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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Bloco para regular grandes correntes retificadas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Reguladores de corrente, tensão, potência O circuito testado pelo tempo para regular a corrente de consumidores poderosos é fácil de configurar, confiável em operação e possui amplas capacidades de consumo. É adequado para controle do modo de soldagem, para partidas e carregadores e para unidades de automação potentes. Ao fornecer cargas poderosas com corrente contínua, um circuito retificador com quatro válvulas de potência é frequentemente usado (Fig. 1).
Uma tensão alternada é fornecida a uma diagonal da "ponte", a tensão CC (pulsante) de saída é retirada da outra diagonal. Em cada meio ciclo, um par de diodos (VD1-VD4 ou VD2-VD3) funciona. Esta propriedade da "ponte" do retificador é significativa: a quantidade total de corrente retificada pode atingir o dobro da corrente máxima para cada diodo. A tensão limite do diodo não deve ser inferior à tensão de pico de entrada. Como a classe de tensão das válvulas de potência atinge o décimo quarto (1400 V), não há problema com isso para uma rede elétrica doméstica. A reserva existente para inversão de tensão permite a utilização de válvulas com algum sobreaquecimento, com pequenos radiadores (não abuse!). Atenção! Diodos de potência marcados com "B" conduzem corrente, diodos "like" D226 (da saída flexível para o corpo), diodos marcados com "VL" - do corpo para a saída flexível. A utilização de válvulas de diferentes condutividades permite a instalação em apenas dois radiadores duplos. Se, no entanto, as "caixas" das válvulas "VL" (saída "menos") estiverem conectadas ao corpo do dispositivo, resta isolar apenas um radiador, no qual os diodos marcados com "B" estão instalados. Esse circuito é fácil de instalar e "ajustar", mas surgem dificuldades se você precisar regular a corrente de carga. Se tudo estiver claro com o processo de soldagem (anexar "lastro"), haverá grandes problemas com o dispositivo de partida. Depois de ligar o motor, uma corrente enorme é desnecessária e prejudicial, por isso é necessário desligá-lo rapidamente, pois cada atraso diminui a vida útil da bateria (não é incomum que as baterias explodam!). O circuito mostrado na Fig. 2 é muito conveniente para implementação prática, no qual os tiristores VS1, VS2 desempenham as funções de regulação de corrente, as válvulas de potência VD1, VD2 estão incluídas na mesma ponte retificadora.
A instalação é facilitada pelo fato de cada par de "diodo-tiristor" ser montado em seu próprio radiador. Os radiadores podem ser usados padrão (produção industrial). Outra maneira é fabricar radiadores de forma independente em cobre, alumínio com espessura superior a 10 mm. Para selecionar o tamanho dos radiadores, é necessário montar o layout do aparelho e "conduzi-lo" no modo pesado. Nada mal se, após uma carga de 15 minutos, as caixas dos tiristores e diodos não "queimarem" a mão (desligue a tensão neste momento!). O corpo do aparelho deve ser concebido de forma a garantir uma boa circulação do ar aquecido pelo aparelho. Não custa nada instalar um ventilador que "ajuda" a direcionar o ar de baixo para cima. Ventiladores instalados em racks com placas de computador ou em máquinas de jogos "soviéticas" são convenientes. É possível realizar o circuito de um retificador regulável inteiramente em tiristores (Fig. 3). O par inferior (de acordo com o esquema) de tiristores VS3, VS4 é acionado por pulsos da unidade de controle.
Os pulsos chegam simultaneamente aos eletrodos de controle de ambos os tiristores. Tal construção do circuito é "dissonante" com os princípios de confiabilidade, mas o tempo confirmou a operabilidade do circuito ("queimar" tiristores rede elétrica doméstica não pode, porque eles suportam uma corrente pulsada de 1600 A). O tiristor VS1 (VS2) está conectado como um diodo - com uma tensão positiva no ânodo do tiristor, uma corrente de disparo será aplicada ao eletrodo de controle do tiristor através do diodo VD1 (ou VD2) e do resistor R1 (ou R2 ). Já com uma tensão de vários volts, o tiristor abrirá e conduzirá corrente até o final da meia onda atual. O segundo tiristor, em cujo ânodo havia uma tensão negativa, não iniciará (isso não é necessário). Um pulso de corrente chega aos tiristores VS3 e VS4 do circuito de controle. O valor da corrente média na carga depende dos momentos de abertura dos tiristores - quanto mais cedo chegar o pulso de abertura, maior parte do período em que o tiristor correspondente estará aberto. A abertura dos tiristores VS1, VS2 através dos resistores "embota" um pouco o circuito: em baixas tensões de entrada, o ângulo aberto do tiristor acaba sendo pequeno - visivelmente menos corrente flui para a carga do que em um circuito com diodos (Fig. 2). Assim, este esquema é bastante adequado para ajustar a corrente de soldagem de acordo com o "secundário" e retificar a tensão da rede, onde a perda de alguns volts é insignificante. O circuito mostrado na Fig. 4 possibilita o uso eficaz da ponte tiristorizada para regular a corrente em uma ampla faixa de tensões de alimentação.
O dispositivo consiste em três blocos:
O transformador T1 com potência de 20 W fornece energia à unidade de controle dos tiristores VS3 e VS4 e abre os "diodos" VS1 e VS2. A abertura de tiristores com uma fonte de alimentação externa é eficaz em baixa tensão (carro) no circuito de energia, bem como ao alimentar uma carga indutiva. Os pulsos de corrente de abertura dos enrolamentos de 5 volts do transformador são alimentados em antifase para os eletrodos de controle VS1, VS2. Os diodos VD1, VD2 passam apenas meias ondas positivas de corrente para os eletrodos de controle. Se o faseamento dos pulsos de abertura for "adequado", a ponte retificadora do tiristor funcionará, caso contrário, não haverá corrente na carga. Essa desvantagem do circuito pode ser facilmente eliminada: basta girar o plugue de alimentação T1 na direção oposta (e marcar com tinta como conectar os plugues e terminais dos dispositivos à rede elétrica). Ao usar o circuito em um carregador de partida, é perceptível um aumento na corrente de saída em comparação com o circuito da Fig. 3. A presença de um circuito de baixa corrente (transformador de rede T1) é muito vantajosa. Interromper a corrente com a chave S1 desenergiza completamente a carga. Assim, a interrupção da corrente de partida pode ser feita com uma pequena chave fim de curso, um disjuntor ou um relé de baixa corrente (adicionando uma unidade de disparo automático). Este é um ponto muito significativo, pois é muito mais difícil quebrar circuitos de alta corrente que exigem um bom contato para a passagem da corrente. Não foi por acaso que nos lembramos do faseamento do transformador T1. Se o regulador de corrente fosse "embutido" no carregador de partida ou no circuito da máquina de solda, o problema de faseamento seria resolvido no momento da configuração do dispositivo principal. Nosso dispositivo é especialmente feito de perfil largo (como o uso do dispositivo de partida é determinado pela estação do ano, portanto, o trabalho de soldagem deve ser realizado de forma irregular). Você tem que controlar o modo de operação de uma poderosa furadeira elétrica e alimentar aquecedores de nicromo. A Figura 5 mostra um diagrama da unidade de controle do tiristor. A ponte retificadora VD1 fornece ao circuito uma tensão pulsante de 0 a 20 V.
Esta tensão é alimentada através do diodo VD2 para o capacitor C1, uma tensão de alimentação constante é fornecida para uma poderosa "chave" de transistor em VT2, VT3. A tensão pulsante através do resistor R1 é fornecida ao resistor conectado em paralelo R2 e ao diodo zener VD6. O resistor "vincula" o potencial do ponto "A" (Fig. 6) a zero, e o diodo zener limita os picos dos pulsos no nível do limite de estabilização. Pulsos de tensão limitados carregam o capacitor C2 para alimentar o chip DD1. Os mesmos pulsos de tensão atuam na entrada do elemento lógico. Em um determinado limite de tensão, o elemento lógico comuta. Levando em consideração a inversão do sinal na saída do elemento lógico (ponto “B”), os pulsos de tensão serão de curta duração próximos ao momento de zero da tensão de entrada.
O próximo elemento lógico inverte a tensão "B", então os pulsos de tensão "C" têm uma duração muito maior. Enquanto o pulso de tensão "C" estiver ativo, o capacitor C3 é carregado através dos resistores R4 e R3. A tensão exponencialmente crescente no ponto "E", no momento da transição através do limite lógico, "comuta" o elemento lógico. Após ser invertida pelo segundo elemento lógico, a alta tensão de entrada do ponto "E" corresponde a uma alta tensão lógica no ponto "F". Dois valores diferentes de resistência R4 correspondem a dois oscilogramas no ponto "E":
Você também deve prestar atenção à alimentação da base do transistor VT1 com o sinal "B", enquanto a tensão de entrada cai para zero, o transistor VT1 abre para saturação, a junção do coletor do transistor descarrega o capacitor C3 (há é a preparação para carregar no próximo meio ciclo de tensão). Assim, o nível alto lógico aparece no ponto "F" mais cedo ou mais tarde, dependendo da resistência R4:
O amplificador nos transistores VT2 e VT3 "repete" os sinais lógicos do ponto "G". Os oscilogramas neste ponto repetem F1 e F2, mas a tensão atinge 20 V. Através dos diodos de separação VD4, VD5 e dos resistores limitadores R9 R10, os pulsos de corrente atuam nos eletrodos de controle dos tiristores VS3 VS4 (Fig. 4). Um dos tiristores abre e um pulso de tensão retificado passa para a saída do bloco. O menor valor da resistência R4 corresponde à maior parte do semiciclo da senóide - H1, quanto maior - a menor parte do semiciclo da senóide - H2 (Fig. 4). No final do meio ciclo, a corrente para e todos os tiristores fecham. Assim, diferentes valores de resistência R4 correspondem a diferentes durações de "segmentos" da tensão senoidal na carga. A potência de saída pode ser ajustada praticamente de 0 a 100%. A estabilidade do dispositivo é determinada pelo uso de "lógica" - os limites de comutação dos elementos são estáveis. Se não houver erros na instalação, o dispositivo funcionará de forma estável. Ao substituir o capacitor C3, será necessária a seleção dos resistores R3 e R4. A substituição de tiristores na unidade de potência pode exigir a seleção de R9, R10 (acontece que mesmo os tiristores de potência do mesmo tipo diferem drasticamente nas correntes de ativação - você deve rejeitar o menos sensível). Você pode medir a tensão na carga sempre com um voltímetro "adequado". Com base na mobilidade e versatilidade da unidade de controle, foi utilizado um voltímetro automático de dois limites (Fig. 7).
A medição de tensão de até 30 V é realizada pelo cabeçote PV1 do tipo M269 com resistência adicional R2 (o desvio de fundo de escala é ajustável na tensão de entrada de 30 V). O capacitor C1 é necessário para suavizar a tensão fornecida ao voltímetro. O resto do circuito serve para "asperizar" a escala por um fator de 10. Através da lâmpada incandescente (barretter) HL3 e do resistor trimmer R3, a lâmpada incandescente do optoacoplador U1 é alimentada, o diodo zener VD1 protege a entrada do optoacoplador. Uma grande tensão de entrada leva a uma diminuição na resistência do resistor do optoacoplador de megaohm para kiloohm, o transistor VT1 abre, o relé K1 é ativado. Nesse caso, os contatos do relé desempenham duas funções: eles abrem a resistência de ajuste R1 - o circuito do voltímetro muda para o limite de alta tensão; em vez do LED verde HL2, o LED vermelho HL1 acende. O vermelho, uma cor mais visível, é especialmente escolhido para a escala de alta tensão. Atenção! O ajuste de R1 (escala 0...300) é realizado após o ajuste de R2. A fonte de alimentação para o circuito do voltímetro é retirada da unidade de controle do tiristor. O desacoplamento da tensão medida é realizado usando um optoacoplador. O limite de comutação do optoacoplador pode ser ajustado ligeiramente acima de 30 V, o que facilitará o ajuste das escalas. O diodo VD2 é necessário para proteger o transistor de surtos de tensão no momento em que o relé é desenergizado. A comutação automática das escalas do voltímetro é justificada ao usar a unidade para alimentar várias cargas. A numeração dos pinos do optoacoplador não é fornecida: usando um testador, é fácil distinguir entre pinos de entrada e saída. A resistência da lâmpada do optoacoplador é de centenas de ohms e o fotorresistor é megaohm (no momento da medição, a lâmpada não está ligada). A Figura 8 mostra a vista superior do dispositivo (tampa removida). VS1 e VS2 são instalados em um dissipador de calor comum, VS3 e VS4 são instalados em dissipadores de calor separados. Os fios dos radiadores tiveram que ser cortados para os tiristores. As saídas flexíveis dos tiristores de potência são cortadas, a instalação é realizada com um fio mais fino.
A Figura 9 mostra uma visão do painel frontal do dispositivo.
À esquerda está o botão de controle de corrente de carga, à direita está a escala do voltímetro. Os LEDs são fixados perto da escala, o superior (vermelho) está localizado próximo à inscrição "300 V". Os terminais do aparelho não são muito potentes, pois são utilizados para soldagem de peças finas, onde a precisão de manutenção do modo é muito importante. O tempo de partida do motor é curto, portanto o recurso das conexões do terminal é suficiente. A tampa superior é fixada na parte inferior com uma folga de alguns centímetros para garantir uma melhor circulação de ar. O dispositivo é fácil de atualizar. Portanto, para automatizar o modo de partida do motor do carro, nenhum detalhe adicional é necessário (Fig. 10).
É necessário incluir entre os pontos "D" e "E" da unidade de controle um grupo de contato normalmente fechado do relé K1 do circuito de um voltímetro de dois limites. Se a reestruturação do R3 não conseguir trazer o limite de comutação do voltímetro para 12 ... 13 V, será necessário substituir a lâmpada HL3 por uma mais potente (em vez de 10, instale 15 W). Os dispositivos de partida da produção industrial são ajustados para o limite de comutação de até 9 V. Recomendamos definir o limite de comutação do dispositivo para uma tensão mais alta, pois antes mesmo de ligar a chave de partida, a bateria é alimentada com um pouco de corrente (até o nível de comutação). Agora o arranque é feito com uma bateria ligeiramente "recarregada", juntamente com um dispositivo de arranque automático. À medida que a tensão de bordo aumenta, a automação "fecha" a alimentação de corrente do dispositivo de partida, com partidas repetidas nos momentos certos, a recarga é retomada. O regulador de corrente disponível no dispositivo (ciclo de trabalho de pulsos retificados) permite limitar a quantidade de corrente de irrupção. Autores: N. P. Goreiko, V. S. Fogões
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