Tyrystorowy nawilżacz powietrza: zasada działania i zastosowanie
- Szczegóły
W nowoczesnych budynkach istotna jest nie tylko estetyczny i modny wystrój oraz wykończenie. Niezwykle ważna jest także właściwa jakość, temperatura i skład powietrza. Szczególnie w obiektach biurowych i pomieszczeniach z brakiem możliwości wietrzenia potrzebna jest wentylacja i klimatyzacja. Tylko ona zapewnia komfort pracy i wpływa na jej wydajności.
W marketach Mrówka można znaleźć szereg produktów, które sprawdzają się do poprawiania jakości powietrza. Różne zastosowanie pozwala na korzystanie z nich o każdej porze roku. Produkty można wykorzystać do ogrzewania pomieszczeń, chłodzenia lub wentylowania ich. Wszystkie pochodzą od znanych i renomowanych dostawców, dlatego zapewnią wysoką wydajność pracy.
Wysokie temperatury w czasie letnich dni powodują osłabienie koncentracji i gorsze samopoczucie. Mogą też prowadzić do przegrzania organizmu i odwodnienia. Doskwierające jest zwłaszcza ciężkie, ciepłe powietrze zalegające we wszystkich pomieszczeniach. Najłatwiejszym sposobem na zwiększenie ruchu powietrza jest wentylacja w domu.
Warto przyjrzeć się bliżej regulatorom tyrystorowym, które znajdują zastosowanie w systemach wentylacji. Regulatory tyrystorowe przeznaczone są do elektronicznej, bezstopniowej (płynnej) regulacji prędkości obrotowej silników wentylatorów jednobiegowych (o stałej liczbie biegunów magnetycznych) sterowanych napięciowo. Regulację tę osiąga się poprzez obniżanie napięcia zasilającego metodą cięcia fazy przy pomocy triaków, należących do rodziny tyrystorów.
Co to jest tyrystor i jak działa?
Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym, który zawiera aż 4 warstwy różnie domieszkowanego półprzewodnika - a nie 3, jak tranzystor bipolarny. Struktura tyrystora ma układ p-n-p-n. Tę “kanapkę” można przyrównać do dwóch tranzystorów i to porównanie jest trafne - tranzystory połączone w ten sposób będą działały jak tyrystor.
Przeczytaj także: Cronos Blue Water - czy warto?
Symbol tyrystora to dioda z dodatkowym wyprowadzeniem. Ma to swój sens, ponieważ tyrystor przewodzi prąd od anody (A) w kierunku katody (K). Odwrotny kierunek przepływu prądu nie jest możliwy - tak samo, jak w diodzie prostowniczej.
Triak jest elementem półprzewodnikowym. Pod względem funkcjonalnym stanowi odpowiednik przeciwsobnego połączenia równoległego dwóch tyrystorów. Jako element o strukturze n-p-n-p-n wyposażony jest w 3 elektrody: dwie anody A oraz bramkę G (gate). W obszarze typu n (negative) nośnikami większościowymi są elektrony o ładunku elektrycznym ujemnym. Analogicznie w obszarze typu p (positive) nośnikami większościowymi są dziury o ładunku elektrycznym dodatnim.
Tyrystor to element, który raz załączony, przewodzi już stale. Jedynym sposobem, aby go wyłączyć, jest chwilowa przerwa w zasilanym obwodzie, aby prąd zmalał do zera. Dlatego tyrystory stosujemy głównie w obwodach prądu przemiennego - na przykład, zasilanych z sieci energetycznej - ponieważ co pół okresu prąd przechodzi przez zero. Ta krótka chwila wystarczy, aby się wyłączył.
Owe “zatrzaskiwanie” tyrystora jest charakterystyczne i nie każdy element tak się zachowuje. Przykładowo, tranzystor przestaje przewodzić kiedy zniknie sygnał sterujący jego bazą lub bramką, a tyrystor w takiej sytuacji przewodzi tak samo.
Kiedy oba tranzystory są zatkane, nic się nie dzieje, żaden prąd nie płynie. Otwarty, nawet na krótką chwilę, tranzystor npn Q2 zaczyna swoim kolektorem “wciągać” prąd IC2. Skąd się on bierze? Z bazy drugiego tranzystora, pnp Q1, czyli jest to również prąd IB1. Od tego momentu sygnał sterujący staje się zbędny, ponieważ te tranzystory podtrzymują się wzajemnie: otwarty Q2 powoduje, że Q1 jest otwarty, a przez to Q1 daje prąd dla bazy Q2, aby ten mógł przewodzić.
Przeczytaj także: Poradnik: Wybór nawilżacza
Zastosowanie tyrystorów
Tyrystory są przydatne do załączania obciążeń pobierających znaczny prąd - rzędu dziesiątek i setek amperów. Ale i w mniejszych urządzeniach można je znaleźć. Niewielkie tyrystory przez wiele lat królowały w sterownikach lampek choinkowych, kiedy na naszych świątecznych drzewkach wieszaliśmy łańcuchy żaróweczek.
Współczesna energoelektronika wykorzystuje je, na przykład, do budowy sterowanych prostowników. To takie urządzenia, w których diody zastąpiono tyrystorami - w całości lub przynajmniej ich część. Możemy wtedy kontrolować moment otwarcia się takiej diody, a przez to wartość skuteczną napięcia po wyprostowaniu.
Tyrystory są przydatne również do budowy regulatorów fazowych. Jeżeli tyrystor jest diodą, która przewodzi wtedy, kiedy tego chcemy, to wystarczy spiąć dwie antyrównolegle i załączać w odpowiednim momencie. Przez część sinusoidy będą przewodzić, a przez część nie, więc do obciążenia trafi tylko jej fragment.
Po co nam element, który sprawia tyle problemów ze sterowaniem? Przecież tranzystor mógłby sprawdzić się w tej roli równie dobrze. Główną zaletą tyrystorów jest ich szybkie załączanie się. Wbudowany mechanizm dodatniego sprzężenia zwrotnego, który operuje w ramach struktury krzemowej powoduje, że załączenie się tyrystora jest najszybsze z możliwych. Czas, jaki do tego potrzebuje, wynosi 1...2μs. Tak szybka reakcja tranzystora dużej mocy, choćby najlepiej sterowanego, nie jest możliwa.
Druga zaleta: po załączeniu tyrystora, jego napięcie anoda-katoda tyrystora spada do wartości około 1V i niemal nie zależy od natężenia płynącego prądu.
Przeczytaj także: Ultradźwiękowy nawilżacz powietrza
Parametry maksymalne tyrystorów mogą być naprawdę imponujące. Tego typu tyrystory, jak pokazany wyżej, są stosowane w obwodach prądu stałego, ale ich rola jest bardzo specyficzna. Otóż mają za zadanie rozładować baterię kondensatorów, uprzednio naładowaną do określonego napięcia, poprzez cewkę lub inny element np. zaciski zgrzewarki punktowej.
W jakim celu się stosuje takie układy? Przede wszystkim, w różnorakich eksperymentach fizycznych, ponieważ można przez krótką chwilę uzyskać prąd o bardzo wysokim natężeniu, rzędy dziesiątek kiloamperów. Ale nie tylko, można w ten sposób również zgrzewać przemysłowo metalowe elementy.
Na tyrystorach nawet można wykonać falownik, czyli urządzenie do przekształcania prądu stałego w zmienny. Wystarczy tak dobrać elementy, aby rezonans odbiornika (np. cewki nagrzewnicy indukcyjnej) wymuszał przejście prądu przez zero w odpowiednim momencie.
Jak sprawdzić tyrystor?
Potencjalnie uszkodzony tyrystor należy wylutować z układu, odczytać jego oznaczenia i znaleźć notę katalogową. Pierwszą metodą sprawdzenia tyrystora jest użycie do tego multimetru. Należy go ustawić do pracy jako omomierz lub, lepiej, jako tester ciągłości i napięcia przewodzenia diod.
Między anodą i katodą kategorycznie nie powinno być zwarcia w żadną ze stron. Należy zatem przyłożyć końcówki miernika do tych wyprowadzeń, po czym zamienić ich położenie. Analogicznie powinno być między bramką i anodą.
Nieco inaczej sprawa się ma z bramką i katodą. Między nimi znajduje się złącze p-n. Dlatego tester ciągłości przyłożony plusem do bramki i minusem do katody powinien wskazać kilkaset miliwoltów, a w drugą stronę (minus do bramki, plus do katody) przerwę.
Tyrystory przewodzą prąd rzędu setek miliamperów i większe, dlatego takie uproszczone testy nie dadzą pełnego obrazu jego funkcjonowania. Potrzebny będzie do tego prądu napięcia stałego dający na wyjściu napięcie rzędu 12V lub akumulator samochodowy, żarówka na napięcie 12V o mocy kilku watów (np. Po zestawieniu tego układu i włączeniu zasilania, żarówka nie powinna świecić.
Krótkotrwałe wciśnięcie przełącznika (dosłownie puknięcie) powinno ją załączyć na stałe.
Regulator tyrystorowy prędkości obrotowej - zasada działania
Załączenie bramki w triakach, w przeciwieństwie do podstawowych tyrystorów następuje niezależnie od polaryzacji. Numery stanów odpowiadają numerom ćwiartek na wykresie charakterystyki prądowo- napięciowej. Optymalne warunki sterowania uzyskuje się dla stanów I+ i III-, tzn. przy sterowaniu impulsami o zmiennej polaryzacji, przy czym dodatni impuls bramkowy pojawia się przy dodatnim napięciu na elektrodzie A2.
Wykorzystując pracę triaków w obu kierunkach polaryzacji, stworzono regulatory bezstopniowe pozwalające na dowolne ustawienie punktu pracy wentylatora. Należy jednak pamiętać, że niektóre wentylatory wymagają minimalnego sprężu (przeciwciśnienia) dla poprawności pracy. Praca w obszarze nie zalecanym spowoduje przeciążenie silnika wentylatora i w efekcie jego przegrzewanie się. Dodatkowym efektem jest hałaśliwa praca jednostek.
Wykonanie obudowy regulatora występuje przeważnie w wersji podtynkowej i natynkowej. Do obsługi regulatora służy bezstopniowe pokrętło. Wewnątrz urządzenia znajduje się śruba regulacyjna do nastawienia minimalnej prędkości obrotowej wentylatora.
Wszystkie regulatory tyrystorowe mogą powodować hałas silnika przy niskiej prędkości obrotowej. Nie zaleca się zatem obniżania prędkości obrotowej poniżej 50% wartości nominalnej lub 80V. Dodatkowo bardzo ważne jest, aby napięcie minimalne na wyjściu z regulatora nie było mniejsze niż napięcie minimalne wymagane przez silnik - zbyt niskie prowadzi do uszkodzenia silnika.
Obniżanie napięcia metodą cięcia fazy powoduje podwyższenie hałasu wentylatora, tzw. przydźwięk sieciowy. Zjawisko to nie ma miejsca przy stosowaniu regulatorów transformatorowych.
Regulator napięcia (ściemniacz) SCR
Poniżej przedstawiono specyfikację regulatora napięcia (ściemniacza) SCR, który może być wykorzystywany w różnych aplikacjach:
- Napięcie wejściowe: 230V AC 50/60Hz bez izolacji galwanicznej
- Napięcie wyjściowe: 50-230V AC
- Moc max. 2000W
- Główny element mocy: tyrystor SCR BTA16-600B
- Potencjometr: 500K
- Rodzaj regulacji: regulacja fazowa
- Waga: 37.7g
- Wymiary: 37x48x27
Opis płytki:
- P1 - Potencjometr regulacji napięcia wyjściowego
- P2 - Potencjometr regulacji napięcia minimalnego
- IN-N - Wejście AC neutral
- IN-L - Wejście AC faza
- OUT-L - Wyjście AC faza
- OUT-N - Wyjście AC neutral
Popularne zastosowanie:
- Regulacja grzałek:
- Kuchenki elektryczne
- Grzejniki
- Lutownice oporowe
- Suszarki przemysłowe
- Ściemniacze oświetlenia:
- Żarówki żarowe (nie LED ani świetlówki!)
- Oświetlenie sceniczne, warsztatowe itp.
- Sterowanie silnikami jednofazowymi (AC):
- Wiertarki, szlifierki, dmuchawy
- Regulacja prędkości obrotowej (tylko silniki bez kondensatora rozruchowego lub z odpowiednim układem!)
- Laboratoria i warsztaty:
- Do eksperymentów z napięciem zmiennym
- Proste stanowiska do testowania odbiorników
Uwaga: Nie działa dobrze z silnikami indukcyjnymi z dużym momentem!
Bezpieczeństwo
BARDZO WAŻNE - BEZPIECZEŃSTWO! Ten moduł pracuje bezpośrednio z napięciem sieciowym 230V AC, co oznacza:
- Brak izolacji galwanicznej
- Cała płytka, w tym radiator, ścieżki i elementy elektroniczne, mogą być pod napięciem fazowym!
- Dotknięcie którejkolwiek części grozi porażeniem prądem! Niebezpieczny w czasie pracy
- Nie wolno dotykać, regulować ani lutować gdy moduł jest podłączony do zasilania.
- Pokrętło potencjometru również może być elektrycznie powiązane z napięciem (jeśli nie ma plastikowej izolacji!).
Zalecenia bezpieczeństwa:
- Zawsze odłącz zasilanie przed jakąkolwiek ingerencją w układ.
- Pracuj tylko z odpowiednią izolacją i narzędziami o izolowanych uchwytach.
- Używaj modułu w obudowie, która uniemożliwia dotknięcie płytki.
- Jeśli nie masz doświadczenia z napięciem sieciowym - nie używaj tego modułu bez nadzoru!
Pamiętaj: Napięcie 230V AC może zabić.
tags: #tyrystorowy #nawilżacz #powietrza #zasada #działania
