Экономичное управление симистором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

К числу наиболее актуальных следует отнести вопрос снижения среднего значения тока управления симистором. Автор предлагает весьма интересный подход к решению этого вопроса.

Применение симистора вместо двух тринисторов, включенных встречно параллельно, во многих случаях более оправдано, так как, кроме прочего, позволяет уменьшить габариты и стоимость устройства. Однако симисторы требуют сравнительно большего управляющего тока, что несколько ограничивает их применение в простых бестрансформаторных устройствах, питающихся непосредственно от сети через балластные элементы, гасящие избыток напряжения. В известных бестрансформаторных устройствах бытовой автоматики для уменьшения тока симистора использованы оптотиристорные или релейные промежуточные элементы.

Существенно уменьшить средний открывающий ток позволяет импульсное управление симистором. Подобное решение рассмотрено в [1 ], где описан узел управления, формирующий открывающие импульсы в начале каждого полупериода сетевого напряжения. Это устройство успешно работает совместно с активной нагрузкой, но с активно-индуктивной (обмотка электродвигателя или трансформатора) его работа будет неудовлетворительной, а в ряде случаев невозможной из-за фазового сдвига между напряжением сети и током в цепи нагрузки, а также из-за ограничения скорости нарастания тока нагрузки (эффект малой нагрузки).

Решить задачу можно, если синхронизировать устройство с паузами не напряжения сети, а тока нагрузки, причем в качестве датчика тока нагрузки удобно использовать сам симистор. Суть состоит в том, что когда между основными выводами 1 и 2 симистора малое напряжение, т. е. он открыт, через него протекает ток, а если между этими выводами присутствует положительное или отрицательное напряжение, большее постоянного открывающего, - закрыт. Следовательно, синхронизирующим должно быть напряжение между выводами 1 и 2 симистора. При этом, в отличие от традиционных узлов управления, формирующих открывающий ток по принципу "лишь бы не меньше", контроль напряжения на симисторе позволяет заметно снизить средний ток управления, поскольку он автоматически прекращается после открывания симистора.

На рис. 1 изображена упрощенная схема узла управления симистором, реализующего описанный способ. Датчик состояния симистора, собранный на транзисторах VT1 - VT3 и резисторах R1, R4, R5 по схеме, описанной в [2], формирует высокий выходной уровень, если симистор VS1 открыт.

Как только напряжение между выводами 1 и 2 закрытого симистора превысит 12 В, открываются либо транзистор VT3, либо VT1, VT2 в зависимости от полярности этого напряжения. В обоих случаях открывается транзистор VT4 и через него, резистор R6 и управляющий электрод симистора протекает открывающий ток. Значение этого тока (примерно 0,15 А) определяет сопротивление резистора R6.

Как только симистор откроется, напряжение на нем уменьшится до 1 ...1,5 В, что приведет к закрыванию всех транзисторов и прекращению открывающего симистор тока. Если ток через симистор не достигнет границы тока удержания, что может быть в случае индуктивной или малой активной нагрузки, то симистор закроется и процесс будет повторяться, пока симистор не отроется надежно.

В случае активной нагрузки обычно достаточно одного открывающего импульса, а при активно-индуктивной может потребоваться несколько. Причем с активной нагрузкой устройство потребляет ток примерно 0,3 мА, а при наличии индуктивной составляющей - до 3 мА. Из сказанного следует, что узел управления адаптируется к виду нагрузки и формирует ток, строго достаточный для открывания симистора.

На рис. 2 изображена практическая схема узла управления симистором. Питается узел непосредственно от сети переменного тока, как и нагрузка RH. Сетевое напряжение выпрямляет однополупериодный выпрямитель на диодах VD5, VD6 и стабилизирует на уровне 15 В стабилитрон VD4. Избыток сетевого напряжения гасит конденсатор C3.

Резистор R12 ограничивает импульсный ток через диоды выпрямителя при включении устройства в сеть, а резистор R11 разряжает конденсатор C3 после выключения устройства. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Стабилизированным напряжением 15 В, снимаемым с выводов А и Г, питается и функциональный узел, который определяет назначение всего устройства в целом. Функциональный узел должен потреблять ток не более 7 мА в случае активной нагрузки и не более 5 мА при активно-индуктивной с cosφ>0,7.

Цепь управления симистором VS1 состоит из конденсатора С2, резистора R10 и транзистора VT5. Напряжение, накопленное на этом конденсаторе, приложено к управляющему электроду симистора VS1 через резистор R10 и транзистор VT5. Резистор ограничивает открывающий ток на уровне 0,15 А.

Конденсатор С2 в паузах между открывающими импульсами заряжается через резистор R9 от стабилизированного напряжения. Одновременно этот резистор вместе с конденсатором С1 образуют RC-фильтр, не пропускающий импульсные помехи из цепи управления симистором в цепь питания функционального и управляющего узлов.

Транзистором VT5 управляет логический элемент ЗИЛИ - НЕ, собранный на транзисторе VT2 и диодах VD1 - VD3 . Разрешающий управление высокий уровень на выходе логического элемента будет тогда, когда, во-первых, на вывод Б узла управления поступит низкий уровень с функционального узла, во-вторых, на симисторе VS1 напряжение достигнет 12 В и, в-третьих, конденсатор С2 зарядится до напряжения 10 В, достаточного для открывания симистора.

Напряжение на симисторе контролирует датчик его состояния, собранный на транзисторах VT3, VT4, VT6 и резисторах R6, R8, R13 и R14, о работе которого рассказано выше. С аыхода функционального узла активный сигнал низкого уровня поступает на вывод В и далее на вход узла фазового управления, описанного ниже, и на один из входов логического элемента ЗИЛИ - НЕ.

За напряжением на конденсаторе С2 следит узел, собранный на транзисторе VT1 и резисторах R3 - R5. Если конденсатор С2 заряжен до напряжения 10 В, низкий активный уровень с коллектора транзистора VT1 поступает на один из входов элемента ЗИЛИ - НЕ.

Для получения законченного устройства (термостабилизатора, светорегулятора и т. д.) к описанному узлу управления симистором необходимо подключить тот или иной функциональный узел, который и будет определять заданную функцию устройства.

На рис. 3 изображена схема функционального узла, позволяющего на базе описанного устройства управления симистором построить двупозиционный термостабилизатор для инкубатора. Датчиком температуры служит однопереходный транзистор VT1. Длительный опыт эксплуатации этого транзистора в подобном режиме показал, что он обладает хорошей чувствительностью и временной стабильностью и как нельзя лучше подходит для такой роли.

Межбазовое сопротивление транзистора VT1 включено в плечо измерительного моста, состоящего из резисторов R1 - R3 и подстроечного резистора R4 или R5, в зависимости от положения переключателя SA1. Выходное напряжение моста поступает на вход компаратора, собранного на ОУ DA1. Резистор R6 обеспечивает температурный "гистерезис" около ±0,25°С.

При использовании транзистора КТ117 с другим буквенным индексом необходимо сначала сбалансировать мост грубо подборкой резистора R3, а затем точно резистором R4 при температуре +40 °С и резистором R5 - при +38°С. Измерительный мост и ОУ питаются от параметрического стабилизатора VD1R7.

Схема функционального узла, позволяющего реализовать фазовое управление симистором, показана на рис. 4.

Принцип работы устройства основан на снятии с узла управления сигнала синхронизации (с вывода В) и трансляции его с регулируемой задержкой на один из входов логического элемента 3ИЛИ - НЕ узла (на вывод Б). Регулируемую задержку формирует устройство, собранное на четырех инверторах.

Инвертор DD1.1 посредством последовательной цепи, состоящей из диода VD1 и резистора R1, удерживает конденсатор С1 в разряженном состоянии, пока на симисторе отсутствует напряжение (т. е. симистор открыт). В момент появления на симисторе напряжения 12 В высокий минусовый уровень элемента DD1.1 закрывает диод VD1 и начинается зарядка конденсатора С1 через резисторы R2, R3.

Как только напряжение на конденсаторе С1 достигнет порога срабатывания триггера Шмитта, собранного на инверторах DD1.3, DD1.4 и резисторах R4, R5, он переключится. Высокий выходной уровень триггера инвертирует элемент DD1.2, после чего низкий уровень поступит на вход узла управления симистором (на вывод Б). Резистор R1 замедляет разрядку конденсатора С1, что позволяет сформировать серию открывающих импульсов в случае активно-индуктивной нагрузки.

Узел управления был испытан с симисторами ТС2 - 10, ТС2 - 16, ТС2 - 25, ТС112 - 10, ТС112 - 16, ТС122 - 25. Без всякого предварительного отбора все они работали устойчиво. При использовании других симисторов рекомендуется подобрать резистор R10 с тем, чтобы получить необходимый открывающий ток управления, рекомендуемый справочной литературой.

Чертеж печатной платы узла управления представлен на рис. 5.

(нажмите для увеличения)

Она изготовлена из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Литература

1. Бирюков С. Симисторный термостабилизатор. - Радио, 1998, № 1, с. 50, 51.
2. Д. Г. Детектор нуля. - Млад конструктор, 1987, № 2, с. 16.

Автор: В.Володин, г.Одесса, Украина

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Женские нейроны тоньше мужских 30.11.2017 Исследователи из Пенсильванского университета сравнили крысиные нейроны, взятые из мозга самцов и самок, и обнаружили, что самочьи нейроны более тонкие и хрупкие, чем самцовые. То же самое увидели и у человеческих нейронов - женские были тоньше мужских. Как известно, нейроны - это клетки с множеством отростков, по которым бегут нейронные импульсы. Короткие отростки называются дендритами, длинные - аксонами. И длинными - это еще мягко сказано: в некоторых случаях аксоны могут достигать в длину одного метра и более. То, что мы только что сказали про хрупкость женских нейронов, касается именно их аксонов. Но дело не в толщине самой по себе. В женских аксонах мало микротрубочек - особых внутриклеточных структур, которые играют роль скелета и заодно обеспечивают транспорт веществ по клетке. Понятно, что для нейронов с их отростками вопрос транспорта крайне важен. В случае травмы аксоны женских нейронов пострадают сильнее, потому что они менее прочные. Самому аксону рваться не обязательно, но от напряжения в нем могут разрушиться транспортные магистрали микротрубочек, так что в результате в клетке возникнут настоящие транспортные пробки, не дающие молекулярному грузу добраться до нужного места. Как следствие, в аксоне нарушится баланс ионов между внешней средой и внутренней. А мы знаем, что ионный дисбаланс - это сигнал что с клеткой что-то не то, и в таком случае в ней запускаются механизмы клеточного самоубийства: активируются белки, разрушающие мембраны, органеллы и т. д. После травмы (которая оставляла клетку целой) аксоны женских нейронов сильнее набухали и в них сильнее были нарушены сигнальные пути, связанные с ионами кальция (а ионы кальция играют большую роль, когда клетка решает, включать ли программу саморазрушения или нет).

Другие интересные новости:

▪ Витаминная бомба из моллюсков

▪ Ультракороткофокусный проектор Fengmi Laser TV C3

▪ Искусственная зубная эмаль

▪ Игровая консоль Microsoft Xbox One X (Project Scorpio)

▪ Искусственное небо

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Нормативная документация по охране труда. Подборка статей

▪ статья Явлся - не запылился. Крылатое выражение

▪ статья Как образовалась нефть? Подробный ответ

▪ статья Действие на человека теплоты и лучистой энергии

▪ статья Отбелка солярового масла. Простые рецепты и советы

▪ статья УМЗЧ с однополярным источником питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026