В современных радиолюбительских схемах широкое распространение получили различные виды деталей, в том числе и тиристорный регулятор мощности. Чаще всего эта деталь используется в паяльниках на 25-40 ватт, которые в обычных условиях легко перегреваются и становятся непригодными к работе. Эта проблема легко решается с помощью регулятора мощности, позволяющего выставлять точную температуру.
Применение тиристорных регуляторов
Как правило, тиристорные регуляторы мощности применяются для улучшения рабочих свойств обычных паяльников. Современные конструкции, оснащенные множеством функций, отличаются высокой стоимостью, а их использование будет неэффективным при небольших объемах . Поэтому, более целесообразным будет оборудование обычного паяльника тиристорным регулятором.
Регулятор мощности на тиристоре широко применяется в системах светильников. На практике они представляют собой обычные настенные выключатели с вращающейся ручкой-регулятором. Однако такие приспособления способны нормально работать лишь с обычными лампами накаливания. Они совершенно не воспринимаются современными компактными люминесцентными лампами, из-за расположенного внутри них выпрямительного моста с электролитическим конденсатором. Тиристор просто не будет работать во взаимодействии с этой схемой.
Такие же непредсказуемые результаты получаются и при попытках отрегулировать яркость светодиодных ламп. Поэтому для регулируемого источника освещения наиболее оптимальным вариантом будет использование обычных ламп накаливания.
Существуют и другие области применения тиристорных регуляторов мощности. Среди них следует отметить возможность регулировки ручного электроинструмента. Регулирующие устройства устанавливаются внутри корпусов и позволяют изменять количество оборотов дрели, шуруповерта, перфоратора и прочего инструмента.
Принцип работы тиристора
Действие регуляторов мощности тесно связано с принципом работы тиристора. На радиосхемах он обозначается значком, напоминающим обычный диод. Каждому тиристору свойственна односторонняя проводимость и, соответственно, способность к выпрямлению переменного тока. Участие в этом процессе становится возможным при условии подачи к управляющему электроду положительного напряжения. Сам управляющий электрод располагается со стороны катода. В связи с этим, тиристор ранее носил название управляемого диода. До подачи управляющего импульса, тиристор будет закрытым в любом направлении.
Для того чтобы визуально определить исправность тиристора, его включают в общую цепь со светодиодом через источник постоянного напряжения в 9 вольт. Дополнительно вместе со светодиодом подключается ограничительный резистор. Специальная кнопка замыкает цепь и напряжение с делителя подается к управляющему электроду тиристора. В результате, тиристор открывается и светодиод начинает излучать свет.
При отпускании кнопки, когда она перестает удерживаться в нажатом положении, свечение должно продолжаться. В случае повторного или неоднократного нажатия кнопки ничего не изменится - светодиод все так же будет светить с одинаковой яркостью. Это свидетельствует об открытом состоянии тиристора и его технической исправности. Он будет находиться в открытом положении до того момента, пока подобное состояние не прервется под влиянием внешних воздействий.
В некоторых случаях могут быть исключения. То есть при нажатии кнопки светодиод загорается, а при отпускании кнопки - он гаснет. Такая ситуация становится возможной из-за тока, проходящего через светодиод, значение которого меньше по сравнению с током удержания тиристора. Чтобы схема работала нормально, светодиод рекомендуется заменить лампой накаливания, что приведет к увеличению тока. Другим вариантом будет подбор тиристора, у которого ток удержания будет меньше. Параметр тока удержания у различных тиристоров может быть с большим разбросом, в таких случаях приходится подбирать элемент для каждой конкретной схемы.
Схема простейшего регулятора мощности
Тиристор участвует в выпрямлении переменного напряжения так же, как и обыкновенный диод. Это приводит к однополупериодному выпрямлению в незначительных пределах с участием одного тиристора. Для достижения желаемого результата, с помощью регуляторов мощности осуществляется управление двумя полупериодами напряжения сети. Это становится возможным благодаря встречно-параллельному включению тиристоров. Кроме того, тиристоры могут включаться в цепь диагонали выпрямительного моста.
Простейшую схему тиристорного регулятора мощности лучше всего рассматривать на примере регулировки мощности паяльника. Нет смысла начинать регулировку прямо с нулевой отметки. В связи с этим регулировать можно только один полупериод положительного сетевого напряжения. Прохождение отрицательного полупериода осуществляется через диод, без каких-либо изменений, непосредственно к паяльнику, обеспечивая его половинную мощность.
Прохождение положительного полупериода происходит через тиристор, за счет чего и выполняется регулировка. В цепи управления тиристором присутствуют простейшие элементы в виде резисторов и конденсатора. Зарядка конденсатора происходит от верхнего провода схемы, через резисторы и конденсатор, нагрузку и нижний провод схемы.
Управляющий электрод тиристора соединяется с плюсовым выводом конденсатора. Когда на конденсаторе напряжение возрастает до значения, позволяющего включать тиристор, происходит его открытие. В результате, в нагрузку пропускается какая-то часть положительного полупериода напряжения. Одновременно наступает разрядка конденсатора и подготовка к следующему циклу.
Для регулировки скорости заряда конденсатора используется переменный резистор. Чем быстрее произойдет зарядка конденсатора до значения напряжения, при котором открывается тиристор, тем раньше наступит открытие тиристора. Следовательно, в нагрузку поступит большее количество положительного полупериода напряжения. Данная схема, в которой используется тиристорный регулятор мощности, служит основой для других схем, применяющихся в различных областях.
Тиристорный регулятор мощности своими руками
Данный регулятор напряжения собирался мной для использования в различных направлениях: регулирование скорости вращения двигателя, изменение температуры нагрева паяльника и т.д. Возможно название статьи покажется не совсем корректным, и эта схема иногда встречается как , но тут надо понимать, что по сути происходит регулировка фазы. То есть времени, в течении которого сетевая полуволна проходит в нагрузку. И с одной стороны регулируется напряжение (через скважность импульса), а с другой - мощность, выделяемая на нагрузке.
Следует учесть, что наиболее эффективно данный прибор будет справляться с резистивной нагрузкой – лампы, нагреватели и т.д. Потребители тока индуктивного характера тоже можно подключать, но при слишком малой его величине надёжность регулировки снизится.
Схема данного самодельного тиристорного регулятора не содержит дефицитных деталей. При использовании, указанных на схеме выпрямительных диодов, прибор может выдержать нагрузку до 5А (примерно 1 кВт) с учетом наличия радиаторов.
Для увеличения мощности подключаемого устройства нужно использовать другие диоды или диодные сборки, рассчитанные на необходимый вам ток.
Так-же нужно заменять и тиристор, ведь КУ202 рассчитан на предельный ток до 10А. Из более мощных рекомендуются отечественные тиристоры серии Т122, Т132, Т142 и другие аналогичные.
Деталей в не так уж и много, в принципе допустим навесной монтаж, однако на печатной плате конструкция будет смотреться красивее и удобнее. Рисунок платы в формате LAY . Стабилитрон Д814Г меняется на любой, с напряжением 12-15В.
Трансформаторы, так же как и электродвигатели, имеют стальной сердечник. В нем верхняя и нижняя полуволна напряжения должны быть обязательно симметричны. Именно с этой целью используются регуляторы. Тиристоры сами по себе занимаются сменой фазы. Использоваться они могут не только на трансформаторах, но и на лампах накаливания, а также на нагревателях.
Если рассматривать активное напряжение, то тут требуются схемы, которые способны справиться с большой нагрузкой для осуществления индуктивного процесса. Некоторые специалисты в цепях используют симисторы, однако они не подходят для трансформаторов с мощностью более 300 В. В данном случае проблема заключается в разбросе положительной и отрицательной полярностей. На сегодняшний день с высокой активной нагрузкой позволяют справиться выпрямительные мосты. Благодаря им управляющий импульс в конечном счете достигает тока удержания.
Схема простого регулятора
Схема простого регулятора включает в себя непосредственно тиристор запирающего типа и контроллер для управления предельным напряжением. Для стабилизации тока в начале цепи используются транзисторы. Перед контроллером в обязательном порядке применяются конденсаторы. Некоторые используют комбинированные аналоги, однако это спорный вопрос. В данном случае оценивается емкость конденсаторов, исходя из мощности трансформатора. Если говорить об отрицательной полярности, то катушки индуктивности устанавливаются только с первичной обмоткой. Соединение с микроконтроллером в схеме может происходить через усилитель.
Реально ли сделать регулятор самостоятельно?
Тиристорный регулятор напряжения своими руками можно сделать, придерживаясь стандартных схем. Если рассматривать высоковольтные модификации, то резисторы лучше всего использовать герметизированного типа. Предельное сопротивление они способны выдерживать на уровне 6 Ом. Как правило, вакуумные аналоги более стабильны в работе, но активные параметры у них занижены. Резисторы общего назначения в данном случае лучше вообще не рассматривать. Номинальное сопротивление они в среднем выдерживают только на уровне 2 Ом. В связи с этим у регулятора будут серьезные проблемы с преобразованием тока.
Для высокой мощности рассеивания применяются конденсаторы класса РР201. Они отличаются хорошей точностью, высокоомная проволока для них подходит идеально. В последнюю очередь подбирается микроконтроллер со схемой. Низкочастотные элементы в данном случае не рассматриваются. Одноканальные модуляторы следует использовать только на пару с усилителями. Устанавливаются они у первого, а также у второго резисторов.
Устройства постоянного напряжения
Тиристорные регуляторы постоянного напряжения хорошо подходят для импульсных цепей. Конденсаторы в них, как правило, используются только электролитического типа. Однако их вполне можно заменить твердотельными аналогами. Хорошая пропускная способность тока обеспечивается за счет выпрямительного моста. Для высокой точности регулятора применяются резисторы комбинированного типа. Сопротивление максимум они способны поддерживать на отметке в 12 Ом. Аноды в схеме присутствовать могут только алюминиевые. Проводимость у них довольно хорошая, нагрев конденсатора не происходит очень быстро.
Использование элементов вакуумного типа в устройствах вообще не оправданно. В этой ситуации тиристорные регуляторы напряжения постоянного тока ощутят существенное снижение частоты. Для настройки параметров устройства применяют микросхемы класса СР1145. Как правило, они рассчитаны на многоканальность и портов имеют как минимум четыре. Всего разъемов у них предусмотрено шесть. Интенсивность отказов в такой схеме можно сократить за счет использования предохранителей. К источнику питания их следует подключать только через резистор.
Регуляторы переменного напряжения
Тиристорный регулятор переменного напряжения выходную мощность в среднем имеет на уровне 320 В. Достигается это за счет быстрого протекания процесса индуктивности. Выпрямительные мосты в стандартной схеме применяются довольно редко. Тиристоры для регуляторов обычно берутся четырехэлектродные. Выходов у них предусмотрено только три. За счет высоких динамических характеристик предельное сопротивление они выдерживают на уровне 13 Ом.
Максимальное напряжение на выходе равняется 200 В. За счет высокой теплоотдачи усилители в схеме абсолютно не нужны. Управление тиристором осуществляется при помощи микроконтроллера, который соединяется с платой. Запираемые транзисторы устанавливаются перед конденсаторами. Также высокая проводимость обеспечивается за счет анодной цепи. Электрический сигнал в данном случае быстро передается от микроконтроллера на выпрямительный мост. Проблемы с отрицательной полярностью решаются за счет повышения предельной частоты до 55 Гц. Управление оптическим сигналом происходит при помощи электродов на выходе.
Модели для зарядки аккумуляторов
Тиристорный регулятор напряжения зарядки аккумулятора (схема показана ниже) отличается своей компактностью. Максимум сопротивление в цепи он способен выдерживать на уровне 3 Ом. При этом токовая нагрузка может составлять только 4 А. Все это говорит о слабых характеристиках таких регуляторов. Конденсаторы в системе часто используются комбинированного типа.
Емкость во многих случаях у них не превышает 60 пФ. Однако многое в данной ситуации зависит от их серии. Транзисторы в регуляторах используют маломощные. Это необходимо для того, чтобы показатель рассеивания не был таким большим. Баллистические транзисторы в данном случае подходят плохо. Связано это с тем, что ток они способны пропускать только в одном направлении. В результате напряжение на входе и выходе будет сильно отличаться.
Особенности регуляторов для первички трансформаторов
Тиристорный регулятор напряжения для первички трансформатора резисторы использует эммитерного типа. Благодаря этому показатель проводимости довольно хороший. В целом такие регуляторы отличаются своей стабильностью. Стабилизаторы на них устанавливаются самые обычные. Для управления мощностью используются микроконтроллеры класса ИР22. Коэффициент усиления тока в данном случае будет высоким. Транзисторы одной полярности для регуляторов указанного типа не походят. Также специалисты советуют избегать изолированных затворов для соединения элементов. В этом случае динамические характеристики регулятора значительно снизятся. Связано это с тем, что на выходе из микроконтроллера повысится отрицательное сопротивление.
Регулятор на тиристоре КУ 202
Тиристорный регулятор напряжения КУ 202 оснащается двухканальным микроконтроллером. Всего разъемов у него предусмотрено три. Диодные мосты в стандартной схеме используются довольно редко. В некоторых случаях можно встретить различные стабилитроны. Применяются они исключительно для увеличения предельной выходной мощности. Также они способны стабилизировать рабочую частоту в регуляторах. Конденсаторы в таких устройствах целесообразнее использовать комбинированного типа. За счет этого можно значительно понизить коэффициент рассеивания. Также следует учитывать пропускную способность тиристоров. Для выходной анодной цепи лучше всего подходят биполярные резисторы.
Модификация с тиристором КУ 202Н
Тиристорный регулятор напряжения КУ 202Н способен довольно быстро передавать сигнал. Таким образом, управлять предельным током можно с большой скоростью. Теплоотдача в данном случае будет невысокой. Максимум нагрузку устройство должно держать на отметке в 5 А. Все это позволит беспрепятственно справляться с помехами различной амплитуды. Также не следует забывать про номинальное сопротивление на входе цепи. С использованием данных тиристоров в регуляторах процесс индукции осуществляется при выключенных запирающих механизмах.
Схема регулятора КУ 201л
Тиристорный регулятор напряжения КУ 201л включает биполярные транзисторы, а также многоканальный микроконтроллер. Конденсаторы в системе используются только комбинированного типа. Электролитические полупроводники в регуляторах встречаются довольно редко. В конечном счете это сильно отражается на проводимости катода.
Твердотельные резисторы необходимы только для стабилизации тока в начале цепи. Резисторы с диэлектриками могут использоваться на пару с выпрямительными мостами. В целом указанные тиристоры способны похвастаться высокой точностью. Однако они довольно чувствительные и рабочую температуру держат на низком уровне. За счет этого интенсивность отказов может быть фатальной.
Регулятор с тиристором КУ 201а
Конденсаторы предусматривает тиристорный регулятор напряжения подстроечного типа. Номинальная емкость у них находится на уровне 5 пФ. В свою очередь, предельное сопротивление они выдерживают ровно 30 Ом. Высокая проводимость тока обеспечивается за счет интересного построения транзисторов. Располагаются они по обе стороны от источника питания. При этом важно отметить, что ток проходит через резисторы во всех направлениях. В качестве замыкающего механизма представлен микроконтроллер серии ППР233. Периодическую подстройку системы с его помощью делать можно.
Параметры устройства с тиристором КУ 101г
Для подключения к высоковольтным трансформаторам используются указанные тиристорные регуляторы напряжения. Схемы их предполагают использование конденсаторов с предельной емкостью на уровне 50 пФ. Подстрочные аналоги не способны похвастаться такими показателями. Выпрямительные мосты в системе играют важную роль.
Для стабилизации напряжения дополнительно могут использоваться биполярные транзисторы. Микроконтроллеры в устройствах предельное сопротивление должны выдерживать на уровне 30 Ом. Непосредственно индукционный процесс протекает довольно быстро. Использовать усилители в регуляторах допустимо. Во многом это поможет повысить порог проводимости. Чувствительность таких регуляторов оставляет желать лучшего. Предельная температура тиристоров доходит до 40 градусов. В связи с этим они нуждаются в вентиляторах для охлаждения системы.
Свойства регулятора с тиристором КУ 104а
С трансформаторами, мощность которых превышает 400 В, работают указанные тиристорные регуляторы напряжения. Схемы расположения основных элементов у них могут различаться. В данном случае предельная частота должна находиться на уровне 60 Гц. Все это в конечном счете оказывает огромную нагрузку на транзисторы. Тут они используются закрытого типа.
За счет этого производительность таких устройств значительно повышается. На выходе рабочее напряжение в среднем находится на уровне 250 В. Использовать керамические конденсаторы в данном случае нецелесообразно. Также большой вопрос у специалистов вызывает применение подстроечных механизмов для регулировки уровня тока.
Тиристорные регуляторы напряжения представляют собой устройства, предназначенные для регулирования частоты вращения и момента электродвигателей. Регулирование частоты вращения и момента производится за счет изменения напряжения, подводимого к статору двигателя, и осуществляется изменением угла открытия тиристоров. Такой способ управления электродвигателем получил название фазового управления. Этот способ является разновидностью параметрического (амплитудного) управления.
Могут выполняться как с замкнутой, так и с разомкнутой системой регулирования. Регуляторы с разомкнутой системой не обеспечивают удовлетворительного качества процесса регулирования частоты вращения. Основное их назначение- регулирование момента для получения нужного режима работы привода в динамических процессах.
В силовую часть однофазного тиристорного регулятора напряжения включены два управляемых тиристора, которые обеспечивают протекание электрического тока на на1рузке в двух направлениях при синусоидальном напряжении на входе.
Тиристорные регуляторы с замкнутой системой регулирования используются, как правило, с отрицательной обратной связью по скорости, что позволяет иметь достаточно жесткие механические характеристики привода в зоне малых частот вращения.
Наиболее эффективно использование тиристорных регуляторов для регулирования частоты вращения и момента .
Силовые цепи тиристорных регуляторов
На рис. 1, а-д показаны возможные схемы включения выпрямительных элементов регулятора в одной фазе. Наиболее распространенной из них является схема на рис1,а. Она может быть использована при любой схеме соединения обмоток статора. Допустимый ток через нагрузку (действующее значение) в этой схеме в режиме непрерывного тока равен:
где I т - допустимое среднее значение тока через тиристор.
Максимальное прямое и обратное напряжения тиристора
где k
зап - коэффициент запаса, выбираемый с учетом возможных коммутационных перенапряжений в схеме; - действующее значение линейного напряжения сети.
Рис. 1. Схемы силовых цепей тиристорных регуляторов напряжения.
В схеме на рис. 1,б имеется только один тиристор, включенный в диагональ моста из неуправляемых диодов. Соотношение между токами нагрузки и тиристора для этой схемы имеет вид:
Неуправляемые диоды выбираются на ток вдвое меньший, чем для тиристора. Максимальное прямое напряжение на тиристоре
Обратное напряжение на тиристоре близко к нулю.
Схема на рис. 1,б имеет некоторые отличия от схемы на рис. 1,а по построению системы управления. В схеме на рис. 1, а управляющие импульсы на каждый из тиристоров должны следовать с частотой питающей сети. В схеме на рис. 1,б частота импульсов управления вдвое больше.
Схема на рис. 1, в, состоящая из двух тиристоров и двух диодов, по возможности управления, загрузке, по току и максимальному прямому напряжению тиристоров аналогична схеме на рис. 1, а.
Обратное напряжение в этой схеме из-за шунтирующего действия диода близко к нулю.
Схема на рис. 1, г по току и максимальному прямому и обратному напряжению тиристоров аналогична схеме на рис. 1, а. Схема на рис. 1, г отличается от рассмотренных требованиями к системе управления по обеспечению необходимого диапазона изменения угла регулирования тиристоров. Если угол отсчитывать от нуля фазного напряжения, то для схем на рис. 1, а-в справедливо соотношение
где φ - фазовый угол нагрузки.
Для схемы на рис. 1, г аналогичное соотношение приобретает вид:
Необходимость увеличения диапазона изменения угла усложняет . Схема на рис. 1, г может быть применена при включении обмоток статора в звезду без нулевого провода и в треугольник с включением выпрямительных элементов в линейные провода. Область применения указанной схемы ограничена нереверсивными, а также реверсивными электроприводами с контактным реверсом.
Схема на рис. 4-1, д по своим свойствам аналогична схеме на рис. 1, а. Ток симистора здесь равен току нагрузки, а частота импульсов управления равна двойной частоте питающего напряжения. Недостаток схемы на симисторах - значительно меньше, чем у обычных тиристоров, допустимые значения du/dt и di/dt .
Для тиристорных регуляторов наиболее рациональна схема на рис. 1, а с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами.
Силовые схемы регуляторов выполняются с встречно-параллельно включенными тиристорами во всех трех фазах (симметричная трехфазная схема), в двух и одной фазах двигателя, как показано на рис. 1, е, ж и з соответственно.
В регуляторах, применяемых в крановых электроприводах, наибольшее распространение получила симметричная схема включения, показанная на рис. 1, е, которая характеризуется наименьшими потерями от высших гармонических токов. Более высокие значения потерь в схемах с четырьмя и двумя тиристорами определяются несимметрией напряжения в фазах двигателя.
Основные технические данные тиристорных регуляторов серии РСТ
Тиристорные регуляторы серии РСТ представляют собой устройства для изменения (по заданному закону) напряжения, подводимого к статору асинхронного двигателя с фазным ротором. Тиристорные регуляторы серии РСТ выполняются по симметричной трехфазной схеме включения (рис. 1, е). Применение регуляторов указанной серии в крановых электроприводах позволяет осуществлять регулирование частоты вращения в диапазоне 10:1 и регулирование момента двигателя в динамических режимах при пуске и торможении.
Тиристорные регуляторы серии РСТ выполняются на длительные токи 100, 160 и 320 А (максимальные токи соответственно 200, 320 и 640 А) и напряжение 220 и 380 В переменного тока. Регулятор представляет собой собранные на общей раме три силовых блока (по числу фаз встречно-параллельно включенных тиристоров), блок датчиков тока и блок автоматики. В силовых блоках используются таблеточные тиристоры с охладителями из тянутого алюминиевого профиля. Охлаждение воздушное - естественное. Блок автоматики - единый для всех исполнений регуляторов.
Тиристорные регуляторы выполнены со степенью защиты IP00 и предназначены для установки на стандартные рамы магнитных контроллеров типа ТТЗ, которые по конструкции аналогичны контроллерам серий ТА и ТСА. Габаритные размеры и масса регуляторов серии РСТ указаны в табл. 1.
Таблица 1 Габаритные размеры и масса регуляторов напряжения серии РСТ
В магнитных контроллерах ТТЗ установлены контакторы направления для реверсирования двигателя, контакторы роторной цепи и другие релейно-контактные элементы электропривода, осуществляющие связь командоконтроллера с тиристорным регулятором. Структура построения системы управления регулятора видна из функциональной схемы электропривода, показанной на рис. 2.
Трехфазный симметричный тиристорный блок Т управляется системой фазового управления СФУ. С помощью командоконтроллера КК в регуляторе производится изменение задания скорости БЗС, Через блок БЗС в функции времени осуществляется управление контактором ускорения КУ2 в цепи ротора. Разность сигналов задания и тахогенератора ТГ усиливается усилителями У1 и УЗ. К выходу усилителя УЗ подключено логическое релейное устройство, имеющее два устойчивых состояния: одно соответствует включению контактора направления вперед KB, второе - включению контактора направления назад КН.
Одновременно с изменением состояния логического устройства реверсируется сигнал в цепи управления РУ. Сигнал с согласующего усилителя У2 суммируется с сигналом задержанной обратной связи по току статора двигателя, который поступает с блока токоограничения ТО и подается на вход СФУ.
На блок логики БЛ воздействует также сигнал с блока датчиков тока ДТ и блока наличия тока НТ, запрещающий переключение контакторов направления под током. Блоком БЛ осуществляется также нелинейная коррекция системы стабилизации частоты вращения для обеспечения устойчивости работы привода. Регуляторы могут быть использованы в электроприводах механизмов подъема и передвижения.
Регуляторы серии РСТ выполнены с системой ограничения тока. Уровень токоограничения для защиты тиристоров от перегрузок и для ограничения момента двигателя в динамических режимах плавно изменяется от 0,65 до 1,5 номинального тока регулятора, уровень токоограничения для максимально-токовой защиты- от 0,9 до. 2,0 номинального тока регулятора. Широкий диапазон изменения уставок защиты обеспечивает работу регулятора одного типоразмера с двигателями, отличающимися по мощности примерно в 2 раза.
Рис. 2. Функциональная схема электропривода с тиристорным регулятором типа РСТ: КК - командоконтроллер; ТГ - тахогенератор; КН, KB - контакторы направления; БЗС - блок задания скорости; БЛ - блок логики; У1, У2. УЗ - усилители; СФУ- система фазового управления; ДТ - датчик тока; ИТ - блок наличия тока; ТО - блок токоограничения; МТ - блок защиты; КУ1, КУ2 - контакторы ускорения; КЛ - линейный контактор: Р - рубильник.
Рис. 3. Тиристорный регулятор напряжения РСТ
Чувствительность системы наличия тока составляет 5-10 А действующего значения тока в фазе. В регуляторе предусмотрены также защиты: нулевая, от коммутационных перенапряжений, от исчезновения тока хотя бы в одной из фаз (блоки ИТ и МТ), от помех радиоприему. Быстродействующими плавкими предохранителями типа ПНБ 5М осуществляется защита от токов короткого замыкания.
Планируемое внедрение кондиционера на элементах Пельтье потихоньку движется. Следующим этапом после установки генератора на 135 Ампер стала модернизация регулятора напряжения. Основной проблемой здесь является работа кондиционера на ХХ двигателя. Дело в том, что при шкиве генератора втрое меньшего размера, чем шкив коленчатого вала, при 1000 оборотах двигателя ротор генератора будет вращаться со скоростью в 3000 оборотов минут, что по таблице токоотдачи даст 110 Ампер при 13,5 Вольтах:
В принципе при потреблении 10ю элементами пельте 60 Ампер должно хватить. Однако, я так думаю, эти показания были сняты при подаче на ротор тех самых 13,5 Вольт. И вот здесь мы упираемся в штатный регулятор напряжения, для которого прямо декларируется падение напряжения в 2 Вольта, то есть на ротор пойдёт максимум 11,5 Вольт. Разница в мощности на роторе составит 13,5 * 13.5 / 11,5 * 11,5 = 37%. То есть от 110 Ампер останется уже только 70, из которых 6 уйдёт на сам генератор. А есть ещё и штатные потребители, то есть на кондиционер останется мало тока. Падение 2х Вольт на регуляторе обусловлено применением в нём качестве ключа биполярного транзистора.
Также при модернизации мне хотелось добавить функцию отключения генератора при пуске двигателя. То есть штатно при работе стартера генератор пытается генерировать, при этом расходуя до 6 ампер тока и тормозя коленчатый вал. При отключении же генератора мы получим минимум 10% прирост в скорости вращения коленчатого вала стартером. Основной эффект от этого должен быть зимой, когда аккумулятор работает на грани своих возможностей.
Итак, при разработке регулятора напряжения необходимо учесть следующие факторы:
- Широкий рабочий диапазон температур от -40 до +80,
- Стойкость к скачкам напряжения до 60-80 Вольт,
- Стойкость к атмосферным воздействиям,
- Стойкость к вибрациям,
- Возможность отключения при пуске двигателя,
- Малое падение напряжения,
- Отсутствие механических элементов.
Одной из альтернативных схем реглятора напряжения является следующая:
Однако у неё следующие недостатки:
- Диапазон температур LM393 всего от 0 до +70,
- LM393 максимально выдерживает 30 Вольт питания,
- Затвор ирф 3205 максимум рассчитан на 10 Вольт, нет защиты на схеме,
- ирф 3205 максимум выдерживает 30 Вольт на выводах сток-исток (биполярный транзистор в оригинале рассчитан на 80 Вольт),
- полевой транзистор управляется без ключа - это приведёт к его нагреву,
- Отсутствует возможность отключения при пуске двигателя,
- В схеме присутствует подстроечный резистор - не рекомендую использовать в авто ничего подстроечного,
- реле потенциально слабое звено.
Оригинальная схема регулятора напряжения выглядит так:
Принцип работы примитивный - при превышении установленного напряжения ротор отключается, после снижения напряжения ротор вновь подключается. Принцип работы как у поплавковой камеры карбюратора, ну или бачка унитаза. Меня заинтересовали элементы разрядки энергии остаточной индукции ротора - дроссель 7, диод 12 и конденсатор 11. Для этого купил новый регулятор напряжения, за компанию хотел использовать его корпус:
Как вы понимаете, на завод давно пробрались "эффективные" менеджеры и выкинули эти ненужные элементы, оставив только защитный диод:
При этом, сама плата изготовлена у нас - видна качественная пайка (китайцы так не умеют) и покрыта лаком. Впоследствии вскрыл свой оригинальный регулятор напряжения 96 года и узрел те самые защитные элементы:
При это обратите внимание, болт, через который идёт масса ещё и пропаян, в новоделе просто затянута клемма. Ещё из замечаний к новоделу - тонкие провода, идущие на разъём. Максимальный ток на роторе может быть до 6 Ампер, это подразумевает провод сечением 2 кв. мм., или 1,5 мм в диаметре.
В итоге разработал собственную схему:
За основу взял ШИМ step-down стабилизатор lm2576-adj он в своё время себя хорошо зарекомендовал в светодиодных ПТФ . Микросхема TC4420EPA - это ключ, обеспечивает мгновенное переключение полевого транзистора, отчего тот не греется попусту. Транзистор изначально взял CEB4060AL, про него дальше напишу более подробно. Все детали рассчитаны на диапазон от -40 до +80, большинство деталей было куплено в магазине Чип НН . Назначение деталей:
- диод д1 - не знаю зачем, в штаном регуляторе должен быть, на напряжение 400 Вольт, ток в 1 Ампер.
- резистор р3, конденсатор ц1 и два стабилитрона вд1 и вд2 защищают управляющие микросхемы и затвор полевого транзистора от скачков напряжения. При превышении 16 Вольт откроются стабилитроны и излишек напряжения рассеется на резисторе р3. Мощность резистора 2 Ватта, стабилитроны по 1 Ватту. Конденсатор несколько сот микрофарад на напряжение 50 Вольт
- Резисторы р1 и р2 - делитель напряжения, по которому ориентируется стабилизатор. Придётся подбирать по месту.
- дд1 - ШИМ стабилизатор изменяет скважность импульсов на полевом транзистор и соответственно на роторе. Имеет хитрый вывод 5, при подаче напряжения на который ШИМ отключается, мы его содиним с реле стартера. Р5 нужен для корректной работы стабилизатора, на этом выводе открытый то ли коллектор, то ли эмиттер.
- резистор р4 гарантированно снимает напряжения со входа отключения, то есть микросхема не зависнет в промежуточном состоянии, диод д3 нужен для разрядки напряжения с удерживающей обмотки реле стартера. Диод д2 ограничивает управляющее напряжение.
- микросхема дд2 ключ управления полевым транзистором, обеспечивает его мгновенное отключение\включение. Это уменьшает нагрев ключевого транзистора в промежуточных состояниях и соответственно повышает КПД схемы. Конденнсатор ц2 поставил по рекомендации даташита.
- резистор р6 гарантированно перекрывает транзистор в непонятных ситуациях.
- диодов д4 и д5 два. Так как я использовал UF4007, а они выдерживают до 1 Ампера, в штатной схеме стоит диод на 1,5 Ампера. Они разряжают накопленную в роторе энергию при размыкании цепи.
- индуктивность л1 и конденсатор ц3 обеспечивают плавную разрядку ротора без большого скачка в схеме.
Платы я вырезаю. Мне так удобнее. Вот плата снизу:
И сверху:
Все маломощные резисторы и конденсатор SMD:
Полевой транзистор изначально использовал CEB4060AL - по причине того, что он на затвор держит до 20 Вольт, а на истоке до 60 Вольт относительно стока. Однако при испытаниях током в 6 Ампер - лампочкой ПТФ на 55 Ватт столкнулся с нагревом транзистора. Не будь драйвера, можно было свалить на медленное открытие/закрытие транзистора, но драйвер был. Взялся за куркулятор. Сопротивление канала CEB4060AL 80 миллиОм. Да, много - но это расплата за способность держать высокое напряжение. Итак мощность рассеяния равна 6 Ампер * 6 Ампер * 0,08 Ом = 2,9 Ватта. Похоже на правду. В общем тепловыделение в 3 Ватта можно было бы стерпеть, если бы не одно но. Под капотом запросто может до +80, а в таких условиях дополнительное тепловыделение просто добъёт схему.
