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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Bloc de régulation des grands courants redressés. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de courant, tension, puissance Le circuit éprouvé pour réguler le courant des consommateurs puissants est facile à configurer, fiable en fonctionnement et possède de larges capacités de consommation. Il est bien adapté pour le contrôle du mode de soudage, pour les démarreurs et les chargeurs et pour les automatismes puissants. Lors de l'alimentation de charges puissantes en courant continu, un circuit redresseur à quatre vannes de puissance est souvent utilisé (Fig. 1).
Une tension alternative est fournie à une diagonale du "pont", la tension constante de sortie (pulsée) est supprimée de l'autre diagonale. Dans chaque demi-cycle, une paire de diodes (VD1-VD4 ou VD2-VD3) fonctionne. Cette propriété du "pont" redresseur est significative : la quantité totale de courant redressé peut atteindre le double du courant maximum pour chaque diode. La tension limite de la diode ne doit pas être inférieure à la tension d'entrée crête. La classe de tension des vannes de puissance atteignant la quatorzième (1400 V), cela ne pose aucun problème pour un réseau électrique domestique. La réserve de tension inverse existante permet l'utilisation de vannes avec une certaine surchauffe, avec de petits radiateurs (n'en abusez pas !). Attention! Les diodes de puissance marquées "B" conduisent le courant, les diodes "similaires" D226 (de la sortie flexible au corps), les diodes marquées "VL" - du corps à la sortie flexible. L'utilisation de vannes de conductivités différentes permet une installation sur seulement deux radiateurs doubles. Si, toutefois, les «boîtiers» des vannes «VL» (sortie «moins») sont connectés au corps de l'appareil, il ne reste plus qu'à isoler un radiateur, sur lequel sont installées des diodes marquées «B». Un tel circuit est facile à installer et à "régler", mais des difficultés surviennent si vous devez réguler le courant de charge. Si tout est clair avec le processus de soudage (attachez "ballast"), alors il y a d'énormes problèmes avec le dispositif de démarrage. Après le démarrage du moteur, un courant énorme est inutile et nocif, il faut donc l'éteindre rapidement, car chaque retard raccourcit la durée de vie de la batterie (il n'est pas rare que les batteries explosent !). Le circuit représenté sur la figure 2 est très pratique pour une mise en œuvre pratique, dans laquelle les thyristors VS1, VS2 remplissent les fonctions de régulation du courant, les vannes de puissance VD1, VD2 sont incluses dans le même pont redresseur.
L'installation est facilitée par le fait que chaque paire de "diode-thyristor" est montée sur son propre radiateur. Les radiateurs peuvent être utilisés en standard (production industrielle). Une autre façon consiste à fabriquer indépendamment des radiateurs en cuivre, en aluminium d'une épaisseur supérieure à 10 mm. Pour sélectionner la taille des radiateurs, il est nécessaire d'assembler la disposition de l'appareil et de le "conduire" en mode lourd. Pas mal si, après une charge de 15 minutes, les boîtiers des thyristors et des diodes ne « brûlent » pas la main (coupez la tension à ce moment !). Le corps de l'appareil doit être conçu de manière à assurer une bonne circulation de l'air chauffé par l'appareil. Cela ne fait pas de mal d'installer un ventilateur qui "aide" à conduire l'air de bas en haut. Les ventilateurs installés dans des racks avec des cartes informatiques ou dans des machines de jeu "soviétiques" sont pratiques. Il est possible de réaliser le circuit d'un redresseur réglable entièrement sur des thyristors (Fig. 3). La paire inférieure (selon le schéma) de thyristors VS3, VS4 est déclenchée par des impulsions provenant de l'unité de commande.
Des impulsions arrivent simultanément sur les électrodes de commande des deux thyristors. Une telle construction du circuit est "dissonante" avec les principes de fiabilité, mais le temps a confirmé l'opérabilité du circuit (les thyristors "brûlés" du réseau électrique domestique ne peuvent pas, car ils supportent un courant pulsé de 1600 A). Le thyristor VS1 (VS2) est connecté en diode - avec une tension positive à l'anode du thyristor, un courant de déclenchement sera appliqué à l'électrode de commande du thyristor via la diode VD1 (ou VD2) et la résistance R1 (ou R2 ). Déjà à une tension de plusieurs volts, le thyristor s'ouvrira et conduira le courant jusqu'à la fin de l'alternance de courant. Le deuxième thyristor, sur l'anode duquel il y avait une tension négative, ne démarrera pas (ce n'est pas nécessaire). Une impulsion de courant arrive aux thyristors VS3 et VS4 depuis le circuit de commande. La valeur du courant moyen dans la charge dépend des moments d'ouverture des thyristors - plus l'impulsion d'ouverture arrive tôt, plus la plus grande partie de la période où le thyristor correspondant sera ouvert. L'ouverture des thyristors VS1, VS2 à travers les résistances "émousse" quelque peu le circuit: à de faibles tensions d'entrée, l'angle d'ouverture du thyristor s'avère faible - nettement moins de courant circule dans la charge que dans un circuit à diodes (Fig. 2). Ainsi, ce schéma est tout à fait adapté pour ajuster le courant de soudage en fonction du "secondaire" et redresser la tension secteur, où la perte de quelques volts est insignifiante. Le circuit représenté sur la figure 4 permet d'utiliser efficacement le pont de thyristors pour réguler le courant dans une large gamme de tensions d'alimentation.
L'appareil se compose de trois blocs :
Le transformateur T1 d'une puissance de 20 W alimente l'unité de contrôle des thyristors VS3 et VS4 et ouvre les "diodes" VS1 et VS2. L'ouverture des thyristors avec une alimentation externe est efficace à basse tension (voiture) dans le circuit de puissance, ainsi que lors de l'alimentation d'une charge inductive. Les impulsions de courant d'ouverture des enroulements de 5 volts du transformateur sont envoyées en opposition de phase aux électrodes de commande VS1, VS2. Les diodes VD1, VD2 ne transmettent que des demi-ondes positives de courant aux électrodes de commande. Si le phasage des impulsions d'ouverture est "approprié", alors le pont redresseur à thyristors fonctionnera, sinon il n'y aura pas de courant dans la charge. Cet inconvénient du circuit peut être facilement éliminé: il suffit de tourner la fiche d'alimentation T1 dans le sens opposé (et de marquer avec de la peinture comment connecter les fiches et les bornes des appareils au secteur). Lors de l'utilisation du circuit dans un démarreur-chargeur, une augmentation du courant de sortie est perceptible par rapport au circuit de la Fig. 3. La présence d'un circuit à courant faible (transformateur de réseau T1) est très avantageuse. L'interruption du courant avec l'interrupteur S1 désactive complètement la charge. Ainsi, l'interruption du courant de démarrage peut se faire à l'aide d'un petit interrupteur de fin de course, d'un disjoncteur ou d'un relais à courant faible (en ajoutant un déclencheur automatique). C'est un point très important, car il est beaucoup plus difficile de couper les circuits à fort courant qui nécessitent un bon contact pour le passage du courant. Ce n'est pas par hasard que nous nous sommes souvenus du phasage du transformateur T1. Si le régulateur de courant était "intégré" au chargeur-démarreur ou au circuit de la machine à souder, alors le problème de phasage serait résolu au moment de la mise en place de l'appareil principal. Notre appareil est spécialement conçu à profil large (car l'utilisation du dispositif de démarrage est déterminée par la saison de l'année, les travaux de soudage doivent donc être effectués de manière irrégulière). Vous devez contrôler le mode de fonctionnement d'une puissante perceuse électrique et alimenter des radiateurs en nichrome. La figure 5 montre un schéma de l'unité de commande des thyristors. Le pont redresseur VD1 alimente le circuit avec une tension pulsée de 0 à 20 V.
Cette tension à travers la diode VD2 est fournie au condensateur C1, une tension d'alimentation constante est fournie pour un puissant transistor "clé" sur VT2, VT3. La tension pulsée à travers la résistance R1 est fournie à la résistance R2 connectée en parallèle et à la diode Zener VD6. La résistance "lie" le potentiel du point "A" (Fig. 6) à zéro, et la diode zener limite les pics des impulsions au niveau du seuil de stabilisation. Des impulsions de tension limitées chargent le condensateur C2 pour alimenter la puce DD1. Les mêmes impulsions de tension agissent sur l'entrée de l'élément logique. A un certain seuil de tension, l'élément logique commute. Compte tenu de l'inversion du signal à la sortie de l'élément logique (point "B"), les impulsions de tension seront de courte durée proches de l'instant de tension d'entrée nulle.
L'élément logique suivant inverse la tension "B", de sorte que les impulsions de tension "C" ont une durée beaucoup plus longue. Pendant que l'impulsion de tension "C" est active, le condensateur C3 est chargé à travers les résistances R4 et R3. La tension en augmentation exponentielle au point "E", au moment de la transition par le seuil logique, "commute" l'élément logique. Après avoir été inversée par le deuxième élément logique, la haute tension d'entrée du point "E" correspond à une haute tension logique du point "F". Deux valeurs différentes de résistance R4 correspondent à deux oscillogrammes au point "E":
Vous devez également faire attention à l'alimentation de la base du transistor VT1 avec le signal "B", tandis que la tension d'entrée tombe à zéro, le transistor VT1 s'ouvre à saturation, la jonction collecteur du transistor décharge le condensateur C3 (là est la préparation de la charge dans la prochaine demi-période de tension). Ainsi, le niveau haut logique apparaît au point "F" tôt ou tard, selon la résistance R4 :
L'amplificateur sur les transistors VT2 et VT3 "répète" les signaux logiques point "G". Les oscillogrammes à ce stade répètent F1 et F2, mais la tension atteint 20 V. Grâce aux diodes de séparation VD4, VD5 et aux résistances de limitation R9 R10, les impulsions de courant agissent sur les électrodes de commande des thyristors VS3 VS4 (Fig. 4). L'un des thyristors s'ouvre et une impulsion de tension redressée passe à la sortie du bloc. La plus petite valeur de la résistance R4 correspond à la plus grande partie du demi-cycle de la sinusoïde - H1, la plus grande - la plus petite partie du demi-cycle de la sinusoïde - H2 (Fig. 4). A la fin du demi-cycle, le courant s'arrête et tous les thyristors se ferment. Ainsi, différentes valeurs de résistance R4 correspondent à différentes durées de "segments" de la tension sinusoïdale aux bornes de la charge. La puissance de sortie peut être réglée pratiquement de 0 à 100 %. La stabilité de l'appareil est déterminée par l'utilisation de la "logique" - les seuils de commutation des éléments sont stables. S'il n'y a pas d'erreurs dans l'installation, l'appareil fonctionne de manière stable. Lors du remplacement du condensateur C3, la sélection des résistances R3 et R4 sera nécessaire. Le remplacement des thyristors dans l'unité de puissance peut nécessiter la sélection de R9, R10 (il arrive que même les thyristors de puissance du même type diffèrent fortement dans les courants d'activation - vous devez rejeter le moins sensible). Vous pouvez mesurer la tension à la charge à chaque fois avec un voltmètre "approprié". Compte tenu de la mobilité et de la polyvalence de l'unité de contrôle, nous avons utilisé un voltmètre automatique à deux limites (Fig. 7).
La mesure de tension jusqu'à 30 V est effectuée par la tête PV1 de type M269 avec résistance supplémentaire R2 (l'écart de pleine échelle est réglable à une tension d'entrée de 30 V). Le condensateur C1 est nécessaire pour lisser la tension fournie au voltmètre. Le reste du circuit sert à « grossir » l'échelle d'un facteur 10. À travers la lampe à incandescence (barrette) HL3 et la résistance ajustable R3, la lampe à incandescence de l'optocoupleur U1 est alimentée, la diode zener VD1 protège l'entrée de l'optocoupleur. Une tension d'entrée importante entraîne une diminution de la résistance de la résistance de l'optocoupleur de mégaohm à kiloohm, le transistor VT1 s'ouvre, le relais K1 est activé. Dans ce cas, les contacts de relais remplissent deux fonctions: ils ouvrent la résistance d'accord R1 - le circuit du voltmètre passe à la limite de haute tension; au lieu de la LED verte HL2, la LED rouge HL1 s'allume. Le rouge, une couleur plus visible, est spécialement choisi pour l'échelle haute tension. Attention! Le réglage de R1 (échelle 0...300) est effectué après le réglage de R2. L'alimentation du circuit du voltmètre est prélevée sur l'unité de commande des thyristors. Le découplage de la tension mesurée s'effectue à l'aide d'un optocoupleur. Le seuil de commutation de l'optocoupleur peut être réglé légèrement supérieur à 30 V, ce qui facilitera le réglage des échelles. La diode VD2 est nécessaire pour protéger le transistor des surtensions au moment où le relais est désexcité. La commutation automatique des échelles de voltmètre est justifiée lors de l'utilisation de l'unité pour alimenter diverses charges. La numérotation des broches de l'optocoupleur n'est pas donnée : à l'aide d'un testeur, il est facile de distinguer les broches d'entrée et de sortie. La résistance de la lampe à optocoupleur est de plusieurs centaines d'ohms et la photorésistance est de mégaohm (au moment de la mesure, la lampe n'est pas alimentée). La figure 8 montre la vue de dessus de l'appareil (couvercle retiré). VS1 et VS2 sont installés sur un dissipateur thermique commun, VS3 et VS4 sont installés sur des dissipateurs thermiques séparés. Les fils sur les radiateurs ont dû être coupés pour les thyristors. Les sorties souples des thyristors de puissance sont coupées, l'installation est réalisée avec un fil plus fin.
La figure 9 montre une vue du panneau avant de l'appareil.
À gauche se trouve le bouton de contrôle du courant de charge, à droite se trouve l'échelle du voltmètre. Des LED sont fixées près de l'échelle, celle du haut (rouge) est située près de l'inscription "300 V". Les bornes de l'appareil ne sont pas très puissantes, car elles sont utilisées pour souder des pièces minces, où la précision du maintien du mode est très importante. Le temps de démarrage du moteur est court, donc la ressource des connexions du terminal est suffisante. Le capot supérieur est fixé au fond avec un espace de quelques centimètres pour assurer une meilleure circulation de l'air. L'appareil est facile à mettre à niveau. Ainsi, pour automatiser le mode de démarrage d'un moteur de voiture, aucun détail supplémentaire n'est nécessaire (Fig. 10).
Il est nécessaire entre les points "D" et "E" de l'unité de commande d'inclure un groupe de contacts normalement fermés du relais K1 du circuit d'un voltmètre à deux limites. Si la restructuration de R3 ne parvient pas à amener le seuil de commutation du voltmètre à 12 ... 13 V, vous devrez alors remplacer la lampe HL3 par une plus puissante (au lieu de 10, installez 15 W). Les dispositifs de démarrage de la production industrielle sont ajustés au seuil de commutation de même 9 V. Nous vous recommandons de régler le seuil de commutation de l'appareil sur une tension plus élevée, car avant même la mise en marche du démarreur, la batterie est alimentée avec un peu de courant (jusqu'au niveau de commutation). Maintenant, le démarrage se fait avec une batterie légèrement "rechargée", associée à un dispositif de démarrage automatique. Au fur et à mesure que la tension de bord augmente, l'automatisation "ferme" l'alimentation en courant du dispositif de démarrage, avec des démarrages répétés aux bons moments, la recharge reprend. Le régulateur de courant disponible dans l'appareil (rapport cyclique des impulsions redressées) permet de limiter la quantité de courant d'appel. Auteurs : N.P. Goreiko, VS Poêles
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