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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Bloque para regular grandes corrientes rectificadas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Reguladores de corriente, voltaje, potencia El circuito probado para regular la corriente de consumidores potentes es fácil de configurar, de funcionamiento confiable y tiene amplias capacidades de consumo. Es muy adecuado para controlar el modo de soldadura, para arrancar y cargar dispositivos y para potentes unidades de automatización. Cuando se alimentan cargas potentes con corriente continua, a menudo se utiliza un circuito rectificador (Fig. 1) con cuatro válvulas de potencia.
El voltaje alterno se suministra a una diagonal del "puente", el voltaje constante (pulsante) de salida se elimina de la otra diagonal. En cada semiciclo funciona un par de diodos (VD1-VD4 o VD2-VD3). Esta propiedad del “puente” rectificador es significativa: el valor total de la corriente rectificada puede alcanzar el doble del valor máximo de corriente para cada diodo. El límite de voltaje del diodo no debe ser inferior al voltaje de entrada de amplitud. Dado que la clase de voltaje de las válvulas de potencia alcanza los catorce (1400 V), no hay problemas con esto para una red eléctrica doméstica. La reserva de tensión inversa existente permite el uso de válvulas con cierto sobrecalentamiento, con radiadores pequeños (¡no abusar de ellos!). ¡Atención! Los diodos de potencia marcados con "B" conducen la corriente de manera "similar" a los diodos D226 (desde el cable flexible hasta el cuerpo), los diodos marcados con "VL", desde el cuerpo hasta el cable flexible. El uso de válvulas de diferente conductividad permite la instalación en sólo dos radiadores dobles. Si conecta las "carcasas" de las válvulas "VL" (salida negativa) al cuerpo del dispositivo, tendrá que aislar solo un radiador, en el que están instalados los diodos marcados con "B". Este circuito es fácil de instalar y configurar, pero surgen dificultades si es necesario regular la corriente de carga. Si todo está claro con el proceso de soldadura (coloque el "lastre"), entonces surgen grandes problemas con el dispositivo de arranque. Después de arrancar el motor, la enorme corriente es innecesaria y dañina, por lo que es necesario apagarlo rápidamente, ya que cada retraso acorta la vida útil de la batería (¡las baterías a menudo explotan!). Para una implementación práctica, el circuito que se muestra en la Fig. 2 es muy conveniente, en el que las funciones de control de corriente las realizan los tiristores VS1, VS2 y las válvulas de potencia VD1, VD2 están incluidas en el mismo puente rectificador.
La instalación se ve facilitada por el hecho de que cada par de diodo-tiristor está montado en su propio radiador. Los radiadores se pueden utilizar estándar (producción industrial). Otra forma es fabricar de forma independiente radiadores de cobre y aluminio con un espesor superior a 10 mm. Para seleccionar el tamaño de los radiadores, es necesario ensamblar un modelo del dispositivo y "conducirlo" en condiciones pesadas. No está mal si después de una carga de 15 minutos las carcasas de tiristores y diodos no te "queman" la mano (¡apaga el voltaje en este momento!). El cuerpo del dispositivo debe diseñarse de tal manera que garantice una buena circulación del aire calentado por el dispositivo. No estaría de más instalar un ventilador que “ayude” a mover el aire de abajo hacia arriba. Son convenientes los ventiladores instalados en bastidores con placas de computadora o en máquinas de juego "soviéticas". Es posible implementar un circuito rectificador ajustable utilizando exclusivamente tiristores (Fig. 3). El par inferior (según el diagrama) de tiristores VS3, VS4 se activa mediante pulsos de la unidad de control.
Los impulsos llegan simultáneamente a los electrodos de control de ambos tiristores. Este diseño del circuito "no está de acuerdo" con los principios de confiabilidad, pero el tiempo ha confirmado la operatividad del circuito (una red eléctrica doméstica no puede "quemar" tiristores, ya que pueden soportar una corriente de pulso de 1600 A). El tiristor VS1 (VS2) está conectado como un diodo: con un voltaje positivo en el ánodo del tiristor, se suministrará una corriente de desbloqueo a través del diodo VD1 (o VD2) y la resistencia R1 (o R2) al electrodo de control del tiristor. Ya con un voltaje de varios voltios, el tiristor se abrirá y conducirá la corriente hasta el final de la media onda de corriente. El segundo tiristor, cuyo ánodo tenía voltaje negativo, no arranca (esto no es necesario). Un pulso de corriente llega a los tiristores VS3 y VS4 desde el circuito de control. El valor de la corriente promedio en la carga depende de los momentos de apertura de los tiristores: cuanto antes llegue el pulso de apertura, mayor será la parte del período en que el tiristor correspondiente estará abierto. La apertura de los tiristores VS1, VS2 a través de resistencias "embota" un poco el circuito: a voltajes de entrada bajos, el ángulo abierto de los tiristores resulta ser pequeño: fluye notablemente menos corriente hacia la carga que en un circuito con diodos (Fig. 2). Por tanto, este circuito es muy adecuado para ajustar la corriente de soldadura a través del “secundario” y rectificar la tensión de red, donde la pérdida de unos pocos voltios es insignificante. El circuito que se muestra en la Fig. 4 le permite utilizar eficazmente un puente de tiristores para regular la corriente en una amplia gama de voltajes de suministro.
El dispositivo consta de tres bloques:
El transformador T1 con una potencia de 20 W proporciona energía a la unidad de control para los tiristores VS3 y VS4 y abre los "diodos" VS1 y VS2. La apertura de tiristores con una fuente de alimentación externa es efectiva cuando el voltaje es bajo (automóvil) en el circuito de alimentación, así como cuando se alimenta una carga inductiva. Los pulsos de corriente de apertura de los devanados de 5 voltios del transformador se suministran en antifase a los electrodos de control VS1, VS2. Los diodos VD1, VD2 pasan solo medias ondas positivas de corriente a los electrodos de control. Si la fase de los pulsos de apertura es "apropiada", entonces el puente rectificador de tiristores funcionará; de lo contrario, no habrá corriente en la carga. Esta deficiencia del circuito se puede eliminar fácilmente: basta con girar el enchufe T1 en la dirección opuesta (y marcar con pintura cómo conectar los enchufes y terminales de los dispositivos a la red de CA). Cuando se utiliza el circuito en un cargador de arranque, se produce un aumento notable en la corriente suministrada en comparación con el circuito de la Fig. 3. Es muy beneficioso disponer de un circuito de baja corriente (transformador de red T1). Al interrumpir la corriente mediante el interruptor S1 se desenergiza completamente la carga. Por lo tanto, puede interrumpir la corriente de arranque con un pequeño interruptor de límite, un disyuntor o un relé de baja corriente (agregando una unidad de apagado automático). Este es un punto muy significativo, ya que es mucho más difícil romper circuitos de alta corriente que requieren un buen contacto para que pase la corriente. No es casualidad que recordemos la puesta en fase del transformador T1. Si el regulador de corriente estuviera "integrado" en el dispositivo de carga y arranque o en el circuito de la máquina de soldar, entonces el problema de la fase se resolvería en el momento de configurar el dispositivo principal. Nuestro dispositivo está especialmente diseñado para tener un perfil ancho (así como el uso del dispositivo de arranque depende de la estación del año, los trabajos de soldadura deben realizarse de forma irregular). Tienes que controlar el modo de funcionamiento de un potente taladro eléctrico y encender calentadores de nicromo. La figura 5 muestra un diagrama de la unidad de control de tiristores. El puente rectificador VD1 suministra al circuito una tensión pulsante de 0 a 20 V.
Este voltaje se suministra a través del diodo VD2 al condensador C1, proporcionando un voltaje de suministro constante a un potente "interruptor" de transistor en VT2, VT3. El voltaje pulsante se suministra a través de la resistencia R1 a la resistencia R2 y al diodo Zener VD6 conectados en paralelo. La resistencia "vincula" el potencial del punto "A" (Fig. 6) a cero, y el diodo Zener limita los picos de los pulsos al nivel del umbral de estabilización. Los pulsos de voltaje limitado cargan el condensador C2 para alimentar el chip DD1. Estos mismos pulsos de voltaje afectan la entrada del elemento lógico. Al alcanzar un determinado umbral de tensión, el elemento lógico conmuta. Teniendo en cuenta la inversión de la señal en la salida del elemento lógico (punto "B"), los pulsos de voltaje serán de corta duración alrededor del momento en que el voltaje de entrada es cero.
El siguiente elemento lógico invierte la tensión "B", por lo que los impulsos de tensión "C" tienen una duración considerablemente mayor. Mientras el pulso de voltaje "C" está vigente, el condensador C3 se carga a través de las resistencias R4 y R3. El voltaje que aumenta exponencialmente en el punto "E", en el momento de cruzar el umbral lógico, "cambia" el elemento lógico. Después de la inversión por la segunda puerta lógica, el alto voltaje de entrada en el punto "E" corresponde a un alto voltaje lógico en el punto "F". Dos valores diferentes de resistencia R4 corresponden a dos oscilogramas en el punto “E”:
También debe prestar atención a la fuente de alimentación de la base del transistor VT1 con una señal "B"; cuando el voltaje de entrada disminuye a cero, el transistor VT1 se abre hasta la saturación, la unión del colector del transistor descarga el condensador C3 (preparándose para cargar en el siguiente medio ciclo de voltaje). Así, el nivel lógico alto aparece en el punto "F" antes o después, dependiendo de la resistencia de R4:
El amplificador de los transistores VT2 y VT3 "repite" las señales lógicas del punto "G". Los oscilogramas en este punto repiten F1 y F2, pero el voltaje alcanza los 20 V. A través de los diodos VD4, VD5 y las resistencias limitadoras R9 R10, los pulsos de corriente actúan sobre los electrodos de control de los tiristores VS3 VS4 (Fig. 4). Uno de los tiristores se abre y un pulso de voltaje rectificado pasa a la salida del bloque. El valor menor de la resistencia R4 corresponde a la parte más grande del semiciclo de la sinusoide - H1, el valor mayor - a la parte más pequeña del semiciclo de la sinusoide - H2 (Fig. 4). Al final del medio ciclo, la corriente se detiene y todos los tiristores se cierran. Por tanto, diferentes valores de resistencia R4 corresponden a diferentes duraciones de "segmentos" de tensión sinusoidal en la carga. La potencia de salida se puede ajustar prácticamente de 0 a 100%. La estabilidad del dispositivo está determinada por el uso de la "lógica": los umbrales de conmutación de los elementos son estables. Si no hay errores de instalación, entonces el dispositivo funciona de manera estable. Al reemplazar el condensador C3, deberá seleccionar las resistencias R3 y R4. Reemplazar los tiristores en una unidad de potencia puede requerir seleccionar R9, R10 (sucede que incluso los tiristores de potencia del mismo tipo difieren marcadamente en las corrientes de conmutación; el menos sensible debe rechazarse). Puede medir el voltaje a través de la carga cada vez con un voltímetro "adecuado". Basándonos en la movilidad y versatilidad de la unidad de control, utilizamos un voltímetro automático de dos límites (Fig. 7).
Las mediciones de voltaje de hasta 30 V se realizan mediante el cabezal PV1 tipo M269 con resistencia adicional R2 (la desviación se ajusta al fondo de escala con un voltaje de entrada de 30 V). El condensador C1 es necesario para suavizar el voltaje suministrado al voltímetro. El resto del circuito se utiliza para "ampliar" la escala 10 veces. La lámpara incandescente del optoacoplador U3 se alimenta a través de la lámpara incandescente (barretter) HL3 y la resistencia de sintonización R1, y el diodo Zener VD1 protege la entrada del optoacoplador. Un voltaje de entrada alto conduce a una disminución en la resistencia de la resistencia del optoacoplador de megaohmios a kiloohmios, el transistor VT1 se abre y el relé K1 se activa. En este caso, los contactos del relé realizan dos funciones: abren la resistencia de sintonización R1: el circuito del voltímetro cambia al límite de alto voltaje; En lugar del LED verde HL2, se enciende el LED rojo HL1. El rojo, un color más visible, se elige especialmente para la escala de alto voltaje. ¡Atención! El ajuste de R1 (escala 0...300) se realiza después del ajuste de R2. La fuente de alimentación al circuito del voltímetro se toma de la unidad de control de tiristores. El aislamiento del voltaje medido se realiza mediante un optoacoplador. El umbral de conmutación del optoacoplador se puede configurar ligeramente por encima de 30 V, lo que facilitará el ajuste de las escalas. El diodo VD2 es necesario para proteger el transistor de sobretensiones cuando el relé está desenergizado. El cambio automático de escalas del voltímetro se justifica cuando se utiliza la unidad para alimentar varias cargas. No se proporciona la numeración de los pines del optoacoplador: con la ayuda del probador no es difícil distinguir entre los pines de entrada y de salida. La resistencia de la lámpara del optoacoplador es de cientos de ohmios y la del fotorresistor es de megaohmios (en el momento de la medición, la lámpara no está encendida). La Figura 8 muestra una vista superior del dispositivo (se retira la cubierta). VS1 y VS2 se instalan en un radiador común, VS3 y VS4 se instalan en radiadores separados. Hubo que cortar las roscas de los radiadores para que encajaran en los tiristores. Se cortan los cables flexibles de los tiristores de potencia, la instalación se realiza con un cable más delgado.
La figura 9 muestra una vista del panel frontal del dispositivo.
A la izquierda está la perilla de control de corriente de carga, a la derecha está la escala del voltímetro. Los LED están colocados cerca de la escala, el superior (rojo) está ubicado cerca de la inscripción "300 V". Los terminales del dispositivo no son muy potentes, ya que se utiliza para soldar piezas delgadas, donde la precisión de mantener el modo es muy importante. El tiempo de arranque del motor es corto, por lo que las conexiones de los terminales tienen vida suficiente. La cubierta superior está unida a la inferior con un espacio de un par de centímetros para garantizar una mejor circulación del aire. El dispositivo se puede actualizar fácilmente. Por lo tanto, para automatizar el modo de arranque del motor del automóvil, no se necesitan piezas adicionales (Fig. 10).
Es necesario conectar un grupo de contactos normalmente cerrado del relé K1 del circuito del voltímetro de doble límite entre los puntos "D" y "E" de la unidad de control. Si ajustando R3 no es posible llevar el umbral de conmutación del voltímetro a 12...13 V, será necesario sustituir la lámpara HL3 por una más potente (configurar 10 W en lugar de 15). Los dispositivos de arranque industriales se ajustan a un umbral de conmutación de incluso 9 V. Recomendamos configurar el umbral de conmutación del dispositivo a un voltaje más alto, ya que incluso antes de encender el motor de arranque, la batería se carga ligeramente con corriente (hasta el nivel de conmutación). Ahora el arranque se realiza con una batería ligeramente “recargada” junto con un arranque automático. A medida que aumenta el voltaje a bordo, la automatización "cierra" el suministro de corriente desde el dispositivo de arranque; con arranques repetidos, el suministro se reanuda en los momentos adecuados. El regulador de corriente del dispositivo (factor de trabajo de pulsos rectificados) le permite limitar la cantidad de corriente de entrada. Autores: N. P. Goreiko, V. S. Estufas
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