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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Blocco per la regolazione di grandi correnti raddrizzate. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Regolatori di corrente, tensione, potenza Il circuito collaudato nel tempo per la regolazione della corrente di potenti consumatori è facile da configurare, affidabile nel funzionamento e ha ampie capacità di consumo. È particolarmente adatto per il controllo della modalità di saldatura, per l'avvio e la carica di dispositivi e per potenti unità di automazione. Quando si alimentano carichi potenti con corrente continua, viene spesso utilizzato un circuito raddrizzatore (Fig. 1) con quattro valvole di potenza.
La tensione alternata viene fornita a una diagonale del "ponte", la tensione costante (pulsante) in uscita viene rimossa dall'altra diagonale. Una coppia di diodi (VD1-VD4 o VD2-VD3) funziona in ciascun semiciclo. Questa proprietà del “ponte” raddrizzatore è significativa: il valore totale della corrente raddrizzata può raggiungere il doppio del valore di corrente massima per ciascun diodo. Il limite di tensione del diodo non deve essere inferiore all'ampiezza della tensione di ingresso. Poiché la classe di tensione delle valvole di potenza raggiunge i quattordici (1400 V), non ci sono problemi per la rete elettrica domestica. La riserva di tensione inversa esistente consente l'utilizzo di valvole con un certo surriscaldamento, con piccoli radiatori (non abusarne!). Attenzione! I diodi di potenza contrassegnati con "B" conducono la corrente "in modo simile" ai diodi D226 (dal cavo flessibile al corpo), i diodi contrassegnati con "VL" - dal corpo al cavo flessibile. L'utilizzo di valvole a diversa conducibilità consente l'installazione su due soli doppi radiatori. Se colleghi gli "alloggiamenti" delle valvole "VL" (meno uscita) al corpo del dispositivo, dovrai solo isolare un radiatore, sul quale sono installati i diodi contrassegnati con "B". Questo circuito è facile da installare e configurare, ma sorgono difficoltà se è necessario regolare la corrente di carico. Se tutto è chiaro con il processo di saldatura (collegare la "zavorra"), sorgono enormi problemi con il dispositivo di avviamento. Dopo aver avviato il motore, l'enorme corrente è inutile e dannosa, quindi è necessario spegnerlo rapidamente, poiché ogni ritardo accorcia la durata della batteria (spesso le batterie esplodono!). Molto comodo per l'implementazione pratica è il circuito mostrato in Fig. 2, in cui le funzioni di controllo della corrente sono eseguite dai tiristori VS1, VS2 e le valvole di potenza VD1, VD2 sono incluse nello stesso ponte raddrizzatore.
L'installazione è facilitata dal fatto che ciascuna coppia diodo-tiristore è montata sul proprio radiatore. I radiatori possono essere utilizzati standard (produzione industriale). Un altro modo è produrre autonomamente radiatori in rame e alluminio con uno spessore superiore a 10 mm. Per selezionare la dimensione dei radiatori, è necessario assemblare un modello del dispositivo e “guidarlo” in condizioni pesanti. Non è male se dopo un carico di 15 minuti gli alloggiamenti dei tiristori e dei diodi non "bruciano" la mano (spegni la tensione in questo momento!). Il corpo dell'apparecchio deve essere progettato in modo tale da garantire una buona circolazione dell'aria riscaldata dall'apparecchio. Non farebbe male installare una ventola che “aiuti” a spostare l’aria dal basso verso l’alto. I ventilatori installati nei rack con schede di computer o nelle macchine da gioco "sovietiche" sono convenienti. È possibile implementare un circuito raddrizzatore regolabile interamente utilizzando tiristori (Fig. 3). La coppia inferiore (secondo lo schema) di tiristori VS3, VS4 viene attivata dagli impulsi dell'unità di controllo.
Gli impulsi arrivano contemporaneamente agli elettrodi di controllo di entrambi i tiristori. Questo disegno del circuito è “dissonante” con i principi di affidabilità, ma il tempo ha confermato l'operabilità del circuito (una rete elettrica domestica non può “bruciare” i tiristori, poiché possono sopportare una corrente impulsiva di 1600 A). Il tiristore VS1 (VS2) è collegato come un diodo: con una tensione positiva sull'anodo del tiristore, una corrente di sblocco verrà fornita attraverso il diodo VD1 (o VD2) e il resistore R1 (o R2) all'elettrodo di controllo del tiristore. Già a una tensione di diversi volt, il tiristore si aprirà e condurrà corrente fino alla fine della semionda di corrente. Il secondo tiristore, il cui anodo aveva una tensione negativa, non si avvierà (questo non è necessario). Un impulso di corrente arriva ai tiristori VS3 e VS4 dal circuito di controllo. Il valore della corrente media nel carico dipende dai momenti di apertura dei tiristori: prima arriva l'impulso di apertura, maggiore sarà la parte del periodo in cui il tiristore corrispondente sarà aperto. L'apertura dei tiristori VS1, VS2 attraverso i resistori "opacizza" in qualche modo il circuito: a basse tensioni di ingresso, l'angolo di apertura dei tiristori risulta essere piccolo - nel carico scorre notevolmente meno corrente rispetto a un circuito con diodi (Fig. 2). Pertanto, questo circuito è abbastanza adatto per regolare la corrente di saldatura attraverso il "secondario" e rettificare la tensione di rete, dove la perdita di pochi volt è insignificante. Il circuito mostrato in Fig. 4 consente di utilizzare efficacemente un ponte a tiristori per regolare la corrente su un'ampia gamma di tensioni di alimentazione.
Il dispositivo è composto da tre blocchi:
Il trasformatore T1 con una potenza di 20 W fornisce alimentazione all'unità di controllo per tiristori VS3 e VS4 e apre i “diodi” VS1 e VS2. L'apertura dei tiristori con un alimentatore esterno è efficace a bassa tensione (auto) nel circuito di alimentazione, nonché quando si alimenta un carico induttivo. Gli impulsi di corrente di apertura dagli avvolgimenti da 5 volt del trasformatore vengono forniti in antifase agli elettrodi di controllo VS1, VS2. I diodi VD1, VD2 trasmettono solo semionde di corrente positive agli elettrodi di controllo. Se la fasatura degli impulsi di apertura è “appropriata”, allora il ponte raddrizzatore a tiristori funzionerà, altrimenti non ci sarà corrente nel carico. Questo difetto del circuito può essere facilmente eliminato: basta girare la spina di alimentazione T1 nella direzione opposta (e segnare con vernice come collegare le spine e i terminali dei dispositivi alla rete AC). Quando si utilizza il circuito in un caricabatterie-avviatore, si nota un notevole aumento della corrente fornita rispetto al circuito di Fig. 3. È molto vantaggioso avere un circuito a bassa corrente (trasformatore di rete T1). Interrompendo la corrente tramite l'interruttore S1 si diseccita completamente il carico. In questo modo è possibile interrompere la corrente di avviamento con un piccolo interruttore di finecorsa, un interruttore automatico o un relè a bassa corrente (aggiungendo un'unità di spegnimento automatico). Questo è un punto molto significativo, poiché è molto più difficile interrompere circuiti ad alta corrente che richiedono un buon contatto per il passaggio della corrente. Non è un caso che abbiamo ricordato la messa in fase del trasformatore T1. Se il regolatore di corrente fosse “integrato” nel dispositivo di carica e avviamento o nel circuito della saldatrice, il problema della fasatura verrebbe risolto al momento della messa a punto del dispositivo principale. Il nostro dispositivo è appositamente progettato per avere un profilo ampio (così come l'utilizzo del dispositivo di avviamento è determinato dalla stagione dell'anno, i lavori di saldatura devono essere eseguiti in modo irregolare). Devi controllare la modalità operativa di un potente trapano elettrico e alimentare i riscaldatori al nicromo. La Figura 5 mostra uno schema dell'unità di controllo a tiristori. Il ponte raddrizzatore VD1 fornisce al circuito una tensione pulsante da 0 a 20 V.
Questa tensione viene fornita attraverso il diodo VD2 al condensatore C1, fornendo una tensione di alimentazione costante a un potente "interruttore" a transistor su VT2, VT3. La tensione pulsante viene fornita attraverso il resistore R1 al resistore R2 e al diodo zener VD6 collegati in parallelo. Il resistore “lega” il potenziale del punto “A” (Fig. 6) a zero e il diodo zener limita i picchi degli impulsi a livello della soglia di stabilizzazione. Gli impulsi di tensione limitata caricano il condensatore C2 per alimentare il chip DD1. Questi stessi impulsi di tensione influenzano l'ingresso dell'elemento logico. Ad una certa soglia di tensione, l'elemento logico cambia. Tenendo conto dell'inversione del segnale all'uscita dell'elemento logico (punto “B”), gli impulsi di tensione saranno a breve termine attorno al momento della tensione di ingresso zero.
L'elemento logico successivo inverte la tensione "B", quindi gli impulsi di tensione "C" hanno una durata notevolmente più lunga. Mentre è attivo l'impulso di tensione “C”, il condensatore C3 viene caricato attraverso i resistori R4 e R3. La tensione in aumento esponenziale nel punto “E”, al momento del superamento della soglia logica, “cambia” l'elemento logico. Dopo l'inversione da parte della seconda porta logica, l'alta tensione di ingresso nel punto "E" corrisponde ad un'alta tensione logica nel punto "F". A due oscillogrammi nel punto “E” corrispondono due diversi valori di resistenza R4:
Dovresti anche prestare attenzione all'alimentazione della base del transistor VT1 con un segnale "B", quando la tensione di ingresso scende a zero, il transistor VT1 si apre fino alla saturazione, la giunzione del collettore del transistor scarica il condensatore C3 (preparandosi per la carica in il successivo semiciclo di tensione). Pertanto, il livello logico alto appare nel punto "F" prima o dopo, a seconda della resistenza di R4:
L'amplificatore sui transistor VT2 e VT3 “ripete” i segnali logici del punto “G”. Gli oscillogrammi a questo punto ripetono F1 e F2, ma la tensione raggiunge 20 V. Attraverso i diodi VD4, VD5 e i resistori limitatori R9 R10, gli impulsi di corrente agiscono sugli elettrodi di controllo dei tiristori VS3 VS4 (Fig. 4). Uno dei tiristori si apre e un impulso di tensione raddrizzato passa all'uscita del blocco. Il valore più piccolo della resistenza R4 corrisponde alla parte più grande del semiciclo della sinusoide - H1, il valore più grande - la parte più piccola del semiciclo della sinusoide - H2 (Fig. 4). Alla fine del semiciclo la corrente si interrompe e tutti i tiristori si chiudono. Pertanto, diversi valori della resistenza R4 corrispondono a diverse durate dei “segmenti” di tensione sinusoidale sul carico. La potenza di uscita può essere regolata praticamente dallo 0 al 100%. La stabilità del dispositivo è determinata dall'uso della "logica": le soglie di commutazione degli elementi sono stabili. Se non sono presenti errori di installazione, il dispositivo funziona stabilmente. Quando si sostituisce il condensatore C3, sarà necessario selezionare i resistori R3 e R4. La sostituzione dei tiristori in un'unità di potenza può richiedere la selezione di R9, R10 (succede che anche i tiristori di potenza dello stesso tipo differiscono nettamente nelle correnti di commutazione - quello meno sensibile deve essere rifiutato). È possibile misurare ogni volta la tensione ai capi del carico con un voltmetro “adatto”. In base alla mobilità e versatilità dell'unità di controllo, abbiamo utilizzato un voltmetro automatico a due limiti (Fig. 7).
Le misurazioni della tensione fino a 30 V vengono effettuate mediante testina PV1 tipo M269 con resistenza aggiuntiva R2 (la deviazione viene regolata a fondo scala con tensione di ingresso di 30 V). Il condensatore C1 è necessario per livellare la tensione fornita al voltmetro. Il resto del circuito serve per “grossolanare” la scala di 10 volte. La lampada a incandescenza del fotoaccoppiatore U3 è alimentata tramite la lampada a incandescenza (barretter) HL3 e il resistore di sintonizzazione R1, e il diodo zener VD1 protegge l'ingresso del fotoaccoppiatore. Una grande tensione di ingresso porta ad una diminuzione della resistenza del resistore dell'accoppiatore ottico da megaohm a kiloohm, il transistor VT1 si apre, il relè K1 viene attivato. In questo caso, i contatti del relè svolgono due funzioni: aprono la resistenza di sintonizzazione R1 - il circuito del voltmetro passa al limite dell'alta tensione; Al posto del LED verde HL2 si accende il LED rosso HL1. Il rosso, un colore più visibile, è scelto appositamente per la scala dell'alta tensione. Attenzione! La regolazione di R1 (scala 0...300) viene eseguita dopo la regolazione di R2. L'alimentazione al circuito voltmetro viene prelevata dall'unità di controllo a tiristori. L'isolamento dalla tensione misurata viene effettuato utilizzando un fotoaccoppiatore. La soglia di commutazione del fotoaccoppiatore può essere impostata leggermente più in alto di 30 V, il che faciliterà la regolazione della scala. Il diodo VD2 è necessario per proteggere il transistor dai picchi di tensione quando il relè è diseccitato. La commutazione automatica delle scale del voltmetro è giustificata quando si utilizza l'unità per alimentare vari carichi. Non è riportata la numerazione dei pin del fotoaccoppiatore: utilizzando il tester non è difficile distinguere tra i pin di ingresso e quelli di uscita. La resistenza della lampada optoaccoppiatore è di centinaia di ohm e la fotoresistenza è di megaohm (al momento della misurazione la lampada non è alimentata). La Figura 8 mostra una vista dall'alto del dispositivo (il coperchio è rimosso). VS1 e VS2 sono installati su un radiatore comune, VS3 e VS4 sono installati su radiatori separati. Le filettature sui radiatori dovevano essere tagliate per adattarle ai tiristori. I conduttori flessibili dei tiristori di potenza vengono tagliati e l'installazione viene eseguita utilizzando un filo più sottile.
La figura 9 mostra una vista del pannello frontale del dispositivo.
A sinistra c'è la manopola di controllo della corrente di carico, a destra c'è la scala del voltmetro. I LED sono fissati vicino alla scala, quello superiore (rosso) si trova vicino alla scritta “300 V”. I terminali del dispositivo non sono molto potenti, poiché vengono utilizzati per saldare parti sottili, dove la precisione nel mantenimento della modalità è molto importante. Il tempo di avviamento del motore è breve, quindi i collegamenti terminali hanno una durata sufficiente. Il coperchio superiore è fissato a quello inferiore con uno spazio di un paio di centimetri per garantire una migliore circolazione dell'aria. Il dispositivo può essere facilmente aggiornato. Pertanto, per automatizzare la modalità di avviamento del motore dell'auto, non sono necessarie parti aggiuntive (Fig. 10).
È necessario collegare un gruppo di contatti normalmente chiusi del relè K1 dal circuito voltmetro a doppio limite tra i punti “D” ed “E” della centralina. Se regolando R3 non fosse possibile portare la soglia di intervento del voltmetro a 12...13 V, allora sarà necessario sostituire la lampada HL3 con una più potente (impostare 10 W anziché 15). I dispositivi di avviamento industriale sono regolati su una soglia di commutazione anche di 9 V. Si consiglia di impostare la soglia di commutazione del dispositivo su una tensione più elevata, poiché anche prima dell'accensione del motorino di avviamento, la batteria viene leggermente caricata di corrente (fino al livello di commutazione). Ora l'avviamento avviene con la batteria leggermente “ricaricata” abbinata ad uno starter automatico. All'aumentare della tensione di bordo l'automazione “chiude” l'erogazione di corrente dal dispositivo di avviamento; dopo ripetuti avviamenti l'erogazione viene ripresa nei momenti opportuni. Il regolatore di corrente del dispositivo (fattore di lavoro degli impulsi raddrizzati) consente di limitare la quantità di corrente di spunto. Autori: N.P. Goreiko, V.S. Stufette
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