Удосконалюючи один з раніше опублікованих симісторних регуляторів, автор поліпшив його характеристики, доповнив вузлом захисту від перевантаження і підтвердив свої технічні рішення розрахунками.
При налагодженні симисторного регулятора, зібраного по опису в [1], було виявлено, що ввести його в режим максимальної потужності в навантаженні не вдається. "Винуватцем" виявився генератор на одноперехідному транзисторі КТ117А, видає в кожному полупериоде мережевої напруги не один, а кілька імпульсів. В внаслідок конденсатор в ланцюзі живлення підсилювача імпульсів не встигав зарядитися до початку наступного напівперіоду і енергії імпульсів не вистачало для відкривання симістора.
Схема удосконаленого регулятора представлена на малюнку. У ньому не тільки усунутий описаний вище недолік, але і передбачений пристрій захисту від перевищення допустимого значення струму в ланцюзі навантаження.
На відміну від прототипу, генератор імпульсів тут виконаний на комплементарної парі транзисторів (VT1 КТ361Г, VT2 КТ315Г). В момент, коли наростає по мірі зарядки конденсатора C3 напруга на емітер транзистора VT1 перевищує напруга на його базі, генератор видає одиночний імпульс. Обидва транзистора лавиноподібно відкриваються, конденсатор C3 розряджається в основному через ділянку база-емітер транзистора VT3. Цей транзистор відкривається і конденсатор С5 розряджається через обмотку I імпульсного трансформатора Т2. Імпульс з обмотки II імпульсного трансформатора відкриває симистор VS2.
Транзистори VT1 і VT2 залишаються відкритими до моменту переходу мережевої напруги через нуль, точніше, до зниження напруги на живильної шині до 4...6 Ст. Після їх закривання генератор готовий видати черговий імпульс. Момент видачі імпульсу визначається тривалістю зарядки конденсатора C3 до напруги відкривання транзисторів і залежить від сумарного опору постійного резистора R7 і змінного R6.
Завдяки тому що в кожному полупериоде генератор виробляє тільки один імпульс, розряджений конденсатор С5 завжди має можливість заряджатися через діод VD8 протягом майже цілого напівперіоду, за винятком короткого інтервалу, коли миттєве значення напруги близько до нуля. При середньому струмі зарядки ізар.ср приблизно 9 мА (він залежить від опору резисторів R1 і R2) конденсатор С5 встигне за напівперіод (10 мс) зарядитися до 22 (обмежено стабілітронами VD2 і VD3), якщо його ємність не більше
Якою може бути мінімальна ємність цього конденсатора? Щоб симистор VS2 (ТС132-50-6, [2]) відкрився, напруга на його керуючому електроді Uy має перевищувати 4 протягом не менш t вкл - 12 мкс. Струм керуючого електрода iy при такому напруженні - 200 мА.
Опір ланцюга керуючого електрода Ry можна оцінити за законом Ома:
З урахуванням коефіцієнта трансформації до трансформатора Т2 наведені до його первинній обмотці значення напруги та опору:
З рівняння
де U0=22 В - вихідна напруга на конденсаторі С5, знайдемо
Ємність конденсатора С5 вибираємо рівною 1 мкФ.
Пристрій захисту від перевантаження виконано на тріністоре VS1 КУ101Г. Під дією сигналу датчика перевантаження - трансформатора струму Т1 - тріністор відкривається, що призводить до зниження напруги на виході діодного моста VD1 приблизно до 4 Ст. Це менше напруги стабілізації стабілітрона КС168А (VD7). Тому генератор імпульсів на транзисторах VT1 і VT2 припиняє роботу, сімістор VS2 більше не відкривається. Про спрацьовуванні захисту свідчить світіння світлодіода HL1.
Завдяки конденсатору С1 і диоду VD6 струм через тріністор VS1 в моменти переходу мережевої напруги через нуль не припиняється і тріністор залишається відкритим. Щоб повернути регулятор з спрацювала захистом в робочий стан, необхідно на кілька секунд (час, достатній для розрядки конденсатора С1) відключити його від мережі.
Напруга на вторинній обмотці трансформатора Т1 пропорційно струму, поточного у первинній обмотці, включеної послідовно в ланцюг навантаження. На керуючий електрод тріністора VS1 надходить частина напруги вторинної обмотки, випрямленої діодами VD4 і VD5. За допомогою підлаштування резистора R4 регулюють поріг спрацьовування захисту. Конденсатор С2 запобігає її спрацьовування від імпульсних перешкод.
Трансформатор струму в якості датчика перевантаження зручний тим, що навіть при струмі, значно перевищує встановлений поріг спрацьовування захисту (наприклад, при короткому замиканні навантаження), напруга на його вторинній обмотці залишається безпечним для інших елементів пристрою. Це відбувається завдяки різкому зменшення коефіцієнта трансформації внаслідок насичення магнітопровода.
Застосований в регуляторі - трансформатор струму Т1 виготовлений з трансформатора Т-Ш-ЗМ від абонентського гучномовця. Подібне можна знайти і в деяких телефонних апаратах. Розтин його Ш-образного магнітопровода SM=64·10-6 м2, середня довжина магнітної лінії lM = 72·10-3 м. Експериментально визначена відносна магнітна проникність μ=0,7·103 при індукції 1 Тл. Насичення настає при індукції 1,6...1,8 Тл.
Наведемо розрахунок трансформатора струму:
1. Напруженість поля, необхідна для отримання індукції В = 1 Тл,
2. Потрібні для цього ампер-витки
3. Амплітуда струму навантаження при максимальній потужності Р=2500 Вт та ефективному значення напруги U=220 В дорівнює
4. Число витків первинної (струмового) обмотки
Приймаємо w1=5.
5. Індуктивність первинної обмотки
6. Індуктивний опір первинної обмотки при частоті мережі f=50 Гц
7. Падіння напруги на індуктивному опорі первинної обмотки
8. Для надійного відкривання тріністора КУ101 необхідно подати на його керуючий електрод напругу не менше 15 В [2]. Саме такою повинна бути амплітуда напруги на вторинній обмотці U2. Кількість її витків
Так як у пристрої застосовано двухполуперіодний випрямляч (діоди VD3, VD4), вторинна обмотка трансформатора фактично повинна складатися з вдвічі більшого числа витків - 1500 з відведенням від середини. Протікає по цій обмотці струм дуже малий, тому діаметр дроту вибирають виходячи лише з його механічної міцності і можливості розміщення потрібного числа витків у вікні магнітопровода.
Первинну обмотку намотують в один шар поверх добре ізольованою вторинної дротом перетином не менше 4...5 мм2. Провід такого перерізу дуже незручний в намотуванні, тому краще скористатися джгутом з великої кількості тонких проводів сумарним перетином, рівним необхідному. Дроти джгута з'єднують паралельно.
Налагодження регулятора зводиться до встановлення струму спрацьовування захисту підлаштування резистором R4 і до добірці номіналу резистора R7, від якого залежить верхня межа інтервалу регулювання потужності (зазвичай 94...97%). Номінал R7 вибирають таким чином, щоб в режимі максимальної потужності не спостерігалися "пропуски" напівперіодів з-за неоткрывания симістора VS2.
Для придушення створюваних регулятором радіоперешкод слід використовувати рекомендований в [1] фільтр.
Література
Автор: Б. Лавров, р. Санкт-Петербург