Випрямленою напругою мережі діодом VD5 відбувається заряджання конденсатора С3. Одночасно заряджається конденсатор С2, обмежуючись зарядним струмом через резистор R5. Безпосередньо після ввімкнення тумблера SA1 напруга на виході мікросхеми (вивід 1) рівна нулю, тому транзистор VT1 і симистор будуть знаходитись в закритому стані. Імпульси з виходу однонапівперіодного випрямляча, що подаються на вхід «С» тригера DD1 лише підтверджують нульовий потенціал на неінвертуючому виході тригера. Як тільки конденсатори С3 і С2 зарядяться, стрибок напруги на вході «С» тригера підтвердить одиничний потенціал на виході «D». При таких умовах тригер переключиться і в подальшому буде зберігати цей стан. Позитивна напруга з неінвертуючого виходу тригера відкриє транзистор VT1, що, в свою чергу, відкриє симистор VS1.

При створенні діючого макету даної схеми було виявлено, що із – за низького коефіцієнта стабілізації опорним діодом VD4 на базі узгоджуючого транзистора наявні спотворення рівня напруги. Це призводить до ненадійного відкривання силового симистора. Крім того, коефіцієнт стабілізації знижується паралельним підключенням стабілітрону подільника напруги R3 – R4.

Технічна характеристика виробу

Даний пристрій матиме наступні характеристики:

Діапазон робочих напругU= 180…250 В;

Струм споживанняi = 0,25…0,30 мА;

Тип робочих напруг – змінна, імпульсна (двополярна);

Робоча частота мережі f = 50…60 Гц;

Відносна зміна напруги ΔU = 14…20 В;

Потужність навантаження P = 1…2000 Вт;

Затримка перед ввімкненням навантаження t= 1 сек.;

Розробка структурної схеми виробу

Гаситель спотворень при комутації працює по принципу регулятора напруги, в якому ключовий елемент (симістор) стає провідним «за вказівкою» схеми керування, яка забезпечує режим роботи симистора. Структурна схема пристрою зображена на рисунку 3.1. Приведемо детальний опис для окремих вузлів схеми згідно ілюстрованої схеми.

Мережа. до якої підключається гаситель, являється промисловою, зі стандартною змінною напругою 220 В та частотою 50-60 Гц. Від мережі пристрій заживлюється за допомогою стандартного штепселя. Допустимі відхилення в напрузі складають 40 В в сторону зниження напруги і 30 В в сторону підвищення її. Потужність, споживана схемою, визначається потужністю навантаження, що підключається. Виняток становить схема керування, яка споживає не більше 120 мВт. Як видно зі схеми, окрім схеми керування, від мережі заживлений один із електродів симістора. В послідовному з навантаженням підключенні полягає вся комутаційна функція симістора.

Баласт гасить струм із мережі для живлення всієї схеми керування. На виході баластного вузла напруга складає 220-240 В змінної напруги. Але напруга падає до 3-4 В, тому що споживана потужність лише трохи менша, ніж потужність, що видається баластом. Відповідно, падіння напруги на вузлі споживання буде значним. Звичайно, можна було б підключити трансформатор, але оскільки схема керування споживає малу потужність, то заради цього вистачить і силових резисторів. Також застосування трансформатора в даному випадку недоцільне в плані масо-габаритних показників та у фінансово-економічному плані (вартість силового резистора складає приблизно 10% від вартості трансформатора з мінімально допустимими параметрами для схеми.

Мостовий двонапівперіодний випрямляч призначений для випрямлення змінного струму, що надходить із баласту, так як вся схема керування призначена для роботи в постійній напрузі. В даній схемі вибрано мостовий двонапівперіодни й випрямляч саме тому, що він характеризується меншими пульсаціями, ніж однонапівперіодні та двонапівперіодні, має більший коефіцієнт перетворення потужності та стійкіший до короткочасної перенапруги.

Компенсаційний стабілізатор утримує на одному рівні напругу, що надходить на його вхід. На виході отримуємо напругу без істотних спотворень, що необхідно для нормальної роботи тригерів. Спочатку було запропоновано використати параметричний стабілізатор для менших габаритних показників, але потім було виявлено, що від якості стабілізованої напруги залежить чи не вся доцільність застосування гасителя комутаційних завад. Тому для поліпшення параметрів було обрано компенсаційний стабілізатор, щоб досягти максимального ефекту гасіння завад при комутації. Даний вузол стабілізує напругу, що надходить на ключовий вузол.

Ключовий елемент, виконаний на кремнієвому транзисторі, служить для формування імпульсів, які будуть синхронізувати роботу затримки вімкнення транзистора VT2. Він живиться від стабілізованої напруги, що поступає із компенсаційного стабілізатора.

Слідуючим компонентом схеми керування являєтьтся ємнісний фільтр. Помимо виконання своєї основної функції – згладження пульсацій на виході формувача синхроімпульсів, він є накоплювачем заряду для підвищення напруги живлення тригерів та транзисторів. Так як струм, що надходить із баласту, мінімально допустимий для роботи та живлення тригерів, а також наближений до струму утримання у відкритому стані симістора, використано фільтр, що підвищує мале значення струму у схемі.

Рис

Тригери затримки призначені для утворення із напівперіодів імпульсної напруги в змінну напругу для відкривання симістора в такт із частотою зміни напрямку струму в мережі. Також даний компонент виконує затримку включення навантаження, внаслідок цього Навантаженя вмикається плавно, без різких стрибків та провалин у значеннях мережевої напруги.

Основним елементом, яким керує вся вищеописана схема керування, є комутаційний симістор. Саме в ньому нарощується потужність впритул до потрібної для нормальної роботи навантаження; саме симістор замикає коло при ввімкненні тумблера.

Тепер можна узагальнити опис роботи всього пристрою за допомогою структурної схеми. Початковим моментом роботи являється переключення тумблера в положення «Включено». Подана напруга розділяється на два потоки – один потік іде на анод симістора, інший – на схему керування. Один вивід від мережі заживлюється безпосередньо на один із контактів навантаження. Інший вивід мережі підключається послідовно через симістор на другий контакт навантаження. Оскільки симістор не проводить струм через свою структуру при відсутності напруги на керуючому електроді, відкриваючий сигнал на даний електрод виробляє схема керування. В залежності від типу керуючого сигнале працює симістор.

Отже, струм, який надійшов на схему керування, занадто великий для керуючого електрода. В такому випадку для зниження струму керування вбудовано баластний вузол, який потрібен для захисту напівпровідникових компонентів у схемі керування (тригери затримки, ключ) від перевантаження. Оскільки тригери працюють із імпульсним струмом, у схему монтується мостовий випрямляч, що випрямляє напругу. Випрямлення є першою фазою перетворення постійної напруги в імпульсну. Далі випрямлена напруга урівновноважується у своєму значенні за допомогою компенсаційного стабілізатора (стабілізується). Стабілізація потрібна для формування рівномірних імпульсів, які далі керуватимуть симістором.

Стабілізована постійна напруга надходить на ключовий вузол, що являється формувачем імпульсів. Ключовий вузол формує сигнали, які набирають потрібну форму, проходячи через фільтр. Тригери затримки блокують вихідний сигнал, що подається на керуючий електрод симістора в початковий момент ввімкнення навантаження. Навантаження вмикається через 1 секунду після ввімкнення споживача. В наступні моменти потужність куруючих імпульсів наростає до того максимального значення, яке може видаватися баластом.

Розробка принципової схеми виробу

В даному розділі будемо описувати схему електричну принципову, опираючись на структурну схему виробу. Дана схема зображена на рисунку 4.

Сам пристрій має структурну схему симісторного регулятора. Основою його є силовий симістор, який пропускає струм чи не пропускає, в залежності від форми, частоти та амплітуди керуючих сигналів.

Отже, при ввімкненні пристрою з навантаженням в мережу струм починає протікати по основному колі – протікає впритул до одного з електродів симістора, після чого далі не може протікати – поки на керуючий електрод не буде подано керуючий сигнал із амплітудою, здатною утримувати силовий елемент у відкритому стані. В той же час інший потік струму проходить через схему керування, перетворюючись, подається на електрод керування, після чого симістор відкривається, вмикаючи навантаження.

Схема керування являє собою з’єднання необхідних для перетворення сигналу вузлів.

Першим і одним із основних вузлів є баласт, який знижує струм мережі до потрібних значень (Рис. 4.1). Баласт побудований на конденсаторі C1; резистор R1 призначений для гашення стрибка струму при зарядці конденсатора та для розрядки після вимкнення пристрою.; оскільки під час включення в колі конденсатора спостерігається значний стрибок струму, послідовно йому підключено струмообмежуючий конденсаторR2.