Описание и устройство тиристорного регулятора напряжения
Содержание
Тиристорный регулятор напряжения контролирует количество электроэнергии, подаваемой на какое-либо устройство, обеспечивая его работу при безопасном и постоянном уровне питания. ТРН используются в различных областях, включая зарядку батарей, управление мощностью электродвигателей и обеспечение постоянного электропитания для различных типов электронного оборудования.
Сфера применения
Как можно понять из названия, схема и принцип работы тиристорного регулятора напряжения (ТРН), строятся на использовании таких радиоэлементов, как тиристоры. Именно они способны включать и выключать питание, контролируя количество энергии, подаваемой на устройство. У ТРН есть еще одно название — тиристорный регулятор мощности, но правильнее все же регулятор напряжения, поскольку регулируется не мощность нагрузки, а фаза, то есть время, на протяжении которого полуволна синусоиды тока проходит в нагрузку.
ТРН действует как переключатель, управляя протеканием электричества. Когда его уровень на устройстве достигает определенного порога, тиристор включается и пропускает электроэнергию. Таким образом, поддерживается постоянное электропитание на выходе. Если нагрузка изменяется, схема регулирует включение устройства для поддержания необходимого уровня тока.
Способность ТРН регулировать электропитание и поддерживать стабильный выходной сигнал делает его надежным и эффективным решением для многих приложений, где требуется постоянное электропитание, например, для источников питания, систем зарядки батарей и стабилизаторов напряжения.
Кроме того, тиристорный регулятор напряжения является экономически эффективным решением по сравнению с другими методами регулирования электропитания, а также имеет относительно простую конструкцию и легко реализуется. Компактные размеры и способность выдерживать высокие уровни электричества также делают его популярным выбором для различных промышленных и коммерческих приложений.
Схема устройства
Принципиальная схема ТРН обычно включает тиристор, диод и конденсатор. Тиристор используется для управления питанием устройства, а диод обеспечивает защиту от обратного напряжения. Конденсатор используется для накопления энергии и создания плавного потока энергии к устройству.
Принцип работы ТРН основан на методе управления углом отпирания тиристоров. Величина данного угла зависит от синусоиды управляющего сигнала, поступающего на вход ТРН. Устройство регулирует электропитание путем управления углом отпирания тиристора, то есть, количеством времени, на протяжении которого тиристор пребывает во включенном состоянии. Чем дольше этот период, тем больше энергии передается нагрузке, что приводит к повышению выходного напряжения. Контролируя угол срабатывания тиристора, регулятор может поддерживать постоянное выходное электропитание даже при изменении входного напряжения или нагрузки.
Тиристорный регулятор обычно включает в себя схему запуска, компаратор и источник опорного питания. Схема запуска контролирует выходное электропитание и генерирует сигнал запуска. Компаратор сравнивает выходной ток с опорным и генерирует сигнал ошибки, который используется схемой управления для регулировки сигнала запуска и переключения устройства. Источник опорного тока обеспечивает стабильное опорное электроснабжение, которое компаратор использует для сравнения с выходным. В некоторых случаях схема управления может включать дополнительные компоненты, такие как резисторы и индукторы, которые вводятся с целью улучшения характеристик схемы и обеспечения защиты от переходных процессов.
Тиристорные регуляторы работают в режиме непрерывной проводимости (CCM) или в режиме прерывистой проводимости (DCM), в зависимости от требований нагрузки. В режиме CCM тиристор проводит весь цикл, а в режиме DCM только определенную его часть. Режим работы выбирается в зависимости от конкретных требований приложения и влияет на стабильность и производительность схемы.
Использование ТРН в зарядных устройствах
Тиристорные регуляторы обычно используются в ЗУ для обеспечения постоянного и безопасного уровня электропитания. Регулятор работает, контролируя величину тока, подаваемого на батарею, обеспечивая ее зарядку при нужном уровне тока. Это важно, поскольку перезарядка аккумулятора или недостаточная зарядка может привести к его повреждению или сокращению срока службы.
В состав зарядного устройства ТРН часто включают в сочетании со схемой измерения тока, которая контролирует работу аккумулятора и обеспечивает обратную связь со схемой управления. Схема управления использует эту обратную связь для регулировки переключения и поддержания нужного уровня зарядки.
ТРН может также обеспечивать защиту от перенапряжения и перегрузки по току для предотвращения повреждения батареи. Это достигается путем ограничения максимального тока, который может быть подан на батарею, что обеспечивает безопасную и эффективную зарядку батареи.
Одним из преимуществ использования ТРН в схеме зарядного устройства является его высокая эффективность. Тиристорный регулятор способен очень результативно управлять зарядным током, снижая потери мощности и тепловыделение в цепи. Это приводит к увеличению срока службы батареи и снижению энергопотребления.
Кроме того, ТРН хорошо подходит для использования в автономных энергосистемах, таких как солнечные батареи или ветряные турбины, где ток может быть нестабильным. Регулятор способен обеспечить стабильный и безопасный уровень тока, гарантируя защиту и правильную работу подключенных устройств.
Устройство для 220 вольт
ТРН часто используют для регулирования напряжения источника питания переменного тока 220 вольт. Основные компоненты схемы — это тиристор, диод, резистор и конденсатор. Тиристор используется для управления потоком электропитания, конденсатор — для фильтрации выходного напряжения и создания плавного и стабильного выходного сигнала.
Диод нужен для обеспечения правильного направления тока и защиты тиристора от обратного напряжения. Резистор используется для контроля срабатывания тиристора и подключается последовательно с клеммой затвора тиристора. Когда тиристор включен, он пропускает ток через цепь и регулирует напряжение.
Схема ТРН работает постоянно, контролируя выходное электропитание. Когда оно превышает определенный уровень, тиристор выключается, уменьшая ток. Когда напряжение падает ниже желаемого уровня, тиристор снова включается, увеличивая ток до необходимого значения. Этот процесс регулирования повторяется непрерывно, обеспечивая постоянство выходного напряжения в заданном диапазоне.
Схема ТРН может быть разработана с применением переменного сопротивления, что позволяет регулировать выходное напряжение в соответствии с требованиями системы. Такой вариант реализовывается за счет включения в схему потенциометра, который действует как переменный резистор. Изменяя значение сопротивления потенциометра, можно регулировать точку срабатывания тиристора, что позволяет точно контролировать выходное напряжение.
Одним из преимуществ ТРН является его быстрое время отклика. В отличие от других регуляторов напряжения, тиристорный может реагировать на изменения входного напряжения мгновенно, обеспечивая постоянную стабильность выходного напряжения. Это делает его особенно полезным для приложений, где входное напряжение может сильно колебаться, например, в местах с нестабильным электропитанием.
Устройство своими руками
Построить ТРН можно своими руками, если имеются базовые знания по электронике, а также практические навыки использования радиоэлементов. На рисунке ниже представлена схема регулятора мощности, построенная на тиристоре КУ202Н. Такое устройство наиболее эффективно способно справляться с резистивной нагрузкой — электронагревательные и осветительные приборы, электроинструмент, бытовая техника с коллекторными электродвигателями переменного или постоянного тока.
В схему не входят дефицитные детали. Устройство, собранное на указанных диодах, способно выдерживать нагрузку до 5 А или 1 кВт. При необходимости увеличить мощность можно за счет применения других диодов. Потребуется также заменить тиристор, поскольку используемый в схеме, рассчитан на ток до 10 А. Более мощными являются отечественные элементы серии Т122 Т132, Т142. Вместо стабилитрона Д814Г устанавливается любой другой, рассчитанный на напряжение 12–15 вольт. Так как деталей не очень много, можно использовать навесной монтаж, но на печатной плате конструкция смотрится красивее.
Самый легкий способ самостоятельно собрать регулятор напряжения 12 Вольт, 36 или любой другой — это приобрести специальный набор, который называется KIT и предназначается для неопытных радиолюбителей. В него входит готовая печатная плата, все необходимые радиоэлементы, а также электрическая схема с описанием порядка действий.
В заключение следует отметить, что ТРН — это мощный и универсальный инструмент для управления питанием в широком спектре приложений. Если вы собираете регулятор напряжения для зарядного устройства или для управления питанием промышленного оборудования, тиристорный вариант устройства — это надежное и экономически эффективное решение.