В. ЧЕРНЫЙ, г. Москва
Почти все радиолюбители в процессе эксплуатации самодельных или приобретенных
в магазине тринисторных регуляторов обнаружили, что иногда эти регуляторы работают
нечетко, а используемые совместно с ними низковольтные осветительные приборы
быстро выходят из строя. Об особенностях работы тринисторного регулятора мощности
переменного тока, приводящих к подобным явлениям, и некоторых возможных путях
повышения надежности работы устройств с такими регуляторами, рассказывает эта
статья.
Журнал "Радио" уделяет много внимания тринисторным регуляторам мощности переменного тока (см., например, подборку статен "Тиристорные регуляторы напряжения".- "Радио", 1975, № 10, с. 47-49). Эти устройства, ставшие в последние годы очень популярными, позволяют изменять действующее значение напряжения на нагрузке от нескольких вольт почти до напряжения питающей сети. Казалось бы. с помощью такого регулятора можно питать от сети самые различные низковольтные устройства. Так ли это?
Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим кратко работу 2-хполупериодного тринисторного регулятора мощности, одна из наиболее типичных схем которого показана на рис. 1 (она заимствована с незначительными изменениями из вышеупомянутого источника). Напряжение на нагрузке такого регулятора по форме представляет собой усеченную синусоиду. К примеру. при углах включения тринистора V5, превышающих 90°, это напряжение имеет вид, условно показанный на рис. 2 сплошной линией. Максимальный угол включения тринистора
в рассматриваемом регуляторе равен 172". Вольтметр магнитоэлектрической системы, подключенный к нагрузке R11, (рис. 1). показывает при этом напряжение 6 В.
Рисунок 1 — Тиристорный регулятор
Амплитудное значение напряжения на нагрузке Un.vf[ при таком угле включения нетрудно определить:
Uн.max=Umax*sin (180°- 172°)=220*1.41* 0,139=43В.
где Umax — амплитудное значение напряжения питающей сети.
Измерение напряжения Uн.max с помощью электронного осциллоскопа дает такой же результат. Вероятно. не каждая нагрузка, рассчитанная ни номинальное напряжение 6 В, может длительно выдерживать такие значительные, хотя и кратковременные. периодические перенапряжении. К примеру, нить обычной лампы накаливания МН-38 (на напряжение 6,3 В. потребляемый ток 0,22 А) при питании напряжением такой формы часто перегорает уже через несколько секунд.
Рассмотренный факт не является единственной причиной, ограничиваюшей возможность применения тринисторного регулятора для питания низковольтной нагрузки. Вторая причина заключается в том, что при любом установленном резистором R5 (см. схему) угле включения тринистора напряжение на нагрузке может на короткое время стать равным полному номинальному напряжению питающей сети. Явление это было обнаружено с помощью электронного осциллоскопа в моменты отключения регулятора от питающей сети. Выключателем при этом служила обычная штепсельная вилка. Объяснить это явление можно следующим образом.
Из-за неровностей на поверхности штырей штепсельной вилки отключение регулятора от сети происходит в большинстве случаев не мгновенно, а сопровождается чередующимися размыканиями и замыканиями питающей цепи (как при "дребезге контактов"). При первом же размыкании цепи напряжение на базе транзистора V7 становится равным нулю и аналог однопереходного транзистора V7V8 открывается. Конденсатор С1 разряжается и через управляющий переход тринистора V’5 протекает импульс открывающего тока. Если теперь питающая цепь вновь окажется замкнутой, то полное напряжение сети через открывшийся триннстор окажется приложенным к нагрузке до окончании полупериода.
Во время экспериментов с рассматриваемым регулятором лампы накаливания. например, рассчитанные на номинальное напряжение 36 В. перегорали обычно уже при первом-втором выключении регулятора, несмотря на то что резистором R5 был установлен максимальный угол включения тринистора и в установившемся режиме лампы светились сколь угодно долго. Наблюдения с помощью осциллоскопа за процессом размыкания контактов в выключателях T1, T2, ТП2-1 и других показали, что это размыкание происходит в них практически без "дребезга". При использовании таких выключателей в регуляторе лампы накаливания при тех же условиях не перегорали даже при многократном повторении цикла включение-выключение. Это подтверждает правильность предположения о причинах обнаруженного явления.
Есть ли какой-либо способ исключить возможность появления чрезмерного напряжения на низковольтной нагрузке даже при наличии "дребезга" контактов выключателя S1?
Вероятно, можно найти целый ряд таких способов. Один из них, например, состоит в применении дополнительного выключателя, установленного в точке А (см. схему). Сначала следует включить выключатель SI. а далее уже замыкать цепь в точке А. Отключать регулятор нужно в обратном порядке. Способ этот был проверен на практике и показал хорошие результаты. Его эффективность также является подтверждением правильности предположения о причинах рассмотренного явления.
Рисунок 2
Следует заметить, однако, что даже применение в регуляторах дополнительных выключателей не устраняет полностью описанного выше недостатка. Действительно, причиной "дребезга" может стать и недостаточно плотный контакт вилки в розетке и кратковременные пропадания напряжения в питающей сети.
Кроме того, необходимо добавить, что указанное явление было воспроизведено на регуляторе, схема которого изображена на рис. 1. Другие регуляторы могут иметь и иные особенности, но, вероятно, во всех случаях описанное явление будет связано с работой узла управления ключевым элементом,
Иногда приходится слышать мнение, что описанные случаи выхода из строя низковольтных ламп накаливания, питающихся от тринисторного регулятора. обусловлены самопроизвольным включением тринистора за счет большой скорости нарастания анодного напряжения dU/dt при подключении регулятора к сети, если, например, это происходит в момент времени, когда напряжение сети близко к максимальному. С таким утверждением нельзя согласиться. Для наиболее распространенных в радиолюбительской практике тринисторов серий КУ201 и КУ202 скорость нарастания анодного напряжения не нормирована. Это означает, что названные тринисторы допускают практически любую скорость нарастания анодного напряжения, если лишь его амплитудное значение не превышает допустимого максимального прямого напряжения на закрытом тринисторе (Uпр.зкр.max).
И, следовательно, исправный тринистор, КУ202Н, например, при отсутствии тока в цепи управляющего электрода не должен открываться при подключении его к сети переменного тока напряжением 220 В, в какой бы момент периода такое подключение не происходило. Это легко проверить, например. собрав простое устройство по схеме, показанной на рис. 3. Низковольтная лампа накаливания HI не будет светиться и останется неповрежденной после любого числа включении выключателем SI (если исправен тринистор V1, разумеется).
Рисунок 3
Все сказанное выше позволяет сделать некоторые выводы. Во-первых, форма выходного напряжения тринисторных регуляторов, работающих от сети переменного тока, является фактором, ограничивающим возможность питания от таких регуляторов низковольтных нагрузок. Во-вторых, в тринисторных регуляторах не исключена возможность появления на нагрузке импульсов напряжения, соответствующих малым углам включения тринисторов, даже если элементами времязадающей цени угол включения тринистора установлен максимальным. Сделанные выводы приводят к заключению о том, что надежная работа устройства с тринисторным регулятором мощности может быть гарантирована лишь в том случае, когда напряжение питающей сети не превышает номинального напряжения питания нагрузки, т. е. когда тринисторный регулятор используется лишь для уменьшения напряжения на нагрузке.
РАДИО № 4 1979 г., c.40-41