Regulátor výkonu na triaku a tyristoru

Představuji vám třífázový regulátor výkonu na mikrokontroléru.

Zařízení reguluje výkon v aktivní zátěži spojené trojúhelníkem nebo hvězdou bez použití nulového vodiče. Určeno pro použití s ​​odporovými pecemi, horkovodními kotli, třífázovými topnými tělesy a dokonce i žárovkami, za podmínky symetrického zatížení ve fázích. Dva režimy provozu – regulace pomocí Bresenhamova algoritmu a fázová metoda regulace. Zařízení bylo koncipováno co nejjednodušší a dostupné v opakování. Ovládání tlačítky nebo potenciometrem, LED indikátor provozních režimů (volitelně), LED zobrazující stav zařízení.

Pozornost! Přítomno životu nebezpečné napětí! Pro zkušené uživatele!

Schéma zařízení je pro pohodlí rozděleno do funkčních bloků. To umožňuje provádět další změny a vylepšení designu, bez radikálního předělání celého obvodu. Každý blok bude dále popsán samostatně.

napájecí obvod

Autorská verze byla postavena na výkonných optotyristorových modulech MTOTO 80 – 12. Každý modul obsahuje dva protiparalelní osmdesátiampérové ​​optotyristory. Používají se tři moduly, jeden pro každou fázi. Ovládací impulsy přicházejí současně na obě tlačítka napájení, ale otevře se pouze ten, na který je přivedeno napětí v přímé polaritě. Moduly jsou zaměnitelné s tyristorovými nebo triakovými sestavami nebo jednotlivými tyristory a triaky. Modulární sestavy se snadněji instalují, mají izolovaný substrát a zjednodušují galvanické oddělení řídicího obvodu. Při použití samostatných tyristorů nebo triaků budete muset nainstalovat další pulzní transformátory nebo optočleny. Budete také muset vybrat proud omezující odpory optočlenů (R32-R34) pro kopie, které máte. Mikrokontrolér generuje řídicí impulsy, které jsou zesilovány kompozitními tranzistory T7-T9. Impulzy jsou modulovány vysokou frekvencí pro snížení proudu optočleny, umožňuje také použití malých pulsních transformátorů (dále jen TI). Optočleny nebo TI jsou napájeny nestabilizovaným napětím 15V.

Povinná instalace RC obvodů paralelně s tyristory. V mé verzi jsou to odpory PEV-10 39 Ohm a kondenzátory MBM 0,1 mikrofarad 600v. Moduly jsou namontovány na radiátoru, během provozu se zahřívají. Zatížení třífázového nichromového ohřívače, maximální proud 60A. Během dvou let provozu nedošlo k žádným poruchám.

Není znázorněno ve schématu, ale musí být instalováno, jistič pro vypočtené zatížení, je také žádoucí instalovat samostatný jistič pro fáze synchronizační jednotky. Zařízení je připojeno k síti 3×380 V v souladu se sledem fází A-B-C, při nesprávném sledu nebude zařízení fungovat. Neutrální vodič je potřebný pro připojení napájecího transformátoru, pokud je jeho primární vinutí 220 voltů. Při použití 380voltového transformátoru není nutný nulový vodič.

Ochranné uzemnění pouzdra přístroje je povinné!

Schéma napájení

Netřeba vysvětlovat, jsou použita dvě napětí – nestabilizované 15 voltů a stabilizované 5 voltů, odběr v autorské verzi byl do 300 mA, do značné míry závisí na LED indikátoru a použitých výkonových prvcích. Můžete použít jakékoli dostupné díly, neexistují žádné zvláštní požadavky.

Blokové schéma synchronizace

Blokové schéma synchronizace

Obsahuje tři stejné kanály. Každý kanál je zapojen mezi dvě fáze, tzn. kanály jsou spojeny trojúhelníkem. V okamžiku rovnosti fázových napětí (průsečík sinusoid) vzniká impuls, který slouží k synchronizaci v MK. Podrobnosti nejsou kritické, ale pro přesnější synchronizaci je třeba dodržet jmenovité hodnoty. Pokud máte dvoupaprskový osciloskop, je vhodné volbou rezistorů R33, R40, R47 přizpůsobit okamžik vzniku pulzu průsečík sinusoid. To ale není podmínkou. Použité optočleny AOT 101 lze nahradit libovolnými podobnými a dostupnými, jediným požadavkem na ně je vysoké průrazné napětí, neboť právě optočleny galvanicky izolují řídicí jednotku od sítě. Můžete najít jednodušší obvod nulového detektoru a sestavit jej, ale s přihlédnutím k připojení na sdružené 380 V. Je velmi žádoucí použít pojistky, jak je znázorněno na schématu, je také žádoucí použít samostatný jistič pro tuto jednotku.

READ
Dlažba od KERAMA MARAZZI

Ovládací a zobrazovací jednotka

Toto je hlavní blok. Mikrokontrolér ATmega8 vysílá řídicí impulsy do tyristorů a poskytuje indikaci provozních režimů. Pracuje z interního generátoru, takt 8 MHz. Pojistky jsou zobrazeny níže na obrázku. Sedmisegmentový LED indikátor se společnou anodou, tři číslice. Ovládá se přes tři anodové klávesy T1-T3, segmenty se přepínají posuvným registrem. Je možné nenastavit indikátor, registr a související prvky, pokud nepotřebujete nastavit práci. Můžete nainstalovat jakýkoli dostupný typ indikátorů, ale v segmentovém obvodu budete muset vybrat odpory omezující proud. LED HL1 ukazuje hlavní stav zařízení.

Start a stop se provádí spínačem SB1. Zavřený stav – Start, otevřený – Stop. Nastavení výkonu buď tlačítky Nahoru, Dolů nebo z nastavené hodnoty R6, výběr se provádí prostřednictvím nabídky. Pro lepší filtraci referenčního napětí ADC mikrokontroléru je potřeba jakákoliv tlumivka L. Kapacity C5, C6 je potřeba instalovat co nejblíže k napájecím pinům MK a registru, v mé verzi byly připájeny k nohám na horní straně mikroobvodů. V podmínkách vysokých proudů a silného rušení jsou nezbytné pro spolehlivý provoz zařízení.

Provoz regulátoru výkonu

V závislosti na zvoleném firmwaru bude regulace prováděna buď metodou fázových impulsů, nebo metodou přeskakování period, tzv. Bresenhamovým algoritmem.

Při pulzně-fázové regulaci se plynule mění napětí na zátěži z téměř nuly na maximum změnou úhlu otevření tyristorů. Impuls je vydáván dvakrát za periodu, současně do obou tyristorů, ale pouze ten, na který je přivedeno napětí v přímé polaritě, bude otevřený.

Při nízkých napětích (velký úhel otevření) je možný překmit z důvodu nepřesnosti synchronizačního impulsu v okamžiku křížení sinusoid. Pro vyloučení tohoto efektu je spodní hranice standardně nastavena na 10. Prostřednictvím menu ji v případě potřeby můžete změnit v rozsahu od 0 do 99. V praxi to nikdy nebylo vyžadováno, ale vše záleží na konkrétním úkol. Tato metoda je vhodná pro úpravu světelného toku žárovek za předpokladu, že mají v každé fázi stejný výkon.

Je také důležité, aby sled fází sítě byl správný A-B-C. Pro kontrolu můžete provést test správného sledu fází při zapnutí zařízení. Chcete-li to provést, při zapínání zařízení, když indikátor zobrazuje symboly – 0 – podržte tlačítko stisknuté Jídelní lístek , pokud je fázování správné, na indikátoru se zobrazí symboly AbC, pokud není ACb, a je třeba prohodit libovolné dvě fáze.

READ
Sklad pilin a štěpky pro vytápění kotlů

Pokud tlačítko uvolníte menu Zařízení přejde do hlavního provozního režimu.

Při použití regulace přeskakováním period není nutné fázování a test není součástí firmwaru. V tomto případě se tyristory otevírají současně, můžete si je představit jako jednoduchý startér spínající všechny tři fáze najednou. Čím více energie je potřeba na zátěži, tím vícekrát za jednotku času budou tyristory ve vodivém stavu. Tato metoda není vhodná pro žárovky.

Zařízení není nutné konfigurovat.

Po zapnutí se nastavení načtou z energeticky nezávislé paměti MK, pokud v paměti nejsou žádné hodnoty nebo jsou nesprávné, nastaví se výchozí hodnoty. Dále MK zkontroluje přítomnost synchronizačních impulsů a stav spínače SB1. Pokud SB1 v otevřeném stavu nejsou vydány řídicí impulsy, indikátor zobrazí zprávu OFF , LED HL1 bliká vysokou frekvencí. Pokud zavřete SB1, na indikátoru se zobrazí aktuální výkonová reference, budou generovány řídicí impulsy, LED HL1 svítí trvale. Pokud se při spouštění nebo během provozu ztratí řídicí impulzy na více než 10 sekund, indikátor zobrazí čísla 380 , LED bude blikat nízkou frekvencí, tyristorové řídicí impulsy budou odstraněny. Když se objeví synchronizační impulsy, zařízení se vrátí do práce. Bylo to způsobeno špatnou sítí v místě provozu zařízení, častým přerušením a fázovou nesymetrií.

Nabídka obsahuje čtyři podnabídky, mezi kterými lze přepínat tlačítkem menu , není-li tlačítko po určitou dobu stisknuto, zobrazí se podmíněně aktuálně nastavená úroveň výkonu od 0 do 100. Úroveň výkonu se mění tlačítky Up nebo Dolů, nebo, je-li povoleno (výchozí), potenciometr.

Dlouhé stisknutí tlačítka menu přepíná podnabídku.

Podnabídka 1 ukazuje indikátor GRˉ to je horní hranice regulace výkonu, když stisknete tlačítka Up nebo Dolů, zobrazí se aktuální hodnota, kterou lze změnit nahoru nebo dolů v rámci hranic. Výchozí hodnota je 99.

Podnabídka 2 na indikátoru GR_ toto je spodní hranice regulace výkonu, vše je stejné, výchozí hodnota je 10.

Podnabídka 3 udává, zda je použita reference z potenciometru 1 – ano 0 – ne. Na indikátoru 3-1 nebo 3-0, výběr pomocí tlačítek Up nebo Down. Použije se výchozí (1).

Podnabídka 4 na indikátoru ZAP , když stisknete kterékoli z tlačítek Up nebo Dolů, aktuální hodnoty budou zapsány do energeticky nezávislé paměti MK. Při nahrávání nápis jednou blikne ZAP. Budou zaznamenávány regulační meze, zda je potenciometr povolen a aktuální hodnota výkonu, pokud je nastavena tlačítky a potenciometr není používán.

Další stisk menu , přepněte do hlavního menu, zobrazí se hodnota výkonu. Také dlouhý stisk tlačítek přepne menu do hlavního.

Sedmisegmentový LED indikátor je možné nepoužívat, pokud není potřeba nic měnit, v takovém případě bude vše fungovat, nastavitelné od 10 do 99 pomocí potenciometru. Stav zařízení bude indikován LED HL1. Samotný indikátor byl potřeba ve fázi ladění a pro následnou modernizaci. V plánu je postavit na této základně regulátor pro indukční zátěž a vyrobit softstartér pro asynchronní motor.

READ
Při jaké teplotě můžete omítnout na ulici a uvnitř domu

Deska plošných spojů byla vyvinuta pro synchronizační jednotku a pro řídící jednotku, ale nakonec byla z důvodu zpracování řídící jednotka vyrobena na pantu, na breadboardu, plošný spoj je „tak jak je“ v archiv, sedmisegmentový indikátor je zapojen tak, aby odpovídal indikátoru, který mám, v případě potřeby můžete programově změnit odpovídající výstupní segmenty. Část dílů (RC obvody, rezistory a diody napájecího obvodu, napájecí prvky, tlačítka, potenciometr a LED) byla osazena stejným způsobem.

Archiv obsahuje desku řídící jednotky a synchronizační jednotky ve formátu sprint layout a obvody ve formátu Splan 7, dále jsou k dispozici dvě možnosti firmwaru pro řízení fázovým impulsem a řízení přeskoku periody. MK byl šit „pětivodičovým“ programátorem pod kontrolou programu Uniprof, stáhnout si jej můžete na webu autora http://avr.nikolaew.org/

pojistky jsou uvedeny níže.

Pojistky jsou určeny pro instalaci v tomto programu, při použití jiného – Pamatujte, že přiložená POJISTKA je POJISTKA bez zaškrtnutí!

Plošné spoje nejsou optimální a s největší pravděpodobností je při opakování bude nutné upravit tak, aby vyhovovaly dostupným dílům a konkrétní konfiguraci a uspořádání prvků (tlačítka, potenciometr, indikátor, diody a optočleny). Dávejte pozor také na podložky, pokud je obtížné vyvrtat otvory o průměru 0,5-0,7 mm, pak před tiskem musíte zvětšit velikost podložek. Hlavním požadavkem na synchronizační jednotku je mít na paměti, že napětí je vysoké a může dojít k průrazu na povrchu textolitu a na povrchu dílů, proto je vhodné používat olověné díly s velkou vzdáleností mezi vede. Ze stejného důvodu jsou můstky tvořeny jednotlivými diodami. Není třeba šetřit místem a textolitem! napětí na jednotlivých bodech synchronizační desky může dosáhnout 600 voltů! Po výrobě musí být deska pokryta elektroizolačním lakem, nejlépe ve dvou nebo třech vrstvách, aby se vyloučil rozklad prachu.

Video je prezentováno při práci v režimu fázově pulzního řízení, na osciloskopu je signál z proudových transformátorů zařazen do dvou fází, zátěž jsou tři žárovky 1 kW. Ve videu rozložení zařízení používaného k ladění.

Literatura

  • V.M. Yarov. Učebnice „Zdroje energie elektrických odporových pecí“ 1982.
  • A.V. Evstifeev „Mikrokontroléry AVR rodiny Mega, uživatelská příručka“ 2007

Princip činnosti regulátoru

Téměř v každém elektronickém zařízení je ve většině případů nastavení výkonu. Příklady nemusíte hledat daleko: jedná se o elektrické sporáky, kotle, pájecí stanice, různé regulátory otáčení motorů v zařízeních.

Existuje mnoho způsobů, jak si můžete na webu sestavit regulátor napětí 220 V vlastníma rukama. Ve většině případů se jedná o triakové nebo tyristorové obvody. Tyristor je na rozdíl od triaku běžnějším rádiovým prvkem a obvody na něm založené jsou mnohem běžnější. Pojďme analyzovat různé verze založené na obou polovodičových prvcích.

Triakový regulátor výkonu

triak, z velké části, je speciální případ tyristoru, který propouští proud v obou směrech za předpokladu, že je vyšší než přídržný proud. Jedním z jeho nedostatků je špatný výkon při vysokých frekvencích. Proto se často používá v nízkofrekvenčních sítích. Je docela vhodný pro stavbu regulátoru výkonu založeného na konvenční síti 220 V, 50 Hz.

READ
Některé nápady na výzdobu ložnice

Regulátor napětí na triaku se používá u běžných domácích spotřebičů, kde je potřeba seřízení. Obvod regulátoru výkonu na simulátoru vypadá takto.

Schéma regulátoru výkonu na triaku

  • Atd. 1 – pojistka (volí se v závislosti na požadovaném výkonu).
  • R3 – proud omezující odpor – slouží k tomu, aby při nulovém odporu potenciometru nedocházelo k vyhoření zbývajících prvků.
  • R2 – potenciometr, trimovací rezistor, který slouží k nastavení.
  • C1 – hlavní kondenzátor, jehož náboj odblokuje dinistor na určitou úroveň, spolu s R2 a R3 tvoří RC obvod
  • VD3 je dinistor, jehož otevřením se ovládá triak.
  • VD4 – triak – hlavní prvek, který provádí přepínání a podle toho seřízení.

Jak funguje regulátor

Hlavní práce je přiřazena dinistoru a triaku. Síťové napětí je přiváděno do RC obvodu, ve kterém je potenciometr instalován, a díky tomu je jím regulován výkon. Úpravou odporu změníme dobu nabíjení kondenzátoru a tím práh pro zapnutí dinistoru, který zase zapne triak. Klapka RC obvod, zapojený paralelně k triaku, slouží k vyhlazení šumu na výstupu a zároveň chrání triak před vysokými zpětnými rázy napětí s jalovou zátěží (motor nebo indukčnost).

Triak se zapne, když proud procházející dinistorem překročí přídržný proud (referenční parametr). Podle toho deaktivováno. když je proud menší než přídržný proud. Vodivost v obou směrech umožňuje při použití minima prvků nastavit plynulejší úpravu, než je možné např. na jediném tyristoru.

Průběh řízení výkonu je zobrazen níže. Je z něj vidět, že po zapnutí triak, zbývající půlvlna vstoupí do zátěže a při dosažení 0, kdy přídržný proud klesne natolik, že se triak vypne. Ve druhém “negativním” půlcyklu dochází ke stejnému procesu, protože triak má vodivost v obou směrech.

Jak je regulován výstupní výkon v regulátorech

Tyristorové napětí

Nejprve pojďme zjistit, jak se tyristor liší od triaku. Tyristor obsahuje 3 pn přechody a triak obsahuje 5 pn přechodů. Aniž bychom zacházeli do detailů, jednoduše řečeno, triak má vodivost v obou směrech a tyristor pouze v jednom. Grafická označení prvků jsou na obrázku. Z grafiky je to jasně vidět..

Označení obvodu tyristor, triak a dinistor

Princip fungování je naprosto stejný. Na jakém nastavení výkonu je postaveno v jakémkoli schématu. Zvažte několik obvodů tyristorového regulátoru. První nejjednodušší obvod, který v podstatě opakuje výše popsaný triakový obvod. Druhý a třetí – pomocí logiky, obvodů, které účinněji tlumí rušení vznikající v síti spínáním tyristorů.

Jednoduchá schéma

Jednoduchý obvod pro fázové řízení na tyristoru je znázorněn níže..

Nejjednodušší obvod tyristorového regulátoru výkonu

Jeho jediným rozdílem od obvodu na triaku je, že nastavení probíhá pouze na kladné půlvlně síťového napětí. Časovací RC obvod úpravou hodnoty odporu potenciometru reguluje množství střelby, čímž nastavuje výstupní výkon dodávaný zátěži. Na oscilogramu to vypadá takto.

Jak je regulován výstupní výkon v regulátorech

Z oscilogramu je vidět, že regulace výkonu probíhá omezováním napětí dodávaného do zátěže. Obrazně řečeno, regulace spočívá v omezení dodávky síťového napětí na výstup. Úpravou doby nabíjení kondenzátoru změnou proměnného odporu (potenciometr). Čím vyšší je odpor, tím déle trvá nabití kondenzátoru a tím méně energie bude přeneseno do zátěže. Fyzika procesu je podrobně popsána v předchozím schématu. V tomto případě tomu není jinak.

READ
Vytápění bazénu svépomocí. Metody implementace

S generátorem založeným na logice

Druhá možnost je složitější. Vzhledem k tomu, že spínací procesy na tyristorech způsobují velké rušení v síti, má to špatný vliv na prvky instalované na zátěži. Zvláště pokud je zátěž složité zařízení s jemným nastavením a velkým počtem mikroobvodů.

Tyristorový regulátor výkonu s měkkým nastavením

Taková implementace tyristorového výkonového regulátoru pro kutily je vhodná pro aktivní zátěže, například páječku nebo jakékoli topné zařízení. Na vstupu je usměrňovací můstek, takže obě vlny síťového napětí budou kladné. Vezměte prosím na vědomí, že u takového obvodu je pro napájení mikroobvodů potřeba další zdroj konstantního napětí +9 V. Průběh, vzhledem k přítomnosti usměrňovacího můstku, bude vypadat takto.

Oscilogram s usměrňovacím můstkem

Obě půlvlny budou nyní pozitivní vlivem usměrňovacího můstku. Pokud je pro jalové zátěže (motory a jiné indukční zátěže) výhodnější přítomnost signálů opačné polarity, pak pro aktivní zátěže je kladná hodnota výkonu extrémně důležitá. Tyristor se také vypne, když se půlvlna blíží nule, přídržný proud dodává do určité hodnoty a tyristor je zablokován.

Založeno na tranzistoru KT117

Přítomnost dalšího zdroje konstantního napětí může způsobit potíže, pokud tam není, a budete muset oplotit další obvod vůbec. Pokud nemáte přídavný zdroj, můžete použít následující schéma, ve kterém je generátor signálu pro řídicí výstup tyristoru sestaven na konvenčním tranzistoru. Existují schémata založená na generátorech postavených na komplementárních párech, ale jsou složitější a nebudeme je zde uvažovat.

Regulátor výkonu s generátorem na KT117

V tomto zapojení je generátor postaven na dvoubázovém tranzistoru KT117, který v této aplikaci bude generovat řídicí impulsy s frekvencí nastavenou ladicím rezistorem R6. Schéma také implementuje indikační systém založený na LED HL1.

  • VD1-VD4 je diodový můstek, který usměrňuje obě půlvlny a umožňuje plynulejší nastavení výkonu.
  • EL1 – žárovka – je prezentována jako zátěž, ale může to být jakékoli jiné zařízení.
  • FU1 – pojistka, v tomto případě stojí 10 A.
  • R3, R4 – odpory omezující proud – jsou potřebné, aby nedošlo k přepálení řídicího obvodu.
  • VD5, VD6 – zenerovy diody – plní roli stabilizace napětí určité úrovně na emitoru tranzistoru.
  • VT1 – tranzistor KT117 – musí být instalován přesně s tímto umístěním báze č. 1 a báze č. 2, jinak obvod nebude fungovat.
  • R6 je ladicí rezistor, který určuje okamžik příchodu impulsu na řídicí výstup tyristoru.
  • VS1 – tyristor – prvek, který zajišťuje spínání.
  • C2 je časově nastavitelný kondenzátor, který určuje periodu výskytu řídicího signálu.

Zbývající prvky hrají nepodstatnou roli a slouží především k omezení proudu a vyhlazení pulsů. HL1 pouze signalizuje a signalizuje, že je zařízení připojeno k síti a je pod napětím.

Rating
( No ratings yet )
Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: