Variator de tensiune alternativă

 

Variatoarele de Tensiune Alternativă (VTA) sunt parte integrantă în clasa convertoarelor de energie de putere denumită generic convertoare statice de putere din care mai fac parte redresoarele, chopper-ele şi invertoarele. VTA realizează conversia curent alternativ - curent alternativ, mai precis, modifică, în anumite limite, valoarea efectivă a fundamentalei pe sarcină, rezultatul final fiind reglajul puterii electrice disipată pe aceasta.
VTA se pot utiliza la reglajul intensităţii luminoase a unui bec sau a turaţiei unui motor de curent alternativ si nu numai. Există metode clasice de a modifica valoarea efectivă a tensiunii alternative sinusoidale, şi anume: "decuparea" periodică a sinusoidei sau controlul numărului de perioade pe sarcină. Dezavantajul acestor structuri de convertoare AC/AC este factorul de putere (cos φ) subunitar obţinut, chiar în cazul utilizării unei sarcini pur rezistive. Se mai numesc generic şi convertoare cu comutaţie naturală deoarece blocarea contactactorului static se realizează la trecerea naturală a curentului prin zero.
Mai nou, se studiază topologii care permit decuparea choparea sinusoidei cu o frecvenţă foarte mare, de ordinul a câţiva KHz, funcţionarea acestor VTA fiind asemănătoare cu cea a variatorului de tensiune continuă. Avantajul acestei structuri este o îmbunătăţire mai mult decât semnificativă a factorului de putere, iar fundamentala, filtrată adecvat, are forma unei sinusoide pure. Dacă la modelele clasice contactorul static este un triac sau un tiristor, la noile VTA acesta este realizat cu tranzisloare bipolare (sau MOS) şi diode de putere conectate într-o topologie ce permite trecerea curentului în ambele sensuri. Acest contactor static este denumit generic Intrerupător Bidirecţional (în tensiune şi curent) Bicomandabil (IBB). Comanda convertorului se poate face atât analogic, cât şi numeric cu un microcontroler. Cel mai cunoscut VTA este structura realizată cu diac şi triac însă, nu de puţine ori, constructorilor amatori nu le sunt la îndemână aceste componente. Prezentăm un variator de putere ce utilizează componente uşor de procurat, principalele sale caracterisitici fiind:
- Tensiune de atimentare: 220V;
- Putere electrică maximă reglata pe sarcină: 200W;
- Reglajul tensiunii pe sarcini rezistive se face în gama (0..0,9)Uintrare;
- Filtru ce nu permite introducerea de paraziţi electrci in reţea.

Schema electrică de principiu a montajului este dată în figura urmatoare:

Aşa cum se observă, curentul electric circula pe traseul filtru -sarcină (bec) - puntea redresoare D1 şi tiristorul Th numai când acesta din urmă este deschis. Puntea redresoare de tip GDW04G (1.5A/400V) şi tiristorul formează un triac simulat, tiristorul conducând periodic pe ambele semialternanţe. Comanda tiristorului se face sincron cu ajutorul unui oscilator cu TUJ (tranzistor unijoncţiune) simulat, rezistoarele R2, R3, R4 şi R5 şi condensatorul C2. Simularea TUJ-ului se realizează cu tranzistoarele T1 - BC557 şi T2 - BC547. Acest tip de comandă se numeşte control de fază deoarece tensiunea la bornele condensatorului variază ca valoare şi fază prin modificarea valorii potenţiometrului R5. De fapt, se reglează unghiul de întârziere faţă de trecerea prin zero a sinusoidei la care tensiunea pe condensatorul C2 devine egală cu tensiunea de prag a TUJ-ului, moment în care acesta oferă un impuls de comandă pe grila tiristorului. Acest unghi corespunde intrării în conducţie a tiristorului care conduce până la trecerea prin zero a curentului prin sarcină (de fapt, până când valoarea curentului prin sarcină scade sub cel de menţinere a tiristorului lh - dată de catalog). După ce TUJ-ul (şi tiristorul) intră în conducţie, condensatorul C2 începe să se descarce rapid, exponenţial, prin T1, T2 şi R6 şi este pregătit pentru o nouă încărcare. Acest ciclu se reia periodic cu o frecvenţă de 100Hz.
Oscilatorul se alimentează cu tensiune continuă de 12V de la puntea redresoare prin intermediul unui stabilizator parametric realizat cu rezistorul de putere R1 (22kΩ/5W) si dioda zener D2 (DZ12V).
Filtrul de reţea este realizat pe un miez magnetic, iar cele două bobine au inductanţa de 10mH şi suportă un curent de 1A. Obligatoriu, montajul se va alimenta prin intermediul unei siguranţe fuzibile de 1A/250V. asa cum este indicat în schemă, pe la conectorul B1. Sarcina (becul) se montează la conectorul OUT.
Desenul circuitului imprimat, văzut dinspre faţa cu lipituri, si desenul de asamblare a componentelor sunt prezentate mai jos: