Меню

Тиристорные генераторы высокого напряжения



Волков И.В. Высоковольтный генератор

Волков И.В. Высоковольтный генератор // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2003. – № 4. – С. 21-22.

Принимая участие в проводившемся в АПО в конце декабря 2002 года семинаре «Использование нестандартного оборудования в демонстрационном и фронтальном эксперименте», я увидел оживление в аудитории, когда демонстрировал свой генератор. Поэтому хочу поделиться со всеми, кого он заинтересует. Не у каждого в кабинете есть прибор заводского изготовления «Разряд». Да и электрофорные машины — не у каждого. А вот изготовить самодельный прибор, оказывается, можно из подручных средств. Электрическую принципиальную схему и принцип действия привожу ниже.

Прибор работает следующим образом. Допустим, что в верхней по схеме части в данный момент положительный полупериод сетевого напряжения, а в нижней — соответственно отрицательный. Ток протекает по цепи: резистор R 1, диод VD 1, первичная обмотка Tp 1, заряжая конденсатор С1.Тиристор VS 1 при этом закрыт, и ток через его управляющий электрод не протекает, потому что падение напряжения на диоде VD 2 в прямом включении мало по сравнению с тем, которое нужно для отпирания тиристора. При отрицательном полупериоде диоды VD 1 и VD 2 закрываются. На катоде тиристора образуется падение напряжения относительно управляющего электрода (УЭ) в цепи управляющего электрода появляется прямой ток, и тиристор открывается. В этот момент конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку трансформатора. Во вторичной обмотке появляется импульс высокого напряжения.

Что касается деталей, то их легко приобрести на рынке.

VS 1 — тиристор, подойдут КУ202Н или с буквами К, Л, М; КУ201К, Л.

VD 1 и VD 2 — любые на прямой ток I пр ≥ 300 мА, обратное напряжение U о6р ≥ 400 В, подойдут КБ226В, Г; К D 243Г; KD 247Г, KD 105Б, B .

R 1 — резистор 1 кОм, мощность рассеивания не ниже 6 Вт, или три резистора по 2 Вт сопротивлением по 3 кОм.

R 2 — резистор 20 кОм, 2Вт.

С1 — конденсатор емкостью 1 мкФ и рабочее напряжение U p ≥ 400 В.

Tp 1 — катушка зажигания от автомобиля или мотоцикла типа, например, Б-115.

Надеюсь, этот прибор найдет применение во многих кабинетах физики.

Источник

Как работают мощные силовые тиристоры

В схемах и технической документации часто используются различные термины и знаки, но не все начинающие электрики знают их значение. Предлагаем обсудить, что такое силовые тиристоры для сварки, их принцип работы, характеристики и маркировка этих приборов.

Что такое тиристор и их виды

Многие видели тиристоры в гирлянде «Бегущий огонь», это самый простой пример описываемого устройства и как оно работает. Кремниевый выпрямитель или тиристор очень похож на транзистор. Это многослойное полупроводниковое устройство, основным материалом которого является кремний, чаще всего в пластиковом корпусе. Из-за того, что его принцип работы очень схож с ректификационным диодом (выпрямительные приборы переменного тока или динисторы), на схемах обозначение часто такое же — это считается аналог выпрямителя.

Читайте также:  Схема регулятора напряжения 220в для тэна

Cхема гирлянды бегущий огонь

Фото — Cхема гирлянды бегущий огонь

Бывают:

  • ABB запираемые тиристоры (GTO),
  • стандартные SEMIKRON,
  • мощные лавинные типа ТЛ-171,
  • оптронные (скажем, ТО 142-12,5-600 или модуль МТОТО 80),
  • симметричные ТС-106-10,
  • низкочастотные МТТ,
  • симистор BTA 16-600B или ВТ для стиральных машин,
  • частотные ТБЧ,
  • зарубежные TPS 08,
  • TYN 208.

Но в это же время для высоковольтных аппаратов (печей, станков, прочей автоматики производства) используют транзисторы типа IGBT или IGCT.

ТиристорФото — Тиристор

Но, в отличие от диода, который является двухслойным (PN) трехслойного транзистора (PNP, NPN), тиристор состоит из четырех слоев (PNPN) и этот полупроводниковый прибор содержит три p-n перехода. В таком случае, диодные выпрямители становятся менее эффективными. Это хорошо демонстрирует схема управления тиристорами, а также любой справочник электриков (например, в библиотеке можно бесплатно почитать книгу автора Замятин).

Тиристор – это однонаправленный преобразователь переменного тока, то есть он проводит ток только в одном направлении, но в отличие от диода, устройство может быть сделано для работы в качестве коммутатора разомкнутой цепи или в виде ректификационного диода постоянного электротока. Другими словами, полупроводниковые тиристоры могут работать только в режиме коммутации и не могут быть использованы как приборы амплификации. Ключ на тиристоре не способен сам перейти в закрытое положение.

Кремниевый управляемый выпрямитель является одним из нескольких силовых полупроводниковых приборов вместе с симисторами, диодами переменного тока и однопереходными транзисторами, которые могут очень быстро переключаться из одного режима в другой. Такой тиристор называется быстродействующим. Конечно, большую роль здесь играет класс прибора.

Применение тиристора

Назначение тиристоров может быть самое различное, например, очень популярен самодельный сварочный инвертор на тиристорах, зарядное устройство для автомобиля (тиристор в блоке питания) и даже генератор. Из-за того, что сам по себе прибор может пропускать как низкочастотные, так и высокочастотные нагрузки, его также можно использовать для трансформатора для сварочных аппаратов (на их мосте используются именно такие детали). Для контроля работы детали в таком случае необходим регулятор напряжения на тиристоре.

применение Тиристора вместо ЛАТРа

Фото — применение Тиристора вместо ЛАТРа

Не стоит забывать и про тиристор зажигания для мотоциклов.

Описание конструкции и принцип действия

Тиристор состоит из трех частей: «Анод», «Катод» и «Вход», состоящий из трех p-n переходов, которые могут переключаться из положений «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на очень высокой скорости. Но при этом, он также может быть переключен с позиции «ВКЛ» с различной продолжительности по времени, т. е. в течение нескольких полупериодов, чтобы доставить определенное количество энергии к нагрузке. Работа тиристора можно лучше объяснить, если предположить, что он будет состоять из двух транзисторов, связанных друг с другом, как пара комплементарных регенеративных переключателей.

Читайте также:  Импульсные понижающие стабилизаторы напряжения схема

Самые простые микросхемы демонстрируют два транзистора, которые совмещены таким образом, что ток коллектора после команды «Пуск» поступает на NPN транзистора TR 2 каналы непосредственно в PNP-транзистора TR 1. В это время ток с TR 1 поступает в каналы в основания TR 2 . Эти два взаимосвязанных транзистора располагаются так, что база-эмиттер получает ток от коллектора-эмиттера другого транзистора. Для этого нужно параллельное размещение.

Тиристор КУ221ИМ

Фото — Тиристор КУ221ИМ

Несмотря на все меры безопасности, тиристор может непроизвольно переходить из одного положения в другое. Это происходит из-за резкого скачка тока, перепада температур и прочих разных факторов. Поэтому перед тем, как купить тиристор КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10, его нужно не только проверить тестером (прозвонить), но и ознакомиться с параметрами работы.

Типичные тиристорные ВАХ

Для начала обсуждения этой сложной темы, просмотрите схему ВАХ-характеристик тиристора:

характеристика тиристора ВАХ

Фото — характеристика тиристора ВАХ

  1. Отрезок между 0 и (Vвo,IL) полностью соответствует прямому запиранию устройства;
  2. В участке Vво осуществляется положение «ВКЛ» тиристора;
  3. Отрезок между зонами (Vво, IL) и (Vн,Iн) – это переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этом участке происходит так называемый динисторный эффект;
  4. В свою очередь точки (Vн,Iн) показывают на графике прямое открытие прибора;
  5. Точки 0 и Vbr – это участок с запиранием тиристора;
  6. После этого следует отрезок Vbr — он обозначает режим обратного пробоя.

Естественно, современные высокочастотные радиодетали в схеме могут влиять на вольт-амперные характеристики в незначительной форме (охладители, резисторы, реле). Также симметричные фототиристоры, стабилитроны SMD, оптотиристоры, триодные, оптронные, оптоэлектронные и прочие модули могут иметь другие ВАХ.

ВАХ-тиристора

Фото — ВАХ тиристора

Кроме того, обращаем Ваше внимание, что в таком случае защита устройств осуществляется на входе нагрузки.

Проверка тиристора

Перед тем, как купить прибор, нужно знать, как проверить тиристор мультиметром. Подключить измерительный прибор можно только к так называемому тестеру. Схема, по которой можно собрать такое устройство, представлена ниже:

тестер тиристоров

Фото — тестер тиристоров

Согласно описанию, к аноду необходимо подвести напряжение положительного характера, а к катоду – отрицательного. Очень важно использовать величину, которая соответствует разрешению тиристора. На чертеже показаны резисторы с номинальным напряжением от 9 до 12 вольт, это значит, что напряжение тестера немного больше, чем тиристора. После того, как Вы собрали прибор, можно начинать проверять выпрямитель. Нужно нажать на кнопку, которая подает импульсные сигналы для включения.

Проверка тиристора осуществляется очень просто, на управляющий электрод кнопкой кратковременно подается сигнал на открытие (положительный относительно катода). После этого если на тиристоре загорелись бегущие огни, то устройство считается нерабочим, но мощные приборы не всегда сразу реагируют после поступления нагрузки.

Читайте также:  Как измерить зарядное напряжение аккумулятора

схема тестера для тиристоров

Фото — схема тестера для тиристоров

Помимо проверки прибора, также рекомендуется использовать специальные контроллеры или блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУСТ или прочие марки, он работает примерно также, как и регулятор мощности на тиристоре. Главным отличием является более широкий спектр напряжений.

Видео: принцип работы тиристора

Технические характеристики

Рассмотрим технические параметры тиристора серии КУ 202е. В этой серии представляются отечественные маломощные устройства, основное применение которых ограничивается бытовыми приборами: его используют для работы электропечей, обогревателей и т.д.

На чертеже ниже представлена цоколевка и основные детали тиристора.

ку 202Фото — ку 202

  1. Установленное обратное напряжение в открытом состоянии (макс) 100 В
  2. Напряжение в закрытом положении 100 В
  3. Импульс в открытом положении — 30 А
  4. Повторяющийся импульс в открытом положении 10 А
  5. Среднее напряжение =0,2 В
  6. Установленный ток в открытом положении тиристор ку202нФото — тиристор ку202н

Цена тиристора зависит от его марки и характеристик. Мы рекомендуем покупать отечественные приборы – они более долговечны и отличаются доступной стоимостью. На стихийных рынках можно купить качественный мощный преобразователь до сотни рублей.

Источник

Тиристорные генераторы высокого напряжения

МОЩНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Тиристор – это самый мощный и неприхотливый, выдерживающий огромные перегрузки по току, электронный коммутатор. Поэтому весьма заманчиво использовать его в схемах мощных генераторов импульсов. При питании сетевым напряжением (без понижающего трансформатора или блока питания) в качестве задающих генераторов проще всего использовать релаксационные генераторы на транзисторах в лавинном режиме.

Генератор на 2-х тиристорах:

Каждый тиристор запускается импульсами от своего генератора на транзисторах Т3 и Т4. Частота следования импульсов зависит от времязадающих элементов R 2- C 3 — для верхнего плеча и R 3- C 4 – для нижнего.

Диоды D 1, D 2 срезают импульсы напряжения самоиндукции от первичной обмотки трансформатора Tr 1. Амплитуда этих импульсов примерно в 10 раз превышает напряжение питания. В некоторых случаях нам нужны эти импульсы, например, при использовании генератора для питания катушки Тесла или других высоковольтных устройств. В этом случае диоды D 1, D 2 не ставим, но выбираем тиристоры на соответствующее напряжение, либо снижаем напряжение источника питания.

Резистор R 6 служит в качестве предохранителя.

В качестве нагрузки может быть использован трансформатор, дроссель, резистор, лампочка… все, что угодно.

Область применения генератора? От построения различных, в том числе экзотических высоковольтных блоков питания до сварочных агрегатов, различных преобразователей. Например, при подключении в качестве нагрузки оооочень мощного динамика получится громкое гудение на заданной частоте, если динамик не сгорит и не лопнут барабанные перепонки.

При выборе R 2 R 3 получится такая последовательность импульсов (на активной нагрузке):

Генератор на 1-ом тиристоре:

Делитель осциллографа 1:100

Измерено на аноде Т1 относительно земли без диода D 1

На аноде Т1 относительно земли с диодом D 1

Источник