РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ НА ЛОГИЧЕСКИХ МИКРОСХЕМАХ

В практике различных предприятий нередко требуется управлять большими мощностями перемен­ного тока. Это, например, регулирова­ние нагрева электропечей, тиглей, инф­ракрасных излучателей, сушильных шкафов, термостатов, освещения зри­тельных залов, световой рекламной ап­паратуры и пр. В таких случаях наибо­лее пригодны бесконтактные тиристорные регуляторы.

Описание одного из таких регуляторов, построенного с использованием импульсного метода управления тринисторным ключом, приведено ниже. Сущность метода заключается в подаче на управляющий электрод тринистора не одного, а пачки коротких управляю­щих импульсов ( этот вариант импульс­ного метода управления тринистором известен под названием числоимпульсного). Смещение по времени начала пачки относительно начала полуперио­да сетевого напряжения определяется управляющим напряжением. Чем боль­ше управляющее напряжение, тем раньше начинает вырабатываться пачка импульсов, открывающая тринистор и, следовательно, больше средняя мощ­ность, выделяющаяся в нагрузке. Им­пульсный метод управления обеспечи­вает надежное открывание тринистора при любом характере нагрузки (актив­ном или реактивном) и, кроме того, позволяет снизить мощность на управ­ляющем переходе тринистора.

Структурная схема регулятора изоб­ражена на рис. 1. Генератор пилооб­разного напряжения ГПН синхронизи­рован с частотой сети импульсами, поступающими от формирователя ФИ. Выходной сигнал генератора поступает на вход сравнивающего устройства СУ; сюда же подается внешний управляю­щий сигнал Uупр . В результате срав­нения этих напряжений на выходе срав­нивающего устройства образуется сиг­нал, управляющий работой узла сов­падения УС. При наличии сигнала сравнивающего устройства узел совпадения пропускает со входа на выход импульсное напряжение относительно высокой частоты с выхода генерато­ра ГИ.

На выходе узла совпадения форми­руются пачки коротких импульсов, которые подают на тринисторный ключ ТК. Ключ регулирует мощность, подводимую к нагрузке Н из питающей сети. Изменяя уровень управляющего сигнала Uупр, можно изменять сдвиг фазы пачки импульсов, управляющих работой тринисторного ключа, отно­сительно начала полупериода напряже­ния сети н тем самым изменять мощ­ность, выделяющуюся в нагрузке.

Принципиальная схема регулятора, построенная в соответствии с рассмот­ренной структурной схемой, изображе­на на рис. 2, а на рис. 3 показан харак­тер процессов в различных узлах уст­ройства.

 На вход элемента D2.1 формирователя импульсов через резистор R2 поступают положительные полупериоды выпрямленного напряжения (1Увып. рис 3). Как только напряжение умень­шается до некоторого порогового уровня Uпор, напряжение на выходе формирователя (на выводе 9 элемен­та D2.2) уменьшается до уровня «О».

В начале очередного полупернода напряжение Uвып. снова превзойдет уровень Uпор. , а напряжение U D2.2 на выходе формирователя снова увели­чивается до уровня "1".Таким образом, в моменты перехода сетевого напряже­ния через нуль формируются синхро­импульсы длительностью 1.5...2 мс, которые поступают на генератор пило­образного напряжения и синхронизиру­ют его работу с частотой сетевого напряжения.

Генератор пилообразного напряже­ния выполнен на элементе D3.1, кон­денсаторе СЗ, разделительном дио­де V8 и резисторе R8. В начале синхро­импульса диод V8 открывается и нап­ряжение логического «0» с выхода формирователя поступает на вход элемента D3 1. При этом конденса­тор СЗ через резистор R8, диод V8 и элемент D2.2 заряжается до напряже­ния, равного почти 5 В. Поэтому после окончания действия синхроимпульса диод VS закроется, а на выходе элемен­та D3.I за счет разрядки конденсато­ра СЗ формируется линейно уменьшаю­щееся напряжение. Разрядка протекает до начала следующего синхроимпульса, после чего весь процесс повторяется. Образующееся пилообразное напря­жение через резистор R9 поступает на вход устройства сравнения на транзисторе V9. К базе этого транзисто­ра подведено через резистор R7 отри­цательное управляющее напряжение со входа А. Транзистор подключен коллектором к одному из входов узла совпадения на элементе D3.2 (к выво­дам 12, 13). На другой вход узла (на выводы 9, 10) поступают короткие импульсы с генератора, собранного на микросхеме D1. Если управляющее напряжение отсутствует (равно 0), положительное пилообразное напряже­ние поддерживает транзистор V9 откры­тым. вследствие чего импульсы с гене­ратора не проходят на выход узла сов­падения. Поэтому тринисторные ключи VII и VI2 остаются закрытыми.

Как только управляющее отрицатель ное напряжение на входе А (рис 2) достигнет уровня, достаточного для того, чтобы транзистор V9 закрывался на короткие отрезки времени (на рис. 3 форма напряжения на базе транзисто­ра V9 показана упрощенно), напряже­ние на его коллекторе будет разрешать прохождение высокочастотных импуль­сов через элемент D3.2 на выход узла совпадения (вывод 8). При этом на вторичных обмотках II и III трансфор­матора формируются пачки импульсов, которые поступают на управляющие переходы тринисторов и открывают тот из них. к аноду которого в текущий полупериод приложено прямое напря­жение.

Если по какой-либо причине тринистор не откроется от первого импульса пачки, то откроется от одного из по­следующих — этим повышается надеж­ность работы регулятора.

Применение импульсного трансфор­матора Т2 позволяет гальванически развязать цепи управления от сети.

В качестве управляющего может быть использовано как постоянное регулируемое напряжение (с простей­шего параметрического стабилизатора, например), так и продетектированный сигнал с любого источника переменного напряжения (например, с усилителя НЧ в светомузыкальных установках). При увеличении числа каналов регулятора число потребных микросхем возрастает незначительно, так как генератор им­пульсов D1 и формирователь синхро­импульсов D2 являются общими для всех каналов регулятора. На рис. 2 показан регулятор, содержащий три одинаковых канала регулирования (1, 2, 3) с отдельными управляющими входами А, Б. В.

Все микросхемы устройства питаются от стабилизатора напряжения на стаби­литроне V6 и транзисторе V 6. Сетевой трансформатор Т1 выполнен на магни­топроводе Ш 16x25. Обмотка 1 со­держит 3000 витков провода ПЭВ-2 0,1, а обмотка 11 — 120 витков прово­да ПЭВ-2 0,47. Можно применить и трансформатор ТВЗ или ТВК от теле­визоров, перемотав вторичную обмотку на переменное напряжение 8 В.

Импульсный трансформатор Т2 со­держит три одинаковых обмотки по 40 витков провода ПЭВ-2 0,17, намотан­ных на кольце К10х6х5 из ферри­та 600НН. Тринисторы КУ202Н выбра­ны из расчета на максимальную регу­лируемую мощность одного канала около 2 кВт. При меньшей мощности можно применить тринисторы КУ201Л.

Налаживание регулятора, собранно­го из заведомо исправных деталей, сводится к установке частоты следова­ния импульсов генератора в пределах 8... 10 кГц подбором конденсатора С2. Иногда бывает необходимо уточнить номинал резистора R3, если длитель­ность синхроимпульсов выходит за ука­занные пределы.

А. ВДОВИКИН, Р. АБУЛЬХАНОВ, Ю. ДЕМИН г. ПЕНЗА