Fázová regulace tyristorů s monostabilem (74LS221)

Jako součást celovlnného tyristorového usměrňovače je na obrázku 1 znázorněno schéma zapojení obvodu pro řízení dvou tyristorů pomocí změny fáze, synchronizované s frekvencí sítě.
Obrázek 1. Schéma zapojení tyristorového usměrňovače s fázovou regulací napětí.
Obrázek 1. Schéma zapojení tyristorového usměrňovače s fázovou regulací napětí.

Střídavé napětí ze sekundáru síťového transformátoru T1 se přivádí na celovlnný usměrňovač tvořený diodami V1 a V2. Usměrněné napětí (obrázek 2a) slouží k napájení řídící části a také ke spouštění integrovaného monostabilního obvodu IC2. Rezistor R6 a zenerova dioda V4 tvarují spouštěcí impulsy (obrázek 2b) vedené na vstup Šmidtova klopného obvodu uvnitř IC2. Se vzestupnou hranou těchto impulsů dochází do překlápění výstupu Q monostabilu IC2 (obrázek 2c), přčemž je výstup Q zapnut (log. 1) pouze určitý čas, jehož délku nastavujeme reostatem P1. Když se výstup Q monostabilu IC2 opět vrátí do klidového stavu (log. 0), připojí se přes tranzistor V6 a rezistor R1 primár transformátoru T2 na napájecí napětí. Změna primárního proudu (obrázek 2d) má za následek indukci řídících impulsů v oddělených sekundárních vinutích (obrázek 2e). Kladné jehlové impulsy potom zapínají odpovídající tyristor V7, nebo V8, podle toho na kterém je právě napětí v propustném směru (obrázek 2f).
usměrňovač V1,V2
R2
IC2-Q
primár T2
sekundár T2
výstup
 
Obrázek 2. Průběhy napětí v jednotlivých bodech.

Se změnou doby trvání výstupního impulsu monostabilního obvodu tak vlastně "oddalujeme" zapínání tyristoru po průchodu síťového napětí nulou, a tímto způsobem dosáhneme regulaci výstupního napětí usměrňovače od nuly do maximální hodnoty. Čím je delší výstupní impuls monostabilu, tím je menší výstupní napětí usměrňovače a obráceně.
Správná činnost obvodu se zakládá na časové konstantě monostabilního obvodu IC2. Proto dále uvádím způsob jejího výpočtu. Pro použitý typ monostabilního obvodu (74LS221) platí, že:
t = ln 2 . P1 . C1    [sec; Ω, F]    (1)
Každý z tyristorů může býti zapnut pouze jednou v každé poloperiodě síťového napětí, což znamená, že výstupní impuls monostabilního obvodu může maximálně trvat stejně dlouho jako jedna poloperioda síťové frekvence:
t = T = 1    [sec; sec, Hz]    (2)
22 f

kde
t. . . . . . . doba trvání výstupního impulsu
T. . . . . . . doba trvání jedné periody
f. . . . . . . síťová frekvence, na kterou je obvod připojen

Sloučením předchozích vztahů (1), (2) a jejich úpravou dostaneme vzorec pro výpočet velikosti kondenzátoru C1, nebo potenciometru P1 v závislosti na síťovém kmitočtu f:
C1 = 721 . 103    [nF; Hz, kΩ]    (3)
f . P1

Přičemž musí platit, že:     1,4kΩ ≤ P1 ≤ 100kΩ    a    C1 ≤ 1000µF
Vidíme, že uvedené hodnoty pro P1 a C1 můžeme v širokých hranicích měnit. Abychom dosáhli přesné hodnoty kondenzátoru C1 spojíme paralelně dva nebo tři kondenzátory standardních velikostí. Potenciometr P1 musí mít lineární charakteristiku. Transformátor T2 je navinut na hrníčkovém feritovém jádře vnějšího průměru 14mm. Primární vinutí má 80 závitů vodiče ø0,1 CuL a sekundární vinutí 100+100 závitů vodiče ø0,08 CuL. Dáváme pozor na dobrou izolaci mezi všemi vinutími.
Uvedené zapojení nabízí i řadu výhod. Anody tyristorů V7 a V8 se nachází na stejném potenciálu, což umožňuje použití společného chladiče pro oba tyristory bez potřeby vzájemného odizolování. Ovládací elektrody tyristorů V7 a V8 jsou galvanicky spojené přes zanedbatelný odpor sekundárního vinutí s katodou, což má příznivý vliv na hodnotu dU/dt mezi anodou a katodou. Stejně tak tvar spouštěcích impulsů je ideální pro spolehlivé zapnutí tyristorů a malé zatížení ovládací elektrody. Použitím integovaných obvodů je dosaženo spolehlivé činnosti, nezávislosti regulace na teplotě okolí, nebo změnách napájecího napětí, stejně jako 100% opakovatelnost při výrobě. Zapínání tyristorů je spolehlivé u různých typů tyristorů (do 15A) bez toho, že by bylo nutno měnit hodnoty jakýchkoliv součástek. Při menších napětích napájení musíme lineárně zmenšit hodnotu odporu rezistorů R6, R7 a u větších napětí naopak zvětšit a použít diody V1 a V2 s většími inverzními napětími. Když některý z tyristorů nezapíná, musíme vzájemně prohodit začátek a konec odpovídajícího sekundárního vinutí transformátoru T2.
Touto prací je poukázáno na ještě jednu možnost použití integrovaného monostabilního obvodu typu 74LS221, která jak se vidí, nemusí být zrovna v doméně digitální techniky.
 
 
Literatura:
The TTL Data Book for Design Engineers, Texas Instruments, page 6-68 to 6-75, Fourth European Edition 1980.
 
Publikováno:
Radioamater, godina XL, broj 1986/12, str. 360-361, YU ISSN 0033-8168, © Novinsko-izdavačka radna organizacija "Tehnička knjiga", Beograd, Jugoslavija, 1986
 
 
 
 

Valid HTML 4.01!
 
 
© 1986 Djordje Zurovac, všechna práva vyhrazena.