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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Triac-Leistungsregler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren Ein kompakter elektronischer Regler, mit dem Sie die Helligkeit des Glühens der Glühfäden von Glühlampen, die Leistung einer elektrischen Haushaltsheizung oder die Drehzahl der Welle eines Wechselstrommotors stufenlos und über einen ziemlich großen Bereich ändern können unerfahrene Funkamateure machen können. Schließlich basiert das vorgeschlagene Gerät auf einer technischen Lösung, die vielen aus den Veröffentlichungen früherer Analoga bekannt und bewährt ist: auf einem Triac mit wirtschaftlicher Ansteuerung nach dem Phasen-Impuls-Verfahren. Darüber hinaus wird der Schaltplan durch eine ausführlich ausgearbeitete Leiterplattentopologie mit Angabe der Lage der Montageelemente ergänzt. Ja, und Funkkomponenten werden im Design häufig verwendet. Zu den Vorteilen gehört auch der Einsatz von CMOS-Mikroschaltungen, die es ermöglichen, den Stromverbrauch des Steuerungssystems in allen Modi auf mindestens 1,5 mA zu reduzieren und es somit nicht vollständig vom Netzwerk zu trennen. Und der Ersatz eines typischen Kippschalters durch einen kleinen Knopf, der zusammen mit einer LED-Anzeige in der Nähe der Last angebracht ist, erhöht den Komfort beim Ein- und Ausschalten. Natürlich ist das immer noch nicht ideal. An der Arbeit sind nicht alle logischen Elemente von Mikroschaltungen beteiligt. Unbenutzte Eingänge müssen an die „gemeinsame“ Leitung angeschlossen werden. Fast der gesamte Stromkreis wird von einer Gleichstromquelle gespeist, die auf VD1-VD3, C2, C4 und C5 gesammelt ist. Darüber hinaus fungiert der Kondensator C2 als Löschreaktanz. Die Dioden VD1, VD2 bilden einen Vollweggleichrichter, dessen Spannung durch die Zenerdiode VD10 auf 3 V gehalten und durch die Gesamtkapazität C4 und C5 geglättet wird. Der Kondensator C4 leitet hauptsächlich hochfrequente Störungen ab, die von der Haushaltsstromversorgung ausgehen, wird jedoch aufgrund seiner erheblichen parasitären Induktivität nicht durch einen „Elektrolyten“ mit großer Kapazität unterdrückt. Das nächste Merkmal dieses Netzteils steht in direktem Zusammenhang mit Triacs. Tatsächlich können die meisten dieser charakteristischen Halbleiterbauelemente (bei einer „positiven“ Spannung an der Anode) durch Impulse beliebiger Polarität geöffnet werden, die an die Steuerelektrode relativ zur Kathode angelegt werden, und bei „negativem“ Ua – nur negativ. Daher ist der Pluspol der betreffenden Stromquelle nur mit der Triac-Kathode verbunden, und bei einer Spannung beliebiger Polarität an der Anode werden an der Steuerelektrode negative Impulse gebildet. Um das Wesentliche zu verdeutlichen, ist es meiner Meinung nach nützlich, sich daran zu erinnern, dass Sie mit der Phasenimpulsmethode die Leistung in der Last steuern können, indem Sie den Teil der Netzspannungshalbwelle ändern, in dem der Triac Strom durchlässt. Dies bedeutet, dass für den ordnungsgemäßen Betrieb des Geräts zunächst der Beginn jedes Halbzyklus (der der momentanen Spannung im Netzwerk gleich oder nahe Null entspricht) und dann 10 ms lang markiert werden muss ( die Dauer der Halbwelle der Netzspannung mit einer Frequenz von 50 Hz), um einen Impuls zu bilden. Und je früher wir den Triac öffnen, desto mehr Strom wird der Last zugewiesen. Der Impulsformer mit einer Frequenz von 100 Hz ist aus den Elementen VT1, VT2, R3, R4, R7 aufgebaut. Mit dem Auftreten einer positiven Halbwelle am oberen (je nach Schaltung) Netzwerkdraht wird die Spannung der „öffnenden“ Polarität an den Emitterübergang des Transistors \/T1 angelegt. Die Halbleitertriode wird wirklich offen und ihr Uk nähert sich Ue. Der Spannungsabfall am Widerstand R3 nähert sich 1 V des offenen Emitterübergangs des Transistors VT1, sodass der „in Sperrrichtung vorgespannte“ Emitterübergang des Transistors \/T2 nicht durchbricht. Bei einer negativen Halbwelle wechseln die Halbleitertrioden ihre Rollen. Der Widerstand R4 begrenzt den Strom durch die Basen der Transistoren. Und R7 stellt als Kollektorlast \ / T1 und VT2 das Nullpotential am Eingang 1 des Logikelements DD1.1 ein (bei geschlossenen Halbleitertrioden).
In Zeiten, in denen Unetwork nahe Null liegt, fließt kein Strom durch die oben genannten Transistoren, da der Spannungsabfall am Widerstand R3 nicht ausreicht, um sie zu entsperren. Das bedeutet, dass Uk gleich der Spannung am Minuspol der Stromquelle ist. Dadurch werden kurze negative Impulse erhalten, die dem Beginn jeder Halbwelle des Netzwerks entsprechen. Im eingeschalteten Zustand liegt am Eingang 2 DD1.1 ein hoher Spannungspegel an. Daher werden die am ersten Eingang ankommenden negativen Impulse durch das Logikelement invertiert und laden über den Emitterfolger (Transistor \/T5) den Kondensator C8 nahezu auf die Versorgungsspannung auf. Entladung - durch die Kette R8R9 und \/ T4. Wenn die Spannung auf die Schwellenwerte abfällt, schalten die Elemente DD1.2, DD1.3 um. Der vom DD1.3-Element kommende „Abfall“ wird von der C9R12-Schaltung differenziert und bereits in Form eines Impulses mit einer Dauer von etwa 12 μs eingeschaltet (über den DD1.4-Wechselrichter und den \/ T6-Transistor, der als Stromverstärker arbeitet) der Triac VS1. Der variable Widerstand R9 regelt die Dauer der Entladung des Kondensators C8, was bedeutet, dass sie den Moment des Einschaltens des Triacs und die effektive Spannung an der Last ändern. Die Kapazität des Kondensators C9 bestimmt die Dauer des Triac-Öffnungsimpulses, der Widerstand R12 stellt das Potential am Eingang des Logikelements DD1.4 ein. Die VD6-Zenerdiode sorgt für einen zuverlässigen Start des Geräts. Auf dem Wechselrichter DD2.1 und dem Trigger DD3.1 montierter Knoten Ein-/Ausschalten des Reglers. Von demselben Knoten gehen Steuersignale zu anderen Teilen der Schaltung. Der Transistor VT4 dient zum sanften Einschalten der Last und die Elemente DD2.2, DD2.3 sorgen zusammen mit VT7 und VD5 für die Tastenbeleuchtung. Beim ersten Einschalten des Geräts oder nach einem Stromausfall erzeugt die C3R2-Schaltung einen positiven Impuls am R-Eingang des DD3.1-Logikelements und versetzt es in den Nullzustand, bei dem die Last ausgeschaltet wird. DD3.1 übernimmt die Funktion eines T-Triggers und reagiert empfindlich auf positive Spannungsabfälle am Eingang C. Bei jedem Auftreten eines solchen Abfalls ändert dieses Logikelement seinen Zustand in das Gegenteil. Die R1C1-Kette unterdrückt das Kontaktprellen und der darin enthaltene Widerstand R1 stellt das gewünschte Potential am Eingang des Wechselrichters DD2.1 ein. Das Drücken einer der SB-Tasten führt zu einem positiven Spannungsabfall am Ausgang dieses Elements, wodurch der Trigger DD3 in einen einzelnen Zustand geschaltet wird. Das resultierende Signal mit hohem Pegel geht an DD1.1, sodass es funktionieren kann. Dadurch werden günstige Voraussetzungen geschaffen, um den Kondensator C6 über den Widerstand R10 auf 6 V aufzuladen. Der Kanalwiderstand des Transistors VT4 nimmt allmählich ab und erreicht nach 5-7 s sein Minimum. Der Kanal des Transistors VT4 ist jedoch in Reihe mit dem Widerstand R9 im Entladekreis des Kondensators C8 geschaltet, und mit einem Anstieg der Spannung am Gate von VT4 steigt die Leistung in der Last allmählich auf den durch eingestellten Wert an der Widerstand R9. Der Widerstand R10 erzeugt eine minimale negative Gate-Vorspannung, um den Regler vollständig auszuschalten, wenn der Widerstand R9 einen Widerstand von Null aufweist. Die Notwendigkeit einer solchen Vorspannung ergibt sich aus der Tatsache, dass nach dem Einschalten des Geräts keine Zeit für den Eintritt einer Notsituation bleiben sollte, wenn die Last noch stromlos ist und der Kondensator C7 als Wechselspannungsshunt für die Last fungiert Widerstand R10, wodurch er vom Entladekreis des oben genannten C8 ausgeschlossen wird. Ein niedriger Pegel vom inversen Triggerausgang schließt VT3 und deaktiviert das Schalten der Inverter DD2.2, DD2.3. Am Transistor VT7 bleibt ein hoher Pegel erhalten und die VD5-LED ist aus. Das nächste Drücken einer der SB-Tasten schaltet den Trigger erneut in den Nullzustand. Die logische „0“ vom Ausgang 13 des Triggers verhindert das Schalten des Elements DD1.1, sein Ausgang wird auf einen hohen Pegel gesetzt. Folglich ist der Transistor VT6 ständig geöffnet, der Kondensator C8 wird geladen und die Last selbst (z. B. eine Glühbirne) wird stromlos. Die logische Einheit, die vom Ausgang 12 des Auslösers über den Strombegrenzungswiderstand R6 kommt, öffnet den Transistor VT3, wodurch sich der Kondensator C6 schnell entlädt und dadurch sichergestellt wird, dass das Gerät für ein erneutes Einschalten bereit ist. Ein hoher Pegel an den Eingängen 13 und 9 der Logikelemente DD2.2, DD2.3 ermöglicht es ihnen, negative Impulse von den Transistoren VT1, VT2 durchzulassen. Diese Impulse öffnen kurzzeitig den Transistor VT7 und die LED leuchtet auf. Der Widerstand R13 begrenzt den durchschnittlichen Strom durch VD5 (um das Netzteil nicht zu überlasten, da sonst die von ihm erzeugte Spannung zu sinken beginnt). Fast der gesamte selbstgebaute Regler (mit Ausnahme von Anschlüssen, einer Sicherung, einem Triac und einer LED) ist auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie montiert. Die Transistoren VT1, VT2, VT7 können aus Silizium mit geringer Leistung bestehen, aber immer aus RP-R-Strukturen mit einem Stromübertragungskoeffizienten von mehr als 100. Fast die gleichen Anforderungen an die Wahl von VT3, VT6, mit Ausnahme der Struktur selbst. Sie ist hier n-pn. Als VT5 ist eine Halbleitertriode der KT201-Serie (mit beliebigem Buchstabenindex am Ende) akzeptabel. Sie können auch Silizium-Niedrigleistungstransistoren der NP-N-Struktur verwenden und einen solchen Ersatz durch Einschalten von VD4 sicherstellen (in der Abbildung ist dies durch einen gestrichelten Umriss hervorgehoben). Die Diode schützt den Emitterübergang vor einem Sperrspannungsdurchbruch, der nach dem Schließen des VT5-Transistors auftritt. Anstelle von VT4 funktionieren alle Feldeffekttransistoren der KP305-Serie gleich gut. Nicht sehr strenge Kriterien für die Auswahl anderer Funkkomponenten. Die Zenerdiode VT3 ist hier keine Ausnahme – jeder mit einer Stabilisierungsspannung von 10 V reicht aus. Dioden der Serien KD509, KD510, KD522. Kondensatoren: C5 Typ K50 - 24, K50 - 29; C6, C7 - K53; C3 – jedes Oxid; C4, C9 – Silizium; C1, C2, C8 - Metallfilmtypen K70 - K78 (außerdem hat C2 eine Nennbetriebsspannung von mindestens 250 V). Ein variabler Widerstand – beliebiger Art, dessen Körper zur Abschirmung mit dem „positiven“ Kabel des Stromkreises verbunden ist. Festwiderstände - Typ C2 - 33N, MLT. Die Sicherung FU1 muss natürlich dem Strom einer bestimmten Last entsprechen. Das Debuggen des Geräts beschränkt sich auf die Auswahl des Widerstands R10 gemäß der folgenden Methode (sie wird kurz dargestellt). Pin 2 des DD1.1-Elements wird vorübergehend vom Stromkreis getrennt und mit Pin 1 verbunden. Durch den Einbau eines variablen Widerstands mit einem Nennwert von 10 kOhm anstelle von R100 reduzieren Sie dessen Widerstand auf Null. Sie schalten den Triac-Regler im Netzwerk ein und warten ein oder zwei Minuten, bis der Elektrolytkondensator C2 über den „niedrigen Kapazitäts“ C10 auf eine Nennspannung von 5 V aufgeladen ist. Durch die Steuerung der Impulsform in der Last mithilfe des Oszilloskops wird der Widerstandswert des variablen Widerstands erhöht – er ersetzt R10, bis der Triac nicht mehr öffnet. Anschließend wird die Last über die vorhandenen Einstellelemente mehrmals ein- und ausgeschaltet, so dass der Transistor / T4 bei ordnungsgemäßer Funktion VS1 sicher verriegelt. Danach wird der variable Widerstand durch einen konstanten ersetzt und die Verbindung von Ausgang 2 DD1.1 gemäß Diagramm wiederhergestellt. Die Praxis zeigt: Durch die Installation und Auswahl des Widerstands R11 kann erreicht werden, dass der maximale Widerstand des als Rheostat arbeitenden Widerstands R9 der Nullspannung an der Last entspricht. Und um den Spannungsabfall am Triac bei vollständig eingeschalteter Last zu minimieren, muss dieser nach Beginn der Halbwelle möglichst schnell geöffnet werden. Das bedeutet, dass der Nulldurchgangs-Impulsformer der Netzspannung ausreichend kurze Impulse erzeugen muss. Um sie zu minimieren, sollten Sie den Widerstandswert des Widerstands R3 erhöhen und R7 wählen. Es ist unerwünscht, den Weg der Herabsetzung der R4-Bewertung zu beschreiten – das ist Energieverschwendung. Und weiter. Bei der Einrichtung und dem praktischen Einsatz eines Triac-Reglers darf man nicht vergessen, dass beim Anschluss des Geräts an das Netzwerk alles, einschließlich des variablen Widerstands, unter seiner Hochspannung steht. Und mit Wechselstrom 220 V machen sie keine Witze, auch wenn das Gehäuse eines elektronischen Eigenbauprodukts aus hochwertigem Isoliermaterial besteht. Autor: A.Rudenko
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