Laboratorio misure elettroniche ed
elettriche: regolatori di tensione a
tiristori
Circuiti di accensione per tiristori
(Tavole E.1.1 - E.1.2)
Considerazioni teoriche
Per le debite considerazioni si fa riferimento al 2 testo di teoria: Modulo E - U.D. E.3.
Generalità (Tavola E.1.1 schema A)
L’innesco dei tiristori, con l’angolo di ritardo desiderato, viene effettuato applicando ai
terminali di gate un impulso di caratteristiche opportune in modo da garantire una corrente di gate sufficiente a portare in zona di sicura conduzione il tiristore interessato;
la durata dell’impulso dovrà anche garantire il raggiungimento della corrente di mantenimento, soprattutto nel caso in cui il carico alimentato sia induttivo.
Nei casi più generali il ponte raddrizzatore controllato è inserito in un sistema di regolazione automatica di tipo analogico, che fornisce una tensione continua di controllo
variabile generalmente da 0 a 10 V; il circuito di accensione dovrà, mediante un modulatore, convertire detta tensione continua in impulsi, sincronizzati con la tensione alternata che alimenta il ponte. Rispetto al passaggio per lo zero di detta tensione, gli
impulsi saranno opportunamente sfasati con un angolo di ritardo che è funzione del
segnale continuo di controllo.
Modulatore per circuiti di accensione (Tavola E.1.1 schema B)
Un modulatore presenta due ingressi: uno di controllo che riceve la tensione continua
proveniente dal regolatore Ucont, ed uno di sincronizzazione, alimentato da un trasformatore collegato alla tensione della rete alternata Usinc che alimenta il ponte.
Per effettuare la regolazione in manuale, la tensione di controllo, anziché dal regolatore, verrà generalmente fornita da un potenziometro.
I modulatori possono essere realizzati in diversi modi; corrispondono in genere allo
schema di principio della tavola citata e comprendono:
• un rilevatore del passaggio a zero della tensione di sincronismo Usinc;
• un generatore di rampa sincronizzata con il passaggio dello zero della tensione Usinc;
• un circuito di soglia, che paragona il livello della rampa Uds con quella della tensione di controllo Ucont e commuta la propria uscita Ucp quando detto livello viene superato;
• un circuito monostabile che genera, in corrispondenza del fronte di salita del segnale Ucp gli impulsi di comando Ui1 e Ui2.
Sull’uscita il modulatore fornirà quindi gli impulsi di comando Ui da inviare ai gate dei
tiristori mediante un circuito amplificatore/separatore denominato driver.
I circuiti modulatori possono essere realizzati facendo uso di componenti discreti o più
convenientemente ricorrendo a circuiti integrati dedicati che con l’ausilio di pochissimi
componenti esterni svolgono tutte le funzioni elencate precedentemente.
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Driver di pilotaggio per tiristori (Tavola E.1.2)
I circuiti di comando, o driver, per l’accensione dei tiristori hanno il duplice compito:
• realizzare il necessario adattamento in tensione e corrente tra il modulatore e i gate
dei tiristori;
• isolare galvanicamente il circuito di comando e regolazione, alimentato in bassa tensione, da quello di potenza, in genere a tensione più elevata.
Molto spesso essi sono realizzati mediante piccoli trasformatori di impulsi pilotati da un
transistor (Tavola E.1.2 schema A) o più semplicemente facendo uso di fotoaccoppiatori
con uscita a transistor (Tavola E.1.2 schema C) oppure a tiristore (Tavola E.1.2 schema D).
Qualora per ragioni funzionali fosse necessario erogare impulsi di durata elevata (carichi di tipo induttivo) può essere conveniente portare, invece di un impulso unico, un
treno di impulsi (Tavola E.1.2 schema B) con frequenza dell’ordine di una decina di
kiloHertz. Il treno di impulsi viene ottenuto facendo transitare l’impulso, di durata
opportuna fornito dal modulatore, attraverso una porta logica controllata da un oscillatore funzionante alla frequenza desiderata e che può eventualmente essere comune
per tutti i modulatori.
Nella figura E.1.1 viene proposto un semplice schema, di facile realizzazione a scopo
didattico, che fa uso per il pilotaggio del tiristore (V4), di un oscillatore a rilassamento
impiegante un transistor unigiunzione UJT (V3). La tensione applicata al circuito è derivata da quella che alimenta il tiristore mediante un trasformatore abbassatore e viene
squadrata e stabilizzata dal diodo zener V2, durante la semionda positiva, mentre la
semionda negativa sarà bloccata.
Il condensatore C inizia a caricarsi all’inizio della semionda positiva con una costante di
tempo che dipende dal valore impostato sul potenziometro RP, quando la tensione di
carica supera la soglia di conduzione dell’UJT questo entra in conduzione e scarica il
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condensatore sulla resistenza R1 e sul
circuito di porta del tiristore, fornendogli l’impulso di comando.
Il ritardo di accensione del tiristore
potrà essere regolato agendo sul
potenziometro e di conseguenza sarà
regolata anche la tensione applicata
alla resistenza R4 di carico.
Fig. E.1.1 - Pilotaggio di un tiristore mediante UJT.
Schema e descrizione di un regolatore in
corrente continua con ponte monofase
semicontrollato (Tavola E.1.3)
Considerazioni teoriche
Per le debite considerazioni si fa riferimento al 2 testo di teoria: Modulo E - U.D. E.1
ed E.3.
Descrizione del circuito
Il circuito proposto, adatto per la regolazione su carichi resistivi, fa uso per la regolazio-
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ne di potenza di un ponte monofase semicontrollato alimentato da un opportuno trasformatore; per il dimensionamento di questi componenti (eventuale trasformatore
abbassatore, diodi, SCR) si faccia riferimento alle considerazioni svolte nel testo teorico.
Il circuito di accensione dei tiristori impiega, come modulatore, l’integrato TCA 785
(Siemens) di cui, nella figura E.1.2, viene riportato lo schema a blocchi ed i segnali in
a)
Fig. E.1.2 - a) Modulatore TCA 785
(Siemens): schema a blocchi.
b) Modulatore TCA 785 (Siemens):
segnali in uscita.
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uscita. Il circuito driver per gli impulsi fa uso di optoisolatori a transistor.
La regolazione della tensione continua, fornita dal ponte, avviene mediante una tensione di controllo variabile fra 0 e 10 V che può essere fornita da un potenziometro o
da un circuito esterno di controllo.
Un trasformatore T, provvisto di due secondari da 15 V, provvede a fornire la tensione
di sincronismo al modulatore e contemporaneamente alimenta un raddrizzatore a
diodo che fornisce, previa stabilizzazione mediante diodo zener, sia la tensione V1 per
l’alimentazione del circuito del modulatore sia la tensione di 10 V di riferimento. L’altro
circuito secondario del trasformatore T1 alimenta un raddrizzatore dal quale, dopo
opportuno livellamento, viene ottenuta la tensione V2 di alimentazione del circuito driver.
Il regolatore può essere bloccato in qualsiasi momento mediante il deviatore S che
potrà eventualmente essere sostituito da un relè pilotato da un circuito di controllo
esterno.
Con questi accorgimenti il circuito elettronico della regolazione risulta quindi separato
galvanicamente dalla rete di potenza che alimenta il ponte raddrizzatore e potrà quindi essere interfacciato con eventuali circuiti esterni senza creare situazioni di pericolo.
Realizzazione e collaudo
I componenti del circuito elettronico potranno essere assemblati su una basetta per
montaggi sperimentali (bread-board) o più convenientemente realizzando un opportuno circuito stampato.
Terminata la realizzazione il collaudo interesserà per primo il circuito del modulatore
che verrà attuato nel seguente modo:
• fornire tensione al circuito mediante il trasformatore T;
• controllare con un multimetro la presenza della tensione DC di alimentazione (12 V)
sul piedino 16 del TCA 785;
• controllare con l’oscilloscopio la presenza della tensione di sincronismo sul piedino
5 dell’integrato;
• controllare la presenza di 12 V sul piedino 6 dell’integrato ed eventualmente spostare il deviatore S in modo che questo si verifichi;
• controllare con l’oscilloscopio, accoppiato in DC sul piedino 10 del TCA 785, la presenza della rampa di carica del condensatore e regolare il trimmer RP1 in modo da
portare la tensione di picco della rampa a 10 V;
• mediante un potenziometro o un alimentatore esterno fornire una tensione regolabile nel campo 0 ÷ 10 V DC all’ingresso di controllo e verificare con l’oscilloscopio la
presenza degli impulsi di pilotaggio sui piedini 14 e 15 dell’integrato;
• visualizzare mediante un oscilloscopio a doppia traccia la tensione di sincronismo e
gli impulsi di pilotaggio e verificare che variando la tensione di controllo fra 0 e 10
V il ritardo degli impulsi, rispetto al passaggio a zero della tensione di sincronismo,
vari fra 0 e 180°. Spostando il deviatore S verificare il blocco degli stessi.
Accertato il corretto funzionamento del modulatore si potranno completare i collegamenti di tutto il circuito e verificare la funzionalità inserendo un carico resistivo di
prova all’uscita del ponte. Mediante un voltmetro, inserito sull’uscita del ponte, si dovrà
osservare la variazione della tensione sul carico fra 0 e la tensione massima in corrispondenza delle variazioni della tensione di controllo nel campo specificato.
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