Hey Geektimes!

Ang pamamahala ng malalakas na load ay medyo sikat na paksa sa mga taong kahit papaano ay nauugnay sa home automation, at, sa pangkalahatan, anuman ang platform: maging Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One o isa pang platform, i-on o patayin ang ilang uri ng heater , boiler o duct fan maaga o huli kailangan.

Ang tradisyunal na dilemma dito ay kung ano, sa katunayan, ang mag-commute. Tulad ng nakita ng marami mula sa kanilang malungkot na karanasan, ang mga relay ng Tsino ay walang wastong pagiging maaasahan - kapag nagpalipat-lipat ng isang malakas na inductive load, ang mga contact ay kumikinang nang malakas, at sa isang magandang sandali ay maaari lamang silang dumikit. Kailangan nating maglagay ng dalawang relay - ang pangalawa para mabuksan ang safety net.

Sa halip na isang relay, maaari kang maglagay ng triac o solid-state relay (sa katunayan, ang parehong thyristor o field device na may logic signal control circuit at isang optocoupler sa isang kaso), ngunit mayroon silang isa pang minus - sila ay uminit. Alinsunod dito, kinakailangan ang isang radiator, na nagpapataas ng mga sukat ng istraktura.

Gusto kong pag-usapan ang isang simple at medyo halata, ngunit sa parehong oras ay bihirang pamamaraan na maaaring gawin ito:

• Galvanic na paghihiwalay ng input at load
• Pagpapalit ng mga inductive load nang walang kasalukuyang at boltahe na surge
• Walang makabuluhang henerasyon ng init kahit na sa pinakamataas na kapangyarihan

Ngunit una, ilang mga guhit. Sa lahat ng kaso, ginamit ang TTI TRJ at TRIL series relay, at ginamit ang 650 W vacuum cleaner bilang load.

Ang klasikong pamamaraan - ikinonekta namin ang vacuum cleaner sa pamamagitan ng isang maginoo na relay. Pagkatapos ay ikinonekta namin ang isang oscilloscope sa vacuum cleaner (Mag-ingat! Alinman sa isang oscilloscope o isang vacuum cleaner - o mas mabuti pareho - ay dapat na galvanically isolated mula sa lupa! Huwag umakyat sa salt shaker gamit ang iyong mga daliri at itlog! biro sa 220 V!) At tingnan mo.

Isama ang:

Kinailangan kong halos maabot ang pinakamataas na boltahe ng mains (ang pagsisikap na itali ang isang electromagnetic relay sa isang zero crossing ay isang nakapipinsalang gawain: ito ay masyadong mabagal). Ang isang maikling pagbuga na may halos patayong mga harapan ay umusbong sa magkabilang direksyon, lumipad ang interference sa lahat ng direksyon. inaasahan.

Patayin:

Ang isang matalim na pagkawala ng boltahe sa isang inductive load ay hindi maganda - ang pag-akyat ay lumipad. Bilang karagdagan, nakikita mo ba ang mga ingay na ito sa sinusoid milliseconds bago ang aktwal na shutdown? Ito ang sparking ng mga contact ng relay na nagsimula nang magbukas, dahil kung saan sila ay kumukulo isang araw.

Kaya, masamang lumipat ng inductive load na may "hubad" na relay. Ano ang gagawin natin? Subukan nating magdagdag ng isang snubber - isang RC circuit ng isang 120 ohm risistor at isang 0.15 uF capacitor.

Isama ang:

Mas mabuti, ngunit hindi gaanong. Ang pagbuga ay bumagal sa taas, ngunit sa pangkalahatan ay napanatili.

Patayin:

Ang parehong larawan. Ang mga labi ay nanatili, bukod dito, ang sparking ng mga contact ng relay ay nanatili, kahit na lubos na nabawasan.

Konklusyon: na may isang snubber ito ay mas mahusay kaysa sa walang isang snubber, ngunit sa buong mundo hindi ito malulutas ang mga problema. Gayunpaman, kung gusto mong lumipat ng inductive load gamit ang isang conventional relay, mag-install ng snubber. Dapat piliin ang mga rating para sa isang partikular na pagkarga, ngunit ang isang 1-Watt 100-120 ohm risistor at isang 0.1 uF capacitor ay tila isang makatwirang opsyon para sa kasong ito.

Kaugnay na pagbabasa: Agilent - Application Note 1399, "Pag-maximize sa Life Span ng Iyong Mga Relay". Kapag ang relay ay nagpapatakbo sa pinakamasamang uri ng pagkarga - ang motor, na, bilang karagdagan sa inductance, ay mayroon ding napakababang pagtutol sa pagsisimula - inirerekomenda ng mahuhusay na may-akda na bawasan ang buhay ng pasaporte ng relay limang beses.

At ngayon, gumawa tayo ng isang knight's move - pagsasamahin natin ang isang triac, isang triac driver na may zero detection at isang relay sa isang circuit.

Ano ang nasa diagram na ito? Sa kaliwa ay ang pasukan. Kapag ang isang "1" ay inilapat dito, ang kapasitor C2 ay naniningil ng halos kaagad sa pamamagitan ng R1 at ang mas mababang kalahati ng D1; Ang opto-relay VO1 ay naka-on, naghihintay para sa susunod na zero crossing (MOC3063 - na may built-in na zero detector circuit) at i-on ang triac D4. Nagsisimula na ang load.

Ang Capacitor C1 ay sinisingil sa pamamagitan ng isang chain ng R1 at R2, na tumatagal ng humigit-kumulang t=RC ~ 100ms. Ang mga ito ay ilang mga panahon ng mains boltahe, iyon ay, sa panahong ito ang triac ay magkakaroon ng oras upang i-on para sigurado. Pagkatapos ay bubukas ang Q1 - at ang relay K1 ay naka-on (pati na rin ang LED D2, na nagniningning na may kaaya-ayang ilaw ng esmeralda). Ang mga contact ng relay ay lumilipat sa triac, kaya higit pa - hanggang sa ito ay naka-off - hindi ito nakikibahagi sa trabaho. At hindi ito umiinit.

Pag-shutdown - sa reverse order. Sa sandaling lumitaw ang "0" sa input, mabilis na nagdi-discharge ang C1 sa itaas na braso ng D1 at R1, ang relay ay i-off. Ngunit ang triac ay nananatiling naka-on nang humigit-kumulang 100 ms, dahil ang C2 ay na-discharge sa pamamagitan ng 100-kilohm R3. Bukod dito, dahil ang triac ay nakabukas sa pamamagitan ng kasalukuyang, kahit na matapos ang VO1 ay naka-off, ito ay mananatiling bukas hanggang ang load current ay bumaba sa susunod na kalahating cycle sa ibaba ng triac holding current.

Pagsasama:

Pagsara:

Ang ganda, di ba? Bukod dito, kapag gumagamit ng mga modernong triac na lumalaban sa mabilis na pagbabago sa kasalukuyang at boltahe (lahat ng mga pangunahing tagagawa ay may ganitong mga modelo - NXP, ST, Onsemi, atbp., Ang mga pangalan ay nagsisimula sa "BTA"), ang snubber ay hindi kinakailangan sa lahat, sa anumang anyo.

At saka, kung ating matatandaan matatalinong tao mula sa Agilent at tingnan kung paano nagbabago ang kasalukuyang natupok ng motor, makukuha mo ang larawang ito:

Ang panimulang kasalukuyang ay lumampas sa operating kasalukuyang ng higit sa apat na beses. Para sa unang limang mga panahon - ang oras kung saan pinamunuan ng triac ang relay sa aming circuit - ang kasalukuyang ay bumaba ng halos kalahati, na makabuluhang pinapalambot din ang mga kinakailangan para sa relay at nagpapahaba ng buhay nito.

Oo, ang circuit ay mas kumplikado at mas mahal kaysa sa isang conventional relay o isang conventional triac. Ngunit kadalasan ito ay katumbas ng halaga.

Ang pag-install ng isang passive smoothing filter sa output ng rectifier ay makabuluhang nakakaapekto sa mga pisikal na proseso sa rectifier mismo. Ang inductive nature ay nagaganap kapag ang rectifier ay nagpapatakbo sa isang filter, na nagsisimula sa isang inductance o sa winding ng isang relay, contactor, excitation winding. mga de-koryenteng makina at iba pa.Ang isang diagram ng pinakasimpleng rectifier na may inductive load ay ipinapakita sa Fig. 3.34. Sa mga scheme na ito, bilang panuntunan, ang kondisyon >> i.e. inductive reactance throttle sa dalas ng ripple mas lumalaban load. Ito ay kilala na ang kasalukuyang sa inductance ay nahuhuli sa boltahe ng π/2 at ang proseso ng kasalukuyang pagtaas at pagbaba ay nagtatapos sa loob ng isang panahon.

Figure 3.34 - Single-phase, single-ended rectifier na may

inductive na katangian ng pagkarga

Ang kasalukuyang sa circuit (i 2) ay non-sinusoidal, dahil bilang karagdagan sa EMF ng pangalawang paikot-ikot, ang EMF ng induction ng throttle ay kumikilos dito.

Sa pagtaas ng kasalukuyang, ang enerhiya ay naipon sa magnetic field ng inductor, at may pagbaba sa kasalukuyang, ang enerhiya na ito ay pinakawalan.

Kaya, ang resulta ng pag-on sa inductance ay "hilahin" ang kasalukuyang gate. Ang kasalukuyang anggulo ng daloy ay nakasalalay sa pare-pareho ng oras, kung saan ang R \u003d R H + r D + r 2, r D ay ang paglaban ng diode, ang r 2 ay ang ohmic resistance ng pangalawang winding ng transpormer (Fig. 3.35).

Figure 3.35 - Pag-asa ng anggulo ng kasalukuyang daloy sa pare-pareho ng oras

Mahirap tuparin ang ratio. Ang mga pagkalugi sa inductor mismo ay tumataas at ang pangkalahatang kahusayan ay bumababa nang malaki. Samakatuwid, na may inductive na katangian ng pagkarga, ang mga multi-phase circuit na p ≥ 2 ay ginagamit, kung saan ang kasalukuyang pagpapatuloy ay madaling matiyak sa panahon ng ripple.

Kumuha tayo ng three-phase single-cycle rectifier (Larawan 3.36). Sa figure na ito, ang L S ay ang leakage inductance ng pangalawang winding; r ay ang loss resistance (r = r 2 + r 1 / n 2), na karaniwang r<< Rн; – угол перекрытия фаз. Поскольку >> ang kasalukuyang sa load ay pare-pareho, at ang kasalukuyang sa pamamagitan ng balbula ay may anyo ng isang hugis-parihaba na pulso. Ang paglipat ng kasalukuyang mula sa balbula patungo sa balbula dahil sa pagtagas ng inductance ay hindi maaaring mangyari kaagad. Ang EMF ng self-induction nito ay pumipigil sa isang pagbabago sa kasalukuyang - sa isang yugto ay bumababa ito, at sa isa pa ay tumataas ito. Bilang resulta, ang kasalukuyang dumadaloy nang sabay-sabay sa dalawang yugto. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na overlapping ng phase currents. Malaki ang epekto nito sa qualitative at quantitative ratios sa rectification scheme.

Figure 3.36 - Three-phase single-ended rectifier

Sa iisang cycle single-phase circuit walang kasalukuyang paglipat mula sa isang balbula patungo sa isa pa, kaya ang Ls dito ay halos hindi nakakaapekto sa mga pisikal na proseso. AT tatlong-phase na circuit mayroong isang may hangganan na oras ng paglipat ng kasalukuyang (phase switching). Kung pinabayaan natin ang paglaban ng mga balbula at transpormer, pagkatapos ay walang kasalukuyang paghila - ang paglipat ay madalian. Dahil sa overlap ng phase, ang pare-parehong bahagi U 0 ay nabawasan ng lugar ng tatsulok sa boltahe U d .

Bilang resulta, ang pagkakaroon ng r at Ls ay humahantong sa isang mas matalas na pagbaba sa panlabas na katangian ng rectifier (i.e., isang pagtaas sa Rout), na ipinapakita sa Fig. 3.37.

Figure 3.37 - Panlabas na katangian ng rectifier na may inductive

ang likas na katangian ng pagkarga

Dito, kapag ang kasalukuyang load ay mas mababa sa isang tiyak na halaga I 0cr, ang kaugnayan ay titigil na matupad. Ang kasalukuyang inductor ay nagiging pasulput-sulpot, ganap itong naglalabas at tumataas ang boltahe.

Para sa mga rectifier na may inductive na katangian ng load, ang mga sumusunod na konklusyon ay maaaring iguguhit:

1) Ang inductive na bahagi ng paglaban at pagkarga ay dapat na katapat sa Rn (kung hindi man ay mababa ang kahusayan).

2) Ang hugis ng kasalukuyang curve ng balbula ay lumalapit sa isang hugis-parihaba na hugis.

3) Ang tagal ng bawat yugto ay hindi nakasalalay sa inductance sa load circuit, ngunit tinutukoy ng bilang ng mga phase ng rectification (pulse) at ang leakage inductance ng transpormer.

4) Ang pagkakaroon ng leakage inductance ay humahantong sa overlap ng mga phase currents, habang ang U 0 ay bumababa, at ang ripple sa input ng smoothing filter ay tumataas.

Capacitive na katangian ng pagkarga

Ang capacitive na katangian ng load ay nangyayari kapag ang rectifier ay nagpapatakbo sa isang filter, na nagsisimula sa isang kapasidad, tulad ng ipinapakita sa Fig. 3.38.

Ang pare-pareho ng circuit ng pagsingil ay mas mababa kaysa sa pare-pareho ng circuit ng paglabas, samakatuwid ang oras ng pagsingil (anggulo) ay mas mababa kaysa sa oras ng paglabas ng kapasitor ng filter sa pagkarga. Mayroong isang cut-off ng kasalukuyang balbula. Sa pagtaas ng R H, bumabagal ang discharge at lumilipat ang intersection point ng U 2 at U C, bumababa ang anggulo, at bumababa rin ang ripple ng boltahe. Sa kasalukuyan

Figure 3.38 - Ang pinakasimpleng rectifier na may capacitive load

load katumbas ng zero, ang kapasitor ay hindi pinalabas at U 0 \u003d U m 2. Ang reverse boltahe sa buong balbula ay pinakamataas din at katumbas ng . Ang panlabas na katangian ay non-linear at ang output impedance ay maaari lamang matukoy sa operating point sa mga pagtaas (Figure 3.39).

Figure 3.39 - Panlabas na katangian ng rectifier na may capacitive

load

Ang single-phase, single-ended rectification circuit ay medyo mataas ang ripple sa mababang pangunahing frequency at hindi maganda ang paggamit ng transpormer. Gayunpaman, ang pagiging simple ng mga single-cycle na circuit ay ginagawa itong mas kaakit-akit kaysa sa mga push-pull circuit para sa pagkuha ng matataas na boltahe.

Isaalang-alang ang isang circuit ng pagdodoble ng boltahe. Ito ay ipinapakita sa fig. 3.40 at binubuo ng dalawang single-cycle rectifier, bawat isa ay gumagamit ng sarili nitong

Figure 3.40 - Circuit ng pagdodoble ng boltahe (symmetrical)

kalahating alon ng boltahe ng mains. Ang boltahe sa load ay ang kabuuan ng mga boltahe sa mga capacitor C 1 at C 2. Kung ang ripples ay maliit, pagkatapos ay ang pare-pareho ang bahagi sa pagkarga

Kapag nagdadagdag, lahat ng kakaibang harmonic ay nabayaran, kasama ang una (p = 2). Ang kawalan ng circuit ay ang kakulangan ng isang karaniwang punto sa pagitan ng transpormer at ng pagkarga, na hindi maginhawa mula sa punto ng view ng kaligtasan ng kuryente.

Ang isa pang pamamaraan ng pagdodoble ay ipinapakita sa Figure 3.41. Ito ay tinatawag na asymmetrical at may pangkaraniwang punto mga network at load.

Figure 3.41 - Hindi balanseng circuit ng pagdodoble ng boltahe

Sa circuit na ito, ang dalas ng unang harmonic ng mga ripples ay katumbas ng dalas ng mains. Ang Capacitor C 1 ay gumaganap ng function ng isang intermediate energy storage device, samakatuwid ang mass at volume ng isang asymmetric doubler ay mas malaki kaysa sa isang simetriko.

Ngunit nakakuha kami ng isang regular na istraktura na maaaring tumaas, tulad ng ipinapakita sa Fig. 3.42.

Figure 3.42 - Asymmetric boltahe pagdodoble circuit (a) at

boltahe multiplier ng anim (b)

Sa multiplier ng boltahe, ang pag-load ay maaari ding konektado sa itaas na pangkat ng mga capacitor - nakakakuha kami ng isang multiplier ng lima. Ang mga multiplier ay ginawa sa anyo ng isang hindi mapaghihiwalay na bloke. Ang bilang ng mga capacitor ay katumbas ng multiplication factor. Ang impedance ng output ay sinusukat sa kilo-ohms.

Mga Kontroladong Rectifier

Ang isang kinokontrol na rectifier ay isang rectifier na ang output boltahe ay maaaring i-regulate sa isang pare-pareho ang input boltahe.

Maaari mong kontrolin ang output boltahe sa pamamagitan ng paglipat ng mga pagliko ng pangunahing o pangalawang windings transformer, laboratory autotransformer (LATR) o ang pagpapakilala ng isang rheostat sa kasalukuyang circuit. Ang unang paraan ay nagbibigay ng discreteness ng pagsasaayos, na hindi palaging katanggap-tanggap, ang pangalawa, dahil sa pagkakaroon ng mga sliding contact, ay may mababang pagiging maaasahan, at ang pangatlo (gamit ang rheostats) ay may mababang kahusayan. Samakatuwid, ginagamit ang mga kinokontrol na balbula, na kasama sa halip na mga hindi nakokontrol sa circuit ng pagwawasto.

Ang mga thyristor ay ginagamit bilang naturang mga balbula - apat na layer mga istrukturang p-n-p-n. Ipinapakita ng Figure 3.43a,b,c ang simbolo, katumbas na circuit at CVC ng thyristor (triac), ayon sa pagkakabanggit. :

Figure 3.43 - Simbolo, katumbas na circuit at CVC ng thyristor

Sa normal na estado, ang thyristor ay naka-lock. Mayroong dalawang matatag na estado sa circuit: bukas (punto A) at sarado (punto B).

Ang pagtaas ng source boltahe mula 0 hanggang E sa Iue = 0 ay humahantong sa paggalaw ng operating point kasama ang mas mababang seksyon ng katangian. Kung maglalapat ka ng control current pulse Iue sapat na upang i-on, pagkatapos ay rt. ay pupunta sa punto A at ang control circuit ay titigil sa pag-impluwensya sa mga proseso sa anode circuit ng thyristor - ang control circuit ay hindi kinakailangan. Ito ay isang system na may panloob na positibong feedback, kaya ang mga thyristor ay may malaking power gain.

Karaniwan, ang E ay palaging mas mababa kaysa sa turn-on na boltahe "sa kahabaan ng anode" (U amax) ng 20 ... 30%. Maaari mo lamang i-off ang thyristor sa pamamagitan ng pagbabawas ng Ia sa antas na mas mababa kaysa sa hawak na kasalukuyang (Iud), sa pamamagitan ng pagtaas ng Rn o pagbabawas ng E.

Sa bukas na estado, ang mga thyristor ay pumasa sa malalaking alon (daan-daang amperes), ngunit ang mga ito ay inertial, ang turn-on time ay 0.1 ... 10 μs, at ang turn-off time ay 1 ... 100 μs.

Kasama ang itinuturing na thyristor, mayroong isang pangkat ng mga four-layer na device na may iba't ibang katangian, ito ay mga dinistor, triac at lockable na thyristor. Ang mga ito ay ipinapakita sa fig. 3.44.

Larawan 3.44 - Simbolo na dinistor (a), triac (b)

at isang nakakandadong thyristor (c).

Ang dinistor ay may regulated turn-on na boltahe sa anode. Ito ay isang two-electrode device. Ang triac ay idinisenyo upang gumana sa mga circuit alternating current sa kasong ito, ang control signal ay maaaring ilapat na may kaugnayan sa katod o may kaugnayan sa anode. Ang lahat ng mga device na nabanggit sa itaas ay naka-off lamang sa pamamagitan ng pagbabawas ng anode current nito sa ibaba ng holding current.

Gayunpaman, mayroon ding mga tinatawag na lockable thyristors, i.e. sa pamamagitan ng paglalapat ng kasalukuyang sa RE circuit sa tapat na direksyon, ang thyristor ay maaaring patayin. Ngunit sa parehong oras, ang turn-off gain ay isang order ng magnitude na mas mababa kaysa sa turn-on gain.

Ang lahat ng mga device na ito ay malawakang ginagamit sa mga automation device at power supply bilang mga regulator, stabilizer at proteksyon na device.

Karaniwan ang isang thyristor ay inilalagay sa rectification circuit sa halip na isang hindi nakokontrol na balbula. Kumuha tayo ng single-phase bridge (Larawan 3.45). Sa figure na ito - ang thyristor switching angle (ang anggulo na nauugnay sa natural na switching point ng walang kontrol na balbula).

Figure 3.45 - Single-phase na kinokontrol na tulay

Hanapin ang pare-parehong bahagi ng boltahe sa buong load.

Isinasaalang-alang na ang boltahe U 2 ay maharmonya, kung gayon

(3.44) Kung sa (3.44) tinatanggap natin ang , kung gayon ang boltahe sa output ng hindi nakokontrol na rectifier; kung , kung gayon . Ang pag-asa ay ang nagre-regulate na katangian ng kinokontrol na rectifier. Ito ay ipinapakita sa Figure 3.46 at hindi linear.

Figure 3.49 - Hindi balanseng kinokontrol na rectifier

Dito, ang mga diode ay gumaganap ng papel ng isang zero gate, samakatuwid; ang kawalaan ng simetrya ay maaaring maging anuman (maaaring nasa anode o cathode group ang mga hindi nakokontrol na balbula o tulad ng sa Fig. 3.49).

Ginagamit din ang mga thyristor sa mga circuit ng booster, na, kumpara sa mga isinasaalang-alang, ay may mas mataas na kahusayan, dahil binago nila ang bahagi lamang ng enerhiya para sa pagkarga. Ang rectifier circuit na may boltahe boost ay ipinapakita sa Fig. 3.50. Narito ang pinakamababang boltahe ng output

Figure 3.50 - Rectifier na may boltahe boost

ibinigay ng hindi nakokontrol na rectifier VD1 at VD2. Ang pagtaas ng boltahe ay nakamit sa pamamagitan ng pag-on sa thyristors VS1 at VS2. Sa maximum na mode, ang mga diode ay palaging sarado at ang switching angle ay . Ang ganitong mga circuit ay may mahusay na pagganap ng enerhiya, ngunit ang mga karagdagang windings ay kinakailangan sa transpormer.