ако се използуват по- маломощни товари, необходимо е симетричните тиристори да се изменят с тиристори с по-малък ток на задържане.
:ХЕМИ ЗА АВТОМАТИЧНО ИЗКЛЮЧВАНЕ 1РИ ПРЕТОВАРВАНЕ
На фиг. 2.15 и 2.16 е показано преобразуването на синхронна- га схема за прсвключване от фиг. 2.10, така че да се осигури 1втоматично изключване, когато токът през товара надхвърли чредварително определена стойност. И в двете схеми последова-
Фиг. 2.15. Синхронна променливогокова схема без самозадържане за из- ключвана при нулево иапрежение в случай па претоварване
телно с електрода Аг на симетричния тиристор е включен ниско- омният резистор /?8. Върху този резистор се получава напреже- ние, пропорционално на товарния ток, което по време на отрица- телните полупериоди се подава на електронна схема за запушва- ие през диода Дг.
Схемата за запушване на фиг. 2.15 се състои от транзистора Г6, резисторите Ry, Rto и Rn и кондензатора С3. Кондензаторът С3 се зарежда до иапрежение, пропорционално на максималната стойност на тока през товара по време на отрицателните полупериоди. Когато напрежението достигне до около 5 V, транзи- сторът Т6 се отпушва от напрежението, подадено от делителя на иапрежение Ry—R10, и от своя страна през Rn отпушва Т4, с което се предотвратява включването на симетричния тиристор в
края на полупериода. След това напрежението на С3 давно нама- лява и когато спадне под 5 V, тиристорът отново се включва. Ако токът през товара продължава да е по-голям от определе- ната стойност, симетричният тиристор отново се изключва, след като подаде мощност на товара за един или два полупериода.
Фиг. 2.16. Синхронна променливотокова схема със самозъдържане за из- ключване при нулево напрежепие в случай на претоварване
По такъв начин схемата не може да се самозадържи в „пре- товарено" състояние, а само сс включва през определени интервали от време за проверка. Периоды на повторение на тези проверки е пропорционален на големината на тока на претоварване и затова средноквадратичната мощност от тези включвания е малка. Пълната мощност се подава автоматично към товара едва когато претоварването е отстранено. За използуваните в схемата симетрични тиристори краткотрайните претоварвания не са опасни, тъй като тиристорите са конструирани да издържат голе- ми претоварвания. И двата тиристора могат да издържат едно- кратни токове до 80—110 А.
На фиг. 2.16 е показано преобразуването на схемата за по- лучаване на самозадържане при еднократно претоварване. Тук транзисторите Т6 и Т7 образуват регенеративен ключ, който се включва и се самозадържа, когато максималната стойност на напрежението върху ^8 надхвърли 5 V. Този ключ осигурява
захранване на управляващия електрод на тиристора през резистора /?12 и транзистора Т4. След като схемата се е включила, тя дооже да се изключи чрез последователи© поставяне на ключа Ку в изключено и включено положение.
Съпротивлението на резистора R8 в двете схеми се избира така, че при максимално допустимата стойност на тока през товара върху него да се получава пад на напрежевие 5 V. Например, ако токът, при който схемата трябва да се задействува, има максимална стойност 5 А, необходимото съпротивление на R8 е 1 й, а при максимална стойност на тока 500 mA—10 Й. Трябва да се отбележи, че ако като товар на схемите се използуват едектрически крушки с нажежаема нишка, при включването на лампите протича няколко пъти по-голям ток, отколкото токът в нормален режим на работа (при нажежена нисйка).
49494 ПО тиристорни схем»
49
49
ГЛАВАМ
20 ЕЛЕКТРОННИ СХЕМИ ЗА СИГНАЛИЗАЦИЯ
Поради основните си предимства — голям коефициент на усил- ване по мощност, малки обратни токове и възможностите за управление на големи токове, тиристорите са идеални прибори за различии електронни схеми за сигнализация. В тази глава са опи- сани както прости, така и сложни схеми за сигнализация при кражби, схеми, задействуващи се със светлинен лъч, схеми за сигнализация при наличие на дим, автоматични пожароизвестител- ни схеми, схеми за сигнализация при преминаване на определена температурка граница, както и схеми, задействуващи се при наличие на вода или пара между някакви контакти.
Всички схеми са реализирани с помощта на тиристора IR106 Y1, производство на фирмата International Rectifier, и могат да намерят различии приложения. За осъществяване на сигнализацията във всяка от схемите може да се използува какъвто и да е са- мопрекъсващ се звънец, зумер или сирена с ток на задействува- не под 2 А. Всяка от схемите трябва да се захранва от постоянно напрежение, по-голямо с около 1,5 V от номиналното работно напрежение за използувания сигнален прибор.
При практического реализиране на схемите трябва да се про- вери дали тиристорът не се загрява много при задействувана сигнализация. Ако се установи значително загряване, върху тиристора трябва да се постави радиатор с повърхнина, не по-малка от 10 ст2.
СХЕМИ ЗА СИГНАЛИЗАЦИЯ, ЗАДЕЙСТВУВАЩИ СЕ С КЛЮЧОВЕ
Най-простата схема за сигнализация, конто може да бъде реализирапа с помощта на тиристора IR106Y1, е схемата с дистанционно задействуване, показана на фиг. 3.1. Схемата е без самозадържанс и се задействува при затваряне на конто да е от ключовете Кх — А3. Възможно е паралелно да се включат няколко десетки такива ключове, затварянето на всеки от конто ще задействува сигнализацията. При затваряне на ключовете през тях тече ток само няколко милиампера, поради което те могат да
бъдат разположени на 100 ш или повече от тиристора, без да има опасност от влошаване на работата вследствие на пада на напрежение върху съпротивлението на свързващите проводници.
Възможно е схемата да се преобразува в проста самоэадър-
СИГНАЛИЗАЦИЯСИГНАЛИЗАЦИЯСИГНАЛ1 ЗАЦИйСИГНАЛ1 ЗАЦИйRi 1кRi 1кТИРИСТОРТИРИСТОРVIR106Y1VIR106Y1Rt 1кRt 1кVthphctop 470 /"IR106Y1Vthphctop 470 /"IR106Y1R21кR21к45УД) 13,5V45УД) 13,5V
СИГНАЛИЗАЦИЯ
СИГНАЛИЗАЦИЯ
СИГНАЛ1 ЗАЦИй
СИГНАЛ1 ЗАЦИй
Ri 1к
Ri 1к
ТИРИСТОР
ТИРИСТОР
VIR106Y1
VIR106Y1
Rt 1к
Rt 1к
Vthphctop 470 /"IR106Y1
Vthphctop 470 /"IR106Y1
R2
1к
R2
1к
45УД) 13,5V
45УД) 13,5V
Фиг. 3.1. Схема за сигнализация с дистанционно задействуванеФиг. 3.1. Схема за сигнализация с дистанционно задействуванеФиг. 3.2. Проста схема със самозадър- жане на сигнализация при кражби или при пожар с много входовеФиг. 3.2. Проста схема със самозадър- жане на сигнализация при кражби или при пожар с много входове
Фиг. 3.1. Схема за сигнализация с дистанционно задействуване
Фиг. 3.1. Схема за сигнализация с дистанционно задействуване
Фиг. 3.2. Проста схема със самозадър- жане на сигнализация при кражби или при пожар с много входове
Фиг. 3.2. Проста схема със самозадър- жане на сигнализация при кражби или при пожар с много входове
жаща се схема, конто може да се използува за сигнализация при пожар или опит за кражба. За целта е достатъчно паралелно на прибора за сигнализация да се свърже резистор с подходящо съпротивление и бутон за възстановяване (фиг. 3.2).
Двете разгледани схеми могат еднакво добре да се използу- ват в домашни условия или в промишлени предприятия. При из- ключена сигнализация токът на покой на двете схеми е само около 0,1 р,А и практически не изтощава захранващата батерия. Ако използуваните ключове са микроключета или рид-контакти, сигнализацията може да се задействува при отваряне на врата или прозорец или при пресичане на определена граница от човек. При използуване на контакти, монтирани на земята или пода сигнализацията може да се задействува при преминаване на пре- возпо средство върху контакта или когато някой човек стъпи върху килима. За да могат схемите да се използуват за сигнализация при възникване на пожар, необходимо е да се използуват термоконтакти.
Схемата от фиг. 3.2 представлява защита срещу крадци, но може да бъде изключена чрез прерязване на свързващите проводници между ключовете и схемата или на проводника към положителния полюс на захранващия токоизточник. По-сигурио действие има схемата от фиг. 3.3, конто се задействува и само- задържа при краткотрайно отваряне на конто да е от ключовете или при прекъсване на свързващите проводници към тях.
Кондензаторът Сх служи за потискане на смущенията и не позволява задействуване на сигнализацията при кратки случайна отваряния на ключовете, например поради вибрации или удари. Задействуване се получава, когато никой от ключовете се отвори
Фиг. 3.3. Схема за сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне на ключ. Токът на покой при захранващо напрежеиие 6 V е 60 mAФиг. 3.3. Схема за сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне на ключ. Токът на покой при захранващо напрежеиие 6 V е 60 mAза не по-малко от около 1 ms.
Фиг. 3.3. Схема за сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне на ключ. Токът на покой при захранващо напрежеиие 6 V е 60 mA
Фиг. 3.3. Схема за сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне на ключ. Токът на покой при захранващо напрежеиие 6 V е 60 mA
Токът на покой на схе- мата от фиг. 3.3, протичащ при затворени ключове през резистора Rv е равен на 0,5 mA при захранващо напрежение 6 V. Въэмож- но е да се намали този ток чрез увеличаване на съ- противлението на Rv и из- ползуване на еднотранзис-
Фиг. 3.4. Схема на сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне на ключ. Токът на покой при захранващо напрежение 6 V е 60 цАФиг. 3.4. Схема на сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне на ключ. Токът на покой при захранващо напрежение 6 V е 60 цАторен или двутранзисторен усилвател за увеличаване на чувствителността на тиристора (фиг. 3.4 и 3.5). Токът на покой при схемата от фиг. 3.4 е равен на 60 р.А при захранващо напрежение 6 V, а на схемата от фиг. 3.5—-на 1,4 р,А (при същото напрежение).
Фиг. 3.4. Схема на сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне на ключ. Токът на покой при захранващо напрежение 6 V е 60 цА
Фиг. 3.4. Схема на сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне на ключ. Токът на покой при захранващо напрежение 6 V е 60 цА
Схемитеснормално затворени ключове от фиг. 3.3 до 3.5 са с много по- добри качества от простата схема с нормално отво- рени ключове от фиг. 3.2, но също не работят на- пълно сигурно. Възможно е да се избегне включва- нето на сигнализацията чрез даване накъсо ва ключовете с проводник. Този
недостатък може да се
избегне чрез едновременно използуване в една схема на нормално отворени и нормално затворени ключове (фиг. 3.6 и 3.7). Крадецът не може да знае кои проводници са свързани към нор
мално затворените ключове и кои — към нормално отворените и
ако погрешио прекъсне проводник на нормално затворен ключ
или даде накъсо нормално отворен ключ, сигнализацията веднага
се задействува и схемата се самозадържа.
Схемата от фиг. 3.6 представлява комбинация от схемите на
фиг. 3.2 и 3.3 и при захранващо напреже- иие 6 V има ток на покой 0,5 шА. Схемата от фиг. 3.7 представлява комбинация от схемите на фиг. 3.2 и 3.5 и има ток на покой 1,4 рА при захранващо напреже- ние 6 V.
Всички разгледани досега схеми за сиг
Фиг. 3.5. Схема «а сигнализация при кражби, задействуваща се при отваряне иа ключ. Токът на покой при захранващо напрежение 6 V е
1,4 рА
нализация срещу кражби се включват и самозадържат при задействуване на един от ключовете. Следо- вателно, ако собстве- никът включи схемата за сигнализация, за да се предпази от крадци, няма да му бъде възможно да излезё от къщи, без да задействува сигнализацията. Този недо- стагък може да се избегне чрез въвеж- дане на схема за за- къснение на задей-
2N3702
уд?
СИГНАЛИЗАЦИЯ
ТИРИСТОР IR106Y1
R3
1k
SKa
(ВЬЭСТА- НОВЯ- ВАНЕ)
R4 А70
L5V де 135V
ствуването, конто осигурява известно време след свързване Па схемата към за- Хранващото напреже-
Фит. 3.6. Проста и сигурна схема за сигнализация при кражби с ток на покой 0,5 mA при захранващо напрежение 6 V
пие да не се включва сигнализация и схемата да се самозадържа при задействуване на някой от ключовете. На фиг. 3.8 е показано прибавянето на схема за закъснение на задействуването към
простата схема за сигнализация от фиг. 3.2. Схемата за закъс- нение на задействуването може да бъде прибавена и към други- те разгледани схеми за сигнализация, като релето за време, об- разувано от Д^, R», TY, Т2 и т. н., се постави на мястото на ре'
2^ 37022^ 3702(възста- новя- ВАНЕ)r4470(възста- новя- ВАНЕ)r4470V ТИРИСТОРП IR106Y1V ТИРИСТОРП IR106Y145V^ 135V45V^ 135V
2^ 3702
2^ 3702
(възста- новя- ВАНЕ)
r4
470
(възста- новя- ВАНЕ)
r4
470
V ТИРИСТОР
П IR106Y1
V ТИРИСТОР
П IR106Y1
45V^ 135V
45V^ 135V
Фиг. 3.7. Сигурна схема за сигнализация при кражби с ви- соки качествени показатели. Токът па покой при захранващо напрежение 6 V е 1,4 рА
Фиг. 3 8. Проста схема за сигнализация при кражби със схема за закъснение на задействуването, която дава възможност на собственика да излезе от охраняваната къща, без да пред- извика задействуване на сигнализациятаФиг. 3 8. Проста схема за сигнализация при кражби със схема за закъснение на задействуването, която дава възможност на собственика да излезе от охраняваната къща, без да пред- извика задействуване на сигнализацията
Фиг. 3 8. Проста схема за сигнализация при кражби със схема за закъснение на задействуването, която дава възможност на собственика да излезе от охраняваната къща, без да пред- извика задействуване на сигнализацията
Фиг. 3 8. Проста схема за сигнализация при кражби със схема за закъснение на задействуването, която дава възможност на собственика да излезе от охраняваната къща, без да пред- извика задействуване на сигнализацията
зистора за самозадържане и бутона за възстановяване от всяка от схемите.
Действието на схемата от фиг. 3.8 е много просто. Конден-
заторът С, и резисторите R6 и R7 образуват зарядна верига, чийто среден извод е свързан към базата на емитерния повтори- тел Ту Емитерният ток на Т^ се подава в базата на Ти който представлява усилвател по схема с общ емитер и използува резистора R3 като колекторен товар. Rs е свързан към анода на тиристора през диода Ду Резисторът R8 и кондензаторът Са образуват прост изглаждащ филтър на" постоянного напрежение, подавано на зарядната верига Сг, Rti и R7.
При първоначалното включване на схемата към захранващото напрежение чрез поставяне на ключа К^ в положение „Вклл кондензаторът Cj е изцяло разреден и базата на транзистора Г2 се оказва включена непосредствено към положителния полюс на захранващото напрежение. В резултат на това през базовата верига на Г] протича достатъчно голям ток, който предизвиква на- сищането му. С това потенциалът на точката на свързване на R3 и Д2 се оказва равен на нула, поради което тиристорът няма да се включи при затваряне на някой от ключовете.
След поставянето на К4 в положение „Вкл" кондензаторът Ct започва да се зарежда по експоненциален закон през R6 и R4 и напрёженията на базата и емитера на Г2 започват да нама- ляват. След определен период от време (от няколко секунди до две минути в зависимост от положението на плъзгача на тример- потенциометъра R^ емитерният ток на Т^ намалява дотолкова, че Т4 излиза от наситеното си състояние и се запушва, при което токът през Ra става равен на нула. Ако сега някой от клю- човсте се задействува, тиристорът и сигнализацията се включват и схемата се самозадържа чрез R3 и Ду
Ясно е, че схемата за закъснение на задействуването позволя- ва на собственика да включи цялата схема към захранващото напрежение и да излезе от къщи през някоя от охраняваните врати. При преминаване на собственика през охраняваната врата сигнализацията се задействува, което показва, че системата работи правилно, но след затварянето па вратата тя спира да сигнализи- ра. Малко след излизането на собственика схемата за закъснение на задействуването разрешава самозадържане и ако сега се задействува някой от ключовете, схемата за сигнализация ще работи пормално.
Друг възможен начин, осигуряващ спокойно излизане на собственика, е използуването на реле за време. Това реле се свързва паралелно на ключа на една от входните врати на охраняваната къща и се регулира така, че за кратко време, докато собствени- кът излезе, ключът да не може да задействува сигнализацията.
На фиг. 3.9 е показана една практическа схема за използуване
на реле за време. Схемата е почти еднаква със схемата за закъс- нение на задействуването от фиг. 3.8, с изключение на това, че резисторът /?3 е заместен с релето Р. Тя се задействува при краткотрайно натискане на бутона Кх, който предизвиква наси-
Фиг. 3.9. Схема с реле за време. Схемата може да се из- ползува за улеснение на собственика да излезе от къщата, без да задействува сигнализация га. Р е каквото и да еелек- тромеханично реле за 12 V със съпротивление на иамотката, не по-мал ко от 180 Qh с два или повече превключващи контакта
щане на 7\ и включване на релето чрез транзистора Т2 и конден- затора Сх. Контактът гх на релето се превключва и дава накъсо Кх, с което осигурява подаване на захранващо напрежение на схемата при отваряне на Кх. С контакта си г2 релето дава накъсо ключа за задействуване на сигнализацията, монтиран на вход- ната врата. Кондепзаторът Сх започва да се зарежда през рези- сторите R3 и R4. След определен период от време, който може да се регулира с R3 между 10 s и 2 min; напрежението върху Сх достига такава стойност, че предизвиква запушване на Тх и из- ключване на релето. Контактите гх и г2 се връщат в изходното си положение, като първият изключва захранващо го напрежение на цялата схема, а вторият премахва късото съединение на ключа за задействуване на сигнализацията на входната врата. След изключването на захранващото напрежение на схемата конденза- торът Сх се разрежда бързо през R5, R6 и Дг. Контактът г3 на релето може да бъде използуван за даване накъсо на нормално отворен или нормално затворен ключ на вратата.
СХЕМИ ЗА СИГНАЛИЗАЦИЯ, ЗАДЕЙСТВУВАЩИ СЕ ОТ ВОДА ИЛИ ПАРА
Наличието на замърсявания в обикновената вода я прави про
водима и проводимостта позволява разглеждането на определен воден слой като резистор. Много други видове течности и пари (например водна пара) също имат проводимост. Следователно,
ако между две изо- лирани сонди попадне течност или пара, съ- противлението между сондите ще намалее от безкрайност на някаква средно голя- ма крайня стойност. Тази промяна на съ- противлението може да се използува за заде йствуване на различии електронни си- стеми за сигнализация. Такива системи могат да бъдат из- ползувани за сигнализация при наличие на вода или пара. На фиг. 3.10 и 3.11 са показани две практически схеми от този вид.
Двете схеми са без самозадържане и използуват транзисто-
Фиг. 3.10. Схема за сигнализация, задействуваща се от водаФиг. 3.10. Схема за сигнализация, задействуваща се от водаФиг. 3.11. Схема за сигнализация, задействуваща се от параФиг. 3.11. Схема за сигнализация, задействуваща се от парарен усилвател за уве- личаване на чувстви- телността на управ- ляващия електрод на
Фиг. 3.10. Схема за сигнализация, задействуваща се от вода
Фиг. 3.10. Схема за сигнализация, задействуваща се от вода
Фиг. 3.11. Схема за сигнализация, задействуваща се от пара
Фиг. 3.11. Схема за сигнализация, задействуваща се от пара
тиристора до степей тиристорът да се включва от малките то-
кове, конто протичат през проводимата среда, когато тя даде контакт едновременно с двете сонди.
В схемата от фиг. 3.10 е използуван еднотранзисторен усилвател, с който чувствителността на схемата позволява задейст- вуване на сигнализацията при съпротивление между сонднте под
220 kS. Тази чувствителност е достатъчна за включване на сигнализацията на вода.
Използувансто на двутранзисторен усилвател в схемата от фиг. 3.11 води до увеличаване на чувствителността, ко,ето позво- лява задействуване на сигнализацията при съпротивление между сондите под 10 Мй. Тази чувствителност е достатъчна за включване па сигнализацията при наличие на вода или пара. Възмож- по е намаляване на чувствителността на схемата до предварител- но определено ниво чрез включване на резистор със съпротивле- нис 1 МЙ паралелно на кондензатора Сх (показано с прекъсната линия на фиг. 3.11). В двете схеми кондензаторът Сх се изпол- зува за потискапе на отскоците на променлнвото напрежение, конто се получават поради дълги проводници и могат да пре- дизвикат погрешно включване на сигнализацията. Резисторът Rx се използува за предпазване на схемата от нежелани къси съеди- нения между двете сонди.
Двете схеми могат да намерят различии приложения в домашни условия и в промишлени предприятия. Възможно е те да се използуват за даване на звукова сигнализация при дъжд, при нахлуване на вода в охранявано помещение, при достигане на предварително определено ниво от течност в резервоар или кога- то от съответен вентил започне да излиза пара при кипване на течността в съда.
СХЕМИ ЗА СИГНАЛИЗАЦИЯ,
ЗАДЕЙСТВУВАЩИ СЕ СЪС СВЕТЛИНА
Схемите за сигнализация, задействуващи се със светлина, на- мират многобройни приложения в домашни условия и в промишлени предприятия. Те могат да се използуват за даване на звукова сигнализация при попадане на светлина в нормално тъмно помещение (например сейф или стая с ценности) или когато кра- дец или пякакъв предмет пресече защитен светлинен лъч. Освен това е възможно използувансто на схемите за сигнализация при наличие на дим.
В тази точка са описани различии схеми за сигнализация, задействуващи се със светлина, конто използуват фоторезистор като светлочувствителен елемснт. Фоторезисторът е изпълнен на основата на кадмиев сулфид и има голямо съпротивление на тъмно и малко съпротивление при осветяване. Всяка от описани- те схеми може да намери най-разнообразни приложения и използува какъвто и да е фоторезистор с диаметър на прозорчето
СИГНАЛИЗАЦИ?СИГНАЛИЗАЦИ?Фиг. 3.12 Проста схема за сигнализация, задействуваща се със светлинаФиг. 3.12 Проста схема за сигнализация, задействуваща се със светлинамежду 3 и 12 шт. В схемите не е необходимо да се използуват прецизни фоторезистори, но в случайте, когато фоторезисторите трябва да се подбират, е показано как се извършва това.
СИГНАЛИЗАЦИ?
СИГНАЛИЗАЦИ?
Фиг. 3.12 Проста схема за сигнализация, задействуваща се със светлина
Фиг. 3.12 Проста схема за сигнализация, задействуваща се със светлина
Две прости схеми, задействуващи се със светлина, са показаны на фиг. 3.12 и 3.13. Фоторезисторът във всяка от схемите е предназначен за монтиране в тъмно пространство (например сейф или стая с ценности) и схемите са изчислени така, че звуковата сигнализация да се задействува, когато в помещението проникне светлина. Фоторезисторът и А?, образуват делител на начрежение, потенциалът от средната точка на конто се подава на управля- ващия електрод на тиристора. При схемата от фиг. 3.12 управляващият електрод се захранва непосред- ствено от делителя, а в схемата от фиг. 3.13—през емитерен повторится.
Действието на двете схеми е много просто. Когато фоторезисторът е па тъмно, той има голямо съ- противление и през управ- ляващия електрод на тиристора практически не тече никакъв ток. При осве- тяване на фоторезистора неговото съпротивление
СИГНАЛИЗАЦИЯСИГНАЛИЗАЦИЯФиг. 3.13. Чувствителна схема за сигнализация, задействуваща се със светлинаФиг. 3.13. Чувствителна схема за сигнализация, задействуваща се със светлинасилно намалява, през управляващия електрод на тиристора протича ток, тиристорът се включва и задействува сигнализацията. Чувстви- телността на схемата от фиг. 3.12 позволява задействуване на сигнализацията при намаляване на съпротивлението на фоторезистора под 10 к£2. Чувствителността на схемата от фиг. 3.13 е много по- висока и позволява задействуване на сигнализацията при съпротивление на фоторезистора под 200 kQ. Ако е необходимо, чувстви-
СИГНАЛИЗАЦИЯ
СИГНАЛИЗАЦИЯ
Фиг. 3.13. Чувствителна схема за сигнализация, задействуваща се със светлина
Фиг. 3.13. Чувствителна схема за сигнализация, задействуваща се със светлина
телността на схемата на фиг. 3.13 може да бъде намалена чрез тример-потенциометъра /?v
Схемите от фиг/3.12 и 3.13 могат да се направят да действу- ват по обратен начин, т. е. сигнализацията да се включва при па-
маляване на освете- ността ла фоторезистора. Това се постига чрез проста размяна на местата на Rx и фоторезистора (фиг. 3.14 и 3.15). Двете схеми могат да се из- ползуват и за даване на сигнализация при пресичане на светли- нен лъч. Това се по
фиг. 3.14. Проста схема за сигнализация със свет- Стига, като в НОрмал- лииен лъчно състояние фоторе-
зисторът е освстен от защитния светли- нен лъч, получаваи чрез система от лещи. При това положение съпротивлението на фоторезистора е малко, на управляващия електрод на тиристора се подава практически нулево напрежение и тиристорът е идключен. Когато някой човек или предмет пресече лъча, съпротивлението на фоторезистора става голямо, иа управляващия електрод на тиристора се подава висок потенциал, тиристорът се включва и сигнализацията се задействува.
В схемата от фиг. 3.14 може да се използува фоторезистор от произволен вид, стига съпротивлението му в осветено състояние да е под 1 kQ, а при прекъснат лъч— над 3 kQ. В схемата от фиг. 3.15 може също да се използува какъвто и да е фоторезистор със съпротивление в осветено състояние под около 50 кй.
Възможчо е в много случаи схемите от фиг 3.14 и 3.15 да се използуват за защита срещу кражби, но те не юсигуряват много сигурна защита. Това се дължи на факта, че защитного действие на двете схеми може да бъде премахнато чрез осветяване на фоторезистора с допълнителна светлина с по-голям интензитет от интензитета на светлинния лъч. Този недостатък може да бъде избягнат по различии начини, един от конто е показан на фиг. 3.16.
Тук фоторезисторът е включен в съпротивителеч мост заедно с резисторите Rv R2, R3 и Rt, а транзисторите Тх и Т2 се изпол-
зуват като детектор на равновесието на моста, като колекторни- те им токове се подават на управляващия електрод на тиристора. Когато фоторезисторът е нормално осветен, мостът е в равновесие и сигнализацията е изключена. При слаба промяна на интензи-
Фиг. 3.15. Вариант на схема за сигнализация със светли- нен лъч
Фиг. 3.16. „Неуязвима" схема на сигнализация със светлинен лъч
тета на падащата върху фоторезистора светлина равновесието на моста се нарушава и сигнализацията се включва. Следователно сигнализацията се включва независимо от това, дали светлинният лъч е прекъснат или върху прозорчето на фоторезистора е попад- нала допълнителна светлина, т. е. схемата осигурява „неуязвима" сигнализация със светлинен лъч.
За по-подробното изясняване на действието на схемата нека предположим, че постоянното захранващо напрежелие е 10 V. Освен това тример-потенциометърът £\ е регулиран така, че съпро- тивлението му при уравновесен мост е равно на съпротивлението
на осветения от светлинния лъч фоторезистор и на базата на транзистора Т\ и на емитера на Т2 се подава напрежение 5 V. Тример-потенциометърът R4 е регулиран така, че на емитера на Тх се получава напрежение 5,6 V, а на базата на Т^—4,4 V, което означава, че при равновесие на моста емитерните преходи на два- та транзистора са поляризирани в права посока с напрежение 0,6 V. Транзисторите се отпушват при напрежение база — емитер-в права посока 0,65 V*
Следователно при равновесие на моста на транзисторите Тх и Т2 е подадено напрежение база — емитер в права посока, недо- статъчно за отпушване, поради което тиристорът и сигнализацията са изключени. Нека предположим, че светлинният лъч се прекъсва, при което сьпротивлепието на фоторезистора нараства. При това положение напрежението в точката на евързване на фоторезистора и Rx намалява значително под 5 V, напрежението база — емитер в права посока на Г2 нараства над 0,65 V, транзисторът се отпушва и задействува тиристора и сигнализацията.
Схемата действува по аналогичен начин, когато интепзитетът на светлипата върху фоторезистора се промени толкова, че да прсдизвика промяна на напрежението в точката на евързване на фоторезистора и 7?] с повече от 50 mV. Чувствителността на схемата може да се променя с тример-потенциометъра 7?3 и може да се направи толкова висока, че сигнализацията да се задействува при неуловими за човешкото око изменения в интензитета на светлината.
В схемата от фиг. 3.16 може да се използува какъвто и да е: фоторезистор, стига неговото съпротивленис в осветено състоя- иие да е в границите от 200 О до 2 кй При това положение съ- противлението на Rx трябва да бъде около два пъти по-голямо от съпротивлението на фоторезистора. Настройката на схемата се извършва по следния начин.
Най-напред тримср-потенциометърт Rx се регулира така, че при осветен фоторезистор напрежението в точката на евързване на фоторезистора и Rx да бъде равно на половината от захранващото напрежение. След това с помощта на R3 падът на напрежение върху R5 се прави равен на 0,4 V. Отново се регулира Rx до по- лучаване на минимално напрежение върху R5 и ако е необходимо, се прави повторно регулиране с R3, за да се осигури пад на напрежение върху R5, не по-малък от 0,2 V. След регулирането на Rx мостът е уравновесен. Сега с помощта на R3 трябва да се ре-
•41 ри българските енлиииеви маломощнн транзистори напрежението и отпушване е обикновено 0,4—0,5 V. (Бел. прев)
гулира чувствителността на схемата на определеното ниво. Ако R3 е регулирано така, че падът на напрежение върху R& да бъде равен на пула, за задействуване на сигнализацията ще бъде необходима голяма промяна в интензитета на светлината. Ако обаче при
СВЕТЛИНЕН
Фиг. 3.17. Проста схема за сигнализация при наличие на дим
регулирането е получен над на напрежение върху R5 няколко десети от волта, за задействуване на' сигнализацията ще бъде необходима много малка промяна в интензитета на светлината. •«, Последните две схеми, конто ще бъдат разгледани в тази точка (фиг. 3.17 и 3.18), дават сигнализация за наличие иа дим и дей-
СИГНАЛИЗАЦИЯ
Фиг. 3.18. Чувствителна схема за сигнализация при наличие на дим
ствуват на принципа на светлинния лъч. Тук фоторезнсторът об- разува мост заедно с резисторите Rb R^ и Rs и в нормално съ- стояние е осветен от светлинния лъч. Изходното напрежение на
моста сс усилва и подава на управляващия електрод на тиристора. Усилването в схемата от фиг. 3.17 се извърщва с еднотран- зисторен усилвател, а в схемата от фиг. 3.18 — с двутранзисторен диференциалеп усилвател.
Всяка от схемите е регулирана така, че при нормално осветя- ване на фоторезистора мостът е близо до равновесие и транзисто- рът Тг е отпушен слабо, но недостатъчно за включване на тиристора. Когато на пътя на светлинния лъч попадне дим, интензи- тетът на светлината върху фоторезистора намалява, съпротивле- пието му нараства, мостът се отдалечава от равновесното си състояние и транзисторът 7\ се отпушва повече. Това предизвик- ва включване на тиристора и задействуване на сигнализацията. По такъв начин схемата действува като сигнализация за наличие на дим.
Фоторезисторът, използуван в схемите от фиг. 3.17 и 318, мо- же да бъде от произволен тип със съпротивление в нормално осветено състояние между 200 Q и 2 kQ. Максималното съпротивление на тример-потенциометъра Rx трябва да бъде около два пъти по-голя?яо от съпротивлението на фоторезистора при липса на Дим.
СХЕМИ ЗА СИГНАЛИЗАЦИЯ, ЗАДЕЙСТВУВАЩИ СЕ ПРИ ПРОМЯНА НА ТЕМПЕРАТУРАТА
Схемите за сигнализация, задействуващи се при промяна на температурата, могат да се използуват за автоматично подаване на сигнал при възникване на пожар, при превищаване на температурата над определена граница или при понижаването й под някаква фиксирана температура. В тази последна точка на главата са опи- сани три практически схеми, задействуващи се при промяна на температурата. Схемите използуват като термочувствителни еле- менти евтини термистори с отрицателен температурен коефициепт. Тези термистори имат голямо съпротивление при ниски темпера- тури и малко съпротивление при високи температури.
Трите описани схеми са предназначени да работят с термистори със съпротивление при желаната температура на задействуване на сигнализацията, приблизително 5 kQ. Независимо от това схемите работят добре с термистори с отрицателен температурен коефициент и съпротивление при температурата на задействуване в граничите от 1 kQ до 20 kQ.
На фиг. 3.19 е показана практическа схема за сигнализация при възникване на пожар или при превишаване на температурата над
определена граница. Термисторът R, и резисторите Ru R2 и /?; образуват мост, а транзисторът 7\ усилва напрежението от Диаго
нала на моста и осигурява тока през управляващия електрод на тиристора. Тример-потенциометърът Rx се регулира така, че мостът да бъде уравновесен
при температура, малка по-ниска от жгла- ната температура на задействуване. При това положение на- преженията на база- та и е митера на 7'1 са равни, Тг с запушен и сигнализацията е изключена. При на- растванс на темпера- турата съпротивле- ниетэ на термистора намалява, поради кое- то базата на Г1 става отрицателпа спря- мо смитера. Когато температурата достигло определеиата граница, папрежение- то на базата става толкова отрицателпо спрямо емитера, чс транзисторът Тх се отпушва, през управляващия електрод на тиристора протича ток, той се включва и задействува сигнализацията. По такъв начин схемата осигуря- ва включване на сиг-
Фиг. 3.19. Проста схема за сигнализация при пре- вишаване на температура га над определена граница или при пожарФиг. 3.19. Проста схема за сигнализация при пре- вишаване на температура га над определена граница или при пожарСИГНАЛИЗАЦИЯСИГНАЛИЗАЦИЯФиг. 3.20. Проста схема за сигнализация при .за- мръзвапе или попижаване на темперазурата под определена границаФиг. 3.20. Проста схема за сигнализация при .за- мръзвапе или попижаване на темперазурата под определена границанализацията, когато
Фиг. 3.19. Проста схема за сигнализация при пре- вишаване на температура га над определена граница или при пожар
Фиг. 3.19. Проста схема за сигнализация при пре- вишаване на температура га над определена граница или при пожар
СИГНАЛИЗАЦИЯ
СИГНАЛИЗАЦИЯ
Фиг. 3.20. Проста схема за сигнализация при .за- мръзвапе или попижаване на темперазурата под определена граница
Фиг. 3.20. Проста схема за сигнализация при .за- мръзвапе или попижаване на темперазурата под определена граница
температурата достигне до прсдварителпо определено ниво.
Възможно е схемата да се направи да действува по обратеч начин, така чс сигнализацията да се включва, когато температурата спадне под прсдварителпо определено пиво. Това се постига чрез проста размяла на местата на Rx и термистора (фиг. 3.20).
При това положение схемата може да се използува за даване на* сигнализация при спадане на температурата под определена гра
ница.
Схемите от фиг. 3.19 и 3.20 работят много добре, но точиата
температура на включване
Фиг. 3.21. Прецизна схема за сигнализация при превишавапе па температурата над определена границаФиг. 3.21. Прецизна схема за сигнализация при превишавапе па температурата над определена границана сигнализацията се влияе от нагряването на транзистора Ту поради темпера- туриата зависимост на на- прежението база —емитер. Поради това тези две схе- ми не са подходящи за прецизни приложения, ос- вен ако Tv и термисторът не са поставени при едва и съща температура. Този
Фиг. 3.21. Прецизна схема за сигнализация при превишавапе па температурата над определена граница
Фиг. 3.21. Прецизна схема за сигнализация при превишавапе па температурата над определена граница
недостатък може да се избегне чрез използуване на мястото на Ту на двутранзисторен диференциа-
лен усилвател — фиг. 3.21, Това е прецизна схема на сигнализация при превишаване на опре
делена температура. Възможно е преобразуване на схемата за да
ване на сигнализация при понижаване на температурата под определена граница чрез проста размяна на местата на Rv и термистора. Трябва да се отбележи, чс тук не о използуван резистор за самозадържане на схемата, тъй като в повечето приложения е необходимо сигнализацията да действува само докато температурата е над или под зададеното ниво.
Както вече бе спомепато, термисторите в трите схеми трябва да имат съпротивленис при температурата па задействуване на сигнализацията в границите между 1 кй и 20 кй. Максималното съ- лротивление на тример-потенциометъра Ry трябва да бъде около два пъти по-голямо от съпротивлението па термистора при температурата на задействуване.
Глава IV
15 СХЕМИ НА РЕЛЕТА ЗА ВРЕМЕ
Тиристорните ключове могат да бъдат свързани с електронни релета за време и да намерят многобройни приложения в домашни условия, в промишлени предприятия и в моторни превозни средства. Така получените схема могат да се използуват за автоматично включване или изключване след изтичане на определено време на постояннотокови или променливотокови товари.
РЕЛЕТА ЗА ВРЕМЕ ЗА ВКЛЮЧВАНЕ НА ПОСТОЯННОТОКОВИ ТОВАРИ
Една от пай-простите схеми на релета за време е постоянно- токовото реле за включване от фиг. 4.1. В нормален режим на работа тиристорът е изключен, но определено време след затва-Една от пай-простите схеми на релета за време е постоянно- токовото реле за включване от фиг. 4.1. В нормален режим на работа тиристорът е изключен, но определено време след затва-ряне на ключа /С той се Действието на схе- мата е много просто. При първоначалното за- тваряне на ключа Кх ти-ряне на ключа /С той се Действието на схе- мата е много просто. При първоначалното за- тваряне на ключа Кх ти-включва автоматично.включва автоматично.АА СЕ ИЭЮАЗХЗА ПРИ САМОПРЕКЪС- ВАЩИ СС ТОВА=ИХАА СЕ ИЭЮАЗХЗА ПРИ САМОПРЕКЪС- ВАЩИ СС ТОВА=ИХристорътристорътизключен,изключен,поради което на товара не се подава никаква мощност, а на тиристора и времезадаващата верига с еднопреходиия транзистор Тх е приложено цялото захранва- що напрежение, поради което кондепзаторът С,започва да се зареж- да по експоненциален закон през резистора ЛХ След точно определено време напрежениетопоради което на товара не се подава никаква мощност, а на тиристора и времезадаващата верига с еднопреходиия транзистор Тх е приложено цялото захранва- що напрежение, поради което кондепзаторът С,започва да се зареж- да по експоненциален закон през резистора ЛХ След точно определено време напрежениеторГОВА?рГОВА?IR106Y1IR106Y1Фиг. 4.1. Реле за време за включване на постояннотокови товари с време на закъснение до 15 minФиг. 4.1. Реле за време за включване на постояннотокови товари с време на закъснение до 15 min12 дэ 18 V9-12 дэ 18 V9-с1.10-100D Ос1.10-100D ОRt6.8 к-500 кRt6.8 к-500 кfl Rs \д-д U 47С X X;I1N4001fl Rs \д-д U 47С X X;I1N4001АА СЕ ИЗПОЛЭХВА ПРИvИНДХК'ИВЕН ТОВАРК1АА СЕ ИЗПОЛЭХВА ПРИvИНДХК'ИВЕН ТОВАРК1върху Сг става равно на напрежение-върху Сг става равно на напрежение-т о на включване на еднопреходиия транзистор, той се отпушва и подава пусков импулс на управляващия елсктрод на тиристора. В резултат на това тиристорът също се включва и подава нат о на включване на еднопреходиия транзистор, той се отпушва и подава пусков импулс на управляващия елсктрод на тиристора. В резултат на това тиристорът също се включва и подава на
Една от пай-простите схеми на релета за време е постоянно- токовото реле за включване от фиг. 4.1. В нормален режим на работа тиристорът е изключен, но определено време след затва-
Една от пай-простите схеми на релета за време е постоянно- токовото реле за включване от фиг. 4.1. В нормален режим на работа тиристорът е изключен, но определено време след затва-
ряне на ключа /С той се Действието на схе- мата е много просто. При първоначалното за- тваряне на ключа Кх ти-
ряне на ключа /С той се Действието на схе- мата е много просто. При първоначалното за- тваряне на ключа Кх ти-
включва автоматично.
включва автоматично.
АА СЕ ИЭЮАЗХЗА ПРИ САМОПРЕКЪС- ВАЩИ СС ТОВА=ИХ
АА СЕ ИЭЮАЗХЗА ПРИ САМОПРЕКЪС- ВАЩИ СС ТОВА=ИХ
ристорът
ристорът
изключен,
изключен,
поради което на товара не се подава никаква мощност, а на тиристора и времезадаващата верига с еднопреходиия транзистор Тх е приложено цялото захранва- що напрежение, поради което кондепзаторът С,започва да се зареж- да по експоненциален закон през резистора ЛХ След точно определено време напрежението
поради което на товара не се подава никаква мощност, а на тиристора и времезадаващата верига с еднопреходиия транзистор Тх е приложено цялото захранва- що напрежение, поради което кондепзаторът С,започва да се зареж- да по експоненциален закон през резистора ЛХ След точно определено време напрежението
рГОВА?
рГОВА?
IR106Y1
IR106Y1
Фиг. 4.1. Реле за време за включване на постояннотокови товари с време на закъснение до 15 min
Фиг. 4.1. Реле за време за включване на постояннотокови товари с време на закъснение до 15 min
12 дэ 18 V
9-
12 дэ 18 V
9-
с1.
10-100D О
с1.
10-100D О
Rt
6.8 к-500 к
Rt
6.8 к-500 к
fl Rs \д-д U 47С X X
;I1N4001
fl Rs \д-д U 47С X X
;I1N4001
АА СЕ ИЗПОЛЭХВА ПРИv
ИНДХК'ИВЕН ТОВАРК1
АА СЕ ИЗПОЛЭХВА ПРИv
ИНДХК'ИВЕН ТОВАРК1
върху Сг става равно на напрежение-
върху Сг става равно на напрежение-
т о на включване на еднопреходиия транзистор, той се отпушва и подава пусков импулс на управляващия елсктрод на тиристора. В резултат на това тиристорът също се включва и подава на
т о на включване на еднопреходиия транзистор, той се отпушва и подава пусков импулс на управляващия елсктрод на тиристора. В резултат на това тиристорът също се включва и подава на
товара цялата мощност. Сьщевремспно анодното му напрежоние се понижава почти до нуда и прсмахва захранващото напрежепие на времезадаващата верига. С това работният цикъл е зайършен
Съпротивлението на резистора Rx в тази схема може да бъде
Фиг. 4.2. Реле за време за включване на постояннотокови товари с време на закъснсние до няколко минути Д1—силициев диод с сбаю предназначение
в границите от 6,8 kQ до 500 kQ, а капацитетът на кондензато* ра Сх — до 1000 pF. Когато Rx е високоомно, кондензаторът тряб" ва да бъде с малка утечка. Времето на включване на тиристора определяно от схемата, е приблизително равно на произведението’ RXCV и се измерва в милисекунди, когато R3 е в килоомове, а Сг—■ в микрофаради. Например при R3 = 500 kQ и ^=100 pF се полу- чава време на включване около 50 s. Практически при използуване на тези стойкости се пол /чава време на включване около 80 s поради големите толеранси на използувания времезадаващ електро- литен кондеззатор (обикнове ю неговият капацитет е с около 60% по-голям от означения).
Максималното време, което може да Даде схемата от фиг. 4.1, е около 15 минути. Тази схема, както и всички останали постояннотокови релета за време, използуващи тиристора IR106Y1, могат да включват товари с работен ток, не по-голям от 2 А. Ако това- рът е индуктивен, паралелно на него трябва да се включи диодът Дх (показан с прекъсната линия на фиг. 4.1). При самопрекъсващ се товар* е необходимо да се включи резисторът R5. Кондеиза- торът С2, евързан между управляващия електрод и катода на тиристора, предпазва тиристора от нежелани включвания вследствие на преходни процеси в мрежата, конто могат да достигнат до управляващия електрод през еднопреходния транзистор.
'Наприsер обикновен електрически звънец, зумер или сирена (бел, прев).
На фиг. 4.2 е показан един вариант на постояннотоковото реле с биполярен транзистор, който осигурява включване на товара след не повече от няколко минута. Действисто и на тази схема е много просто. Кондензаторът С\ и рсзисторът 7^ образуват Де- лител на захранващото напрежение, като потенциалът в точката на свързване на двата елсмента, който се подава на базата па транзистора Тх през диода Дх, е функция на времето. От друга страна, резисторитс Д2 и R3 образуват делител на напрежение, сред- ната точка на който е свързана към емитера на Тх и напрежението в нея е около 0,3 от захранващото напрежение. Колекторът на транзистора Тх е свързан към управляващия електрод на тиристора. След включването на схемата с ключа Кх на емитерния преход, па Тх се подава напрежение в обратна посока, поради което транзисторът и тиристорът са запушени. В процеса на зареждане на копдензатора Сх потенциалът на базата на Тх става все по- малко положителен и когато се понижи малко под опорното напрежение, определено от делителя R2—R3, емитерният преход на Тх се оказва поляризиран в права посока, транзисторът се отпушва и прсдизвиква включване на тиристора. Диодът Дх предпазва емитерния преход па Тх от големи обратив нанрежсния в началото на зареждането на Сх.
При първоначалното включване на схемата към захранващото напрежение кондензаторът Сх не е заредей и представлява късо съединение. Поради това базата на Тх се оказва свързана към по- ложителния полюс на захранващото напрежение и транзисторът и тиристорът са запушени. Кондензаторът започва да се зарежда проз Rx по експонснциален закон и след определено време напрежението му нараства дотолкова, че потенциалът на базата на Тх става по- малко положителен от опорното напрежение в точката на свързване на резисторите R2 и Ra. В резултат на това емитерният преход на Тх се оказва поляризиран в права посока, транзисторът се отпушва и през управляващия електрод на тиристора протича ток, достатъ- чен за включването и самозадържането му. При това положение тиристорът може да се изключи чрез отваряне на ключа Кх, което води и до бързо разреждане на С2 през R2, Дх и емитерния преход на Тх, с което схемата отново е готова за работа.
Схемата има две важни особености. Първо, преди отпушвапето на транзистора Тх през базовата му верига не протича ток, поради което времето на зареждане на Сх се определи изцяло от времеконстантата RXCX и почти не зависи от параметрите на транзистора.
Втората важна особеност се състои в това, че тиристорът се отпушва, когато напрежението в точката на свързване на Rx и Сх
стане по-ниско от опорното иапрежение, което представлява част от захранващото и се определя от делителя /?а—R3. Тъй като и
двата делителя на иапрежение се захранват от един и същи източ- ник, времето на зареждане на кондензатора ще зависи слабо от
Фиг. 4.3. Реле за време за включване на по- стояннотокови товари с голямо време на закъс- иение (до 1 час)Фиг. 4.3. Реле за време за включване на по- стояннотокови товари с голямо време на закъс- иение (до 1 час)промените на захранващото иапрежение, пора- ди което схемата осигу- рява време на включване с добра точност. Вре- мсто на включване зависи слабо от големи промсни на околната температура, което се дължи на температурна- та зависимост на на- крежението база — емп- тер на Г,. Тази зависи-
Фиг. 4.3. Реле за време за включване на по- стояннотокови товари с голямо време на закъс- иение (до 1 час)
Фиг. 4.3. Реле за време за включване на по- стояннотокови товари с голямо време на закъс- иение (до 1 час)
мост води до промяна на напрежението на отпушване на транзис
тора.
Съпротивлението на резистора Rx може да бъде в границите от 10 kQ до 240 kQ, а капацитетът на кондензатора Сх — до 1000 pF. Времето на включване на схемата с приблизителен равно на произведението RXCX и може да бъде до няколко минути. Възможно е увеличаване на времето на включване чрез замества- не на транзистора Тх със съставен транзистор, което позволява увеличаване на съпротивлението на Rv (фиг. 4.3).
Съпротивлението на Rx в схемата от фиг. 4.3 може да бъде до 4,7 М2, а максималното време на включване достига до около 1 час. При големи съпротивления на Rx е необходимо утечката на кондензатора Сх да бъде малка, тъй като в противен случай се образува делител на иапрежение от Rx и утечното съпротивление на Сх, конто може да не позволи на напрежението на базата на Тх да достигне до напрежението на включване.
Схемитс от фиг. 4.2 и 4.3 представляват много добри релета за време, но точността им все пак зависи слабо от промените па околната температура. Този недостатък може да се избегне чрез заместване на транзистора в описаните схеми с двойка транзисто- ри в диференциално евързване. Две такива прецизни релета за време са показами на фиг. 4.4 и 4.5.
Схемата от фиг. 4.4 използува два транзистора в диференциал
но евързване и може да осигури с голяма точност време на за-
късиение до няколко минути. Диодите Дх и Д^ предпазват еми- терните преходи па двата транзистора от пробив в началото на зареждане па кондензатора Су.
В схсмата от фиг. 4.5 са използувани четири транзистора в
Фиг. 4.4. Прецизно реле за време за включване на постояннотокови товари с време на закъснение до няколко минути
Д. и Д2 — силициеви диоди с общо предназначение
Фиг. 4 5. Прецизно реле за време за включване на постояннотокови товари с голямо време на закъснение (до 1 час)
диференциално евързване, конто образуват две двойки съставни транзистори. Схемата може да осигури с голяма точност време на закъснение до около 1 час. И в двете схеми времето на закъснение е приблизително равно на произведението RXCV
РЕЛЕТА ЗА ВРЕМЕ ЗА ИЗКЛЮЧВАНЕ НА ПОСТОЯННОТОКОВИ ТОВАРИ
Релетата за време за изключване представляват схеми, при конто на товара се подава напрежение веднага след включване на захранващото напрежение и след изтичане на определено време товарът автоматично се изключва. За осъществяване на тази функция съществуват многобройни схемни решения.
Фиг. 4.6. Реле за време за изключване на постояннотоковите товари с време на закъснение до 15 min
На фиг. 4.6 е показана практически схема на реле за време за изключване на постояннотокови товари, използуваща два тиристора. Тази схема е постоянно включена към захранващото напрежение, при което тиристорът Т\ е изключен, а тиристоры Та— включен. При това положение на товара не се подава никакво напрежение, захранващото напрежение на времезадаващата верига, включваща транзистора Т3, е приблизително пула, кондензаторът С2 не с заредсн и нанрежението на анода на тиристора 7\ е по- ложително.
При натискане на бутона ^ се подава напрежение на управ- ляващия електрод на тиристора Tv Тиристорът се включва, анодного му напрежение рязко спада почти до нула, поради което напреженисто на копдензатора С2 се оказва включено паралелно на тиристора Та с отрицателен потенциал на анода му. Това пред- извиква изключвапето на Та и спадане на анодния му ток до нула.
След запушването на Та анодного му напрежение става приблизително равно на захранващото, с което се осигурява напрежение за захразване на времезадаващата верига с транзистора Тя. Едновременно с това С2 се зарежда бързо проз jR3, като елек- тродът му, евързан към анода на Та, става положителен. След 72
като се подаде захрапване на времезадаващата верига, конденза- торът Cv започва да се зарежда по експонснциален закон през Rti и след определено време еднопреходният транзистор се от- пушва и отново включва тиристора Т». С това десният елсктрод
Фиг. 4.7. Електронно реле за време за изключване на по- стояннотокови товари с тиристор и електромеханично реле, осигуряващо време на закъснение до 15 min
Р— електромеханично реле с наирежение на включванс 12 V, съпро* тивлениена намотка между 120 и 1000 & и един нормално отворен контакт
на кондензатора С2 се оказва евързан към земя, на анода на ти* ристора Ту се подава отрицателпо напрежение, тиристорът се из- ключва и прекъева напрежението на товара. Сега С2 се зарежда бързо през товара с обратна полярност, с конто анодът на Ту отново става положителен. С това работпият цикъл на схемата за- вършва.
Единственият недостатък на схемата от фиг. 4.6 се състои в това, че е необходимо тя да бъде непрекъснато евързана към за- хранващото напрежение, при което консумира ток около 20 mA (проз /?3). Този недостатък може да се избегне чрез прибавяне на едно реле, както е показано на фиг. 4.7. Товарът се евързва към захранващото напрежение чрез контакта г на електромеханичното реле Ру, а тиристорът, еднопреходният транзистор и евързаните към тях елементи служат за задействувапе на релето. Съпротив- лението на намотката на релето трябва да бъде много по-голямо от Rv
В нормално състояние релето е изключено, контактът му г е отворен и схемата не консумира никакъв ток. Пускането в действие на схемата става чрез краткотрайно натискане на бутона Кг
при което захранващото напрежение се подава на схемата и товара. В първия ромеит след натискане на бутона тиристорът е изключен. Тъй като съпротивлението на намотката на релето е много по-голямо от Яг, почти цялото захранващо напрежение се
Фиг. 4.8. Електронно реле за време за изключване на постоянно- токови товари с тиристор и елекромеханично реле, осигуряващо време на закъснение до ияколко минути
Р— електромеханичпо реле с напрежение на включване 12 V, съпротивлений на намотката между 120 и 1000 П и два пормално отворены контакта;
— силициев диод с общо предназначение
К] (ПУСКАНЕ)
Фиг. 4.9. Електронно реле за изключване на постояннотокови товари с голямо време на 'закъснение (до 1 час), реализирано с електроме- ханично реле и тиристор
Р — електромеханичпо реле с напрежение на включваие 12 V, съпротивлеиие на намотката между 120 и 100Э £2 и два нормално отворенн контакта
подава иа релето и то включва. При това контактът г се затва- ря и предизвиква самозадържане на релето, с което се осигуря-
ва подаване на захранващо напрежение на схемата след отпус- кане на бутона 7Г1.
След подаването на захранвашо вапрежение на схемата кон- дензаторът Сг започва да се зарежда проз 7?.. След определено
Фиг. 4.10. Прецизно електронно реле за време за изключване на постояннотоко- ви товари с време на закъснение до няколко минути
Р— електомеханично реле с напрете: ие на включване 12 V, сопротивление на намотката между 120 в 1000 й"и два пормачно отворепи контакта;
Дг и Д2— снлицневи диоди с общо предназначение
време напрежението върху копдензатора става равно па вапреже- пието на включване на еднопреходния транзистор, който се отпуш- ва и предизвиква включване на тиристора. След включването на тиристора неговото анодно напрежение намалява почти до нула, с което релето остава без постоянно вапрежение и се изключва. При изключването на релето коктактът му г се отваря и прекъс- ва захранващото напрежение на товара и електронната схема. С това действието па схемата завършва.
Използуваното в тази схема реле може да бъде от произволен тип с напрежение на задействуване 12 V, съпротивление на намотката между 120 и 1000 Q и един или повече нормално от- ворени контакти с допустим ток, по-голям от тока през товара.
Трябва да се отбележи, че схемата на еднопреходния транзистор е същата, както схемата, използувана на фиг. 4.1, което оз- начава, че разглежданата схема може да осигури време на закъснение до около 15 минути. Вместо времезадаващата верига с еднопреходния транзистор е възможно да се използуват времезада- нащите вериги с биполярни транзистори от фиг. 4.2 до 4.5. Па фиг. 4.8 до 4.10 е показано как схемите от фиг. 4.2 до 4.4 могат да бъдат прибавени за образуване на пълна схема на реле за вре-
ме. Трябва да се отбележи, че електромеханичните релета Р в трите схеми имат по два нормално отворени контакта, като г2 се използува за включване и изключване на товара. Ако товарът работа при напрежение 12 V както електронпата схема, контактът г» е излишен, тъй като товарът може да се включи паралелно на времезадаващата верига (както на фиг. 4.7).
ПРОМЕНЛИВОТОКОВИ ЕЛЕКТРОННИ РЕЛЕТА ЗА ВРЕМЕ
Най-добрият начин за реализиране на променливотоково елек- тронно реле за време е използуването на симетричен тиристор като елемснт за включване и постояннотокова схема за подаване на напрежение на управляващия електрод с определено закъсне- ние. Това напрежение може да бъде изгладено или пулсиращо.
При използуване на изгладено напрежение за управляващия електрод схемата за осигуряване на това напрежение трябва да дава ток, не по-малък от 120 mA, което осигурява стабилно включване на симетричния тиристор във всички режими на работа. Тези високи изисквания към напрежението на управляващия електрод налагат използуването на сравнително скъп понижаващ трансформатор, токоизправител и изглаждащ филтър.
Когато на управляващия електрод се подава пулсиращо напре-. жение, което се получава от осцилатор с еднопреходен транзистор от вида, показан на фиг. 2.5, необходимият ток през управляващия електрод намалява на около 4 mA. В този случай постоянного напрежение може да се получи от променливотоковата мрежа чрез прост резистор, токоизправител и изглаждащ филтър. Следователно най-икономичният метод е използуването на пулсиращо напрежение за управляващия електрод.
Нафиг. 4.11 е показана практическа схема на слектронно реле за време за включване на променливотоков товар към мрежата, задействуващо се с пулсиращо напрежение на управляващия електрод. Еднопреходният транзистор Т3 е свързан в схема на импул- сен генератор, който се управлява от времезадаващата схема, реа- лизирана с транзисторитс Tv и Т2. Постоянного захранващо напрежение на схемата се осигурява направо от мрежата посредством ограничителния резистор Rlo, диода Д^ ценеровия диод Д2 и изглаждащия кондензатор Cv Времезадаващата част на схемата е подобна на описаните такива схеми с биполярни транзистори и действува по следпия начин.
Веригата /^—С2 и /?2 е свързана паралелно на захранващото напрежение и представлява делител на напрежение, чието изход-
но напрежение е функция на времето и се подава на базата на транзистора Т2 през диода Дг. От друга страна, резисторите R3 и R, също образуват делител на захранващото напрежение, конто осигурява опорно напрежение за емитера на транзистора Тг
Фиг. 4.11. Електронпо реле за време за включвачс на променливогокови товари към мрежата с време на закъснение до няколко минути
Колекторният ток на транзистора 7\ се подава непосредствено в базата на Г2, а колекторният ток на Т"2 управлява осцилатора с еднопреходния транзистор посредством резистора Rx. Част от ко- лекторния ток на Т2 се връща обратно през R5 към 7^, с което се осигурява регенеративна обратна връзка между ^ и Т2.
При първоначалното подаване на захранващо напрежение на схемата чрез затваряне на ключа Кг кондеизаторът С2 е напълно разреден и действува като късо съединение. При това положение емитерният преход на Тх е поляризиран в обратна посока и тран- зисторъТ е запушен. В резултат на това базовият ток на Т2 е нули и този транзистор също е запушен. Тъй като Т2 е запушен, лрез Rx не тече никакъв ток, осцилаторът с еднопреходния транзистор не действува и симетричният тиристор е изключен. При това положение на товара не се подава никакво напрежение.
След затварянето на Кх кондеизаторът С2 започва да се за- режда по експоненциален закон през Rx и R2. След известно време напрежението върху С2 достига такава стойност, че емитерният преход на Тх се оказва поляризиран в права посока и Тх се отпушва. В резултат на това колекторният ток на Тх протича през
базовата верига на Т^ усилва се и се връща към R^ през Rb) с което предизвиква повишаване на Нада на напрежение върху R» Това повишено напрежение се подава на базата на Tt през С2 и Да и предизвиква по-нататъшно увеличаване на колекторния ток на
Фиг. 4.12. Електронно реле за време за включване на иэрменливотокови товари към мрежата с голямо време (до 1 час)
Tv Така веднага щом емитерният преход на Т\ се поляризира в права посока вьзниква регенеративен процес и Т^ се насища. При това положение па еднопреходния транзистор се подава напрежение през Rv възникват генерации, симетричният тиристор се от- пушва и на товара се подава цялото захранващо напрежение.
Резисторы- Rv ноже да има съпротивление между 10 и 270 kQ, а капацитетът на С2 може да бъде до 1000 рТ'. Времето на за- къснение, определяно о г схемата, е приблизително равно на про- изведението RvCt и максимално възможната му стойност е някол- ко минути. Възможно е получаването па по-големи времена на за- къснение (до 1 час) чрез увеличаване на съпротивлението на Rt до 4,7 МП и заместване па 7\ със съставен транзистор. Така се получава електронното реле за време с голямо закъснеиие от фиг. 4.12.
На фиг. 4.13 е показано как схемата от фиг. 4.11 може да бъде преобразувана, така че да действува като електронно реле за време за изключване на промепливотоков товар от мрежата. Ви- жда се, че времезадаващата верига с транзистора Т\ е изменена и ■ че ключовият транзистор Т2 е свързан така, че шунтира осцила-’
тора с еднопреходния транзистор. Действието на схемата е след- ното.
При първоначално подавапе на захранващо напрежение на схемата чрез затваряне на ключа Кх кондензаторът С2 е изцяло раз-
Фиг. 4.13. Електронно реле за време за изключване иа променливотокови товари от мрсжата с време на закъснение до няколко минута
Дх — силициев диод с общо предназначение
реден и действува като късо съединение. При това положение емитерният преход на 7\ е поляризиран в обратна посока и тран- зисторът е запушен. В резултат на това базовият ток на То е нуда и този транзистор също е запушен. Тъй като Т^ е запушен, през кондензатора С3 и резисторите А?2, Rb и R4 тече ток, едно- преходният транзистор генерира и осигурява включено състояние на симетричния тиристор. При това положение на товара е пода- Лено цялото захранващо напрежение.
След затварянето на Кх кондензаторът С2 започва да се зареж- да през Rt и R2. След известно време напрежението върху С2 до- стига такава стойност, че емитерният преход на Тг се оказва по- лярпзиран в права посока и Tt се отпушва. В резултат на това колекторният ток на Tv протича в базата на Т^, усилва се и се връща към R2 през Rr>, с което предизвиква намаляване на пада на напрежение върху R». Това намалено напрежение се подава на базата на Тх през С2 и Да и предизвиква по-нататъшно увелича- ване на колекторния ток на Tv Така възниква регенеративен про-
цес, конто продължава, докатадгмитерният преход на 1\ Се поля- ризира в права посока и Т8 се насити. При това положение на еднопреходпия транзистор не се подава никакво напрежение, ге* нерациите спират и симетричният тиристор се изключва, като из- ключва товара от захранващото напрежение.
Фиг. 4.14. Електронно реле за време за изключвапе на променяйвотокови товар» от мрежага с голя.мо време на закъснение (до 1 час), задействуващо се с бутон Р— променливотококо електромеханнч) о реле с един нлн иовече нормално отворсни контак- тн, захранвано от мрежага
Резисторът /^ може да има съпротивление между 10 и 270 кН а максималното време на закъснение е няколко мипути. Възмож- но е получаването на по-големи времена на закъснение (до 1 час) чрез увеличаване на съпротивлението на Rv и заместване на 7\ със съставен транзистор. Така се получава електронного реле с голямо време на закъснение от фиг. 4.14, което се използува за изключване па променливотокови товари от мрежата. На схемата е показан вариант за задействуване чрез бутон. Този начин на работа се постпга чрез евързване на променливотоковото реле пара- лелно на товара, шунтиране на бутона Кх с нормално отворения контакт на релето и включване на резистора /?10 последователно на релето и контакта му. Трябва да се огбележи, че гасящата верига /?и—С4 е евързана постоянно паралелно на симетричния тиристор, което го предпазва от грешни включвания вследствие нз преходни процеси в мрежата.
На фиг. 4.15 е показана друга схема на електронно реле за из- ключване на променливотокови товари от мрежата, задействуващо се също с бутон. В схемата симетричният тиристор се задейст- вува с постоянно напрежение и е използувано нисковолтово по-На фиг. 4.15 е показана друга схема на електронно реле за из- ключване на променливотокови товари от мрежата, задействуващо се също с бутон. В схемата симетричният тиристор се задейст- вува с постоянно напрежение и е използувано нисковолтово по-Фиг. 4.15. Електронно реле за време за изключване на променливотокови товари от мрежата с време на закъснение до 15 min, задействуващо се с бутонФиг. 4.15. Електронно реле за време за изключване на променливотокови товари от мрежата с време на закъснение до 15 min, задействуващо се с бутон
На фиг. 4.15 е показана друга схема на електронно реле за из- ключване на променливотокови товари от мрежата, задействуващо се също с бутон. В схемата симетричният тиристор се задейст- вува с постоянно напрежение и е използувано нисковолтово по-
На фиг. 4.15 е показана друга схема на електронно реле за из- ключване на променливотокови товари от мрежата, задействуващо се също с бутон. В схемата симетричният тиристор се задейст- вува с постоянно напрежение и е използувано нисковолтово по-
Фиг. 4.15. Електронно реле за време за изключване на променливотокови товари от мрежата с време на закъснение до 15 min, задействуващо се с бутон
Фиг. 4.15. Електронно реле за време за изключване на променливотокови товари от мрежата с време на закъснение до 15 min, задействуващо се с бутон
стояннотоково реле за управляване на действието на управлява- щия електрод. За осигуряване на ниско ксстоянпо захранващо напрежение на схемата е използуван поннжаващ трансформатор с напрежение във вторичнача намотка 12,6 V. Схемата действува по следния начин.
При незадействувана схема релето Р е изключено и контактът му г е отворен, поради което на постояннотоковата част от схемата не се подава захранващо напрежение. Същевременно симетричният тиристор е изключен и на товара също не се подава напрежение. Схемата се задействува при натискане на бутона Кь с което се подава захранващо напрежение на постояннотоковата част от схемата. Непосредствено след затваряне на Кг тиристо- рът Т3 е изключен. Съпротивлението на намотката на релето Р с много по-голямо от съпротивлението на /?в, поради което на Р се подава почти цялото постоянно захранващо напрежение и ре- л.то се включва. Това предизвиква затваряне на контакта г, кой- то шунтира Кг, и схемата се самозадържа във включено състоя- ние. Едновременио с това на управляващия електрод на симетрич- ния тиристор се подава постоянно напрежение през резистора /?0, тиристорът се включва и подава на товара захранващо напрежение.
След затварянето на Кг кондензаторът С2 започва да се зареж- да през Rv След известно време напрежепието върху С2 става равно на папрежението на включване на еднопреходния транзистор, той се отпушва и включва тиристора Т3. В резултат на
81816 110 тиристорни схеми
81
81
това анодною напрежение на тиристора намалява почти на нула, релето Р остава без захранващо напрежение и се изключва. Това води до отваряне на контакта му г, който изключва постоянното напрежение на схемата и симетричният тиристор се изключва. С това действието на схемата е завършено.
Използуваното в тази схема реле Р може да бъде от произволен тип с напрежение на включение 12 V, съпрэтивление на на- мотката между 120 и 1000 Q и един или повече нормално отворена контакти. Съпротивлението на R?) трябва да бъде равно при- близително на половината от съпротивлението на намотката на Р, така че при изключен тиристор Т^ върху Р да се получи напрежение около 12 V. Например, ако съпротивлението на намотката на релето е 470 Q, Rb трябва да има съпрэтивление 220 или 270 Q.
Трябва да се отбележи, че времезадаващата верига с еднопре- ходния транзистор от фиг. 4.15 е същата както веригата, изпол- зувана във фиг. 4.7, поради което максималното време на закъс- нение е 15 min. Ако е необходимо да се получи време на закъс- нение до 1 час, трябва времезадаващите вериги с биполярни тран- зистори от фиг. 4.8 до 4.10 да се заместят с вериги с еднопреход- ни транзистори, при което използуваните кондензатори трябва да имат малка утечка.
Фиг. 5.1. Проста схема за включване към мрежата на поставена над входиата врата лампа при про- мяна на околната осветеностФиг. 5.1. Проста схема за включване към мрежата на поставена над входиата врата лампа при про- мяна на околната осветеност
Фиг. 5.1. Проста схема за включване към мрежата на поставена над входиата врата лампа при про- мяна на околната осветеност
Фиг. 5.1. Проста схема за включване към мрежата на поставена над входиата врата лампа при про- мяна на околната осветеност
Глава V
25 СХЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ЛАМПИ
Тиристорите намират широко приложение за управление на слектрически лампи, захранвани с постоянно или променливо на- лрежсние. В тази глава са описали 25 схеми за управление: схеми за автоматично включване и изключвапе, схеми за включване и изключвапе със закъснение, схеми за осигуряване на мигаща светлина, схеми за светлинни ефекти, схеми за регулиране на си- лата на светлината и различии специални схеми за управление.
С КЕМИ ЗА АВТОМАТИЧНО СВЕТЛИННО ВКЛЮЧВАНЕ НА ЛАМПИ ЗА ПРОМЕНЛИВ ТОК
На фиг. 5.1 с показана проста схема, задействуваща се при
промяла на осветеността, конто автоматично включва към дорежа-
та електрическа лампа при стъмване и я изключва, когато стане светло. Действие- то на схематае твър- де просто. Включва- нето па лампата се управлява от симет- риччия тиристор Тх, на управляващия елек- трод на конто се подавал импулси от ос- цилатора с еднопре- ходния транзистор Тг. Постояннотоково- то захранване из Г2 се осигурява от мре-
жата посредством
ограничителвия ре
зистор Дг>, изправителния диод Дь ценеровия диод Д3 и кон- дензатора Сг. Същото постоянно напрежение се използува за захранване на делителя, образуван от Rv и фоторезистора R^. На-
прежението от средната точка на този делител се подава на еми- тера на еднопреходния транзистор през Да и R2) като Rv се регулира така, че при желаната осветеност за включване напреже- пието на емитера да бъде малко по-високо от напрежението на включване па еднопреходния транзистор (обикновено 0,7 от за- хранващото папрежение).
Когато фоторезисторът е осветсн, съпротивлението му е малко и напрежението в средната точка на делителя Rx—R^ е по- ниско от напрежението на включване на еднопреходния транзистор. При това положение кондензаторът С2 се зарежда до на- прежение, по-ниско от напрежението на включване на еднопреходния транзистор, транзисторът е запушен и симетричният тиристор и лампата са изключени. При стъмване съпротивлението на фоторезистора нараства, напрежението в средната точка на делителя Rx—R^ става по-високо от напрежението на включване на еднопреходния транзистор, при което С2 се зарежда до напрсжение, достатъчно за отпушване на еднопреходния транзистор. В резултат на това еднопреходният транзистор започва да генерира нормално и осигурява включването на симетрячиия тиристор и лампата. Следователно схемата папълно автоматично включва и изключва лампата.
Известен недостатки на схемата от фиг. 5.1 е получаваието на мигане на лампата, когато околната светлина е много близка до определеното ниво на включване. Мигането е нежелателно, когато схемата се използува за включване и изключване на лампа вътрс в къщата, поради което използуването й се препоръчва само за лампата над входната врата.
На фиг. 5.2 е показана подобрена схема за включване и изключване, при която не се получава мигане на лампата. Схемата е подходяща за задействуване на лампи вътре в къщата. Управ- лението на лампата се осъществява също чрез импулси в управ- ляващия електрод на симетричния тиристор, но в случая гснера- циите се управляват от прецизеп електронен ключ (Г,, Т4 и ве- ригата на R^\ задействуващ се със светлина.
Резисторите R, и R2 и фоторезисторът Rф образуват зависим от светлината делител, чието изменящо се папрежение се подава па базата на транзистора Т4. На емитера на същия транзистор се подава фиксирано опорно напрсжение от делителя R3—R4. Три- мер-потенциометърът RT се регулира така, че при желаната осветеност на включване напрежението на базата на 7'4 Да бъде малко по-голямо от напрежението на емитера.
При това положение осветеният фоторезистор има малко съ- противление, напрежението на базата на транзистора Т4 е по-нис-
ко от напрежението на емитера му и транзисторы е запушен, Запушеният Г4 не подана никакъв базов ток на Т3, който също е запушен, и на емитера на еднопреходния транзистор Т2 не се цодава напрежение. В резултат на това генераторы с Г2 не дей- ствува и симетричният тиристор и лампата са изключени.
Фиг. 5.2. Подобрела схема за включване към мрежата на поставена вътре в къшата лампа при промяна па околната осветеност
При намаляване на интензитета на попадналата върху фоторезистора светлина съпротивлението му нараства и напрежението на базата на Т^ също нараства. При интензитет на светлината над определено ниво напрежението па базата на Т4 става толкова ви- соко, че емитерният преход на транзистора се оказва поляризиран в права посока и транзисторы се отпушва. 11егозият колекторен ток протича кепосредствено в базата на Т3, усилва се и получе- ният колекторен ток на Т3 се подава обратно в базата на Т4 посредством делителя R3—/?3 и фоторезистора, което предизвиква по-нататъшно увеличаване на напрежението на базата на Tv Въз- никва регенеративен процес, който води до насищане на транзистора Т3. При това положение през Т3 и R- протича емитерен ток на еднопреходния транзистор, той започва да генерира и включва симетричния тиристор и лампата. Следователно при намаляване на интензитета на светлината под определено ниво лампата се включва без никакво мигане. Когато ннтензитетът на
дюпаДналата върху фоторезистора светлина намалее под опреде. леното пиво, лампата се изключва, което означава, че се получа.
ва папълно автоматично управление на лампата.
Използуваните на фиг. 5.1 и 5.2 фоторезистори могат да бъ- дат производно малки по размер фоторезистори па основата на кадмгев сулфид със съпротивление при желаната осветеност на задействуване между 1 и 10 кй Фоторезисторът трябва да бъде монтиран на разстояние от земята, не по-малко от 2 т, за да се избегне влиянието на хвърляната сяпка от преминаващи хора или предмети. Освен това фоторезисторът трябва да се разположи
на такова място, че интензитетът на попадналата върху него светлина да отюваря на средната осветеност на помешението, в което е разположена управляваната лампа. Фоторезисторът не тряб
ва да се поставя на много сенчесто място, нито на място, където има вероятност от краткотрайно попадане на силна светлина.
Важно е да се отбележи, че при настройването на двете схеми с помощта па тример-потенциометъра 7?j падащата от лампата върху фоторезистора светлина трябва да бъде по-малка от светли- ната, необходима за задействуване на схемите при нормален режим на работа. Ако това условие не се спази, между лампата и фоторезистора ще се осъществи положителна обратна връзка,
Фиг. 5.3. Схема за включване на по- стояннотокова лампа със закъснение до 15 minФиг. 5.3. Схема за включване на по- стояннотокова лампа със закъснение до 15 minкоято ще превърне схемата в генератор, т. е. ще се получи действие как го при фотосветка- вица.
Фиг. 5.3. Схема за включване на по- стояннотокова лампа със закъснение до 15 min
Фиг. 5.3. Схема за включване на по- стояннотокова лампа със закъснение до 15 min
СХЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ
НА ЛАМПИ СЪС ЗАКЪСНЕНИЕ
Всички схеми за осигуряване на закъснение по време, раз- гледани в глава IV, могат да се използуват за управление на лампи нажежаема нишка, като изборът на конкретна схема с въпрос само на лично предпочи* тание. На фиг. 5.3 до 5.6 са по-
казапи схеми за управление на постояннотокови и променливото- кови лампи, конто осигуряват включване след определено време на закъснение и автоматично изключване. Изборът на тези схеми е направен само въз основа на личното предпочитание на автора.
На фиг. 5.3 е показана схема за включване на постояннотоко-
а лампа със закъснение до 15 min. Използува се лампа от про- зволен тип за напрежение 12 V и ток под 2 А. Схемата е ана- огична на фиг. 4.1 и действието й е описано в глава IV.
На фиг. 5.4 е дадена схема за автоматично изключване на по-
Фиг. 5.4. Схема за автоматично изключване на постоян- нотокова лампа със закъснение до 15 min, задействуваща се с бутон
Р — електромемиично реле с напрежение па включеапе 12 V, съпротивление на намотката между 120 и 1000 Q и един или повече норхално отворени контакту
Фиг. 5.5. Схема за включване на променливотокова лампа със закъснение до няколко минути
Де — силициев диод с общо предназначение
стояннотокова лампа със закьснение до 15 min. Включването на лампата става чрез натискане на бутона Кг. Управлението на лам- пата в тази схема се осъществява с контакта гх на релето, като самото реле може да бъде от произволен тип с работно напре-
Фиг. 5.6. Схема, задсйствуваща се с бутон и осигуряваща автоматично изключ- ване на промепливотокова лампа от мрежата с време на закъснение до 15 min
жение 12 V и съпротивление на намотката между 120 и 1000 Q Освен това релето трябва да има един или повече нормално от- ворени контакта. Схемата от фиг. 5.4 е идентична със схемата от фиг. 4.7.
Схема за включване на променливотокова лампа със закъснение до няколко минута е дадепа на фиг. 5.5. При използуване на означените на схемата симетрични тиристори е възможно при мрежово напрежение 220 V да се управляват лампи с нажежаема нитка и мощное г до 2200 W, а при мрежово напрежение 110 V— с мощност до 880 W. Схемата е почти идентична със схемата от фиг. 4.11 и пълно описание па действие™ й е дадено в глава IV.
11оследната схема от тази точка (фиг. 5.6) се задействува с бутон и осигурява автоматично изключване на лампа от мрежата със закъснение до 15 min. Схемата е идентична със схемата от фиг. 4.5 и при мрежово напрежение 220 V може да управлява лампа с мощпост до 2200 W (при мрежово напрежение 110 V максималната мощност на лампата може да бъде 880 W).
СХЕМИ ЗА ОСИГУРЯВАНЕ НА МИГАЩА СВЕТЛИНА НА ПОСТОЯННОТОКОВИ ЛАМПИ
Фиг. 5 7. Проста схема за мигаща светлина с иостояннотокова лампа с честота едно светване в секундаФиг. 5 7. Проста схема за мигаща светлина с иостояннотокова лампа с честота едно светване в секундаСхемите за осигуряване на мигаща светлина на постоянно- токови лампи могат еднакво добре да се реализират с биполяр- ни транзисторы или с тиристори. Транзисторните схеми са за предлочитане, тъй като а по °втини и с по-голям коефициент на полезно действие. От друга страна, тиристор- ните схеми представля- ват значителен ин герое от техническа гледна точка, поради което по- нататък са дадени три такива схеми.т2
Фиг. 5 7. Проста схема за мигаща светлина с иостояннотокова лампа с честота едно светване в секунда
Фиг. 5 7. Проста схема за мигаща светлина с иостояннотокова лампа с честота едно светване в секунда
На фиг. 5.7 е показана проста схема за мигаща светлина, в коя- то с еднопрекодния транзистор Tv е реали-
зиран нискочестотен ге
нератор, а тиристорът Т3 има високоомен аноден товар (резисторы А\), поради което не
може да се задържи във
включено съетояпие. Схемата дсйствува по следния начин.
При първоначалното включване на схемата към захранващото напрежение чрез затваряне на ключа /^ двата тиристора са из-
Ключени и генераторы с еднопреходпия транзистор започва да действува. След известно време (определено от Rv и CJ еднопре- ходният транзистор се отпушва и върху резистора R3 се получала положителен импулс с голяма амплитуда. Този импулс се по- дава през копдензатора С3 на управляващия електрод на тиристора Г2, който се включва и се самозадържа. Същият импулс се Подава през Rs на управляващия електрод на тиристора Т3, който сыцо се включва, но кратко време след това се изключва, тъй като резисторы R4 в анодната му верига е високоомен. Следова- телно в края на този първи импулс тиристорът Т^ и лампата са Включени, тиристорът Г, е изключен и кондепзаторът С2 е заредей, като електродът му до R, е положителен.
След известно време генераторы с ед юпреходния транзистор дава друг импулс на управляващите електроди на двата
тиристора. Импулсът не оказва влияние на отпущения тиристор’ 7'2, но за кратко време включва тиристора Тй. В резултат на товд зареденият положително електрод на кондензатора С2 се оказза свързан към земя и анодът на Г2 се оказва отрицателен спрямо
Фиг. 5.8. Автоматична схема за мигаща светлина с по- стояннотокова лампа. Схемата се включва, когато стане тъмно и се изключва на светло Д1—силиниев диод с общо предназначение
катода му. Това води до изключване на тиристора Т2 и лампата. В края на този втори импулс тиристорът Тэ отново се изключьа по същите причини както при първия импулс. Следователно в края на втория импулс двата тиристора и лампата са изключени и действието на схемата започва отново при генериране на трети импулс от еднопреходния транзистор.
Описаното действие на схемата показва, че тя осигурява мигаща светлина, като последователно включва и изключва лампата за еднакви интервали от време, равни на половината от периода на генератора с еднопреходния транзистор. Следователно често- тата на светване е приблизително равна на половината от ре- ципрочната стойност на произведението R}CX и при показаните на схемата стойности на елементите е около 1 път в секунда Възможно е увеличаване на честотата на светванията чрез нама ляване на съпротивлението на Ri (но не под 6,8 kQ) или намаля' ване па честотата чрез увеличаване на Rx (но не повече от 470 kQ).
На фиг. 5.8 е показано как може да се преобразува схемата от фиг. 5.7, така че тя да се задействува автоматично, когато станс тъмпо, и да се изключва на светло. За да се изясни прин- ципът на действие на схемата, най-напред се предполага, че от ноя са премахнати транзисторът Т4 и резисторите Rs и RQ. При това положение схемата е подобна на схемата от фиг. 5.7, с из- ключепие на това, че времезадаващият резистор на генератора с еднопреходния транзистор Rx е евързан към средната точка на делителя R-—R^, през диода Дх. Рсзисторът R7 и фоторезисто- рът R* образуват зависим от светлината делител на напреженис, като чрез промяна на съпротивлението на R- напрежението в средната точка на делителя се нагласява малко по-ниско от на- преженисто на включване на еднопреходния транзистор. На практика това се извършва, като фоторезисторът се постави при светлина, отговаряща на желаното пиво на включване на схемата, и се движи плъзгачът на тример-потепциометъра Rx.
Когато интензитетът на попадналата върху фоторезистора светлина е по-голям от желаното пиво на включване на схемата, съпротивлението на фоторезистора е малко и напрежението в средната точка на делителя R^—Rф е по-малко от напрежението на включване на еднопреходния транзистор. При това положение кондензаторът С4 не може да се зареди до напрежението на включване на еднопреходния транзистор и осцилаторът и останалата част от схемата не действуват.
При намаляване на интензитета на светлината под определе- ното ниво съпротивлението на фоторезистора нараства и напрежението в средната точка на делителя R7—/?ф става по-високо от напрежението на включване па еднопреходния транзистор. При това положение кондензаторът Ct може да се зареди до напрежението на включване на еднопреходния транзистор през R. и R7, осцилаторът започва да генерира и схемата осигурява мигане на лампата. Описаното действие на схемата показва, че се получава автоматично включване и изключване съответно на тъмно и светло.
Основният иедостатък на схемата е, че ако тиристорът Т2 е включен в момента, когато осцилаторът с еднопреходния транзистор спира да генерира, тиристорът ще остане включен и лампата ще свети през целия дсн. Този недостатък се избягва чрез транзистора Т4 и резисторите R8 и Ro (показани на схемата от фиг. 5.8). Транзисторът Т4 е евързан между резистора Rx и по- ложителния полюс на захранващия токоизточник, а базовият му ток се осигурява от анода на тиристора Т2 през резистора ^0.
Ако при спадапе на интензитета на светлината под определе- ното ниво (и следователно намаляване на напрежението в сред-
ната точка на Делителя R-—/?ф под напрежението па включва- не на еднопреходния транзистор) тиристоры Т2 е включен, в базовата верига на Т4 протича ток през /?0, транзисторы се от- пушва, колекторният му ток зарежда С4 през Rv до папрежение
Фиг. 5.9. Схема за мигаща светлина с две постояннотокови лампи Д1 и Дй — силиииеви диоди с общо предназначение
по-високо от напрежението на включване на еднопреходния транзистор, и се генерира импулс, който изключва Т2 и лампата. След изкЛючването на Т2 базовият ток на Т4 става равен па нула и осцилаторът с еднопреходния транзистор престава да генерира до момента, докато интензитетът на светлината, попадаща върху фоторезистора, не намалее под определеното ниво. Резисторы R8 се използува за отвеждане на обратния колекторен ток на Т4 и не допуска този ток да зарежда кондензатора С^ Следователно пълната схема от фиг. 5.8 включва мигащата светлина на лампата автоматично при настъпване на тъмнина и автоматично я изключва на светло. Използуваният в схемата фо« торезистор може да бъде произволен фоторезистор на основата на кадмиев сулфид със съпротивление при желания интензитет на светлината за задействуване между 1 и 10 kQ.
На фиг. 5.9 е показана проста схема за мигаща светлина с две постояннотокови лампи. Действието на схемата се състои в това, че когато едната лампа е включена, другата е изключена и се обяснява по следния начин.
При първоначалното подаване на захранващо напрежение на схемата чрез затваряне на ключа ^ всички кондепзатори са раз-
рсдепи. Поради това кондензаторът С5 действува като късо съе- днт ние и прев него и резистора Т?9 на управляващия електрод на тиристора Г2 се подава къс импулс, който включва тиристора и лампата Л у. След затварянето на Ку кондензаторът СГ) се зарежда бързо и започва да действува като отворена верига. При това положение през високоомния резистор Rs не може да протича достатъчно ток от положителния полюс на захранващия то- коизточник към управляващия електрод на Т2. Следователно тиристорът Т2 и лампата Лу се включват при задваряне на ключа Ку и кондензаторът С4 се зарежда, като електродът му, евър- зан с Л2, става положителен. Започва да се зарежда и кондензаторът Су през резистора RARy и Су са част от схемата на осцилатора с еднопреходния транзистор ТуУ
След определено време напрежението на Су достига до на- прежението на включване на Ту, транзисторът се отпущвз и върху резистора R3 се получава положителен импулс с голяма амплитуда. В този момент диодът Ду е поляризиран в обратна посока през резистора R6 и лампата Л2, а диодът Д2— в права посока. Поради това положителният импулс върху R3 се подава само на управляващия електрод на тиристора Т3, който се включва заедно с лампата Л.2. Включвансто на Т3 предизвиква евързваие на заредсния положително електрод на кондензатора Су към земя, с което на анода на тиристора Тг се подава от- рицателно напрежение спрямо катода му и този тиристор заедно с лампата Лу се изключват. След включването на тиристора Т3 диодът Ду се оказва поляризирам в права посока, а след изключ- ването на Т2 диодът Д2 е поляризиран в обратна посока. Следо- вателнр, когато при следващия период на генерираното от едно- прсходния транзистор напрежение се подаде положителен импулс върху R3, той ще се подаде само на управляващия електрод на тиристора Т2, който заедно с лампата Л у ще се включи. Това предизвиква евързване на С4 отново паралелно па Т3, с което Т3 се изключва.
Схемата действува като истински мултивибратор, като двете лампи посменно се включват и изключват със скорост, определена от 7?! и Су. При показапите на схемата стойности на тези два елемента честотата на мигане на лампите е около 1 светва ie за секунда (както при схемата от фиг. 5.7).
СХЕМИ ЗА ОСИГУРЯВАНЕ НА МИГАЩА СВЕТЛИНА ОТ ПРОМЕНЛИВОТСКОВИ ЛАМПИ
Променливотоковите лампи с мигаща светлина могат да се използуват за даване на светлинна сигнализация или „за привли- чапе на вниманието" и намират широко приложение в сферата на търговската реклама. За реализиране на схеми с мигаща свет-
Фиг. 5.10. Схема за мигаща светлина с променливотокова лампа с честота на едно светваие в секунда
Д1 и Да — силициеви диоди с общо предназначение
липа с голяма ефективност могат да се използуват симетрични тиристори. Възможно е те да работят в синхронен или асинхронен режим, а така също лесно се реализират схеми с автоматично действие (задействуващи се при промяна на осветлението).
На фиг. 5.10 е показана практически схема за получаване на мигаща светлина с променливотокова лампа с едно светване в секунда и еднаква продължителпост на включеното и изключе- ното състояние на лампата. Действието на схемата е много просто. Управляването на симетричния тиристор се извършва от им1 пулей, конто се лолучават от осцилатора с еднопреходния транзистор Т2. На емитера на еднопреходния транзистор се подават пмпулси за включване и изключванс на схемата, реализирана с транзисторите Т3, Ti и Т5. Транзисторите Т2, Т3, Т4 и Т5 се за-
хранват с постоянно напрежение 12 V, което се получава от мрежата през ограничителния резистор R9, токоизправителя Д^ ценеровия диод и кондензатора Сх.
Транзисторите Т4 и Ть образуват мултивибратор в автогене- раторен режим, като диодите Дг и Д3 са използувани за прсд- пазване на емитерните преходи на транзисторите от обратни на- прежения, конто могат да доведат до пробив. Постоянного за- хранващо напрежение на мултивибратора сс подава през допъл- нителен изглаждащ филтър 7?-—С2, който осигурява независимост на периода на генерираните импулси от промени на мрежовото напрежение. Действисто на мултивибратора се изразява в това, чс транзисторът Т4 непрекъснато преминава от наситено в запушено състояние и обратно с честота, определена от времекон- стантите ДЧС3 и R4C4, в резултат на което върху резистора R2 се получава напрежение с правоъгълна форма. Това напрежение предизвиква посменно запушване и насищане на транзистора Т3, свьрзан като емитерен повторится, в резултат isa което напре- жението в горния край на времезадаващия резистор RK сс измени от напрежението на отрицателния полюс на захранващото постоянно напрежение до напрежението на положителния полюс.
При наситен транзистор Т4 напрежението на емитера Т3 практически е равно на нула, еднопреходният транзистор е запушен и симетричният транзистор и лампата са изключени. Когато Т4 сс запуши, емитерът на Т3 се оказва практически свързан с положителния полюс на захранващото напрежение, на времезадаващия резистор Re се подава напрежение, осцилаторът с еднопре- ходния транзистор работа и симетричният тиристор и лампата са включени. Следователно лампата непрекъснато се включва и из- ключва, т. е. действителпо схемата осигурява мигаща светлина с промснливотокова лампа.
На фиг. 5.11 е показано как разгледаната схема може да се прсобразува, така че да се осигури автоматично включване при настъпване на тъмнина и автоматично изключване, когато отново станс светло. Схемата е подобна на схемата от фиг. 5.10, с из- ключение на прибавения делител R10—Дф , който е свързан по- следователно в емитерната верига на транзистора Т3, и свързва- ието на резистора 7?й към средната точка на делителя през диода Дх. В резултат на тези допълнения на резистора R6 се подава напрежение с правоъгълна форма, чиято амплитуда се определи от интензитета на околната светлина. Тример-потенциометърът R10 се регулира така, че при желаното ниво на светлината за за- Действуване на схемата амплитудата на правоьгълните импулси
да бьде мтлко пэ-голяма от напреженчето на включване на ед- нопреходпия транзистор.
На светло съпротивленигто на фоторезистора е малко, ампли- тудата на правоъгълните импулси, подавани на ^(., е по-малка от
■Фиг. 5.11. Автоматична схема (задействуваща се при промяла на осветлението) за получаване на мигаща свеглина с променливотокова лампа
VZs. Лз и Д — силициеви дподн с общо предназначение
напрежението на включване на еднопреходния транзистор и той е изключен. При това положение симетричният тиристор и лампа- та са постоянно изключени. Когато интензитетът на светлината намалее под определеното ниво, съпротивлението на фоторезистора нараства дотолкова, че амплитудата на правоъгълните импулси става по-голяма от напрежението на включване на еднопреходния транзистор. Транзисторът се отпушва и цялата схема започва да работи нормално. По такъв начин се осигурява напъл- но автоматично действие.
Схемите от фиг. 5.10 и 5.11 имат много сигурно действие, но предизвикват известии високочестотни смущения в моментите на включване на симетричния тиристор. При използуване на мощни лампи тези смущения могат да повлияят на работала на радио- п'риемниците с амплитудна модулация. Проблемът за високоче- стотните смущения може да бъде избягнат с малко по-големи
разходи, като се използуват синхронните схеми за превключване При нулево напрежение от фиг. 5.12 и 5.13.
Тези две схеми са реализирани на основата на синхронните променливотокови схеми от фиг. 2.10 и 2.11, чието действие бе
Фиг. 5.12. Синхронна схема за получаване на мигаща светлина от променливо токова лампа с едно светване в секунда Д& и Д8 — силициеви диоди с общо предназначениеФиг. 5.12. Синхронна схема за получаване на мигаща светлина от променливо токова лампа с едно светване в секунда Д& и Д8 — силициеви диоди с общо предназначение
Фиг. 5.12. Синхронна схема за получаване на мигаща светлина от променливо токова лампа с едно светване в секунда Д& и Д8 — силициеви диоди с общо предназначение
Фиг. 5.12. Синхронна схема за получаване на мигаща светлина от променливо токова лампа с едно светване в секунда Д& и Д8 — силициеви диоди с общо предназначение
изцяло описано в глава И. Като си припомним това действие, ще видим, че на управляващия електрод на симетричния тиристор се подават импулси само за кратки периоди от време, когато момент- ната стойност на мрежовото напрежение става равна на нула (в началото на всеки полупериод). Това обуславя генерирането на пренебрежимо малки смущения. Освен това можем да си припомним, че схемите могат да бъдат изключени или блокирани чрез прекъсване на веригата на тока през R5 или чрез поддържане на транзистора Т4 в наситено състояние.
9797На схемата от фиг. 5.12 е прибавен (в сравнение със схемите от фиг. 2.10 и 2.11) мултивибраторът в автогенераторен режим Тг>—Г, и последователно с ^9 е свързан „изключващият" резистор /?6- Резисторът /?9 се използува и като колекторен товар на транзистора То от мултивибратора. Кондензаторът Се действува като прост филтър, който отстранява пулсациите на постоянното напрежение, дължащи се на действието на мултивибратора, конто могат да повлияят на периода на генерираните от мултивибратора импулси. В моментите, когато транзисторът Г6 е наситен,
97
97
7 ЦО тиристорни схеми
през R5 и R9 протича значителен ток, който осигурява едновре- менното включване на симетричния тиристор и лампата. Когато Тй е запушен, през R6 и R9 не протича никакъв ток и симетрич- ният тиристор и лампата са изключени. По такъв начин схематд
Ri
6,8k/5W(3.3 /2W)6,8k/5W(3.3 /2W)КЪМ БАЗАТА haJa. _КЪМ БАЗАТА haJa. _4.7k/2W (1W}4.7k/2W (1W}."^■«4004AlZp(1N4003lП«8U Ю0C3 Ц47к."^■«4004AlZp(1N4003lП«8U Ю0C3 Ц47к250.0 15V250.0 15VЮ.0Ю.010 V V 400irW10 V V 400irWФиг. 5.13. Автоматична синхронна схема (задействуваща се при промяна на ос" ветлението) за получаване на мигаща светлина от променливотокова лампа Д2 и Д4 — снлициеаи диоди с общо предназначениеФиг. 5.13. Автоматична синхронна схема (задействуваща се при промяна на ос" ветлението) за получаване на мигаща светлина от променливотокова лампа Д2 и Д4 — снлициеаи диоди с общо предназначение
6,8k/5W(3.3 /2W)
6,8k/5W(3.3 /2W)
КЪМ БАЗАТА haJa. _
КЪМ БАЗАТА haJa. _
4.7k/2W (1W}
4.7k/2W (1W}
."^■«4004AlZp(1N4003l
П«8
U Ю0
C3 Ц47к
."^■«4004AlZp(1N4003l
П«8
U Ю0
C3 Ц47к
250.0 15V
250.0 15V
Ю.0
Ю.0
10 V V 400irW
10 V V 400irW
Фиг. 5.13. Автоматична синхронна схема (задействуваща се при промяна на ос" ветлението) за получаване на мигаща светлина от променливотокова лампа Д2 и Д4 — снлициеаи диоди с общо предназначение
Фиг. 5.13. Автоматична синхронна схема (задействуваща се при промяна на ос" ветлението) за получаване на мигаща светлина от променливотокова лампа Д2 и Д4 — снлициеаи диоди с общо предназначение
действува като синхронна променливотокова схема с пренебрежимо малки високочестотни смущения.
На фиг. 5.13 е показано преобразуването на схемата от фиг. 5.12, за да се осигури автоматично задействуване (при промяна на осветеността). Това се постига с прибавяне на транзистора Та, фоторезистора Rф и резисторите R,3, RM и R15. Рези- сторите R13 и R14 образуват делител на напрежение, който осигурява неизменно във времето постоянно напрежение на емитера на транзистора Та. Фоторезисторът R» и резисторът R15 също образуват делител на напрежение за базата на Т8, като големи- ната на това напрежение зависи от интензитета на светлината, попаднала върху R^. Тример-потенциометърът R15 се регулира така, че при желаното ннво на светлината за задействуване на схемата емитерният преход на Т8 да бъде слабо поляризиран в права посока. Колекторът на транзистора Т8 е свързан непосред- ствено към базата на Т4.
Когато фоторезисторът е поставен на тъмно, неговото съ- противление е голямо, емитерният преход на транзистора Г8 е по- ляризиран в обратна посока и транзисторът е запушен. При това положение Г8 не оказва никакво влияние върху Т4 и схемата дей- ствува по обикновен начин (както схемата от фиг. 5.12). При ос- ветяване на фоторезистора неговото съпротивление намалява и на емитерния преход на Та се подава напрежение в права посока, което отпушва транзистора. В резултат на това в базовата верига на Т4 протича ток, схемата се блокира и симетричният тиристор и лампата се изключват. По такъв начин се осигурява напълно автоматично действие на схемата, като тя се включва през нощта и се изключва през деня. '
Настройката на синхронните схеми от фиг. 5.12 и 5.13 се из- вършва по начина, описан в гл. И, т. е. включва се управлява- ната лампа и се намалява съпротивлението на R3, докато лампата започне да свети с пълен интензитет. След настройването на /?3 трябва да се измери напрежението върху кондензатора Су за да се провери дали то не е спаднало много под номиналната стой- ност 10 V. Схемата трябва да се използува за управление налам- пи с обща мощност не повече от 200 W (при дадените симетрич- ни тиристори).
Фоторезисторът в схемите от фиг. 5.11 до 5.13 може да бъде произволен фоторезистор на основата на кадмиев сулфид със съпротивление при желания интензитет на светлината на включване или изключване между 1 и 10 kQ.
Честотата на мигане на лампите при схемите от фиг. 5.10 и 5.11 се определи от времеконстантите R3C3 и R4C4> а при схемите от фиг. 5.12 и 5.13—от времеконстантите RnC6 и R^C^. При означените на четирите схеми стойности на елементите честотата на мигане е около 1 светване в секунда. Възможно е намаляване на честотата на мигане чрез увеличение на съпротивленията до около 270 кй. При това двата резистора трябва да имат еднакви съпротивления. Освен това честотата на мигане може да се уве- личава или намалява чрез съответно намаление или увеличение на капапитетите на времезадаващите кондензатори. Двата кондензатора трябва да имат еднакъв капацитет, който може да бъде в границите от 1 до 1000 pF.
СХЕМИ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА СВЕТЛИННИ ЕФЕКТИ С ПОСТОЯННОТОКОВИ ЛАМПИ
Схемите за получаване на светлинни ефекти осигуряваг по- следователно включване на определен брой лампи със зададено време между включванията на две съседни лампи, докато накрая всички лампи са включени едновременно. На фиг. 5.14 е показана
Фиг. 5.14. Схема за получаване на светлинни ефекти с постоянно- токови лампи. Всички лампи са за напрежение 12 V и ток, неФиг. 5.14. Схема за получаване на светлинни ефекти с постоянно- токови лампи. Всички лампи са за напрежение 12 V и ток, непо-голям от 2 Апо-голям от 2 А
Фиг. 5.14. Схема за получаване на светлинни ефекти с постоянно- токови лампи. Всички лампи са за напрежение 12 V и ток, не
Фиг. 5.14. Схема за получаване на светлинни ефекти с постоянно- токови лампи. Всички лампи са за напрежение 12 V и ток, не
по-голям от 2 А
по-голям от 2 А
една практическа схема от този тип за захранване на постоянно* токови лампи. .
При изключена схема ключът Кг е отворен, всички лампи и тиристори са изключени и кондензаторите са разредени. При за- тваряне на ключа захранващото напрежение се подава на лампа' та Лх и електронното реле за време, реализирано с еднопреход- ния транзистор Тх. При това кондензаторът Сх започва да се зарежда по експоненциален закон през резистора Rv Същевре- менно всички тиристори са изключени, поради което на транзи- сторите Т8 и Т6 не се подава захранващо напрежение. След известно време напреженнето на кондензатора Сх достига до на- прежението на включване на Ги транзисторът се отпушва и подава пусков импулс на управляващия електрод на тиристора Г2. В резултат на това тиристорът и лампата Лг се включват.
Включването на Л2 осигурява подаването на захранващото напрежение на електронното реле за време, реализирано с транзистора Т8. След определено време този транзистор се отпушва и включва тиристора Т4 и лампата Л3, с което се подава захран- 100
ващо напрежение на електронното реле за време, реализирано с еднопреходния транзистор Т5. От своя страна релето включва тиристора Т6 и лампата Л4. Така всички лампи на схемата са вклю- чени и цикълът на действие приключва. Възможно е прибавяне-
Фиг. 5.15. Схема за получаване на светлннни ефекти с постояннотокови лампи конто имат повгарящо се действие. Всички лампи са за напрежение 12 V и ток не по-голям от 2 А
Дх и Дг — силициеви диоди с общо предназначение;
Р— реле за напрежение 12 V сьс съпротивлеиие на намотката, по-голямо от 120 С, и с едив нормално затворен контакт
то на произволен брой лампи, като всяка лампа изисква едно електронно реле за време с еднопреходен транзистор и един тиристор.
На фиг. 5.15 е показано преобразуване на разгледаната схема, така че да се получи повтарящо се действие на светлинния ефект, което се състои в автоматично изключване на всички лампи и за- почване отново на последователното им включване. Захранващо- то напрежение на основната част на схемата се подава през нормално затворения контакт гх на релето Р. Задействуването на релето се осъществява чрез електронното реле за време, реализирано с еднопреходния транзистор Т6, и усилвателя с транзисто- рите Г6 и Тч. Схемата действува по следния начин.
При първоначалното подаване на захранващо напрежение на схемата чрез затваряне на ключа Кх контактът гх е затворен и напрежението се прилага на лампата Лх и релето за време, реализирано с еднопреходния транзистор Тх. След определено време транзисторът се отпушва и включва тиристора Тг и лампата Л2. В резултат на това се подава захранващо напрежение на електронното реле за време, реализирано с еднопреходния транзистор К. След изтичането на друго определено време Г3 се отпушва,
Т4 и Л3 се включват и на електронното реле за време Ть се подава захранващо напрежение. Когато Т6 се отпуши, в базовата верига на съставния транзистор Тв—Г7 протича токов импулс по веригата Д3—C4—R№ който се усилва и включва за кратко време релето Р. При това контактът /^ се отваря, прекъсва захран- ващото напрежение на основната част от схемата и всички лам- пи и електронни релета за време се изключват. Малко след това релето отново- се изключва поради липсата на базов ток на Г6, контактът му гг се затваря и запалването на лампите започва отново. Този пронес може да продължава неограничено дълго време. Диодите Дт и Д2 са свързани последователно с резистора Rn на изхода на електронното реле за време Г6 за осигуряване на напрежение в права посока на диода Д2 и емитерния преход на транзистора Г7 и за стабилно включване на релето за 12 V.
Времето на закъснение, определяно от всяко от електронните релета за време в схемите от фиг. 5.14 и 5.15, зависи от време- задаващия резистор и кондензатор в емитера на еднопреходния транзистор (например Rt и С4 за транзистора Т^ и е около 1 s за показаните на схемите стойкости. Намаление на времеконстан- тите може да се постигне чрез намаляване на съпротивлението на времезадаващия резистор (но не по-малко от 6,8 кй), а увеличение — чрез увеличаване на съпротивлението (но не повече от 500 кй).
В схемата от фиг. 5.15 времето на включено състояние на релето Р се влияе от съпротивлението на RA3, през което се разреж- да кондензаторът С4 и за показаната на схемата стойност е около 1 s. Това време може да се намали до около 0,3 s чрез намаляване на R13 на 33 кй или да се увеличи до 5 s чрез пре- махване на R13 от схемата.
СХЕМИ ЗА РЕГУЛИРАНЕ НА СИЛАТА НА СВЕТЕНЕ НА ЛАМПИ
Разгледачите досега схеми със симетрични тиристори служат за просто включване и изключване на товари към захранващото напрежение, т. е. на товара се подава или цялата мощност, или не се подава никаква. Възможно е обаче използуването на симетрич- ните тиристори за много ефикасно регулиране на мощността на променливотокови схеми чрез използуване на принцнпите на фа- зовото регулиране, описани в глава I. Подобии схеми могат да служат за регулиране на силата на светене на електрически лампи.
На фиг. 5.16 е показана основната схема запросто фазово регулиране на силата на светене на лампи. Резисторът Rt и кондензаторът С4 образуват делител на напрежение с регулируем 102
Фиг. 5.16Фиг. 5.16а) Основна схема за регулиране на силата на светене б) Проста практическа схема за регулиране на силата на светенеа) Основна схема за регулиране на силата на светене б) Проста практическа схема за регулиране на силата на светене
Фиг. 5.16
Фиг. 5.16
а) Основна схема за регулиране на силата на светене б) Проста практическа схема за регулиране на силата на светене
а) Основна схема за регулиране на силата на светене б) Проста практическа схема за регулиране на силата на светене
коефициент на деление и фазовъртяща верига с променлива фаза. Диодният симетричеи тиристор се използува като пусков прибор, който се включва, когато напрежението върху С, достигне до около 35 V (независимо от посоката) и тогава С\ частично се
раэрежда през управ- ляващия електрод на симетричния тиристор, с което той се включва. Диодният симетричеи тиристор се изключва автоматично, когато напрежението върху Cj намалее под около 30 V.
Когато потенцио- метърът /?j е поста- вен на много малко съпротивление, дей- ствието на веригата Ri—Сх е пренебре-
жимо, поради което
напрежението върху Сх е много близко по амплитуда и* фаза до мрежовото напрежение. Това продължава до момента на включ- ване на диодния симетричеи тиристор, който от своя страна включва симетричния тиристор и лампата, с което напрежението върху веригата Rx—Cx, става равно на нула. При това положение
симетричният тиристор се включва малко след началото на всеки
полупериод, поради което на товара се подава почти цялата мощност.
При поставяне на Rx на максимално съпротивление върховата стойност на напрежението върху Сх малко надхвърля необходи- мите 35 V за задействуване на диодния симетричеи тиристор, а фазовата разлика между мрежовото напрежение и напреже ието върху Сх е близка до 90°. Тъй като максималната стойност на напрежението във всеки полупериод настъпва 90° след началото на полупериода, то едновременното действие на малкото по амплитуда и закъсняло почти на 90° напрежение върху Сх води до включване на симетричния тиристор със закъснение около 170°. При това положение симетричният тиристор се включва на 10° преди края на всеки полупериод и върху товара се получава не- значителиа мощност. По такъв начин Rx, Сх и диодният симетри- чен тиристор осигуряват включване на симетричния тиристор след време между 10 и 170° от началото на всеки полупе-
риод, с което се получава ефикасно регулиране на мощността върху товара.
За да се реализира практическа схема за регулиране на сила- та на светене на електрическа лампа, е необходимо известно пре- образуване на схемата от фиг. 5.16 а. Тъй като симетричният тиристор преминава от изключено във включено състояние много бързо и лревключва големи токове, процесът на превключване се характеризира с много хармоници. В разгледаната основна схема тези хармоници се подават в мрежата и могат да предизвикат смущения в радиоприемниците с амплитудна модулация. Следо- вателно необходимо е преобразуване на схемата, което се състои в добавянето на високочестотен филтър, който не позволява на смущенията да се разпространят по мрежата.
Трябва да се направи и друго изменение в схемата, което да ограничи тока през /?х при поставянето му на минимално съпро- тивление, така че токът на зареждане на Сг да не го повреди. Това ограничение се постига чрез свързване последователно с R^ на допълнителен резистор.
На фиг. 5.16 б е показана проста практическа схема за регулиране на силата на светене, съдържаща тези изменения. Токо- ограничаващият резистор е R^ a Lj и С2 образуват високочестотен филтър. Допустимият ток през бобината Ьг трябва да бъде по-голям от тока през лампата. Самата бобина може да се изра- боти в любителски условия, като се навият плътяо около 100 навивки от проводник с подходящо сечение върху тяло с диаме- тър 12 mm. Ако кондензаторът С3 е с подходящи размери, той може да се използува за тяло на бобината.
Показаната на фиг. 5.16 б схема е полезна, но има едно неприятно свойство — Rx има значителен хистерезис. Ако например лампата свети с пълна сила при увеличаване на съпротивлението на Rt до 500 kQ (при мрежово напрежение 220 V), то до съпро- тивление около 400 kQ тя не се запалва, след което светва из- веднъж твърде ярко. Причината за това е следната.
Ако предположим, че симетричният тиристор е изцяло изклю- чен и съпротивлението на RT е 401 kQ, напрежението върху кон- дензатора С, няма да е достигнало необходимите 35 V за включ- ване на диодния и триодния симетричен тиристор. При това положение през единия полупериод кондензаторът се зарежда почти до 35. V с дадена полярност, а през следващия полупериод се зарежда също до 35 V, но с обратна полярност. Следователно измененията на напрежението върху кондензатора са около 70 V.
Да допуснем сега, че съпротивлението на А^ се намалява на 400 kQ, при което напрежението върху Сх става точно равно на
35 V и се предизвиква включване на диодния симетричен тиристор на около 10° преди края на първия работен полупериод. С това на лампата се подава много малка мощност. При включване-
то на диодния симетричен тиристор напрежението върху конден- затора намалява с 5 V, т. е.
става равно на 30 V. Следо-
Фиг. 5.17. Подобрена схема за регулир ане на силата на светенеФиг. 5.17. Подобрена схема за регулир ане на силата на светеневърху лампата и до по-яркото й полупериоди схемата работи привърху лампата и до по-яркото й полупериоди схемата работи привателно през следващия полупериод кондензаторът се разрежда от напрежение 30 V и се зарежда до напрежение 35 V, което дава обща про- мяна на напрежението 65 V. Тъй като сега съпротивле- нието на 7^ е 400 kQ, през втория полупериод напрежението върху кондензатора ще достигне до 35 V по-рано, отколкото през първия полупериод и симетричният тиристор ще се включи значител- но преди края на полупериода. Това ще доведе до отда- ване на значителна мощност светене. Във всички следващи
Фиг. 5.17. Подобрена схема за регулир ане на силата на светене
Фиг. 5.17. Подобрена схема за регулир ане на силата на светене
върху лампата и до по-яркото й полупериоди схемата работи при
върху лампата и до по-яркото й полупериоди схемата работи при
същите условия, както през втория полупериод, и лампата про- дължава да свети сравнително ярко.
След като схемата вече работи и промяната на напрежението върху Сх е равна на 65 V, възможно е увеличаване на съпротив- лението на Rv до 499 kQ преди пълното изключване на лампата,
т. е. възможно е намаляване на силата на светене на лампата до много ниско ииво. Рязкото светване на лампата при движение на плъзгача на Rx очевидно се обуславя от сравнително големи- те моментни стойности на напрежението върху Сг преди включ- ването на диодния симетричен тиристор през първия работен полупериод.
Рязкото светване на лампата и други подобии недостатъци могат да бъдат намалени или отстранени по различии начини. На фиг. 5.17 е показана една подобрена схема, при конто за намаляване на промяната на напрежението върху кондензатора Сх при включване на диодния симетричен тиристор е използуван резисто- рът R3. С това се намалява рязкото светване на лампата.
На фиг. 5.18 е дадена схема за по-нататъшно намаление на рязкото светване на лампата. Схемата е подобна на схемата от
фиг. 5.16 б, като разликата се състои в това, че заряды на кон- дензатора Ct се подава на помощния кондензатор С3 през срав- нително високоомния резистор R3. Напрежението върху С] е мал- ко по-високо от напрежението върху С3 и диодният симетричен
фиг. 5.18. Подобрена схема за регулиране на силата на светене с изглаждане нафиг. 5.18. Подобрена схема за регулиране на силата на светене с изглаждане науправляващото напрежениеуправляващото напрежениеФиг. 5.19. Схема за регулиране на силата на светене с минимално рязко светване в момента на включванеФиг. 5.19. Схема за регулиране на силата на светене с минимално рязко светване в момента на включванетиристор се включва, когато напрежението върху С3 достигне 35 V. След включването на тиристора напрежението на С3 рязко спада на 30 V, но след това С3 частично се дозарежда от Сх през R3. В резул- тат на това при включ- ване на диодния симет
фиг. 5.18. Подобрена схема за регулиране на силата на светене с изглаждане на
фиг. 5.18. Подобрена схема за регулиране на силата на светене с изглаждане на
управляващото напрежение
управляващото напрежение
Фиг. 5.19. Схема за регулиране на силата на светене с минимално рязко светване в момента на включване
Фиг. 5.19. Схема за регулиране на силата на светене с минимално рязко светване в момента на включване
ричен тиристор се по
лучава малка промяна на напрежението върху С3,
5.16 до 5.19 могат при нужда да5.16 до 5.19 могат при нужда дакоето означава, че схе- мата избягва рязкото светване на лампата. При нужда рязкото светване може да бъде намалено почти до нула чрез включване на още един резистор последо- вателно с диодния симетричен тиристор, с което се ограничава раз- реждането на С3 (фиг.
5.16 до 5.19 могат при нужда да
5.16 до 5.19 могат при нужда да
5.19).
Диодният и триод- ният симетричен тиристор от схемите на фиг. б-ьдат заменени с една
двойка симетрични тиристори, което е показано на схемите от фиг. 5.20 до 5.22. Използуваните в тези схеми двойки симетрични тиристори имат фабрично прикрепени радиатори и максимално
допустима ефективна стойност на тока 2,2 А при околна температура 25° С. При мрежово напрежение 220 V с тях може да се
управлява мощност в товара до 484 W, а при мрежово напреже- ние ПО V—до 242 W. Същите двойки симетрични тиристори мо- гат да работят при токове до 6 А, ако температурата на корпуса им се поддържа на 75° С с помощта на специални допълни-
Фиг. 5.20. Проста схема за регулира- не на силата на светене с двойка си- метричии тиристори в един корпусФиг. 5.20. Проста схема за регулира- не на силата на светене с двойка си- метричии тиристори в един корпусФиг. 5.21. Схема за регулиране на силата на светене с изглаждане на уп- равляващото напрежеиие, осъществена с двойка симетрични тиристори в един корпусФиг. 5.21. Схема за регулиране на силата на светене с изглаждане на уп- равляващото напрежеиие, осъществена с двойка симетрични тиристори в един корпус
Фиг. 5.20. Проста схема за регулира- не на силата на светене с двойка си- метричии тиристори в един корпус
Фиг. 5.20. Проста схема за регулира- не на силата на светене с двойка си- метричии тиристори в един корпус
Фиг. 5.21. Схема за регулиране на силата на светене с изглаждане на уп- равляващото напрежеиие, осъществена с двойка симетрични тиристори в един корпус
Фиг. 5.21. Схема за регулиране на силата на светене с изглаждане на уп- равляващото напрежеиие, осъществена с двойка симетрични тиристори в един корпус
ЛАМПА LiЛАМПА Li
ЛАМПА Li
ЛАМПА Li
телни радиатори, при което максималните мощности през товара са 1320 W и 660 W.
На фиг. 5.23 е показана висококачествена схема за регулира-
ее на силата на светене без рязко. светване на лам- пата, в конто за фазово регулиране се използува ед- нопреходен транзистор. Еднопреходният транзистор Т6 се включва синхронно от Т4 и захранва- ния от мрежата нулев детектор Т2—Г3 и подана пускови импулси на управ-
ляващия електрод на си-_
метоичния типистоо По- фиг‘ 5"22' Схема за ₽егУлиРане на силата на тслргдчогт inprivtvp.светене с минимално рязко светване в момен-
стояннотоковото захранва- та на включване, осъществена с двойка сине на транзисторите Т4 И метрични тиристори в един корпус ТБ е с напрежение 12 V,
което се получава от мрежата чрез ограничаващия резистор Ru диода Дь ценеровия диод и кондензатора Ср
Схемата действува по следния начин. Малко следначалото на всеки полупериод транзисторы Т4 се отпушва и електронното реле за време, реализирано с Т5, започва да действува. След из- тичането на определено време еднопреходният транзистор се
Фиг. 5.23. Висококачествена схема за регулиране на силата на светене без рязко светване в момента на включване
включва и от своя страна включва симетричния тиристор, но това става все още в началото на полупериода. В края на полупериода симетричният тиристор се изключва и едновременно с това нулевият детектор Г2—Г3 прекъсва базовияток на Т4, което пред- извиква разреждане на С2 и възстановяване на изходното положение. Описаният процес се повтаря отново в началото на всеки полупериод.
Закъснението на включването на симетричния тиристор по отношение на началото на полупериода може да се регулира от по- малко от 200 ps до повече от 10 ms и се определи единствено от положението на плъзгача на тример-потенциометъра R6. Тъй като продължителността на всеки полупериод от мрежовото на- прежение е точно определена, закъснението на включване се пре- връща непосредствено във фазово закъснение и е в границите приблизително от 3° до повече от 180°. Регулирането на силата на светене на лампата се постига без никакво рязко светване- Трябва да се отбележи, че ключът Кх е механично свързан с оста на R6, така че схемата се изключва от мрежата, когато се превиши максималното съпротивление на потенциометъра. 108
На фиг. 5.24 е показано преобразуването на разгледаната схема, така че да се осигури регулиране на силата на светене на лампата с плавно включване. При затваряне на ключа Kt интен- зитетът на светлината нараства плавно от пула до максималния
Ri
2N37022N37026.8k/5W (33k/2W)6.8k/5W (33k/2W)ДД1N4OO4UN 4003)1N4OO4UN 4003)220 V"ИЛИ(110 V')220 V"ИЛИ(110 V')ЛАМПА ЙЛАМПА Й(IRT82)(IRT82)С3 400V0.1 “Г (200V)С3 400V0.1 “Г (200V)Фиг. 5.24. Схема за получаване на плавно включване Лг» Ли и Ли — силиниеви диоди с общо предназначениеФиг. 5.24. Схема за получаване на плавно включване Лг» Ли и Ли — силиниеви диоди с общо предназначениеR?100 k1WR?100 k1W$12V400 mW$12V400 mWCi 2500 15 VCi 2500 15 VR9h56kUR9h56kU
2N3702
2N3702
6.8k/5W (33k/2W)
6.8k/5W (33k/2W)
Д
Д
1N4OO4
UN 4003)
1N4OO4
UN 4003)
220 V"
ИЛИ
(110 V')
220 V"
ИЛИ
(110 V')
ЛАМПА Й
ЛАМПА Й
(IRT82)
(IRT82)
С3 400V
0.1 “Г (200V)
С3 400V
0.1 “Г (200V)
Фиг. 5.24. Схема за получаване на плавно включване Лг» Ли и Ли — силиниеви диоди с общо предназначение
Фиг. 5.24. Схема за получаване на плавно включване Лг» Ли и Ли — силиниеви диоди с общо предназначение
R?
100 k
1W
R?
100 k
1W
$12V
400 mW
$12V
400 mW
Ci 2500 15 V
Ci 2500 15 V
R9h
56kU
R9h
56kU
за около 2 s. Това означава, че е избягнат големият ток на включване на лампата, с което нейният живот се удължава. Схемата действува по следния начин.
При първоначалното включване на схемата към захранващото напрежение чрез ключа К, кондензаторът С4 е изцяло разреден и действува като късо съединение. При това положение кондензаторът С2 се зарежда само през високоомния резистор R5, пора- ди което еднопреходният транзистор осигурява голямо време на закъснение и лампата свети много слабо. След затварянето на Кх кондензаторът С4 эапочва да се зарежда по експоненциален закон през Re и Д2, в точката на свързване на R6 и Д^ се получава експоненциално нарастващо напрежение и благодарение на него през всеки работен цикъл кондензаторът С2 се зарежда частично през диода Д^. В резултат на това прогресивно се намалява времето на закъснение, определяно от еднопреходния транзистор. След определено време, зависещо от RQ и С^ кондензаторът С4 се зарежда напълно и действува като отворена верига. При това положение С2 се зарежда през всеки работен период през пара- лелната комбинация на Rs и Re, времето за закъснение става мал- ко и лампата светва с пълна сила.
По такъв начин след затварянето на ключа Кх яркостта на светене на лампата започва да се увеличава от нула и достига до максимум след около 2 s. Съпротивлението на резистора R6 определи минималната яркост на светене на лампата в момента
Фиг. 5.25. Комбинирана схема за осъщсствяване на регулиране на силата на светене и плавно включване
Да, Да и Д4—силициеви диоди с общо предназначение
на включване. Съпротивлението на R6 от своя страна определи максималната яркост на светене и заедно с С4— времето за до- стигане на максималната яркост. Диодът Д2 служи за предпаз- ване на кондензатора С4 от разреждане при всяко отпушване на еднопреходния транзистор Т6, а Д4 осъществява автоматично разреждане на С4 през R9 и възстановяване на изходното състояние на схемата при изключването й с ключа /Г,.
На фиг. 5.25 е показано едно по-нататъшно изменение на схемата с цел едновременно осыцествяване на регулиране на сйлата на светене и плавно включване. Действието на схемата е подобно на действието на схемата от фиг. 5.24, с изключение на това, че експоненциално нарастващото напрежение на С4 се подава на кон-' дензатора С2 през делителя на напрежение, осъществен с потен- циомегъра Rlo й диода Д8, с което се осигурява възможност за промяна на силата на светене на лампата от нула до максимум и същевременно се запазва бавното увеличаване на силата на светене при първоначалното включване на ключа Kv
Глава VI
15 СХЕМИ ЗА РЕГУЛИРАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ НАГРЕВАТЕЛИ
Схемите с мощни симетрични тиристори могат да се използу- ват за реализиране на прецизно автоматично регулиране на електрически нагреватели със съпротивителни елементи. Има три ос- новни схеми за регулиране на електрически нагреватели — за обик- новено включване и изключване, за синхронно включване и изключ- ване и пропорционални схеми за регулиране. Схемите с фазово управление, например използуваните за плавно регулиране на си- лата на светене на електрически лампи, не са подходящи за ре- гулиране на нагреватели, тъй каю при превключване на големи мощности се получават и недопустимо големи високочестотни смущения.
В тази глава са разгледани 15 различии схеми за регулиране на електрически нагреватели. Схемите използуват симетрични тиристори тип 40 575 (максимално напрежение 200 V и максимален ток 15 А), производство на фирмата RCA, или тип IRT84 (максимално напрежеиие 400 V и максимален ток 10 А), производство на фирмата International Rectifier. Симетричният тиристор 40 575 може да регулира мощност до 1650 W при мрежово напрежение 110 V, IRT84 — мощност до 2200 W при мрежово напрежение 220 V.
ПРОСТИ СХЕМИ ЗА УПРАВЛЯВАНЕ НА ВКЛЮЧВАНЕТО И ИЗКЛЮЧВАНЕТО НА НАГРЕВАТЕЛИТЕ
На фиг. 6.1 са показани две прости схеми на регулатори с термочувствителни контакти. Прн ниски температуря термочув- ствителният контакт е затворен и през управляващия електрод на симетричния тиристор протича ток, ограничаван на необходимата стой юст от резистора f?„ Когато температурата в стаята се по- виши на желаното ниво, термочувствителният контакт се отваря и прекъсва веригата на управляващия електрод, с което симетричният тиристор и нагревателят се изключват автоматично. По желание схемата може да бъде включвана и изключвана ръчно чрез ключа Кх.
В схемата от фиг. 6.1 а се използува захранване на управля- ващия електрод на симетричния тиристор непосредствено от мре- жата, което предизвиква постоянни високочестотни смущения с малка амплитуда (при затворен контакт ГА). Когато се използува
Фиг. 6.1 л) Проста схема за регулиране на ня1ревател с термочувствителен контакт б\ Подобрена схема за регулиране на нагревател с термочувствителен контактФиг. 6.1 л) Проста схема за регулиране на ня1ревател с термочувствителен контакт б\ Подобрена схема за регулиране на нагревател с термочувствителен контактАВТОМИЗКЛ°АВТОМИЗКЛ°220V- или (110 V~)220V- или (110 V~)220 V* ■ или (110 V*)220 V* ■ или (110 V*)
Фиг. 6.1 л) Проста схема за регулиране на ня1ревател с термочувствителен контакт б\ Подобрена схема за регулиране на нагревател с термочувствителен контакт
Фиг. 6.1 л) Проста схема за регулиране на ня1ревател с термочувствителен контакт б\ Подобрена схема за регулиране на нагревател с термочувствителен контакт
АВТОМ
ИЗКЛ°
АВТОМ
ИЗКЛ°
220V- или (110 V~)
220V- или (110 V~)
220 V* ■ или (110 V*)
220 V* ■ или (110 V*)
постояннотоково захранване на управляващия електрод (фиг. 6.1 0, високочестотни смущения няма. Но и двете схеми дават силен единичен високочестотен смущаващ импулс при първоначалното включване на термочувствителния контакт, което бе описано в глава I.
На фиг. 6.2 е показана проста схема за регулиране на нагревател, използуваща термистор. Управляващият електрод се захран- ва с постоянен ток, получаван от постоянного захранващо напре- жение през транзистора Г2 и резистора R-. Същото постоянно напрежение се подава и на чувствителната към температурата схема, реааизирапас транзистора Г3 и свързаните с него елемен- ти, като Г3 осъществява управление на Г2. Rtx е термистор с отрицателен температурен коефициент, който заедно с резисторите Rx, R^ Rs и Ri образува мост. Тример-потенциометърът Rt се регулира така, че прн желаната температура на изключване мостът да е близо до равновесие и емитерният преход на транзистора Т3 да е малко поляризиран в права посока. Транзисторът Г3 в действителност усилва напрежението от едииия диагонел на моста. Действието па схемата е твърде просто.
При ниски температури мостът е далеч от равновесие, напрежението на изхода му предизвиква насищане на транзисторите
Г3 и Га и през управляващия електрод на симетричния тиристор протича силен ток. В резултат на това тиристорът и нагревате- лят са включени. При висока температура мостът също е далеч от равновесие, но в такава посока, че напрежението в изхода му
д<
[ НАГРЕВАТЕЛ™][ НАГРЕВАТЕЛ™]220V "илиI110V)220V "илиI110V)2N37022N3702АВТОМАВТОМИЗКЛ KiИЗКЛ KiTl IRT 84 (40575)Tl IRT 84 (40575)вклвклRsRs68Q/1W68Q/1WТ2Т21N40011N40012N 2926(0)2N 2926(0)R«R«6,3 V 250mA6,3 V 250mAVA1066S илиКО 2108VA1066S илиКО 2108^Rt10 k^Rt10 kRa 1kRa 1kCiS 1000.0 12 VCiS 1000.0 12 VПр 1АПр 1АТР1ТР1220V ■ИЛИ (110V)220V ■ИЛИ (110V)
[ НАГРЕВАТЕЛ™]
[ НАГРЕВАТЕЛ™]
220V "илиI110V)
220V "илиI110V)
2N3702
2N3702
АВТОМ
АВТОМ
ИЗКЛ Ki
ИЗКЛ Ki
Tl IRT 84 (40575)
Tl IRT 84 (40575)
вкл
вкл
Rs
Rs
68Q/1W
68Q/1W
Т2
Т2
1N4001
1N4001
2N 2926(0)
2N 2926(0)
R«
R«
6,3 V 250mA
6,3 V 250mA
VA1066S или
КО 2108
VA1066S или
КО 2108
^Rt
10 k
^Rt
10 k
Ra 1k
Ra 1k
CiS 1000.0 12 V
CiS 1000.0 12 V
Пр 1А
Пр 1А
ТР1
ТР1
220V ■ИЛИ (110V)
220V ■ИЛИ (110V)
Фиг. С.2. Проста схема за регулиране на нагревател с термистор, работеща в три режима
обуславя запушване на транзисторите Та и Т’2, при което през управляващия електрод на симетричния тиристор не протича ток и тиристорът и нагревателят са изключени. Когато температурата е близо до определеното ииво на включване, транзисторите Та и Т2 са отпушени, работят в усилвателен режим и през управляващия електрод на симетрщ'ния тиристор протича ток, пропорционален на разликата между действителната температура и температурата, при която нагревателят се изключва. При това положение режимът на работа на симетричния тиристор и на нагревателя зависи от големината на управляващия ток по следния начин. "
Трябва да си припомним от глава I, че симетричният тиристор има две различии чувствителности на управляващия електрод. Тиристорът в схемата от фиг. 6.2 се превключва непрекъснато в режим Р и IIP, така че токът на управляващия електрод е вина- ги в положителна посока, а анодният ток променя посоката си. Типичните чувствителности в двата режима на работа са съответ- но 15 и 35 mA. Следователно, ако мостът на термистора е раз- балансиран така, че токът през управляващия електрод да над- хвърля 35 mA, симетричният тиристор ще се включва и в двата квадранта и на нагревателя ще се подава пълната мощност. При нарастване на температурата на термистора мостът се приближа- ва до равновесие и токът през управляващия електрод на Симе-
изиз8 ПО тиристорни схеми
из
из
тричния тиристор намалява. Когато този ток спадне под 35 mA, но е все още по-голям от 15 mA, симетричният тиристор ще престане да се включва в режим ПР, а ще продължава да се включ- ва в режим Г. При това положение през симетричния тиристор ще протича ток само през единия полупериод на мрежовото на- прежение и на нагревателя ще се подава половината мощност. Когато мостът стигне много близо до равновесие, токът на управ- ляващия електрод на симетричния тиристор намалява под 15 mA и тиристорът престава да се включва в конто и да е от квадран- тите, с което на нагревателя не се подава никаква мощност.
Ясно е, че схемата от фиг. 6.2 осигурява автоматично три режима на работа на нагревателя—изключено, работа с половината мощност, и напълно включено. Това позволява температура- та на помещението да се регулира много точно. Тъй като управ- ляващият електрод на симетричния тиристор се захранва с постоянно напрежение, схемата генерира слаби високочестотни смущения при включен нагревател, но при първоначалното включ- ване на нагревателя къл мрежата се пол^чава високочестотен им- пулс с голяма амплит/да.
Термисторът, използуван в тази и във всички останали схе- ми на настоящата глава, може да бъде от произволен тип с отрицателен температурен коефициент и съпротивление при работ- ната температура межд/ 2 и 10 kS. Подходящи са термисторите VA1066S на фирмата Milliard и KD2108 на фирмата RCA.
Настройването на схемата от фиг. 6.2 се извършва, като най-напред потенциометърът ^3 се постави в средно положение и се променя /?ь докато при желаната температура на задейству- ване се получи работа на нагревателя с половината мощност. При това положение /?3 може да се използува за регулиране на температурата на задействуване. Термисторът ^ трябва да се моитира далеч от останалата част от"схемата на такова място, където температурата отговаря на средната температура на помещението.
СИНХРОНИИ СХЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ВКЛЮЧВАНЕТО И ИЗКЛЮЧВАНЕТО НА НАГРЕВАТЕЛИ
Простите схеми от фиг. 6.1 и 6.2 осигуряват много добро автоматично регулиране на електрически нагреватели, но често
генерират мощен високочестотен импулс при първоначалното включване на нагревателя. Освен това схемата от фиг. 6.1 а гене- рира при включен нагревател непрекъснато слаби високочестотни смущениягТези два вида смущения могат да бъдат избягнати
6.8k/5W6.8k/5W3,3k/2W3,3k/2WE10V400 mWE10V400 mWФиг. 6.3. Синхронна схема за регулиране на нагревател с термочувствителен контактФиг. 6.3. Синхронна схема за регулиране на нагревател с термочувствителен контакт1N40041N40031N40041N4003Ci 250,0 15VCi 250,0 15V
6.8k/5W
6.8k/5W
3,3k/2W
3,3k/2W
E10V
400 mW
E10V
400 mW
Фиг. 6.3. Синхронна схема за регулиране на нагревател с термочувствителен контакт
Фиг. 6.3. Синхронна схема за регулиране на нагревател с термочувствителен контакт
1N4004
1N4003
1N4004
1N4003
Ci 250,0 15V
Ci 250,0 15V
чрез използуване на синхронии схеми за превключване при нулево напрежение, при конто през управляващия електрод на си- метричния тиристор протича ток само за кратки периоди от вре- ме, когато мрежовото напрежение преминава през нулата в края на всеки полупериод. На фиг. 6.3 е показана една практическа синхронна схема от този вид за регулиране на нагреватели, при която се използува термочувствителен контакт.
Пълното описание на принципа на действие на схемата и на нейните елементи е дадено в глава II, но тук накратко ще го припомним. Транзисторите Т2 и Т8 образуват нулев детектор на мрежовото напрежение, чието изходно напрежение захранва усил- вателя Т4— ТБ, който осигурява тока през управляващия електрод на симетричния тиристор. Транзисторите Т4 и ТБ се захран- ват с постоянно напрежение 10 V, което се получава от мрежата чрез ограничителния резистор ^, диод Дг, кондензатора С4 и ценеровия диод.
Действието на схемата се заключава в това, че когато в на- чалото и края на всеки полупериод мрежовото напрежение пре-
минава през стойност нула, през /?в в базата на транзистора Т4 се подава токов импулс, конто води до получаването и на доста- тъчно голям импулс в управляващия електрод на симетричния тиристор. При това положение не се генерирет високочестотни смущения и е възможно блокирането и изключването на схемата чрез прекъсване на тока през резистора /?в. В схемата от фиг. 6.3 последователно с резистора R& е включен термочувствителният контакт ТК, който осигурява автоматично включване и изключ- ване на нагревателя.
При ниски температуря термочувствителният контакт е затворен и схемата осигурява синхронно включване на нагревателя. При впсоки температури контактът се отваря исхемата и нагре- вателят се изключват. Ако е необходимо, схемата може да се включва и изключва ръчно чрез ключа Kv
Настройването на схемата се извършва много лесно, тъй като единственият елемент за настройка (освен термочувствителния контакт) е тример-потенциометърът R3. Все пак трябва да се от- бележи, че както бе подчертано в глава II, настройката се извършва за точно определен съпротивителен товар на симетричния тиристор. Ако в процеса на работа съпротивлението на товара се променя, например при превключван на няколко различии мощности нагревател, настройването на R3 трябва да се извърши при ми- нималната мощност на товара. Това осигурява правилна работа на схемата при всички положения на превключвателя на нагревателя.
Настройването на R3 става по много прост начин. Нагревате- лят се поставя на минималча мощност и се включва към схемата, R3 се нагласява на максимално съпротивление и ключът Кх се завърта в положение „Вкл“. Съпротивлението на R3 започва да се намалява, докато се стигне положение, при което нагревателят се изключва изцяло. С това настройката на R3 е завършена. След това трябва да се провери дали напрежението върху кон- дензатора Ct не е спаднало под номиналната стойност 10 V и схемата е готова за работа.
На фиг. 6.4 и 6.5 е показано как разгледаната основна схема може да се преобразува, така че да се осигури регулиране на нагревателя с помощта на термистор. В схемата от фиг. 6.4 резисторите Rr, R9, R10, Rn и термисторът Rn образуват чувствителен към температурата мост, а транзисторът Т6 усилва напрежението от диагонала на моста (както при схемата от фиг. 6.2). Схемата от фиг. 6.5 е подобна, като разликата се състои само в използуването на диференциален усилвател (Т6 и Т^ за усилване на напрежението от изхода на моста.
И в двете схеми при ниски температуры транзисторът Тв е наситен, в резултат на което през резистора R5 протича ток и симетричният тиристор се включва синхронно. Това осигурява
Фиг. 6.4. Синхронна схема за регулиране на нагревател с термистор
Фиг. 6.5. Вариант на синхронната схема за регулиране на нагревател с термистор подава ie на максимална мощност на нагревателя. При високи температуря транзисторът Те е запушен, през R6 не протича ток
и на нагревателя не се подава никакво напрежение. Когато температурата е близо до зададената (конто трябва-да се поддържа), 76 е отпушен, работа в усилвателен режим и токовете през и управляващия електрод на симетричния тиристор са пропор-
фиг. 6.6. Синхронна схема за регулиране на нагревател, изпол- зуваща термочувствителен контакт и интегрална схема
ционални на разликата между действителната температура и зададената. Симетричният тиристор непрекъснато преминава от режим Р в режим ПР и обратно, с което се осигуряват три въз- можни режима на работа на нагревателя. Схемата осигурява много добро поддържане на температурата в помещението. Точ- ността на поддържане на температурата със схемата от фиг. 6.5 е малко по-добра от точността на схемата от фиг. 6.4, тъй като работната точка на транзистора Г6 на фиг. 6.4 се измества пора- ди температурната зависимост на напрежението UBE. При дифе- ренциалния усилвател от фиг. 6.5 този проблем не съществува.
Начинът за настройване на двете схеми е еднакъв. Най-на- пред нагревателят се свързва към схемата и ключът Кг се поста- вя в положение „Вкл“, след което тример-потенциометърът R3 се настройва по същия начин, както бе описано за схемата от фиг. 6.3. Следващата стъпка е поставянето на потенциометъра R9 в средно положение и на термистора Rn при желаната температура на изключване. При това положение се регулира тример- потенциометърът, докато нагревателят започне да работи с поло- вината мощност. С това настройката завършва и Схемата е готова за работа. С помощта на R9 е възможно да се регулира температурата на изключване с няколка градуса около температурата, определена от R1V
На фиг. 6.6 и 6.7 е показано използуването на интегралната
схема РА424, описана в глава II, за осъществяваче на синхронно включване и изключване на нагревател. В схемата от фиг. 6.6 към диференциалния усилвател в интегралната схема през резисторите R» Rs и R& е свързан термочувствителен контакт. Действието на
[ НАГ PEBATtJT][ НАГ PEBATtJT]R ni8k/2W 1U(10k/2WIR ni8k/2W 1U(10k/2WIФиг. 6.7. Синхронна схема за регулиране на нагревател, изпол- зуваща термистор и интегрална схемаФиг. 6.7. Синхронна схема за регулиране на нагревател, изпол- зуваща термистор и интегрална схема
[ НАГ PEBATtJT]
[ НАГ PEBATtJT]
R ni8k/2W 1U(10k/2WI
R ni8k/2W 1U(10k/2WI
Фиг. 6.7. Синхронна схема за регулиране на нагревател, изпол- зуваща термистор и интегрална схема
Фиг. 6.7. Синхронна схема за регулиране на нагревател, изпол- зуваща термистор и интегрална схема
схемата се състои в синхронното включване на симетричния тиристор при затворен контакт и изключването на тиристора при отворен контакт.
В схемата от фиг. 6.7 към входа на усилвателя са свързани термистор и променлив резистор, но действието остава същото както при фиг. 6.5. При ниски температуря симетричният тиристор се включва синхронно, при високи температури е изключен, а при температуря, близки до температурата на поддържане, се включва само през единия полупериод на мрежовото напрежение и нагревателят работи с половината си мощност.
ПРОПОРЦИОНАЛНИ СХЕМИ ЗА ПЛАВНО РЕГУЛИРАНЕ
НА МОЩНОСТТА
Всички разгледани досега схеми осъществяват обикновено включване и изключване на електрически нагреватели, което пред- ставлява само грубо регулиране на отделената от нагревателя топлина. Чрез използуването на синхронии пропорционални схеми за регулиране на мощността е възможно да се получи плавно регулиране на отделената топлина без генериране на високочестот- ни смущения. При пропорционалните схеми нагревателят е включен към мрежата само за определено цяло число полупериоди от
всеки сто полупериода. Ако например от сто полупериода нагревателях е включен към мрежата през 50 полупериода, върху него ще се получи 50% от пълната мощност, ако е включен за 90
Фиг. 6.8. Пропорционална схема за плавно регулиране на мощността на нагрева- тел, управляема ръчно
Фиг. 6.9. Прибавяне на възможност за плавно регулиране на мош- ността на нагревателя към схемата от фиг. 6 3
полупериода от 100, ще се получи 90% от пълната мощност и т. н.
На фиг. 6.8 е показана практическа пропорционална схема за плавно регулиране на мощността на нагревателя. Действието на схемата е твърде просто. Транзисторите Тг, Т3, Т4 и Т& образу- 120
$ат обикновен синхронен регулатор, а с транзисторите Ге и Т7 е эеализиран мултивибратор в автогенераторен режим, който пода- за на резистора R5 управляващи правоъгълни импулси. Поради действието на мултивибратора транзисторите Т6 и Тч непрекъсна-
Фиг. 6.10. Прибавяне на възможност за плавно регулиране на мощността на нагревателя към схемета от фиг. 6.4
Фиг. 6.11. Пропорционална схема за плавно регулиране на мощността на нагре- вател с интегрална схема, управляема ръчно
то се превключват от отпущено състояние в запушено и обратно, като винаги единият транзистор е отпущен, а другият — запушен. Когато ТБ е отпущен, през резистора R^ протича базов ток на транзистора Т& и симетричният тиристор се вк’лючва синхронно. При запушен транзистор Т6 базовият ток на ТБ става равен на нуля й симетричният тиристор се изключва. Периодът
на генерираните от мултивибратора импулсн е около 1 s и с по- мощта на потенциометъра Т?12 коефициентът им на запълване може да се променя от 0,09 до 0,9. Следователно чрез /?12 може да се регулира мощността на нагревателя между 8 и 92% от
Фиг. 6.12. Прибавяне на възможност за плавно регулиране на мощността на нагревателя към схеуата от фиг. 6.6
Фиг. 6.13. Прибавяне на възможност за плавно регулираие на мощността на нагревателя към схемата от фиг. 6.7
пълната мощност. Ако е необходимо, нагревателят може да бъде изключеп или напълно включен чрез ключа Kv
Ръчно управляемата схема за плавно регулиране на мощността на нагревателя може да бъде прибавена към всяка от разгле-
давите досега синхронии схеми чрез просто прибавяне на мулти- вибратора и подходящ ключ за превключване. Този ключ трябва да осигурява превключване на автоматично нлн ръчно управление на мощността. На фиг. 6.9 и 6.10 е показано преобразуването на схемите от фиг. 6.3 и 6.4 за осигуряване на плавно регули- ране на мощността. На фиг. 6.11 е показан вариант на ръчно управляемата пропорционална схема за плавно регулиране на мощността на нагревателя, използуващ интегрална схема, а от фиг. 6.12 н 6.13 се вижда как този вариант може да се прибавя към схемите от фиг. 6.6 и фиг. 6.7.
АВТОМАТИЧНИ ПРОПОРЦИОНАЛНИ СХЕМИ ЗА РЕГУЛИРАНЕ
Синхронните схеми с термистори могат да бъдат преобразу- вани за получаване на автоматично пропорционално регулиране на мощността на електрически нагреватели. Така може да се получи много точно регулиране на температурата на помещения. Принципът на действие на схемите за автоматично пропорционално регулиране се изяснява с помощта на схемата от фиг. 6.14. На фиг. 6.14 а е показана основната част от схемата, конто реагира на из- мененията на температурата. Резисторите Rv /?2 и /?3 и термисторът Rn образуват мост, напрежението в диагонала на който се променя с изменение на температурата. Транзисторите Тх и Г2 представляват диференциален усилвател, който усилва напрежението от единия Диагонал на моста. От колектора на транзистора 1\ Се взима сигнал за блокиране на действието на синхронння регулатор, който включва и изключва нагревателя. На базата на транзистора Г2 се подава трионообразно напрежение с амплитуда 300 mV и период 1 s. Когато моментната стойиост на напрежението в точка Б стане по-малка от напрежението в точка Д, транзисторът Гт се эапушва и иа синхронння регулатор се подава сигнал за изключване на нагревателя.
Формата на напреженията в точките А и Б при различии температуря е показана на фнг. 6.14 6 за случая, когато схемата трябва да поддържа температура в помещението 20° С. На фиг. 6.14 в е показана формата на напрежението върху нагревателя при четири различии температури. Вижда се, че трнонообраз- ното напрежение с малка амплитуда се наслагва върху постоян- ното напрежение 5 V в т. Б на схемата, докато в т. А се полу- чава постоянно напрежение, което обаче се променя с изменение на температурата. Тример-потенциометърът R^ се регулира така, че
съпротивлението му да е малко по-голямо от съпротивлението на термистора при температура 20°С, което означава, че при тази температура в т. Л ще се получи напрежение 5,2 V.
Когато температурата в помещението спадне под 19,5°С
ИЗХОД ЭАИЗКАЮЧ-^- ВАНЕ НАСИНХРОННИЯ РЕГУААТОР ЗА ВКАЮЧ- ВАНЕ И ИЗКЛЮЧВАНЕ НА НАГРЕВАТЕЛЯИЗХОД ЭАИЗКАЮЧ-^- ВАНЕ НАСИНХРОННИЯ РЕГУААТОР ЗА ВКАЮЧ- ВАНЕ И ИЗКЛЮЧВАНЕ НА НАГРЕВАТЕЛЯ10 V10 V
ИЗХОД ЭАИЗКАЮЧ-^- ВАНЕ НАСИНХРОННИЯ РЕГУААТОР ЗА ВКАЮЧ- ВАНЕ И ИЗКЛЮЧВАНЕ НА НАГРЕВАТЕЛЯ
ИЗХОД ЭАИЗКАЮЧ-^- ВАНЕ НАСИНХРОННИЯ РЕГУААТОР ЗА ВКАЮЧ- ВАНЕ И ИЗКЛЮЧВАНЕ НА НАГРЕВАТЕЛЯ
10 V
10 V
а)
Фнг. 6.14:
а) част от автоматична пропорционадна схема за регулиране на нагреватели, реагираща на изменение на температурата; б) напрежеяня в точките Л и 5;
в) форма на напрежението върху нагревателя при различии температури
съпротивлението на термистора нараства и т. Л добива отрицателен потенциал спрямо т. Б, транзисторът Гг е непрекъснато
отпушен и на нагревателя се подава пълната мощност (фиг. 6.14 в). При нарастване на температурата в помещението съпротивление- то на термистора намалява и напрежението вт. Л се понижава. При температ ра между 19,5 и 20,25° С схемата е в състояние, при което транзисторът Тг се отпушва и запушва от трионооб- разното напрежение в т. Б с честота 1 Hz. При температура 19,75° С транзисторът и нагревателят са изключени през 7з от периода на трионообразното напрежение, поради което мощността на нагревателя е равна на 2/з от максималната. Когато температурата нарастне на 20°С, транзисторът ТА и нагревателят са изключени през 2/3 от периода на трионообразно напрежение и мощността на нагревателя е равна на 7з от максималната. Ако температурата на помещението нарасне до 20,25° С, напрежението в т. Л остава непрекъснато положително спрямо напрежението в т. Б и транзисторът TY и нагревателят са непрекъснато изключени.
Важна особеност на пропорционалната схема за автоматично регулиране на мощността на нагревателя е, че тя поддържа нагревателя включен на пълна мощност, докато температурата в помещението достигне няколко десети от градуса под определе- ната за поддържане температура, след което мощността па нагревателя започва да намалява пропорционално на приближаването на температурата до определеното ниво. При достигане на жела- ната температура в помещението нагревателят не се изключва напълно, а работа с такава мощност, конто позволява да се ком- пенсират загубите от естественото охлаждане на помещението. Нагревателят се изключва изцяло само когато температурата в помещението нарасне малко над определеното ниво поради пякак- ва външна причина, например повишаване на външната температура. По този начин схемата осигурява точно поддържане на температурата в помещението.
На фиг. 6.15 е показана практическата пропорционална схема за автоматично регулиране на мощността на нагревателя. Схемата е подобна ыа синхронната схема за управление на нагревател с термистор от фиг. 6.5, но на базата на транзистора Т7 се подава трионообразно напрежение от генератора с еднопреходен транзистор Т8. Наличисто на трионообразното напрежение обуславя работа на схемата в автоматичен пропорционален режим. Първо- началното настройване на схемата е много просто и се извършва по следния начин.
Най-напред нагревателят се включва към схемата, поставя се ключът Кл в положение „Вкл" и се регулира тример-потенцио- метърът /?3 по същия начин, както в схемата от фиг. 6.5. След това Кг се поставя в положение „Летом11, потенциометърът R8—
to СП
Фиг. 6.15. Автоматична пропорционална схема за регулиране на мощността на нагревател
в средно положение и термисторът—при желаната внормална“ температура на помещението, и се регулира тример-потенциоме- тър'ьт Rw докато мощността на нагревателя намалее на около 7s от максималната. С това настройката е завършена и схемата
Фиг. 6.16. Автоматична пропорционална схема за регулиране на мощността на нагревател, използуваща интегрална схема
е готова за използуване. С помощта на потенциометъра Ra желаната температура на помещението може да бъде изменяна с ня- колко градуса около определеното вече ииво.
На фиг. 6.16 е показан вариант на основната пропорционална схема за регулиране на мощността на нагревател, използуваща интегрална схема. Схемата е получена, като към схемата от фиг. 6.7 е прибавен генераторът на трионообразно напрежение с еднопреходния транзистор Т^.
Глава VII
15 СХЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ
НА УНИВЕРСАЛИИ ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Серийните „универсалии" електродвигатели (наречени така, защото работят еднакво добре при захранване с постоянно и променливо напрежение) се използуват широко за битови цели, като например електрически пробивни и разстъргващи машини, перални, миксери и т. н. Универсалните електродвигатели за битови цели работят стабилно при захранване от променливотоко- вата мрежа и обикновено имат една честота на въртене (т. е. постоянни обороти).
Това ограничение на честотата на въртене може да се избегне чрез използуване на схеми за фазово регулиране, съчетани с тиристор, симетричен тиристор или двойка симетрични тиристори в един корпус. Освен това може да се прибави твърде проста тиристорна схема, конто да реагира на промените на честотата на въртене и автоматично да изменя подаденото на електродвигатели напрежение, така че честотата на въртене да не се променя при промяна на натоварването на електродвигателя. Тиристорните схеми за управление на универсалии електродвигатели представляват значителен интерес, поради което в тази глава са разгледани 15 такива схеми.
ПАРАМЕТРИ НА УНИВЕРСАЛНИТЕ ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Класическият универсален електродвигател се състои от възбу- дителна намотка (статор) и ротор, свързани последователно по отношение па клемите на електродвигателя. Когато през възбу- дителната намотка и ротора протече ток, се създават електро- магнитни полета с различии посоки и полученото резултатно магнитно поле завърта ротора. Тъй като роторът се движи в магнитно поле, в него се индуктира е. д. н. с обратна полярност на напрежението, приложено на клемите на електродвигателя. Това обратно напрежение е пропорционално на честотата на въртене на електродвигателя. Големината на тока през електродвигателя е пропорционална на разликата между приложеното външно напрежение и зависимото от честотата на въртене обратно напре-
жение, а въртящият момент на елсктродвигателя е пропорционален на големината на тока.
Изложеното дотук показва, че универсалните електродвигате- ли притежават свойството да саморегулират честотата на въртене- то си. При първоначалното прилагане на външно напрежение ро- торът е неподвижен и индуктираното в него обратно е. д. н. е нула. Следователно през елсктродвигателя протича голям пусков ток, който сьздава голям въртящ момент и максимално ускорение на ротора. Това позволява много бързо достигане на макси- малната част на въртене. Когато електродвигателят работи с мак- симална честота на въртене, индуктираното в ротора обратно е. д. и. е голямо, поради което токът през елсктродвигателя и не- говият въртящ момент са малки. Ако електродвигателят се нато- вари, честотата на въртене се стреми да намалее. Но при това намалепие се понижава обратпото е. д. и., индуктирано в ротора, и резултатното напрежение върху него нараства. В резултат протича по-голям ток, въртящият момент автоматично нараства и се стреми да възстанови първоначалната честота на въртене на елек- тродвигателя. Това означава, че електродвигателят може автоматично да поддържа честотата на въртенето си.
Универсалните електродвигатели работят еднакво добре при постоянни и променливи напрежения. Това обуславя възможност- та електродвигателите да работят с пулсиращо напрежение от еднополупериоден токоизправител. Интересно е да се подчертае, че в този случай саморегулирането на честотата на въртене обуславя мощност и честота на въртене с не повече от 20% по-малки от тези при обикновено захранване с променливо напрежение от мрежата. Това дава възможност за реализиране на много ефи- касна и евтина еднополупериодна тиристорна схема за управление на електродвигатели.
Друг интересен факт е, че при работа с еднополупериодно захранващо напрежение през празните полупериоди от остатъчно- то магнитно поле в ротора се създава обратно е. д. н., чиято го- лемина е пропорционална на честотата на въртене на електродви- гателя. Това обратно е. д. н. може да задействува проста елек- тронна схема и се използува за създаване на обратна връзка, с конто се подобрява автоматичното поддържане на честотата на въртене на електродвигателя.
ЕДНОПОЛУПЕРИОДНИ СХЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Захранването на универсалии електродвигатели с еднополупериод- но пулсиращо напрежение води до намаление на честотата на въртене и мощността на двигателя с не повече от 20%, отколко-
Фиг. 7.1. Едпополупериоден регулатор на честотата на въртене на електродвигател а) основна схема; б) практическа схема със силициев едпопосочеп ключ, подходяща за електродвигатели с ток до 3 А
то при захранване с променливо напрежение от мрежата. Еднопо- лупериодните схеми за регулиране са особено привлекателни по- ради своята икономичност и ефективност.
На фиг. 7.1 а е показана основната схема на прост еднопо- лупериоден регулатор на честотата на въртене, работещ на принципа на фазовото регулиране. Резисторът /?] и кондензаторът Ci образуват едновременно делител на напрежение и фазоизместваща верига, която осигурява във вески полупериод закъспение на включването на тиристора с почти 180°. В началото на всеки положителен полупериод тиристорът е изключен и на фазоизмества- щата верига е подадено захранващото напрежение през диода Дх. Напрежението върху кондензатора Сх с известно фазово закъс- нение достига до напрежението на включване на пускового уст-' ройство, то се включва и разрежда Сх през управляващия елек- трод на тиристора. В резултат на това тиристорът се включва, подава напрежение на електродвигателя и премахва захранващото напрежение от веригата Дх—Rx—Сх..
Когато потенциометърът Rt е поставен на минимум, веригата Ri-Ct внася пренебрежимо малко затихване и фазово изместване, поради което тиристорът се включва малко след началото на все- ки положителен полупериод, на електродвигателя се подава голя- мо напрежение и той работа с голяма честота на въртене. При поставяне на Rx на максимално съпротивление веригата Rx—Cj внася голямо затихване и фазово изместване, поради което тиристорът се включва малко преди края на всеки положителен полупериод, на електродвигателя се подава малко напрежение и той работи с малка честота на въртене. Следователно честотата на въртене на електродвигателя може да бъде регулирана от пула до максимум чрез промяна на съпротивлението на Rv
Една практическа схема на еднополупериоден регулатор на честотата на въртене, използуваща еднопосочен силициев ключ като пусксво устройство, е показана на фиг. 7.1 б. Паралелното свързване на потенциометрите R, и R^ позволява схемата да бъде настроена така, че при максимално съпротивление на Rv честотата на въртене да намалява почти до нула, което осигурява максимален обхват иа регулираие с помощта на Rv Резисторът R3 се използува за ограничаване до допустима големина на върхо- вата стойност на тока на зареждане на кондензатора Сь когато съпротивлението на Rx е близко до нула. Резисторите R4 и Rs осигуряват верига за разреждане на С\ през отрицателните полу- периоди, което гарантира минимално рязко включване на електродвигателя.
Използуваният силициев еднопосочен ключ може да се замести с транзисторна пускова схема (фиг. 7.2). Тук транзисторите Тх и Г2 са запушены, докато напрежението върху тях достигне до 7,5 V, след което се отпушват, развива се регенеративен процес и те се насищат. При това положение кондензаторът С, се разрежда през тях и управляващия електрод на тиристора. Напрежението на включваие зависи от отношението R-JR>
На фиг. 7.3 е показано как към схемата от фиг. 7.2 може да се прибави известно саморегулиране на честотата на въртене. Тук последователно с катода на тиристора е свързан резисторът Z?a, върху който при включен тиристор се получава пад на напрежение. Върховата стойност на това напрежение е право пропорцио- нална на върховата стойност на тока на електродвигателя. Кондензаторът С2 се зарежда през диода Д2 Д° върховата стойност на напрежението върху Ra и напрежението на С2 се подава на базата на транзистора Т'2 през резистора Rs. В резултат на това се намалява напрежението на включване на регенеративния ключ Ту-Т2.
Нека предположим, че електродвигателят има определена че- стота на въртене, зададена от Rv и натоварването му изведнъж се увеличи. В резултат на това се появява стремеж за иамалява- не на честотата на въртене, токът на електродвигателя нараства
Фиг. 7.2. Едиополупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с транзисторно пусково устройство, подходящо за двигател с ток до 3 А
Фиг. 7.3. Едиополупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддър- жане на тази честота. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 А
и се увеличава падът на напрежение върху /?0. Увеличава се и напрежението върху С2, с което напрежението на включване на регенеративния ключ 7]—Т^ намалява. В резултат на това през
следващия положителен полупериод на мрежовото напрежение
ключът и тиристорът ще се включат по-рано, подаденото на елек-
тродвигателя напрежение автоматично ще нарасне и ще се стре ми да възстанови първоначалната честота на въртене. Това по
казва, че схемата осъществява известно саморегулиране на честотата иа въртене.
Трябва да се отбележи, че степента на саморегулиране на разгледаната схема не е особе- но голяма, тъй като зависимост- та на тока на електродвигателя и напрежението за обратна връзка в схемата неса линейни. Независимо от това стабилност- та на честотата на въртене е значително по-голям а, отколко- то при нерегулираната схема от фиг. 7.2. За увеличаване на стабилността е необходимо опит- но да се подбира съпротивле- нието на /?9 за всеки конкретен електродвигател
Друга възможна схема за
Фиг. 7.4. Висококачествена еднопо* лупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 АФиг. 7.4. Висококачествена еднопо* лупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 Арегулиране на честотата на въртене на електродвигател с автоматично поддържане на тази честота е показана на фиг. 7.4. За отчитане на промяната в честотата на въртене се използува обратного е. д. н. върху ротора. При промяна на честотата на въртене се изменя моментът на включване на тиристора, с което се оси- гурява постоянна честота на въртене при промяна на товара. Схемата работа много ефективно и се препоръчва особено много за регулиране на електричсски пробивни и разстъргващи машини, при конто по принцип има големи промени на товара.
Фиг. 7.4. Висококачествена еднопо* лупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 А
Фиг. 7.4. Висококачествена еднопо* лупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 А
Схемата от фиг. 7.4 е твърде проста. Резисторите Rx и /?2 об- разуват делител на напрукение, а диодът Дх работи като еднопо- лупериоден токоизправител. Делителят и диодът подават на плъз- гача на потенциометъра R2 само положителните полупериоди на мрежовото напрежение с намалена амплитуда, откъдето през диода Д^ те се подават на управляващия електрод на тиристора. В началото на всеки положителен полупериод тиристорът е изклю- чен и на катода му е приложено напрежение, зависещо от честотата на въртене и равно на обратиото е. д. н. върху ротора на електродвигателя. В моментите от всеки положителен полупе-
риод, когато напрежението на плъзгача на /?2надхвърли обратною е. д. н. върху ротора, диодът Д2 и тиристорът се отпушват и на електродвигателя се подава напрежение от мрежата. Това напре- жение се подава само в частта от полупериода, в която напрежението на плъзгача на /?2 е по-голямо от напрежението върху ротора.
Ако плъзгачът на R2 е поставен в такова положение, че на анода Д2 се подава голяма част от мрежовото напрежение, тиристорът ще се включва и ще подава напрежение на електродвигателя в началото на всеки положителен полупериод, поради кое- то честотата на въртене ще бъде висока. При другото положение на плъзгача на R2 на анода на Д2 се подава малка част от мрежовото напрежение, тиристорът се отпушва към средата на полупериода и честотата на въртене на електродвигателя ще бъде по-ниска.
За тази схема трябва да се отбележи, че тъй като максимал- ната стойност на напрежението във всеки полупериод настъпва при фазов ъгъл 90°, тиристорът не може да бъде включен чрез управляващия си електрод след преминаването на тази максимал- на стойност. Следователно, когато и да се включи тиристорът, той подава па електродвигателя захранващо напрежение най-мал- ко през ед на четвърт от периода на мрежовото напрежение. Това свойство на схемата обаче не пречи за получаването на малка честота на въртене на електродвигателя поради явлението, известно като „периодично пропускане".
Нека предположим, че плъзгачът на потенциометъра R2 е поставен в такова положение, че на управляващия електрод на тиристора се подава малка част от мрежовото напрежение, поради което при липса на товар електродвигателят работи с малка честота на въртене. Тъй като върху ротора на електродвигателя се получава малко обратно е. д. н., тиристорът се отпушва при малко напрежение на плъзгача на R2 и подава мрежово напрежение на електродвигателя през най-малко 71 от периода. В резул- тат на това се получава значителен въртящ момент и голямо ускорение на ротора, поради което обратното е. д. н. нараства и през следващия положителен полупериод става по-високо от мак- сималната стойност (при фазов ъгъл 90°) на напрежението върху плъзгача на R».
Следователно през следващия положителен полупериод тиристорът няма да включи и честотата на въртене на електродвигателя започва да се намалява поради прекъсването на захранва- щото напрежение. Когато отново се достигне дог сравнително малка честота на въртене и ниско обратно е. д. н., тиристорът пах
се включва. Той отново подава напрежение на електродвигателя за най-малко една четвърт полупериод и процесът се повтаря отново. „Периодичного пропускане" може да бъде за един или по- вече полупериоди в зависимост от честотата на въртене, определена от положение™ на плъзгача на /?2. Напълно възможно е средната честота на въртене в един интервал от няколко стоти- ци милисекунди да бъде много малка, поради което с помощта на /?2 честотата на въртене може да се регулира от нула до максимум. Тъй като роторът на електродвигателя има значителна маса и инертност и тъй като импулсите на захранващото напрежение се подават през няколко десети от секундата, в честотата на въртене се чувствуват само много слаби скокообразни изменения, така че в крайна сметка схемата осигурява плавно регу- лиране на тази честота.
Автоматичното поддържане на честотата на въртене се дъл- жи на способността на схемата да реагира на промените на за- висещото от тази честота обратно е. д. н. и се получава в целия обхват на регулиране на честотата на въртене. Нека предположим, че плъзгачът на потенциометъра /?2 е поставен в такова положение, че тиристорът се включва към средата на всеки положителен полупериод и електродвигателят работи със сравнително ви- сока честота на въртене при липса на товар и че изведнъж той се натоварва. Това веднага води до намаляване на честотата на въртене и до понижаване на обратното е. д. н. върху ротора. В резултат на това управляващият електрод на тиристора става по-рано положителен спрямо катода, тиристорът се включва по- бързо след началото на всеки положителен полупериод и подава на електродвигателя по-голяма мощност. Това води до увелича- ване на въртящия момент и честотата на въртене нараства, до- като достигне почти до първоначалната си стойност. Така като цяло се получава малка промяна на тази честота.
Автоматичното поддържане на чертотата на въртене е особе- но добро, когато електродвигателят работи в режим на периодично пропускане. Нека предположим, че двигателят работи с ниска честота на въртене и с малък товар и че се включва вед- нъж на десет полупериода. Броят на пропуснатите полупериоди се определя от намаляването на честотата на въртене, което сил- но зависи от товара. Ако е настъпило средно голямо увеличение на товара, честотата на въртене може да намалее двойно и електродвигателят започва да включва на всеки пет полупериода. При по-нататъшно увеличаване на товара броят на пропуснатите полупериоди намалява и ако натоварването е изключително голямо, се получава такава скорост на намаляване на честотата на вър-
тсне, че пропускане на периоди вече няма, тиристорът се включ- ва през вески 'положителен полупериод и поддържа постоянна честота на въртене. Схемата дава възможност за автоматично
поддържане на малка честота паподдържане на малка честота паФиг. 7,5. Висококачестзепа еднопотупе- риодиа схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота и намалени вибрации. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 АФиг. 7,5. Висококачестзепа еднопотупе- риодиа схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота и намалени вибрации. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 Авъртене в широки граници на изменение на товара.
поддържане на малка честота па
поддържане на малка честота па
Фиг. 7,5. Висококачестзепа еднопотупе- риодиа схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота и намалени вибрации. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 А
Фиг. 7,5. Висококачестзепа еднопотупе- риодиа схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота и намалени вибрации. Схемата е подходяща за двигатели с ток до 3 А
Тъй като в режим на периодично пропускане схемата осигурява подаване на електродвигатсля на напре- жение през най-малко 3Д °т периода, при малка честота на въртене се получават много големи въртящи моменти. Следователно при малка честота на въртене и големи натоварвания се получават забележими вибрации на електродвигателя. Някои потребители намират това за нежелателно. Вибрациитс мо- гат да бъдат намалени чрез
понижаване на въртящия момент при малкачестота на въртене, кое- то се постига с преобразуване на схемата, както е показано на
Фиг. 7.6. Висококачествена еднополупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматичноФиг. 7.6. Висококачествена еднополупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматичнофиг. 7.5. Тук с помощ- та на кондензатора Cj се реализира фазоиз- местваща група във ве- ригата на управляващия електрод, конто осигурява намаляване на продължителността на включеното състояние на тиристора на по- малко от 7* от периода. С това се осигурява подаване на по-малки
Фиг. 7.6. Висококачествена еднополупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично
Фиг. 7.6. Висококачествена еднополупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично
поддържане на тази честота, използуваща едно- посочен силициев ключ и кондензатор във ве- ригата на управляващия електрод на тиристора
„порции" мощност на електродвигателя. Капа- цитетът на кондензато„порции" мощност на електродвигателя. Капа- цитетът на кондензатора Сх (между 1 и 10 pF) се избира компромисно, за да се получат едновременно голям вър- тящ момент и малки вибрации при ниска честота на въртене. Този компромис се определя от личного желание на потребителя.
„порции" мощност на електродвигателя. Капа- цитетът на кондензато
„порции" мощност на електродвигателя. Капа- цитетът на кондензато
Самият автор отдава предпочитание на основната схема от фиг. 7.4 Известен малък педостатък на схемите от фиг. 7.4 и 7.5 е, че през резнсторите 7?] и R2 трябва да протича целият ток на управляващия електрод на тиристора. Това изисква използуване-
Фиг. 7.7. Висококачествсна еднополупериодна схема за регулиране на честотата на въртене на електродвига- тел с възможност за автоматично поддържане на гази честота, изнолзуваща транзисторен регенеративен ключ и кондензатор във веригата на управляващия електрод на тиристора
то на тиристор с малък управляващ ток, защото в противен случай Rx и R2 трябва да бъдат нискоомни, което ще доведе до от- деляне на голяма мощност върху тях (под формата на топлина). На фиг. 7.6 е показано как може да се избегне този недостатък и за управление на електродвигателя да се използува евтин тиристор с малка чувствителност.
Кондензаторът Сх се използува, за да се зарежда през вески полупериод до напрежение, пропорционално на разликата между потенциала на плъзгача на R2 и катода на тиристора. Когато на- прежението върху кондензатора надхвьрли напрежението на включ- ване на еднопосочния силициев ключ (около 1,2 V за показаните на фигурата стойности на слементите), се развива регенеративен процес в ключа и кондензаторът Сх се разрежда бързо през управляващия електрод на тиристора, с което предизвиква неговото включване. По такъв начин токът през управляващия електрод на тиристора се определи от Сх (който действува като управляващ кондензатор), а не непосредствено от съпротивленията на Rx и R2, конто могат да бъдат достатъчно нискоомни.
Еднопосочният силициев ключ може да бъде заместен с тран-
зисторен регенеративен ключ, което е показано на фиг. 7.7. Тази схема работи по същия начин, както схемата от фиг. 7.6.
В последната схема от тази точка (фиг. 7.8) е показан един възможен начин за разрешаване на проблема за чувствителност-
Фиг. 7.6. Висококачествена еднополу- периодна схема за регулиране на че- стотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота, използуваща тиристор във веригата на управляващия -електрод на тиристораФиг. 7.6. Висококачествена еднополу- периодна схема за регулиране на че- стотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота, използуваща тиристор във веригата на управляващия -електрод на тиристората на тиристора. Тук като управ- ляващ прибор е използуван ти- ристорът с голяма чувствител- ност Т\, чийто максимално допустим ток нс трябва да бъде по-малък от 1 А. Този тиристор се включва по същия начин както тиристорът в схемата от фиг. 7.4, но включването му води до пропускане на ток през управляващия електрод на ос- новния тиристор Тг и резистора R3, с което Т2 се включва. Най- важното в случая е, че Т'2 може да бъде мощен тиристор с малка чувствителност. Независимо от споменатите разлики схемите от фиг. 7.6 до 7.8 ра-
Фиг. 7.6. Висококачествена еднополу- периодна схема за регулиране на че- стотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота, използуваща тиристор във веригата на управляващия -електрод на тиристора
Фиг. 7.6. Висококачествена еднополу- периодна схема за регулиране на че- стотата на въртене на електродвигател с възможност за автоматично поддържане на тази честота, използуваща тиристор във веригата на управляващия -електрод на тиристора
ботят точно по същия начинботят точно по същия начинкакто схемата от фиг. 7.4.
ботят точно по същия начин
ботят точно по същия начин
ДВУПОЛУПЕРИОДНИ СХЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Както вече бе подчертано, двуполупериодното захранване на универсалии електродвигатели води до повишаване на мощността и честотата на въртене само с около 20% в сравнение в еднопо- лупериодното захранване. Поради това двуполупериодните схеми за регулиране на течността на въртене имат малко предимства в сравнение с простите еднополупериодни схеми. Освен това с тях е трудно да се постигне добро автоматично поддържане на честотата на въртене. В действителност досега не е произведена нито една двуполупериодна схема, конто да може да съперничи по цена и параметри на простата автоматична еднополупериодна схема- от фиг. 7.4.
Двуполупериодните схеми не са намерили широко приложение и се използуват за регулиране на честотата на въртене без автоматичного й поддържане, особено когато като прибор за управление на електродвигатели се използува симетричен тиристор или двойка симетрични тиристори в един корпус. В тази последна точ-
ка на настоящата глава са разгледани 7 практически схеми, из- ползуващи симетрични тиристори или двойка симетрични тиристо- ри в един корпус. Във всички схеми е използуван принципът на фазовото регулиране и в действителност те представляват по-на-
Фиг. 7.9. Проста схема на регулиране на честотата на въртене със симетри- чен тиристорФиг. 7.9. Проста схема на регулиране на честотата на въртене със симетри- чен тиристортатъшно развитие на схемите за регулиране на силата на све- тене на електрически лампи от глава V. Подробно описание на действието на тези схеми може да бъде намерено в глава V.
Фиг. 7.9. Проста схема на регулиране на честотата на въртене със симетри- чен тиристор
Фиг. 7.9. Проста схема на регулиране на честотата на въртене със симетри- чен тиристор
На фиг. 7.9 е показана проста практическа схема за двупо- лупериодно регулиране на чес- тотата на въртене на електро- двигател, използуваща симетри- чен тиристор като регулиращ елемент. Схемата е подобна на схемата от фиг. 5.16 б, с из-
ключение на това, че високо-
честотният филтър против' смущения Lx—С2 е премахнат (тъй
като потискането на високочестотните смущения се извършва от индуктивността на електродвигателя) и паралелно на симетричния
Фиг. 7.10. Подобрена схема за регулиране на честотата на въртене със симетричен тиристорФиг. 7.10. Подобрена схема за регулиране на честотата на въртене със симетричен тиристортиристор е включена вери- гата R3—С2, с конто се из- -бягва включването на симетричния тиристор пора- ди бързото нарастване на анодното му напрежение. Поради индуктивная характер на електродвигателя анодният ток и анодното напрежение на симетричния тиристор не са във фаза. Следователно, кога-
Фиг. 7.10. Подобрена схема за регулиране на честотата на въртене със симетричен тиристор
Фиг. 7.10. Подобрена схема за регулиране на честотата на въртене със симетричен тиристор
то тиристорът се запушва в края на всеки полупериод на тока, той ще из-
ключва голямо напрежение.
Резисторът Ra и кондензаторът С2 се използуват за ограничава-
не на скоростта на нарастване на напрежението на изключване и предпазват симетричния тиристор от незабавно повторно включ- ване поради това нарастване.
Както бе подчертано в глава V, недостатък на схемите от ви-
Да на тази^от фиг. 7.9 е „рязкото включване", коего се предиз- виква от рязката промяна на напрежението върху кондензатора Сх при включването на диодния симетричен тиристор и последва- лото го включване на симетричния тиристор през вески полупе-
Фиг. 7.11. Схема за регулиране на честотата на въртене с изглаждане на напрежението на управляващия електрод, използуваша симетричен тиристор
риод. На фиг. 7.10 е показано намалявапето на ефекта на рязко включване чрез евързване на резистора R^ последователно с диодния симетричен тиристор. Възможно е по-нататъшно намалява- не на ефекта на рязкото включване чрез изглаждане на напре-
Фиг. 7.12. Схема за регулиране на честотата на въртене с минимално рязко включване на електродвигателя, използуваща симетричен тиристор
жението на управляващия електрод на симетричния тиристор. Схе- мите от фиг. 7.10, 7.11 и 7.12 представляват развитие съответно на схемите от фиг. 5.17, 5.18. и 5.19. Всяка от схемите със си-
Фиг. 7.13. Проста схема за регулиране на честотата на въртене, използуваща двойка симетрични тиристори в един корпус
Фиг. 7.14. Схема за регулиране иа честотата на въртене с изглаждаие иа иапрежението в управ- ляващия електрод, използуваща двойка симетрич- ии тиристори в един корпус
Фиг. 7.15. Схема за регулиране на честотата на въртене сТминималио рязко включване на електро- двигателя.^използуваща двойка симетрични тиристори
метрични тиристори от фиг. 7.9 до 7.12 може дауправлява електро- двигател с ток до 10 А при мрежово напрежение 220 V или до 8 А при мрежово напрежение 110 V.
Възможно е преобразуване на схемите от фиг. 7.10, 7.11 и 7.12 чрез заместване на диодните симетрични тиристори и симе- тричните тиристори с двойка симетрични тиристори в един корпус, което е показано на фиг. 7.13, 7.14 и 7.15. Тези двойки са снабдени с фабрично монтирани радиатори и при околна температура 25° С могат да управляват електродвигатели с ефективна стойност на тока, не по-голяма от 2,2 А. Възможно е увеличаване на максималния ток до 6 А чрез поставяне иа допълнителни радиатори, позволяващи повишаване на температурата на корпуса до 75° С.
Глава VIII
5 СХЕМИ С РАЗЛИЧНО ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ
Тиристорите могат да се използуват и в различии полезни схеми, конто не влизат в нито едиа от категориите, разгледани досега. В тази последна глава се разглеждат 5 подобии схеми, а именно: две схеми за зареждане на 12-волтови акумулаторни ба- терии с автоматично регулиране на тока на зареждане, схема за регулиране на скоростта на детско влакче и Две схеми за изменение на паузата между две последователни включвания на чистачките, конто се използуват в моторните превозни средства.
СХЕМИ ЗА ЗАРЕЖДАНЕ НА АКУМУЛАТОРНИ БАТЕРИИ С АВТОМАТИЧНО’РЕГУЛИРАНЕ НА ТОКА НА ЗАРЕЖДАНЕ
На фиг. 8.1 е показана Практически схема за зареждане на 12-волтови акумулаторни батерии с автоматично регулиране на тока на зареждане. Схемата осигурява зареждане на изтощения акумулатор с ток между 3 и 5 А и автоматично го намалява до много малка стойност при напълно зареден акумулатор. При желание е възможно да се включи и амперметър с обхват от 0 до 4 А. Схемата действува по следния начин.
Трансформаторът Трг и мостовият токоизправител Д^—Д^ по- нижават и изправят променливото мрежово напрежение и осигу- рячат ток иа зареждане на акумулаторната батерия през ампер- метъра А, резистора Rt и тиристора Т,. Токът на управлява- щия електрод на тиристора Tv се осигурява от мрежата през лампата Лх и диода Д&. Тирйсторът Т2 е включен през резистора R6 към точката иа свързване на Д5 и Лг и нулевия проводник на мрежата. Токът на управляващия електрод на този тиристор се осигурява от акумулаторната батерия през делителя на напрежение Ra — R8 — Rt и ценеровия диод Д6. Тример-потенциоме- тЪрът R3 се регулира така, че тиристорът Т2 да се включва само когато акумулаторната батерия е напълно заредена (напреже- нието върху нея достнгне до 14,3 V).
При първоначално поставяне на акумулаторната батерия за зареждане нейното напрежение е по-ниско от 14,3 V и тиристорът Т2 е изключен. При това напрежение Тг се включва в нача-
лото на вески полупериод на напрежението от мостовия токо- изправител през лампата Лг и диода Дь, в резултат на което протича голям ток на зареждане през амперметъра А, резистора Кг и тиристора Tv Резисторът /?х ограничава този ток на 3—4 А при напрежение на батерията между 10 и 14 V.
Фиг. 8.1. Схема за зареждане на 12-волтова акумулаторна батерия с автоматично регулиране на тока на зареждане
Дг — Л* — силициеви изправителни диоли с обратно напрежение, не по-малко от 30 V, и максимален ток в права посока, не по-мадж от 5 А
В процеса на зареждане на акумулаторната батерия напрежението на нейните клеми нараства пропорционалчо на заряда и при напълно заредей акумулатор може да достигне до 14,3 V. При това положение тиристоры Т2 се включва през ценеровия диод Д6, напрежението в точката на евързване на Д5 и Лг на- малява почти до нула и през управляващия електрод на 1\ пре става да тече ток. Поради това през следващия полупериод тиристоры не може да се включи, с което зареждапето на акумулаторната батерия прекъева. При включването на тиристора 7'2 лампата Л^ светва и дава зрителна индикация за съетоянието на схемата.
След прекъеване на зареждането напрежението на клемите на акумулаторната батерия бързо намалява под 14,3 V, тиристо- рът Г2 отново се изключва, Т\ се включва и зареждането започ-
ва наново. Времето, врез което напрежението на клемите на аку- мулаторната батерия е по-високо от 14,3 V, е пропорционално на заряда на батерията. Следователно при първото достигане на зареденото състояние напрежението остава по-високо от 14,3 V семо за кратко време и тиристорът 7\ се изключва вероятно за един полупериод от всеки десет, поради което се получава слабо намаление на тока на зареждане. Това означава, че акумулатор- ната батерия продължава да се зарежда, с което нараства и времето, през което напрежението на клемите й е по-високо от 14,3 V. Когато зарядът на батерията е много близък до макси- малния, напрежението остава по-високо от 14,3 V толкова дълго време, че тиристорът Тх се включва всеки втори полупериод и токът на зареждане намалява наполовина от максималния.
Ако акумулаторната батерия може да се зареди изцяло, напрежението на клемите й ще остава по-високо от 14,3 V толкова дълго време, че тиристорът Тг ще се включва за един полупериод от всеки десет и токът на зареждане намалява до няколко стотици милиампера. Следователно, когато акумулаторната батерия се зареди напълно, токът на зареждане не намалява рязко до пула, а бавно (за няколко часа) от максималната си стойност до няколко стотици милиампермера. Тези няколко стотици мили- ампермера продължават да текат, независимо че акумулаторната батерия е напълно заредена.
При практическото реализиране на схемата от фиг. 8.1 не възникват съществени проблеми по настройката и конструктивно- то й оформление. Номиналното съпротивление на Rt е 0,5 й и мощността му трябва да е най-малко 12 W. Възможно е Rx да се реализира като последователна комбинация па две двойки па- ралелно свързани резистори по 0,5 12/3 W. Предназначението на Ri е да ограничи тока на зареждане на напълно изтощена акумулаторна батерия до около 5 А. Ако се окаже, че токът на зареждане е по-голям от 5 А, необходимо е да се увеличи съпро- тивлението на RP
Настройката на R3 може да се извърши, като към схемата се свърже напълно заредена акумулаторна батерия за 2—3 часа и след това много бавно се регулира R3, докато лампата Лх свет- не и токът на зареждане намалее на около 1 А.
145145Единственият недостатък на схемата от фиг. 8.1 е, че пред- пазителят ще изгори, ако по невнимание се дадат накъсо двата проводника за свързване към акумулаторната батерия. Този ие- достатък може да се избегне чрез преобразуване на схемата, показано на фиг. 8.2. Тук транзисторът Т3 се използува като генератор на ток с постоянна стойност 4 А и е свързан последо-
145
145
10 ПО тнристории схеми
вателно във веригата на тока на зареждане. Предназначечието на транзистора е да ограничи тока през изводите на схемата, ако случайно бъдат дадени накъсо. При наличие на късо съеди- нение светва лампата Лг. Схемата действува по следния начин
•Фиг. 8.2. Схема за зареждане на 12-волтова акумулаторна батерия с автоматично регулиране на тока за зареждане и защита срещу късо съединепие
Дс — Д< — силициеви кзправителни диоди с обратно напрежение, не по-малко от 30 V, и мак* симален ток в права посока, не но»малък от 5 А
Транзисторът Т3 представлява емитерен повторител с товар в емитсра резисторы R^ като колекторният му ток се получава от акумулаторната батерия. Диодът Д- й кондензаторът С2 обра- зуват прост изглаждащ филтър, който осигурява базовия ток на Т3 през веригата Дч — Д8 — Д9 — Д10. На базата на транзистора Т3 се подава стабилно напрежение, равно на сумата от падовете на напрежение в права посока върху диодите Д8 — Дю. Тъй като Т3 е евързап като емитерен повторител, падът на напрежение върху емитерния му резистор R6 е равен на стабилното напрежение на базата минус напрежението в права посока на емитерния преход. В резултат на това върху Re се получава стабилно напрежение със стойност около 1,2 V. Следователно през Т3 и Re тече постоянен по стойност ток около 4 А. Този ток тече и в колекторната верига на Т3, като и два от акумулаторната батерия.
Следователно транзисторът Т3 действува като генератор на за- реждащ ток с постоянна стойност.
Когато към схемата се включи напълно заредена акумулатор- на батерия, нейното напрежение е почти равно на максималпо възможното. При това положение между емитера и колектора на Т3 се получава много малко напрежение и транзисторът е близко до наситечо състояние. Ако двата извода на схемата за свързва- не на акумулаторната батерия се дадат накъсо, почти цялото напрежение от схемата се получава между колектора и емитера. При това положение лампата Лг, свързана паралелно на Т3, светва и дава зрителна индикация за наличието на късо съединение .
При практического реализиране на схемата от фиг. 8.2 трябва да се има пред вид, че когато изводите към акумулаторната батерия се свържат накъсо, върху транзистора Т3 се отдели мощност между 50 и 60 W, поради което трябва да се монтира върху до- статъчно голям радиатор. Като такъв може да се използува ша- сито, като металният корпус на Т3 се свърже непосредствено към него (а не през слюдена подложка) за осигуряване на максимално отделяне на топлина. Настройвансто на тример-потенцио- метъра R3 се извършва, както при схемата от фиг. 8.1.
СХЕМА ЗА РЕГУЛИРАНЕ НА СКОРОСТТА НА ДЕТСКО ВЛАКЧЕ
Една практичеСка схема за регулиране на скоростта на детско влакче е показана на фиг. 8.3. Тя се използува за влакчета със захранващо напрежение 12 V и осигурява плавно регулиране на скоростта от пула до максимум. Максималният изходен ток на схемата е 1,5 А, като е предвидена възможност за ограничаването му (също до 1,5 А) при късо съединение по релсите. Това отстра- нява необходимостта от често сменяне на предпазителя и предпаз- ва схемата при неправилно манипулиране с влакчето.
Действието на схемата е много просто. Мрежовото напрежение се понижава от трансформатора Трх и се изправя с мостовин токоизправител Дг— Д4. В началото на всеки полупериод на из- правеното напрежение тиристорът Тхе изключен и напрежението се подана преа резистора /?t и ценеровия диод Дв на еднопре- ходния транзистор Т2 и биполярния транзистор Т3. След началото на полупериода кондензаторът Сх започва да се зарежда през R4 и паралелната комбинация на Rs и Rg, като след определено време транзисторът Т3 се отпушва и включва от своя страна тиристора Тх. При включването на тиристора се премахва захранва- щото напрежение от транзисторите Т4 (който се изключва) и Та
и през останалата част от полупериода на влакчето се подава на- прежение през резистора R2 и ключа К».
С помощта на потенциометъра R8 може да се осигури включ- ване на еднопреходния транзистор и тиристора в началото или в
Фиг. 8.3. Схема за регулиране на скоростта на движение на детско влакче със защита срешу късо съединение
Д1 — Д* — силициеви изправителни диоди с обратно напрежение, не по-мдлко от 30 V, и максимален ток в права посОка, не по-малък от 3 А
края на всеки полупериод или в което и да е междинно положение. По такъв начин се получава фазово регулиране на схемата и подадената мощност на влакчето (а оттам и неговата скорост) може да се регулира от пула до максимум чрез R8. Тример-потен- циометърът R9 служи за настройка на обхвата на регулиране на R8, така че той действително да бъде от нула до максималната скорост. Лампата Лх е свързана паралелно на изхода на схемата и силата на нейното светене е пропорционална на изходната мощност, о пре деляна от R8. Ключът К3 се използува за обръщане на посоката на движение на влакчето.
Частта от схемата, осигуряваща защита срещу късо съедине-
ние, действува по следния начин. Винаги когато тиристоры се включва, се подава захранващо напрежение на влакчето през R2 и върху резистора се получава пад на напрежение, пропорционален на изходния ток на схемата. Част от това напрежение се взе- ма от делителя R3—R4 и зарежда кондензатора С2 през диода Д5. Напрежението от кондензатора се подава на базата на транзистора Т3 през резистора Rn. Чрез регулиране на R3 може да се постигне отпушване на транзистора при нарастване на изходния ток до около 1,5 А.
Ако между релсите на влакчето се получи късо съединение, върху R.2 и С2 се получава голямо напрежение и транзисторът Т3 се насища. В резултат на това този транзистор действува като късо съединение и не позволява включването на Та и тиристора за няколко последователни полупериода, така че изходният ток намалява до нула. Същевременно напрежението върху С2 намаля- ва бавно, като създава възможност за запушване на Т3, включва- не на тиристора и подаване на напрежение па влакчето. Ако късо- то съединение продължава да съществува, Т3 отново се насища и изходният ток намалява до нула, но ако късото съединение е премахнато, схемата започва да работи нормално. Следователно схемата осигурява напълно автоматична защита срещу късо съединение между релсите на влакчето.
От даденото описание на действисто на схемата може да се види, че при късо съединение между релсите от време на време на изхода на схемата се получават токови импулси за един полупериод от мрежовото напрежение. В действителност амплитудата на тези импулси се ограничава от вътрешното съпротивление на схемата (включително съпротивлението на тиристора 7\) на няколко ампера и не е опасна за схемата. Тъй като тези токови импулси се подават на изхода примерно само за един полупериод от всеки петнадесет, то средната стойност на изходния ток при късо съединение е от порядъка само на 100 mA.
СХЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ЧИСТАЧКИТЕ
НА МОТОРНИТЕ ПРЕВОЗНИ СРЕДСТВА
Когато моторното превозно средство се движи в условия на слаб дъжд или мъгла, често пепрекъснатата работа на чистачки- те води до зацапване на стъклото и затрудняване на действи- ето им. В такъв случай е желателно вместо непрекъсната работа да се осигури едно включване например на всеки пет секунди. Това регулиране на паузите между две последователни включва-
ния на чистачките може да се осъществи автоматично Чрез из- ползуване на електронни схеми. В тази последна точка на кни- гата са разгледани две подходящи практически схеми.
Схемите могат да се използуват в около 65% от съвремен-
БАОК НА ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
НА ЧИСТАЧКИТЕ _
704мА В704мА ВЕЛЕК'°О-ДВИГАТЕЛЕЛЕК'°О-ДВИГАТЕЛ+ или-£~
704мА В
704мА В
ЕЛЕК'°О-
ДВИГАТЕЛ
ЕЛЕК'°О-
ДВИГАТЕЛ
- или +- или +12 V
- или +
- или +
ВКЛЮ^АНЕ’К'ПРЕКЪСОТ'
ИИ^ЛЮЧВАНЕI ПАЛЕЦ>¥НА^ОАЧКИТЕ|
ИА ЧИСТАЧКИТЕI|
^>
Фиг. 8.4. Схема за свързване на обикновени чистачки и на прекъсвача към тях
ните леки и товарни автомобили, конто са снабдени с 12-волтова електрическа инсталация, и осигуряват пауза между две последо- вателни включвания на чистачките от около 1 до около 20 s. Схемите могат да работят само заедно с оригиналния прекъсвач на чистачките. Не е възможно използуването им при чистачки, снабдени с приспособления за динамично изключване, нито с чис- тачкй, притежаващи устройство за автоматично връщане в иэ- ходно положение.
На фиг. 8.4 е показано класическото свързване на електро- двигателя на чистачките й прекъсвача към него. Прекъсвачът Кг е вграден в блока на електродвигателя и се задействува от палец, конто е механично съединен с електродвигателя. Прекъсвачът е свързан между единия край на електродвигателя и шаси, като е отворен при изключени чистачки и затворен — при вклю- чени. Ключът за включване и изключване на чистачките /С2 е свързан паралелно на АР
Когато ключът К2 е затворен, електродвигателят е свързан непосредствено към захранващото напрежение 12 V и чистачките работят. След като електродвигателят започне да се върти, прекъсвачът Ai се затваря чрез палеца и двигателят продължава да работи независимо от положението на ключа Кг. Това продължава, докато електродвигателят се върне в изходното си положение, при което Кг отново се отваря. Ако в този момент К2 е отворен, електродвигателят спира в изходно положение, но ако К2
е затворен, той дава Кг накъсо и чистачките продължават да ра- ботят. Нормалният ток на консумация на електродвигателя има типична стойност около 3 А, но токът в момента на включване може Да достигне до 24 А. Когато електродвигателят се изключ-
Фиг. 8.5. Схема за регулиране на продължителността на паузите между две последователни включваиия на чистачките, предназначена за моторни превозни средства със свързана към шаси отрицателна клема на акумулатора
ва чрез прекъсвача Къ се получава намаляващо се магнитно поле, което предизвиква нндуктиране и обратно е. д. н. с голям а амплитуда (обикновено с максимална стойност около 200 V) в намотката на електродвигателя. Това е. д. н. се прилага върху К, и Кг.
На фиг. 8.5 е показала практическа схема за регулиране на паузата между две последователни включваиия, която се свързва към схемута от фиг. 8.4 и може да се използува в моторни превозни средства със свързана към шаси отрицателна клема на акумулатора. Тук тиристорът Т2 е свързан паралслио на ключа ^2 и в нормално състояние е изключен. Схемата се задействува чрез затваряне на ключа К3 и действието й е много просто.
Нека предположим, че ключът К2 е отворен. При затварянето на ключа К3 захранващото напрежение се подава па транзистора Тх през електродвигателя на чистачките и кондензаторът Сх за- почва да се зарежда през резисторите J^x и ^2. След известно време напрежението на кондензатора достига до напрежението на включване на еднопреходния транзистор Гр който се отпушва и включва тиристора Г2. След включването си тиристорът се са- мозадържа и действува като затворен ключ, поради което се подава захранващо напрежение на електродвигателя и чистачките започват цикъла си на движение от к райно дясно положение. При
излизане на чистачките от това'положение прекъсвачът Кх "се за- тваря и дава накъсо тиристора Г2 и времезадаващата схема на транзистора Tv Тиристорът се изключва, но електродвигателят продължава да работа благодарение на затворения прекъсвач Kv
Фиг. 8.6. Схема за регулираие на продължителността на паузите между две последователни включвания на чистачките, предназначена за мотории превозни средства със свързана към шаси поло- жителна клема на акумулаюра
Когато чистачките достигнат отново крайно дясво положение, т. е. завършат цикъла си на движение, KL се отваря и врсмезадава- щата верига на Т\ започва нов цикъл, в края на конто тиристорът отново се включва и задействува чистачките. Процесът продължава, докато ключът К3 е затворен. При отварянс на К3 не се пода- ва захранващо напрежение на транзистора Т\ в края па вески ра- ботен цикъл на чистачките и схсмата се изключва.
С помощта на потенциометъра Кг времето па закъснение па схсмата може да се регулира от 1 до 20 s. Диодите Дх и Дг ограничават обратного напрежение, получавапо при отваряне на Кг, до около 13 V, с коего се отстранява опасността от повреда па полупроводпиковите прибори в схемата. Кондензаторът С2 ог- раничава скоростта на нарастване на анодното напрежение на тиристора, с което се избягва опасността от включването му вследствие на преходните процеси.
В моторни превозни средства със свързана към шаси поло- жителна клема на акумулатора може да се използува схемата от фиг. 8.6, която се различава от схемата от фиг. 8.5 само по раз- менените места на евързване към основната схема на чистачките. И в двете схеми е използуван тиристор със средна стойност иа анодния ток 8 А и максимална импулена стойност 80 А, което
му позволява да работа без ннкаква опасност с електродвигате- ля на чистачките. Необходимо е тиристоры да бъде монтиран върху малък радиатор, за да се избегне прегряването му.
Преди да се започне реализирането на едва от схемите, тряб- ва да се провери дали чистачките могат да работят с тази схема. Тази проверка се извършва по следния прост начин. Осигурява се достъп до двата края на ключа за включване на чистачките чрез свързване на два проводника. Завъртва се ключът за запалване на превозното средство и паралелно на ключа за включване на чистачките се свързва чрез докосване предпазител за ток между 5 и 8 А. При това положение чистачките трябва да продължат да работят нормално. Изчаква се те да направят две или три завъртания и се изключва предпазителят по средата на движе- нието им. Чистачките трябва да продължат да работят и да се изключат при достигане на крайно дясно положение. Ако чистачките работят по така описания начин, електронните схеми за управление могат да се използуват. Ако в провеса на проверка предпазителят изгори нли чистачките спрат в крайно дясно положение при включен предпазител, електронните схеми за управление не могат да се използуват.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
СПИСЪК НА ИЗПОЛЗУВАНИТЕ В КНИГАТА ПОЛУПРОВОД- НИКОВИ ПРИБОРН
Таблица П.1.1
Прибор
Тип на прибора
Фирма-производител
1
2
3
2N2926 (о)
NPN транзистор
General Electric
2N3702
PNP транзистор'
General Electric
2N3704
NPN транзистор
General Electric
2N3055
NPN транзистор
RCA
IR2160
Еднопреходен транзистор
International Rectifier
IR106Y1
Тиристор
International Rectifier
SCR 01-С
Тиристор
International Rectifier
SCR 03*0
Тиристор
International Rectifier
2N3228
Тиристор
RCA
2N3525
Тиристор
RCA
2N4441
Тиристор
Motorola
ST2
Диоден симетричен тиристор
General Electric
IRT82
Симетричен тиристор
International Rectifier
1RT84
Симетричен тиристор
International Rectifier
40575
Симетричен тиристор
RCA
40511
Двойка симетрични тиристори
в един корпус
RCA
40512
Двойка симетрични тиристори
в един корпус
RCA
2N4990
Еднопосочен силицнев ключ
General Electric
2N4991
Еднопосочен силициев ключ
General Electric
РА424
Интегрална схема
General Electric
.C(K0°nvC)
2^12526 o'
2N 37C2
2N 3704
2N X55
П 2160
- ПЛАСТИНКА
НА РАДИАТОРА
(СвЬРЗАНА
С АНОДА)
СКОСЕН "95
2\ 3Z23
211 3525
ПЛАСТИНКА
НА РАДИАТОРА (ИЗОЛИгАНА,
А] А; УЕ
> "СЗЪАЗАНА С А?)
2N ШЛ
IRT 82
А, Аг УЕ
IRT 9-
А? ОТьРЗАН
С РАДИАП?=А)
(ПОГЛЕДОТДОЛУ)
43575
40511
40512
2 М 4590
7М 4991
РА 424
Фиг. П.1.1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПАРАМЕТРИ НА^ИЗПОЛЗУВАНИТЕ В КНИГАТА ПОЛУПРО- ВОДНИКОВИ ПРИБОРИ
Таблица П.2.1
Диоди
' "Диод
Параметър"—
1N4O31
1N4003
1N4004
Максимално обратно напрежение ^max. V
50
200
400
Максимален ток в права посока ^тах ’ А
1
1
1
Максимален пад на напрежение в права посока Up тах , V
1,1 при 1р = \к
1,6 при 1 р = 1А
1,6 при Iр = 1Д
Максимален обратен ток IR тах , цк
10 при ^=50 V
30 при 0^=200 V
30 при UR =400 V
Таблица П.2.2
Биполярнп транзистори
Транзистор 1
2N2926 (о)
Параметгр—
2N3702
2X3704
2 N 3055
Максимално допустимо напрежение емитер— база UEBmax, V
5
5
5
7
Максимално допустимо напрежение колектор — база UcBmax, V
25
40
50
100
Максимален колекторен ток icmax- mA
100
200
800
15 А
Максимална разсеяна мощност Р Стах, W
Честота на предаване /Т. MHz
0,2
0,36
0,36
115
100
100
100
0,2
Статичен коефипиент на предаване по ток в схема с общ емитер fi2iE
90—180 при /с=2 mA
60-330 при /с=50 mA
90—330 при /с=50 mA
20- 70 при
j 7с=4 А
Таблица П.2.3
Тиристори
Параметър
Тиристор
Максимал- но обратно напре- жение, V
1
Максимален ток в права посоха, А
Максимален ток на задър- жане, mA
Максималви парамет- ри на включване на улравляващия елек- трод
^УЕ1 ПРН УУЕ,
mA
V
1R106Y1
80
4
6
500
6
2N3228
200
5
20
15
2
2N3525
400
5
20
15
2
2N4441
600
8
60
25
1,5
1RT82
200
8
—
—
—
IRT84
400
10
—
—
40575
200
15
60
80
2,5
40511
200
1
30
1
—
40512
400
1
30
1
2N4990
30
i
0,75
0,2 ;
9
2N4991
1
1
1,5
0,5 i
10
32±4V<3 V 150 mW2 А2 mA35 V50 mA1,5 AV:0,560,7530 V1 |iA300 mW32±4V<3 V 150 mW2 А2 mA35 V50 mA1,5 AV:0,560,7530 V1 |iA300 mW
32±4V
<3 V 150 mW
2 А
2 mA
35 V
50 mA
1,5 A
V:
0,56
0,75
30 V
1 |iA
300 mW
32±4V
<3 V 150 mW
2 А
2 mA
35 V
50 mA
1,5 A
V:
0,56
0,75
30 V
1 |iA
300 mW
Диоден симетричен тиристор ST2
Максимално напрежение на включване UB0
Разлика между напреженията на включване в I и III квадрант UBOX_Bom
Максимална разсеяна мощност PDmax
Повтарящ се импулсен ток в права посока 1р$м
Максимален ток в изключено състояние //?тах
Еднопреходен транзистор 1R2160
Максимално напрежение между двете бази U ВХ_В2
Максимален емпгерен тсгк IEma;. постоянен импулсен
Вътрешен коефициент на деление т- при £7si-b2=10 Onin \inax..
Максимално обратно напрежение на емитера и^Етаж
Максимален обратен емитерен ток IREmax Максимална разсеяна мощност PDmax
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ПРИБЛИЗИТЕЛНИ ЕКВИВАЛЕНТИ* НА ИЗПОЛЗУВАНИТЕ
В КНИГАТА ПОЛУПРОВОДНИКОВИ ПРИБОРН
Таблица П.3.1.
Диоди
Оригинален прибор
Приблизителен еквивалент
Страна-производител
1N4001
КД2001
Д 42Б
България
СССР
1N4003
КД2006
Д243Б
България СССР
1N4004
।
1
КД2С12
Д 46Б
България СССР
*Еквивалентите са приблизителни в смисъл, че има частично съвпадение на параметрите. Независимо от това приблизителните еквивалеити могат да се използуват за заместване на оригиналните прибори в разгледаните в книгата схеми. (Бел. прев.)
Таблица П.3.2
Транзистори
Оригинален прибор
Приблизителен еквивалент
Страна-производител
2N2926 (о)
2Т3168; 2Т3169
България
2N3702
2Т6821
България
2N3704
2Т6551
КТ604А; КТ6045
България СССР
2N3055
1
КТ808А
СССР
Таблица П.3.3
Тиристори
Оригинален прибор
Приблизителен еквивалент
Страна-производится
JR1O6Y1
Т7-0.5
КУ202Г
България
СССР
2N3228
Т7-2
КУ202И
България
СССР
2N3525
Т7-4
КУ202Н
България
СССР
2N4441
КУ210А
СССР
।40511
КУ208Б
СССР
40512
КУ208Г
СССР
СЪДЪРЖАНИЕ
Предговор 3
Глава 1. Основни принцип» и схеми 5
Глава 2. 15 схеми за включване на променливотокови товари . . . 31
Глава 3. 20 електронни схеми за сигнализация47
Глава 4.15схеминарелета за време65
Глава 5.25схемизауправление на електрическиламп»80
Глава 6.15схемизарегулиране иа електрическинагреватели.. .108
Глава 7.15схемизауправление на универсалии електродвигателн125
Глава S. 5 схеми с различно предназначение139
Приложения 151
110 ТИРИСТОРНИ СХЕМИ
Автор Р. Марстън
Преводач к т.н. инж. Стефан Иванов Куцаров
Английска
Второ издание
Научен редактор инж. Илая Асенов Иванов
Художник Филип Малеев
Худ.-редактор Мария Димитрова
Техн, редактор Антон Паев
Коректор Янка Петрова
Дадена за набор на 18. XII. 1981 г.
Подписана за печат на 12. IV. 1982 г.
Излязла от печат на 30. IV. 1982 г.
Формат 16'60/84
9533123211
КОД: 03 3192—93—82
Издателски № 13606
Печатки коли 10,00
Изд. коли 9,33
УИК 9,01
Цена 0,70 лв.
Държавно мздателство „Техника* — бул. Руски 6, София Държавна печитница „Ат. Стратиев“ — Хасково
ИОТИРИСТОРНИ СХЕМИ
ПОРЕДИЦА ПРАКТИЧЕСКА ЕЛЕКТРОНИКА
През 1982 г. ще излязат от печат следните книжки от поредицата:
„ИМПУЛСНИ СХЕМИ С ПРИБОРИ С ОТРИЦАТЕЛНО СОПРОТИВЛЕНИЕ" от X. Оскар
„ЕЛЕКТРОННЙ УСТРОЙСТВА ЗА АВТОМОБИЛА" от Н. К у н е в, П. По. по в и М. Недялков
„ПО ЕЛЕКТРОННЙ СХЕМИ ЗА СИГНАЛИЗАЦИЯ" от Р. М а р с т ъ н, IIизд-
Р. М. Марстън
НОТИРИСТОРНИСХЕМИ
Превел от английски езикк. т. и. инж. Стефан И. Куцаров
Сканиране KN34PC, 22 октомври 2008 година
СОФИЯ, 1982 г.
ЦЪРЖАВНО ИЗДАТЕЛСТВО „ТЕХНИКА“
УДК 621.382
В книгата са разгледани 110 тирнсторни схеми, конто работят при постоян- ни и променливи напрежения до 240 V и с ток през товара до 10 А. Схемите са предназначени за управление на електрически лампи, електродвигатели, нагреватели и сигнализационни уредби, в конто тиристорите се използуват за замя- на на механични превключватели и релета. Всички схеми, дадсни в книгата, са експеримеитиранн.
Книгата е предназначена за инженери, студенти и ученици — любители на електрониката.
/?. М. Marston
НО Thyristor Projects using S. C. R. s and Triacs
Butterworth & Co (Publishers) Ltd
London: 88 Kings way, WC2Ba6AB
1975
© R. M. MARSTON, 1972
© СТЕФАН ИВАНОВ КУЦАРОВ, ПРЕВОД ОТ АНГЛИЙСКИ ЕЗИК, 1979