Triak.doc

Praktyczne przykłady zastosowania regulatorów z urzyciem Triaków

Regulator jest przeznaczony do płynnej regulacji natężenia światła żarówek, temperatury urządzeń grzejnych oraz do regulacji obrotów silników komutatorowych. Główną zaletą tego regulatora, wyróżniającą go spośród innych znanych rozwiązań, jest możliwość regulacji momentu obrotowego silnika przy stałej prędkości obrotowej.
 

Przykładowy regulator przygasania

W praktyce warsztatowej często powstaje potrzeba regulacji prędkości obrotowej wiertarki. Wiercenie otworów w materiałach o różnej twardości wymaga dobrania odpowiednich obrotów wiertła. Przy wierceniu otworów w elementach stalowych zbyt duże obroty powodują rozhartowywanie się i tępienie wiertła, a w przypadku plastyku, topienie się materiału. Z kolei wiercenie otworów w drewnie ze zbyt małą prędkością obrotową wiertła jest przyczyną małej efektywności wiercenia. Regulacja obrotów jest konieczna również przy wykorzystywaniu wiertarki do nawijania cewek.
Zmniejszając napięcie zasilania lub kąt przepływu prądu nie można uzyskać małych obrotów silnika i jednocześnie dostatecznie dużego momentu obrotowego, zapewniającego żądaną stabilność obrotów przy zmianach obciążenia. Konwencjonalne regulatory tyrystorowe zapewniają regulację mocy dostarczanej do odbiornika ale przy wykorzystaniu ich do zasilania wiertarki ze zmniejszeniem mocy następuje jednocześnie niekorzystne zmniejszenie momentu obrotowego (przy większym oporze wiertła silnik zatrzymuje się). W opisanym układzie regulatora z triakiem wymienione wady regulacji zostały w znacznym stopniu wyeliminowane. Regulator umożliwia zmianę mocy przekazywanej do silnika (regulacja obrotów) oraz zmianę częstotliwości napięcia zasilającego silnik (regulacja momentu obrotowego). Obie regulacje są niezależne od siebie.
Za pewną wadę układu można uznać sposób pracy silnika przy zmniejszonych obrotach. Silnik jest zasilany impulsowo w czasie trwania dodatniej i ujemnej połówki sinusoidy napięcia zasilającego. Między impulsami napięcia zasilającego są przerwy, których czas trwania jest wielokrotnością okresów napięcia sieci energetycznej (0..25x20 ms). Im dłuższa jest przerwa, tym bardziej jest odczuwalny brak płynności ruchu obrotowego wirnika. W niektórych przypadkach wymieniona wada jest jednak korzystna, np. w czasie wiercenia w betonie. Część schematu, zawarta w ograniczonym linią przerywaną prostokącie, stanowi typowy układ regulatora mocy. Triak Tr jest sterowany za pomocą diaka D11 i przesuwnika fazowego, w którego skład wchodzą pozostałe elementy. Potencjometr P2 służy do regulacji kąta przepływu triaka Tr, a potencjometr P1 do ustalenia poziomu początkowego mocy, np. poziomu gaśnięcia żarówki Ro. Wyłącznik z potencjometru P2 wykorzystano do wyłączania zasilania układu. Pozostała część schematu odpowiada układowi wyłączającemu sterowanie triaka na czas regulowany potencjometrem P3.
 

Sinusoidalne napięcie sieci (rys. 2. przebieg 1), doprowadzone przez rezystory R1 i R2 do bazy tranzystora T1, jest przetwarzane przez ten tranzystor na napięcie prostokątne, które przez kondensatory różniczkujące C3, C4 steruje przerzutnikiem bistabilnym z tranzystorami T2, T3.Przerzutnik ten spełnia funkcję dzielnika częstotliwości. Impulsy napięcia na kolektorze tranzystora T3 (przebieg 3) mają 2-krotnie dłuższy okres od okresu napięcia sieci.Zbocza impulsów są różniczkowane przez układ R12, C5 (przebieg 4). Ujemne impulsy szpilkowe są eliminowane przez diodę D8, a dodatnie wyzwalają przerzutnik monostabilny z tranzystorami T4, T5. Na wyjściu przerzutnika (kolektor tranzystora T5) uzyskuje się dodatni impuls (przebieg 5) o czasie trwania T =  0,7*C6/(R16+P3+R11) regulowanym potencjometrem P3. W czasie trwania impulsu przewodzą tranzystory T6, T7 oraz T8 i odpowiednio, przez diody D9, D10 zostaje zablokowane wysterowanie triaka Tr dla ujemnych i dodatnich połówek sinusoidy napięcia sieci. Odblokowanie wysterowania triaka Tr powinno nastąpić 20 ms przed kolejnym impulsem napięcia na bazie tranzystora T4. Ponieważ z ustawionej potencjometrem P3 stałej czasu może wynikać wcześniejsze zakończenie generacji impulsu i w związku z tym wcześniejsze odblokowanie triaka Tr, warunki pracy przerzutnika monostabilnego (tranzystory T4, T5) zostały takdobrane, aby w końcowej fazie generacji impulsu o czasie jego zakończenia decydowało przejście tranzystora T2 ze stanu przewodzenia do stanu zatkania. W tym celu dołączono potencjometr P3 do dzielnika rezystorowego R10, R11 w obwodzie kolektora tranzystora T2.
W czasie przewodzenia tranzystora T2, w wyniku zasilania bazy tranzystora T5 niższym napięciem, stan zatkania tranzystora T5 zostaje przedłużony do czasu, gdy tranzystor T2 przejdzie w stan zatkania i wzrośnie napięcie wysterowujące tranzystor T5. Tranzystor T5 przewodzi i powoduje zatkanie tranzystorów T6..T8. Spolaryzowane zaporowo diody D9 i D10 odblokowują wysterowanie triaka Tr. Odblokowanie trwa przez jeden okres napięcia sieci i w tym czasie triak może przewodzić prąd do obciążenia Ro, przy czym kąt przepływu prądu triaka zależy od rezystancji potenjometru P2 (przebieg 6). Gdy rezystancja potencjometru P3 jest równa zeru, przerzutnik monostabilny generuje impuls tak krótki (kilka ms), że praktycznie nie wpływa na ciągłą pracę triaka. Układ działa wówczas jak zwykły regulator mocy stosowany do regulacji oświetlenia.
Dioda D1 spełnia funkcję prostownika ujemnego napięcia, stabilizowanego diodą Zenera D5 i filtrowanego za pomocą kondensatora C2. rezystory R1 i R4 ograniczają natężenie prostowanego prądu. Napięcie jest wykorzystywane do polaryzacji bazy tranzystora T7. Dioda D2 stanowi prostownik napięcia dodatniego, zasilającego układ regulacji częstotliwości. Rezystor R1 ogranicza natężenie prostowanego prądu. Dioda D4 jest stabilizatorem napięcia +15 V, a kondensator C1 filtruje to napięcie. Jako bezpiecznik zastosowano wkładkę typu WTA-G, wypełnioną gasiwem, która ma krótszy czas reakcji w porównaniu ze zwykłą wkładką WTA. Mimo takiego zabezpieczenia wyjście regulatora należy chronić przed zwarciem, ponieważ czas narastania prądu triaka do wartości niszczącej jest znacznie krótszy od czasu przepalenia bezpiecznika (100..200 ms).

Uruchomienie
Działanie układu należy sprawdzić obciążając wyjście żarówką. Przy potencjometrze P3 ustawionym w prawe, skrajne położenie, należy sprawdzić płynność zmian intensywności świecenia żarówki w czasie regulacji potencjometrem P2. Należy sprawdzić, czy w całym zakresie tej regulacji nie występuje migotanie świecienia żarówki. Przy lewym skrajnym położeniu pokrętła potencjometru P2 rezystorem nastawnym P1 ustawia się minimalny poziom świecenia. W następnej kolejności należy sprawdzić regulację potencjometrem P3. W miarę wzrostu rezystancji (obrót pokrętła w lewo) świecenie żarówki od ciągłego powinno przechodzić skokowo w coraz wolniejsze migotanie aż do minimalnej częstotliwości świecenia żarówki - 2 Hz. Przy małej częstotliwości błysków łatwo jest skontrolować czy podczas przerw żarówka jest całkowicie wygaszana. W wypadku stwierdzenia, że uzyskuje się rozświetlanie żarówki, ale w czasie przerw świeci ona ze zmniejszoną do połowy mocą, należy sprawdzić elementy: T8, D10 oraz T6, T7, D9, D5, R20, R21, R22. Elementy te należy również sprawdzić w wypadku, gdy przy ustawionym w prawe skrajne położenie potencjometrze P3, potencjometrem P2 nie uzyskuje się pełnej jaskrawości świecenia żarówki i jednocześnie występuje widoczne migotanie (25Hz). Dokładniejsze badanie prawidłowości działania układu wymaga zastosowania oscyloskopu.