Тиристор – принцип работы, устройство и схема управления

Вступление.

Я много лет тому назад изготовил подобный регулятор, когда приходилось подрабатывать ремонтом р/а на дому у заказчика. Регулятор оказался настолько удобным, что со временем я изготовил ещё один экземпляр, так как первый образец постоянно обосновался в качестве регулятора оборотов вытяжного вентилятора. https://oldoctober.com/

Кстати, вентилятор этот из серии Know How, так как снабжён воздушным запорным клапаном моей собственной конструкции. Описание конструкции >>> Материал может пригодиться жителям, проживающим на последних этажах многоэтажек и обладающих хорошим обонянием.

Мощность подключаемой нагрузки зависит от применяемого тиристора и условий его охлаждения. Если используется крупный тиристор или симистор типа КУ208Г, то можно смело подключать нагрузку в 200… 300 Ватт. При использовании мелкого тиристора, типа B169D мощность будет ограничена 100 Ваттами.

Регулятор мощности

В схеме реализован принцип частотно-импульсного регулирования угла отпирания тиристоров за счет синхронизации с сетью. Такое управление является наиболее эффективным и надежным, так как тиристор работает в нормальных режимах без завышения своих возможностей.

В схеме имеется генератор, который формирует импульсы управления и сдвигает их относительно фронтов импульсов при переходе сетевого напряжения через ноль. Управляющая последовательность импульсов подается на УЭ и К. Напряжение в нагрузке выпрямляется при помощи двухполупериодного выпрямителя. Использование емкостей в схеме в качестве фильтров недопустимо, так как они будут нарушать главный принцип работы устройства. Такой регулятор мощности можно применить для управления температурой жала паяльника путем изменения напряжения его питания. Но если потребуется организоваться управления первичными цепями трансформатора, придется включить нагрузку перед диодным мостом. Ток регулирования должен быть не более 7,5 А.

Читайте также:  Виды сварочных выпрямителей: преимущества и особенности эксплуатации

Как это работает?

Вот так работает тиристор в цепи переменного тока. Когда сила тока, текущего через управляющий электрод, достигает определённого порогового значения, тиристор отпирается и запирается лишь тогда, когда исчезает напряжение на его аноде.

Примерно так же работает и симистор (симметричный тиристор), только, при смене полярности на аноде, меняется и полярность управляющего напряжения.

На картинке видно, что куда поступает и откуда выходит.

Ремарка.

В бюджетных схемах управления симисторами КУ208Г, когда есть только один источник питания, лучше управлять «минусом» относительно катода.

Чтобы проверить работоспособность симистора, можно собрать вот такую простую схемку. При замыкании контактов кнопки, лампа должна погаснуть. Если она не погасла, то либо симистор пробит, либо его пороговое напряжение пробоя ниже пикового значения напряжения сети. Если лампа не горит при отжатой кнопке, то симистор оборван. Номинал сопротивления R1 выбирается так, чтобы не превысить максимально-допустимое значение тока управляющего электрода.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление межу анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение межу его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Конструкция и детали.

Регулятор собран в корпусе блока питания некогда популярного калькулятора «Электроника Б3-36».

Симистор и потенциометр размещены на стальном уголке, изготовленном из стали толщиной 0,5мм. Уголок прикручен к корпусу двумя винтами М2,5 с использованием изолирующих шайб.

Резисторы R2, R3 и неоновая лампа HL1 одеты в изолирующую трубку (кембрик) и закреплены методом навесного монтажа на других электроэлементах конструкции.

Читайте также:  Как правильно пользоваться домкратом

Для повышения надёжности крепления штырей вилки, пришлось напаять на них по несколько витков толстой медной проволоки.

Так выглядят регуляторы мощности, которые я использую много лет.

Get the Flash Player to see this player.

А это 4-х секундный ролик, который позволяет убедиться в том, что всё это работает. Нагрузкой служит лампа накаливания мощностью 100 Ватт.

Проверка тиристора

Многих интересует, тиристор КУ202Н как проверить и как правильно включить в устройстве для проверки его работоспособности. Дело в том, что довольно часто он оказывается неисправен по различным причинам. Притом дефекты встречаются и у новых изделий.

Проверить тиристор можно несколькими способами:

  • Использовать специальное устройство, которое анализирует параметры всех переходов.
  • Применить мегомметр для проверки состояния основного перехода в обоих направлениях. В обратном направлении должен прозваниваться как обычный диод, в прямом включении он закрыт, в идеальном состоянии его сопротивление должно быть равно бесконечности.

Второй способ применим только к серии устройств с буквенным индексом М и Н. При этом можно устанавливать напряжение прозвонки до 400 В. Устройства с буквами К и Л только до 300 В, Ж и И – до 200 В и так далее. Прежде чем проверять таким способом изделие, необходимо сверить его технические характеристики со справочной таблицей. Иначе можно повредить устройство, даже не использовав его по назначению.

Менее мощные тиристоры могут быть проверены обычным мультиметром в режиме прозвонки (значок диода и звукового сигнала). В обратном направлении он звонится как диод, в прямом – бесконечность.

Важно! При осуществлении проверки тиристора в режиме диода, необходимо УЭ объединить с А.

Дополнительный материал.

1116.png

Цоколёвка (распиновка) крупных отечественных симисторов и тиристоров. Благодаря могучему металлическому корпусу эти приборы могут без дополнительного радиатора рассеивать мощность 1… 2 Ватта без существенного изменения параметров.

Цоколёвка мелких популярных тиристоров, которые могут управлять напряжением сети при среднем токе 0,5 Ампера.

Тип прибора Катод Управ. Анод
BT169D(E, G) 1 2 3
CR02AM-8 3 1 2
MCR100-6(8) 1 2 3

28 Апрель, 2011 (23:10) в Источники питания, Сделай сам

DataSheet

ku202.jpg Цоколевка тиристора КУ202

Описание

Тиристоры кремниевые планарно-диффузионные p—n—p—n. Предназначены для применения в качестве ключевых элементов в схемах автоматики и в управляемых выпрямителях. Выпускаются в металлостеклянном корпусе штыревой конструкции с жесткими выводами. Анодом является основание. Обозначение типономинала приводится на корпусе. Масса не более 14 г.

Указания по монтажу

При эксплуатации тиристоров между катодом и выводом управления должен быть включен резистор сопротивления 51 Ом+ 5%. При Rу>51 Ом норма на неотпирающий ток управления не гарантируется. При отрицательном напряжении на аноде тиристора подача прямого тока управления не допускается. Время пайки выводов при температуре припоя до 260 °С не должно превышать 3 с. Пайка допускается на расстоянии не ближе 7 мм для катодного вывода и 3,5 мм для вывода управления от стеклянного изолятора. Закручивающий момент не более 2,45 Н·м.Параметры тиристора КУ202

Читайте также:  Измеритель износа велосипедной цепи (калибр)

Параметр Обозначение Маркировка Значение Ед. изм.
Аналоги КУ202А 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202Б 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202В 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202Г 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202Д 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202Е 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202Ж 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202И 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202К 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202Л 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202М 1N4202, NAS4443, NASB
КУ202Н BTX32S100, H10T15CN, 1N4202
Повторяющееся импульсное напряжение — наибольшее мгновенное значение обратного напряжения, прикладываемого к тиристору, включая только повторяющиеся переходные напряжения. Uобр,п, U*обр,max КУ202А В
КУ202Б 25*
КУ202В
КУ202Г 50*
КУ202Д
КУ202Е 100*
КУ202Ж
КУ202И 200*
КУ202К
КУ202Л 300*
КУ202М
КУ202Н 400*
Повторяющиеся импульсное напряжение в закрытом состоянии — наибольшее мгновенное значение напряжения в закрытом состоянии, прикладываемого к тиристору, включая только повторяющиеся переходные напряжения. Uзс,п, U*зс, max КУ202А 25* В
КУ202Б 25*
КУ202В 50*
КУ202Г 50*
КУ202Д 100*
КУ202Е 100*
КУ202Ж 200*
КУ202И 200*
КУ202К 300*
КУ202Л 300*
КУ202М 400*
КУ202Н 400*
Постоянный импульсный ток в открытом состоянии — наибольшее значение тока в открытом состоянии. Iос, и КУ202А 30 А
КУ202Б 30
КУ202В 30
КУ202Г 30
КУ202Д 30
КУ202Е 30
КУ202Ж 30
КУ202И 30
КУ202К 30
КУ202Л 30
КУ202М 30
КУ202Н 30
Cредний ток в открытом состоянии — среднее за период значение тока в открытом состоянии. Iос, ср, I*ос, п КУ202А 10* А
КУ202Б 10*
КУ202В 10*
КУ202Г 10*
КУ202Д 10*
КУ202Е 10*
КУ202Ж 10*
КУ202И 10*
КУ202К 10*
КУ202Л 10*
КУ202М 10*
КУ202Н 10*
Импульсное напряжение в открытом состоянии — наибольшее мгновенное значение напряжения в открытом состоянии, обусловленное импульсным током в открытом состоянии заданного значения Uoc, и, U*oc КУ202А ≤1.5* В
КУ202Б ≤1.5*
КУ202В ≤1.5*
КУ202Г ≤1.5*
КУ202Д ≤1.5*
КУ202Е ≤1.5*
КУ202Ж ≤1.5*
КУ202И ≤1.5*
КУ202К ≤1.5*
КУ202Л ≤1.5*
КУ202М ≤1.5*
КУ202Н ≤1.5*
Неотпирающее постоянное напряжение управления — наибольшее постоянное напряжение на управляющем электроде, вызывающее переключение тринистора из закрытого состояния в открытое. Uу, нот КУ202А ≥0.2 В
КУ202Б ≥0.2
КУ202В ≥0.2
КУ202Г ≥0.2
КУ202Д ≥0.2
КУ202Е ≥0.2
КУ202Ж ≥0.2
КУ202И ≥0.2
КУ202К ≥0.2
КУ202Л ≥0.2
КУ202М ≥0.2
КУ202Н ≥0.2
Повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии — импульсный ток в закрытом состоянии, обусловленный повторяющимся импульсным напряжением в закрытом состоянии. Iзс, п, I*зс КУ202А ≤4* мА
КУ202Б ≤4*
КУ202В ≤4*
КУ202Г ≤4*
КУ202Д ≤4*
КУ202Е ≤4*
КУ202Ж ≤4*
КУ202И ≤4*
КУ202К ≤4*
КУ202Л ≤4*
КУ202М ≤4*
КУ202Н ≤4*
Повторяющийся импульсный обратный ток — обратный ток, обусловленный повторяющимся импульсным обратным напряжением Iобр, п, I*обр КУ202А ≤4* мА
КУ202Б ≤4*
КУ202В ≤4*
КУ202Г ≤4*
КУ202Д ≤4*
КУ202Е ≤4*
КУ202Ж ≤4*
КУ202И ≤4*
КУ202К ≤4*
КУ202Л ≤4*
КУ202М ≤4*
КУ202Н ≤4*
Отпирающий постоянный ток управления — наименьший постоянный ток управления, необходимый для включения тиристора (из закрытого состояния в открытое) Iу, от, I*у, з, и КУ202А ≤200 мА
КУ202Б ≤200
КУ202В ≤200
КУ202Г ≤200
КУ202Д ≤200
КУ202Е ≤200
КУ202Ж ≤200
КУ202И ≤200
КУ202К ≤200
КУ202Л ≤200
КУ202М ≤200
КУ202Н ≤200
Постоянное отпирающее напряжение управления — напряжение между управляющим электродом и катодом тринистора, соответствующее отпирающему постоянному току управления Uy, от, U*y, от, и КУ202А ≤7 В
КУ202Б ≤7
КУ202В ≤7
КУ202Г ≤7
КУ202Д ≤7
КУ202Е ≤7
КУ202Ж ≤7
КУ202И ≤7
КУ202К ≤7
КУ202Л ≤7
КУ202М ≤7
КУ202Н ≤7
Скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии dUзc/dt КУ202А 5 В/мкс
КУ202Б 5
КУ202В 5
КУ202Г 5
КУ202Д 5
КУ202Е 5
КУ202Ж 5
КУ202И 5
КУ202К 5
КУ202Л 5
КУ202М 5
КУ202Н 5
Время включения тиристора — интервал времени, в течение которого тиристор включается отпирающим током управления или переключается из закрытого состояния в открытое импульсным отпирающим током. t вкл КУ202А ≤10 мкс
КУ202Б ≤10
КУ202В ≤10
КУ202Г ≤10
КУ202Д ≤10
КУ202Е ≤10
КУ202Ж ≤10
КУ202И ≤10
КУ202К ≤10
КУ202Л ≤10
КУ202М ≤10
КУ202Н ≤10
Время выключения — наименьший интервал времени между моментом, когда основной ток тиристора после внешнего переключения основных цепей понизится до нуля, и моментом, в который определенное основное напряжение проходит через нулевое значение без переключения тиристора tвыкл КУ202А ≤100 мкс
КУ202Б ≤100
КУ202В ≤100
КУ202Г ≤100
КУ202Д ≤100
КУ202Е ≤100
КУ202Ж ≤100
КУ202И ≤100
КУ202К ≤100
КУ202Л ≤100
КУ202М ≤100
КУ202Н ≤100

Описание значений со звездочками(*) смотрите в буквенных обозначениях параметров тиристоров.

uzs.png Максимальное напряжение в закрытом состоянии от температуры корпуса

ios.png Ток от напряжения в открытом состоянии

iossr.png Средний ток в открытом состоянии от температуры корпуса

Максимальный средний ток в открытом состоянии от температуры корпуса

Отношение отпирающих тока и напряжения от длительности импульса

Отпирающее напряжение управления от температуры корпуса

Время выключения от температуры корпуса

Время включения от температуры корпуса

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Где применяются тиристоры

Область применения тиристоров обширна. К примеру, из них можно собрать инвертор для сварки или зарядное автомобильное устройство. Некоторые умельцы своими руками собирают даже генераторы. Самое важное, что тиристоры могут через себя пропускать токи и высокочастотные, и низкочастотные. Поэтому, собрав мост из этих приборов, можно изготовить трансформатор и для сварочного аппарата.

Cхема управления тиристором

Тиристорные светодиоды

Обычно тиристор и светодиод в одном светильнике не устанавливаются. Его место заменяет диод, который работает и на включение, и на отключение, как обычный ключ. Это связано с разными причинами, где основная – это конструкция и принцип действия самого прибора, который всегда находится в открытом состоянии. В настоящее время ученые изобрели так называемый тиристорный светодиод.

Тиристорный светодиод

Во-первых, тиристорный светодиод в своем составе кроме кремния имеет: галлий, алюминий, индий, мышьяк и сурьму. Во-вторых, спектр излучения при n-переходах между материалами создает волну длиною 1,95 мкм. А это достаточно большая оптическая мощность, если ее сравнивать с диодным элементом, который производит световые волны в том же диапазоне.

Управление тиристорами

В силовых электронных аппаратах чаще всего используется или фазное, или широтно-импульсное управление тиристором.

В первом случае регулировать токовую нагрузку можно за счет изменения углов или α, или θ. Это относится к принудительной нагрузке. Искусственную нагрузку можно регулировать только с помощью управляемого тиристора, который также называется запираемый.

При ШИМ (широтно-импульсной модуляции) во время Тоткр сигнал подается, а, значит, сам прибор находится в открытом состоянии, то есть, ток подается с напряжением Uн. В период времени Тзакр сигнал отсутствует, а сам прибор находится непроводящем состоянии.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий